JPH0284621A

JPH0284621A - 波長フィルタ装置

Info

Publication number: JPH0284621A
Application number: JP23771488A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Murata; 茂村田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1990-03-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は複数の互いに波長の異る光信号の中から所望の
信号を選択するための波長フィルタ装置に関する。

〔従来の技術〕

波長分割多重光伝送や波長分割光交換においては、複数
の互いに波長の異る光信号の中から所望の信号を選択し
てとり出すための波長フィルタが必要である。このよう
な波長フィルタには種々のものがあるが、特に導波路中
に回折格子を備えた導波路型波長フィルタは、狭いフィ
ルタ帯域が得られること、および複数の光素子を集積化
したいわゆる光集積回路に適用できることなどの利点を
有している。第５図はそのような導波路型波長フィルタ
の従来例の一つである、半導体可変波長フィルタの基本
的な構造である。この波長フィルタについて詳しくは特
願昭６２−２８６１３６に述べられているが、ここで簡
単に説明しておく。

この波長フィルタは電気的に透過波長を変えることがで
きるなめ、撞数の光信号の中から単に決った波長の信号
を選択できるだけでなく、可変波長幅内の任意の波長の
信号を選択できるという特徴がある。構造は基本的には
発振波長を電気的に変化できる波長可変分布帰還型半導
体レーザ（ＤＦＢレーザ）である。このＤＦＢレーザを
発振しきい値以下にバイアスすることで波長フィルタと
して使用できる。透過波長はＤＦＢレーザとして動作さ
せた時の発振波長に相当する。この波長フィルタは活性
層１２０を有する活性領域１００と中央部にある位相制
御領域２００とから成る。位相制御領域２００の光ガイ
ド層１１０に注入する電流を変化させることで透過波長
を制御する。活性領域１００は入射する信号光に対して
利得を有しているため、透過信号光は増幅される。活性
領域には導波路中に回折格子１３０が設けられておりこ
の回折格子１３０の実効的な周期に対応するブラッグ波
長付近の信号だけを選択的に透過させる。位相制御領域
２００は透過波長をこのブラッグ波長付近で電気的に変
化させる機能を有している。第６図はこの波長フィルタ
の透過強度と波長の関係を表す図である。実線は位相制
御領域２００に電流を流さない時の透過特性である。電
流を流すと透過特性は破線のようにシフトする。この時
活性領域１００の電流は透過光強度が一定となるように
調整している。図かられかるようにこの波長フィルタに
おいては、ＴＥ波とＴＭ波に対して透過波長が異るので
、入射光は通常ＴＥ波になるように入射側で制御して使
用している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来例に示したような導波路型波長フィルタには次のよ
うな問題点があった。それは上述のように透過波長が入
射信号光の偏波状態によって異なる、言いかえれば、入
射光の偏波状態、が変化すると波長選択ができなくなる
という点である。したがって−最にこのような波長フィ
ルタを使用する場合には、入射光の偏波をＴＥ波または
ＴＭ波になるようあらかじめ制御する必要があった。偏
波を制御するためには偏波制御器などが必要で光学系の
調整が煩雑であった。この偏波依存性の問題は、導波路
中に回折格子を備えたすべての導波路型波長フィルタに
おいては避けられない問題であった。それは導波路中で
はＴＥ波とＴＭ波の実効屈折率が異るため、ＴＥ波とＴ
Ｍ波では実効的な回折格子周期が異なり、ブラッグ波長
が異るためである。

本発明の目的は、この問題点を改善し、入射光の偏波状
態によらず波長選択が可能な導波路型の波長フィルタ装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は２つあり、その１つは、複数の互いに波長の異
る光信号の中から所望の信号を選択するための波長フィ
ルタ装置であって、前記複数の光信号を２つに分ける分
岐部と、前記２つに分けられた光信号をそれぞれ分波す
る第１波長フィルタと第２波長フィルタとを少くとも具
備し、前記第１波長フィルタおよび第２波長フィルタは
内部に回折格子を有する導波路構造を有しており、前記
第１波長フィルタのＴＥ波に対する透過波長と、前記第
２波長フィルタのＴＭ波に対する透過波長が等しいこと
を特徴とする構成になっている。また、もう１つは、複
数の互いに波長の異る光信号の中から所望の信号を選択
するための波長フィルタ装置であって、前記光信号の偏
波面を信号速度よりも高速に回転させる偏波回転器と、
前記偏波回転器から出た前記光信号を分波する波長フィ
ルタとを少くとも含み、前記波長フィルタは内部に回折
格子を有する導波路構造を有している構成になっている
。

〔実施例〕

次に、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の波長フィルタ装置の第１実施例を示す
構成図である。この波長フィルタ装置は、入射する複数
の互いに波長の異る光信号を２つに分ける分岐部３００
と、２つの波長フィルタ４００．５００とから主として
構成されている。

２つの波長フィルタ４００，５００は第５図に示した半
導体可変波長フィルタと同じものである。本発明の特徴
は、この２つの波長フィルタ４００．５００の透過波長
の関係を次のように特定した点である。すなわち第１波
長フィルタ４００のＴＥ波に対する透過波長と第２波長
フィルタ５００のＴＭ波に対する透過波長とが一致する
ように互いの構造を少し変えている。第６図に示したよ
うに、このタイプの波長フィルタではＴＥ波に対する透
過波長の方がＴＭ波に対する透過波長よりも長波長側に
ある。したがって、第１波長フィルタ４００の回折格子
周期を第２波長フィルタ５００の回折格子周期よりも少
し小さくすれば、両者を一致させることができる。特に
この半導体波長フィルタは透過波長を電気的に変化でき
るため、回折格子周期などに対する製作上の精度は比較
的厳しくない。第２図（ａ）は第１波長フィルタ４００
の透過特性を表す図、第２図（ｂ）は第２波長フィルタ
５００の透過特性を表わす図である。実線は位相制御領
域へ電流を流さない時、破線は流した時の透過特性であ
る。この波長フィルタではＴＥ波とＴＭ波に対する透過
波長は注入電流によって同じ割合で変化するので、２つ
の波長フィルタ４００．５００の位相制御領域へ流す電
流をほぼ同じように変化させれば、ＴＥ波とＴＭ波に対
する透過波長を一致させたままで、透過波長を変化させ
ることができる。波長フィルタ４００．５００の透過特
性から明らがなように、入射光の偏波がＴＥ波であった
時には第１波長フィルタ４００で所望の波長の信号選択
が行われ、第２波長フィルタ５００がらは出力されない
。入射光の偏波がＴＭ波の時はその逆である。またＴＥ
波とＴＭ波がまざった、つまり任意の偏波の時には一部
が第１波長フィルタ４００で、一部が第２波長フィルタ
５００で選択される。したがって２つの波長フィルタ４
００゜５００からの出方を合波部６００によってたし合
せ、受光器７００で受信すれば、入射光の偏波状態によ
らず波長選択された信号を受信することができる。なお
同じ波長フィルタのＴＥ波とＴＭ波に対する透過波長は
通常３〜４ｎｍ離れているため、第２図に示したような
波長範囲（通常２ｎｍ程度）内に信号光の波長を設定し
、この範囲で波長フィルタ４００，５００を動作させれ
ば、信号間のクロストークは小さくおさえることができ
る。もう少し、詳しく述べると、例えば波長フィルタ４
００，５００の透過特性を第２図の実線のように制御し
た時は、λ１の信号のみが、２つの波長フィルタ４００
．５００のいずれかまたは両方で選択的に透過する。一
方、λ２の信号は偏波状態によらず、２つの波長フィル
タ４００．５００のいずれからも透過する割合は非常に
小さい、透過特性を第２図の破線のようにした場合には
、今度はλ２の信号だけが偏波状態によらず選択的に透
過する。

以上が第１実施例の構成と原理の説明である。

具体的な構成は以下の通りである。分岐部３００と合波
部６００は光フアイバ型の３ｄＢ結合器を用いた。２つ
の波長フィルタ４００．５００は先にも述べたように第
５図に示した従来例と同じＤＦＢレーザ型の半導体可変
波長フィルタである。この波長フィルタの構造と製作法
については、特願昭６２−２８６１３６に詳しく述べら
れているが、以下第５図を用いて簡単に製作手順を述べ
る。まずＩｎＰ基板１０５の活性領域１００に回折格子
１３０を形成する。次に１回目の液相エピタキシャル成
長法（ＬＰＥ法）でＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（λ、　
＝１４　μｍ）　１１０、ＩｎＧａＡｓＰ活性層（λ、
　＝１．５４μｍ）　１２０、ＩｎＰクラッド層１４０
を開成成長する。位相制御領域２００の活性層１２０を
選択的に除去した後、２回目のＬＰＥ法によって全体に
ＩｎＰクラッド層１５０を成長する。次に、ＤＣＰＢＨ
型の埋め込み構造とするためのメサエッチングを行い　
３回目のＬＰＥ法によって埋め込み成長を行う。各領域
に電極をつけた後、両端面にＳｉＮ膜による無反射コー
ティングを行う。２つの波長フィルタの違いは回折格子
１３０の周期の違いだけである。回折格子周波は第１波
長フィルタ４００が２３９．０　ｎ　ｍ第２波長フィル
タが２３９．５ｎｍである。２つの波長フィルタ４００
，５００の入出射側とも先球光フィイバを用いて結合し
た０分岐部３００２合波部６００．受光部７００とは光
ファイバで結合している。波長フィルタ４００．５００
は±０．１”Ｃ以下の温度制御を行っている。電気的に
変化できる透過波長の範囲は１．５５μｍ帯で約２ｎｍ
であった。入射側から１．５５μｍ付近で波長間隔０．
１ｎｍの１０波長の光信号を入力し、その中の任意の波
長の信号を選択できた。クロストークは一１５ｄｌｌ以
下であった。分岐部３００に入る前の入射側の光ファイ
バに圧力を加えて入射信号光の偏波面を変化させた時も
、約４ｄＢの出力変動が生じたがやはり１０波長の波長
選択が可能であった。なお、この波長フィルタ４００，
５００は利得も有しているために上述の出力変動を活性
領域１００への電流を制御することで補正することも可
能であった。

第３図は本発明の波長フィルタ装置の第２実施例を示す
区である。基本的な部分は第１実施例と同じで、入射信
号を２つの分ける分岐部３００と、２つの波長フィルタ
４００，５００が基本要素である。第１波長フィルタ４
００（７）ＴＥ波に対する透過波長と第２波長フィルタ
５００のＴＭ波に対する透過波長が等しい点は前述の実
施例と全く同じである。主な違いは、次の２点である。

まず第１実施例では波長フィルタ４００．５００からの
選択された信号光を合波部６００によって光学的に結合
した後、受光器７００で受光したのに対して、この第２
実施例ではそれぞれの波長フィルタ４００，５００から
の選択された信号光をそれぞれの受光器７００で直接受
光する構成をとっている。受光器７００の電気信号をな
し合せれば第１実施例と同様の効果、すなわち入射光の
偏波によらず出力信号を得るごとができる。２点目は分
岐部３００と波長フィルタ４００，５００と２つの受光
器７００が同一半導体基板１０５の上に集積化されてい
る点である。これによって装置全体を非常に小型化でき
る。製作は第１実施例で述べた波長フィルタ（半導体可
変波長フィルタ）を製作するのとほぼ同じ手順で行うこ
とができる。

単にフォトリソグラフィの際の光マスクを変更するだけ
でよい。分岐部３００は入射光に対して透明な光ガイド
からできているため、第５図に示した波長フィルタの位
相制御領域２００を形成するのと同じ方法で形成できる
。一方、受光器７００はこの波長フィルタの活性領域１
００と同じ方法で形成できる。受光器７００では活性層
１２０が光吸収層として働く。具体的には、ＩｎＰ基板
１０５の波長フィルタ４００，５００の部分にのみ、そ
れぞれ周期の異る回折格子を形成した後、ＬＰＥ法でＩ
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層、ＩｎＧａＡｓＰ活性層、Ｉｎ
Ｐクラッド層を順次成長する。波長フィルタ４００，５
００の活性領域と受光器７００の部分だけを残して他の
部分′の活性層１２０を除去する。２回目のＬ　Ｐ　Ｅ
、法で全体にＩｎ？クラッド層を成長する。次に分岐部
３００．波長フィルタ４００．５００．受光器７００の
すべてを同時にメサエッチングし、３回目のＬＰＥ法に
よって埋め込み成長を行い、埋め込み型の光ガイド構造
を形成する。すなわち、分岐部３００、波長フィルタ４
００，５００、受光器がすべて埋め込み構造をしている
。最後に波長フィルタ４００゜５００、受光器７００の
部分に電極を形成して完成する。この波長フィルタ装置
は集積化されているめ、波長フィルタ４００．５００に
無反射コート膜を必要としない。特性的には第１実施例
とほぼ同程度の波長選択特性が得られ、１．５５μｍ帯
で１０波長の選択が可能であった。入射光の偏波による
出力変動は５ｄＢ以下であった。

第４図は本発明の波長フィルタ装置の第３実施例の構成
図である。本実施例も入射光の偏波状態が変化した時に
も、波長選択がきることを目的とした波長フィルタ装置
であることに変りはないが、上述の実施例とは基本的な
構成が異る。すなわち、ここでは、入射光の偏波面を偏
波回転器８００によって信号光の信号速度より高速に回
転させ、その信号を上述の２つの実施例と同じ構造を有
する波長フィルタ９００によって選択する。

波長フィルタ９００をＴＥ波に対して透過波長を制御で
きるように設定した時、信号光の偏波面が高速で回転し
ているため、波長フィルタ９００には常に一定のＴＥ波
成分が入射し、波長選択が行える。ＴＭ波成分は透過し
ないので原理的には入射信号の半分が透過する。偏波回
転器８００はニオブ酸リチウムを用いた光ガイド型の素
子を用いた。この偏波回転器８００についてはり、Ａ、
Ｓｍ１ｔｈらにより光導波路に関する国際会議（Ｔｏｐ
ｉｃａｌｍｅｅｔｉｎｇ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
　ａｎｄ　Ｇｕｉｄｅｄ−Ｗａｖｅ　０ｐｔｉｃｓ。

ＩＧＷ○８８．ＭＥ４，１９．８８）で詳しく述べらて
いる。偏波回転器８００と波長フィルタ９００と受光器
７００はすべて光ファイバで結合されている。波長選択
特性は主に波長フィルタ９００の特性で決まるので、先
の実施例とほぼ同じ１０波長の波長選択が本実施例でも
可能であった。４００　Ｍｂ／ｓに変調した入射信号の
偏波面を２Ｇ　ＩＩ　ｙ、で変化させた時の受光器７０
０の出力変動は０．５ｄ［ｌ以下と非常に小さな値であ
った。

以上２つの原理に基づく３つの実施例について述べてき
たが、ここで若干の補足を述べておく。

まず本発明は実施例で述べたような半導体可変波長フィ
ルタだけでなく、例えばガラスの導波路に回折格子を備
えたような波長フィルタなど他の回折格子を有する導波
路型波長フィルタにも適用可能である。また半導体波長
フィルタの場合でも導波路構造としてここで用いた埋め
込み構造以外の、例えばリッジガイド構造など他の構造
でもよい。特に第２実施例のような集積化した装置の場
合には、分岐部等を含めて、リッジガイド構造とした方
が製作面では作りやすい。実施例の半導体部品はすべて
ＬＰＥ法によって製作したが、有機金属気相成長法など
他の成長方法を用いても実現できる。また波長帯も１．
５５μｍ帯に限らない。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば、入射光の偏波状
態によらず、波長選択が可能な導波路型の波長フィルタ
装置が実現できる。ＴＥ波とＴＭ波の透過波長を一致さ
せた２つの半導体可変波長フィルタを用いた装置では、
ｌ、５５μｍ帯で１０波長の波長選択が可能であり、入
射信号の偏波変動による出力変動は４ｄＢ以下であった
。また偏波回転器を用いた装置では４００　Ｍｂ／Ｓの
信号光の１０波長選択が可能で、偏波変動による出力変
動：よ０．５ｄｌｌ以下であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成図、第２図はその各
波長フィルタの透過特性を表す図、第３図は第２実施例
を表す図、第４図は第３実施例の構成図、第５図は波長
フィルタ部を表す図、第６図はその透過特性を説明する
ための図である。１００・・・活性領域、２００・・・位相制御領域、３
００・・・分岐部、４００・・・第１波長フイルり、５
００・・・第２波長フィルタ、６００・・・合波部、７
００・・・受光器、８００・・・偏波回転器、９００・
・・波長フィルタ、１０５・・・基板、１１０・・・光
ガイド層、１２０・・・活性層、１３０・・・回折格子
、１４０゜１５０・・・クラッド層。第２区動作範囲一一一一一入、入。代理人　弁理士　　内　原　　賃入２　λ１５皮長第３図第４区第５図第６図波長

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに波長の異る複数の光信号を２つに分ける分
岐部と、前記２つに分けられた光信号の各々をそれぞれ
分波する第１波長フィルタと第２波長フィルタとを少く
とも具備し、前記第１波長フィルタおよび第２波長フィ
ルタは内部に回折格子を有する導波路構造を有しており
、前記第１波長フィルタのＴＥ波に対する透過波長と、
前記第２波長フィルタのＴＭ波に対する透過波長が等し
いことを特徴とする波長フィルタ装置。
（２）複数の互いに波長の異る光信号の偏波面を信号速
度よりも高速に回転させる偏波回転器と、前記偏波回転
器から出た前記光信号を分波する波長フィルタとを少く
とも含み、前記波長フィルタは内部に回折格子を有する
導波路構造を有していることを特徴とする波長フィルタ
装置。