JPH085834A - 光フィルタ及び発振波長安定化光源 - Google Patents
光フィルタ及び発振波長安定化光源Info
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- JPH085834A JPH085834A JP14365594A JP14365594A JPH085834A JP H085834 A JPH085834 A JP H085834A JP 14365594 A JP14365594 A JP 14365594A JP 14365594 A JP14365594 A JP 14365594A JP H085834 A JPH085834 A JP H085834A
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Abstract
い光フィルタを提供すること。 【構成】 2本の光導波路1,2を備え、光導波路1,
2間の光路長差dLによる干渉効果を利用した光フィル
タにおいて、有効屈折率の温度係数が異なる光導波路を
用いているので、環境温度の変化により光導波路の屈折
率が変動した場合における透過波長の変動を防止でき
る。
Description
を弁別する光フィルタと、この光フィルタを用いた発振
波長安定化光源に関するものであり、光通信、光情報処
理の分野に利用される。
ルタには、グレーティングフィルタ、多重干渉を原理と
して用いたファブリペロ干渉計、リング干渉計の他、光
の光路長差による干渉を原理として用いたマッハツェン
ダ干渉計、アレー導波路格子等がある。
化光源には、波長の基準として温度変動の少ないガス、
例えばアセチレンガス等の吸収線が用いられている。
フィルタでは、光導波路を形成する材料の屈折率の温度
依存性のために透過波長(透過光周波数)が環境温度の
変化に伴って変動してしまう欠点がある。具体的には、
光導波路を形成する材料が半導体の場合、1℃の環境温
度変化で透過波長が約1オングストローム程度の値で変
動する。この透過波長変動をなくすためには、ペルチェ
素子及びその駆動電気回路により光フィルタの温度を一
定に保つことが必要となり、系が大きくなると共に価格
も高くなる問題点があった。
は、吸収線の鋭さ、強度を増すためにガスをガラス管に
封入すると共に、ガスの気圧を低くし、ガラス管の長さ
を長くする必要があり、このため、系が大きなものとな
り、またガスを封入したガラス管の信頼性により安定化
光源の寿命が決定される問題点があった。
で、第1の目的は、環境温度の変化に対して透過波長
(透過光周波数)が変動しない光フィルタを提供するこ
とにあり、また、第2の目的は、この光フィルタを用い
て光源を構成することにより環境温度の変化に対して発
振波長が変動しないコンパクトな発振波長安定化光源を
提供することにある。
め、請求項1の発明は、複数の光導波路を備え、光導波
路間の光路長差による干渉効果を利用した光フィルタに
おいて、有効屈折率の温度係数が異なる光導波路を用い
たことを特徴としている。
え、光導波路間の光路長差による干渉効果を利用した光
フィルタにおいて、光導波路の少なくとも一部の有効屈
折率の温度係数が残りの部分と異なることを特徴として
いる。
ルタにおいて、有効屈折率の温度係数が異なる領域を周
期性をもって縦続接続したことを特徴としている。
れた複数の光導波路を備え、光導波路間の光路長差によ
る干渉効果を利用した光フィルタにおいて、有効屈折率
の温度係数が異なる光導波路を用いたことを特徴として
いる。
複数の光導波路を備え、光導波路間の光路長差による干
渉効果を利用した光フィルタにおいて、光導波路の少な
くとも一部の有効屈折率の温度係数が残りの部分と異な
ることを特徴としている。
ルタにおいて、有効屈折率の温度係数が異なる領域を周
期性をもって縦続接続したことを特徴としている。
1項記載の光フィルタにおいて、基板がInPからな
り、光導波路の光導波層がInxGa1-xAsyP1-y(0
≦x≦1,0≦y≦1)からなることを特徴としている。
1項記載の光フィルタにおいて、基板がSiからなり、
光導波路の光導波層がSiO2 またはAl2O3からなる
ことを特徴としている。
射される波長基準と、この波長基準を透過した光を受光
する受光器と、この受光器の出力に基づいて上記光源の
発振波長を制御する制御手段とを備えた発振波長安定化
光源において、請求項1乃至請求項8何れか1項記載の
光フィルタを波長基準として用いたことを特徴としてい
る。
する光導波路の有効屈折率の温度係数を異ならせること
により、環境温度の変化により光導波路の屈折率が変動
した場合における透過波長の変動を防止できる。
請求項1乃至8の光フィルタを波長基準として用い、光
源への注入電流を制御する帰還系を構成することによ
り、環境温度変化による発振波長の変動を防止できる。
で、ここではマッハツェンダ干渉計型の光フィルタを示
してある。
ジュウム・ガリューム・砒素・リン(InGaAsP)
の4元混晶を光導波層とする光導波路、3は両光導波路
1,2が形成された化合物半導体インジュウム・リン
(InP)基板、4,5は3dBカプラーである。
光は左側の3dBカプラー4で2分され、一方は光導波
路1を伝搬し、他方は光導波路2を伝搬する。各光導波
路1,2を伝搬した光は右側の3dBカプラー5で合波
され、干渉が生じる。
ー4,5の中心間距離で表すと、光導波路1はLで、光
導波路2はL+dLである。依って、光導波路2を伝搬
した光は、光導波路1を伝搬した光に対し、距離dL分
の伝搬に要する位相の遅れを生じる。この位相の遅れが
波長の奇数倍に相当するとき光導波路1の右端面から出
射する光の強度は最小となり、偶数倍のとき最大とな
る。また、光導波路2の右端面から出射する光の強度は
光導波路1の場合と相補的になり、位相の遅れが波長の
奇数倍に相当するとき最大となり、偶数倍のとき最小と
なる。
が1.3ミクロン組成の4元混晶からなり、図2に示す
ように、幅2ミクロンのリッジ3aを備えたインジュウ
ム・リンよりなるクラッド層3bにより屈折率閉じ込め
型光導波路構造となっている。この光導波路1の有効屈
折率n1 を測定したところ、3.8232の値を得た。
eff は次の式で定義される。
合は半導体の屈折率の波長依存性が負の傾きを持つため
有効屈折率は等価屈折率よりも大きくなる。
き開により両端面を形成したファブリペロ・エタロンの
共振ピーク波長の温度依存性を測定したところ、図3に
示すように、共振ピーク波長の温度係数として1.14
オングストローム/℃の値を得た。これより、光導波路
1の有効屈折率n1 の温度係数(dn1 /dT)は、
2.8×10-4/℃であることがわかった。
端波長が1.15ミクロン組成の4元混晶からなり、光
導波路1と同様に、幅2ミクロンのリッジ3aを備えた
インジュウム・リンよりなるクラッド層3bにより屈折
率閉じ込め型光導波路構造となっている(図2参照)。
この光導波路2の有効屈折率n2 を測定したところ、
3.6335の値を得た。
き開により両端面を形成したファブリペロ・エタロンの
共振ピーク波長の温度依存性を測定したところ、図3に
示すように、共振ピーク波長の温度係数として1.00
オングストローム/℃の値を得た。これより、光導波路
2の有効屈折率n2 の温度係数(dn2 /dT)は、
2.3×10-4/℃であることがわかった。
数は光導波層を形成する材料のバンド端波長に大きく依
存するが、他の光導波路の構造パラメータにほとんど影
響されないことが判明した。
効屈折率n2 の光導波路2によりマッハツェンダ干渉計
を構成した場合には、干渉系の長さ及び有効屈折率の温
度係数に以下の関係、 (∂n2 /∂T)/(∂n1 /∂T)=L/(L+d
L) を持たせることにより透過波長の温度依存性をなくすこ
とができる。両光導波路1,2の環境温度の変化による
有効屈折率n1 ,n2 の温度係数の比が、上記の測定結
果から1:1.22であることが判明しているので、d
Lを0.22Lとすることにより温度依存性のない光フ
ィルタが得られることがわかる。また、光導波路1の光
路長Lを1cmとすることにより、透過する波長の波長
間隔を示すフリースペクトルレンジが100GHzのマ
ッハツェンダ干渉計を構成することができ、環境温度が
10〜80℃の範囲で透過波長変動のない光フィルタを
得ることができた。
AsyP1-y(0≦x≦1,0≦y≦1)を満足するものであれ
ば種々採用できる。
に係るもので、ここではアレー導波路格子型の光フィル
タを示してある。
つ光導波路、12はこれに対し一定の光路長だけ順次長
くなるN本(図中は6本)の光導波路、13は光導波路
11,12が形成された化合物半導体インジュウム・リ
ン(InP)基板、14は分波部、15は合波部であ
り、光導波路11とN本の光導波路12によりN+1本
のアレー状光導波路が構成されている。また、アレー状
光導波路の各光導波層には、第1実施例と同様のインジ
ュウム・ガリューム・砒素・リン(InGaAsP)の
4元混晶が用いられている。
+1)波に分波され、N+1本のアレー状光導波路夫々
に入射する。アレー状光導波路を伝搬した光は合波部1
5で合波され、干渉が生じ、特定の波長のみ右側に出射
される。このアレー導波路格子型の光フィルタでは、位
相の異なる(N+1)波の光が干渉を起こすため、2波
の干渉を利用するマッハツェンダ干渉計型の光フィルタ
に比べ波長分解能がよい。
光路長の短い光導波路(長さL)11は、第1実施例と
同じ有効屈折率n1 の光導波路のみにより形成されてい
る。また、N本の光導波路12は、第1実施例と同じ有
効屈折率n1 の光導波路領域12a(図中のV状破線外
側部分)と、第1実施例と同じ有効屈折率n2 の光導波
路領域12b(図中のV状破線内側部分)により形成さ
れている。ちなみに、N本の光導波路12のうち最も光
路長の長い光導波路(長さL’+L”)は、分波部14
及び合波部15に近い長さL’/2の部分が有効屈折率
n1 の光導波路領域12aで、中央の長さL”の部分が
有効屈折率n2 の光導波路領域12bとなっている。
光導波路と最も短い光導波路との長さの差dLはdL=
L’+L”−Lで表され、アレー状光導波路の本数をN
+1とすると、N本の各光導波路12は最も短い光導波
路11との光路長差がi/N×dLとなるように構成さ
れている。ちなみに、iは最も長さの短い光導波路11
に近い方の光導波路から順に1,2……Nとつけた番号
である。
路長差の関係が同じになるためには光導波路の長さL,
L’及びL”と、有効屈折率n1 ,n2 の温度係数dn
1 /dT及びdn2 /dTが以下の式、 (∂n1 /∂T)・(L’−L)+(∂n2 /∂T)・
L”=0 を満たせばよい。
との差dL/Nが以下の二式、 (∂n1 /∂T)/(∂n2 /∂T)=1+((dL/
N)/(L−L’)) L”=L−L’+(dL/N) を満たすように各光導波路の光路長を決定する。
のフリースペクトルレンジをfFSRを決定し、以下の
式、 fFSR =C/((n1 −n2 )・(L’−L)+n2 d
L) で示される。式中のCは光速である。
合に、dLを0.108cm、L’を0.508cm、
L”を0.600cmとすることにより、フリースペク
トルレンジ100GHzのアレー導波路格子で、環境温
度20〜80℃において透過波長変動のない光フィルタ
を得ることができた。
に係るもので、ここではマッハツェンダ干渉計型の光フ
ィルタを示してある。
光導波層とする光導波路、22はアルミナ(Al2O3)
を光導波層とする光導波路、23は両光導波路21,2
2が形成された半導体シリコン基板、24,25は3d
Bカプラーである。
た光は左側の3dBカプラー24で2分され、一方は光
導波路21を伝搬し、他方は光導波路22を伝搬する。
各光導波路21,22を伝搬した光は右側の3dBカプ
ラー25で合波され、干渉が生じる。
プラー24,25の中心間距離で表すと、光導波路21
はLで、光導波路22はL+dLとなる。依って、光導
波路22を伝搬した光は、光導波路21を伝搬した光に
対し、距離dL分の伝搬に要する位相の遅れを生じる。
この位相の遅れが波長の奇数倍に相当するとき光導波路
21の右端面から出射する光の強度は最小となり、偶数
倍のとき最大となる。また、光導波路22の右端面から
出射する光の強度は光導波路21の場合と相補的にな
り、位相の遅れが波長の奇数倍に相当するとき最大とな
り、偶数倍のとき最小となる。
1.5の石英(SiO2 )からなり、図6に示すよう
に、屈折率1.45の石英材料よりなるクラッド層21
bにより屈折率閉じ込め型光導波路構造となっている。
この光導波路21の有効屈折率n21を測定したところ、
1.47の値を得た。また、光導波路21の有効屈折率
n21の温度係数(dn21/dT)を測定したところ、
1.00×10-5/℃の値を得た。
折率1.80のアルミナ(Al2O3)からなり、図6に
示すように、屈折率1.70のプラスチックからなるク
ラッド層22bにより屈折率閉じ込め型光導波路構造と
なっている。この光導波路22の有効屈折率n22を測定
したところ、1.78の値を得た。また、光導波路22
の有効屈折率n22の温度係数(dn22/dT)を測定し
たところ、1.40×10-5/℃の値を得た。
有効屈折率n22の光導波路22によりマッハツェンダ干
渉計を構成した場合には、干渉系の長さ及び屈折率の温
度係数に第1実施例と同じく以下の関係、 (∂n22 /∂T)/(∂n21 /∂T)=L/(L+d
L) を持たせることにより透過波長の温度依存性をなくすこ
とができる。
よる屈折率変動率の比が、上記の測定結果から1:1.
4であることが判明しているので、dLを0.4Lとす
ることにより温度依存性のない光フィルタが得られるこ
とがわかる。また、光導波路21の光路長Lを2cmと
することにより、フリースペクトルレンジ54GHzの
マッハツェンダ干渉計を構成することができ、環境温度
が10〜80℃の範囲で透過波長変動のない光フィルタ
を得ることができた。
に係るもので、ここではアレー導波路型の光フィルタを
示してある。
つ光導波路、32はこれに対し一定の光路長だけ順次長
くなるN本(図中は6本)の光導波路、33は光導波路
31,32が形成された半導体シリコン基板、34は分
波部、35は合波部であり、光導波路31とN本の光導
波路32によりN+1本のアレー状光導波路が構成され
ている。また、アレー状光導波路の各光導波層には、第
3実施例と同様の石英(SiO2 )またはアルミナ(A
l2O3)が用いられている。
+1)波に分波され、N+1本のアレー状光導波路夫々
に入射する。アレー状光導波路を伝搬した光は合波部3
5で合波され、干渉が生じ、特定の波長のみ右側に出射
される。
光路長の短い光導波路(長さL)31は、第3実施例と
同じ有効屈折率n22の光導波路のみにより形成されてい
る。また、N本の光導波路32は、第3実施例と同じ有
効屈折率n22の光導波路領域32a(図中のV状破線外
側部分)と、第3実施例と同じ有効屈折率n21の光導波
路領域32b(図中のV状破線内側部分)により形成さ
れている。ちなみに、N本の光導波路32のうち最も光
路長の長い光導波路(長さL’+L”)は、分波部34
及び合波部35に近い長さL’/2の部分が有効屈折率
n22の光導波路領域32aで、中央の長さL”の部分が
有効屈折率n21の光導波路領域32bとなっている。
光導波路と最も短い光導波路との長さの差dLはdL=
L’+L”−Lで表され、アレー状光導波路の本数をN
+1とすると、N本の各光導波路32は最も短い光導波
路11との長さの差がi/N×dLとなるように構成さ
れている。ちなみに、iは最も長さの短い光導波路11
に近い方の光導波路から順に1,2……Nとつけた番号
である。
路長差の関係が同じになるためには光導波路の長さL,
L’及びL”と、有効屈折率n21,n22の温度係数dn
21/dT及びdn22/dTが以下の式、 (∂n22/∂T)・(L’−L)+(∂n21/∂T)・
L”=0 を満たせばよい。
との差dL/Nが以下の二式、 (∂n22/∂T)/(∂n21/∂T)=1+((dL/
N)/(L−L’)) L”=L−L’+(dL/N) を満たすように各光導波路の長さを決定する。
のフリースペクトルレンジをfFSRを決定し、以下の
式、 fFSR =C/((n22−n21)・(L’−L)+n21d
L) で示される。式中のCは光速である。
合に、dLを0.264cm、L’を1.34cm、
L”を0.924cmとすることにより、フリースペク
トルレンジ160GHzのアレー導波路格子で、環境温
度20〜80℃において透過波長変動のない光フィルタ
を実現できた。
に係るもので、ここでは第1実施例の光フィルタを光周
波数弁別器として利用した発振波長安定化光源を示して
ある。
ルタ、42は単一モード発振の半導体レーザ、43は受
光器、44は電気増幅器、45は電流源である。
2の出力は、環境温度変化に対して安定な光フィルタ4
1へ入力される。光フィルタ41からの出力は受光器4
3により受光され電気信号に変換されて電気増幅器44
へ入力され、電流源45へと入力され、レーザの発振波
長を光フィルタ41の透過波長へと安定化する。
境温度変化に対して変動しないので、本実施例の発振波
長安定化光源の波長は環境温度変化に対しても±1×1
0-7ミクロンの精度で安定であり、20〜50℃の環境
温度で一定の波長(1.55±1×10-7ミクロン)の
光を出力することができた。
光導波路2の透過光強度を別々の受光器43で検出し、
それを差動増幅し、半導体レーザ42の周波数安定化を
行なっている。半導体レーザ42の発振波長が光フィル
タ41の透過波長からずれると光導波路1の透過光強度
が減少し、光導波路2の透過光強度は増加する。このよ
うに、波長のずれに対して逆の特性を示す帰還信号が得
られるため、光導波路1の透過光強度のみから帰還をか
けるよりも安定性が良く波長安定化が達成される。
ウム・リン基板上にモノリシック集積したものでも良い
し、ハイブリッド集積したものでも良い。
に係るもので、ここでは第2実施例の光フィルタを光周
波数弁別器として利用した発振波長安定化光源を示して
ある。
ルタ、52は単一モード発振の半導体レーザ、53は受
光器、54は電気増幅器、55は電流源である。
2の出力は、環境温度変化に対して安定な光フィルタ5
1へ入力される。光フィルタ51からの出力は受光器5
2により受光され電気信号に変換されて電気増幅器54
へ入力され、電流源55へと入力され、レーザの発振波
長を光フィルタ51の透過波長へと安定化する。
境温度変化に対して変動しないので、本実施例の発振波
長安定化光源の波長は環境温度変化に対しても±1×1
0-7ミクロンの精度で安定であり、20〜50℃の環境
℃で一定の波長(1.55±1×10-7ミクロン)の光
を出力することができた。
タ51を波長弁別器として用いているため、第5実施例
の光源のように差動増幅を用いなくても十分な波長安定
化が達成される。それは、透過光スペクトルが急峻なた
め、十分な負帰還をかけることができるからである。ま
た、同様の理由から,従来の波長安定化で行なわれてき
た発振波長の周波数変調は必要なく、これにより装置を
コンパクトにできる利点がある。
例に係るもので、ここでは第3実施例の光フィルタを光
周波数弁別器として利用した発振波長安定化光源を示し
てある。
ルタ、62は単一モード発振の半導体レーザ、63は受
光器、64は電気増幅器、65は電流源である。
2の出力は、環境温度変化に対して安定な光フィルタ6
1へ入力される。光フィルタ61からの出力は受光器6
3により受光され電気信号に変換されて電気増幅器64
へ入力され、電流源65へと入力され、レーザの発振波
長を光フィルタ61の透過波長へと安定化する。
境温度変化に対して変動しないので、本実施例の発振波
長安定化光源の波長は環境温度変化に対しても±1×1
0-7ミクロンの精度で安定であり、20〜50℃の環境
温度で一定の波長(1.55±1×10-7ミクロン)の
光を出力することができた。本実施例で得られる作用,
効果は第5実施例と同様である。
例に係るもので、ここでは第4実施例の光フィルタを光
周波数弁別器として利用した発振波長安定化光源を示し
てある。
ルタ、72は単一モード発振の半導体レーザ、73は受
光器、74は電気増幅器、75は電流源である。
2の出力は、環境温度変化に対して安定な光フィルタ7
1へ入力される。光フィルタ71からの出力は受光器7
2により受光され電気信号に変換されて電気増幅器74
へ入力され、電流源75へと入力され、レーザの発振波
長を光フィルタ71の透過波長へと安定化する。
境温度変化に対して変動しないので、本実施例の発振波
長安定化光源の波長は環境温度変化に対しても±1×1
0-7ミクロンの精度で安定であり、20〜50℃の環境
℃で一定の波長(1.55±1×10-7ミクロン)の光
を出力することができた。本実施例で得られる作用,効
果は第6実施例と同様である。
発明によれば、環境温度変化に対して透過波長が変動し
ない光フィルタを得ることができる。また、請求項9の
発明によれば、環境温度変化に対して発振波長が変動し
ないコンパクトな発振波長安定化光源を得ることができ
る。
ク波長の温度係数と温度との関係を示す図
11,12…光導波路、13…基板、21,22…光導
波路、21a,22a…光導波層、23…基板、31,
32…光導波路、33…基板、41,51,61,71
…光フィルタ、42,52,62,72…半導体レー
ザ、43,53,63,73…受光器、44,54,6
4,74…電気増幅器、45,55,65,75…電流
源。
Claims (9)
- 【請求項1】 複数の光導波路を備え、光導波路間の光
路長差による干渉効果を利用した光フィルタにおいて、 有効屈折率の温度係数が異なる光導波路を用いた、 ことを特徴とする光フィルタ。 - 【請求項2】 複数の光導波路を備え、光導波路間の光
路長差による干渉効果を利用した光フィルタにおいて、 光導波路の少なくとも一部の有効屈折率の温度係数が残
りの部分と異なる、 ことを特徴とする光フィルタ。 - 【請求項3】 有効屈折率の温度係数が異なる領域を周
期性をもって縦続接続した、 ことを特徴とする請求項2記載の光フィルタ。 - 【請求項4】 半導体基板上に形成された複数の光導波
路を備え、光導波路間の光路長差による干渉効果を利用
した光フィルタにおいて、 有効屈折率の温度係数が異なる光導波路を用いた、 ことを特徴とする光フィルタ。 - 【請求項5】 半導体上に形成された複数の光導波路を
備え、光導波路間の光路長差による干渉効果を利用した
光フィルタにおいて、 光導波路の少なくとも一部の有効屈折率の温度係数が残
りの部分と異なる、 ことを特徴とする光フィルタ。 - 【請求項6】 有効屈折率の温度係数が異なる領域を周
期性をもって縦続接続した、 ことを特徴とする請求項5記載の光フィルタ。 - 【請求項7】 基板がInPからなり、光導波路の光導
波層がInxGa1-xAsyP1-y(0≦x≦1,0≦y≦1)か
らなる、 ことを特徴とする請求項4乃至6何れか1項記載の光フ
ィルタ。 - 【請求項8】 基板がSiからなり、光導波路の光導波
層がSiO2 またはAl2O3からなる、 ことを特徴とする請求項4乃至6何れか1項記載の光フ
ィルタ。 - 【請求項9】 光源からの出力光が入射される波長基準
と、この波長基準を透過した光を受光する受光器と、こ
の受光器の出力に基づいて上記光源の発振波長を制御す
る制御手段とを備えた発振波長安定化光源において、 請求項1乃至請求項8何れか1項記載の光フィルタを波
長基準として用いた、 ことを特徴とする発振波長安定化光源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14365594A JP3291915B2 (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 光フィルタ及び発振波長安定化光源 |
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