JPH07191291A - 同調可能な光学グレーティング装置 - Google Patents
同調可能な光学グレーティング装置Info
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Abstract
の導波路を有する同調可能な光学導波路グレーティング
装置を提供することである。 【構成】 本発明の一実施例によれば、N個の光学伝送
パスを規定する複数のN個の導波路を有する。複数の
(N−1)個の電極をこの光学パス内に配置して、k番
目のパスが(k−1)個の電極を有するよう構成する。
ここで、0<k<Nである。このように構成することに
より、k番目のパスを伝搬する光学信号は、この通路内
に配置された(k−1)個の電極により生成される位相
シフトを受けることになる。従って、従来の同調光学グ
レーティングとは異なり、各電極は幾つかの導波路を介
して伝搬する信号の一部に位相シフトを与え、その結
果、導波路の数が増加しても、大きな位相シフトを生成
するのに必要な個別の電極は必要ではない。
Description
し、特に、この光通信システムに用いられる同調可能な
光学導波路グレーティング装置に関する。
同調フィルタ、マルチプレクサ、レーザのような様々な
光学素子において、その分散要素として用いられてい
る。例えば、光学スイッチ、多重化装置、分離化装置の
ような相互接続装置は、分離スプリッタとして機能する
スターカプラの入力と導通する複数の近接して配置され
た入力導波路からなっている。このスターカプラの出力
は第2のスターカプラと光学導波路アレイからなる光学
グレーティングを介して導通する。各導波路は所定量だ
け隣接する導波路と長さが異なっている。この第2のス
ターカプラの出力は光学スイッチング、多重化装置、分
離装置の出力を構成する。これに関しては、米国特許第
5002350号を参照のこと。
光学グレーティングは、カーブした異なる長さの導波路
のアレイから構成されている。このグレーティング内の
各導波路の長さは他の導波路の長さとはすべて異なり、
所定量の異なる位相シフトがグレーティングの導波路内
にスターカプラから伝搬する光学信号に加えられる。こ
の位相シフトが発生するのは、グレーティング内を信号
がそのグレーティングの出力まで伝搬する光学長さが異
なるためである。このグレーティング内の導波路の出力
は出力点では異なる位相を有し、この異なる位相は導波
路の長さの関数である。
光学グレーティングの各導波路の屈折率を制御する適当
な電極を付与することにより変化させることができる。
例えば、半導体装置においては、この電極に流れる電流
を用いて、キャリア濃度を変化させ、これにより各導波
路内を伝搬する信号の位相に変化を生じさせる。これに
関しては、例えば、"Guided-Wave Optoelectronics"
(T.Tamir, Springer-Verlag, 1988)を参照のこと。こ
のような制御電極を有する光学導波路グレーティングは
信号の位相シフトを変化させ、これは同調可能な導波路
グレーティングと称する。
波路グレーティングはその製造が難しい。その理由は、
大きな電極領域が大きな同調電流を必要とするからであ
る。具体的には、Nがグレーティングを構成する個別の
導波路の数であるとすると、全同調電流はNの自乗で増
加する。例えば、光学パスの長さがk=2の導波路にお
いてδ1だけ変化している場合には、全同調電流は次式
で表させる。
導波路内で生成されるパスの長さの変化であり、αδ1
はδ1を生成するのに必要な電流である。この定数αは
導波路の材料特性とその断面積の関数であるが、電極の
長さとは無関係である。上記の式から分かるように、大
きなNに対し、必要な電流はNの自乗で増加する。かく
して、このようなことは多数の導波路を有する同調可能
なグレーティングでは実現不可能である。さらに、必要
な電流はシングル−ノブ(single-knob)の制御電流で
もって同期フィルタを同調するか否かに関わらず一定で
ある。
は、大きな同調電流を必要とすることなく、多数の導波
路を有する同調可能な光学導波路グレーティング装置を
提供することである。
導波路グレーティング装置は、必要な同調電流を実際の
レベルに維持しながら、その大きさを増加させることが
できる。特に、Nをグレーティングを構成する個別の導
波路の数であるとすると、全同調電流はNの一次のみで
増加する程度である。本発明の一実施例によれば、N個
の光学伝送パスを規定する複数のN個の導波路を有す
る。複数の(N−1)個の電極をこの光学パス内に配置
して、k番目のパスが(k−1)個の電極を有するよう
構成する。ここで、0<k<Nである。このように構成
することにより、k番目のパスを伝搬する光学信号は、
この通路内に配置された(k−1)個の電極により生成
される位相シフトを受けることになる。従って、従来の
同調光学グレーティングとは異なり、各電極は幾つかの
導波路を介して伝搬する信号の一部に位相シフトを与
え、その結果、導波路の数が増加しても、大きな位相シ
フトを生成するのに必要な個別の電極は必要ではない。
ィング装置は導波路トランク10を有し、この導波路ト
ランク10は一連の導波路ブランチ121、122、…、
12(N-1)が結合されている。導波路トランク10の遠
端部30NはこのグレーティングのN番目の導波路を構
成する。この導波路ブランチ121、122、…、12
(N-1)はそれぞれq1、q2、…、q(N-1)の長さを有す
る。各導波路ブランチ121、122、…、12(N-1)の
一端はそれぞれブランチポイント201、202、…、2
0(N-1)で導波路トランク10に接続されている。この
ブランチポイント20の各々で構成される接続は、導波
路Y−分岐カプラ、あるいは方向性カプラに結合され
る。このブランチポイント201、202、…、20
(N-1)は導波路トランク10に沿って所定の距離d2、d
3…、d(N-1)でもって前のブランチポイントから離間し
ている。ブランチポイント間のこの所定の距離は必ずし
もすべて等しい必要はなく、所定の応用に応じて選択で
きる。
20(N-1)は導波路トランク10に沿ってセグメント1
41、142、…、14Nを規定する。制御電極161、1
62、…、16Nが導波路トランク10にセグメント14
1、142、…、14Nの点で配置される。この実施例に
おいては、この制御電極はすべて同一であるが、また、
別の実施例においては、この制御電極は抵抗で置換で
き、そして、この抵抗は導波路を延ばすために、熱を加
えることにより、導波路セグメントの長さを変化させ
る。
に入力導波路36を介して入力される入力信号はグレー
ティングの様々なブランチを介して伝搬する結果、分散
することになる。
22、…、12(N-1)(以下k番目のブランチと称する)
を介して伝搬する入力光学信号からのパワーであるとす
ると、このk番目ブランチ内を伝搬する全入力パワーの
一部は次式で表される。
(N-1)の遠端部30kにおいて、グレーティング入力ブラ
ンチポイント20kから出力への全パス長さlk(以下グ
レーティングのk番目パスと称する)は次式で表され
る。
れる重要な特性を表している。具体的には、グレーティ
ングのk番目の全パスの長さlkはすべてのi<kに対
し、導波路トランク10のi番目のセグメントの長さの
関数である(すなわち、グレーティングのk番目のパス
は導波路トランク10のセグメント141、142、…、
14(k-1)を有している)。その結果、i番目の電極が
導波路トランク10のi番目のセグメント内で位相シフ
トδ1を生成する場合には、この位相シフトはすべての
k>iに対するグレーティングのk番目のパスの各々を
伝搬する信号に加えられることになる。
Nに同一の電流を加えると、これらの電極は位相シフト
δ1を生成する。グレーティングのk番目のパスは(k
−1)個の電極を有し、この各電極はそのパス内に位相
シフトδ1を生成するので、k番目のパスに伝搬する信
号は全部で(k−1)δ1の位相シフトを受けることに
なる。従って、グレーティングのk番目のパスはその直
前のパスに対し(k−1)δ1のパスの長さの変化があ
る。言い換えると、グレーティングの各パスは隣のパス
に対し一定の位相シフトを有することになる。この位相
の分散は同調グレーティングにとって必要なものであ
り、前述したグレーティングによって同一の位相分散が
達成できる。
電流は次式となる。
で、IGよりも小さい。従来の同調可能なグレーティン
グに必要な電流は2N倍増加する。この必要電流はそれ
故に従来の同調可能なグレーティングに比較してきわめ
て減少させることができ、実際的であり、経済的であ
る。
ば、同調可能なフィルタ、多重化装置、および長距離ネ
ットワークあるいは地方ネットワーク内で多重化するレ
ーザ等の装置に用いることができる。位相調整が可能な
ことに加えて、本発明のグレーティングはフィルタアー
ムの位相をトリミングする際に必要とされる調整領域の
全体量を最小にすることができる。本発明の光学導波路
グレーティングを用いて、導波路複屈折に起因する極性
依存性の素子を制御することができる。この導波路複屈
折性はグレーティングのアーム内に二つの極性TM、T
Eに対し、不等の位相を生成する。シリコン基板の上に
形成されたシリカ性導波路においては、この複屈折性は
シリカとシリコンとの膨張係数の異なることによって引
き起こされる残留ひずみによって引き起こされる。かく
して、このひずみに起因する複屈折性を減少させるため
に、適当な補償装置がグレーティングのアーム内に挿入
される。これに関しては、M.Kawachi著の論文"Silica W
aveguides on Silicon andTheir Application to Integ
rated-Optic Components"(Optical and QuantumElemen
ts, 22(1990),pp.391-416)を参照のこと。かくして、
本発明の装置を用いて、制御素子の全領域を減少させる
利点がある。
ーティング手段によりブロードバンドフィルタを提供す
る際の問題と関連して用いることができる。このような
グレーティングはほぼ同一曲率のカープ状の導波路では
実現できない。対向カーブのグレーティング(米国特許
第5212758号参照)を用いると、この装置の大き
さはきわめて大きくなる。しかし、本発明を採用するこ
とにより、グレーティングの大きさをかなり減少させる
ことができる。
tを適当に選択することにより達成できる。例えば、最
大限に平坦な応答、あるいは等しいリップル応答はフィ
ルタ設計の公知の規則により重み付けを変化させること
により生成できる。これに関しては、R.E.Collin著"Fou
ndations of Microwave Engineering",(McGraw-Hill,1
966,p.243)を参照のこと。さらに、可変の分離重みは
導波路ブランチを同調可能な方向性カプラでもって置換
することにより達成できる。さらに、ゲインを提供する
適当な活性領域を含めることにより、本発明の同調可能
なグレーティングは同調レーザとして用いることができ
る。
ング装置を表すブロック図。
Claims (4)
- 【請求項1】 光学エネルギーを受信する第1端(20
1)と光学エネルギーを送信する第2端(30)とを有
する第1光学導波路(10)と、 所定点(20)で前記第1光学導波路(10)に結合さ
れた第1端と光学エネルギーを送信する第2端(30)
とを有する複数の第2光学導波路(12)と、 からなり、前記複数の第2光学導波路(12)の隣接す
る対の間の各第1光学導波路(10)にセグメント(1
4)が形成され、 前記第1光学導波路のセグメント(14)の1つに、制
御電極(16)が配置されることを特徴とする同調可能
な光学グレーティング装置。 - 【請求項2】 前記第1光学導波路(10)と前記複数
の第2光学導波路(12)とは、前記各第2光学導波路
と第1光学導波路とを結合する複数のY分岐カプラを有
することを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項3】 前記第1光学導波路(10)と前記複数
の第2光学導波路(12)とは、前記各第2光学導波路
と第1光学導波路とを結合する複数の同調可能な方向性
カプラを有することを特徴とする請求項2の装置。 - 【請求項4】 N個の光学伝送パスを規定する複数のN
個の導波路と、 前記パス内に構成された複数の(N−1)個の電極層と
を有し、 k番目の通路は(k−1)個の電極を有するここで、0
<k<N ことを特徴とする同調可能な光学グレーティング装置。
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