JPWO2006100719A1 - 光デバイス - Google Patents
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Abstract
本発明は、光デバイスに関し、入射光を第1の分岐比(p:1−p)で分岐する分岐部(3)と、この分岐部(3)により分岐された各光の位相関係を調整する位相調整部(4A,4B)と、この位相調整部(4A,4B)による位相調整後の各光を合波して第2の分岐比(q:1−q)で分岐する合波分岐部(5)とをそなえ、上記の第1の分岐比(p:1−p)及び第2の分岐比(q:1−q)の少なくとも一方を1:1以外の分岐比に予め設定する。これにより、異なる波長チャープ量の出力光を適宜に選択可能な光デバイスを実現することができる。
Description
本発明は、光デバイスに関し、特に、異なる波長チャープ量を選択することが可能な光デバイスに関する。
従来、導波路構造のマッハツェンダ型光変調器としては、LiNbO3〔ニオブ酸リチウム、リチウムナイオベート(LN)〕結晶やLiTaO2〔タンタル酸リチウム(LT)〕結晶などの電気光学効果を有する結晶を、結晶方位のZ軸方向にカットして切り出したZカット基板を用いるものと、結晶方位のX軸方向にカットして切り出したXカット基板を用いるものとが知られている。
図11Aは従来のZカット基板を用いた光変調器(Zカット変調器)の構成を示す模式的平面図、図11Bは図11AにおけるA−A断面図、図12Aは従来のXカット基板を用いた光変調器(Xカット変調器)の構成を示す模式的平面図、図12Bは図12AにおけるA−A断面図である。
まず、図11Aに示すように、Zカット変調器は、Zカット基板100に、例えば、入射導波路101,入射側Y分岐導波路102,並行導波路103A,103B,出射側Y分岐導波路104及び出射導波路105をそなえるとともに、信号電極106及び接地電極107,108がパターニングされて構成される。
まず、図11Aに示すように、Zカット変調器は、Zカット基板100に、例えば、入射導波路101,入射側Y分岐導波路102,並行導波路103A,103B,出射側Y分岐導波路104及び出射導波路105をそなえるとともに、信号電極106及び接地電極107,108がパターニングされて構成される。
このようなZカット変調器は、結晶基板上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、あるいは、金属膜をパターニングした後に安息香酸中でプロトン交換するなどして導波路101,102,103A,103B,104,105を形成した後、並行導波路103A,103B近傍に電極を設けることで形成される。
ただし、Zカット変調器は、Z方向の電界による屈折率変化を利用するため、図11Bに示すごとく、並行導波路103A,103Bの真上に電極106,108の一部がそれぞれ位置するよう配置される。
ただし、Zカット変調器は、Z方向の電界による屈折率変化を利用するため、図11Bに示すごとく、並行導波路103A,103Bの真上に電極106,108の一部がそれぞれ位置するよう配置される。
これに対して、Xカット変調器も、図12Aに示すように、Xカット基板100′に、例えば、入射導波路101,入射側Y分岐導波路(分岐部)102,並行導波路103A,103B,出射側Y分岐導波路(合波部)104及び出射導波路105をそなえるとともに、信号電極106及び接地電極107,108がパターニングされて構成されるが、Z方向の電界による屈折率変化を利用するため、図12Bに示すごとく、信号電極106と各接地電極107,108との間にそれぞれ並行導波路103A,103Bが位置するよう配置される。
なお、導波路中を伝搬する光が信号電極106、接地電極107,108によって吸収されるのを防ぐために、通常、基板100(100′)と信号電極106、接地電極107,108との間には、図11B及び図12Bに示すごとく誘電体層(バッファ層)109が設けられる。バッファ層109としては、例えば厚さ0.2〜1.0μmのSiO2が用いられる。
上述のごとく構成されたZカット変調器、Xカット変調器のいずれにおいても、入射導波路101に光が入射されると、当該入射光は、入射導波路101から入射側Y分岐導波路102へ導かれ、当該入射側Y分岐導波路102で同じパワー比率で2分岐されて並行導波路103A,103Bを伝搬する。
この際、信号電極106にマイクロ波電気信号〔駆動電圧;半波長電圧Vπ〕を印加すると、図11B又は図12Bに示すごとく、そのマイクロ波電気信号による発生する電界によって2本の並行導波路103A,103Bの屈折率がそれぞれ+Δna、−Δnbのように変化し、並行導波路103A,103B間の位相差が変化するため、出射側Y分岐導波路104で合波された光は強度変調された光となって出射導波路105から出力される。
この際、信号電極106にマイクロ波電気信号〔駆動電圧;半波長電圧Vπ〕を印加すると、図11B又は図12Bに示すごとく、そのマイクロ波電気信号による発生する電界によって2本の並行導波路103A,103Bの屈折率がそれぞれ+Δna、−Δnbのように変化し、並行導波路103A,103B間の位相差が変化するため、出射側Y分岐導波路104で合波された光は強度変調された光となって出射導波路105から出力される。
ここで、Zカット変調器ではΔna:Δnb〜5:1の為、波長チャープ(量)α=−0.7の変調光が得られ、Xカット変調器ではΔna:Δnb〜1:1の為、波長チャープα=0の変調光が得られることが知られている。したがって、Zカット変調器は長距離光伝送に用いられ、Xカット変調器は比較的短距離の光伝送に用いられることが多い。
なお、光変調器の従来技術として、下記特許文献1により提案されている技術が存在し、光変調器を用いた従来技術として、下記特許文献2により提案されている技術が存在する。
なお、光変調器の従来技術として、下記特許文献1により提案されている技術が存在し、光変調器を用いた従来技術として、下記特許文献2により提案されている技術が存在する。
特許文献1の技術は、光通信システムに用いて好適の光変調器において、放射モード光の発生を抑圧し、デバイスとしての性能を向上させることを目的とするもので、そのために、特許文献1の光変調器は、合波導波路(3dB)カプラが、2本の直線導波路からの伝搬光をそれぞれ入力する2つの入力導波路と、導波路結合部と、2つの出力導波路とをそなえ、前記導波路結合部の入力側の幅は2つの入力導波路の幅よりも広く、導波路結合部の出力側の幅は2つの出力導波路の幅よりも広くなるように構成される。これにより、導波路結合部に対する入射側および出射側の放射モード光の発生を抑圧し、デバイスとしての性能を向上させることができる。
また、特許文献2の技術は、光ファイバのもつ群速度分散に対する耐力が高く、受信感度劣化が小さく、ネットワーク規模の拡大に際して群速度分散の影響を受けにくく安定した光送信器を提供することを目的とするもので、そのために、信号ビットレートに同期した光クロックパルスを一定のデューティ比で発生し、光クロックパルスのデューティ比を可変に設定可能な光源セクションと、隣接するタイムスロットの光クロックパルス間の相対光位相差をπの奇数倍に設定して、光クロックパルスに同期した電気信号により光クロックパルスを符号化する符号化セクションとから光送信器を構成している。したがって、光クロックパルスのデューティ比が可変であるので、デューティ比が可変であるので、ディーティ比を適切な値に設定して、高い分散耐力と小さい受信感度劣化を両立することができる。また、隣接するタイムスロットの光クロックパルス間の相対光位相差をπの奇数倍またはその近傍に設定するので、高い分散耐力を安定に保つことができる。即ち、安定した光光送信器を構成できるため、より規模の大きなネットワークを構築するのに好適である。
しかしながら、上述した従来技術では、光伝送システム構築の際、必要な光伝送距離によってそれぞれ波長チャープαの異なる専用の光変調器(Zカット変調器又はXカット変調器)を準備する必要がある。そして、システム構築後に光伝送距離を変更するには、光変調器を所望の波長チャープαのものに交換する必要が生じるなど、フレキシビリティに乏しい。
そこで、従来、例えば下記の非特許文献1に示されるように、図11A及び図12Aにより上述した光変調器と同様の基本構造を有する1入力1出力型の光変調器において、入射側Y分岐導波路(分岐部)に直流(DC)電圧を印加して当該入射側Y分岐導波路での入射光の分岐比を可変することによって波長チャープ量を可変することが提案されている(図13参照)。
しかしながら、この技術では、異なる波長チャープ量の出力光を簡易に得ることはできない。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、異なる波長チャ−プ量の出力光を簡易に得るようにすることを目的とする。
特開2003−329986号公報
特開2001−339346号公報
AVANEX corporation,"Single-Drive LiNbO3 Mach-Zehnder Modulator With Widely DC Tunable Chirp",IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.15, pp.1534-1536(2003).
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、異なる波長チャ−プ量の出力光を簡易に得るようにすることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の光デバイスは、
(1)入射光を第1の分岐比で分岐する分岐部と、該分岐部により分岐された各光の位相関係を調整する位相調整部と、該位相調整部による位相調整後の各光を合波して第2の分岐比で分岐する合波分岐部とをそなえ、上記の第1の分岐比及び第2の分岐比の少なくとも一方が1:1以外の分岐比に予め設定されていることを特徴としている。
(1)入射光を第1の分岐比で分岐する分岐部と、該分岐部により分岐された各光の位相関係を調整する位相調整部と、該位相調整部による位相調整後の各光を合波して第2の分岐比で分岐する合波分岐部とをそなえ、上記の第1の分岐比及び第2の分岐比の少なくとも一方が1:1以外の分岐比に予め設定されていることを特徴としている。
(2)ここで、上記第1の分岐比をp:1−p(pは0<p<1を満足する実数)、上記第2の分岐比をq:1−q(qは0<q<1を満足する実数)、上記位相調整部での上記位相関係の調整による光の変調効率をa:b(ただし、a,bは、a+b=1を満足する実数)としたときに、上記分岐部の一方の入力部から入力し、合波分岐部からの一方の出力光が下記(1)式で表される波長チャープ量α1-3を有し、他方の出力光が下記(2)式で表される波長チャープ量α1-4を有し、上記分岐部のもう一方の入力部から入力し、合波分岐部からの一方の出力光が下記(3)式で表される波長チャープ量α2-3を有し、他方の出力光が下記(4)式で表される波長チャープ量α2-4を有する。
(3)また、本発明の光デバイスは、第2の分岐比が1:1以外の場合、上記合波分岐部の出力光を選択する出力光選択部をさらにそなえていてもよい。
(4)また、本発明の光デバイスは、第1の分岐比が1:1以外の場合、上記分岐部の入力光を選択する入力光選択部をさらにそなえていてもよい。
(5)さらに、上記第1の分岐比は1:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比は2:1に設定されていてもよい。
(4)また、本発明の光デバイスは、第1の分岐比が1:1以外の場合、上記分岐部の入力光を選択する入力光選択部をさらにそなえていてもよい。
(5)さらに、上記第1の分岐比は1:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比は2:1に設定されていてもよい。
(6)また、上記第1の分岐比は1:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比は2:1に設定され、かつ、上記変調効率は2:1に設定されていてもよい。
(7)さらに、上記第1の分岐比は2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比は1:1に設定されていてもよい。
(8)また、上記第1の分岐比は2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比は1:1に設定され、かつ、上記変調効率は2:1に設定されていてもよい。
(7)さらに、上記第1の分岐比は2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比は1:1に設定されていてもよい。
(8)また、上記第1の分岐比は2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比は1:1に設定され、かつ、上記変調効率は2:1に設定されていてもよい。
(9)さらに、本発明の光デバイスは、上記1:1以外の分岐比に予め設定された上記分岐部又は合波分岐部での分岐比をDC電圧により微調整する分岐比調整部をさらにそなえていてもよい。
(10)第1の分岐比を1:1以外に設定する代わりに、第1の分岐比を1:1とした状態で、分岐後の2本の導波路の内、少なくとも一方の導波路に伝搬損失を発生させるようにして、見かけ上、分岐比を1:1以外にしてもよい。
(10)第1の分岐比を1:1以外に設定する代わりに、第1の分岐比を1:1とした状態で、分岐後の2本の導波路の内、少なくとも一方の導波路に伝搬損失を発生させるようにして、見かけ上、分岐比を1:1以外にしてもよい。
上記の本発明によれば、上記合波分岐部の分岐比が1:1以外であれば、2つの出力ポートから異なる波長チャープ量の出力光を得ることができる。
したがって、また、上記合波分岐部の出力光を選択する出力光選択部をさらにそなえることで、異なる波長チャープ量の出力光を適宜に選択可能な光デバイスを、広範なDC電圧可変幅を要することなく実現することができる。
したがって、また、上記合波分岐部の出力光を選択する出力光選択部をさらにそなえることで、異なる波長チャープ量の出力光を適宜に選択可能な光デバイスを、広範なDC電圧可変幅を要することなく実現することができる。
また、上記分岐比を分岐比調整部によりDC電圧で微調整することもできるので、必要最小限のDC電圧可変幅で、必要な波長チャープ量の微調整を行なうことが可能である。
また、入力部の分岐部の分岐比が1:1以外の場合、入力ポートを変えることにより、異なる波長チャープ量の2つの出力光を得ることができる。
したがって、また、上記分岐部の入力光を選択する入力光選択部をさらにそなえることで、異なる波長チャープ量の出力光を適宜に選択可能な光デバイスを、広範なDC電圧可変幅を要することなく実現することもできる。
また、入力部の分岐部の分岐比が1:1以外の場合、入力ポートを変えることにより、異なる波長チャープ量の2つの出力光を得ることができる。
したがって、また、上記分岐部の入力光を選択する入力光選択部をさらにそなえることで、異なる波長チャープ量の出力光を適宜に選択可能な光デバイスを、広範なDC電圧可変幅を要することなく実現することもできる。
また、上記分岐部の分岐比を分岐比調整部によりDC電圧で微調整することもできるので、必要最小限のDC電圧可変幅で、必要な波長チャープ量の微調整を行なうことが可能である。
また、1つの変調器で2つの波長チャープの値を持つようにすると、1つのチップで、2種類の変調器を製造できるので、低コスト化できる。
また、1つの変調器で2つの波長チャープの値を持つようにすると、1つのチップで、2種類の変調器を製造できるので、低コスト化できる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
〔A〕一実施形態の説明
図1は本発明の一実施形態に係る光デバイスとしてのマッハツェンダ型の光変調器の構成を示す模式的平面図で、この図1に示す光変調器(Zカット変調器)は、LN結晶やLT結晶などの電気光学効果を有する結晶を、結晶方位のZ軸方向にカットして切り出した基板(Zカット基板)1に、2本の入射導波路2−1,2−2(入力ポート#1,#2)と、電気と光の相互作用領域となる2本の強度変調用の並行導波路4A,4Bと、入射側2×2カプラ(交差導波路)3及び出射側2×2カプラ(交差導波路)5と、2本の出射導波路6−1,6−2(出力ポート#3,#4)がそなえられている。また、図11A及び図11Bにより前述したものと同様に、信号電極7及び接地電極8,9がパターニングされている。
〔A〕一実施形態の説明
図1は本発明の一実施形態に係る光デバイスとしてのマッハツェンダ型の光変調器の構成を示す模式的平面図で、この図1に示す光変調器(Zカット変調器)は、LN結晶やLT結晶などの電気光学効果を有する結晶を、結晶方位のZ軸方向にカットして切り出した基板(Zカット基板)1に、2本の入射導波路2−1,2−2(入力ポート#1,#2)と、電気と光の相互作用領域となる2本の強度変調用の並行導波路4A,4Bと、入射側2×2カプラ(交差導波路)3及び出射側2×2カプラ(交差導波路)5と、2本の出射導波路6−1,6−2(出力ポート#3,#4)がそなえられている。また、図11A及び図11Bにより前述したものと同様に、信号電極7及び接地電極8,9がパターニングされている。
このようなZカット変調器も、基板1上の一部に金属膜を形成し熱拡散させる、あるいは、金属膜をパターニングした後に安息香酸中でプロトン交換するなどして上記の入射導波路2−1,2−2,2×2カプラ3,並行導波路4A,4B,2×2カプラ5,出射導波路6−1,6−2を形成した後、並行導波路4A,4B近傍に上記電極7,8,9を設けることで形成される。
ただし、Zカット変調器は、前述したようにZ方向の電界による屈折率変化を利用するため、図11Bにより前述したごとく、並行導波路4A,4Bの真上に電極7,9の一部がそれぞれ位置するよう配置される。
ここで、上記の入射側2×2カプラ(分岐部)3は、2つの入力ポート3−1,3−2と2つの出力ポート3−3,3−4とを有し、各入力ポート3−1,3−2が前記入射導波路2−1,2−2とそれぞれ接続(連通)されるとともに、各出力ポート3−3,3−4が前記並行導波路4A,4Bとそれぞれ接続(連通)されており、いずれかの入力ポート3−1,3−2からの入射光を所定の分岐比(第1の分岐比p:1−p)(ただし、pは0<p<1を満足する実数)で各出力ポート3−3,3−4へパワー分岐するもので、例えば、いずれかの入力ポート3−1,3−2への入射光パワー(光強度)をI0とすると、一方の出力ポート3−3(又は3−4)へ出射光パワー「pI0」で、他方の出力ポート3−4(又は3−3)へ出射光パワー「(1−p)I0」でそれぞれ入射光をパワー分岐して出力するようになっている。
ここで、上記の入射側2×2カプラ(分岐部)3は、2つの入力ポート3−1,3−2と2つの出力ポート3−3,3−4とを有し、各入力ポート3−1,3−2が前記入射導波路2−1,2−2とそれぞれ接続(連通)されるとともに、各出力ポート3−3,3−4が前記並行導波路4A,4Bとそれぞれ接続(連通)されており、いずれかの入力ポート3−1,3−2からの入射光を所定の分岐比(第1の分岐比p:1−p)(ただし、pは0<p<1を満足する実数)で各出力ポート3−3,3−4へパワー分岐するもので、例えば、いずれかの入力ポート3−1,3−2への入射光パワー(光強度)をI0とすると、一方の出力ポート3−3(又は3−4)へ出射光パワー「pI0」で、他方の出力ポート3−4(又は3−3)へ出射光パワー「(1−p)I0」でそれぞれ入射光をパワー分岐して出力するようになっている。
同様に、出射側2×2カプラ(合波分岐部)5は、2つの入力ポート5−1,5−2と2つの出力ポート5−3,5−4とを有し、各入力ポート5−1,5−2が前記並行導波路4A,4Bとそれぞれ接続(連通)されるとともに、各出力ポート5−3,5−4が前記並行導波路4A,4Bとそれぞれ接続(連通)されており、各入力ポート5−1,5−2からの入射光を合波して所定の分岐比(第2の分岐比q:1−q)(ただし、qは0<q<1を満足する実数)で各出力ポート5−3,5−4へパワー分岐するものである。なお、上記p,qの関係はp=q(≠0.5)でもよい。つまり、入射側2×2カプラ3及び出射側2×2カプラ5での各分岐比は1:1以外であれば同じでもよい。
上述のごとく構成された本実施形態の光変調器において、例えば、一方の入射導波路2−1に波長λ0、光強度I0の光を入射すると(図2の枠21参照)、当該入射光は、入射側2×2カプラ(以下、単に「入射側カプラ」ともいう)3にて所定の分岐比(p:1−p)でパワー分岐されて各出力ポート3−3,3−4からそれぞれ並行導波路4A,4Bに入射される。例えば、出力ポート3−3(並行導波路4A)へは光強度pI0、出力ポート3−4(並行導波路4B)へは光強度(1−p)I0の光(波長はλ0)がそれぞれ出力される(図2の枠22A及び枠22B参照)。
このようにしてパワー分岐された各光は、それぞれ、並行導波路4A,4Bを伝搬してゆき、出射側2×2カプラ(以下、単に「出射側カプラ」ともいう)5の各入力ポート5−1,5−2に入射する。ここで、信号電極7にマイクロ波電気信号〔駆動電圧(半波長電圧)Vπ〕が印加されることによって、一方の並行導波路4A,4Bの屈折率が変化して、両導波路4A,4Bを伝搬する光に位相差が生じ(位相変調がかかり)、出射側2×2カプラ5で合波されることによって強度変調光(光の点滅)が得られる。つまり、並行導波路4A,4Bは、上記分岐部としての入射側カプラ3により分岐された各光の位相関係を調整する位相調整部として機能している。
このとき、並行導波路4A,4Bでの変調効率をa:b(a,bはa+b=1を満足する実数)とすると、上記位相変調によって生じる波長変動量は、一方の並行導波路4Aにおいてaδλ(図2の枠23A参照)、他方の並行導波路4Bにおいてbδλ(図2の枠23B参照)となる。この位相変調を受けた光は、出射側2×2カプラ5で合波された後、所定の分岐比(q:1−p)でパワー分岐されて出力ポート5−3,5−4から出射導波路6−1,6−2(出力ポート#3,#4)へそれぞれ出力される(図2の枠24A及び枠24B参照)。
それぞれの出力光は、上記各カプラ3,5での上記分岐比(p:1−p),(q:1−q)、及び、並行導波路4A,4Bでの上記変調効率(a:b)によって、波長チャープ量が変化する。波長チャープの大きさを示すαパラメータでその関係を示す。即ち、入力ポート#1から入力し、出力ポート#3からの出力光についてのαパラメータをα1-3、出力ポート#4からの出力光についてのαパラメータをα1-4、入力ポート#2から入力し、出力ポート#3からの出力光についてのαパラメータをα2-3、出力ポート#4からの出力光についてのαパラメータをα2-4、とすると、α1-3は下記(1)式、α1-4は下記(2)式、α2-3は下記(3)式、α2-4は下記(4)式でそれぞれ表されることになる。
(具体例)
ここで、具体例として、例えば図3に示すごとく、上記p=1/2,q=2/3、即ち、入射側カプラ3での分岐比を1:1、出射側カプラ5での分岐比を2:1とし、上記変調効率a:b=2:1とした場合について考える。
この場合、一方の入射導波路2−1に波長λ0、光強度I0の光を入射すると(図4の枠21参照)、当該入射光は、入射側カプラ3にて分岐比1:1(つまり、同じ割合)でパワー分岐されて各出力ポート3−3,3−4からそれぞれ並行導波路4A,4Bに入射される。即ち、各出力ポート3−3,3−4(並行導波路4A,4B)へそれぞれ光強度(1/2)I0の光(波長はλ0)がそれぞれ出力される(図4の枠22A及び枠22B参照)。
ここで、具体例として、例えば図3に示すごとく、上記p=1/2,q=2/3、即ち、入射側カプラ3での分岐比を1:1、出射側カプラ5での分岐比を2:1とし、上記変調効率a:b=2:1とした場合について考える。
この場合、一方の入射導波路2−1に波長λ0、光強度I0の光を入射すると(図4の枠21参照)、当該入射光は、入射側カプラ3にて分岐比1:1(つまり、同じ割合)でパワー分岐されて各出力ポート3−3,3−4からそれぞれ並行導波路4A,4Bに入射される。即ち、各出力ポート3−3,3−4(並行導波路4A,4B)へそれぞれ光強度(1/2)I0の光(波長はλ0)がそれぞれ出力される(図4の枠22A及び枠22B参照)。
このようにしてパワー分岐された各光は、それぞれ、並行導波路4A,4Bを伝搬してゆき、出射側カプラ5の各入力ポート5−1,5−2に入射する。ここで、信号電極7に駆動電圧(半波長電圧)Vπが印加されることによって、一方の並行導波路4A,4Bの屈折率が変化して、両導波路4A,4Bを伝搬する光に位相差が生じ(位相変調がかかり)、出射側2×2カプラ5で合波されることによって強度変調光(光の点滅)が得られる。
このとき、変調効率は2:1であるから、上記位相変調によって生じる波長変動量は、一方の並行導波路4Aにおいて(2/3)δλ(図4の枠23A参照)、他方の並行導波路4Bにおいて(1/3)δλ(図4の枠23B参照)となる。この位相変調を受けた光は、出射側カプラ5で合波された後、分岐比2:1でパワー分岐されて出力ポート5−3,5−4から出射導波路6−1,6−2(出力ポート#3,#4)へそれぞれ出力される(図4の枠24A及び枠24B参照)。
このとき、一方の出力ポート#3からの出力光についての波長チャープα1-3は、上記(1)式によりα1-3=−0.7となり、他方の出力ポート#4からの出力光についての波長チャープα1-4は、上記(2)式によりα1-4=0となり、従来のようにDC電圧の印加を要することなく、各出力ポート#3、#4から異なる波長チャープ量の出力光を得ることができる。
したがって、例えば図5に示すように、出力ポート#3,#4からの各出力光を選択的に切り替える2×1スイッチ11を接続すれば、異なる波長チャープ量α1-3,α1-4の出力光を適宜に選択可能な光変調器を、広範なDC電圧可変幅を要することなく実現することが可能となる。
〔B〕第1変形例
なお、上述した光変調器において、例えば図6に示すように、1:1以外の分岐比に設定された出射側カプラ5の入力ポート5−1,5−2(図6では省略)上にそれぞれ電極51,52を設けて、所望のDC電圧を印加する構成とすれば、出射側カプラ5での上記分岐比を変更(微調整)して、波長チャープ量α1-3,α1-4を適宜に変更(微調整)することが可能となる。即ち、例えば図7中に符号30で示すごとく、出射側カプラ5での分岐比が2:1である場合に、上記DC電圧の印加により、波長チャープ量α1-3=−0.7,α1-4=0からずらして微調整することが可能となる。
〔B〕第1変形例
なお、上述した光変調器において、例えば図6に示すように、1:1以外の分岐比に設定された出射側カプラ5の入力ポート5−1,5−2(図6では省略)上にそれぞれ電極51,52を設けて、所望のDC電圧を印加する構成とすれば、出射側カプラ5での上記分岐比を変更(微調整)して、波長チャープ量α1-3,α1-4を適宜に変更(微調整)することが可能となる。即ち、例えば図7中に符号30で示すごとく、出射側カプラ5での分岐比が2:1である場合に、上記DC電圧の印加により、波長チャープ量α1-3=−0.7,α1-4=0からずらして微調整することが可能となる。
換言すれば、波長チャープ量α1-3,α1-4の祖調整は入射側カプラ3、出射側カプラ5での分岐比の設計により行ない、微調整をDC電圧により行なうことができるのである。したがって、従来のように、常に、DC電圧を印加する必要がなく、また、必要な波長チャープ量を得るのに最小限のDC電圧可変幅で済む。
なお、図7において分岐比を右側に移すためには、図6に示す上側の電極51を下側の電極52に対して高い電位に設定すればよく、逆に、左側に移すためには、上側の電極51を下側の電極52に対して低い電位に設定すればよい。
なお、図7において分岐比を右側に移すためには、図6に示す上側の電極51を下側の電極52に対して高い電位に設定すればよく、逆に、左側に移すためには、上側の電極51を下側の電極52に対して低い電位に設定すればよい。
〔C〕第2変形例
また、上述した例においては、出力導波路6−1,6−2(出力ポート#3,#4)の切り替え(選択)によって波長チャープ量α1-3,α1-4の切り替え(選択)を実現しているが、例えば図8に示すように、光を入射すべき入力導波路2−1,2−2(入力ポート#1,#2)の切り替え(選択)によっても、同様に、波長チャープ量α1-4,α2-4の切り替え(選択)が可能である。なお、図8において既述の符号と同一符号を付した部分は、特に断らない限り、既述の部分と同一若しくは同様の部分である。
また、上述した例においては、出力導波路6−1,6−2(出力ポート#3,#4)の切り替え(選択)によって波長チャープ量α1-3,α1-4の切り替え(選択)を実現しているが、例えば図8に示すように、光を入射すべき入力導波路2−1,2−2(入力ポート#1,#2)の切り替え(選択)によっても、同様に、波長チャープ量α1-4,α2-4の切り替え(選択)が可能である。なお、図8において既述の符号と同一符号を付した部分は、特に断らない限り、既述の部分と同一若しくは同様の部分である。
即ち、この場合は、例えば、入射側カプラ3での分岐比(p:1−p)を2:1(つまり、p=2/3)、出射側カプラ5での分岐比(q:1−q)を1:1(つまり、q=1/2)とし、変調効率(a:b)を2:1とすることにより、入力ポート#1に光を入射すれば、波長チャープ量α1-4=0の出力光が出力ポート#4から出力され、入力ポート#2に光を入射すれば、波長チャープ量α2-4の出力光が出力ポート#4から出力される。
より詳細には、入力ポート#1に波長λ0、光強度I0の光を入射すると(図9の枠21参照)、当該入射光は、入射側カプラ3にて分岐比2:1でパワー分岐されて各出力ポート3−3,3−4からそれぞれ並行導波路4A,4Bに入射される。本例では、出力ポート3−3(並行導波路4A)へ光強度(2/3)I0の光(波長はλ0)が出力され(図9の枠22A参照)、出力ポート3−4(並行導波路4B)へ光強度(1/3)I0の光(波長はλ0)が出力される(図9の枠22B参照)。
このようにしてパワー分岐された各光は、それぞれ、並行導波路4A,4Bを伝搬してゆき、出射側カプラ5の各入力ポート5−1,5−2に入射する。ここで、信号電極7に駆動電圧(半波長電圧)Vπが印加されることによって、一方の並行導波路4A,4Bの屈折率が変化して、両導波路4A,4Bを伝搬する光に位相差が生じ(位相変調がかかり)、出射側2×2カプラ5で合波されることによって強度変調光(光の点滅)が得られる。
このとき、変調効率は2:1であるから、上記位相変調によって生じる波長変動量は、一方の並行導波路4Aにおいて(2/3)δλ(図9の枠23A参照)、他方の並行導波路4Bにおいて(1/3)δλ(枠23B参照)となる。この位相変調を受けた光は、出射側カプラ5で合波された後、分岐比1:1でパワー分岐されて出力ポート5−3,5−4から出射導波路6−1,6−2(出力ポート#3,#4)へそれぞれ出力される。
このとき、出力ポート#4からの出力光についての波長チャープα1-4は、上記(2)式によりα1-4=0となる(図9の枠24参照)。
これに対して、入力ポート#2から波長λ0、光強度I0の光を入射した場合は、(図10の枠21参照)、当該入射光は、入射側カプラ3にて分岐比2:1でパワー分岐されて各出力ポート3−3,3−4からそれぞれ並行導波路4A,4Bに入射される。本例では、出力ポート3−3(並行導波路4A)へ光強度(1/3)I0の光(波長はλ0)が出力され(図10の枠22A参照)、出力ポート3−4(並行導波路4B)へ光強度(2/3)I0の光(波長はλ0)が出力される(図10の枠22B参照)。
これに対して、入力ポート#2から波長λ0、光強度I0の光を入射した場合は、(図10の枠21参照)、当該入射光は、入射側カプラ3にて分岐比2:1でパワー分岐されて各出力ポート3−3,3−4からそれぞれ並行導波路4A,4Bに入射される。本例では、出力ポート3−3(並行導波路4A)へ光強度(1/3)I0の光(波長はλ0)が出力され(図10の枠22A参照)、出力ポート3−4(並行導波路4B)へ光強度(2/3)I0の光(波長はλ0)が出力される(図10の枠22B参照)。
このようにしてパワー分岐された各光は、それぞれ、並行導波路4A,4Bを伝搬してゆき、出射側カプラ5の各入力ポート5−1,5−2に入射する。ここで、信号電極7に駆動電圧(半波長電圧)Vπが印加されることによって、一方の並行導波路4A,4Bの屈折率が変化して、両導波路4A,4Bを伝搬する光に位相差が生じ(位相変調がかかり)、出射側2×2カプラ5で合波されることによって強度変調光(光の点滅)が得られる。
このとき、変調効率は2:1であるから、上記位相変調によって生じる波長変動量は、一方の並行導波路4Aにおいて(2/3)δλ(図10の枠23A参照)、他方の並行導波路4Bにおいて(1/3)δλ(枠23B参照)となる。この位相変調を受けた光は、出射側カプラ5で合波された後、分岐比1:1でパワー分岐されて出力ポート5−3,5−4から出射導波路6−1,6−2(出力ポート#3,#4)へそれぞれ出力される。
このとき、出力ポート#4からの出力光についての波長チャープα2-4は、上記(2)式によりα2-4=−0.7となる(図10の枠24参照)。
以上のように、本変形例では、光を入射する入力ポート#1,#2を選択することにより、異なる波長チャープ量α1-4(=0),α2-4(=−0.7)の出力光を適宜に選択可能な光変調器を実現することが可能となる。
以上のように、本変形例では、光を入射する入力ポート#1,#2を選択することにより、異なる波長チャープ量α1-4(=0),α2-4(=−0.7)の出力光を適宜に選択可能な光変調器を実現することが可能となる。
また、本変形例では、出力光ポートを#4としているが、#3を出力ポートに設定しても、異なる波長チャープ量α2-4(=0),α1-4(=−0.7)の出力光を適宜に選択可能な光変調器を実現することが可能となる。
なお、本例においても、例えば入射側カプラ3の入力ポート3−1,3−2上にそれぞれ電極(分岐比調整部)を設けて、所望のDC電圧を印加する構成とすれば、入射側カプラ3での上記分岐比を変更(微調整)して、波長チャープ量α1-4,α2-4を適宜に変更(微調整)することが可能となる。
なお、本例においても、例えば入射側カプラ3の入力ポート3−1,3−2上にそれぞれ電極(分岐比調整部)を設けて、所望のDC電圧を印加する構成とすれば、入射側カプラ3での上記分岐比を変更(微調整)して、波長チャープ量α1-4,α2-4を適宜に変更(微調整)することが可能となる。
また、第1の分岐比を1:1以外に設定する代わりに、第1の分岐比を1:1にしたままで、分岐後の2本の導波路の内、少なくとも一方の導波路に損失を与えることにより、見かけ上、第1の分岐比を1:1以外に設定してもよい。損失を与える方法としては、例えば、損失を与えたい導波路付近のバッファ層を一部薄く、または、剥離して、電極に吸収させる方法がある。
〔D〕第3変形例
図7を参照してもわかるように、分岐比が変化すると、出力ポート#3,#4の波長チャープ量は、逆の方向に変化する。
例えば、カプラの設計により分岐比を0.5(1:1)に設定している場合は、電極51に対して電極52よりも高い電位を与えるようにすると、分岐比は大きくなる。
図7を参照してもわかるように、分岐比が変化すると、出力ポート#3,#4の波長チャープ量は、逆の方向に変化する。
例えば、カプラの設計により分岐比を0.5(1:1)に設定している場合は、電極51に対して電極52よりも高い電位を与えるようにすると、分岐比は大きくなる。
従って、波長チャープ量−1.2〜0.4の範囲で所望の波長チャープ量を得たい場合には、出力#3,#4のいずれかの波長チャープ量が所望の波長チャープ量となるまで、分岐比を変化し、所望の波長チャープ量の出力側を選択すればよい。
もし出力が1つであれば、波長チャープ量−1.2〜0.4の範囲のいずれかを出力しようとすると、分岐比を0.2〜0.8まで変化する必要があり、分岐比を倍変化させる必要があるため、この実施例を用いることは有益である。
もし出力が1つであれば、波長チャープ量−1.2〜0.4の範囲のいずれかを出力しようとすると、分岐比を0.2〜0.8まで変化する必要があり、分岐比を倍変化させる必要があるため、この実施例を用いることは有益である。
もちろん、分岐比を0.5から小さくする方向(0.2)に制御することで、同様に、波長チャープ量−1.2〜0.4の範囲で変化させることができる。
以上から、一般に、分岐比0.5をまたいで分岐比を制御しないで、0.5よりも大きい(又は小さい)範囲で分岐比を制御することが波長チャープ量の変化に対して電圧制御範囲を狭める面から好適である。
以上から、一般に、分岐比0.5をまたいで分岐比を制御しないで、0.5よりも大きい(又は小さい)範囲で分岐比を制御することが波長チャープ量の変化に対して電圧制御範囲を狭める面から好適である。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
例えば、上述した例においては、光デバイスとして光変調器単体の場合について説明したが、上述した構造を一部に有する他の光デバイスについても、上記と同様の作用効果が期待できる。
例えば、上述した例においては、光デバイスとして光変調器単体の場合について説明したが、上述した構造を一部に有する他の光デバイスについても、上記と同様の作用効果が期待できる。
以上詳述したように、本発明の光デバイスによれば、分岐部及び合波分岐部での分岐比の少なくとも一方を1:1以外の分岐比に予め設定(設計)することにより、異なる波長チャープ量の出力光を適宜に選択可能な光デバイスを実現することが可能である。したがって、システム構築後に光伝送距離を変更するような場合でも、光デバイスを所望の波長チャープ量のものに交換する必要がなく、フレキシビリティに富んだシステムを実現することができるので、光通信技術分野において極めて有用と考えられる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
例えば、上述した例においては、光デバイスとして光変調器単体の場合について説明したが、上述した構造を一部に有する他の光デバイスについても、上記と同様の作用効果が期待できる。
(E)付記
(付記1)
入射光を第1の分岐比で分岐する分岐部と、
該分岐部により分岐された各光の位相関係を調整する位相調整部と、
該位相調整部による位相調整後の各光を合波して第2の分岐比で分岐する合波分岐部とをそなえ、
上記の第1の分岐比及び第2の分岐比の少なくとも一方が1:1以外の分岐比に予め設定されていることを特徴とする、光デバイス。
(付記2)
上記第1の分岐比をp:1−p(0<p<1)、上記第2の分岐比をq:1−q(0<q<1)、上記位相調整部での上記位相関係の調整による光の変調効率をa:b(ただし、a+b=1)としたときに、上記分岐部の一方の入力部から光を入力し、合波分岐部からの一方の出力光が下記(1)式で表される波長チャープ量α 1-3 を有し、他方の出力光が下記(2)式で表される波長チャープ量α 1-4 を有し、上記分岐部のもう一方の入力部から入力し、合波分岐部からの一方の出力光が下記(3)式で表される波長チャープ量α 2-3 を有し、他方の出力光が下記(4)式で表される波長チャープ量α 2-4 を有することを特徴とする、付記1記載の光デバイス。
(付記3)
上記第2の分岐比が1:1以外の場合、上記合波分岐部の出力光を選択する出力光選択部をさらにそなえたことを特徴とする、付記1又は2に記載の光デバイス。
(付記4)
上記第1の分岐比が1:1以外の場合、上記分岐部の入力光を選択する入力光選択部をさらにそなえたことを特徴とする、付記1又は2に記載の光デバイス。
(付記5)
上記第1の分岐比が1:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が2:1に設定されていることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の光デバイス。
(付記6)
上記第1の分岐比が1:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が2:1に設定され、かつ、上記変調効率が2:1に設定されていることを特徴とする、付記2記載の光デバイス。
(付記7)
上記第1の分岐比が2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が1:1に設定されていることを特徴とする、付記1、2、4のいずれか1項に記載の光デバイス。
(付記8)
上記第1の分岐比が2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が1:1に設定され、かつ、上記変調効率が2:1に設定されていることを特徴とする、付記2記載の光デバイス。
(付記9)
上記1:1以外の分岐比に予め設定された上記分岐部又は合波分岐部での分岐比をDC電圧により微調整する分岐比調整部をさらにそなえたことを特徴とする、付記1〜8のいずれか1項に記載の光デバイス。
(付記10)
上記分岐部で分岐後の2本の導波路のうち、少なくとも一方の導波路に損失を生じさせて、見かけ上、上記第1の分岐比を1:1以外とすることを特徴とする、付記1、2、4、7、8、9のいずれか1項に記載の光デバイス。
例えば、上述した例においては、光デバイスとして光変調器単体の場合について説明したが、上述した構造を一部に有する他の光デバイスについても、上記と同様の作用効果が期待できる。
(E)付記
(付記1)
入射光を第1の分岐比で分岐する分岐部と、
該分岐部により分岐された各光の位相関係を調整する位相調整部と、
該位相調整部による位相調整後の各光を合波して第2の分岐比で分岐する合波分岐部とをそなえ、
上記の第1の分岐比及び第2の分岐比の少なくとも一方が1:1以外の分岐比に予め設定されていることを特徴とする、光デバイス。
(付記2)
上記第1の分岐比をp:1−p(0<p<1)、上記第2の分岐比をq:1−q(0<q<1)、上記位相調整部での上記位相関係の調整による光の変調効率をa:b(ただし、a+b=1)としたときに、上記分岐部の一方の入力部から光を入力し、合波分岐部からの一方の出力光が下記(1)式で表される波長チャープ量α 1-3 を有し、他方の出力光が下記(2)式で表される波長チャープ量α 1-4 を有し、上記分岐部のもう一方の入力部から入力し、合波分岐部からの一方の出力光が下記(3)式で表される波長チャープ量α 2-3 を有し、他方の出力光が下記(4)式で表される波長チャープ量α 2-4 を有することを特徴とする、付記1記載の光デバイス。
上記第2の分岐比が1:1以外の場合、上記合波分岐部の出力光を選択する出力光選択部をさらにそなえたことを特徴とする、付記1又は2に記載の光デバイス。
(付記4)
上記第1の分岐比が1:1以外の場合、上記分岐部の入力光を選択する入力光選択部をさらにそなえたことを特徴とする、付記1又は2に記載の光デバイス。
(付記5)
上記第1の分岐比が1:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が2:1に設定されていることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の光デバイス。
(付記6)
上記第1の分岐比が1:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が2:1に設定され、かつ、上記変調効率が2:1に設定されていることを特徴とする、付記2記載の光デバイス。
(付記7)
上記第1の分岐比が2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が1:1に設定されていることを特徴とする、付記1、2、4のいずれか1項に記載の光デバイス。
(付記8)
上記第1の分岐比が2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が1:1に設定され、かつ、上記変調効率が2:1に設定されていることを特徴とする、付記2記載の光デバイス。
(付記9)
上記1:1以外の分岐比に予め設定された上記分岐部又は合波分岐部での分岐比をDC電圧により微調整する分岐比調整部をさらにそなえたことを特徴とする、付記1〜8のいずれか1項に記載の光デバイス。
(付記10)
上記分岐部で分岐後の2本の導波路のうち、少なくとも一方の導波路に損失を生じさせて、見かけ上、上記第1の分岐比を1:1以外とすることを特徴とする、付記1、2、4、7、8、9のいずれか1項に記載の光デバイス。
Claims (10)
- 入射光を第1の分岐比で分岐する分岐部と、
該分岐部により分岐された各光の位相関係を調整する位相調整部と、
該位相調整部による位相調整後の各光を合波して第2の分岐比で分岐する合波分岐部とをそなえ、
上記の第1の分岐比及び第2の分岐比の少なくとも一方が1:1以外の分岐比に予め設定されていることを特徴とする、光デバイス。 - 上記第1の分岐比をp:1−p(0<p<1)、上記第2の分岐比をq:1−q(0<q<1)、上記位相調整部での上記位相関係の調整による光の変調効率をa:b(ただし、a+b=1)としたときに、上記分岐部の一方の入力部から光を入力し、合波分岐部からの一方の出力光が下記(1)式で表される波長チャープ量α1-3を有し、他方の出力光が下記(2)式で表される波長チャープ量α1-4を有し、上記分岐部のもう一方の入力部から入力し、合波分岐部からの一方の出力光が下記(3)式で表される波長チャープ量α2-3を有し、他方の出力光が下記(4)式で表される波長チャープ量α2-4を有することを特徴とする、請求項1記載の光デバイス。
- 上記第2の分岐比が1:1以外の場合、上記合波分岐部の出力光を選択する出力光選択部をさらにそなえたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の光デバイス。
- 上記第1の分岐比が1:1以外の場合、上記分岐部の入力光を選択する入力光選択部をさらにそなえたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の光デバイス。
- 上記第1の分岐比が1:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が2:1に設定されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光デバイス。
- 上記第1の分岐比が1:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が2:1に設定され、かつ、上記変調効率が2:1に設定されていることを特徴とする、請求項2又は3に記載の光デバイス。
- 上記第1の分岐比が2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が1:1に設定されていることを特徴とする、請求項1、2、4のいずれか1項に記載の光デバイス。
- 上記第1の分岐比が2:1に設定されるとともに、上記第2の分岐比が1:1に設定され、かつ、上記変調効率が2:1に設定されていることを特徴とする、請求項2又は4に記載の光デバイス。
- 上記1:1以外の分岐比に予め設定された上記分岐部又は合波分岐部での分岐比をDC電圧により微調整する分岐比調整部をさらにそなえたことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の光デバイス。
- 上記分岐部で分岐後の2本の導波路のうち、少なくとも一方の導波路に損失を生じさせて、見かけ上、上記第1の分岐比を1:1以外とすることを特徴とする、請求項1、2、4、7、8、9のいずれか1項に記載の光デバイス。
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