JPH0895108A - Light signal processor - Google Patents

Light signal processor

Info

Publication number
JPH0895108A
JPH0895108A JP23134794A JP23134794A JPH0895108A JP H0895108 A JPH0895108 A JP H0895108A JP 23134794 A JP23134794 A JP 23134794A JP 23134794 A JP23134794 A JP 23134794A JP H0895108 A JPH0895108 A JP H0895108A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
directional coupler
waveguide
regions
signal processor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP23134794A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3343831B2 (en
Inventor
Kaname Jinguji
要 神宮寺
Masao Kawachi
正夫 河内
Koichi Takiguchi
浩一 瀧口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP23134794A priority Critical patent/JP3343831B2/en
Publication of JPH0895108A publication Critical patent/JPH0895108A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3343831B2 publication Critical patent/JP3343831B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To realize a filter characteristic having desired sharpness with a small number of steps and to realize arbitrary filter characteristics with one circuit. CONSTITUTION: This light signal processor includes two pieces of first and second optical waveguides 1, 2, (N+1) pieces of first directional coupler groups 3-1 to 3-(N+1) for dividing and coupling these optical waveguides 1, 2 to N pieces regions, second directional coupler groups 4-1 to 4-N which are respectively interposed to either one of the optical waveguides of N pieces of the regions, ring optical waveguide groups 5-1 to 5-N which are respectively coupled to any one of the first and second optical waveguides 1, 2 of N pieces of the regions via these second directional coupler groups 4-1 to 4-N, first phase controller groups 6-1 to 6-N which are respectively interposed in at least one of the optical waveguides 1, 2 of N pieces of the regions and second phase controller groups 7-1 to 7-N which are respectively interposed in the ring optical waveguide groups 5-1 to 5-N. The optical path lengths of the two optical waveguides 1, 2 in N pieces of the regions are respectively equalized to each other and all of the optical path lengths of the ring optical waveguide groups 5-1 to 5-N are equalized to each other.

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、光通信、光交換、光コ
ンピューティングの分野において、高度で任意の光フィ
ルタリング処理を行うための光信号処理器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical signal processor for performing highly optional optical filtering processing in the fields of optical communication, optical switching, and optical computing.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信、光交換、光コンピューテ
ィングの分野において、光信号を電気信号に変換せずに
光のままで、広帯域、高速にフィルタリング処理を行う
ことが可能な光信号処理器が注目を集めている。特に、
光信号を多重化して伝送を行う光周波数多重通信におい
て、伝搬してきた周波数多重信号光に対して、周波数ご
とにフィルタリング処理を行う光周波数フィルタは、重
要な部品である。
2. Description of the Related Art In recent years, in the fields of optical communication, optical switching, and optical computing, optical signal processing capable of performing broadband and high-speed filtering processing without converting an optical signal into an electric signal as it is as an optical signal. The vessel is drawing attention. In particular,
In optical frequency multiplex communication in which optical signals are multiplexed and transmitted, an optical frequency filter that performs a filtering process for each frequency on the propagated frequency multiplexed signal light is an important component.

【0003】従来、このような目的のための光信号処理
器としては、図8に示すトランスバーサル型配置の光信
号処理器(特開平2−212822号公報)が報告され
ている。この例では、入力ポート101,102側に可
変方向性結合器103−1〜103−Nを配し、光信号
を任意の分岐比で各分岐導波路104−1〜104−N
に分配し、N−1個の3dB方向性結合器105−1〜
105−(N−1)で構成される結合部により、各分岐
された光信号を再び収束する構成をとっている。そし
て、各分岐導波路104−1〜104−N上には分岐さ
れた光信号の位相を個別に制御するための位相制御器1
06−1〜106−Nが配されている。なお、3dB方
向性結合器105−1〜105−(N−1)はそれぞれ
ダミー出力ポート107−1〜107−(N−1)を有
し、最後の3dB方向性結合器105−(N−1)の他
方の出力ポートが出力ポート108となる。この例で
は、可変方向性結合器103−1〜103−Nの結合率
を変化させ、同時に位相制御器106−1〜106−N
の位相シフト量を変化させることにより、所望の透過特
性を実現することが可能である。
Conventionally, as an optical signal processor for such a purpose, a transversal type optical signal processor shown in FIG. 8 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-128222) has been reported. In this example, variable directional couplers 103-1 to 103-N are arranged on the input ports 101 and 102 side, and optical signals are branched at arbitrary branching ratios to the respective branch waveguides 104-1 to 104-N.
, And N-1 3 dB directional couplers 105-1 to 105-1
The coupling unit 105- (N-1) is used to converge each branched optical signal again. A phase controller 1 for individually controlling the phase of the branched optical signal is provided on each of the branch waveguides 104-1 to 104-N.
06-1 to 106-N are arranged. The 3 dB directional couplers 105-1 to 105- (N-1) have dummy output ports 107-1 to 107- (N-1), and the last 3 dB directional coupler 105-1 (N-). The other output port of 1) becomes the output port 108. In this example, the coupling ratios of the variable directional couplers 103-1 to 103-N are changed, and at the same time, the phase controllers 106-1 to 106-N are changed.
It is possible to realize a desired transmission characteristic by changing the phase shift amount of.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例を含めて、リング部やグレーティングのような
光の帰還路を含まない光回路では、フィルタ特性のバン
ド端でシャープなきれを得るために、回路の段数を多く
しなければならないという問題がある。
However, in order to obtain a sharp cut at the band edge of the filter characteristic in an optical circuit including the above-mentioned conventional example, which does not include a light return path such as a ring portion or a grating. However, there is a problem that the number of stages of the circuit must be increased.

【0005】本発明は上述した従来技術に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、第1に、少ない段数で所望
のシャープなきれをもつフィルタ特性を実現し、また、
第2に、1つの回路で任意のフィルタ特性を実現するプ
ログラマブル特性を達成する光信号処理器を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and its object is, first, to realize a desired sharp filter characteristic with a small number of steps, and
Secondly, it is to provide an optical signal processor that achieves a programmable characteristic that realizes an arbitrary filter characteristic with one circuit.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の第1の態様は、2本の第1および第2の光導波
路と、これら2本の第1および第2の光導波路を(N+
1)箇所の異なる位置で結合して当該第1および第2の
光導波路をN個の領域に分割する(N+1)個の正また
は負の結合率を有する第1の方向性結合器群と、前記N
個の領域の前記第1および第2の光導波路の何れか一方
にそれぞれ介装されるN個の正または負の結合率を有す
る第2の方向性結合器群と、これらN個の第2の方向性
結合器群を介して前記N個の領域の前記第1および第2
の光導波路の何れか一方にそれぞれ結合されるリング光
導波路群と、前記N個の領域の前記第1および第2の光
導波路の少なくとも一方にそれぞれ介装されて所望の位
相シフトを施す第1の位相制御器群と、前記リング光導
波路群のそれぞれ介装されて所望の位相シフトを施す第
2の位相制御器群とを具備し、前記N個の領域における
前記第1の光導波路と前記第2の光導波路との光路長が
それぞれ等しく、かつ前記リング光導波路群の光路長が
全て等しいことを特徴とする光信号処理器にある。
In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention is to provide two first and second optical waveguides and these two first and second optical waveguides. (N +
1) A first directional coupler group having (N + 1) positive or negative coupling rates, which are coupled at different positions to divide the first and second optical waveguides into N regions. The N
Second directional coupler group having N positive or negative coupling ratios, which are respectively interposed in one of the first and second optical waveguides of the N regions, and these N second directional coupler groups. The first and second regions of the N regions via a directional coupler group of
Group of ring optical waveguides respectively coupled to one of the optical waveguides, and at least one of the first and second optical waveguides of the N regions, respectively, for providing a desired phase shift. And a second phase controller group which is interposed between the ring optical waveguide group and performs a desired phase shift, respectively, and the first optical waveguide and the first optical waveguide in the N regions. In the optical signal processor, the optical path lengths of the second optical waveguide and the ring optical waveguide group are all equal.

【0007】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記第1の方向性結合器群および前記第2の方向性
結合器群の、全てあるいは一部が、結合率を正あるいは
負の値に変えることができる可変方向性結合器であるこ
とを特徴とする光信号処理器にある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, all or part of the first directional coupler group and the second directional coupler group have positive or negative coupling rates. An optical signal processor characterized by being a variable directional coupler capable of changing to a negative value.

【0008】本発明の第3の態様は、第2に対応におい
て、可変方向性結合器が、2個の正あるいは負の結合率
を有する固定結合率方向性結合器と、前記2個の固定結
合率方向性結合器に挟まれた2本の光導波路とからな
り、前記2本の光導波路の光路長は等しいか、半波長分
ずれており、前記2本の光導波路の少なくとも一方に所
望の位相シフトを施す位相制御器を設けたマッハツェン
ダ干渉計構成をなすことを特徴とする光信号処理器にあ
る。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the variable directional coupler is a fixed coupling ratio directional coupler having two positive or negative coupling ratios, and the two fixed couplings. Coupling ratio Two optical waveguides sandwiched by directional couplers, and the optical path lengths of the two optical waveguides are equal to each other or deviated by a half wavelength, and at least one of the two optical waveguides is desired. 2. An optical signal processor characterized by having a Mach-Zehnder interferometer configuration provided with a phase controller for performing the phase shift of FIG.

【0009】本発明の第4の態様は、第1ないし第3の
何れかの態様において、前記N+1個の第1の方向性結
合器群の結合率θ1n(−π/2〜π/2)と前記N個の
第1の位相制御器群の位相シフト量φ1n(−π〜π)、
および、前記N個の第2の方向性結合器群の結合率θ2n
(−π/2〜π/2)と前記N個の第2の位相制御器の
位相シフト量φ2n(−π〜π)を、下記の漸化式に基づ
いて算出し設定することを特徴とする光信号処理器にあ
る。
In a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the coupling rate θ 1n (−π / 2 to π / 2) of the N + 1 first directional coupler groups. ) And the phase shift amount φ 1n (−π to π) of the N first phase controller groups,
And the coupling rate θ 2n of the N second directional coupler groups
(−π / 2 to π / 2) and the phase shift amount φ 2n (−π to π) of the N second phase controllers are calculated and set based on the following recurrence formula. It is in the optical signal processor.

【0010】[0010]

【数3】 [Equation 3]

【0011】ただし、漸化式はn=Nからn=0の順に
解いていくこととし、漸化式の初段(n=N)におい
て、h[N] (z)=h(z)、f[N] =(z)f
(z)、g[N] (z)=g(z)である。
However, the recurrence formula is solved in the order of n = N to n = 0, and at the first stage (n = N) of the recurrence formula, h [N] (z) = h (z), f [N] = (z) f
(Z) and g [N] (z) = g (z).

【0012】ここで、h(z)/g(z)は所望特性を
スルーポートで、f(z)/g(z)は所望特性をクロ
スポートで実現しようとするときの下記に表される多項
式で、ユニタリ関係h(z)h* (z)+f(z)f*
(z)=g(z)g* (z)より求められる。また、
Here, h (z) / g (z) is a desired characteristic in a through port, and f (z) / g (z) is a following when the desired characteristic is realized in a cross port. A polynomial, unitary relationship h (z) h * (z) + f (z) f *
(Z) = g (z) g * (z). Also,

【0013】[0013]

【外2】 [Outside 2]

【0014】である。jは√(−1)を表す。Δτは前
記リンク光導波路がもつ一定の光路長差に対応する遅延
時間である。また、γn-1 ,γn はg(z)の(n−
1)番目とn番目の零点を表す。
[0014] j represents √ (−1). Δτ is a delay time corresponding to a constant optical path length difference of the link optical waveguide. Further, γ n-1 and γ n are (n−) of g (z).
1) Represents the 0th and nth zeros.

【0015】[0015]

【数4】 [Equation 4]

【0016】[0016]

【作用】本発明の光信号処理器では、リング光導波路の
存在による帰還作用により、シャープなバンド端をもつ
フィルタ特性が実現可能である。また、上述した「数
3」および「数4」に記載された算出式は、任意の所望
フィルタ特性に対して、方向性結合器の結合率および位
相制御器の位相シフト量の求め方を与えており、任意の
フィルタ特性を有する光信号処理器が実現可能である。
In the optical signal processor of the present invention, a filter characteristic having a sharp band edge can be realized by the feedback action due to the existence of the ring optical waveguide. In addition, the calculation formulas described in “Equation 3” and “Equation 4” give a method of obtaining the coupling ratio of the directional coupler and the phase shift amount of the phase controller for any desired filter characteristic. Therefore, an optical signal processor having an arbitrary filter characteristic can be realized.

【0017】また、一部あるいは全部の方向性結合器の
結合率を正あるいは負の範囲で可変にすることにより、
1つの回路で任意のフィルタ特性を実現するプログラマ
ブル性が達成可能である。
Further, by varying the coupling ratio of some or all of the directional couplers within a positive or negative range,
Programmability to achieve arbitrary filter characteristics with a single circuit can be achieved.

【0018】[0018]

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0019】(実施例1)本実施例の光信号処理器は、
図1に示す回路構成を有するものである。また、未知の
回路パラメータである方向性結合器の結合率および位相
制御器の位相シフト量は上述した「数3」および「数
4」に示す算出式を用いて求めた。
(Embodiment 1) The optical signal processor of this embodiment is
It has the circuit configuration shown in FIG. In addition, the coupling ratio of the directional coupler and the phase shift amount of the phase controller, which are unknown circuit parameters, were obtained using the calculation formulas shown in the above-mentioned "Equation 3" and "Equation 4".

【0020】図1に示すように、第1および第2の光導
波路1および2は、(N+1)箇所においてN個の、正
あるいは負の結合率を有する第1の方向性結合器群3−
1〜3−(N+1)により結合され、それぞれN個の領
域の第1の光導波路(アーム)1−1〜1−Nおよび第
2の光導波路(アーム)2−1〜2−Nに分割されてい
る。N個の第1のアーム1−1〜1−Nのそれぞれに
は、N個の、正あるいは負の結合率を有する第2の方向
性結合器群4−1〜4−Nを介して、リング光導波路群
5−1〜5−Nがそれぞれ1個ずつ結合されている。ま
た,N個の第2のアーム2−1〜2−Nのそれぞれに
は、所望の位相シフトを施す第1の位相制御器群6−1
〜6−Nがそれぞれ1個ずつ介装されている。さらに、
リング導波路群5−1〜5−Nのそれぞれには、所望の
位相シフトを施す第2の位相制御器群7−1〜7−Nが
それぞれ1個ずつ介装されている。
As shown in FIG. 1, the first and second optical waveguides 1 and 2 have a first directional coupler group 3-having N positive or negative coupling rates at (N + 1) points.
1 to 3− (N + 1), which are divided into N regions of first optical waveguides (arms) 1-1 to 1-N and second optical waveguides (arms) 2-1 to 2-N, respectively. Has been done. To each of the N first arms 1-1 to 1-N, there are N second directional coupler groups 4-1 to 4-N having a positive or negative coupling ratio, The ring optical waveguide groups 5-1 to 5-N are coupled one by one. Further, each of the N second arms 2-1 to 2-N has a first phase controller group 6-1 for performing a desired phase shift.
1 to 6-N are respectively provided. further,
Each of the ring waveguide groups 5-1 to 5-N is provided with one second phase controller group 7-1 to 7-N for performing a desired phase shift.

【0021】かかる構成の光信号処理器は、一点鎖線で
囲まれたN段の領域8−1〜8−Nから構成され、第1
および第2の光導波路1および2の一端が入力ポート1
Aおよび2Aであり、他端が出力ポート1Bおよび2B
である。
The optical signal processor having such a structure is composed of N-stage regions 8-1 to 8-N surrounded by the one-dot chain line.
And one end of the second optical waveguides 1 and 2 is the input port 1
A and 2A and the other ends are output ports 1B and 2B
Is.

【0022】ここで、N段の領域8−1〜8−Nのそれ
ぞれにおける第1アーム1−1〜1−Nと第2のアーム
2−1〜2−Nとの光路長が等しく、また、N個のリン
グ導波路群5−1〜5−Nの光路長は全て等しい。
Here, the optical path lengths of the first arms 1-1 to 1-N and the second arms 2-1 to 2-N in the N-stage regions 8-1 to 8-N are equal, and , N ring waveguide groups 5-1 to 5-N have the same optical path length.

【0023】なお、本実施例では、N段それぞれの領域
8−1〜8−Nの第2のアーム2−1〜2−Nに第1の
位相制御器群6−1〜6−Nを介装したが、第1の位相
制御器群は第1のアーム1−1〜1−Nに設けてもよい
し、両方に設けてもよい。また、第1のアーム1−1〜
1−Nに設ける場合には、第2の方向性結合器4−1〜
4−Nの前後の何れに設けても、両方に設けてもよい。
第1の位相制御器群を第1および第2の光導波路の両方
に設けることの長所は、一方のみの場合、位相を制御す
るのに位相量を0〜2πの範囲で変化させる必要がある
のに対し、両方に設けた場合にはそれぞれの位相制御器
に要求される位相変化量は0〜πと半分に抑えることが
できる点にある。
In the present embodiment, the first phase controller group 6-1 to 6-N is provided in the second arms 2-1 to 2-N of the regions 8-1 to 8-N of N stages, respectively. Although interposed, the first phase controller group may be provided in the first arms 1-1 to 1-N or may be provided in both. Also, the first arm 1-1 to
1-N, the second directional couplers 4-1 to 4-1 are provided.
It may be provided either before or after 4-N or both.
The advantage of providing the first phase controller group in both the first and second optical waveguides is that, in the case of only one, it is necessary to change the phase amount in the range of 0 to 2π in order to control the phase. On the other hand, when they are provided on both sides, the amount of phase change required for each phase controller can be suppressed to half, that is, 0 to π.

【0024】この実施例では、量産性に優れた平面回路
により光信号処理器を作製した。各リング導波路群5−
1〜5−Nの光路長は、波長1.55μmで20GHz
の周波数間隔に対応する10.37mmに設定した。
In this embodiment, an optical signal processor is manufactured by a plane circuit having excellent mass productivity. Each ring waveguide group 5-
The optical path length of 1 to 5-N is 20 GHz at a wavelength of 1.55 μm
It was set to 10.37 mm corresponding to the frequency interval of.

【0025】図2は、光信号処理器のA−A´線におけ
る断面を表している。本実施例では、基板21としてシ
リコン基板を用い、導波路は基板上に火炎堆積法を用い
て堆積した石英薄膜22により形成し、導波路構造はフ
ォトリソグラフィ工程により作製した。ここで、作製さ
れた導波路は単一モードになるようにコアサイズを決定
した。本発明の光フィルタは、光の干渉、分岐・結合を
利用し、フィルタ特性を実現しており、導波路内部の高
次モードの存在は性能劣化の原因となる。このために、
本実施例では全て単一モード導波路が用いられている。
位相制御器は、石英薄膜の上にクロム層からなるヒータ
を形成することにより作製した。この位相制御器は、加
熱すると屈折率が変化するという熱光学効果を利用し
て、位相の制御を行っている。
FIG. 2 shows a cross section taken along the line AA 'of the optical signal processor. In this embodiment, a silicon substrate is used as the substrate 21, the waveguide is formed by the quartz thin film 22 deposited on the substrate by the flame deposition method, and the waveguide structure is manufactured by the photolithography process. Here, the core size of the produced waveguide was determined so as to be a single mode. The optical filter of the present invention realizes filter characteristics by utilizing light interference, branching / coupling, and the presence of higher-order modes inside the waveguide causes performance deterioration. For this,
In this embodiment, all single mode waveguides are used.
The phase controller was manufactured by forming a heater made of a chromium layer on a quartz thin film. This phase controller controls the phase by utilizing the thermo-optic effect that the refractive index changes when heated.

【0026】本実施例では、環境温度変動の影響を除去
するために、光回路全体をペルチェ素子上にのせ、光回
路の温度を0.1度程度の精度でコントロールした。
In this embodiment, in order to eliminate the influence of environmental temperature fluctuations, the entire optical circuit is placed on the Peltier device and the temperature of the optical circuit is controlled with an accuracy of about 0.1 degrees.

【0027】本発明の光信号処理器は光のコヒーレント
な干渉現象を利用しているために、信号光はコヒーレン
ト光でなければならない。
Since the optical signal processor of the present invention utilizes the coherent interference phenomenon of light, the signal light must be coherent light.

【0028】図1において、入力ポート1Aより入射さ
れた信号光は、多段に並べられた単位構成要素8−1〜
8−Nを通過し、出力ポート1Bおよび2Bに出射され
る。このとき、信号光は各方向性結合器によりそれぞれ
の光導波路に分岐される。例えば、最も短い光路を進む
信号光は第1の光導波路のアーム1−1,1−2,…,
1−N、あるいは第2の光導波路のアーム2−1,2−
2,…,2−Nを通る。また、最も長い光路を進む信号
光はリング導波路5−1〜5−Nを無限に周回する。ポ
ート1Bおよび2Bからの出力光はいろいろな光路を通
る信号光の和として表現される。本光信号処理器はリン
グ導波路を有しているために、無限周回の光が存在す
る。このため、ポート1Bからの出力光の複素振幅は、
式(1)で表されるように、分母、分子がそれぞれzの
多項式の形に表現される。
In FIG. 1, the signal light incident from the input port 1A has unit components 8-1 to 8-1 arranged in multiple stages.
It passes through 8-N and is emitted to output ports 1B and 2B. At this time, the signal light is branched into each optical waveguide by each directional coupler. For example, the signal light traveling along the shortest optical path is the arms 1-1, 1-2, ..., Of the first optical waveguide.
1-N, or arms 2-1 and 2- of the second optical waveguide
2, ..., 2-N. Further, the signal light traveling along the longest optical path orbits the ring waveguides 5-1 to 5-N infinitely. The output light from the ports 1B and 2B is expressed as the sum of the signal lights passing through various optical paths. Since this optical signal processor has a ring waveguide, light of infinite circulation exists. Therefore, the complex amplitude of the output light from port 1B is
As represented by Expression (1), the denominator and the numerator are each expressed in the form of a polynomial of z.

【0029】[0029]

【数5】 [Equation 5]

【0030】ここで、式(1)のak およびck は複素
展開係数である。βは光導波路の伝搬定数、ω0 は周波
数特性の周期を表している。また、式(1)では、電気
のディジタルフィルタ理論でよく行われるように、下記
(a)を複素数zと考えて、下記(b)を複素平面上の
関数h(z)に拡張している。このz複素平面上では、
周波数関数h(ω)はzの絶対値=1の半径1の円周上
の関数とみなされる。分子のh(z)、分母のg(z)
の多項式の次数はともにNである。g(z)はN次の多
項式であり、零点はN個あるが、その内のN−M個はz
=0に零点がある。
Here, a k and c k in the equation (1) are complex expansion coefficients. β represents the propagation constant of the optical waveguide, and ω 0 represents the period of the frequency characteristic. Further, in the formula (1), the following (a) is considered as a complex number z and the following (b) is expanded to a function h (z) on the complex plane, as is often done in the electric digital filter theory. . On this z complex plane,
The frequency function h (ω) is regarded as a function on the circumference of a radius 1 with an absolute value of z = 1. H (z) of numerator and g (z) of denominator
The polynomials of are both of degree N. g (z) is a polynomial of degree N, and there are N zeros, of which N−M are z
There is a zero at = 0.

【0031】[0031]

【外3】 [Outside 3]

【0032】式(1)において、スルー特性h(z)/
g(z)はzの多項式で表現されている。この式はディ
ジタルフィルタの分野において、IIR(Infini
teImpulse Response)型と呼ばれる
帰還のあるタイプのディジタルフィルタの伝送特性に等
しいことがわかる。この事実は、以下に述べる光フィル
タの合成に重要な役割を演じる。
In the equation (1), the through characteristic h (z) /
g (z) is expressed by a polynomial of z. In the field of digital filters, this formula is IIR (Infini
It can be seen that it is equal to the transmission characteristic of a certain type of digital filter with feedback called the teImpulse Response type. This fact plays an important role in the synthesis of the optical filters described below.

【0033】同様に、ポート1Aから入射し、ポート2
Bから出射される出力光f(z)/g(z)は式(2)
のように表される。
Similarly, the light is incident from port 1A and
The output light f (z) / g (z) emitted from B is given by the formula (2)
It is represented as

【0034】[0034]

【数6】 [Equation 6]

【0035】ここで、f(z)の次数もh(z),g
(z)と同様にNである。
Here, the order of f (z) is also h (z), g
N is the same as in (z).

【0036】本信号処理器は2入力2出力なので、信号
処理器全体の伝送行列Sは式(3)で表される2×2の
行列で表現される。
Since this signal processor has 2 inputs and 2 outputs, the transmission matrix S of the entire signal processor is represented by the 2 × 2 matrix expressed by the equation (3).

【0037】[0037]

【数7】 [Equation 7]

【0038】ここで、サフィックス*はパラ共役を表す
(h* (z)=h* (1/z* ))。回路が無損失であ
ると仮定すると、h(z)/g(z)とf(z)/g
(z)の間には、次式(4)で表されるユニタリ関係が
成立する。
Here, the suffix * represents a para-conjugate (h * (z) = h * (1 / z * )). Assuming the circuit is lossless, h (z) / g (z) and f (z) / g
A unitary relationship represented by the following expression (4) is established between (z).

【0039】[0039]

【数8】 [Equation 8]

【0040】この実施例ではクロス特性f(z)/g
(z)が所望特性をもつように、フィルタ設計を行っ
た。
In this embodiment, the cross characteristic f (z) / g
The filter was designed so that (z) has a desired characteristic.

【0041】具体的には以下に示す手順(図5)によ
り、クロス特性(入力ポート1Aより出力ポート2Bへ
の透過特性)が所望フィルタ特性を満足するための回路
パラメータを求めた。
Specifically, the circuit parameters for the cross characteristic (transmission characteristic from the input port 1A to the output port 2B) satisfying the desired filter characteristic were obtained by the following procedure (FIG. 5).

【0042】[設計手順1]まず、ステップS1で、式
(2)の分母であるzの多項式を、所望フィルタ特性を
満足するように求める。この際、式(2)に書かれた光
フィルタの伝送特性がIIR型と呼ばれるディジタルフ
ィルタと同じであることを利用する。具体的には、ディ
ジタルフィルタの分野で開発されている各種の近似手法
を用いる。例えば、双一次z変換法(双線型交換法)、
最小2乗近似法、Fletche−Powell法等が
良く知られている(Oppenheim & Scaf
er著“ディジタル信号処理”Prentice−Ha
ll Inc.1975)。この計算の際、所望フィル
タ特性の要求条件より、必要な展開次数が求まる。この
展開次数が単位回路構成の段数Nにあたる。近似多項式
を求める際、気をつけなければならないのは、クロス特
性を表す多項式f(z)/g(z)が因果率を満たすこ
とである。具体的には、クロス特性を表す多項式f
(z)/g(z)の極、つまり、g(z)の零点がzの
絶対値=1の円内に入っている必要がある。本発明の光
信号処理器は受動回路であるので因果率を満たすことが
必須である。
[Design Procedure 1] First, in step S1, a polynomial of z which is a denominator of the equation (2) is obtained so as to satisfy the desired filter characteristic. At this time, it is utilized that the transmission characteristics of the optical filter written in the equation (2) are the same as those of a digital filter called IIR type. Specifically, various approximation methods developed in the field of digital filters are used. For example, the bilinear z-transform method (bilinear exchange method),
The least-squares approximation method, the Fletche-Powell method, and the like are well known (Openheim & Scaf).
er "Digital Signal Processing" Prentice-Ha
ll Inc. 1975). At the time of this calculation, the required expansion order is obtained from the required condition of the desired filter characteristic. This expansion order corresponds to the number N of stages of the unit circuit configuration. When calculating the approximate polynomial, it is important to be careful that the polynomial f (z) / g (z) representing the cross characteristic satisfies the causal rate. Specifically, a polynomial f that represents the cross characteristic
It is necessary that the pole of (z) / g (z), that is, the zero point of g (z) is within the circle with the absolute value of z = 1. Since the optical signal processor of the present invention is a passive circuit, it is essential to satisfy the causal rate.

【0043】[設計手順2]設計手順1では、所望フィ
ルタ特性を実現するように、上記の最適なディジタルフ
ィルタの手法を用い式(2)のz多項式を求めた。この
求めた多項式をそのまま用いて光信号処理器を実現する
と、振幅特性の絶対値が100%を越える場合がある。
しかし、光波という物理量を用いるアナログ信号処理器
である本信号処理器では、エネルギー保存則のために、
式(2)の複素振幅の絶対値が100%を越えることは
本質的にできない。このため、ステップS2では、ディ
ジタルフィルタの近似手法により求めた多項式を、式
(5)により、振幅特性の絶対値が100%を越えない
ように規格化を行う。
[Design Procedure 2] In the design procedure 1, the z polynomial of the equation (2) is obtained by using the above-mentioned optimum digital filter method so as to realize the desired filter characteristic. If an optical signal processor is realized by using the obtained polynomial as it is, the absolute value of the amplitude characteristic may exceed 100%.
However, in this signal processor, which is an analog signal processor that uses a physical quantity called light wave, due to the law of energy conservation,
Essentially, the absolute value of the complex amplitude in equation (2) cannot exceed 100%. Therefore, in step S2, the polynomial obtained by the approximation method of the digital filter is standardized by the equation (5) so that the absolute value of the amplitude characteristic does not exceed 100%.

【0044】[0044]

【数9】 [Equation 9]

【0045】[設計手順3]ステップS3では、設計手
順2で求めた規格化した複素展開係数を有する複素振幅
特性を本光信号処理器のクロス出力(ポート1Aから2
Bへの出力)で実現するように、本光信号処理器の伝送
特性を表すS行列を求める。具体的には、S行列の残り
の未知伝送関数h(z)を式(4)のユニタリ関係より
求める。h(z)h* (z)は、ユニタリ関係より、設
計手順2で規格化したクロス特性を表す多項式f(z)
/g(z)を用い、さらに、zに関数一次式の積の形に
展開することにより、式(6)で表される。
[Design procedure 3] In step S3, the complex amplitude characteristic having the standardized complex expansion coefficient obtained in the design procedure 2 is used as the cross output of the optical signal processor (from ports 1A to 2).
Output to B), an S matrix representing the transmission characteristics of the present optical signal processor is obtained. Specifically, the remaining unknown transfer function h (z) of the S matrix is obtained from the unitary relation of Expression (4). h (z) h * (z) is a polynomial f (z) representing the cross characteristic standardized in the design procedure 2 from the unitary relationship.
By using / g (z) and further expanding into the form of a product of a function linear expression to z, it is expressed by Expression (6).

【0046】[0046]

【数10】 [Equation 10]

【0047】この式(6)中、a0 は式(7)のように
求められる。
In this equation (6), a 0 is obtained as in equation (7).

【0048】[0048]

【数11】 [Equation 11]

【0049】ここで、γN はg(z)のN番目の零点で
ある。
Here, γ N is the Nth zero point of g (z).

【0050】式(6)において、h(z)とh* (z)
の積の形で表される必要性から、未知辺の分子多項式h
(z)の零点は{αk ,1/αk *}というN個のペアと
して求められる。h(z)を求める際、h(z)の多項
式は{αk ,1/αk *}の根のペアの内どちらか一方を
根として持っている必要があるので、この根の選択の仕
方に伴ない、h(z)は2N 個の取り方がある。また、
g(z)の0でないM個の零点の選択の仕方は NM
(=(N!)/(N−M)!)個あり、それぞれに対し
て、h(z)は求められるので、全体では、h(z)は
(2NNM )個の解を持つ。これら(2NN
M )個のh(z)の解は、振幅特性はともに等しく、異
なる位相特性を持つ。全体としてf(z)が共通でh
(z)が異なるS行列が(2NNM )個存在し、結
果として、(2NNM )種類の回路パラメータが求
まる。ただし、この(2NNM )個のいずれの回路
パラメータで回路を作製しても、クロス特性は同一な特
性が得られる。本実施例ではクロス特性であるf(z)
/g(z)の特性に興味があるので、(2NNM
個のh(z)のうちの適当な1個の解を選択した。もち
ろん、h(z)の選択には、低素子感度なもの、位相特
性が適当なもの等、選択の基準を適当に設けて選択する
ことも可能である。
In equation (6), h (z) and h * (z)
From the necessity of being expressed in the form of the product of
The zero point of (z) is obtained as N pairs of {α k , 1 / α k * }. When finding h (z), the polynomial of h (z) needs to have either one of the root pairs of {α k , 1 / α k * } as a root. Depending on the way, there are 2 N ways to take h (z). Also,
How to select M nonzero points of g (z) is N P M
(= (N!) / ( N-M)!) Number there, for each, h (z) is because it is required, in the whole, h (z) is (2 N · N P M) number of solutions have. These (2 NN P
The M ) solutions of h (z) have the same amplitude characteristic but different phase characteristics. As a whole, f (z) is common and h
There are (2 N · N P M ) S matrices with different (z), and as a result, (2 N · N P M ) types of circuit parameters are obtained. However, even if a circuit is manufactured with any of these (2 N · N P M ) circuit parameters, the same cross characteristic can be obtained. In this embodiment, the cross characteristic f (z) is
Since I am interested in the characteristics of / g (z), (2 N · N P M )
An appropriate one of the h (z) was selected. Of course, it is also possible to select h (z) by appropriately providing criteria for selection such as low element sensitivity and appropriate phase characteristics.

【0051】[設計手順4]ステップS4では、回路パ
ラメータを求めるために、N段構成の光信号処理回路の
伝送特性を表すS行列を、単位構成を表す伝送特性を表
すS行列の積の形に展開する。
[Design procedure 4] In step S4, in order to obtain the circuit parameters, the S matrix representing the transmission characteristics of the optical signal processing circuit of the N-stage configuration is multiplied by the S matrix representing the transmission characteristics representing the unit configuration. Expand to.

【0052】全体のS行列の式(8)のように分解され
る。
The total S matrix is decomposed as shown in equation (8).

【0053】[0053]

【数12】 [Equation 12]

【0054】ここで、Sn はn段目の単位構成回路の伝
送行列を表す。
Here, S n represents the transmission matrix of the unit circuit of the nth stage.

【0055】図4で示したn段目の単位構成回路は1−
n,2−nの2本の光導波路(アーム)と5−nのリン
グ導波路と、3−(n+1),4−nの2個の方向性結
合器と、6−n,7−nの2個の位相制御器より構成さ
れ、n=0の単位構成回路は1個の方向性結合器3−1
より構成される。
The unit circuit of the nth stage shown in FIG.
n, 2-n optical waveguides (arms) and 5-n ring waveguides, 3- (n + 1), 4-n two directional couplers, 6-n, 7-n Of the two phase controllers, and the unit configuration circuit of n = 0 is one directional coupler 3-1.
It is composed of

【0056】実際のS行列の分解は、ステップS4およ
びS5によりn段目の単位構成伝送行列Sn の逆行列S
n -1 =Sn +(Sn +はSn の転置共役行列)をn=n,N
−〜1,…,2,1,0の順番に順次S行列の左側より
作用させることにより行われる。
The actual decomposition of the S matrix is performed by the steps S4 and S5 in which the inverse matrix S of the n-th stage unit component transmission matrix S n is obtained.
n −1 = S n + (S n + is a transposed conjugate matrix of S n ) is n = n, N
It is performed by sequentially operating from the left side of the S matrix in the order of − to 1, ..., 2, 1, 0.

【0057】[0057]

【数13】 [Equation 13]

【0058】ここで、S[n] =Snn-1 …S21
0 を表す。この繰り返し操作によりそれぞれのSn は求
められる。
Here, S [n] = S n S n-1 ... S 2 S 1 S
Represents 0 . Each S n is obtained by this repeated operation.

【0059】具体的には、2本の光導波路とリング導波
路を結ぶ方向性結合器の結合率の角度表示θn2とリング
導波路上の位相制御器の位相シフト量φn2はクロス特性
を表す多項式の分母多項式g(z)のn番目の零点γr
より次式として求められる。
Specifically, the angle indication θ n2 of the coupling ratio of the directional coupler connecting the two optical waveguides and the ring waveguide and the phase shift amount φ n2 of the phase controller on the ring waveguide have cross characteristics. Nth zero of the denominator polynomial g (z) of the polynomial to represent γ r
It is calculated from the following equation.

【0060】[0060]

【数14】 [Equation 14]

【0061】式(9)でS[n] を既知とすると、式
(9)の右辺の行列の積の要素の分子多項式の最高次数
は(n+1)/2次となるが、式(9)の左辺の行列の
要素の分子多項式の最高次数は(n−1)/2次であ
る。左辺と右辺の等式が成立するためには、右辺の最高
次数を左辺の最高次数に合わせる必要がある。この条件
より、2本の光導波路を結ぶ方向性結合器の結合率の角
度表示θn1が求まる。また、[f[n] (γn )]/[h
[n] (γn )]が常に実数(ここでは正にとる)となる
条件より2本の導波路上に設けられた位相制御器の位相
シフト量φn1が求まる。
If S [n] is known in equation (9), the highest order of the numerator polynomial of the product element of the matrix on the right side of equation (9) is (n + 1) / 2, but equation (9) The highest order of the numerator polynomial of the elements of the matrix on the left side of is (n-1) / 2. In order for the left-hand side and right-hand side equations to hold, it is necessary to match the highest order of the right side with the highest order of the left side. From this condition, the angle indication θ n1 of the coupling rate of the directional coupler connecting the two optical waveguides can be obtained. Also, [f [n]n )] / [h
The phase shift amount φ n1 of the phase controller provided on the two waveguides is obtained from the condition that [n]n )] is always a real number (here, it is positive).

【0062】[0062]

【数15】 (Equation 15)

【0063】式(11)中、h[n] (z),f[n]
(z)はn番目の単位伝送行列S[n] の要素の分子多項
式である。γn ,γn-1 はそれぞれg(z)のn番目お
よびn−1番目の零点である。
In equation (11), h [n] (z), f [n]
(Z) is a numerator polynomial of the elements of the n-th unit transmission matrix S [n] . γ n and γ n-1 are the nth and n-1th zero points of g (z), respectively.

【0064】このようにして、S行列の分解手順を最終
段まで完了することにより、全回路パラメータは求めら
れる。つまり、以下の漸化式をn=N,N−1,…,
2,1,0の順序で解法すれば、全ての回路パラメータ
は求められる。ただし、漸化式の初期値(n=N)は設
計手順3で求められたh[N] (z)=h(z),f[N]
(z)=f(z),g(z)である。
In this way, all circuit parameters are obtained by completing the S matrix decomposition procedure to the final stage. That is, the following recurrence formula is changed to n = N, N-1, ...,
If the solution is performed in the order of 2,1,0, all circuit parameters can be obtained. However, the initial value (n = N) of the recurrence formula is h [N] (z) = h (z), f [N] obtained in the design procedure 3 .
(Z) = f (z) and g (z).

【0065】[0065]

【数16】 [Equation 16]

【0066】以上説明したように、本発明では、所望の
クロスフィルタ特性に対して(2NNM )通りの回
路パラメータが求められる(ステップS6)。これらの
回路パラメータのいずれを採用しても、同一のクロスフ
ィルタ特性が得られる。このことから、本発明では、回
路パラメータに関する数値限定を受けず、上記の回路合
成手法で求めた全ての回路パラメータに発明の適用が及
ぶことが明らかである。
As described above, in the present invention, (2 N · N P M ) circuit parameters are obtained for a desired cross filter characteristic (step S6). The same cross filter characteristic can be obtained by using any of these circuit parameters. From this, it is clear that the present invention is not limited to the numerical values regarding the circuit parameters, and the present invention can be applied to all the circuit parameters obtained by the above circuit synthesis method.

【0067】本実施例では、クロス出力で所望フィルタ
特性が実現するように、回路パラメータを計算したが、
スルー出力(ポート1Aから1Bへの出力)で所望フィ
ルタ特性を実現するように、回路パラメータを計算する
ことも可能である。
In the present embodiment, the circuit parameters are calculated so that the desired filter characteristic is realized by the cross output.
It is also possible to calculate the circuit parameters so as to realize the desired filter characteristics with the through output (output from the ports 1A to 1B).

【0068】以上説明した設計手法を使って実際にバタ
ワースフィルタを設計した結果を以下に述べる。
The results of actually designing the Butterworth filter using the design method described above will be described below.

【0069】・バタワース特性を持つ光フィルタ バタワース光フィルタは、振幅周波数特性が透過帯域で
最大平坦であるという特徴を有している。このことは、
N次のフィルタでは、自乗振幅周波数特性の0次からN
−1次までの導関数が中心周波数において零であること
を意味する。本実施例では、クロス特性においてバタワ
ース型の透過特性を実現した。光フィルタの要求特性値
を、周波数間隔:20GHz、透過域周波数:−2GH
z〜2GHzの透過帯域の振幅周波数特性が1dB以内
で一定で、阻止帯域特性は3GHzと10GHzの間な
らびに(−3GHz)と(−10GHz)との間で15
dBと設定した。
Optical filter having Butterworth characteristic The Butterworth optical filter is characterized in that the amplitude frequency characteristic is maximum flat in the transmission band. This is
In the Nth-order filter, the 0th to Nth-order squared amplitude frequency characteristics
It means that the derivative up to the first order is zero at the center frequency. In this embodiment, a Butterworth type transmission characteristic is realized in the cross characteristic. The required characteristic values of the optical filter are: frequency interval: 20 GHz, transmission band frequency: -2 GH
The amplitude frequency characteristic of the transmission band of z to 2 GHz is constant within 1 dB, and the stop band characteristic is between 3 GHz and 10 GHz and between (-3 GHz) and (-10 GHz).
It was set to dB.

【0070】ここでは、まず上記要求条件を満たすアナ
ログバタワースフィルタの特性関数を求め、それを双線
型変換法(Oppenheim & Scafer著
“ディジタル信号処理”Prentice−Hall
Inc.1975)で式(13)に示す6次の多項式近
似式を求めた。
Here, first, the characteristic function of the analog Butterworth filter satisfying the above-mentioned requirements is obtained, and the characteristic function is calculated by the bilinear conversion method ("Digital signal processing" Prentice-Hall by Openheim & Scafer).
Inc. In 1975), a sixth-order polynomial approximation formula shown in formula (13) was obtained.

【0071】[0071]

【数17】 [Equation 17]

【0072】図6(A)および(B)は本実施例の設計
手順1〜4を経て求めた回路パラメータを基に作製した
6段バタワース型光フィルタ(N=6)の透過振幅を測
定した結果である。±2GHzにおいて透過振幅0.5
dBを、±3GHzにおいて阻止値15dBを達成し
た。
6A and 6B, the transmission amplitude of a 6-stage Butterworth type optical filter (N = 6) produced based on the circuit parameters obtained through the design procedures 1 to 4 of this embodiment was measured. The result. Transmission amplitude 0.5 at ± 2 GHz
A rejection value of 15 dB was achieved at ± 3 GHz.

【0073】(実施例2)本実施例も第1の目的を実現
するために実施したものである。
(Embodiment 2) This embodiment is also implemented to realize the first object.

【0074】本実施例の回路構成を図7に示す。なお、
図1と同一作用を示す部分には同一符号を付して重複す
る説明は省略する。
The circuit configuration of this embodiment is shown in FIG. In addition,
Portions showing the same operation as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0075】実施例1では、リング導波路は全て光導波
路1側にあった。実際には、リング導波路を2本の光導
波路の1側または2側のどちらにとるかで、2N 個の導
波路配置が考えられる。本実施例では、2N 個の導波路
配置の内、次の2種類の配置を用いて実施例1と同様の
バタワースフィルタを作製した実施例について述べる。
In Example 1, all the ring waveguides were on the optical waveguide 1 side. In practice, 2 N waveguide arrangements are conceivable depending on whether the ring waveguide is arranged on one side or two sides of the two optical waveguides. In this example, an example in which a Butterworth filter similar to that of the example 1 is manufactured by using the following two types of arrangements of 2 N waveguides will be described.

【0076】[導波路配置1]は、リング導波路が2本
の光導波路の導波路1側と導波路2側に交互に現れる配
置である。
[Waveguide arrangement 1] is an arrangement in which ring waveguides appear alternately on the waveguide 1 side and the waveguide 2 side of two optical waveguides.

【0077】[導波路配置2]は、単位構成回路のk=
0からnまで、導波路1側にリング導波路があり、単位
構成回路のk=n+1からNまで、導波路2側にリング
導波路がある配置である。
[Waveguide layout 2] is the unit configuration circuit k =
From 0 to n, there is a ring waveguide on the side of the waveguide 1, and from k = n + 1 to N of the unit configuration circuit, there is a ring waveguide on the side of the waveguide 2.

【0078】これらの導波路配置に対する回路パラメー
タは、実施例1で求めた回路パラメータの計算結果より
簡単に求められる。これは、次の手順により簡単に行え
る。
The circuit parameters for these waveguide arrangements can be easily obtained from the calculation results of the circuit parameters obtained in the first embodiment. This can be easily done by the following procedure.

【0079】[手順2]は、実施例1と同様に、リング
導波路が全て導波路1側にある場合について、バタワー
スフィルタを実現する回路パラメータを求める。
[Procedure 2]: Similar to the first embodiment, the circuit parameters for realizing the Butterworth filter are obtained when the ring waveguides are all on the waveguide 1 side.

【0080】[手順2]は、所望の導波路配置におい
て、リング導波路が導波路2側にある導波路1および2
で構成される対称マッハツェンダ干渉計の両端にある方
向性結合器の結合率をともにπだけ減らす。この操作
を、リング導波路が導波路2側にある全ての対称マッハ
ツェンダ干渉計について繰り返す。
[Procedure 2] is for waveguides 1 and 2 in which the ring waveguide is on the waveguide 2 side in the desired waveguide arrangement.
The directional couplers at both ends of the symmetric Mach-Zehnder interferometer composed of are both reduced by π. This operation is repeated for all symmetrical Mach-Zehnder interferometers in which the ring waveguide is on the waveguide 2 side.

【0081】それぞれの導波路配置に対してフィルタ回
路を作製し、フィルタ特性を測定した結果、実施例1と
同様のフィルタ特性が得られた。
As a result of producing a filter circuit for each waveguide arrangement and measuring the filter characteristics, the same filter characteristics as in Example 1 were obtained.

【0082】この実施例からわかるように、本発明で
は、リング導波路を導波路1側にとるか、導波路2側に
とるかで異なる2N 種類の全ての導波路配置に対して、
等価な回路パラメータを設計可能である。このことか
ら、本発明には、図1と光学的に等価な回路構成は全て
包含されることが明らかである。
As can be seen from this embodiment, in the present invention, for all 2 N kinds of waveguide arrangements which are different depending on whether the ring waveguide is provided on the waveguide 1 side or the waveguide 2 side,
Equivalent circuit parameters can be designed. From this, it is apparent that the present invention includes all circuit configurations that are optically equivalent to those in FIG.

【0083】(実施例3)本実施例は第2の目的を実現
するための構成を実施した例である。
(Third Embodiment) This embodiment is an example in which a configuration for realizing the second object is implemented.

【0084】本実施例で用いた可変方向性結合器を図3
に示す。可変方向性結合器を用いることのメリットは、
1つの回路で任意の回路特性が実現可能なプログラム性
を獲得できることにある。図3の可変方向性結合器は、
2本の光路長の等しい光導波路11および12とその両
端に配した3dB方向性結合器13−1,13−2より
構成される対称なマッハツェンダ干渉計を構成してい
る。各光導波路上には、クロムヒータにより作製された
位相制御器14−1,14−2が配されている。この位
相制御器は、一方の導波路上だけに設置しても、可変方
向性結合器は構成される。本可変方向性結合器は、位相
制御器により、2本の光導波路間の位相差を0〜πと変
化させることにより、結合率を100%より0%に変化
させることができる。具体的には、位相制御器14A,
14Bの位相シフト量が0の時100%結合の方向性結
合器となり、位相シフト量がπの時、0%結合の方向性
結合器となる。ここでは採用しなかったが、位相制御器
の位相シフト量が0の時、0%結合の方向性結合器とな
るように、予め2本の導波路の光路長を半波長ずらして
おくことも可能である。また、ここでは採用しなかった
が、可変方向性結合器を構成する3dB方向性結合器1
3−1,13−2を、さらに図3に示す対称マッハツェ
ンダ干渉計構成の可変方向性結合器で置き換えることも
可能である。可変方向性結合器が設計値通り0〜100
%結合まで、完全に可変であるためには、構成する3d
Bカップラの結合率がかなりの精度で3dBである必要
がある。この3dBカップラの結合率を正確に3dBに
するために、3dBカップラを可変方向性結合器に置き
換えることは有効な手段である。さらに、可変方向性結
合器を構成する3dB方向性結合器13−1,13−2
を、波長オーダの光路長差をもつ非対称マッハツェンダ
干渉計構成の波長無依存方向性結合器(Electon
ics Letters; “Mach−Zehnde
r Interferomenter type op
tical waveguide couler wi
th wavelength−flattened c
oupling ratio”,Vol.26,No.
17,pp.1326〜1327,1990)で置き換
えることも可能である。こうすれば、作製した光信号処
理器は波長に無関係に動作可能になる。
The variable directional coupler used in this embodiment is shown in FIG.
Shown in. The advantages of using a variable directional coupler are:
It is possible to obtain the programability in which one circuit can realize arbitrary circuit characteristics. The variable directional coupler of FIG.
A symmetrical Mach-Zehnder interferometer is constituted by two optical waveguides 11 and 12 having the same optical path length and 3 dB directional couplers 13-1 and 13-2 arranged at both ends thereof. Phase controllers 14-1 and 14-2 made of a chrome heater are arranged on each optical waveguide. Even if this phase controller is installed only on one waveguide, a variable directional coupler is constructed. The present variable directional coupler can change the coupling ratio from 100% to 0% by changing the phase difference between the two optical waveguides from 0 to π by the phase controller. Specifically, the phase controller 14A,
When the phase shift amount of 14B is 0, the directional coupler is 100% coupling, and when the phase shift amount is π, the directional coupler is 0% coupling. Although not adopted here, it is also possible to shift the optical path lengths of the two waveguides by half a wavelength in advance so that when the phase shift amount of the phase controller is 0, a directional coupler with 0% coupling is obtained. It is possible. Although not used here, the 3 dB directional coupler 1 which constitutes the variable directional coupler 1
It is also possible to replace 3-1 and 13-2 with the variable directional coupler having the symmetrical Mach-Zehnder interferometer configuration shown in FIG. The variable directional coupler is 0-100 as designed.
To be completely variable up to% coupling, configure 3d
The coupling rate of the B coupler needs to be 3 dB with considerable accuracy. It is an effective means to replace the 3 dB coupler with a variable directional coupler in order to accurately set the coupling rate of the 3 dB coupler to 3 dB. Furthermore, 3 dB directional couplers 13-1 and 13-2 forming a variable directional coupler
Is an asymmetric Mach-Zehnder interferometer-based wavelength-independent directional coupler (Electon
ics Letters; "Mach-Zehnde
r Interferometer type op
tidal wave guide couler wi
th wavelength-flattened c
"upling ratio", Vol. 26, No.
17, pp. 1326 to 1327, 1990). In this way, the manufactured optical signal processor can operate regardless of the wavelength.

【0085】本実施例においても、実施例1と同様の6
段のバタワースフィルタを作製した。また、同一の回路
でチェビシェフ特性のフィルタも実現できることを確認
した。本実施例は実施例1より作製誤差に強いという特
徴がある。これは、可変方向性結合器を用いているため
に、誤差補正が可能なためである。
Also in this embodiment, the same 6 as in the first embodiment is used.
A stepped Butterworth filter was made. It was also confirmed that a Chebyshev characteristic filter can be realized with the same circuit. The present embodiment is characterized in that it is more resistant to manufacturing errors than the first embodiment. This is because error correction is possible because the variable directional coupler is used.

【0086】以上、実施例を用いて、本発明の構成およ
び設計手法を説明したが、本発明は本実施例に限定され
るものではない。例えば、本発明では石英平面光回路を
用いたが、InGaAsP系等の半導体、LiNbO3
等の電気光学材料、有機光学材料などの別の材料で平面
回路を形成することも可能である。また、平面回路の代
わりに光ファイバを用いることも可能である。本実施例
では、位相制御を行うのに、熱光学効果、および電気光
学効果を用いたが、位相制御の方法としては、他の物理
現象、例えば、カー効果に代表される非線形光学効果、
磁気光学効果等を利用することも可能である。このよう
に、本発明は、素子の組合せ方を表す回路構成と所望フ
ィルタ特性を与えて回路パラメータを計算する回路合成
手法に関するものであり、その回路の物理的実現手段に
は拘束されない。
Although the configuration and the designing method of the present invention have been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the embodiments. For example, although a quartz planar optical circuit is used in the present invention, a semiconductor such as InGaAsP-based semiconductor, LiNbO 3 is used.
It is also possible to form the planar circuit with another material such as an electro-optical material such as, or an organic optical material. It is also possible to use an optical fiber instead of the planar circuit. In the present embodiment, the thermo-optical effect and the electro-optical effect were used to perform the phase control, but as the method of the phase control, other physical phenomena, for example, a nonlinear optical effect represented by the Kerr effect,
It is also possible to use the magneto-optical effect or the like. As described above, the present invention relates to a circuit composition method for calculating a circuit parameter by giving a circuit configuration showing a combination of elements and a desired filter characteristic, and is not restricted by a physical realizing means of the circuit.

【0087】本発明は、実施例2で示したように、光学
的に等価な回路構成は多数あるが、これらは全て同一の
ものとみなせるので、本発明の回路構成と光学的に等価
な回路構成は全て本発明の権利対象となる。例えば、2
本の光導波路とリング光導波路を結ぶ方向性結合器の結
合率が0の場合、リング光導波路の存在は不要となるの
で、あらかじめ不要なリング光導波路を除去した回路構
成を用いることが考えられる。この場合も、方向性結合
器の結合率を0に設定することと、対応するリング光導
波路をあらかじめ除去しておくこととは、光学的には等
価なので、同一回路構成と考えることができる。
Although the present invention has a large number of optically equivalent circuit configurations as shown in the second embodiment, all of them can be regarded as the same, and therefore, a circuit optically equivalent to the circuit configuration of the present invention. All configurations are subject to the rights of the present invention. For example, 2
If the coupling ratio of the directional coupler that connects the optical waveguide of the book and the ring optical waveguide is 0, the presence of the ring optical waveguide becomes unnecessary, so it is conceivable to use a circuit configuration in which unnecessary ring optical waveguides are removed in advance. . Also in this case, setting the coupling rate of the directional coupler to 0 and removing the corresponding ring optical waveguide in advance are optically equivalent, and thus can be considered to be the same circuit configuration.

【0088】本発明の請求項に特徴的なのは、回路構成
に加えて、回路パラメータを求めるための設計手順を付
加して要求していることにある。実際に所望特性を実現
しようとすると、必ず所望特性を実現するための回路パ
ラメータを算出する計算式が必要になる。回路パラメー
タを試行錯誤的に求めることは実際には不可能であり、
たとえ計算機を用いて逐次近似手法により回路パラメー
タを求めようとしても、最適な回路パラメータを得るこ
とは不可能に近い。本発明で求めている設計手法は、本
発明独自のものであり、その特徴は、逐次近似的手法と
は異なり、有限の計算回数で最適な回路パラメータを求
めることが可能な点にある。仮に本発明と類似の回路構
成を有する特許が存在しても、本発明は本発明独自の設
計手法の存在により他特許との差別化を主張する。具体
的には、実施例で述べた周波数フィルタは、本設計手法
を用いなくては得られない特性であり、回路構成が類似
な場合でも、実施例を比較することにより、他特許との
差別化を行うことができる。
What is characteristic of the claims of the present invention is that, in addition to the circuit configuration, a design procedure for obtaining circuit parameters is additionally required. In order to actually realize the desired characteristic, a calculation formula for calculating the circuit parameter for realizing the desired characteristic is required. It is actually impossible to obtain circuit parameters by trial and error,
Even if a computer is used to obtain the circuit parameters by the successive approximation method, it is almost impossible to obtain the optimum circuit parameters. The design method required by the present invention is unique to the present invention, and is different from the iterative approximation method in that the optimum circuit parameter can be obtained with a finite number of calculations. Even if a patent having a circuit configuration similar to that of the present invention exists, the present invention asserts the distinction from other patents due to the existence of the design method unique to the present invention. Specifically, the frequency filter described in the embodiments has characteristics that cannot be obtained without using this design method, and even when the circuit configurations are similar, by comparing the embodiments, it is possible to distinguish from other patents. Can be converted.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光信号処
理器は、上述した回路構成と設計手法を採用することに
より、従来では実現できなかった最大透過率100%で
任意のフィルタリング処理を実現可能とした。特に、本
発明は、リング導波路を設けることにより、薄膜フィル
タと同様の帰還作用を利用して少ない段数で急峻なフィ
ルタ特性が実現可能であるという特徴がある。また、結
合率を自由に述べる可変方向性結合器と、任意の位相シ
フトを与えることが可能な位相制御器を回路構成素子と
して用いることにより、同一の回路で任意のフィルタ特
性が実現可能であるという特徴も有している。
As described above, the optical signal processor of the present invention adopts the above-mentioned circuit configuration and design method to perform arbitrary filtering processing with a maximum transmittance of 100%, which could not be realized in the past. Made feasible. In particular, the present invention is characterized in that by providing a ring waveguide, a steep filter characteristic can be realized with a small number of stages by utilizing a feedback action similar to that of a thin film filter. Further, by using a variable directional coupler that freely describes the coupling rate and a phase controller that can give an arbitrary phase shift as circuit components, it is possible to realize an arbitrary filter characteristic in the same circuit. It also has the feature.

【0090】このように優れた特徴をもつ本発明の光信
号処理器は、高速で広帯域性が要求される周波数多重通
信等の高度情報処理分野で、高性能な光信号処理器を提
供することが可能である。
The optical signal processor of the present invention having such excellent characteristics is to provide a high performance optical signal processor in the field of advanced information processing such as frequency multiplex communication, which requires high speed and wide bandwidth. Is possible.

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

【図1】本発明の第1実施例に係る光信号処理器の回路
構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of an optical signal processor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】実施例1の光信号処理器のA−A′線断面図で
ある。
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of the optical signal processor according to the first exemplary embodiment.

【図3】実施例1で用いた可変方向性結合器の回路構成
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of the variable directional coupler used in the first embodiment.

【図4】実施例1の回路構成のn段目の単位構成回路を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an n-th stage unit component circuit of the circuit configuration of the first embodiment.

【図5】実施例1の設計手順を示すフローチャートであ
る。
FIG. 5 is a flowchart showing a design procedure of the first embodiment.

【図6】実施例1の回路構成で実現した光周波数フィル
タのバタワース型透過特性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing Butterworth transmission characteristics of an optical frequency filter realized by the circuit configuration of the first embodiment.

【図7】実施例2の2種類の導波路構成を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating two types of waveguide configurations according to a second embodiment.

【図8】従来例に係るトランスバーサル型光信号処理器
の回路構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a circuit configuration of a transversal type optical signal processor according to a conventional example.

【符号の説明】 1,2 光導波路 1−1,1−N,2−1〜2−N アーム 1A,2A 入力ポート 1B,2B 出力ポート 3−1,3−(N+1),4−1〜4−N 正あるいは
負の結合率を有する固定(可変)方向性結合器 5−1〜5−N リング導波路 6−1〜6−N,7−1〜7−N 位相制御器
[Explanation of reference numerals] 1, 2 optical waveguides 1-1, 1-N, 2-1 to 2-N arm 1A, 2A input port 1B, 2B output port 3-1, 3- (N + 1), 4-1 to 4-1 4-N Fixed (variable) directional coupler having positive or negative coupling rate 5-1 to 5-N Ring waveguide 6-1 to 6-N, 7-1 to 7-N Phase controller

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2本の第1および第2の光導波路と、こ
れら2本の第1および第2の光導波路を(N+1)箇所
の異なる位置で結合して当該第1および第2の光導波路
をN個の領域に分割する(N+1)個の正または負の結
合率を有する第1の方向性結合器群と、前記N個の領域
の前記第1および第2の光導波路の何れか一方にそれぞ
れ介装されるN個の正または負の結合率を有する第2の
方向性結合器群と、これらN個の第2の方向性結合器群
を介して前記N個の領域の前記第1および第2の光導波
路の何れか一方にそれぞれ結合されるリング光導波路群
と、前記N個の領域の前記第1および第2の光導波路の
少なくとも一方にそれぞれ介装されて所望の位相シフト
を施す第1の位相制御器群と、前記リング光導波路群の
それぞれ介装されて所望の位相シフトを施す第2の位相
制御器群とを具備し、前記N個の領域における前記第1
の光導波路と前記第2の光導波路との光路長がそれぞれ
等しく、かつ前記リング光導波路群の光路長が全て等し
いことを特徴とする光信号処理器。
1. Two first and second optical waveguides, and these two first and second optical waveguides are coupled at (N + 1) different positions, and the first and second optical waveguides are connected. One of a first directional coupler group having (N + 1) positive or negative coupling rates for dividing the waveguide into N regions, and the first and second optical waveguides in the N regions. A second directional coupler group having N positive or negative coupling rates, which are respectively interposed on one side, and the N regions of the N regions via the N second directional coupler groups. A ring optical waveguide group coupled to either one of the first and second optical waveguides, and a desired phase inserted in at least one of the first and second optical waveguides in the N regions. A first phase controller group for shifting and a ring optical waveguide group are respectively interposed. A second phase controller group for performing a desired phase shift, and the first phase controller in the N regions.
2. The optical signal processor, wherein the optical path lengths of the optical waveguide and the second optical waveguide are equal, and the optical path lengths of the ring optical waveguide group are all equal.
【請求項2】 請求項1において、前記第1の方向性結
合器群および前記第2の方向性結合器群の、全てあるい
は一部が、結合率を正あるいは負の値に変えることがで
きる可変方向性結合器であることを特徴とする光信号処
理器。
2. The combination according to claim 1, wherein all or part of the first directional coupler group and the second directional coupler group can change the coupling rate to a positive or negative value. An optical signal processor, which is a variable directional coupler.
【請求項3】 請求項2において、可変方向性結合器
が、2個の正あるいは負の結合率を有する固定結合率方
向性結合器と、前記2個の固定結合率方向性結合器に挟
まれた2本の光導波路とからなり、前記2本の光導波路
の光路長は等しいか、半波長分ずれており、前記2本の
光導波路の少なくとも一方に所望の位相シフトを施す位
相制御器を設けたマッハツェンダ干渉計構成をなすこと
を特徴とする光信号処理器。
3. The variable directional coupler according to claim 2, wherein the variable directional coupler is sandwiched between two fixed coupling ratio directional couplers having a positive or negative coupling ratio and the two fixed coupling ratio directional couplers. A phase controller for performing a desired phase shift on at least one of the two optical waveguides, the optical path lengths of the two optical waveguides being equal to or different from each other by half a wavelength. An optical signal processor having a Mach-Zehnder interferometer configuration provided with.
【請求項4】 請求項1ないし3の何れかにおいて、前
記N+1個の第1の方向性結合器群の結合率θ1n(−π
/2〜π/2)と前記N個の第1の位相制御器群の位相
シフト量φ1n(−π〜π)、および、前記N個の第2の
方向性結合器群の結合率θ2n(−π/2〜π/2)と前
記N個の第2の位相制御器の位相シフト量φ2n(−π〜
π)を、下記の漸化式に基づいて算出し設定することを
特徴とする光信号処理器。 【数1】 ただし、漸化式はn=Nからn=0の順に解いていくこ
ととし、漸化式の初段(n=N)において、h[N]
(z)=h(z)、f[N] (z)=f(z)、g[N]
(z)=g(z)である。ここで、h(z)/g(z)
は所望特性をスルーポートで、f(z)/g(z)は所
望特性をクロスポートで実現しようとするときの下記に
表される多項式で、ユニタリ関係h(z)h* (z)+
f(z)f* (z)=g(z)g* (z)より求められ
る。また、 【外1】 である。jは√(−1)を表す。Δτは前記リンク光導
波路がもつ一定の光路長差に対応する遅延時間である。
また、γn-1 ,γn はg(z)の(n−1)番目とn番
目の零点を表す。 【数2】
4. The coupling rate θ 1n (−π of each of the N + 1 first directional coupler groups according to claim 1.
/ 2 to π / 2), the phase shift amount φ 1n (−π to π) of the N first phase controller groups, and the coupling rate θ of the N second directional coupler groups. 2n (-π / 2~π / 2) and the N second phase controller of the phase shift amount φ 2n (-π~
An optical signal processor, characterized in that π) is calculated and set based on the following recurrence formula. [Equation 1] However, the recurrence formula is to be solved in the order of n = 0 to n = 0. In the first stage of the recurrence formula (n = N), h [N]
(Z) = h (z), f [N] (z) = f (z), g [N]
(Z) = g (z). Where h (z) / g (z)
Is a through characteristic of the desired characteristic, and f (z) / g (z) is a polynomial expressed below when the desired characteristic is realized by the cross port. The unitary relation h (z) h * (z) +
It is obtained from f (z) f * (z) = g (z) g * (z). Also, [Outer 1] Is. j represents √ (−1). Δτ is a delay time corresponding to a constant optical path length difference of the link optical waveguide.
Further, γ n-1 and γ n represent the (n-1) th and nth zero points of g (z). [Equation 2]
JP23134794A 1994-09-27 1994-09-27 Optical signal processor Expired - Fee Related JP3343831B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23134794A JP3343831B2 (en) 1994-09-27 1994-09-27 Optical signal processor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23134794A JP3343831B2 (en) 1994-09-27 1994-09-27 Optical signal processor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0895108A true JPH0895108A (en) 1996-04-12
JP3343831B2 JP3343831B2 (en) 2002-11-11

Family

ID=16922210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23134794A Expired - Fee Related JP3343831B2 (en) 1994-09-27 1994-09-27 Optical signal processor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3343831B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7616843B2 (en) 2005-12-27 2009-11-10 Nec Corporation Optical functional device and fabrication process of the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7616843B2 (en) 2005-12-27 2009-11-10 Nec Corporation Optical functional device and fabrication process of the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP3343831B2 (en) 2002-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU696531B2 (en) Monolithic optical waveguide filters based on fourier expansion
JP3415267B2 (en) Design method and manufacturing method of optical signal processor
CN110161629A (en) It is a kind of that adjustable optical delay line and preparation method thereof is integrated based on micro-loop array
US7840103B2 (en) Performance compensated Tx/Rx optical devices
CN112596282B (en) Broadband adjustable splitting ratio polarization rotation beam splitter based on SOI
Van Circuit-based method for synthesizing serially coupled microring filters
US6847759B2 (en) Wavelength dispersion compensating filter
JP2003279910A (en) Variable dispersion compensator, and variable dispersion compensating device using the same
JPWO2004099848A1 (en) Dispersion slope compensator
JP4022766B2 (en) Chromatic dispersion device
JPH04212108A (en) Waveguide type light branching element
Hang et al. Compact, highly efficient, and controllable simultaneous 2× 2 three-mode silicon photonic switch in the continuum band
JP3343831B2 (en) Optical signal processor
JP2004029583A (en) Optical multiplexer/demultiplexer
JP2004199046A (en) Optical multiplexing/demultiplexing circuit equipped with phase generating function
JP2002082241A (en) Optical multiplexer/demultiplexer
US7042657B2 (en) Filter for selectively processing optical and other signals
JP2006276323A (en) Optical switch
JP2659293B2 (en) Waveguide type optical switch
JP4157789B2 (en) Programmable optical signal processing apparatus and control method for programmable optical signal processing apparatus
JP6623471B2 (en) Light switch
JP3535042B2 (en) Half-band optical signal processor
Rabal et al. Control strategy of true time delay lines
KR100400756B1 (en) Tunable optic power splitter and manufacturing method for using same
JPH10133155A (en) Broadband light signal processor and its designing method

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 5

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070830

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 6

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080830

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080830

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 7

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090830

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090830

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100830

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 8

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100830

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 9

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110830

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120830

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 11

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130830

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees