JPH08271842A

JPH08271842A - 導波型波長フィルタ

Info

Publication number: JPH08271842A
Application number: JP10060395A
Authority: JP
Inventors: Yukio Furukawa; 幸生古川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】任意の偏波状態を有する入力光から、偏波に
依存することなく特定の波長を安定に選択できる導波型
波長フィルタである。【構成】導波路中に設けられた回折格子２１によって複
数の波長の中から特定の波長を選択する導波型波長フィ
ルタである。導波路中を伝搬するＴＥモードおよびＴＭ
モードが相互に変換しながら伝搬するようなＴＥ−ＴＭ
変換手段２３が設けられている。更に、ＴＥ−ＴＭ変換
手段２３が設けられた導波路に連続して、ＴＥ−ＴＭ変
換手段２３が設けられた導波路に比べて、選択される帯
域幅が大きく、選択される中心波長の偏波依存性が小さ
い波長選択手段を持つ領域が設けられてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長多重光通信等に用
いられる導波型波長フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、波長多重化された光信号の中から
特定の波長を選択・分離する波長フィルタがいくつか提
案されている。その中でも、図１６に示すような、導波
路中に設けられた回折格子ｇによって特定の波長のみを
選択するタイプの波長フィルタは、任意の層組成や層厚
が実現でき、１Å以下の波長幅で光を選択できる。その
ため、波長多重光通信の波長チャネル間隔やチャネル間
アイソレーションといった点で設計の自由度が大きい。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記の波
長フィルタにおいては、回折格子ｇのブラッグ波長がＴ
ＥモードとＴＭモードとで数ｎｍ異なる。そのため、入
力光の偏波状態によって、選択された波長の光強度が変
動するという欠点を有する。この波長フィルタを通信に
用いた場合、光ファイバ７２５中を伝搬した信号光の偏
波状態はランダムであるので、上記の欠点が信号受信時
の誤りの原因となる。このような偏波依存性を排除する
ために、ＴＥモード、ＴＭモードそれぞれに対して設計
した波長フィルタを２つ用意して、あらかじめ信号光を
直交する偏波成分で分離した後にそれぞれの偏波成分に
合わせた波長フィルタによって所望の波長の信号を選択
するという方法も考えられる。しかし、この方法は、２
つの波長フィルタの特性を同一にすることが困難であ
り、構成が複雑になるため、実用的でない。

【０００４】また、各モードの実効屈折率を一致させれ
ば、両方のブラッグ波長が等しくなるのでこの問題は解
決されるとも言える。例えば、ＴＥモードとＴＭモード
とで屈折率の異なる様な材料や導波路構造を用いること
によって実効屈折率を一致させることは可能である。し
かし、０．１ｎｍ以下の波長幅で選択する波長フィルタ
に適応する為には、実効屈折率を−５乗のオーダーまで
等しくする必要がある。よって、作製時の許容誤差が小
さい、屈折率を微調する機構が必要であると言った欠点
を有する。

【０００５】従って、本出願に係る第１の発明の目的
は、偏波依存性のない導波型波長フィルタを提供するこ
とにある。

【０００６】本出願に係る第２の発明の目的は、波長選
択性に優れた、偏波依存性のない導波型波長フィルタを
提供することにある。

【０００７】本出願に係る第３の発明の目的は、容易に
作製可能なＴＥ−ＴＭ変換手段を有する導波型波長フィ
ルタを提供することにある。

【０００８】本出願に係る第４の発明の目的は、光通信
に適した導波型波長フィルタを提供することにある。

【０００９】本出願に係る第５の発明の目的は、通信な
どに用いる波長帯域を制限することのない、偏波依存性
のない導波型波長フィルタを提供することにある。

【００１０】本出願に係る第６の発明の目的は、他の光
素子との集積化に適した導波型波長フィルタを提供する
ことにある。

【００１１】本出願に係る第７の発明の目的は、より作
製時の許容誤差の大きい導波型波長フィルタを提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】前記第１の目
的を実現するため、本発明においては、導波路中に設け
られた回折格子によって複数の波長の中から特定の波長
を選択する導波型波長フィルタにおいて、導波路中を伝
搬する２つの導波モード（ＴＥモードおよびＴＭモー
ド）が相互に変換しながら伝搬するような手段（ＴＥ−
ＴＭ変換手段）を設けることを特徴とする。

【００１３】上記構成における作用を説明する。導波路
中の回折格子のブラッグ波長はＴＥモードとＴＭモード
で異なるため、或る特定波長のＴＥモードに対してブラ
ッグ条件となるように回折格子の周期を設定すれば、こ
の特定波長においては、ＴＥモードは回折効果を受ける
が、ＴＭモードは回折効果を受けない。光ファイバ中を
伝搬してきた偏波状態のランダムな信号を本発明の導波
型波長フィルタに入射した場合、信号光はＴＥモードと
ＴＭモードに分かれて導波路中を伝搬するが、導波路中
に設けられたＴＥ−ＴＭ変換手段によってＴＥモードと
ＴＭモードが相互に変換しながら伝搬するので、入射端
ではＴＭモードであった信号光も導波路中を伝搬するう
ちにＴＥモードにシフトする。したがって、入射端にお
ける２つの偏波モードの両方に回折格子による回折効果
を与えることができるので、入射光の偏波状態に依存せ
ず回折格子のブラッグ波長に起因した波長を選択するこ
とができる。ＴＭモードに対してブラッグ条件となるよ
うに回折格子の周期を設定した場合でも同様に説明でき
る。

【００１４】前記第２の目的を実現するため、本発明に
おいては、前記回折格子が分布帰還型回折格子であった
り、分布反射型回折格子であったりすることを特徴とす
る。この構成によれば、波長多重された複数の波長の中
から特定の波長を０．１ｎｍ以下の波長幅或は数ｎｍの
波長幅で選択し、出力させるので、波長選択性に優れた
導波型波長フィルタを実現できる。

【００１５】前記第３の目的を実現するため、本発明に
おいては、前記ＴＥ−ＴＭ変換手段は、導波路の異方性
軸が導波路の面法線に対して交互に反対向きに傾くよう
な構造によって実現されていることを特徴とする。より
具体的には、前記ＴＥ−ＴＭ変換手段が、導波路上に周
期的に凹凸が設けられた非対称リブ導波路によって構成
されていたり、導波路の両側に交互に凹部が設けられた
チャネル導波路によって構成されていたりする。この構
成によれば、容易に作製可能なＴＥ−ＴＭ変換手段を有
する導波型波長フィルタを実現できる。

【００１６】前記第４の目的を実現するため、本発明に
おいては、前記導波路を構成する層の一部に活性層を設
け、該活性層に電流を注入する手段を設けたことを特徴
とする。この構成によれば、活性層の存在により、波長
選択性が更に向上され光出力強度を充分にでき、光通信
に適した導波型波長フィルタを実現できる。

【００１７】前記第５の目的を実現するため、本発明に
おいては、更に、前記ＴＥ−ＴＭ変換手段が設けられた
導波路に連続して、前記ＴＥ−ＴＭ変換手段が設けられ
た導波路に比べて、選択される帯域幅が大きく、選択さ
れる中心波長の偏波依存性が小さい波長選択手段が設け
られた領域が設けられていることを特徴とする。また、
２つの連続する領域からなる導波型波長フィルタであっ
て、第１の領域には、導波路を伝搬する２つの導波モー
ドであるＴＥモード及びＴＭモードが相互に変換しなが
ら伝搬するようにするＴＥ−ＴＭ変換手段及び第１の波
長選択手段が設けられており、第２の領域には、第１の
波長選択手段に比べて、選択される帯域幅が大きい第２
の波長選択手段が設けられていることを特徴とする。

【００１８】この構成において、第１の領域の出射端に
おいては、第１の波長選択手段のＴＥモードに対する選
択波長とＴＭモードに対する選択波長の２つのピークが
存在する可能性があるが、第２の領域に設けられた第２
の波長選択手段によって、どちらか一方の波長ピークの
みを、ＴＥモードとＴＭモードの双方で選択することに
より、導波型波長フィルタの偏波無依存性を妨げること
なく波長帯域を拡大するものである。

【００１９】より具体的には、前記第２の波長選択手段
が、連続して存在する周期の異なる２つの回折格子によ
って２つの導波路が結合した方向性結合器からなること
を特徴とする。この構成において、第１の領域の出力端
での２つの波長のうちの一方の波長において結合条件を
満たす様にＴＥモード、ＴＭモード夫々に対して回折格
子を設計し、両偏波モード共に一方の導波路から他方の
導波路に光を移行させるものである。

【００２０】また、前記第２の波長選択手段が、回折格
子によって、厚さと幅がほぼ等しい導波層によって構成
される２つの導波路が結合した方向性結合器からなるこ
とを特徴とする。この構成において、ＴＥモード、ＴＭ
モード夫々に対する２つの導波路の実効屈折率をほぼ等
しくすることにより、両偏波モードにおいて回折格子が
結合条件を満たす波長がほぼ等しくなり、その波長を第
１の領域の出力端での２つの波長のうちの一方に合わせ
ることにより、両偏波モード共に一方の導波路から他方
の導波路に光を移行させるものである。

【００２１】また、前記第２の波長選択手段が、第２の
回折格子によって２つの導波路が結合した方向性結合器
からなり、該２つの導波路の双方が、超格子層と導波層
を含んでおり、ＴＥモードに対する超格子層の屈折率が
他方の偏波モードであるＴＭモードに対する超格子層の
屈折率よりも大きく、ＴＥモードに対しては、超格子層
に中心強度を有する０次モードの導波光、導波層に中心
強度を有する１次の導波光が存在し、ＴＭモードに対し
ては、導波層に中心強度を有する０次モードの導波光、
超格子層に中心強度を有する１次モードの導波光が存在
し、導波層に中心強度を有する２つの導波光である１次
のＴＥモード及び０次のＴＭモードの実効屈折率がほぼ
等しくなっており、該第２の回折格子によって、導波層
に中心強度を有する１次のＴＥモード同志及び０次のＴ
Ｍモード同志が結合されていることを特徴とする。この
構成において、２つの導波路の双方において、１次のＴ
Ｅモードと０次のＴＭモードの実効屈折率がほぼ等しく
なっているので、回折格子が結合条件を満たす波長が両
偏波モードでほぼ等しくなり、その波長を第１の領域の
出力端での２つの波長のうちの一方に合わせることによ
り、両偏波モード共に一方の導波路から他方の導波路に
光を移行させるものである。

【００２２】前記第６の目的を実現するため、本発明に
おいては、前記方向性結合器が順方向結合型であること
を特徴とする。この構成において、第２の領域の、第１
の領域とは反対側の側面から特定波長の光を取り出すも
のである。

【００２３】前記第７の目的を実現するため、本発明に
おいては、前記方向性結合器が逆方向結合型であること
を特徴とする。この構成において、第２の領域の、第１
の領域と同じ側の側面から特定波長の光を取り出すもの
である。

【００２４】

【第１実施例】図１は、本実施例の特徴を最もよく表す
図である。ＩｎＰ基板１１上に、ＩｎＰバッファ層１
３、ＩｎＧａＡｓＰグレーティング層１５、ＩｎＧａＡ
ｓＰ導波層１７、ＩｎＰクラッド層１９を順次積層す
る。グレーティング層１５には、或る特定波長のＴＥモ
ードに対してブラッグ条件を満たし、その特定波長が透
過するように、例えばλ／４の位相シフトが設けられた
分布帰還型回折格子２１が形成されている。

【００２５】さらに、ＴＥ−ＴＭ変換機能を付加するた
め、クラッド層１９を市松模様にエッチングして非対称
リブ２３を形成する。ＴＥ−ＴＭ変換の原理について図
２を用いて説明する。

【００２６】非対称リブ２３の断面は、図２（ａ）およ
び（ｂ）のように導波路中心に対して非対称な形状とな
っている。その結果、構造に起因する複屈折率の主軸５
１，５３も法線方向から角度±ρだけ傾くことになる。
その大きさは非対称性の度合いで決定される。また、導
波路を伝搬する２つのモード（ＴＥモードおよびＴＭモ
ード）の伝搬定数の差によって伝搬の際に位相差が生じ
るが、非対称リブ２３の１つのセグメントを伝搬した際
に生じる位相差がπラジアンまたはその奇数倍になるよ
うにセグメントの長さを設定する。位相差をπラジアン
またはその奇数倍にすることによって、非対称リブ２３
の各セグメントはλ／２波長板と同様の機能を有する。

【００２７】この導波路に、或る偏波の光を入射した場
合、図２（ａ）のセグメントを通過した直後の光の偏波
状態は、もとの光の偏波状態が複屈折率の主軸５１を軸
として線対称に移動したものになる。さらに図２（ｂ）
のセグメントを通過した直後では、複屈折率の主軸５３
を軸として線対称に移動した偏波状態になる。したがっ
て、非対称リブ２３を１周期分（すなわち２セグメント
分）伝搬すると、もとの偏波状態に対して、４ρ回転し
た偏波状態となる。このように、非対称リブ２３の１周
期ごとに、偏波状態は４ρずつ回転するので、非対称リ
ブ２３の全体の長さをρの大きさに合わせて適当に設定
すれば、ＴＥ−ＴＭ変換を実現することができる。この
構成については、文献（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．５９（１１），ｐｐ．１２７８−１２８０，９Ｓ
ｅｐｔ．１９９１）に記載がある。

【００２８】同様の機能を満たすために、図３の如き構
成でもよい。図３（ａ）、（ｂ）では、埋め込み導波路
６１の両側に交互に凹部６３ａ，６３ｂを形成して、複
屈折率の主軸６５ａ，６５ｂを法線方向から角度±ρだ
け傾かせるものである。

【００２９】以上の構成の導波型波長フィルタに、光フ
ァイバ２５から偏波状態のランダムな波長多重の信号光
を入射した場合、導波路中をＴＥモードとＴＭモードが
互いに変換しながら伝搬する。そのため、入射端におい
てはＴＭモードであった信号光に対しても、分布帰還型
回折格子２１による回折効果を与えることができる。分
布帰還型回折格子２１には位相シフトが設けてあるため
ブラッグ波長に対応した波長のみが透過し、出射端にお
いては、ＴＥモード、ＴＭモード双方に、この波長の出
力が得られる。入射光の偏波状態によって偏波モードに
よる出力強度の割合は変化するが、その和は一定である
ので、その和を検出すれば所望の波長を０．１ｎｍ以下
の波長幅で選択する事が可能となる。

【００３０】この例では、分布帰還型回折格子２１をＴ
Ｅモードに合わせて設定したが、ＴＭモードに合わせて
もよい。本実施例では、波長多重の信号光中に、分布帰
還型回折格子２１のＴＥモードに対するブラッグ波長と
ＴＭモードに対するブラッグ波長の一方の波長の信号光
のみが含まれていることを前提としている。

【００３１】

【第２実施例】第１の実施例では、入射端と反対側の端
面より特定波長を取り出す例を示したが、第２の実施例
では、特定波長を入射端と同一端面より取り出す例を示
す。

【００３２】図４は本発明による第２の実施例を示す斜
視図である。この例では、第１の実施例における分布帰
還型回折格子２１の代わりに、或る特定波長のＴＥモー
ドに対してブラッグ条件を満たすように分布反射型回折
格子１０１を用いている。図４中で、図１の符号と同符
号は同機能部分を示す。

【００３３】光ファイバ２５から偏波状態のランダムな
波長多重の信号光をハーフミラー１０３を介して導波型
波長フィルタに入射した場合、導波路中をＴＥモードと
ＴＭモードが互いに変換しながら伝搬する。そのため、
入射端においてはＴＭモードであった信号光に対して
も、分布反射型回折格子１０１による回折効果を与える
ことができる。そして、出射光をハーフミラー１０３を
介して取り出せば、分布反射型回折格子１０１のストッ
プバンド幅（数ｎｍ）に対応した波長を選択することが
可能となる。

【００３４】この例では、分布反射型回折格子１０１を
ＴＥモードに合わせて設定したが、ＴＭモードに合わせ
てもよいことは明らかである。本実施例でも、波長多重
の信号光中に、分布帰還型回折格子２１のＴＥモードに
対するブラッグ波長とＴＭモードに対するブラッグ波長
の一方の波長の信号光のみが含まれていることを前提と
している。

【００３５】第１および第２の実施例では波長選択幅が
異なるので、実際の通信に用いる際には、その通信形態
に応じて使い分ければよい。

【００３６】

【第３実施例】第３の実施例では増幅機能を設けた例を
示す。図５は本発明による第３の実施例を示す図であ
る。ｎ−ＩｎＰ基板２０１上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層
２０３、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層２０５、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰグレーティング層２０７、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
導波層２０９を順次積層する。グレーティング層２０７
には、或る特定波長のＴＥモードに対してブラッグ条件
を満たす分布帰還型回折格子２１３が形成されている。

【００３７】さらに、ＴＥ−ＴＭ変換機能を付加するた
め、導波層２０９を市松模様にエッチングして非対称リ
ブ２１５を形成し、導波層２０９上に、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層２１１、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２１２を
積層する。最後に、ｎ型電極２１７、ｐ型電極２１９を
蒸着形成して導波型波長フィルタを構成する。

【００３８】ここで、電極２１７，２１９を介して活性
層２０５に電流を注入すれば、選択波長のみを増幅する
ことが可能となり、所望の信号光をより強度の強い状態
で取り出すことができる。その結果、本実施例による導
波型波長フィルタを光通信に用いた場合、光ファイバ２
５中を伝搬する際の減衰や他の光素子と結合する際の損
失などによる信号光の劣化を補うことができる。さら
に、第１の実施例に比べ、活性層２０５があるので、波
長選択性が向上する、伝送帯域がストップバンドに限定
されない、波長チューニングが可能となるといった利点
がある。

【００３９】なお、上記１〜３の実施例では、ＩｎＰ基
板上にＩｎＧａＡｓＰを積層した場合を示したが、これ
に限ったものではなく、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ
などを用いてもよい。また、位相シフトのない分布反射
型回折格子を用いてもよい。

【００４０】非対称リブ２１５の断面は、図６（ａ）お
よび（ｂ）のように導波路中心に対して非対称な形状と
なっている。その結果、構造に起因する複屈折率の主軸
５１，５３も法線方向から角度±ρだけ傾くことにな
る。その大きさは非対称性の度合いで決定される。ま
た、導波路を伝搬する２つのモード（ＴＥモードおよび
ＴＭモード）の伝搬定数の差によって伝搬の際に位相差
が生じるが、非対称リブ２１５の１つのセグメントを伝
搬した際に生じる位相差がπラジアンまたはその奇数倍
になるようにセグメントの長さを設定する。位相差をπ
ラジアンまたはその奇数倍にすることによって、非対称
リブ２３の各セグメントはλ／２波長板と同様の機能を
有する。尚、図６において、２１６、２１７、２１８は
埋め込み型の導波路を形成するための層であり、導波路
以外の部分をバッファ層２０３までエッチングし、基板
側よりｐ−ＩｎＰ層２１６、ｉ−ＩｎＰ層２１７、ｎ−
ＩｎＰ層２１８を積層することにより埋め込み型の導波
路を形成する。

【００４１】

【第４実施例】第４実施例は、上記１〜３の実施例に別
の機能部分を付加した構成を有する導波型波長フィルタ
に関する。図７において、左側の部分である第１の領域
は第３実施例と実質的に同じ構成を持つ。

【００４２】第１の領域における波長に対する透過特性
を図８に示す。回折格子２１３が分布帰還型回折格子と
して機能する為、透過光は０．１ｎｍ以下の波長幅で選
択されているが、第１の領域の導波路中をＴＥモードと
ＴＭモードが互いに変換しながら伝搬するので、ＴＥモ
ードとＴＭモードの両方に、通信に必要である波長λ_TE
の光の他に、これと数ｎｍ短波長側に、第１の回折格子
２１３のＴＭモードに対するブラッグ波長λ_TMの光も選
択されている。更に、入射光の偏向波状態によって、Ｔ
ＥモードとＴＭモードでの波長λ_TEの光の割合は変化す
る。以上が第１の領域の説明である。

【００４３】次に、第２の領域について説明する。ｎ−
ＩｎＰバッファ層２０３上に、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ第１
導波路層２３１、ｉ−ＩｎＰ下部クラッド層２３３、ｉ
−ＩｎＧａＡｓＰ第２導波層２３５、ｉ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ上部クラッド層２３７を順次積層する。さらに、導波
路以外の領域をバッファ層２０３までエッチングし、ｉ
−ＩｎＰ層２３９で埋め込むことにより２層導波路を構
成する。

【００４４】この２層導波路中では、ＴＥモード、ＴＭ
モードともに第１の導波層２３１に最大振幅をもつ０次
モード光（または１次モ−ド光）と第２の導波層２３５
に最大振幅をもつ１次モード光（または０次モード光）
とが存在している。第１の導波層２３１と第２の導波層
２３５は組成や膜厚が異なる様に設計されている為、０
次モード光と１次モード光の実効屈折率は異なってお
り、このままではほとんど結合しない。そこで、第１の
導波層２３１の上部には、或る特定波長（λ_TE）のＴＥ
モードに対して０次モード光と１次モード光を順方向結
合させる第２の回折格子２４１と、同特定波長（λ_TE）
のＴＭモードに対して０次モード光と１次モード光を順
方向結合させる第３の回折格子２４３が連続して形成さ
れている。また、それぞれの回折格子２４１，２４３の
導波方向の長さは０次モード、１次モード間のパワーの
移行が最大になる様に設計されてる。

【００４５】ここで、第２の回折格子２４１が存在する
領域を第２−ａの領域、第３の回折格子２４３が存在す
る領域を第２−ｂの領域と表現する。

【００４６】第２の領域における波長に対する下部導波
路２３１から上部導波路２３５へのパワー移行特性の概
念図を図９（ａ）、（ｂ）に示す。図９（ａ）は第２−
ａの領域のパワー移行特性、図９（ｂ）は第２−ｂの領
域のパワー移行特性である。

【００４７】図９（ａ）に示す様に、第２の回折格子２
４１によるＴＥモードの結合により、波長λ_TEを中心と
して、数ｎｍの波長幅で選択されている。一方、ＴＭモ
ードの結合も当然ながら生じているが、その中心はＴＥ
モードの場合と数十ｎｍ離れている。また、図９（ｂ）
に示す様に、第３の回折格子２４３によるＴＭモードの
結合により、波長λ_TEを中心として、数ｎｍの波長幅で
選択されている。一方、ＴＥモードの結合も当然ながら
生じているが、その中心はＴＭモードの場合と数十ｎｍ
離れている。従って、第２の領域は、選択される中心波
長（この場合、λ_TE）の偏波依存性が小さい（図９
（ａ）のＴＥモードのプロファイルと図９（ｂ）のＴＭ
モードのプロファイル参照）波長選択手段が設けられた
領域となっている。

【００４８】以上の構成の導波路型波長フィルタに、光
フィイバ３３から偏波状態のランダムな、波長λ_TEと波
長λ_TMを含んだ波長多重の信号光を入射した場合を考え
る。

【００４９】まず、第１の領域を通過することにより、
λ_TEおよびλ_TMの波長の光が０．１ｎｍ以下の波長幅で
選択され、第２の領域の下部導波路２３１から第２の領
域に入射する。第２の領域に入射した際、ＴＥモードと
ＴＭモードの両方に、λ_TE、λ_TMの波長の光が存在して
いる。そして、第２−ａの領域に設けられた第２の回折
格子２４１によって、ＴＥモードのλ_TEの光が上部導波
路２３５に移行する。ＴＥモードのλ_TMおよびＴＭモー
ドのλ_TE、λ_TMは第２の回折格子２４１のブラッグ条件
から外れるので移行は生じない。

【００５０】次に、第２−ｂの領域に設けられた第３の
回折格子２４３によって、ＴＭモードのλ_TEの光が上部
導波路２３５に移行する。ＴＥモードのλ_TE、λ_TM及び
ＴＭモードのλ_TMは第３の回折格子２４３のブラッグ条
件から外れるので移行は生じない。

【００５１】したがって、第２の領域を通過することに
より、第１の領域の出射端で存在していた２つの波長の
ピークの一方のみ（本実施例ではλ_TE）を取り出すこと
ができる。また、光ファイバ３３からの信号光の偏波状
態が変動すると、第１の領域の出射端においてλ_TEの光
のパワーはＴＥモードとＴＭモードで割合が変動する
が、第２の領域では、ＴＥモード、ＴＭモードそれぞれ
に対して回折格子２４１，２４３を設計しているので、
信号光の偏波状態によらず、λ_TEの光を波長幅０．１ｎ
ｍ以下で、安定に取り出すことが可能となる。

【００５２】本実施例においては、第１の領域の選択波
長幅に比べ、第２−ａ、第２−ｂそれぞれの領域の選択
波長幅が十分大きいので、第２−ａ、第２−ｂの領域に
おいて、選択中心波長を完全に一致させる必要はなく、
或る程度近接させれば良い。よって、作製時の許容誤差
が大きいと言う利点がある。

【００５３】また、本実施例においては、第２の領域の
後側から選択された光が出射されるので、例えば受光素
子や光増幅器、光ファイバと言った光素子を容易に接続
することができ、さらには、集積化にも適している。加
えて、本実施例では、λ_TEを選択する様に第２の領域を
設計した例を示したが、λ_TMに対して設計しても良い。

【００５４】

【第５実施例】図１０は本発明による第５の実施例を説
明する図である。第１の領域は第４の実施例に示したも
のと同様であるのでここでは省略し、第２の領域につい
て以下に説明する。

【００５５】ｎ−ＩｎＰバッファ層２０３上に、ｉ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ第１導波層３０１、ｉ−ＩｎＰ下部クラッ
ド層３０３、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ第２導波層３０５、ｉ
−ＩｎＰ上部クラッド層３０７を順次積層する。さら
に、導波路以外の領域をバッファ層２０３までエッチン
グし、ｉ−ＩｎＰ層３０９で埋め込むことにより２層導
波路を構成する。

【００５６】この２層導波路中では、ＴＥモード、ＴＭ
モードとも第１の導波層３０１に最大振幅を持つ０次モ
ード光（または１次モード光）と第２の導波層３０５に
最大振幅をもつ１次モード光（また０次モード光）とが
存在している。第１の導波層３０１と第２の導波層３０
５は幅と膜厚がほぼ等しくなるよう設計されている為、
ＴＥモードとＴＭモードで、０次モード光同士の実効屈
折率、および１次モード光同士の実効屈折率はほぼ等し
くなっている。また、第１の導波層３０１と第２の導波
路３０５の組成は異なっており、０次モード光と１次モ
ード光の実効屈折率は異なっている。そして、第１の導
波層３０１の上部には、所定の周期の第２の回折格子３
１１が形成されており、０次モード光と１次モード光と
が順方向結合している。

【００５７】第２の領域における、波長に対する下部導
波路３０１から上部導波路３０５へのパワー移行特性の
概念図を図１１に示す。ＴＥモードとＴＭモードとで実
効屈折率がほぼ等しくなっているので、ＴＥモード、Ｔ
Ｍモードともに、波長λ_TEの近傍数ｎｍ範囲で下部導波
路３０１から上部導波路３０５へパワーが移行してい
る。

【００５８】以上の構成の導波型波長フィルタに、光フ
ァイバから偏波状態のランダムな、波長λ_TEと波長λ_TM
を含んだ波長多重の信号光を入射した場合を考える。

【００５９】先ず、第１の領域を通過することにより、
λ_TEおよびλ_TMの波長の光が０．１ｎｍ以下の波長幅で
選択され、第２の領域の下部導波路３０１から第２の領
域に入射する。第２の領域に入射した際、ＴＥモードと
ＴＭモードの両方に、λ_TE、λ_TMの波長の光が存在して
いる。

【００６０】そして、第２の領域に設けられた第２の回
折格子３１１によって、ＴＥモード、ＴＭモードとも
に、λ_TEの光が上部導波路３０５に移行する。λ_TMの光
については第２の回折格子３１１のブラッグ条件から外
れるので移行は生じない。

【００６１】したがって、第２の領域を通過することに
より、第１の領域の出射端で存在していた２つの波長の
ピークの一方のみ（本実施例ではλ_TE）を取り出すこと
ができる。また、光ファイバからの信号光の偏波状態が
変動すると、第１の領域の出射端においてλ_TEの光パワ
ーはＴＥモードとＴＭモードで割合が変動するが、第２
の領域では、ＴＥモード、ＴＭモードともに回折効果を
受けるので、信号光の偏波状態によらず、λ_TEの光を波
長幅０．１ｎｍ以下で、安定に取り出すことが可能とな
る。

【００６２】本実施例においては、第１の領域の選択波
長幅に比べ、第２の領域の選択波長幅が十分大きいの
で、第１の領域と第２の領域とで選択中心波長を完全に
一致させる必要はなく、或る程度近接させればよい。よ
って、作製時の許容誤差が大きいと言う利点がある。ま
た、第４の実施例に比べ、第２の領域に形成する回折格
子が１つでよいので作製工程の簡素化が図れる。また、
本実施例においても、第２の領域の後側から選択された
光が出射されるので、例えば受光素子や光増幅器、光フ
ァイバと言った光素子を容易に接続することができ。さ
らには、集積化にも適している。加えて、本実施例で
も、λ_TEを選択する様に第２の領域を設計した例を示し
たが、λ_TMに対して設計しても良い。

【００６３】

【第６実施例】図１２は本発明による第６の実施例を説
明する図である。第１の領域は第４の実施例に示したも
のと同様であるので省略し、第２の領域について以下に
説明する。

【００６４】ｎ−ＩｎＰバッファ層２０３上に、ｉ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ導波層４０１、ｉ−ＩｎＰ下部クラッド層
４０３、ｉ−ＩｎＰおよびｉ−ＩｎＧａＡｓからなる超
格子層４０５、ｉ−ＩｎＰ上部クラッド層４０７を順次
積層する。さらに、導波路以外の領域をバッファ層２０
３までエッチングし、ｉ−ＩｎＰ層４０９で埋め込むこ
とにより、導波層４０１と超格子層４０５からなる２層
導波路を２組作製する。以後、図１２中、左側の導波路
を導波路Ａ、右側の導波路を導波路Ｂと表現する。

【００６５】導波路Ａに着目して説明する。超格子層４
０５は偏波モード（ＴＥモード、ＴＭモード）によって
屈折率が異なり、夫々の屈折率をＮ_TE、Ｎ_TMで表わす
と、通常、Ｎ_TE＞Ｎ_TMである。導波層４０１は、その屈
折率ＮがＮ_TEとＮ_TMの間になるように組成が設計されて
いる。その結果、ＴＥモードでは、Ｎ_TE＞Ｎであり、超
格子層４０５に最大振幅をもつ０次モード光と導波層４
０１に最大振幅をもつ１次モード光とが存在する。ＴＭ
モードでは、Ｎ＞Ｎ_TMであり、導波層４０１に最大振幅
を持つ０次モード光と超格子層４０５に最大振幅を持つ
１次モード光とが存在する。そこで、導波層４０１に最
大振幅を持つ１次のＴＥモード光と０次のＴＭモード光
の実効屈折率がほぼ等しくなる様に各層の厚さや幅が設
計されている（これは可能である）。０次のＴＥモード
光と１次のＴＥモード光の結合や０次のＴＭモード光と
１次のＴＭモード光の結合については、それぞれの実効
屈折率が異なっているので結合効率は小さく、無視して
も良い。導波路Ｂも同様である。

【００６６】この様に設計された導波路Ａおよび導波路
Ｂの１次のＴＥモード光同士、または０次のＴＭモード
光同士が波長λ_TE近傍で順方向結合されるよう、所定の
周期の第２の回折格子４１１を導波層４０１上に形成す
る。

【００６７】実際には、０次のＴＥモード光同士、また
は１次のＴＭモード光同士が第２の回折格子４１１によ
って結合するが、その波長はλ_TEから１００ｎｍ以上離
れているので無視して良い。

【００６８】第２の領域における、波長に対する導波路
Ａから導波路Ｂへのパワー移行特性の概念図を図１３に
示す。ＴＥモードとＴＭモードとで実効屈折率がほぼ等
しくなっているので、ＴＥモード、ＴＭモードともに、
波長λ_TEの近傍数ｎｍの範囲で導波路Ａの下部導波路か
ら導波路Ｂの下部導波路へパワーが移行している。

【００６９】以上の構成の導波型波長フィルタに、光フ
ァイバから偏波状態のランダムな、波長λ_TEと波長λ_TM
を含んだ波長多重の信号光入射した場合を考える。

【００７０】まず、第１の領域を通過することにより、
λ_TEおよびλ_TMの波長の光が０．１ｎｍ以下の波長幅で
選択され、第２の領域の導波路Ａの導波層４０１から第
２の領域に入射する。第２の領域に入射した際、ＴＥモ
ードとＴＭモードの両方に、λ_TE、λ_TMの波長の光が存
在している。そして、第２の領域に設けられた第２の回
折格子４１１によって、１次のＴＥモード、及び０次の
ＴＭモードで伝搬する波長λ_TEの光が導波路Ｂに移行す
る。λ_TMの光については第２の回折格子４１１のブラッ
グ条件から外れるので移行は生じない。

【００７１】したがって、第２の領域を通過することに
より、第１の領域の出射端で存在していた２つの波長の
ピークの一方のみ（本実施例ではλ_TE）を取り出すこと
ができる。また、光ファイバからの信号光の偏波状態が
変動すると、第１の領域の出射端においてλ_TEの光のパ
ワーはＴＥモードとＴＭモードで割合が変動するが、第
２の領域では、ＴＥモード、ＴＭモードともに回折効果
を受けるので、信号光の偏波状態によらず、λ_TEの光を
波長幅０．１ｎｍ以下で、安定に取り出すことが可能と
なる。

【００７２】本実施例においては、第１の領域の選択波
長幅に比べ、第２の領域の選択波長幅が十分大きいの
で、第１の領域と第２の領域とで選択中心波長を完全に
一致させる必要はなく、或る程度近接させれば良い。よ
って、作製時の許容誤差が大きいと言う利点がある。ま
た、第４の実施例に比べ、第２の領域に形成する回折格
子が１つでよいので作製工程の簡素化が図れる。

【００７３】また、第５の実施例では、導波層の幅と厚
さをほぼ等しくする為に、導波層の厚さに応じて導波層
の幅を１μｍ〜サブμｍ程度に制御する必要があった
が、本実施例では、導波層の幅は数μｍでよいので、容
易に作製出来るまた、本実施例においても、第２の領域
の後側から選択された光が出射されるので、例えば受光
素子や光増幅器、光ファイバといった光素子を容易に接
続することができ、さらには、集積化にも適している。
さらに、本実施例でも、λ_TEを選択する様に第２の領域
を設計した例を示したがλ_TMに対して設計してもよい。

【００７４】

【第７実施例】上記４〜６の実施例では、第２の領域と
して順方向結合型の方向性結合器を用いたが、これに限
ったものではなく、逆方向結合型の方向性結合器を用い
てもよい。第４の実施例と同様の構成で、第２、第３の
回折格子５０１、５０３を逆方向結合型に置き換えた例
を図１４に示す。

【００７５】この２層導波路中では、ＴＥモード、ＴＭ
モードともに第１の導波層２３１に最大振幅をもつ０次
モード光（または１次モ−ド光）と第２の導波層２３５
に最大振幅をもつ１次モード光（または０次モード光）
とが存在している。第１の導波層２３１と第２の導波層
２３５は組成や膜厚が異なる様に設計されている為、０
次モード光と１次モード光の実効屈折率は異なってお
り、このままではほとんど結合しない。そこで、第１の
導波層２３１の上部には、或る特定波長（λ_TE）のＴＥ
モードに対して０次モード光と１次モード光を逆方向結
合させる第２の回折格子５０１と、或る特定波長
（λ_TE）のＴＭモードに対して０次モード光と１次モー
ド光を逆方向結合させる第３の回折格子５０３が連続し
て形成されている。

【００７６】第２の領域における波長に対する下部導波
路２３１から上部導波路２３５へのパワー移行特性の概
念図を図１５（ａ）、（ｂ）に示す。図１５（ａ）は第
２−ａの領域のパワー移行特性、図１５（ｂ）は第２−
ｂの領域のパワー移行特性である。

【００７７】図１５（ａ）に示す様に、第２の回折格子
５０１によるＴＥモードの結合により、波長λ_TEを中心
として、１ｎｍ以下の波長幅で選択されている。一方、
ＴＭモードの結合も当然ながら生じているが、その中心
はＴＥモードの場合と数ｎｍ離れている。また、図１５
（ｂ）に示す様に、第３の回折格子５０３によるＴＭモ
ードの結合により、波長λ_TEを中心として、１ｎｍ以下
の波長幅で選択されている。一方、ＴＥモードの結合も
当然ながら生じているが、その中心はＴＭモードの場合
と数ｎｍ離れている。

【００７８】以上の構成の導波路型波長フィルタに、光
フィイバ３３から偏波状態のランダムな、波長λ_TEと波
長λ_TMを含んだ波長多重の信号光を入射した場合を考え
る。

【００７９】まず、第１の領域を通過することにより、
λ_TEおよびλ_TMの波長の光が０．１ｎｍ以下の波長幅で
選択され、第２の領域の下部導波路２３１から第２の領
域に入射する。第２の領域に入射した際、ＴＥモードと
ＴＭモードの両方に、λ_TE、λ_TMの波長の光が存在して
いる。そして、第２−ａの領域に設けられた第２の回折
格子５０１によって、ＴＥモードのλ_TEの光が上部導波
路２３５に移行する。ＴＥモードのλ_TMおよびＴＭモー
ドのλ_TE、λ_TMは第２の回折格子５０１のブラッグ条件
から外れるので移行は生じない。

【００８０】次に、第２−ｂの領域に設けられた第３の
回折格子５０３によって、ＴＭモードのλ_TEの光が上部
導波路２３５に移行する。ＴＥモードのλ_TE、λ_TM及び
ＴＭモードのλ_TMは第３の回折格子５０３のブラッグ条
件から外れるので移行は生じない。

【００８１】したがって、第２の領域を通過することに
より、第１の領域の出射端で存在していた２つの波長の
ピークの一方のみ（本実施例ではλ_TE）を取り出すこと
ができる。また、光ファイバ３３からの信号光の偏波状
態が変動すると、第１の領域の出射端においてλ_TEの光
のパワーはＴＥモードとＴＭモードで割合が変動する
が、第２の領域では、ＴＥモード、ＴＭモードそれぞれ
に対して回折格子５０１，５０３を設計しているので、
信号光の偏波状態によらず、λ_TEの光を波長幅０．１ｎ
ｍ以下で、安定に取り出すことが可能となる。

【００８２】本実施例においても、第１の領域の選択波
長幅に比べ、第２−ａ、第２−ｂそれぞれの領域の選択
波長幅が十分大きいので、第２−ａ、第２−ｂの領域に
おいて、選択中心波長を完全に一致させる必要はなく、
或る程度近接させれば良い。よって、作製時の許容誤差
が大きいと言う利点がある。

【００８３】本実施例では、λ_TEを選択する様に第２の
領域を設計した例を示したが、λ_TMに対して設計しても
良い。

【００８４】また、上記４〜６の実施例の様に第２の領
域として順方向結合型の方向性結合器を用いた場合、第
２の領域に設けられた回折格子の結合効率や長さが設計
からずれるとパワー移行率が変化してしまうが、本実施
例の様に第２の領域として逆方向結合型の方向性結合器
を用いた場合、第２の領域の回折格子の結合効率や長さ
が設計からずれても、充分な長さがあればパワー移行率
はそれ程変化しないので、作製時の許容誤差が大きいと
いう利点がある。

【００８５】ところで、上記４〜７の実施例でも、Ｉｎ
Ｐ基板上にＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰを積層した場
合を示したが、これに限ったものではなく、例えばＧａ
Ａｓ、ＡｌＧａＡｓなどを用いてもよい。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により以下
の効果が奏される。本出願に係る第１の発明（特に、請
求項１に対応）によれば、偏波依存性のない導波型波長
フィルタを提供することができる。また、本出願に係る
第２の発明（特に、請求項２、３に対応）によれば、波
長選択性に優れた、偏波依存性のない導波型波長フィル
タを提供することができる。また、本出願に係る第３の
発明（特に、請求項４、５、６に対応）によれば、容易
に作製可能なＴＥ−ＴＭ変換手段を提供することによ
り、偏波依存性のない導波型波長フィルタを容易に作製
することができる。また、本出願に係る第４の発明（特
に、請求項７に対応）によれば、より波長選択性に優
れ、伝送帯域が広い、波長チューニングが可能といった
光通信に適した導波型波長フィルタを提供することがで
きる。また、本出願に係る第５の発明（特に、請求項
８、９、１０、１１、１４に対応）によれば、通信に用
いる波長帯域を制限することのない、偏波無依存性のな
い導波型波長フィルタを提供することができる。また、
本出願に係る第６の発明（特に、請求項１２に対応）に
よれば、他の光素子との接続や集積化に適した導波型波
長フィルタを提供することができる。また、本出願に係
る第７の発明（特に、請求項１３に対応）によれば、よ
り作製時の許容誤差の大きい導波型波長フィルタを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による導波型波長フィルタの第１の実施
例を示す斜視図。

【図２】ＴＥ−ＴＭ変換手段を説明する図。

【図３】他のＴＥ−ＴＭ変換手段を説明する図。

【図４】本発明による導波型波長フィルタの第２の実施
例を示す斜視図。

【図５】本発明による導波型波長フィルタの第３の実施
例を示す断面図。

【図６】他のＴＥ−ＴＭ変換手段を説明する図。

【図７】本発明による導波型波長フィルタの第４の実施
例を示す斜視図。

【図８】第４の実施例の第１の領域の波長特性を示す概
念図。

【図９】第４の実施例の第２の領域の波長特性を示す概
念図。

【図１０】本発明による導波型波長フィルタの第５の実
施例を示す斜視図。

【図１１】第５の実施例の第２の領域の波長特性を示す
概念図。

【図１２】本発明による導波型波長フィルタの第６の実
施例を示す斜視図。

【図１３】第６の実施例の第２の領域の波長特性を示す
概念図。

【図１４】本発明による導波型波長フィルタの第７の実
施例を示す斜視図。

【図１５】第７の実施例の第２の領域の波長特性を示す
概念図。

【図１６】従来の導波型波長フィルタを説明する図。

【符号の説明】１１ＩｎＰ基板１３ＩｎＰバッファ層１５ＩｎＧａＡｓＰグレーティング層１７ＩｎＧａＡｓＰ導波層１９ＩｎＰクラッド層２１，２１３分布帰還型回折格子２３，２１５非対称リブ２５，３３，７２５光ファイバ５１，５３６５ａ，６５ｂ複屈折率の主軸６１埋め込み導波路６３ａ，６３ｂ凹部１０１分布反射型回折格子１０３ハーフミラー２０１ｎ−ＩｎＰ基板２０３ｎ−ＩｎＰバッファ層２０５ φ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層２０７ｐ−ＩｎＧａＡｓＰグレーティング層２０９ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層２１１ｐ−ＩｎＰクラッド層２１２ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２１７ｎ型電極２１９ｐ型電極２１６ｎ−ＩｎＰ層２１７，２３９，３０９，４０９ｉ−ＩｎＰ層２３１，３０１ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ第１導波層２３３，３０３，４０３ｉ−ＩｎＰ下部クラッド層２３５，３０５ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ第２導波層２３７，３０７，４０７ｉ−ＩｎＰ上部クラッド層２４１，３１１，４１１，５０１第２の回折格子２４３，５０３第３の回折格子４０１ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ導波層４０５ｉ−ＩｎＰとｉ−ＩｎＧａＡｓの超格子層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波路中に設けられた回折格子によって
複数の波長の中から特定の波長を選択する導波型波長フ
ィルタにおいて、該回折格子の設けられた導波路を伝搬
する２つの導波モードであるＴＥモード及びＴＭモード
が相互に変換しながら伝搬するようにするＴＥ−ＴＭ変
換手段が設けられていることを特徴とする導波型波長フ
ィルタ。
【請求項２】前記回折格子が分布帰還型回折格子であ
ることを特徴とする請求項１に記載の導波型波長フィル
タ。
【請求項３】前記回折格子が分布反射型回折格子であ
ることを特徴とする請求項１に記載の導波型波長フィル
タ。
【請求項４】前記ＴＥ−ＴＭ変換手段は、導波路の異
方性軸が導波路の面法線に対して交互に反対向きに傾く
ような構造によって実現されていることを特徴とする請
求項１に記載の導波型波長フィルタ。
【請求項５】前記ＴＥ−ＴＭ変換手段が、導波路上に
周期的に凹凸が設けられた非対称リブ導波路によって構
成されていることを特徴とする請求項４に記載の導波型
波長フィルタ。
【請求項６】前記ＴＥ−ＴＭ変換手段が、導波路の両
側に交互に凹部が設けられたチャネル導波路によって構
成されていることを特徴とする請求項４に記載の導波型
波長フィルタ。
【請求項７】前記導波路を構成する層の一部に活性層
を設け、該活性層に電流を注入する手段を設けたことを
特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導波型波
長フィルタ。
【請求項８】更に、前記ＴＥ−ＴＭ変換手段が設けら
れた導波路に連続して、前記ＴＥ−ＴＭ変換手段が設け
られた導波路に比べて、選択される帯域幅が大きく、選
択される中心波長の偏波依存性が小さい波長選択手段が
設けられた領域が設けられていることを特徴とする請求
項１乃至７のいずれかに記載の導波型波長フィルタ。
【請求項９】前記波長選択手段が、連続して存在する
周期の異なる２つの回折格子によって２つの導波路が結
合した方向性結合器からなることを特徴とする請求項８
に記載の導波型波長フィルタ。
【請求項１０】前記波長選択手段が、回折格子によっ
て、厚さと幅がほぼ等しい導波層によって構成される２
つの導波路が結合した方向性結合器からなることを特徴
とする請求項８に記載の導波型波長フィルタ。
【請求項１１】前記波長選択手段が、第２の回折格子に
よって２つの導波路が結合した方向性結合器からなり、
該２つの導波路の双方が、超格子層と導波層を含んでお
り、ＴＥモードに対する超格子層の屈折率が他方の偏波
モードであるＴＭモードに対する超格子層の屈折率より
も大きく、ＴＥモードに対しては、超格子層に中心強度
を有する０次モードの導波光、導波層に中心強度を有す
る１次の導波光が存在し、ＴＭモードに対しては、導波
層に中心強度を有する０次モードの導波光、超格子層に
中心強度を有する１次モードの導波光が存在し、導波層
に中心強度を有する２つの導波光である１次のＴＥモー
ド及び０次のＴＭモードの実効屈折率がほぼ等しくなっ
ており、該第２の回折格子によって、導波層に中心強度
を有する１次のＴＥモード同志及び０次のＴＭモード同
志が結合されていることを特徴とする請求項８に記載の
導波型波長フィルタ。
【請求項１２】前記方向性結合器が順方向結合型である
ことを特徴とする請求項１１に記載の導波型波長フィル
タ。
【請求項１３】前記方向性結合器が逆方向結合型である
ことを特徴とする請求項１１に記載の導波型波長フィル
タ。
【請求項１４】２つの連続する領域からなる導波型波
長フィルタであって、第１の領域には、導波路を伝搬す
る２つの導波モードであるＴＥモード及びＴＭモードが
相互に変換しながら伝搬するようにするＴＥ−ＴＭ変換
手段及び第１の波長選択手段が設けられており、第２の
領域には、第１の波長選択手段に比べて、選択される帯
域幅が大きい第２の波長選択手段が設けられていること
を特徴とする導波型波長フィルタ。