JP6771602B2 - Wavelength control element and wavelength control method - Google Patents

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Description

この発明は、波長制御素子と、この波長制御素子で用いて好適な波長制御方法に関する。 The present invention relates to a wavelength control element and a wavelength control method suitable for use in the wavelength control element.

情報伝達量の増大に伴い、光配線技術が注目されている。光配線技術では、光ファイバや光導波路を伝送媒体とした光デバイスを用いて、情報処理機器内の装置間、ボード間又はチップ間等の情報伝達を光信号で行う。その結果、高速信号処理を要する情報処理機器においてボトルネックとなっている、電気配線の帯域制限を改善することができる。 With the increase in the amount of information transmitted, optical wiring technology is drawing attention. In the optical wiring technology, an optical device using an optical fiber or an optical waveguide as a transmission medium is used to transmit information between devices, boards, chips, etc. in an information processing device by an optical signal. As a result, it is possible to improve the band limitation of electrical wiring, which is a bottleneck in information processing equipment that requires high-speed signal processing.

光デバイスは、光送信器や光受信器等の光学素子を備えて構成される。これらの光学素子は、各光学素子の中心位置(受光位置あるいは発光位置)を設計位置に合せるための複雑な光軸合わせを行った上で、例えばレンズを用いて互いに空間結合することができる。 An optical device is configured to include optical elements such as an optical transmitter and an optical receiver. These optical elements can be spatially coupled to each other using, for example, a lens after performing complicated optical axis alignment for aligning the center position (light receiving position or light emitting position) of each optical element with the design position.

各光学素子を結合するための手段として、レンズの代わりに光導波路素子を利用する技術がある。光導波路素子を利用する場合には、光が光導波路内に閉じ込められて伝搬するため、レンズを利用する場合と異なり、複雑な光軸合わせを必要としない。従って、光デバイスの組立工程が簡易となるため、量産に適する形態として有利である。 As a means for coupling each optical element, there is a technique of using an optical waveguide element instead of a lens. When an optical waveguide element is used, light is confined and propagated in the optical waveguide, so that unlike the case where a lens is used, complicated optical axis alignment is not required. Therefore, since the assembly process of the optical device is simplified, it is advantageous as a form suitable for mass production.

ここで、光導波路素子は、例えばシリコン(Si)を導波路材料とすることができる。Siを材料とする光導波路素子(Si導波路)では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Siを材料として形成する。そして、Siよりも屈折率の低い例えば酸化シリコン(SiO)等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば数μm程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。 Here, for the optical waveguide element, for example, silicon (Si) can be used as the waveguide material. In an optical waveguide element (Si waveguide) made of Si, an optical waveguide core that is substantially a light transmission path is formed of Si as a material. Then, a clad made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) having a refractive index lower than that of Si covers the periphery of the optical waveguide core. With such a configuration, the difference in refractive index between the optical waveguide core and the clad becomes extremely large, so that light can be strongly confined in the optical waveguide core. As a result, it is possible to realize a small curved waveguide in which the bending radius is reduced to, for example, about several μm. Therefore, it is possible to create an optical circuit having the same size as an electronic circuit, which is advantageous for miniaturization of the entire optical device.

しかも、Si導波路を利用する場合には、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)の製造過程を流用することによって、多様な機能を有する素子を同一基板上にモノシリック集積した光デバイスを、大量生産することが可能である。従って、Si導波路を利用する光デバイスは、小型化及び低コスト化に有利である(例えば、特許文献1並びに非特許文献1及び非特許文献2参照)。 Moreover, when using a Si waveguide, by diverting the manufacturing process of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), it is possible to mass-produce optical devices in which elements having various functions are monolithically integrated on the same substrate. Is possible. Therefore, an optical device using a Si waveguide is advantageous in miniaturization and cost reduction (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

一般に光モジュールは、情報処理機器内などに組み込まれて使用される。このため、光モジュールに半導体レーザ(LD)を集積した場合、LDは、厳しい温度環境下にさらされ、また自身の電力消費による発熱により、温度変化の影響を受ける。この結果、LDの発振波長が変動してしまう。 Generally, an optical module is used by being incorporated in an information processing device or the like. Therefore, when a semiconductor laser (LD) is integrated in an optical module, the LD is exposed to a harsh temperature environment and is affected by temperature changes due to heat generation due to its own power consumption. As a result, the oscillation wavelength of the LD fluctuates.

絶対波長が規定された波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)伝送では、LDの発振波長が変動しないように光モジュールとして対策する必要がある。このため、LDが集積された光モジュールでは、波長制御素子が組み込まれる(例えば非特許文献3参照)。 In wavelength division multiplexing (WDM) transmission in which an absolute wavelength is defined, it is necessary to take measures as an optical module so that the oscillation wavelength of the LD does not fluctuate. Therefore, a wavelength control element is incorporated in the optical module in which the LD is integrated (see, for example, Non-Patent Document 3).

非特許文献3に記載されているシステムでは、2つのモニタ用の受光素子(PD1及びPD2)、光を二分割するハーフミラー、及び、波長に対して周期的な透過特性を有するエタロンフィルタから構成される。このシステムではLDの背面光を利用しており、ハーフミラーにより背面光を二分割し、一方の光を一方の受光素子(PD1)で、もう一方の光を、波長依存性をもつエタロンフィルタを通過させた後、他方の受光素子(PD2)で検出している。PD2の受光電流値は、入射される光がエタロンフィルタを通過することで波長依存性をもつ。このため、PD2の受光電流値が一定となるように、LDに温度制御フィードバックをかけることで発振波長が安定化する。このような波長制御機構では、ハーフミラーやエタロンフィルタといった機能ブロックをハイブリッド集積する必要があり、実装面や素子コスト面で改善の余地がある。 The system described in Non-Patent Document 3 comprises two monitor light receiving elements (PD1 and PD2), a half mirror that divides light into two, and an etalon filter having periodic transmission characteristics with respect to wavelength. Will be done. This system uses the back light of the LD, divides the back light into two by a half mirror, and uses one light receiving element (PD1) for one light and an etalon filter with wavelength dependence for the other light. After passing through, it is detected by the other light receiving element (PD2). The received current value of PD2 has wavelength dependence because the incident light passes through the etalon filter. Therefore, the oscillation wavelength is stabilized by applying temperature control feedback to the LD so that the received current value of PD2 becomes constant. In such a wavelength control mechanism, it is necessary to hybridize functional blocks such as a half mirror and an etalon filter, and there is room for improvement in terms of mounting and element cost.

これに対し特許文献2では、石英系導波路を用いて同様の機能を実現している。このシステムの要素デバイスの1つである波長フィルタ部には、温度無依存特性が要求される。このために、特許文献2に記載の波長フィルタ部には、温度無依存化のため導波路とは逆の温度依存性を有するシリコーン樹脂などが挿入されている。また、波長制御のためのモニタ光として、LDの背面光を利用している。従って、この方法では、メイン出力となる前面光に対する調芯に加え、モニタ用の背面光に対する調芯も必要となり、導波路形成および実装工程が複雑化してしまう。 On the other hand, in Patent Document 2, a similar function is realized by using a quartz-based waveguide. The wavelength filter unit, which is one of the elemental devices of this system, is required to have temperature-independent characteristics. For this reason, a silicone resin or the like having a temperature dependence opposite to that of the waveguide is inserted in the wavelength filter portion described in Patent Document 2 in order to make it temperature independent. Further, the back light of the LD is used as the monitor light for wavelength control. Therefore, in this method, in addition to the alignment with respect to the front light which is the main output, the alignment with respect to the back light for the monitor is also required, which complicates the waveguide forming and mounting steps.

特開2017−77133号公報JP-A-2017-77133 特開2004−179465号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-179465

IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.11, No.1, January/February 2005 p.232-240IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.11, No.1, January / February 2005 p.232-240 IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.12, No.6, November/December 2006 p.1371-1379IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.12, No.6, November / December 2006 p.1371-1379 WDM システム用波長ロッカ付レーザモジュール(http://www.fujitsu.com/downloads/JP/archive/imgjp/jmag/vol51-3/paper04.pdf.)Laser module with wavelength locker for WDM system (http://www.fujitsu.com/downloads/JP/archive/imgjp/jmag/vol51-3/paper04.pdf.)

上述のように、非特許文献3又は特許文献2に開示されている技術は、いずれも実装工程が複雑である。 As described above, the mounting process of each of the techniques disclosed in Non-Patent Document 3 or Patent Document 2 is complicated.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、初期設定で調整した半導体レーザなどの光源の発振波長が何らかの外部要因で絶対波長から外れた際に、それを修正するための機能を、工程を複雑化することなく光回路で構成することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. An object of the present invention is to provide a function for correcting an oscillation wavelength of a light source such as a semiconductor laser adjusted by initial setting when it deviates from the absolute wavelength due to some external factor, without complicating the process. It is to be composed of.

上述した目的を達成するために、この発明の波長制御素子は、支持基板と、光導波路コアと、支持基板上に、光導波路コアを包含して形成されるクラッドとを備えて構成される。 In order to achieve the above-mentioned object, the wavelength control element of the present invention includes a support substrate, an optical waveguide core, and a clad formed on the support substrate including the optical waveguide core.

光導波路コアは、波長制御機能を備えた光源から入力された入力光を、信号光と検証光とに分割する光分割部と、検証光を、第1検証光及び第2検証光に2分岐する光分岐部と、第2検証光の所定の波長帯域のみを透過させる波長フィルタ部とを備える。波長制御素子は、さらに、第1検証光が入力されて第1受光データを生成する第1受光素子と、波長フィルタ部を透過した第2検証光が入力されて第2受光データを生成する第2受光素子と、第1受光データと、第2受光データの差分を取得する差分取得部と、差分を、予め記憶部に格納されている初期値と比較し、比較の結果に基づいて、光源の波長制御機能に制御信号を送る比較部とを備えて構成される。ここで、光分割部、光分岐部、及び、波長フィルタ部は、温度無依存である。 The optical waveguide core has an optical dividing unit that divides the input light input from a light source having a wavelength control function into signal light and verification light, and the verification light is divided into two parts, a first verification light and a second verification light. It is provided with an optical branching portion for light generation and a wavelength filter portion for transmitting only a predetermined wavelength band of the second verification light. Further, the wavelength control element is a first light receiving element in which the first verification light is input to generate the first light receiving data, and a second light receiving element in which the second verification light transmitted through the wavelength filter unit is input to generate the second light receiving data. 2 The light receiving element, the difference acquisition unit that acquires the difference between the first light receiving data and the second light receiving data, and the difference are compared with the initial values stored in the storage unit in advance, and the light source is based on the comparison result. It is configured to include a comparison unit that sends a control signal to the wavelength control function of. Here, the optical dividing unit, the optical branching unit, and the wavelength filter unit are temperature-independent.

この発明の波長制御素子の好適実施形態では、光分割部は、MMI導波路と、MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、入力光が入力される入力ポートと、MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、信号光が出力される第1出力ポートと、MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、検証光が出力される第2出力ポートとを備える。また、光分割部が、光の伝搬方向の一方の側から他方の側に向けて順次幅が広くなるテーパ導波路と、テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、入力光が入力される入力ポートと、テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、信号光が出力される第1出力ポートと、テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、検証光が出力される第2出力ポートとを備える構成にしてもよい。 In a preferred embodiment of the wavelength control element of the present invention, the optical dividing section is provided on one side of the MMI waveguide and the MMI waveguide in the light propagation direction, and the input port into which the input light is input and the MMI. A first output port provided on the other side of the waveguide in the light propagation direction to output signal light, and an MMI waveguide provided on the other side of the light propagation direction to output verification light. It is equipped with a second output port. Further, the optical dividing portion is provided on one side of the tapered waveguide and the tapered waveguide in which the width gradually increases from one side in the light propagation direction to the other side, and is input. An input port for inputting light, a first output port provided on the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction and outputting signal light, and the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction. It may be configured to include a second output port provided on the side and from which verification light is output.

また、この発明の波長制御素子の好適実施形態では、光分岐部は、MMI導波路と、MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、検証光が入力される入力ポートと、MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第1検証光が出力される第1出力ポートと、MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第2検証光が出力される第2出力ポートとを備えて構成される。また、光分岐部が、光の伝搬方向の一方の側から他方の側に向けて順次幅が広くなるテーパ導波路と、テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、検証光が入力される入力ポートと、テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第1検証光が出力される第1出力ポートと、テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第2検証光が出力される第2出力ポートとを備える構成にしてもよい。 Further, in a preferred embodiment of the wavelength control element of the present invention, the optical branching portion is provided on one side of the MMI waveguide and the MMI waveguide in the light propagation direction, and has an input port into which verification light is input. , The first output port of the MMI waveguide, which is provided on the other side of the light propagation direction and outputs the first verification light, and the MMI waveguide, which is provided on the other side of the light propagation direction. It is configured to include a second output port from which two verification lights are output. Further, the optical branching portion is provided on one side of the tapered waveguide and the tapered waveguide in which the width gradually increases from one side in the light propagation direction to the other side, and is verified. An input port for inputting light and a first output port of the tapered waveguide provided on the other side of the light propagation direction to output the first verification light, and a tapered waveguide for the light propagation direction. A configuration may be provided in which a second output port is provided on the other side and a second verification light is output.

また、この発明の波長制御素子の好適実施形態では、波長フィルタ部は、温度無依存の第1光カプラ及び第2光カプラと、それぞれ、第1光カプラと第2光カプラとを接続する、第1アーム導波路及び第2アーム導波路とを備えて構成される。 Further, in a preferred embodiment of the wavelength control element of the present invention, the wavelength filter unit connects a temperature-independent first optical coupler and a second optical coupler, and a first optical coupler and a second optical coupler, respectively. It is configured to include a first arm waveguide and a second arm waveguide.

第1アーム導波路は、第1光カプラ側から、第1湾曲導波路、第1テーパ導波路、第2テーパ導波路、第1位相調整領域、第3テーパ導波路、第2湾曲導波路、第3テーパ導波路、第1位相調整領域、第2テーパ導波路、第1テーパ導波路及び第1湾曲導波路を順に接続して構成され、第2アーム導波路は、第1光カプラ側から、第1湾曲導波路、第1テーパ導波路、第2位相調整領域、第2テーパ導波路、第3テーパ導波路、第2湾曲導波路、第3テーパ導波路、第2テーパ導波路、第2位相調整領域、第1テーパ導波路及び第1湾曲導波路を順に接続して構成される。 From the first optical coupler side, the first arm waveguide includes a first curved waveguide, a first tapered waveguide, a second tapered waveguide, a first phase adjustment region, a third tapered waveguide, and a second curved waveguide. The third tapered waveguide, the first phase adjustment region, the second tapered waveguide, the first tapered waveguide, and the first curved waveguide are connected in this order, and the second arm waveguide is from the first optical coupler side. , 1st curved waveguide, 1st tapered waveguide, 2nd phase adjustment region, 2nd tapered waveguide, 3rd tapered waveguide, 2nd curved waveguide, 3rd tapered waveguide, 2nd tapered waveguide, 1st The two phase adjustment regions, the first tapered waveguide, and the first curved waveguide are connected in this order.

ここで、第1位相調整領域と第2位相調整領域とは、光導波路コアの幅が互いに異なっており、第1テーパ導波路は、一端のコア幅が、第1湾曲導波路のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第2位相調整領域のコア幅に等しいテーパ形状であり、第2テーパ導波路は、一端のコア幅が、第2位相調整領域のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第1位相調整領域のコア幅に等しいテーパ形状であり、第3テーパ導波路は、一端のコア幅が、第1位相調整領域のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第2湾曲導波路のコア幅に等しいテーパ形状であり、第1位相調整領域を伝搬する光の等価屈折率n及び伝搬方向に沿った長さLと、第2位相調整領域を伝搬する光の等価屈折率n及び伝搬方向に沿った長さLは、以下の式を満たす。なお、Tは導波路の温度を表す。 Here, the widths of the optical waveguide cores are different from each other in the first phase adjustment region and the second phase adjustment region, and the core width at one end of the first tapered waveguide is set to the core width of the first curved waveguide. The core width of the other end is equal and the core width of the other end is equal to the core width of the second phase adjustment region, and the core width of one end of the second tapered waveguide is equal to the core width of the second phase adjustment region and the other end. The core width of the third tapered waveguide is equal to the core width of the first phase adjustment region, and the core width of one end is equal to the core width of the first phase adjustment region and the core width of the other end is equal to the core width of the first phase adjustment region. , A tapered shape equal to the core width of the second curved waveguide, with an equivalent refractive index n 1 of light propagating in the first phase adjustment region and a length L 1 along the propagation direction, and propagating in the second phase adjustment region. The equivalent refractive index n 2 of the light to be generated and the length L 2 along the propagation direction satisfy the following equations. In addition, T represents the temperature of the waveguide.

Figure 0006771602
Figure 0006771602

波長フィルタ部が備える第1光カプラは、MMI導波路と、MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、光分岐部の第2出力ポートに接続される第1入力ポートと、MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第1アーム導波路に接続される第1出力ポートと、MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第2アーム導波路に接続される第2出力ポートとを備えて構成され、波長フィルタ部が備える第2光カプラは、MMI導波路と、MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、第1アーム導波路に接続される第1入力ポートと、MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、第2アーム導波路に接続される第2入力ポートと、MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第2受光素子に接続される第1出力ポートとを備える構成にするのが良い。また、第1光カプラを、光の伝搬方向の一方の側から他方の側に向けて順次幅が広くなるテーパ導波路と、テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、光分岐部の第2出力ポートに接続される入力ポートと、テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第1アーム導波路に接続される第1出力ポートと、テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第2アーム導波路に接続される第2出力ポートとを備える構成にし、第2光カプラを、光の伝搬方向の一方の側から他方の側に向けて順次幅が狭くなるテーパ導波路と、テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、第1アーム導波路に接続される第1入力ポートと、テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、第2アーム導波路に接続される第2入力ポートと、テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、第2受光素子に接続される出力ポートとを備える構成にしてもよい。 The first optical coupler included in the wavelength filter unit includes an MMI waveguide and a first input port provided on one side of the MMI waveguide in the light propagation direction and connected to a second output port of the optical branch. , A first output port of the MMI waveguide provided on the other side of the light propagation direction and connected to the first arm waveguide, and an MMI waveguide provided on the other side of the light propagation direction. The second optical coupler, which is configured to include a second output port connected to the second arm waveguide and is included in the wavelength filter unit, is located on one side of the MMI waveguide and the MMI waveguide in the light propagation direction. A first input port provided and connected to the first arm waveguide, and a second input port provided on one side of the MMI waveguide in the light propagation direction and connected to the second arm waveguide. It is preferable to have a configuration in which a first output port provided on the other side of the MMI waveguide in the light propagation direction and connected to the second light receiving element is provided. Further, the first optical coupler is provided on one side of the tapered waveguide and the tapered waveguide in which the width gradually increases from one side in the light propagation direction to the other side in the light propagation direction. An input port connected to the second output port of the optical branch, a first output port provided on the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction and connected to the first arm waveguide, and a tapered guide. A configuration is provided in which the waveguide is provided on the other side of the light propagation direction and includes a second output port connected to the second arm waveguide, and the second optical coupler is mounted from one side of the light propagation direction to the other. A tapered waveguide whose width gradually narrows toward the side of the light, a first input port provided on one side of the tapered waveguide in the light propagation direction and connected to the first arm waveguide, and a tapered waveguide. A second input port provided on one side of the light propagation direction and connected to the second arm waveguide, and a second light receiving element provided on the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction. It may be configured to include an output port connected to.

また、この発明のこの発明の波長制御方法は、上述の波長制御素子を用いて行われる波長制御方法であって、以下の過程を備えて構成される。 Further, the wavelength control method of the present invention of the present invention is a wavelength control method performed by using the above-mentioned wavelength control element, and is configured to include the following processes.

先ず、光分割部の第1出力部から出力される信号光をモニタし、光源の波長を所望の波長に設定する。次に、第1受光データと、第2受光データの差分を、初期値として記憶部に格納する。 First, the signal light output from the first output unit of the optical division unit is monitored, and the wavelength of the light source is set to a desired wavelength. Next, the difference between the first light receiving data and the second light receiving data is stored in the storage unit as an initial value.

その後、新たに取得された、第1受光データと、第2受光データの差分が、初期値から変化した場合は、該差分が初期値と一致するように、光源の波長を制御する。 After that, when the difference between the newly acquired first light receiving data and the second light receiving data changes from the initial value, the wavelength of the light source is controlled so that the difference matches the initial value.

この発明の波長制御素子によれば、初期設定で調整した半導体レーザの発振波長が何らかの外部要因で絶対波長から外れた際に、それを修正するための機能を、工程を複雑化することなく光回路で構成できる。 According to the wavelength control element of the present invention, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser adjusted by the initial setting deviates from the absolute wavelength due to some external factor, the function for correcting it is provided by light without complicating the process. It can be configured with a circuit.

波長制御素子を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the wavelength control element. 波長制御素子の概略的端面図である。It is a schematic end view of a wavelength control element. 光分割部及び光分岐部の模式図である。It is a schematic diagram of an optical division part and an optical branch part. 波長フィルタ部の模式図(1)である。It is a schematic diagram (1) of the wavelength filter part. 波長フィルタ部の模式図(2)である。It is a schematic diagram (2) of the wavelength filter part. 波長制御機能を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the wavelength control function. 光分割部の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of an optical division part. 光分岐部の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of an optical branch part. 波長フィルタ部の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the wavelength filter part.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the shape, size, and arrangement of each component are only schematically shown to the extent that the present invention can be understood. Further, although a preferable configuration example of the present invention will be described below, the material and numerical conditions of each component are merely suitable examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many modifications or modifications can be made that can achieve the effects of the present invention without departing from the scope of the constitution of the present invention.

(波長制御素子)
図1及び図2を参照して、この発明の波長制御素子の実施形態を説明する。図1は、波長制御素子を示す概略平面図である。なお、図1では、後述する支持基板及びクラッドを省略して示してある。図2は、図1に示す波長制御素子をI−I線で切り取った概略的端面図である。
(Wavelength control element)
An embodiment of the wavelength control element of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic plan view showing a wavelength control element. In FIG. 1, the support substrate and the cladding, which will be described later, are omitted. FIG. 2 is a schematic end view of the wavelength control element shown in FIG. 1 cut out along the line I-I.

波長制御素子100は、支持基板10、クラッド20、及び、光導波路コア30を備える光導波路を基本構造として有している。 The wavelength control element 100 has an optical waveguide including a support substrate 10, a clad 20, and an optical waveguide core 30 as a basic structure.

支持基板10は、例えば単結晶Siを材料とした平板状体で構成されている。 The support substrate 10 is made of, for example, a flat plate made of single crystal Si.

クラッド20は、支持基板10上に設けられている。クラッド20は、支持基板10の上面を被覆し、かつ、光導波路コア30を包含して形成されている。クラッド20は、例えば酸化シリコン(SiO)を材料として形成されている。 The clad 20 is provided on the support substrate 10. The clad 20 covers the upper surface of the support substrate 10 and is formed including the optical waveguide core 30. The clad 20 is formed of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) as a material.

光導波路コア30は、クラッド20よりも高い屈折率を有する例えばSiを材料として形成されている。その結果、光導波路コア30は、光の伝送路として機能し、光導波路コア30に入力された光が光導波路コア30の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。 The optical waveguide core 30 is formed of, for example, Si, which has a higher refractive index than the clad 20. As a result, the optical waveguide core 30 functions as a light transmission path, and the light input to the optical waveguide core 30 propagates in the propagation direction according to the planar shape of the optical waveguide core 30.

光導波路コア30は、光分割部200、光分岐部300、及び、波長フィルタ部400を備えて構成される。また、波長制御素子100は、第1の受光素子(PD1)501、第2の受光素子(PD2)502、及び、波長制御部600を備えている。波長制御部600は、さらに、差分取得部602、比較部604及び記憶部606を備えている。波長制御部600の各構成要素については、当業者が、任意好適に構成することができる。 The optical waveguide core 30 includes an optical dividing unit 200, an optical branching unit 300, and a wavelength filter unit 400. Further, the wavelength control element 100 includes a first light receiving element (PD1) 501, a second light receiving element (PD2) 502, and a wavelength control unit 600. The wavelength control unit 600 further includes a difference acquisition unit 602, a comparison unit 604, and a storage unit 606. Each component of the wavelength control unit 600 can be optionally configured by those skilled in the art.

光分割部200は、MMI導波路201、入力ポート202、第1出力ポート203及び第2出力ポート204を有する。入力ポート202は、MMI導波路201の光の伝搬方向の一方の側に設けられている。また、第1出力ポート203及び第2出力ポート204は、MMI導波路201の、光の伝搬方向の他方の側に設けられている。 The optical dividing unit 200 has an MMI waveguide 201, an input port 202, a first output port 203, and a second output port 204. The input port 202 is provided on one side of the light propagation direction of the MMI waveguide 201. Further, the first output port 203 and the second output port 204 are provided on the other side of the MMI waveguide 201 in the light propagation direction.

光分割部200の入力ポート202には、送信光源として、例えば、半導体レーザ(LD)110が接続される。光分割部200は、入力ポート202を経て入力される入力光(レーザ出力光)を、信号光と検証光とに分割する。信号光は、第1出力ポート203から出力され、検証光は第2出力ポート204から出力される。 For example, a semiconductor laser (LD) 110 is connected to the input port 202 of the optical division unit 200 as a transmission light source. The optical division unit 200 divides the input light (laser output light) input through the input port 202 into signal light and verification light. The signal light is output from the first output port 203, and the verification light is output from the second output port 204.

レーザ出力光の一部を波長制御のために使用する際、光分割部200は、できるだけ光の損失が抑えられ、波長及び温度に対して特性が変動せず、かつ、作製誤差に強い構造であることが好ましい。このため、光分割部200を1入力2出力の1×2MMI構造にするのが良い。 When a part of the laser output light is used for wavelength control, the light dividing unit 200 has a structure in which the loss of light is suppressed as much as possible, the characteristics do not fluctuate with respect to wavelength and temperature, and the manufacturing error is strong. It is preferable to have. Therefore, it is preferable that the optical dividing unit 200 has a 1 × 2 MMI structure with 1 input and 2 outputs.

MMI導波路201の長さは、MMI導波路201を伝搬する基本モードと1次モードとのビート長から決まる。また、MMI導波路201に対する入力ポート202の幅方向オフセット量を第1出力ポート203と同じ量に設定することで、入力ポート202に入力される光のミラーイメージが第1出力ポート203において得られる。このように、第1出力ポート203は、低損失な透過ポートとして機能し、入力されたレーザ出力光を信号光として、低損失で出力する。第2出力ポート204は、残りの散乱成分を検証光として出力する。 The length of the MMI waveguide 201 is determined by the beat lengths of the basic mode and the primary mode propagating the MMI waveguide 201. Further, by setting the offset amount in the width direction of the input port 202 with respect to the MMI waveguide 201 to the same amount as that of the first output port 203, a mirror image of the light input to the input port 202 can be obtained at the first output port 203. .. In this way, the first output port 203 functions as a low-loss transmission port, and outputs the input laser output light as signal light with low loss. The second output port 204 outputs the remaining scattered components as verification light.

第1出力ポート203から出力された信号光は、波長制御素子の外部に出力される。この信号光は、例えば、信号生成用の変調器に入力されて、出力信号光となる。なお、波長制御素子100に信号生成用の変調器が搭載されていてもよい。また、第2出力ポート204から出力された検証光は、光分岐部300に送られる。 The signal light output from the first output port 203 is output to the outside of the wavelength control element. This signal light is input to, for example, a modulator for signal generation and becomes an output signal light. A modulator for signal generation may be mounted on the wavelength control element 100. Further, the verification light output from the second output port 204 is sent to the optical branching unit 300.

このように、光分割部200から出力される、信号光の強度aと、検証光の強度b(=1−a)は、a>bの関係を満たすように設計されている。検証光の強度bが大きいと、その分信号の損失となり、信号光の強度aが小さくなってしまう。従って、検証光の強度bは、波長制御に十分な範囲で、できるだけ小さくするのが良い。 As described above, the intensity a of the signal light and the intensity b (= 1-a) of the verification light output from the optical dividing unit 200 are designed to satisfy the relationship of a> b. If the intensity b of the verification light is large, the signal is lost by that amount, and the intensity a of the signal light becomes small. Therefore, the intensity b of the verification light should be as small as possible within a range sufficient for wavelength control.

光分岐部300は、MMI導波路301、入力ポート302、第1出力ポート303及び第2出力ポート304を有する。入力ポート302は、MMI導波路301の光の伝搬方向の一方の側に設けられている。また、第1出力ポート303及び第2出力ポート304は、MMI導波路301の、光の伝搬方向の他方の側に設けられている。 The optical branching unit 300 has an MMI waveguide 301, an input port 302, a first output port 303, and a second output port 304. The input port 302 is provided on one side of the light propagation direction of the MMI waveguide 301. Further, the first output port 303 and the second output port 304 are provided on the other side of the MMI waveguide 301 in the light propagation direction.

光分岐部300の入力ポート302には、光分割部200の第2出力ポート204が接続されている。光分岐部300は、入力ポート302を経て入力される検証光を、第1検証光と、第2検証光とに等分岐する。第1検証光は、第1出力ポート303から出力され、第2検証光は第2出力ポート304から出力される。 The second output port 204 of the optical dividing unit 200 is connected to the input port 302 of the optical branching unit 300. The optical branching unit 300 equally branches the verification light input via the input port 302 into the first verification light and the second verification light. The first verification light is output from the first output port 303, and the second verification light is output from the second output port 304.

光分岐部300は、検証光を第1検証光と第2検証光とに等分岐するので、入力ポート302はMMI導波路301の幅方向の中心に配置される。また、第1出力ポート303及び第2出力ポート304は、MMI導波路301の幅方向の中心から等距離となるように配置される。 Since the optical branching portion 300 evenly branches the verification light into the first verification light and the second verification light, the input port 302 is arranged at the center of the MMI waveguide 301 in the width direction. Further, the first output port 303 and the second output port 304 are arranged so as to be equidistant from the center in the width direction of the MMI waveguide 301.

この光分岐部300も、光分割部200と同様に波長及び温度に対してフラット特性でかつ作製誤差に強いことが要求される。このため、光分岐部300を、1入力2出力の1×2MMI構造にするのが良い。 Like the optical dividing unit 200, the optical branching unit 300 is also required to have flat characteristics with respect to wavelength and temperature and to be resistant to manufacturing errors. Therefore, it is preferable that the optical branching portion 300 has a 1 × 2 MMI structure with 1 input and 2 outputs.

MMI導波路301の長さは、第1出力ポート303及び第2出力ポート304の出力比が等分岐となるように決定される。 The length of the MMI waveguide 301 is determined so that the output ratios of the first output port 303 and the second output port 304 are equally branched.

第1出力ポート303から出力された第1検証光は、第1受光素子(PD1)に送られる。また、第2出力ポート304から出力された第2検証光は、波長フィルタ部400に送られる。 The first verification light output from the first output port 303 is sent to the first light receiving element (PD1). Further, the second verification light output from the second output port 304 is sent to the wavelength filter unit 400.

ここでは、光分割部200及び光分岐部300を、1×2MMI構造とした例を説明したが、Y分岐導波路構造にしてもよい。 Here, an example in which the optical division section 200 and the optical branch section 300 have a 1 × 2 MMI structure has been described, but a Y-branch waveguide structure may be used.

図3を参照して、Y分岐導波路構造を採用した場合の光分割部及び光分岐部を説明する。図3(A)は、光分割部の模式図であり、図3(B)は、光分岐部の模式図である。図3(A)に示すように、光分割部210は、テーパ導波路211、入力ポート212、第1出力ポート213及び第2出力ポート214を備えて構成される。テーパ導波路211は、光伝搬方向の一方の側から光伝播方向の他方の側に向けて順次幅が広くなるテーパ構造を有している。テーパ導波路211の、光伝搬方向の一方の側に入力ポート212が設けられている。また、テーパ導波路211の、光伝搬方向の他方の側に第1出力ポート213及び第2出力ポート214が設けられている。 The optical division portion and the optical branch portion when the Y-branch waveguide structure is adopted will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a schematic view of the optical branching portion, and FIG. 3B is a schematic diagram of the optical branching portion. As shown in FIG. 3A, the optical dividing unit 210 includes a tapered waveguide 211, an input port 212, a first output port 213, and a second output port 214. The tapered waveguide 211 has a tapered structure in which the width gradually increases from one side in the light propagation direction toward the other side in the light propagation direction. An input port 212 is provided on one side of the tapered waveguide 211 in the light propagation direction. Further, a first output port 213 and a second output port 214 are provided on the other side of the tapered waveguide 211 in the light propagation direction.

第1出力ポート213と第2出力ポート214の、テーパ導波路211と接続される面の大きさは、第2出力ポート214に比べて第1出力ポート213の方が大きい。この構成により、光分割部210から出力される、信号光の強度aと、検証光の強度b(=1−a)は、a>bとなる。 The size of the surface of the first output port 213 and the second output port 214 connected to the tapered waveguide 211 is larger in the first output port 213 than in the second output port 214. With this configuration, the intensity a of the signal light and the intensity b (= 1-a) of the verification light output from the optical dividing unit 210 are a> b.

図3(B)に示すように、光分岐部310は、テーパ導波路311、入力ポート312、第1出力ポート313及び第2出力ポート314を備えて構成される。テーパ導波路311は、光伝搬方向の一方の側から光伝播方向の他方の側に向けて順次幅が広くなるテーパ構造を有している。テーパ導波路311の、光伝搬方向の一方の側に入力ポート312が設けられている。また、テーパ導波路311の、光伝搬方向の他方の側に第1出力ポート313及び第2出力ポート314が設けられている。 As shown in FIG. 3B, the optical branching portion 310 includes a tapered waveguide 311, an input port 312, a first output port 313, and a second output port 314. The tapered waveguide 311 has a tapered structure in which the width gradually increases from one side in the light propagation direction toward the other side in the light propagation direction. An input port 312 is provided on one side of the tapered waveguide 311 in the light propagation direction. Further, a first output port 313 and a second output port 314 are provided on the other side of the tapered waveguide 311 in the light propagation direction.

第1出力ポート313と第2出力ポート314の、テーパ導波路311と接続される面の大きさは、互いに等しい。この構成により、光分岐部310から出力される、第1検出光と第2検出光の強度は互いに等しく、光分岐部310は、3dBカプラとして機能する。 The sizes of the surfaces of the first output port 313 and the second output port 314 connected to the tapered waveguide 311 are equal to each other. With this configuration, the intensities of the first detection light and the second detection light output from the optical branch portion 310 are equal to each other, and the optical branch portion 310 functions as a 3 dB coupler.

光分割部及び光分岐部を、1×2MMI構造とした場合、光の干渉を利用して分割又は分岐させるため、光分割部及び光分岐部での光の損失を低くすることができる。一方、光分割部及び光分岐部を、Y分岐構造とした場合、第1出力ポートと第2出力ポートのギャップでの光損失が起こるが、作製誤差による損失を抑えることが容易となる。 When the optical dividing portion and the optical branching portion have a 1 × 2 MMI structure, the light loss in the optical dividing portion and the optical branching portion can be reduced because the light is divided or branched by utilizing the interference of light. On the other hand, when the optical dividing portion and the optical branching portion have a Y-branched structure, optical loss occurs in the gap between the first output port and the second output port, but it becomes easy to suppress the loss due to the manufacturing error.

図4を参照して波長フィルタ部について説明する。図4は、波長フィルタ部の概略平面図である。 The wavelength filter unit will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic plan view of the wavelength filter unit.

波長フィルタ部400は、第1光カプラ410、第2光カプラ420、第1アーム導波路430及び第2アーム導波路440を備えて構成される。第1アーム導波路430及び第2アーム導波路440は、それぞれ、第1光カプラ410と第2光カプラ420とを接続する。この波長フィルタ部400は、マッハツェンダ干渉計(MZI)構造で構成されている。 The wavelength filter unit 400 includes a first optical coupler 410, a second optical coupler 420, a first arm waveguide 430, and a second arm waveguide 440. The first arm waveguide 430 and the second arm waveguide 440 connect the first optical coupler 410 and the second optical coupler 420, respectively. The wavelength filter unit 400 has a Mach-Zehnder interferometer (MZI) structure.

第1光カプラ410は、MMI導波路411、第1入力ポート412、第2入力ポート413、第1出力ポート414及び第2出力ポート415を備えて構成される。MMI導波路411の光伝搬方向の一方の側に、第1入力ポート412及び第2入力ポート413が設けられ、光伝搬方向の他方の側に、第1出力ポート414及び第2出力ポート415が設けられている。この第1光カプラ410は、例えば、第1入力ポート412に入力された光を等分岐比で第1出力ポート414及び第2出力ポート415から出力する、2×2MMI構造で構成される。 The first optical coupler 410 includes an MMI waveguide 411, a first input port 412, a second input port 413, a first output port 414, and a second output port 415. A first input port 412 and a second input port 413 are provided on one side of the MMI waveguide 411 in the optical propagation direction, and a first output port 414 and a second output port 415 are provided on the other side in the optical propagation direction. It is provided. The first optical coupler 410 is composed of, for example, a 2 × 2 MMI structure that outputs the light input to the first input port 412 from the first output port 414 and the second output port 415 at an equal branch ratio.

同様に、第2光カプラ420は、MMI導波路421、第1入力ポート422、第2入力ポート423、第1出力ポート424及び第2出力ポート425を備えて構成される。MMI導波路421の光伝搬方向の一方の側に、第1入力ポート422及び第2入力ポート423が設けられ、光伝搬方向の他方の側に、第1出力ポート424及び第2出力ポート425が設けられている。この第2光カプラ420は、第1入力ポート422及び第2入力ポート423に入力された光を、それぞれ等分岐比で第1出力ポート424及び第2出力ポート425から出力する、2×2MMI構造で構成される。 Similarly, the second optical coupler 420 includes an MMI waveguide 421, a first input port 422, a second input port 423, a first output port 424, and a second output port 425. A first input port 422 and a second input port 423 are provided on one side of the MMI waveguide 421 in the optical propagation direction, and a first output port 424 and a second output port 425 are provided on the other side in the optical propagation direction. It is provided. The second optical coupler 420 has a 2 × 2 MMI structure that outputs the light input to the first input port 422 and the second input port 423 from the first output port 424 and the second output port 425 at equal branch ratios, respectively. Consists of.

例えば、第1光カプラ410の第1入力ポート412が、波長フィルタ部400の入力ポートとして利用される。また、第2光カプラ420の第1出力ポート424が、波長フィルタ部400の出力ポートとして利用される。 For example, the first input port 412 of the first optical coupler 410 is used as an input port of the wavelength filter unit 400. Further, the first output port 424 of the second optical coupler 420 is used as an output port of the wavelength filter unit 400.

ここで、第1光カプラ410及び第2光カプラ420を、2×2MMI構造で構成することにより、第1光カプラ410及び第2光カプラ420における温度特性がフラットになる。 Here, by configuring the first optical coupler 410 and the second optical coupler 420 with a 2 × 2 MMI structure, the temperature characteristics of the first optical coupler 410 and the second optical coupler 420 become flat.

第1アーム導波路430は、第1光カプラ410側から、第1湾曲導波路431、第1テーパ導波路432、第2テーパ導波路433、第1位相調整領域434、第3テーパ導波路435、第2湾曲導波路436、第3テーパ導波路435、第1位相調整領域434、第2テーパ導波路433、第1テーパ導波路432及び第1湾曲導波路431を順に接続して構成される。また、第2アーム導波路部440は、第1カプラ410側から、第1湾曲導波路431、第1テーパ導波路432、第2位相調整領域444、第2テーパ導波路433、第3テーパ導波路435、第2湾曲導波路436、第3テーパ導波路435、第2テーパ導波路433、第2位相調整領域444、第1テーパ導波路432及び第1湾曲導波路431を順に接続して構成される。 From the first optical coupler 410 side, the first arm waveguide 430 includes a first curved waveguide 431, a first tapered waveguide 432, a second tapered waveguide 433, a first phase adjustment region 434, and a third tapered waveguide 435. , 2nd curved waveguide 436, 3rd tapered waveguide 435, 1st phase adjustment region 434, 2nd tapered waveguide 433, 1st tapered waveguide 432 and 1st curved waveguide 431 are connected in this order. .. Further, from the first coupler 410 side, the second arm waveguide section 440 includes a first curved waveguide 431, a first tapered waveguide 432, a second phase adjustment region 444, a second tapered waveguide 433, and a third taper guide. The waveguide 435, the second curved waveguide 436, the third tapered waveguide 435, the second tapered waveguide 433, the second phase adjustment region 444, the first tapered waveguide 432, and the first curved waveguide 431 are connected in this order. Will be done.

第1アーム導波路部430のうち、第1位相調整領域434以外の部分、すなわち、第1湾曲導波路431、第1テーパ導波路432、第2テーパ導波路433、第3テーパ導波路435及び第2湾曲導波路436は、第1引き回し導波路とも称される。また、第2アーム導波路部440のうち、第2位相調整領域444以外の部分、すなわち、第1湾曲導波路431、第1テーパ導波路432、第2テーパ導波路433、第3テーパ導波路435及び第2湾曲導波路436は、第2引き回し導波路とも称される。 The portion of the first arm waveguide section 430 other than the first phase adjustment region 434, that is, the first curved waveguide 431, the first tapered waveguide 432, the second tapered waveguide 433, the third tapered waveguide 435, and the like. The second curved waveguide 436 is also referred to as a first routing waveguide. Further, in the second arm waveguide section 440, the portion other than the second phase adjustment region 444, that is, the first curved waveguide 431, the first tapered waveguide 432, the second tapered waveguide 433, and the third tapered waveguide. The 435 and the second curved waveguide 436 are also referred to as a second routing waveguide.

第1位相調整領域434と第2位相調整領域444とは、光導波路コアの幅(コア幅)が互いに異なっている。第1テーパ導波路432は、一端のコア幅が、第1湾曲導波路431のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第2位相調整領域444のコア幅に等しい。第2テーパ導波路433は、一端のコア幅が、第2位相調整領域444のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第1位相調整領域434のコア幅に等しい。また、第3テーパ導波路435は、一端のコア幅が、第1位相調整領域434のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第2湾曲導波路436のコア幅に等しい。 The width (core width) of the optical waveguide core is different between the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444. The core width of one end of the first tapered waveguide 432 is equal to the core width of the first curved waveguide 431, and the core width of the other end is equal to the core width of the second phase adjustment region 444. The core width of one end of the second tapered waveguide 433 is equal to the core width of the second phase adjustment region 444, and the core width of the other end is equal to the core width of the first phase adjustment region 434. Further, in the third tapered waveguide 435, the core width at one end is equal to the core width of the first phase adjustment region 434, and the core width at the other end is equal to the core width of the second curved waveguide 436.

第1引き回し導波路と第2引き回し導波路とは、同一構造かつ同一長さである。従って、第1引き回し導波路と、第2引き回し導波路においては、伝搬する光の間に、位相差が生じない。すなわち、第1アーム導波路部430は、第1位相調整領域434と、位相調整に寄与しない、第1引き回し導波路とで構成される。また、第2アーム導波路部440は、第2位相調整領域444と、位相調整に寄与しない、第2引き回し導波路とで構成される。従って、波長フィルタ部400の波長選択機能は、第1アーム導波路430を伝播する光と、第2アーム導波路440を伝播する光との位相干渉により与えられる。 The first routing waveguide and the second routing waveguide have the same structure and the same length. Therefore, in the first routing waveguide and the second routing waveguide, there is no phase difference between the propagating light. That is, the first arm waveguide section 430 is composed of a first phase adjustment region 434 and a first routing waveguide that does not contribute to phase adjustment. Further, the second arm waveguide section 440 is composed of a second phase adjustment region 444 and a second routing waveguide that does not contribute to phase adjustment. Therefore, the wavelength selection function of the wavelength filter unit 400 is provided by phase interference between the light propagating in the first arm waveguide 430 and the light propagating in the second arm waveguide 440.

なお、第1〜第3テーパ導波路432、433及び435により、第1アーム導波路430及び第2アーム導波路440は、コア幅が連続的に変化するので、光の損失を抑えることができる。 Since the core widths of the first arm waveguide 430 and the second arm waveguide 440 change continuously due to the first to third tapered waveguides 432, 433, and 435, light loss can be suppressed. ..

波長フィルタ部400の波長選択特性を温度変化に対してフラット、すなわち、温度無依存とするために、第1アーム導波路430における第1位相調整領域434と、第2アーム導波路440における第2位相調整領域444との、光伝搬方向の長さの相対関係は、第1位相調整領域434と第2位相調整領域444により与えられる光の位相差が導波路の温度変化に対して変動しないように設定される。両者の光学位相差の温度依存性は下記式(1)で与えられる。 In order to make the wavelength selection characteristic of the wavelength filter unit 400 flat with respect to the temperature change, that is, temperature-independent, the first phase adjustment region 434 in the first arm waveguide 430 and the second in the second arm waveguide 440 The relative relationship of the length in the light propagation direction with the phase adjustment region 444 is such that the phase difference of the light given by the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444 does not fluctuate with respect to the temperature change of the waveguide. Is set to. The temperature dependence of the optical phase difference between the two is given by the following equation (1).

Figure 0006771602
Figure 0006771602

ここで、φ、λ、Tはそれぞれ、第1位相調整領域434及び第2位相調整領域444で与えられる位相差、光の波長、導波路の温度をそれぞれ表している。n及びLは、それぞれ、第1位相調整領域434を伝搬する光の等価屈折率及び伝搬方向に沿った長さを表している。また、n及びLは、それぞれ、第2位相調整領域444を伝搬する光の等価屈折率及び伝搬方向に沿った長さを表している。 Here, φ, λ, and T represent the phase difference given in the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444, the wavelength of light, and the temperature of the waveguide, respectively. n 1 and L 1 represent the equivalent refractive index of the light propagating in the first phase adjustment region 434 and the length along the propagating direction, respectively. Further, n 2 and L 2 represent the equivalent refractive index of the light propagating in the second phase adjustment region 444 and the length along the propagating direction, respectively.

上記式(1)において、温度に対する位相の傾き、すなわち、右辺が0となるように条件を課すと、第1位相調整領域434及び第2位相調整領域444の長さの相対関係式である、下記式(2)が得られる。 In the above equation (1), when a condition is imposed so that the slope of the phase with respect to the temperature, that is, the right side becomes 0, it is a relative relational expression of the lengths of the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444. The following equation (2) is obtained.

Figure 0006771602
Figure 0006771602

第1位相調整領域434及び第2位相調整領域444とで互いに異なる構造を与えるために、この構成例では、第1位相調整領域434と第2位相調整領域444の光導波路コア幅を、互い異なる値に設定している。その上で上記式(2)を満足するように第1位相調整領域434及び第2位相調整領域444の長さの相対関係を決めればよい。 In order to give different structures in the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444, in this configuration example, the optical waveguide core widths of the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444 are different from each other. It is set to a value. Then, the relative relationship between the lengths of the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444 may be determined so as to satisfy the above equation (2).

ここでは、第1光カプラ410及び第2光カプラ420を、2×2MMI構造とした例を説明したが、Y分岐導波路構造にしてもよい。 Here, an example in which the first optical coupler 410 and the second optical coupler 420 have a 2 × 2 MMI structure has been described, but a Y-branched waveguide structure may be used.

図5を参照して、Y分岐導波路構造を採用した場合の、他の構成例の波長フィルタ部を説明する。図5は他の構成例の波長フィルタ部の模式図である。 With reference to FIG. 5, the wavelength filter unit of another configuration example when the Y-branch waveguide structure is adopted will be described. FIG. 5 is a schematic view of a wavelength filter unit of another configuration example.

図5に示す波長フィルタ部は、図4を参照して説明した波長フィルタ部と、第1光カプラ及び第2光カプラの構成が異なっている。他の部分は、同様に構成できるので説明を省略する。 The wavelength filter unit shown in FIG. 5 differs from the wavelength filter unit described with reference to FIG. 4 in the configurations of the first optical coupler and the second optical coupler. Since the other parts can be configured in the same manner, the description thereof will be omitted.

図5に示すように、第1光カプラ460は、テーパ導波路461、入力ポート462、第1出力ポート463及び第2出力ポート464を備えて構成される。テーパ導波路461は、光伝搬方向の一方の側から光伝搬方向の他方の側に向けて順次幅が広くなるテーパ構造を有している。テーパ導波路461の、光伝搬方向の一方の側に入力ポート462が設けられている。また、テーパ導波路461の、光伝搬方向の他方の側に、第1出力ポート463及び第2出力ポート463が設けられている。 As shown in FIG. 5, the first optical coupler 460 includes a tapered waveguide 461, an input port 462, a first output port 463, and a second output port 464. The tapered waveguide 461 has a tapered structure in which the width gradually increases from one side in the light propagation direction toward the other side in the light propagation direction. An input port 462 is provided on one side of the tapered waveguide 461 in the light propagation direction. Further, a first output port 463 and a second output port 463 are provided on the other side of the tapered waveguide 461 in the light propagation direction.

第1出力ポート463は、第1アーム導波路430に接続されている。また、第2出力ポート464は、第2アーム導波路440に接続されている。 The first output port 463 is connected to the first arm waveguide 430. Further, the second output port 464 is connected to the second arm waveguide 440.

また、第2光カプラ470は、テーパ導波路471、第1入力ポート472、第2入力ポート473及び出力ポート474を備えて構成される。テーパ導波路471は、光伝搬方向の一方の側から光伝搬方向の他方の側に向けて順次幅が狭くなるテーパ構造を有している。テーパ導波路471の、光伝搬方向の一方の側に第1入力ポート472及び第2入力ポート473が設けられている。また、テーパ導波路471の、光伝搬方向の他方の側に、出力ポート474が設けられている。 Further, the second optical coupler 470 includes a tapered waveguide 471, a first input port 472, a second input port 473, and an output port 474. The tapered waveguide 471 has a tapered structure in which the width gradually narrows from one side in the light propagation direction toward the other side in the light propagation direction. A first input port 472 and a second input port 473 are provided on one side of the tapered waveguide 471 in the light propagation direction. Further, an output port 474 is provided on the other side of the tapered waveguide 471 in the light propagation direction.

第1入力ポート472は、第1アーム導波路430に接続されている。また、第2入力ポート473は、第2アーム導波路440に接続されている。 The first input port 472 is connected to the first arm waveguide 430. Further, the second input port 473 is connected to the second arm waveguide 440.

第1光カプラ460の入力ポート462が、波長フィルタ部400の入力ポートとなり、第2光カプラ470の出力ポート474が、波長フィルタ部400の出力ポートとなる。 The input port 462 of the first optical coupler 460 serves as the input port of the wavelength filter unit 400, and the output port 474 of the second optical coupler 470 serves as the output port of the wavelength filter unit 400.

第1光カプラ及び第2光カプラを、2×2MMI構造とした場合、光の干渉を利用するため、消光比を大きくとることができる。また、第2光カプラの第2出力ポートからモニタ用の光を取り出すことができる。一方、第1光カプラ及び第2光カプラを、Y分岐構造とした場合、作製誤差による損失を抑えることが容易となる。 When the first optical coupler and the second optical coupler have a 2 × 2 MMI structure, the extinction ratio can be increased because light interference is used. Further, the light for the monitor can be taken out from the second output port of the second optical coupler. On the other hand, when the first optical coupler and the second optical coupler have a Y-branched structure, it becomes easy to suppress the loss due to the manufacturing error.

波長フィルタ部400の入力ポートは、光分岐部300の第2出力ポート304に接続される。光分岐部300から出力された第2検証光が、波長フィルタ部400の入力ポートに入力される。 The input port of the wavelength filter unit 400 is connected to the second output port 304 of the optical branch unit 300. The second verification light output from the optical branching unit 300 is input to the input port of the wavelength filter unit 400.

波長フィルタ部400の出力ポートから出力される光は、第2受光素子(PD2)502に送られる。 The light output from the output port of the wavelength filter unit 400 is sent to the second light receiving element (PD2) 502.

第1受光素子(PD1)501と第2受光素子(PD2)502として、Si光導波路コア上にゲルマニウム(Ge)を選択成長させることで得られる導波路型のGeフォトダイオードを用いることができる。第1受光素子(PD1)501と第2受光素子(PD2)502の出力として、例えば、入力される光強度に対応する電流値が、それぞれ、第1受光データ及び第2受光データとして波長制御部600に送られる。波長制御部600に設けられた差分取得部602は、それぞれの受光素子の変換効率[A/W]から、電流値を電力[dBm]に換算する。その後、電力に換算された、第1受光データ及び第2受光データの差分は比較部604に送られる。 As the first light receiving element (PD1) 501 and the second light receiving element (PD2) 502, a waveguide type Ge photodiode obtained by selectively growing germanium (Ge) on the Si optical waveguide core can be used. As the output of the first light receiving element (PD1) 501 and the second light receiving element (PD2) 502, for example, the current value corresponding to the input light intensity is the wavelength control unit as the first light receiving data and the second light receiving data, respectively. Sent to 600. The difference acquisition unit 602 provided in the wavelength control unit 600 converts the current value into electric power [dBm] from the conversion efficiency [A / W] of each light receiving element. After that, the difference between the first light receiving data and the second light receiving data converted into electric power is sent to the comparison unit 604.

比較部604は、第1受光データと第2受光データの差分の初期値を、記憶部606から読み出し、差分取得部602から送られた差分と比較する。 The comparison unit 604 reads the initial value of the difference between the first light receiving data and the second light receiving data from the storage unit 606 and compares it with the difference sent from the difference acquisition unit 602.

図6を参照して、波長制御の機能について説明する。図6は、波長制御の機能を説明するための模式図である。図6は横軸に波長[任意単位]を取って示し、縦軸に電力[単位:dBm]を取って示している。 The wavelength control function will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the function of wavelength control. In FIG. 6, the horizontal axis represents the wavelength [arbitrary unit], and the vertical axis represents the electric power [unit: dBm].

温度変動など外部要因に伴うLD110の発振波長の変化があった場合、第1受光データ(図中、PD1で示す。)は、ほぼ一定の値を示す。これは、第1受光素子501に入力される第1検証光は、温度及び波長にフラットな特性を持つ、光分割部200及び光分岐部300を経て、第1受光素子501に入力されるためである。一方、第2受光データ(図中、PD2で示す。)は、波長に応じて変化する。これは、第2受光素子502に入力される第2検証光は、温度及び波長にフラットな特性を持つ、光分割部200及び光分岐部300を経た後、温度に対してフラットであり、かつ波長選択性を有する波長フィルタ400を経て、第2受光素子502に入力されるためである。 When there is a change in the oscillation wavelength of the LD110 due to an external factor such as temperature fluctuation, the first light receiving data (indicated by PD1 in the figure) shows a substantially constant value. This is because the first verification light input to the first light receiving element 501 is input to the first light receiving element 501 via the optical dividing unit 200 and the optical branching unit 300, which have flat characteristics in temperature and wavelength. Is. On the other hand, the second light receiving data (indicated by PD2 in the figure) changes according to the wavelength. This is because the second verification light input to the second light receiving element 502 is flat with respect to temperature after passing through the optical splitting section 200 and the optical branching section 300, which have flat characteristics in temperature and wavelength. This is because the light is input to the second light receiving element 502 via the wavelength filter 400 having wavelength selectivity.

従って、LD110の発振波長の変化があった場合、差分取得部602から送られた差分は、初期値から乖離する。波長フィルタ部400は温度変動に対して透過特性が変化しないため、差分の変化は純粋にLD110の発振波長のシフトによるものと特定される。 Therefore, when there is a change in the oscillation wavelength of the LD 110, the difference sent from the difference acquisition unit 602 deviates from the initial value. Since the transmission characteristic of the wavelength filter unit 400 does not change with respect to temperature fluctuations, the change in the difference is specified to be purely due to the shift of the oscillation wavelength of the LD 110.

そこで、比較部604は、LD110に実装されたペルチェ素子に印加する電圧を変更するなどして、LD110の温度を変化させ、差分取得部602から送られた差分が初期値と一致するように、LD110の波長を制御する。 Therefore, the comparison unit 604 changes the temperature of the LD 110 by changing the voltage applied to the Peltier element mounted on the LD 110 so that the difference sent from the difference acquisition unit 602 matches the initial value. Controls the wavelength of the LD110.

(波長制御方法)
上述の波長制御素子を用いた波長制御方法を説明する。
(Wavelength control method)
A wavelength control method using the above-mentioned wavelength control element will be described.

先ず、スペクトルアナライザなどを用いて、光分割部200の第1出力部203から出力される信号光をモニタし、LD110に実装されたペルチェ素子の温度を調整するなどして、LD110から出力されるレーザ出力光の波長を、所望の波長に設定する。 First, the signal light output from the first output unit 203 of the optical division unit 200 is monitored by using a spectrum analyzer or the like, and the temperature of the Peltier element mounted on the LD 110 is adjusted to output the light from the LD 110. The wavelength of the laser output light is set to a desired wavelength.

次に、差分取得部602において、第1受光素子(PD1)と第2受光素子(PD2)から、第1受光データ及び第2受光データを受け取る。差分取得部602は、電力換算された、第1受光データ及び第2受光データの差分を取得し、初期値として記憶部606に格納する。 Next, the difference acquisition unit 602 receives the first light receiving data and the second light receiving data from the first light receiving element (PD1) and the second light receiving element (PD2). The difference acquisition unit 602 acquires the difference between the first light receiving data and the second light receiving data converted by electric power, and stores it in the storage unit 606 as an initial value.

その後、差分取得部602において、電力換算された、第1受光データと第2受光データの電力の差分を取得し、比較部604において、記憶部606に格納されている初期値と比較する。 After that, the difference acquisition unit 602 acquires the difference in power between the first light receiving data and the second light receiving data, which has been converted into electric power, and the comparison unit 604 compares it with the initial value stored in the storage unit 606.

比較部604は、取得された差分が初期値から変化した場合は、差分が初期値と一致するようにLD110の波長制御を行う。 When the acquired difference changes from the initial value, the comparison unit 604 controls the wavelength of the LD 110 so that the difference matches the initial value.

上述の波長制御素子及び波長制御方法によれば、光モジュールに実装されたLDのレーザ出力光の波長を監視し、温度制御フィードバックして波長を安定化させる機能を、導波路プロセスで実現することができる。また、波長フィルタ部として要求される温度無依存特性を、単純な導波路の幅寸法の組み合わせのみで達成することができ、作製工程を複雑化することがない。また、LDの前面から出力されるレーザ出力光の一部を波長制御に用いており、背面光を用いていない。このため、LDの調芯は、前面だけで良く、実装工程を簡略化することができる。 According to the wavelength control element and the wavelength control method described above, the function of monitoring the wavelength of the laser output light of the LD mounted on the optical module and providing temperature control feedback to stabilize the wavelength is realized by the waveguide process. Can be done. In addition, the temperature-independent characteristics required for the wavelength filter unit can be achieved only by combining the width dimensions of the waveguide, and the manufacturing process is not complicated. Further, a part of the laser output light output from the front surface of the LD is used for wavelength control, and the back light is not used. Therefore, the alignment of the LD only needs to be performed on the front surface, and the mounting process can be simplified.

(特性評価)
波長制御素子を構成する、光分割部、光分岐部、及び、波長フィルタ部の特性を説明する。
(Characteristic evaluation)
The characteristics of the optical division unit, the optical branching unit, and the wavelength filter unit that constitute the wavelength control element will be described.

光分割部に対して、Finite Differential Time Domain(FDTD)法を用いて行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションの結果を図7に示す。図7は、光分割部の透過率を示す図であって、横軸に波長[単位:μm]で取って示し、縦軸に透過率[単位:dBm]で取って示している。 A simulation performed by using the Finite Differential Time Domain (FDTD) method for the optical division will be described. The result of the simulation is shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing the transmittance of the light dividing portion, in which the horizontal axis represents the wavelength [unit: μm] and the vertical axis represents the transmittance [unit: dBm].

ここでは、波長制御素子の設計波長帯域を1550nm付近とした。また、導波路作製に用いるSilicon on Insulator(SOI)基板のSOI層の厚み、すなわち、Siの光導波路コアの厚みを220nmとした。 Here, the design wavelength band of the wavelength control element is set to around 1550 nm. Further, the thickness of the SOI layer of the Silicon on Insulator (SOI) substrate used for manufacturing the waveguide, that is, the thickness of the optical waveguide core of Si was set to 220 nm.

また、光分割部200を1入力2出力の1×2MMI構造とし、MMI導波路201の幅を1.5μm、光の伝搬方向に沿った長さを4.098μmとした。 Further, the optical dividing unit 200 has a 1 × 2 MMI structure with 1 input and 2 outputs, the width of the MMI waveguide 201 is 1.5 μm, and the length along the light propagation direction is 4.098 μm.

図7に示されるように、第1出力ポート(portA)203と第2出力ポート(portB)204の出力比が、およそ5(−1dB):1(−8dB)となり、かつ、波長に対してフラット(すなわち温度にもフラット)であることが分かる。 As shown in FIG. 7, the output ratio of the first output port (portA) 203 and the second output port (portB) 204 is approximately 5 (-1 dB): 1 (-8 dB) with respect to the wavelength. It turns out that it is flat (that is, it is also flat in temperature).

次に、光分岐部に対して、FDTD法を用いて行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションの結果を図8に示す。図8は、光分岐部の透過率を示す図であって、横軸に波長[単位:μm]で取って示し、縦軸に透過率[単位:dBm]で取って示している。 Next, a simulation performed by using the FDTD method for the optical branch portion will be described. The result of the simulation is shown in FIG. FIG. 8 is a diagram showing the transmittance of the optical branch portion, in which the horizontal axis represents the wavelength [unit: μm] and the vertical axis represents the transmittance [unit: dBm].

光分岐部300を1×2出力のMMI構造とし、MMI導波路301の幅を1.5μm、光の伝搬方向に沿った長さを2.049μmとした。 The optical branch 300 has a 1 × 2 output MMI structure, the width of the MMI waveguide 301 is 1.5 μm, and the length along the light propagation direction is 2.049 μm.

図8に示されるように、第1出力ポート(portA)303と第2出力ポート(portB)304の出力比が、およそ1(−3dB):1(−3dB)と等分岐となり、かつ、波長に対してフラット(すなわち温度にもフラット)であることが分かる。 As shown in FIG. 8, the output ratio of the first output port (portA) 303 and the second output port (portB) 304 is equally branched to about 1 (-3 dB): 1 (-3 dB), and the wavelength is It can be seen that the temperature is flat (that is, the temperature is also flat).

次に、波長フィルタ部に対して、FDTD法を用いて行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションの結果を図9に示す。図9は、波長フィルタ部の出力特性を示す図であって、横軸に波長[単位:μm]で取って示し、縦軸に出力強度[単位:dBm]で取って示している。図9では、基準温度20℃に対して温度を±50K振ったスペクトルを重ねて示している。 Next, a simulation performed by using the FDTD method for the wavelength filter unit will be described. The result of the simulation is shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing the output characteristics of the wavelength filter unit, in which the horizontal axis represents the wavelength [unit: μm] and the vertical axis represents the output intensity [unit: dBm]. In FIG. 9, the spectra obtained by oscillating the temperature by ± 50 K with respect to the reference temperature of 20 ° C. are superimposed.

第1アーム導波路430と第2アーム導波路440とで第1位相調整領域434と第2位相調整領域444以外を共通の構成要素とすることで、第1アーム導波路430と第2アーム導波路440との光学位相差は、第1位相調整領域434と第2位相調整領域444との位相差として単純化できる。第1位相調整領域434と第2位相調整領域444とで異なる構造を与えるため、最も単純に光導波路コアの幅寸法を違える手法を選択した。例えば、第1位相調整領域434の導波路断面幅寸法を1μmとし、第2位相調整領域444の導波路断面幅寸法を0.4μmとした。この幅に対して、上記式(2)に関わる第1位相調整領域434および第2位相調整領域444を伝搬するモード等価屈折率の温度依存性を計算し、L=0.9685Lを得た。波長フィルタ部400のスペクトル特性は上記式(2)から求めたLとLとの相対関係を保ったまま、Lの絶対値をパラメータとすればよく、ここではL=220μmとした。 By making the first arm waveguide 430 and the second arm waveguide 440 common components other than the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444, the first arm waveguide 430 and the second arm guide are used. The optical phase difference with the waveguide 440 can be simplified as the phase difference between the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444. In order to give different structures in the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444, the simplest method of different width dimensions of the optical waveguide core was selected. For example, the cross-sectional width dimension of the waveguide in the first phase adjustment region 434 is set to 1 μm, and the cross-sectional width dimension of the waveguide in the second phase adjustment region 444 is set to 0.4 μm. With respect to this width, the temperature dependence of the mode-equivalent refractive index propagating in the first phase adjustment region 434 and the second phase adjustment region 444 related to the above equation (2) was calculated, and L 2 = 0.9685 L 1 was obtained. It was. For the spectral characteristics of the wavelength filter unit 400, the absolute value of L 1 may be used as a parameter while maintaining the relative relationship between L 1 and L 2 obtained from the above equation (2). Here, L 1 = 220 μm. ..

図9に示すように、温度が±50K変動したときの波長の変動量は±0.1nm程度であり、温度依存性は、Δλ/ΔT=0.002nm/Kと温度変動に対してスペクトル変化が鈍化していることが分かる。なお、温度対策をしない場合の一般的なSi導波路の温度依存性はΔλ/ΔT=0.07nm/Kであるので、波長フィルタ部の温度依存性が1/35に抑えられていることが分かる。 As shown in FIG. 9, the amount of fluctuation of the wavelength when the temperature fluctuates by ± 50 K is about ± 0.1 nm, and the temperature dependence is Δλ / ΔT = 0.002 nm / K, which is a spectral change with respect to the temperature fluctuation. Can be seen to be slowing down. Since the temperature dependence of a general Si waveguide without temperature countermeasures is Δλ / ΔT = 0.07 nm / K, the temperature dependence of the wavelength filter unit is suppressed to 1/35. I understand.

10 支持基板
20 クラッド
30 光導波路コア
100 波長制御素子
110 半導体レーザ(LD)
200 光分割部
300 光分岐部
400 波長フィルタ部
501 第1受光素子
502 第2受光素子
600 波長制御部
602 差分取得部
604 比較部
606 記憶部
10 Support board
20 clad
30 Optical waveguide core
100 Wavelength control element 110 Semiconductor laser (LD)
200 Optical dividing unit 300 Optical branching unit 400 Wavelength filter unit 501 First light receiving element 502 Second light receiving element 600 Wavelength control unit 602 Difference acquisition unit 604 Comparison unit 606 Storage unit

Claims (8)

支持基板と、
光導波路コアと、
前記支持基板上に、前記光導波路コアを包含して形成されるクラッドと
を備え、
前記光導波路コアは、
波長制御機能を備えた光源から入力された入力光を、信号光と検証光とに分割する光分割部と、
前記検証光を、第1検証光及び第2検証光に2分岐する光分岐部と、
前記第2検証光の所定の波長帯域のみを透過させる波長フィルタ部と
を備え、
さらに、
前記第1検証光が入力されて第1受光データを生成する第1受光素子と、
前記波長フィルタ部を透過した前記第2検証光が入力されて第2受光データを生成する第2受光素子と、
前記第1受光データと、前記第2受光データの差分を取得する差分取得部と、
前記差分を、予め記憶部に格納されている初期値と比較し、比較の結果に基づいて、前記光源の波長制御機能に制御信号を送る比較部と
を備え、
前記光分割部、前記光分岐部、及び、前記波長フィルタ部は、温度無依存であり、
前記波長フィルタ部は、
温度無依存の第1光カプラ及び第2光カプラと、
それぞれ、前記第1光カプラと前記第2光カプラとを接続する、第1アーム導波路及び第2アーム導波路とを備え、
前記第1アーム導波路は、前記第1光カプラ側から、第1湾曲導波路、第1テーパ導波路、第2テーパ導波路、第1位相調整領域、第3テーパ導波路、第2湾曲導波路、第3テーパ導波路、第1位相調整領域、第2テーパ導波路、第1テーパ導波路及び第1湾曲導波路を順に接続して構成され、
前記第2アーム導波路は、前記第1光カプラ側から、第1湾曲導波路、第1テーパ導波路、第2位相調整領域、第2テーパ導波路、第3テーパ導波路、第2湾曲導波路、第3テーパ導波路、第2テーパ導波路、第2位相調整領域、第1テーパ導波路及び第1湾曲導波路を順に接続して構成され、
前記第1位相調整領域と前記第2位相調整領域とは、光導波路コアの幅が互いに異なっており、
前記第1テーパ導波路は、一端のコア幅が、前記第1湾曲導波路のコア幅に等しく、他端のコア幅が、前記第2位相調整領域のコア幅に等しいテーパ形状であり、
前記第2テーパ導波路は、一端のコア幅が、前記第2位相調整領域のコア幅に等しく、他端のコア幅が、前記第1位相調整領域のコア幅に等しいテーパ形状であり、
前記第3テーパ導波路は、一端のコア幅が、前記第1位相調整領域のコア幅に等しく、他端のコア幅が、前記第2湾曲導波路のコア幅に等しいテーパ形状であり、
前記第1位相調整領域を伝搬する光の等価屈折率n 及び伝搬方向に沿った長さL と、前記第2位相調整領域を伝搬する光の等価屈折率n 及び伝搬方向に沿った長さL は、以下の式を満たす
ことを特徴とする波長制御素子。
Figure 0006771602
Support board and
Optical waveguide core and
A clad formed on the support substrate including the optical waveguide core is provided.
The optical waveguide core
An optical divider that divides the input light input from a light source equipped with a wavelength control function into signal light and verification light.
An optical branching portion that splits the verification light into a first verification light and a second verification light, and
A wavelength filter unit that transmits only a predetermined wavelength band of the second verification light is provided.
further,
The first light receiving element to which the first verification light is input to generate the first light receiving data, and
A second light receiving element that generates second light receiving data by inputting the second verification light that has passed through the wavelength filter unit, and
A difference acquisition unit that acquires a difference between the first light receiving data and the second light receiving data,
The difference is compared with an initial value stored in a storage unit in advance, and based on the result of the comparison, a comparison unit for sending a control signal to the wavelength control function of the light source is provided.
The light dividing unit, the light branching unit, and the wavelength filter unit, Ri athermal der,
The wavelength filter unit
Temperature-independent first and second optical couplers,
Each includes a first arm waveguide and a second arm waveguide that connect the first optical coupler and the second optical coupler.
From the first optical coupler side, the first arm waveguide includes a first curved waveguide, a first tapered waveguide, a second tapered waveguide, a first phase adjustment region, a third tapered waveguide, and a second curved guide. It is composed of a waveguide, a third tapered waveguide, a first phase adjustment region, a second tapered waveguide, a first tapered waveguide, and a first curved waveguide connected in this order.
From the first optical coupler side, the second arm waveguide includes a first curved waveguide, a first tapered waveguide, a second phase adjustment region, a second tapered waveguide, a third tapered waveguide, and a second curved guide. It is composed of a waveguide, a third tapered waveguide, a second tapered waveguide, a second phase adjustment region, a first tapered waveguide, and a first curved waveguide connected in this order.
The widths of the optical waveguide cores of the first phase adjustment region and the second phase adjustment region are different from each other.
The first tapered waveguide has a tapered shape in which the core width at one end is equal to the core width of the first curved waveguide and the core width at the other end is equal to the core width of the second phase adjustment region.
The second tapered waveguide has a tapered shape in which the core width at one end is equal to the core width of the second phase adjustment region and the core width at the other end is equal to the core width of the first phase adjustment region.
The third tapered waveguide has a tapered shape in which the core width at one end is equal to the core width of the first phase adjustment region and the core width at the other end is equal to the core width of the second curved waveguide.
The equivalent refractive index n 1 of the light propagating in the first phase adjustment region and the length L 1 along the propagation direction, and the equivalent refractive index n 2 and the propagation direction of the light propagating in the second phase adjustment region . The length L 2 is a wavelength control element characterized by satisfying the following equation .
Figure 0006771602
前記光分割部は、
MMI導波路と、
前記MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記入力光が入力される入力ポートと、
前記MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記信号光が出力される第1出力ポートと、
前記MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記検証光が出力される第2出力ポートと
を備えることを特徴とする請求項1に記載の波長制御素子。
The optical split section
MMI waveguide and
An input port provided on one side of the MMI waveguide in the light propagation direction and into which the input light is input,
A first output port provided on the other side of the MMI waveguide in the light propagation direction and from which the signal light is output,
The wavelength control element according to claim 1, further comprising a second output port provided on the other side of the MMI waveguide in the light propagation direction and from which the verification light is output.
前記光分割部は、
光の伝搬方向の一方の側から他方の側に向けて順次幅が広くなるテーパ導波路と、
前記テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記入力光が入力される入力ポートと、
前記テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記信号光が出力される第1出力ポートと、
前記テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記検証光が出力される第2出力ポートと
を備えることを特徴とする請求項1に記載の波長制御素子。
The optical split section
A tapered waveguide in which the width gradually increases from one side to the other in the light propagation direction,
An input port provided on one side of the tapered waveguide in the light propagation direction and into which the input light is input,
A first output port provided on the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction and from which the signal light is output,
The wavelength control element according to claim 1, further comprising a second output port provided on the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction and from which the verification light is output.
前記光分岐部は、
MMI導波路と、
前記MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記検証光が入力される入力ポートと、
前記MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第1検証光が出力される第1出力ポートと、
前記MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第2検証光が出力される第2出力ポートと
を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の波長制御素子。
The optical branch is
MMI waveguide and
An input port provided on one side of the MMI waveguide in the light propagation direction and into which the verification light is input,
A first output port provided on the other side of the MMI waveguide in the light propagation direction and from which the first verification light is output,
The invention according to any one of claims 1 to 3, further comprising a second output port provided on the other side of the MMI waveguide in the light propagation direction and from which the second verification light is output. The wavelength control element described.
前記光分岐部は、
光の伝搬方向の一方の側から他方の側に向けて順次幅が広くなるテーパ導波路と、
前記テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記検証光が入力される入力ポートと、
前記テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第1検証光が出力される第1出力ポートと、
前記テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第2検証光が出力される第2出力ポートと
を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の波長制御素子。
The optical branch is
A tapered waveguide in which the width gradually increases from one side to the other in the light propagation direction,
An input port provided on one side of the tapered waveguide in the light propagation direction and into which the verification light is input,
A first output port provided on the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction and from which the first verification light is output,
The invention according to any one of claims 1 to 3, further comprising a second output port provided on the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction and from which the second verification light is output. The wavelength control element described.
前記第1光カプラは、
MMI導波路と、
該MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記光分岐部の第2出力ポートに接続される第1入力ポートと、
該MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第1アーム導波路に接続される第1出力ポートと、
該MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第2アーム導波路に接続される第2出力ポートと
を備え、
前記第2光カプラは、
MMI導波路と、
該MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記第1アーム導波路に接続される第1入力ポートと、
該MMI導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記第2アーム導波路に接続される第2入力ポートと、
該MMI導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第2受光素子に接続される第1出力ポートと
を備える
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の波長制御素子。
The first optical coupler is
MMI waveguide and
A first input port provided on one side of the MMI waveguide in the light propagation direction and connected to a second output port of the optical branching portion, and a first input port.
A first output port provided on the other side of the MMI waveguide in the light propagation direction and connected to the first arm waveguide.
It is provided with a second output port provided on the other side of the MMI waveguide in the light propagation direction and connected to the second arm waveguide.
The second optical coupler
MMI waveguide and
A first input port provided on one side of the MMI waveguide in the light propagation direction and connected to the first arm waveguide.
A second input port provided on one side of the MMI waveguide in the light propagation direction and connected to the second arm waveguide.
The invention according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a first output port provided on the other side of the MMI waveguide in the light propagation direction and connected to the second light receiving element. The wavelength control element described.
前記第1光カプラは、
光の伝搬方向の一方の側から他方の側に向けて順次幅が広くなるテーパ導波路と、
該テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記光分岐部の第2出力ポートに接続される入力ポートと、
該テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第1アーム導波路に接続される第1出力ポートと、
該テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第2アーム導波路に接続される第2出力ポートと
を備え、
前記第2光カプラは、
光の伝搬方向の一方の側から他方の側に向けて順次幅が狭くなるテーパ導波路と、
該テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記第1アーム導波路に接続される第1入力ポートと、
該テーパ導波路の、光の伝搬方向の一方の側に設けられ、前記第2アーム導波路に接続される第2入力ポートと、
該テーパ導波路の、光の伝搬方向の他方の側に設けられ、前記第2受光素子に接続される出力ポートと
を備える
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の波長制御素子。
The first optical coupler is
A tapered waveguide in which the width gradually increases from one side to the other in the light propagation direction,
An input port provided on one side of the tapered waveguide in the light propagation direction and connected to a second output port of the optical branching portion, and an input port.
A first output port provided on the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction and connected to the first arm waveguide.
It is provided with a second output port provided on the other side of the tapered waveguide in the light propagation direction and connected to the second arm waveguide.
The second optical coupler
A tapered waveguide whose width gradually narrows from one side to the other in the light propagation direction,
A first input port provided on one side of the tapered waveguide in the light propagation direction and connected to the first arm waveguide.
A second input port provided on one side of the tapered waveguide in the light propagation direction and connected to the second arm waveguide.
The invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the tapered waveguide is provided on the other side in the light propagation direction and includes an output port connected to the second light receiving element. Wavelength control element.
請求項1〜のいずれか一項に記載の波長制御素子を用いて行われる波長制御方法であって、
前記光分割部から出力される信号光をモニタし、前記光源の波長を所望の波長に設定する過程と、
前記第1受光データと、前記第2受光データの差分を、初期値として記憶部に格納する過程と、
新たに取得された、前記第1受光データと、前記第2受光データの差分が、前記初期値から変化した場合は、該差分が前記初期値と一致するように、前記光源の波長を制御する
過程と
を備えることを特徴とする波長制御方法。
A wavelength control method performed by using the wavelength control element according to any one of claims 1 to 7 .
The method comprising monitoring the light splitting unit or al the signal light output, and sets the wavelength of the light source to a desired wavelength,
A process of storing the difference between the first light receiving data and the second light receiving data as an initial value in the storage unit, and
When the difference between the newly acquired first light receiving data and the second light receiving data changes from the initial value, the wavelength of the light source is controlled so that the difference matches the initial value. A wavelength control method characterized by including a process.
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