JPH08195720A - Wavelength selection filter for pill box type optical resonator - Google Patents

Wavelength selection filter for pill box type optical resonator

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JPH08195720A
JPH08195720A JP7003910A JP391095A JPH08195720A JP H08195720 A JPH08195720 A JP H08195720A JP 7003910 A JP7003910 A JP 7003910A JP 391095 A JP391095 A JP 391095A JP H08195720 A JPH08195720 A JP H08195720A
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resonator
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隆治 古賀
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修己 和田
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明 王
Aametsudo Anisu
アーメッド アニス
Ryuichi Furuya
竜一 古谷
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Abstract

PURPOSE: To facilitate the design by arranging a pill box type optical resonator and input coupling wave guide path along outer periphery of the pill box type optical resonator at an equal interval by a prescribed angle so as to improve the control performance in coupling characteristic. CONSTITUTION: The pill box type optical resonator 1 is resonated at wavelengths nearly at an equal interval in the whisperring gallery mode being a natural mode. For example, when the wavelength of a light incident from a port P-1 of an area A is close to a resonance wavelength, the light is coupled with the resonator 1 and the energy is outputted from a port P-2. On the other hand, when the wavelength is apart from the resonance wavelength, the coupling of the signal with the resonator 1 is weak and the energy is outputted directly from a port P-3. Then the filter acts like a branching circuit extracting only the light of the resonance wavelength at the port P-2 selectively. The pass band width and the block band width of the filter are set based on a coupling degree decided by a distance between a guide path 2 or 3 and the resonator 1 and an angle coupled at an equal interval.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光周波数多重伝送方式
において用いられる複数の波長の光波を分波または合波
する波長選択フィルタに関し、狭い波長間隔の光波の選
択特性を向上すると共に、波長選択特性を容易に制御で
きるようにした光周波数多重伝送方式光通信に用いられ
る分波器または合波器を提供するにある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength selection filter for demultiplexing or combining light waves having a plurality of wavelengths used in an optical frequency multiplex transmission system, and improving the selection characteristics of light waves having a narrow wavelength interval. Another object of the present invention is to provide a demultiplexer or a multiplexer used in optical frequency multiplex transmission type optical communication in which the selection characteristics can be easily controlled.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ピルボックス型(または円盤型、
円板型)光共振器に関しては、学術的研究は幾つかなさ
れている。しかしこの共振器が本質的に超多重モード共
振器であるために、実用研究はほとんどなされていな
い。
2. Description of the Related Art Conventionally, a pill box type (or disc type,
Several academic studies have been conducted on (disk type) optical resonators. However, since this resonator is essentially a super multimode resonator, little practical research has been done.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

【0003】ピルボックス型光共振器を用いた光フィル
タについては、ピルボックス型光共振器単独の共振特性
についての研究報告はいくつかあり、またピルボックス
型光共振器と直線導波路とを結合した構造のものについ
ては報告が見られる。しかしこれら共振器および結合系
の場合、共振波長は固定であり、共振波長間隔が狭く、
さらに光共振器と直線導波路との結合部の構造が結合範
囲にわたって均一ではないので、結合特性の設計が容易
ではなく、所望の波長選択特性を得ることが困難であっ
た。従って、実用的な光フィルタとして実現した例はな
い。
Regarding the optical filter using the pillbox type optical resonator, there are some research reports on the resonance characteristics of the pillbox type optical resonator alone, and the pillbox type optical resonator and the linear waveguide are coupled. There are reports on the structure. However, in the case of these resonators and coupling systems, the resonance wavelength is fixed, the resonance wavelength interval is narrow,
Furthermore, since the structure of the coupling portion between the optical resonator and the linear waveguide is not uniform over the coupling range, it is not easy to design the coupling characteristic and it is difficult to obtain a desired wavelength selection characteristic. Therefore, there is no example realized as a practical optical filter.

【0004】本発明の目的は、狭い波長間隔で周波数多
重された光波を分波または合波する波長選択フィルタを
実現することであり、また、電極の採用により制御性を
向上して多くの応用に適用可能なピルボックス型波長選
択フィルタを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to realize a wavelength selective filter for demultiplexing or multiplexing light waves frequency-multiplexed at narrow wavelength intervals. Further, by adopting electrodes, controllability is improved and many applications are achieved. It is an object of the present invention to provide a pillbox type wavelength selective filter applicable to the.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、ピルボックス
型光共振器と入出力用の結合導波路を、ピルボックス型
光共振器の外周に沿って所定の角度だけ等間隔で配置す
るとともに、その一部に電極を設けることにより共振波
長を連続的に可変としたことを特徴とするピルボックス
型波長選択フィルタにある。
According to the present invention, a pillbox type optical resonator and an input / output coupling waveguide are arranged along a circumference of the pillbox type optical resonator at a predetermined angle at equal intervals. The pillbox type wavelength selective filter is characterized in that the resonance wavelength is continuously variable by providing an electrode on a part thereof.

【0006】本発明の実施に当たっては前記波長選択フ
ィルタを複数個縦続接続することを特徴とする。
In implementing the present invention, a plurality of the wavelength selection filters are connected in cascade.

【0007】本発明では、入出力用の導波路をピルボッ
クス型光共振器の外周に沿って所定の角度だけ等間隔で
配置する構造を採用することにより従来の課題を解決し
たものである。この構造の採用は発明者らの知る限り本
発明に関する報告が最初であり、また、ピルボックス型
光共振器に関して電極を採用して共振特性を制御するこ
とは、全く行われていない。これらの新しい発明によ
り、実用的光フィルタとして使用することが初めて可能
となったものである。
The present invention solves the conventional problems by adopting a structure in which waveguides for input and output are arranged at equal intervals along the outer circumference of a pillbox type optical resonator. The adoption of this structure is the first report of the present invention as far as the inventors know, and the use of electrodes for controlling the resonance characteristics of the pillbox type optical resonator has not been performed at all. These new inventions made it possible for the first time to use it as a practical optical filter.

【0008】本発明は、ピルボックス型光共振器
(I)、入出力用の結合導波路(II)および(III) 、およ
びピルボックス型光共振器の一部に設けた電極(IV)によ
り構成される。ここで、ピルボックス型光共振器は、周
囲の媒質よりも屈折率の高い円盤状の媒質で構成され、
光はその外周内部で反射を繰り返しながら外周内に沿っ
て伝搬するウィスパリング・ギャラリー・モード(whisp
ering gallery mode) として閉じ込められる。
The present invention comprises a pillbox type optical resonator (I), input / output coupling waveguides (II) and (III), and an electrode (IV) provided in a part of the pillbox type optical resonator. Composed. Here, the pillbox type optical resonator is composed of a disk-shaped medium having a higher refractive index than the surrounding medium,
Light propagates along the inside of the outer periphery while repeating reflection inside the outer periphery of the whispering gallery mode (whisp
ering gallery mode).

【0009】本発明は、図1に示すような、1つのピル
ボックス型光共振器1とそれに沿って配置された入出力
用の結合導波路2,3を基本構成要素とする。この基本
構成要素を電気光学効果を持つ媒質で構成し、図2
(A),(B)に示すように、ピルボックス型光共振器
の周辺に沿って一部に電極4を設ける。
The present invention has, as its basic constituent elements, one pillbox type optical resonator 1 and input / output coupling waveguides 2 and 3 arranged along it, as shown in FIG. This basic component is composed of a medium having an electro-optical effect, and
As shown in (A) and (B), an electrode 4 is partially provided along the periphery of the pillbox type optical resonator.

【0010】図2(A)は電極4を共振器1の非結合部
に設けた場合、図2(B)は電極4を共振器1の結合部
に設けた場合を示す。電極に印加された電圧により媒質
の屈折率を変化させることにより共振波長が連続的に可
変となる。さらに図3に示すように、上記の波長選択フ
ィルタを複数個縦続接続することにより、多チャンネル
の光波長を個別に選択する波長選択フィルタが実現され
る。
FIG. 2A shows the case where the electrode 4 is provided at the non-coupling portion of the resonator 1, and FIG. 2B shows the case where the electrode 4 is provided at the coupling portion of the resonator 1. The resonant wavelength is continuously variable by changing the refractive index of the medium by the voltage applied to the electrodes. Further, as shown in FIG. 3, by connecting a plurality of wavelength selection filters in cascade, a wavelength selection filter for individually selecting the optical wavelengths of multiple channels is realized.

【0011】ピルボックス型光共振器に沿って配置され
る結合導波路の断面寸法および複数個縦続接続されるピ
ルボックス型光共振器との間隔は、導波路の導波モード
と共振器のウィスパリング・ギャラリー・モードが位相
整合条件を満たして結合するように選ばれる。
The cross-sectional dimensions of the coupling waveguides arranged along the pillbox-type optical resonator and the distance between the coupling waveguides and the pillbox-type optical resonators connected in series are determined by the waveguide mode of the waveguide and the whisper of the resonator. The ring gallery mode is chosen to meet and combine the phase matching conditions.

【0012】電極4の配置は、図2(A)に示すように
ピルボックス型光共振器の非結合部に配置するか、ある
いは図2(B)に示すように結合部に配置するかの、2
種類がある。非結合部に配置する場合は共振特性のみを
制御することができ、また結合部に配置する場合は結合
特性と共振特性の両方を変化させることができる。
The electrodes 4 are arranged at the non-coupling portion of the pillbox type optical resonator as shown in FIG. 2A or at the coupling portion as shown in FIG. 2B. Two
There are types. When it is arranged in the non-coupling portion, only the resonance characteristic can be controlled, and when it is arranged in the coupling portion, both the coupling characteristic and the resonance characteristic can be changed.

【0013】図1に示す本発明の波長選択フィルタの動
作原理は、以下の通りである。図1のピルボックス型光
共振器は、その固有モードである前述のウィスパリング
・ギャラリー・モードによりほぼ等間隔の波長で共振す
る。従って、たとえば領域AのポートP−1から入射さ
れた光は、その波長が上記の共振波長に近い場合にはピ
ルボックス型光共振器と結合し、そのエネルギーはポー
トP−2から出力される。一方、その波長が共振波長か
ら離れている場合には、共振器1との結合は弱く、直接
ポートP−3から出力される。従ってこの構造は、共振
波長の光のみを選択的にポートP−2に取り出す分波回
路である。このフィルタの通過帯域幅および阻止帯域幅
は、導波路2または3と共振器1との距離により決定さ
れる結合度と、等間隔で結合している部分の角度(結合
角φ)とにより設定できる。
The operating principle of the wavelength selective filter of the present invention shown in FIG. 1 is as follows. The pillbox type optical resonator of FIG. 1 resonates at wavelengths at substantially equal intervals due to the above-mentioned whispering gallery mode, which is its eigenmode. Therefore, for example, the light incident from the port P-1 in the region A is coupled with the pillbox type optical resonator when the wavelength is close to the above resonance wavelength, and the energy is output from the port P-2. . On the other hand, when the wavelength is far from the resonance wavelength, the coupling with the resonator 1 is weak and the light is directly output from the port P-3. Therefore, this structure is a demultiplexing circuit that selectively extracts only the light of the resonance wavelength to the port P-2. The pass band width and the stop band width of this filter are set by the coupling degree determined by the distance between the waveguide 2 or 3 and the resonator 1 and the angle (coupling angle φ) of the portions connected at equal intervals. it can.

【0014】ピルボックス型光共振器1の共振波長は、
共振器1を構成する媒質の屈折率と、共振器の寸法(直
径および厚み)で決定される。ピルボックス型光共振器
の一部には電極4が設けられているので、屈折率を電極
4に印加する電圧により変化させることにより共振波長
は連続的に可変となる。
The resonance wavelength of the pillbox type optical resonator 1 is
It is determined by the refractive index of the medium forming the resonator 1 and the dimensions (diameter and thickness) of the resonator. Since the electrode 4 is provided in a part of the pillbox type optical resonator, the resonance wavelength is continuously variable by changing the refractive index with the voltage applied to the electrode 4.

【0015】[0015]

【実施例】波長0.9 μm帯を想定して理論計算した光波
長選択フィルタの特性の一例を以下に示す。ここでは、
共振器を構成する媒質としてプロトン交換LiNbO3
を使用し、ピルボックス半径を200 μm、ピルボックス
共振器と導波路の間隔を0.6 μm、導波路幅0.8 μm、
結合角を0.1491πと仮定して計算した。
EXAMPLE An example of the characteristics of the optical wavelength selection filter theoretically calculated assuming a wavelength band of 0.9 μm is shown below. here,
Proton exchange LiNbO 3 is used as a medium forming the resonator.
, The pillbox radius is 200 μm, the distance between the pillbox resonator and the waveguide is 0.6 μm, the waveguide width is 0.8 μm,
Calculation was performed assuming a bond angle of 0.1491π.

【0016】図4(A)および(B)は、それぞれ、図
1のポートP−1から光を入射した際のポートP−2お
よびポートP−3における出力光強度の計算結果であ
る。共振波長間隔Δλは0.2824nmであり、共振時にの
みポートP−2に光出力がある波長選択特性を示してい
る。
FIGS. 4A and 4B show the calculation results of the output light intensity at the port P-2 and the port P-3 when the light is incident from the port P-1 in FIG. 1, respectively. The resonance wavelength interval Δλ is 0.2824 nm, which shows the wavelength selection characteristic in which the light output is at the port P-2 only at the time of resonance.

【0017】この光波長選択フィルタを図3の構成で3
個接続したときの波長選択特性の計算結果を図5の
(A)ないし(D)に示す。この例では、波長選択フィ
ルタ11から波長選択フィルタ13までは全く同一の設計の
ものであるが、波長選択フィルタ11には電圧を印加せ
ず、波長選択フィルタ12および波長選択フィルタ13には
それぞれ、共振波長がΔλ/4およびΔλ/2シフトす
るだけの制御電圧を印加するものとしている。入射ポー
トから波長間隔が(5/4)Δλの4つの波長の光(λ
1 からλ4 )を入射したとき、各ポートにそれぞれの波
長の光が分離して出力されることがわかる。
This optical wavelength selection filter has the configuration of FIG.
Calculation results of the wavelength selection characteristics when individually connected are shown in FIGS. In this example, the wavelength selection filter 11 to the wavelength selection filter 13 are of exactly the same design, but no voltage is applied to the wavelength selection filter 11, and the wavelength selection filter 12 and the wavelength selection filter 13 respectively, A control voltage is applied so that the resonance wavelength shifts by Δλ / 4 and Δλ / 2. Light of four wavelengths (λ / 4) with a wavelength interval of (5/4) Δλ from the incident port
It can be seen that when 1 to λ 4 ) is incident, light of each wavelength is separated and output to each port.

【0018】電圧印加により共振波長を制御するので、
光共振器の波長選択フィルタの特性の制御が容易とな
り、実用に適した波長選択フィルタを実現することがで
きる。
Since the resonance wavelength is controlled by applying a voltage,
The characteristics of the wavelength selection filter of the optical resonator can be easily controlled, and a wavelength selection filter suitable for practical use can be realized.

【0019】〔試験例〕 (1)まえがき 光集積回路を構成するデバイスの1つである光フィルタ
として、薄い円盤状のコアからなるピルボックス型光共
振器に着目して、本発明者らは、その共振器自体の特性
について解析的、数値的に研究を行ってきた。この共振
器の固有モードはウィスパリング・ギャラリー・モード
であり、超マルチモードとなる。そして実際にフィルタ
を構成することを考え、光波の入出力のために結合導波
路を用いることを提案し、光パワを効率よく移行するよ
うに共振器とのギャップおよび導波路の幅を計算した。
[Test Example] (1) Preface As a light filter that is one of the devices that form an optical integrated circuit, the present inventors have focused on a pillbox type optical resonator having a thin disk-shaped core. , And have conducted analytical and numerical studies on the characteristics of the resonator itself. The eigenmode of this resonator is the whispering gallery mode, which is a super multimode. Then, in consideration of actually constructing a filter, we proposed to use a coupled waveguide for the input and output of light waves, and calculated the gap with the resonator and the width of the waveguide to efficiently transfer the optical power. .

【0020】そこで、本発明においてはピルボックス型
光共振器と結合導波路からなる受動素子の波長依存特性
について計算した。計算手法としては、解析対象を幾つ
かの領域に分割し、各領域での光の入出力状態を散乱行
列で表現する。この散乱行列は大きく分けて、モード変
換とモード伝搬の2種類あり、前者の計算にはモード界
分布、後者の計算には伝搬定数が必要であるが、これら
はFE−BPMに基づく固有値計算によって求めた。さ
らに応用として、この受動素子を複数個組み合わせた構
造について波長依存特性を計算して、波長選択フィルタ
として動作可能なことを示した。
Therefore, in the present invention, the wavelength dependence characteristics of the passive element composed of the pillbox type optical resonator and the coupling waveguide are calculated. As a calculation method, the analysis target is divided into several regions, and the light input / output state in each region is represented by a scattering matrix. This scattering matrix is roughly divided into two types, mode conversion and mode propagation. The former calculation requires a mode field distribution, and the latter calculation requires a propagation constant. These are calculated by eigenvalue calculation based on FE-BPM. I asked. Furthermore, as an application, we calculated the wavelength-dependent characteristics of the structure in which multiple passive elements are combined, and showed that it can operate as a wavelength selection filter.

【0021】(2)解析構造 図1(A)においては、素子は基板平面内に構成されて
おり、本来は3次元構造であるが、本発明では、素子の
厚さ方向(z方向)にはTMシングルモードの閉じ込め
を仮定して、等価屈折率法を適用することにより、2次
元での解析にしている。そのため、導波路においてはz
方向に一様なスラブ導波路のTEシングルモード、ピル
ボックス型光共振器においては、電界成分が基板に垂直
な成分しか持たないWGHモードとなる。ピルボックス
型光共振器のコアおよび導波路とクラッドの屈折率はそ
れぞれNCO,Now,NClであり、ピルボックス半径をa
とする。
(2) Analytical Structure In FIG. 1 (A), the element is formed in the plane of the substrate and originally has a three-dimensional structure. However, in the present invention, the element is arranged in the thickness direction (z direction) of the element. Assumes a TM single mode confinement and applies an equivalent refractive index method for two-dimensional analysis. Therefore, in the waveguide, z
In the TE single mode of the slab waveguide, which is uniform in the direction, and in the pillbox type optical resonator, the electric field component is the WGH mode having only the component perpendicular to the substrate. The refractive index of the core and the waveguide and the clad of the pillbox type optical resonator are N CO , N ow , and N Cl , respectively, and the pillbox radius is a
And

【0022】そして、ピルボックス型光共振器と導波路
の位置関係により大きく4つの領域に分割する。領域
A,Cでは、ピルボックス型光共振器と直線導波路は十
分離れているので結合は無視できる。領域B,Dでは、
ピルボックス型光共振器と曲がり導波路は一定の間隔を
保ち、結合角φ1 だけ結合している。
Then, it is roughly divided into four regions depending on the positional relationship between the pillbox type optical resonator and the waveguide. In regions A and C, the pillbox type optical resonator and the linear waveguide are sufficiently separated from each other, so that the coupling can be ignored. In areas B and D,
The pillbox type optical resonator and the curved waveguide are kept at a constant distance and are coupled by a coupling angle φ 1 .

【0023】それでは、この素子の動作について考察す
る。まず、ポートP−1から直線導波路に入力光が与え
られる。そして領域Aから領域Bに伝搬するときに光パ
ワは、結合部での固有モードである偶モードおよび奇モ
ードに変換される。ここで厳密に言えばピルボックス型
光共振器は半径方向にマルチモードであるので、この高
次モードと曲がり導波路のモードとの結合も存在するの
であるが、その影響は小さいとして、0次モードとの結
合のみを考える。そのため、領域Bでは2つの互いに直
交するモードが各々の伝搬定数に従って伝搬し位相が変
化する。領域Bと領域Cの境界で再びモード変換され
て、ピルボックス型光共振器の固有モードと直線導波の
固有モードとなって伝搬する。そして、領域Cで、直線
導波路の固有モードはポートP−3に出力され、ピルボ
ックス型光共振器内では光波は、固有モードであるウィ
スパリング・ギャラリー・モードとしてコアの外周に沿
って伝搬し、再び領域Dでは、結合部の固有モードに変
換されて伝搬する。つづいて領域Aとの境界に至ると再
びモード変換されて、直線導波路の固有モードはポート
P−2に出力され、ピルボックス型光共振器の固有モー
ドは、伝搬後再び領域Bに至る。このように、2つの導
波路をピルボックス型光共振器を挟んで結合することに
よりピルボックス型光共振器の共振特性を利用すること
ができる。
Now, the operation of this element will be considered. First, input light is given from the port P-1 to the linear waveguide. Then, when propagating from the area A to the area B, the optical power is converted into an even mode and an odd mode which are eigenmodes in the coupling portion. Strictly speaking, since the pillbox type optical resonator is multimode in the radial direction, there is also a coupling between this higher-order mode and the mode of the bending waveguide, but its effect is small, Consider only coupling with modes. Therefore, in the region B, two mutually orthogonal modes propagate according to their propagation constants, and the phase changes. The mode is converted again at the boundary between the regions B and C, and propagates as the eigenmode of the pillbox optical resonator and the eigenmode of the linear waveguide. Then, in the region C, the eigenmode of the linear waveguide is output to the port P-3, and the light wave propagates along the outer circumference of the core as a whispering gallery mode which is an eigenmode in the pillbox type optical resonator. Then, again in the region D, the eigenmode of the coupling portion is converted and propagates. Then, when reaching the boundary with the region A, mode conversion is performed again, the eigenmode of the linear waveguide is output to the port P-2, and the eigenmode of the pillbox optical resonator reaches the region B again after propagation. In this way, by coupling the two waveguides with the pillbox type optical resonator interposed therebetween, the resonance characteristic of the pillbox type optical resonator can be utilized.

【0024】(3)解析結果 図1(A)の結合系の入出力特性を計算する。計算に用
いたパラメータとしては、ピルボックス半径a=200 μ
m、そしてプロトン効果LiNbO3 を仮定して、ピル
ボックス型光共振器のコアおよび導波路とクラッドの屈
折率がそれぞれNCO=Now=2.302 ,NCl=2.201 、コ
アと導波路間のギャップG=0.6 μm、導波路幅W=0.
8 μm、結合角φ1 は結合部でのパワ移行率がF=0.2
となるように0.1491πとした。また、本発明では0.9 μ
m帯の光を扱うこととし、このとき0.9 μmに最も近い
共振波長をもつピルボックスの周方向モード次数は3190
である。
(3) Analysis Results The input / output characteristics of the coupled system shown in FIG. 1 (A) are calculated. The parameters used in the calculation are the pillbox radius a = 200 μ
m, and the proton effect LiNbO 3 , assuming that the core of the pillbox type optical resonator and the refractive index of the waveguide and the cladding are N CO = N ow = 2.302 and N Cl = 2.201, respectively, and the gap between the core and the waveguide. G = 0.6 μm, waveguide width W = 0.
8 μm, bond angle φ 1 , power transfer rate at the joint is F = 0.2
Was set to 0.1491π. In the present invention, 0.9 μ
It is assumed that the m-band light is treated, and the circumferential mode order of the pillbox having the resonance wavelength closest to 0.9 μm is 3190.
Is.

【0025】数値計算の結果を図4(A),図4(B)
に示す。ともに横軸は、ポートP−1に与えられる入力
光の波長であり、縦軸はそれぞれポートP−2およびポ
ートP−3への規格化出力パワ|S212 ,|S312
であり、入力パワで出力パワを規格化したものである。
図4(A),図4(B)は入力波長が共振波長と一致し
ない場合はポートP−3に出力されているが、共振時の
みポートP−2へ出力されていることを示している。ま
た、共振波長間隔Δλ=0.2824nmを図より求めること
ができるが、これはピルボックス型光共振器の周モード
間隔Δλ≒λ/(hb −1)=0.2823nmより妥当な値
である。
The results of the numerical calculation are shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B).
Shown in In both figures, the horizontal axis is the wavelength of the input light given to the port P-1, and the vertical axis is the normalized output powers | S 21 | 2 and | S 31 | 2 to the ports P-2 and P-3, respectively.
The output power is standardized with the input power.
FIGS. 4A and 4B show that when the input wavelength does not match the resonance wavelength, the light is output to the port P-3, but is output to the port P-2 only at the time of resonance. . Further, the resonance wavelength interval Δλ = 0.2824 nm can be obtained from the figure, which is a more reasonable value than the circumferential mode interval Δλ≈λ / (h b −1) = 0.2823 nm of the pillbox type optical resonator.

【0026】次にこのような特性を持つ結合系を複数個
組み合わせて、図3のような構造として、光フィルタと
して動作させることについて考察する。
Next, it will be considered to combine a plurality of coupling systems having such characteristics to operate as an optical filter having a structure as shown in FIG.

【0027】図3を散乱行列で表したものを図6に示
す。まず、用いるすべてのピルボックス半径は同一とす
る。このままでは、同じ共振特性を持つだけでフィルタ
としては動作しないので、各ピルボックス型光共振器に
電極を付け、電圧を与えることにより電気光学効果を利
用して、その部分だけ屈折率を変化させることにより光
路長を変化させて、共振特性を各々ずらすことにする。
A scattering matrix of FIG. 3 is shown in FIG. First, all pillbox radii used should be the same. As it is, it has the same resonance characteristics but does not operate as a filter. Therefore, by attaching an electrode to each pillbox type optical resonator and applying a voltage, the electro-optic effect is used to change the refractive index only in that part. As a result, the optical path length is changed to shift the resonance characteristics.

【0028】その概略図を図7に示す。この場合、フィ
ルタリングする入力波長は4つと仮定する。まず、ピル
ボックス型光共振器11が電圧を掛けていない基準状態と
する。次に、ピルボックス型光共振器12は、共振波長間
隔Δλの1/4だけシフトした共振特性を持つように印
加電圧を調整する。ピルボックス型光共振器13はΔλ/
2だけシフトした共振特性を持つように印加電圧を調整
する。このように3つのピルボックス型光共振器の共振
状態をずらしたとき、入力波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4
を図7のようにλ1 を基準に5Δλ/4の波長間隔で選
んでやると、λ1 ,λ2 ,λ3 はそれぞれピルボックス
型光共振器11,12,13の共振波長とだけ一致しており、
λ4 はどのピルボックス型光共振器の共振波長とも一致
していない。これはつまり、各ピルボックス型光共振器
が選択的にある入射波長だけをフィルタリングしている
ことを示す。
A schematic diagram thereof is shown in FIG. In this case, it is assumed that there are four input wavelengths to be filtered. First, the pillbox type optical resonator 11 is set to a reference state in which no voltage is applied. Next, the pillbox type optical resonator 12 adjusts the applied voltage so as to have a resonance characteristic that is shifted by ¼ of the resonance wavelength interval Δλ. The pillbox type optical resonator 13 is Δλ /
The applied voltage is adjusted so that the resonance characteristic is shifted by 2. In this way, when the resonance states of the three pillbox optical resonators are shifted, the input wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4
As shown in FIG. 7, when λ 1 is used as a reference and the wavelength interval is 5Δλ / 4, λ 1 , λ 2 , and λ 3 are equal to the resonant wavelengths of the pillbox-type optical resonators 11, 12, and 13, respectively. I am doing
λ 4 does not match the resonance wavelength of any pillbox optical resonator. This means that each pillbox optical resonator selectively filters only certain incident wavelengths.

【0029】次に図1(A)と同じパラメータを用いて
図6の散乱行列を解き数値計算する。この際まずピルボ
ックス型光共振器11,12,13の共振特性が図7のように
シフトするために必要な位置遅れを計算する。
Next, the scattering matrix in FIG. 6 is solved using the same parameters as in FIG. At this time, first, the position delay required to shift the resonance characteristics of the pillbox type optical resonators 11, 12, and 13 as shown in FIG. 7 is calculated.

【0030】ピルボックス型光共振器12,13について計
算するとそれぞれΔφ2 =4.932 ×10-4,Δφ3 =9.86
5 ×10-4となる。実際は、これらの値だけ位相遅れが生
じるように、電極に電圧を掛ければよい。
Calculations for the pillbox type optical resonators 12 and 13 show Δφ 2 = 4.932 × 10 −4 and Δφ 3 = 9.86, respectively.
It becomes 5 × 10 -4 . In practice, it is sufficient to apply a voltage to the electrodes so that the phase delay is generated by these values.

【0031】数値計算結果を図5(A),(B),
(C)および(D)に示す。これはそれぞれ、図6にお
けるポートP−2,ポートP−5,ポートP−10,ポー
トP−11での出力特性を表している。また、図中に入力
波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 を示しているが、図7の条
件を満足するように、Δλ=0.2824nmよりλ1 =0.90
01240 μm,λ2 =0.9004770 μm,λ3 =0.9008300
μm,λ4 =0.9011830 と選んでいる。各図を見るとそ
れぞれ図7に示したように、ある1つの入射波長だけを
透過していて、波長選択フィルタとして動作しているこ
とが分かる。そこで、各出力ポートにおけるクロストー
クを計算すると、出力ポートP−2,出力ポートP−
5,出力ポートP−10,出力ポートP−11においてそれ
ぞれ−10.20 dB,−12.32 dB,−14.07 dB,−2
8.72 dBとなる。
Numerical calculation results are shown in FIGS.
Shown in (C) and (D). These represent the output characteristics at port P-2, port P-5, port P-10, and port P-11 in FIG. 6, respectively. Further, the input wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , and λ 4 are shown in the figure, but from the condition of Δλ = 0.2824 nm, λ 1 = 0.90, so that the condition of FIG. 7 is satisfied.
01240 μm, λ 2 = 0.9004770 μm, λ 3 = 0.9008300
We chose μm, λ 4 = 0.9011830. As shown in FIG. 7, each figure shows that only one incident wavelength is transmitted and it operates as a wavelength selection filter. Therefore, when the crosstalk at each output port is calculated, output port P-2 and output port P-
5, -10.20 dB, -12.32 dB, -14.07 dB, -2 at output port P-10 and output port P-11, respectively
It will be 8.72 dB.

【0032】ここで、計算上入射波長間隔を5Δλ/4
=0.353 nmに選んでいるが、図7から明らかなよう
に、波長間隔がLΔλ/4(L:奇数)であるならば、
同様なフィルタ特性が得られるので、実際使用する入射
波長を選ぶときには、レーザダイオードの発振スぺクト
ル線幅などを考慮して決定すればよい。
Here, the incident wavelength interval is calculated to be 5Δλ / 4.
= 0.353 nm, but as is clear from FIG. 7, if the wavelength interval is LΔλ / 4 (L: odd number),
Since similar filter characteristics can be obtained, when selecting the incident wavelength to be actually used, it may be determined in consideration of the oscillation spectrum line width of the laser diode.

【0033】(4)まとめ 薄い円盤状のコアからなるピルボックス型光共振器に入
出力導波路を取り付けて、その光パワの入出力の波長依
存特性を、FE−BPMに基づく固有値計算およびモー
ド変換計算の結果を散乱行列に組み込むことにより数値
計算してその共振特性を明らかにした。そして、その応
用として、この結合系を複数個組み合わせて、さらにピ
ルボックス型光共振器に電極を取り付け電圧を加えるこ
とにより各共振特性をずらせるような構造の光フィルタ
を提案し、その入出力の波長依存特性を数値計算するこ
とにより、確かに波長選択フィルタとして動作すること
を確認した。
(4) Summary An input / output waveguide is attached to a pillbox type optical resonator composed of a thin disk-shaped core, and the wavelength-dependent characteristics of the input / output of the optical power are calculated by eigenvalue calculation based on FE-BPM and mode. Numerical calculations were performed by incorporating the results of the transformation calculation into the scattering matrix to clarify its resonance characteristics. Then, as its application, we proposed an optical filter with a structure in which multiple coupling systems are combined, electrodes are further attached to the pillbox type optical resonator, and each resonance characteristic is shifted by applying a voltage. By numerically calculating the wavelength-dependent characteristics of, it was confirmed that it certainly works as a wavelength selection filter.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明の要点は3つある。その第1は、
図1(A)に示すように、ピルボックス型光共振器と入
出力用の結合導波路を、ピルボックス型光共振器の外周
に沿って所定の角度だけ等間隔で配置したことにより、
結合特性の制御性を向上させ、設計を容易としたことで
ある。
The present invention has three main points. The first is
As shown in FIG. 1A, by arranging the pillbox type optical resonator and the coupling waveguide for input and output along the outer periphery of the pillbox type optical resonator at a predetermined angle at equal intervals,
This is to improve the controllability of the coupling characteristics and facilitate the design.

【0035】従来、結合導波路として直線導波路を採用
したピルボックス型光共振器が報告されているが、この
場合は結合領域にわたって不均一であり、最適結合を得
るための設計が困難である。本発明の方法であれば結合
領域にわたり均一な結合が得られるため結合部の長さを
変化させることで結合特性を変化させることができ、設
計は容易となる。
Conventionally, a pillbox type optical resonator employing a linear waveguide as a coupling waveguide has been reported, but in this case, it is not uniform over the coupling region, and it is difficult to design to obtain optimum coupling. . According to the method of the present invention, since a uniform bond can be obtained over the bond region, the bond characteristics can be changed by changing the length of the bond portion, which facilitates the design.

【0036】本発明の要点の第2は、ピルボックス型光
共振器の一部に電極を設けることにより共振波長を連続
的に可変としたことである。これにより、分波および合
波特性を電気的に制御することができ、応用範囲が広が
ると同時に、製作上の許容誤差を大きくすることができ
る。電極が無い場合には、共振波長および共振モードの
外周に沿った位相速度は、ピルボックス光共振器の屈折
率および寸法のみで決まってしまう。電極を配置するこ
とにより、電気光学効果を利用してその部分の屈折率を
変化させることができ、共振波長および位相速度が可変
となる。
The second important point of the present invention is that the resonance wavelength is continuously variable by providing an electrode on a part of the pillbox type optical resonator. As a result, the demultiplexing and multiplexing characteristics can be electrically controlled, the application range can be expanded, and the manufacturing tolerance can be increased. In the absence of electrodes, the resonant wavelength and phase velocity along the perimeter of the resonant mode are determined solely by the refractive index and dimensions of the pillbox optical resonator. By arranging the electrodes, the refractive index of the portion can be changed by utilizing the electro-optic effect, and the resonance wavelength and the phase velocity can be changed.

【0037】さらに、本発明の要点の第3は、図3に示
すように上記の波長選択フィルタを複数個縦続接続する
ことにより、多チャンネルの光波長を個別に選択する波
長選択フィルタを実現したことである。図3は、2本の
結合導波路を持つ波長選択フィルタ3個(11,12,13)
を縦続接続して、4波長の光の入力に対しこれを別々の
ポートに出力する分波回路の例である。各個の光波長選
択フィルタは独立して電気的に特性の制御ができる。図
3の構成では、3つのフィルタをそれぞれ入射された波
長のうち1つだけで共振するように設計すればよい。
Further, as a third point of the present invention, as shown in FIG. 3, by connecting a plurality of the above-mentioned wavelength selection filters in cascade, a wavelength selection filter for individually selecting optical wavelengths of multiple channels is realized. That is. Figure 3 shows three wavelength selection filters (11, 12, 13) with two coupled waveguides.
Is an example of a demultiplexing circuit in which four wavelengths of light are input in series and are output to different ports. The characteristics of each individual optical wavelength selection filter can be electrically controlled independently. In the configuration shown in FIG. 3, the three filters may be designed to resonate at only one of the wavelengths respectively entered.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1(A)は、本発明のピルボックス型光共振
器と結合導波路を結合した波長選択フィルタの平面図で
ある。図1(B)はピルボックス型光共振器と結合導波
路との結合系の散乱行列によるモデル図である。
FIG. 1A is a plan view of a wavelength selection filter in which a pillbox type optical resonator of the present invention and a coupling waveguide are coupled. FIG. 1B is a model diagram by a scattering matrix of a coupling system of a pillbox type optical resonator and a coupling waveguide.

【図2】図2(A)は本発明の波長選択フィルタの非結
合部上に配置した電極の配置図である。図2(B)は本
発明の波長選択フィルタの結合部上に配置した電極の配
置図である。
FIG. 2A is a layout view of electrodes arranged on a non-coupling portion of the wavelength selection filter of the present invention. FIG. 2B is a layout view of the electrodes arranged on the coupling portion of the wavelength selection filter of the present invention.

【図3】図3は波長選択フィルタ3個を縦続接続した多
チャンネル用波長選択フィルタの一例を示す平面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a multi-channel wavelength selection filter in which three wavelength selection filters are cascade-connected.

【図4】図4(A)および(B)は、図1に示した波長
選択フィルタのポートP−2およびポートP−3の出力
ポートの出力光強度図である。
4A and 4B are output light intensity diagrams of output ports of a port P-2 and a port P-3 of the wavelength selection filter shown in FIG.

【図5】図5(A)は図3の構成の波長選択フィルタの
導波路21の出力特性の分波特性図である。図5(B)は
図3の構成の波長選択フィルタの導波路22の出力特性の
分波特性図である。図5(C)は図3の構成の波長選択
フィルタの導波路23の出力特性の分波特性図である。図
5(D)は図3の構成の波長選択フィルタの導波路24の
出力特性の分波特性図である。
5A is a demultiplexing characteristic diagram of the output characteristic of the waveguide 21 of the wavelength selection filter having the configuration of FIG. FIG. 5B is a demultiplexing characteristic diagram of the output characteristic of the waveguide 22 of the wavelength selection filter having the configuration of FIG. FIG. 5C is a demultiplexing characteristic diagram of the output characteristic of the waveguide 23 of the wavelength selection filter having the configuration of FIG. FIG. 5D is a demultiplexing characteristic diagram of the output characteristic of the waveguide 24 of the wavelength selection filter having the configuration of FIG.

【図6】図6は本発明の図3の多チャンネル用波長選状
フィルタの散乱行列によるモデル図である。
6 is a model diagram of a scattering matrix of the multichannel wavelength selective filter of FIG. 3 according to the present invention.

【図7】図7は4波長の場合の入力波長と共振波長との
関係を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between an input wavelength and a resonance wavelength in the case of four wavelengths.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ピルボックス型光共振器 2 入出力用結合導波路 3 入出力用結合導波路 4 電極 10 基板 11 ピルボックス型光共振器 12 ピルボックス型光共振器 13 ピルボックス型光共振器 21 導波路 22 導波路 23 導波路 24 導波路 1 Pill Box Optical Resonator 2 Input / Output Coupling Waveguide 3 Input / Output Coupling Waveguide 4 Electrode 10 Substrate 11 Pill Box Optical Resonator 12 Pill Box Optical Resonator 13 Pill Box Optical Resonator 21 Waveguide 22 Waveguide 23 Waveguide 24 Waveguide

フロントページの続き (72)発明者 古谷 竜一 岡山県倉敷市福井226番地5号Continued Front Page (72) Inventor Ryuichi Furuya 226-5 Fukui, Kurashiki-shi, Okayama

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ピルボックス型光共振器と入出力用の結
合導波路を、ピルボックス型光共振器の外周に沿って所
定の角度だけ等間隔で配置するとともに、その一部に電
極を設けることにより共振波長を連続的に可変としたこ
とを特徴とするピルボックス型光共振器の波長選択フィ
ルタ。
1. A pillbox type optical resonator and a coupling waveguide for input and output are arranged at equal intervals along a circumference of the pillbox type optical resonator, and electrodes are provided on a part thereof. Thus, the wavelength selection filter of the pillbox type optical resonator is characterized in that the resonance wavelength is continuously variable.
【請求項2】 前記波長選択フィルタを複数個縦続接続
することを特徴とする請求項1記載のピルボックス型光
共振器の波長選択フィルタ。
2. The wavelength selection filter for a pillbox type optical resonator according to claim 1, wherein a plurality of the wavelength selection filters are connected in cascade.
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