WO2024048747A1 - 平面光波回路型ラティスフィルタおよびそれを用いた光送信モジュール - Google Patents

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WO2024048747A1
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input
coupler
lattice filter
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藍 柳原
賢哉 鈴木
慈 金澤
泰彦 中西
学 小熊
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日本電信電話株式会社
Ｎｔｔイノベーティブデバイス株式会社
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    • H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres

Definitions

  • the present disclosure relates to a planar light wave circuit type filter and an optical transmission module using the same.
  • Optical communication devices do not use conventional single-function elements such as laser diodes (LDs), photodiodes (PDs), and optical waveguide filters, but instead combine multiple elements. By housing them in one package (that is, by integrating multiple elements into one module), multi-channel, multi-functional, and highly functional devices are realized.
  • LDs laser diodes
  • PDs photodiodes
  • optical waveguide filters but instead combine multiple elements.
  • Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 have been used for communication with a transmission distance of about 10 km, but there is increasing demand for its use in communication with a transmission distance of about 40 km.
  • modules are required to have higher signal output, and therefore components and optical coupling parts mounted inside the module are required to have lower losses.
  • the multiplexing filter integrated in the module is required to have transmission spectrum characteristics with a more rectangular shape.
  • the multi-channel optical transmission module is equipped with a MUX filter for multiplexing signal lights output from each LD.
  • a multiplexing filter a structure using a multilayer crystal type thin film filter (TFF) (see Non-Patent Document 1) and a structure using a planar light wave circuit AWG (see Non-Patent Document 2) have been reported. There is. Considering that the number of channels to be installed in multi-channel optical transmission modules will increase in the future, a planar light wave circuit type is advantageous because it has small variations in loss for each signal channel.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a 4-channel optical transmitter module using a conventional planar lightwave circuit filter, with (a) being a top view and (b) being a cross-sectional view.
  • the optical transmission module 100 in the optical transmission module 100, four LDs 102 and a planar lightwave circuit (PLC) 110 are arranged on the upper surface side of the main surface (XY plane) of a pedestal 101, and a package 107 (for example, , housed in an airtight ceramic butterfly package).
  • a temperature controller (Thermoelectric Controller: TEC) 109 is arranged between the lower surface of the pedestal 101 and the package 107.
  • a sleeve 121 having an optical fiber 120 and a lens 122 is connected to the package 107 .
  • TEC Thermoelectric Controller
  • the LD 102 is placed on an electric circuit 108 placed on the top surface of the pedestal 101.
  • the electric circuit 108 is a circuit that drives the LD 102.
  • the center wavelengths ⁇ 0 to ⁇ 3 of the four LDs 102-0 to 102-3 have different wavelengths, and for example, an S-band wavelength band is used in an optical transmission module for an access system.
  • the LD 102 and the PLC 110 are optically coupled using a parallel beam system.
  • a beam splitter 104 is arranged between the lens 103a and the lens 103b.
  • a monitor PD (MPD) 105 for monitoring light from the LD 102 is arranged on the top surface of the beam splitter 104. A part of the light from the LD 102 is split by a beam splitter 104 placed between a lens 103a and a lens 103b, and is received by a monitor PD 105.
  • MPD monitor PD
  • the PLC 110 includes an input waveguide 111, an arrayed waveguide grating (AWG) 113, and an output waveguide 112, and functions as an AWG-type plane light wave circuit multiplexer (MUX) filter.
  • AWG arrayed waveguide grating
  • MUX plane light wave circuit multiplexer
  • a lens 103c is provided on the output side end face of the PLC 110, and an isolator 106 is arranged at the tip of the lens 103c.
  • the multiplexed light is guided through the output waveguide 112 and optically coupled to the optical fiber 120 through the lens 103c, the isolator 106, and the lens 122 provided on the end face of the PLC 110.
  • the lens 103c and the lens 122 also optically couple the PLC 110 and the optical fiber 120 in a parallel beam system.
  • the optical transmission module using the planar lightwave circuit filter described above with reference to FIG. 1 has the following three main problems. Issue 1: In order to extend the transmission distance, it is required to reduce the loss of the AWG type planar light wave circuit type filter mounted inside the optical transmission module. Furthermore, since the wavelength distribution of each signal has become narrower, there is a demand for a transmission spectrum that indicates the characteristics of a filter (hereinafter referred to as a filter shape) to have a highly rectangular shape. A planar lightwave circuit type filter having a single AWG has problems in that it has high loss and low rectangularity.
  • the chip (PLC) mounted inside is also required to be miniaturized.
  • an AWG including a plurality of waveguides having different lengths between two slab waveguides occupies a large area in a PLC, there is a problem in that there is a limit to miniaturization of the chip.
  • MZI Mach-Zehnder interferometer
  • a beam splitter 104 is arranged to monitor the intensity of light from the LD 103.
  • the number of components mounted inside the optical transmission module increases, the cost increases, and the difficulty of the mounting process increases.
  • the optical length between the LD 102 and the PLC 110 needs to be long, which is disadvantageous for downsizing the optical transmission module.
  • the present disclosure has been made in view of such problems, and its purpose is to provide a planar light wave circuit type with low loss and high rectangularity of filter shape. Another object of the present disclosure is to provide a compact planar lightwave circuit type. Furthermore, an object of the present disclosure is to provide a planar light wave circuit type that can reduce the number of parts.
  • An embodiment of the present disclosure is a planar light wave circuit type lattice filter for multiplexing a plurality of signal lights having different wavelengths, the filter including a plurality of input waveguides for inputting a plurality of signal lights, and a plurality of input waveguides for inputting a plurality of signal lights.
  • the multiplexing circuit includes a multiplexing circuit that performs multiplexing, and at least one output waveguide that outputs the multiplexed signal, and the multiplexing circuit has an asymmetric MZI type circuit connected in cascade in multiple stages, and an asymmetric MZI type circuit.
  • the output coupler includes an input coupler, an output coupler, and two waveguides with different optical path lengths that connect the output of the input coupler and the input of the output coupler, and the plurality of input waveguides are Two of them are connected to the input of the input side coupler of the asymmetric MZI type circuit placed in the first stage, and a plurality of It is configured such that the signal light obtained by combining the signal lights is coupled to the output waveguide.
  • planar light wave circuit type lattice filter that has lower loss and higher rectangular filter performance than an AWG type planar light wave circuit type filter. Further, according to an embodiment of the present disclosure, it is possible to provide a planar light wave circuit type lattice filter that allows miniaturization of the chip (PLC). Furthermore, according to an embodiment of the present disclosure, it is possible to provide a planar lightwave circuit type lattice filter that can reduce the number of items.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a 4-channel optical transmission module using a planar lightwave circuit type lattice filter according to an embodiment of the present disclosure, in which (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a planar lightwave circuit type lattice filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a planar lightwave circuit type lattice filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a planar lightwave circuit type lattice filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a planar lightwave circuit type lattice filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • Planar light wave circuit type lattice filters of various embodiments described below are planar light wave circuit type lattice filters for multiplexing N signal lights having different wavelengths, where N is an integer of 2 or more, It may include N input waveguides that input N signal lights, a multiplexing circuit that multiplexes N signal lights, and at least one output waveguide that outputs the multiplexed signal.
  • the multiplexing circuit may include at least N-1 asymmetric MZI type circuits cascaded in multiple stages.
  • An asymmetric MZI type circuit consists of an input coupler with one or two inputs and two outputs, an output coupler with two inputs and one or two outputs, and an input coupler with two inputs and one or two outputs.
  • It may include two waveguides with different optical path lengths that connect the two outputs and the two inputs of the output coupler.
  • Two of the N input waveguides can be connected to two inputs of the input coupler of the asymmetric MZI type circuit arranged in the first stage.
  • the configuration may be such that a signal light obtained by combining N signal lights output from an output coupler of one asymmetrical MZI type circuit arranged at the final stage is coupled to the output waveguide.
  • FIGS. 2-4 A planar lightwave circuit type lattice filter and optical transmission module according to the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 2-4.
  • a 4ch TOSA (Transmitter optical sub-assembly) module using a quartz PLC lattice filter will be described as an example of an optical transmission module using a planar light wave circuit type lattice filter.
  • an optical transmission module with a four-channel (ch) configuration that is, an optical transmission module that multiplexes and transmits four signal lights with different wavelengths, is illustrated, but the number of signal lights or the number of channels is limited to four. It can be any number.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of an optical transmission module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2(a) is a top view
  • FIG. 2(b) is a sectional view.
  • the optical transmission module 200 has four LDs 102 and a PLC 210 arranged on the upper main surface (XY plane) of a pedestal 101, and is housed in a package 107 (for example, an airtight ceramic butterfly package). and hermetically sealed.
  • a temperature controller (TEC) 109 is arranged between the lower surface of the pedestal 101 and the package 107.
  • a sleeve 121 having an optical fiber 120 and a lens 122 is connected to the package 107 .
  • the LD 102 is placed on an electric circuit 108 placed on the top surface of the pedestal 101.
  • the electric circuit 108 is a circuit that drives the LD 102.
  • the four LDs 102-0 to 102-3 are configured to have different emission wavelengths, and are LDs that output light of different wavelengths ⁇ 0 to ⁇ 3 corresponding to Lanes 0 to Lane 3, as described above.
  • the LD 102 and the PLC 110 are arranged.
  • the light from the LD 102 is converted into collimated light by the lens 103a, and then condensed by the lens 103b and coupled to the input waveguide 111.
  • the LD 102 and the PLC 110 are optically coupled using a parallel beam system.
  • the beam splitter 104 is not disposed between the lens 103a and the lens 103b. Therefore, it becomes possible to shorten the optical length between the LD 102 and the PLC 210.
  • a spot size converter may be arranged in the PLC 210.
  • the optical coupling between each LD 102 and the input waveguide 111 of the PLC 110 may be performed by a parallel beam system using two lenses as described above, or by a single lens. good.
  • the optical transmission module 200 In the optical transmission module 200, four monitor PDs 205-0 to 205-3 are arranged on the side end surface of the PLC 210. In this point, it differs from the optical transmission module 100 of FIG. 1 in which the monitor PD 105 is arranged on the top surface of the beam splitter 104.
  • the PLC 210 is a quartz planar lightwave circuit, and includes an input waveguide 111, a lattice filter 213 formed of a waveguide, and an output waveguide 112. The configuration of the lattice filter 213 will be described later.
  • Light with wavelength ⁇ 0 from LD102-0 is coupled to input waveguide 111-0
  • light with wavelength ⁇ 2 from LD102-2 is coupled to input waveguide 111-1
  • light with wavelength ⁇ 1 from LD102-1 is coupled to input waveguide 111-0. It is configured such that it is coupled to the input waveguide 111-2
  • the light of wavelength ⁇ 3 from the LD 102-3 is coupled to the input waveguide 111-3.
  • the lights of wavelengths ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 input to the lattice filter 213 are multiplexed, coupled to the output waveguide 112, and exit from the output side end face of the PLC 210.
  • the arrangement order of the four LDs 102-0 to 102-3 shown in FIG. 1 is changed to the arrangement order shown in FIG. 2.
  • the arrangement order of the four LDs 102-0 to 102-3 shown in FIG. is changed to the arrangement order shown in FIG. 2.
  • a lens 103c is provided on the output side end face of the PLC 210, and an isolator 106 is arranged at the tip of the lens 103c.
  • the multiplexed light is guided through the output waveguide 112 and optically coupled to the optical fiber 120 through the lens 103c, the isolator 106, and the lens 122 provided on the end face of the PLC 110.
  • the lens 103c and the lens 122 also optically couple the PLC 110 and the optical fiber 120 in a parallel beam system. Note that the configuration may be such that the isolator 106 is omitted.
  • a spot size converter may be arranged in place of the lens 103c and the lens 122.
  • a PLC 210 whose end face is cut diagonally may be used instead of or in addition to the isolator 106 (for example, the end face of the PLC 210 may be cut at an angle of 10 degrees). It is also possible to use a PLC 210 whose end face is coated with an AR coating for anti-reflection.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a lattice filter 213 configured by a waveguide formed on the PLC 210.
  • the lattice filter 213 includes a multiplexing circuit 303 connected to four waveguides 321.
  • Waveguides 321-0 to 321-3 are connected to input waveguides 111-0 to 111-3, respectively.
  • the multiplexing circuit 303 includes four Mach-Zehnder interferometer (MZI) type circuits 331a, 332a, 341a, and 351a connected in cascade in multiple stages.
  • MZI type circuit comprises two two-input and two-output couplers and two waveguides coupling the two couplers.
  • the MZI type circuit 331a and the MZI type circuit 332a are arranged in parallel.
  • the MZI type circuit 331a and the MZI type circuit 332a are connected in a subordinate manner to the MZI type circuit 341a.
  • the MZI type circuit 341a is cascaded with the MZI type circuit 351a.
  • the MZI type circuits 331a and 332a arranged in parallel are the first stage, the MZI type circuit 341a is the second stage, and the MZI type circuit 351a is the third stage. It is arranged to make the filter shape more rectangular by passing through the MZI type circuit 351a.
  • An optical path length difference ⁇ L is given to the two waveguides that couple the two couplers in each MZI type circuit.
  • An MZI type circuit having a difference in optical path length is also referred to as an asymmetric MZI type circuit.
  • the signal light ⁇ 0 incident on the waveguide 321-0 from the LD 102-0 corresponding to Lane 0 is split into two by the coupler on the input side of the first stage MZI type circuit 331a, and output through the two waveguides.
  • the signals are combined by a coupler on the side and output from the lower of the two outputs.
  • the signal light ⁇ 2 incident on the waveguide 321-1 from the LD 102-2 corresponding to Lane 2 is split into two by the coupler on the input side of the first stage MZI 331a, passes through the two waveguides, and is split into two by the coupler on the output side.
  • the signals are combined and output from the lower of the two outputs.
  • the signal light ⁇ 0 and the signal light ⁇ 2 are each input to the second stage MZI type circuit 341a.
  • the signal light ⁇ 0 is split into two by a coupler on the input side of the MZI type circuit 341a, passes through two waveguides, is multiplexed and branched by a coupler on the output side, and is outputted from two outputs.
  • the signal light ⁇ 2 also passes through two waveguides of the second stage MZI type circuit 341a, is multiplexed and branched by a coupler on the output side, and is outputted from two outputs.
  • the signal light ⁇ 0 and the signal light ⁇ 2 are each input to the third stage MZI type circuit 351a.
  • the signal light ⁇ 0 is split into two by a coupler on the input side of the third stage MZI type circuit 351a, passes through two waveguides, is combined by a coupler on the output side, and is output from the upper side of the two outputs.
  • the signal light ⁇ 2 is also split into two by the coupler on the input side of the third stage MZI type circuit 351a, passes through two waveguides, and is combined by the coupler on the output side to output two. is output from the top.
  • the signal light ⁇ 1 incident on the waveguide 321-2 from the LD 102-1 corresponding to Lane 1 is split into two by the coupler on the input side of the first-stage MZI type circuit 332a, and passes through the two waveguides to the output side.
  • the signals are combined by a coupler and output from the upper of the two outputs.
  • the signal light ⁇ 3 incident on the waveguide 321-3 from the LD 102-3 corresponding to Lane 3 is split into two by the coupler on the input side of the first stage MZI 332a, passes through the two waveguides, and is split into two by the coupler on the output side.
  • the signals are combined and output from the upper of the two outputs.
  • the signal light ⁇ 1 and the signal light ⁇ 3 are each input to the second stage MZI type circuit 341a.
  • the signal light ⁇ 1 is split into two by a coupler on the input side of the MZI type circuit 341a, passes through two waveguides, is multiplexed and branched by a coupler on the output side, and is outputted from two outputs.
  • the signal light ⁇ 3 also passes through two waveguides of the second-stage MZI type circuit 341a, is multiplexed and branched by a coupler on the output side, and is outputted from two outputs.
  • the signal light ⁇ 1 and the signal light ⁇ 3 are each input to the third stage MZI type circuit 351a.
  • the signal light ⁇ 1 is split into two by a coupler on the input side of the third stage MZI type circuit 351a, passes through two waveguides, is combined by a coupler on the output side, and is output from the upper side of the two outputs.
  • the signal light ⁇ 3 is split into two by the coupler on the input side of the third-stage MZI type circuit 351a, passes through two waveguides, and is combined by the coupler on the output side to output two outputs. is output from the top.
  • the signal lights ⁇ 0 to ⁇ 3 incident on the multiplexing circuit 303 are multiplexed and output from the upper two outputs of the coupler on the output side of the third stage MZI type circuit 351a.
  • a part of the signal light multiplexed by the multiplexing circuit 303 is branched for power monitoring, and the rest passes through the waveguide 361 and is coupled to the output waveguide 112. It consists of
  • the lattice filter 213 shown in FIG. 3 includes a multiplexer circuit 303 and a demultiplexer circuit 370 connected via a coupler 371.
  • the demultiplexer circuit 370 is provided to separate a portion of the light multiplexed by the multiplexer circuit 303 into four wavelengths again so that the power can be measured by the monitor PD.
  • the configuration of the demultiplexer circuit 370 is the same as the configuration of the multiplexer circuit 303.
  • the branching circuit 370 is arranged symmetrically with the multiplexing circuit 303 with the coupler 371 in the center.
  • the demultiplexing circuit 370 By arranging the demultiplexing circuit 370 in this way, the once multiplexed light can be separated into signals of ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 again, and the coupler on the output side of the MZI type circuit 331b and the MZI type circuit 332b PLC (chip) via output waveguides 381-0 to 381-3 connected to couplers on the output side of It can be taken out from the end face.
  • a crossed waveguide may be used to couple between the waveguide 381 of the lattice filter 213 and the monitor PD 205.
  • the branching ratio of the coupler 371 is, for example, a small fraction of the power of the signal light transmitted to the MPD 295 combined with the power of the signal light. (For example, 2%, etc.) may be set so that it can be branched.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a plane light wave circuit type lattice filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 shows an example of the arrangement of the lattice filter 213, which includes the multiplexing circuit 303 described with reference to FIG. 3 and the demultiplexing circuit 370 connected via the coupler 371. If a plurality of cascade-connected MZI type circuits constituting the lattice filter 213 are arranged in a straight line, the overall circuit length becomes long. As shown in FIG. 4, by arranging it in a coiled manner, it can be accommodated in a small space, and the chip (PLC) can be made smaller.
  • PLC chip
  • the overall circuit length can be shortened compared to the case where it is arranged in a straight line, and the chip can be made smaller. becomes possible.
  • the multiplexing circuit 303 that multiplexes 4 channels of signal light having different wavelengths ( ⁇ 0 to ⁇ 3) needs to have at least three MZI type circuits connected in series in at least two stages. be.
  • the multiplexing circuit 303 has at least N channels as proposed in Patent Document 3.
  • -1 MZI type circuits may be connected in series in multiple stages to form a lattice filter. Further, by further cascading MZI type circuits of the lattice filter, the rectangularity of the filter shape can be increased.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the lattice filter 513.
  • the optical transmission module 200 shown in FIG. 2 can be configured using the lattice filter 513 instead of the lattice filter 213 shown in FIGS. 3 and 4.
  • the lattice filter 513 shown in FIG. 5 includes a multiplexing circuit 503 and a branching circuit 570 connected via a coupler 371.
  • the multiplexing circuit 503 differs from the multiplexing circuit 303 shown in FIG. 3 in that it does not include the MZI type circuit 351a.
  • the branching circuit 570 differs from the branching circuit 370 shown in FIG. 3 in that it does not include the MZI type circuit 351b.
  • the configuration of the MZI type circuit constituting the lattice filter 513 is the same as that of the branching circuit 370 shown in FIG. 3, so a detailed explanation will be omitted.
  • the lattice filter 513 shown in FIG. 5 can also be housed in a small space by arranging it in a coiled manner as shown in FIG. 4, and the chip (PLC) can be miniaturized.
  • the rectangularity of the filter shape is inferior to that of the lattice filter 213, but the loss is reduced due to the small number of cascade connected MZI type circuits. It is possible to reduce the circuit length and shorten the circuit length.
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the lattice filter 613.
  • the optical transmitter module 200 shown in FIG. 2 can be configured using a lattice filter 613 instead of the lattice filter 213 shown in FIGS. 3 and 4.
  • the lattice filter 613 shown in FIG. 6 includes a multiplexing circuit 603 and a branching circuit 670 connected via a coupler 371.
  • the multiplexing circuit 603 differs from the multiplexing circuit 303 shown in FIG. 3 in that it includes a fourth stage MZI type circuit 661a connected in a subordinate manner to the MZI type circuit 351a.
  • the branching circuit 670 differs from the branching circuit 370 shown in FIG. 3 in that it includes an MZI type circuit 661b that is cascade-connected to the MZI type circuit 351b.
  • the signal light ⁇ 0 is branched into two at the coupler on the input side of the third stage MZI type circuit 351a, passes through two waveguides, and is multiplexed and branched at the coupler on the output side. and output from two outputs.
  • the signal light ⁇ 2 is split into two by the coupler on the input side of the third stage MZI type circuit 351a, passes through two waveguides, and is combined and branched by the coupler on the output side. One is output.
  • the signal light ⁇ 0 and the signal light ⁇ 2 are each input to the fourth stage MZI type circuit 661a.
  • the signal light ⁇ 0 is split into two by a coupler on the input side of the fourth stage MZI type circuit 661a, passes through two waveguides, is combined by a coupler on the output side, and is output from the upper side of the two outputs.
  • the signal light ⁇ 2 is also split into two by the coupler on the input side of the fourth stage MZI type circuit 661a, passes through two waveguides, and is combined by the coupler on the output side to output two. is output from the top.
  • the signal light ⁇ 1 is branched into two at the coupler on the input side of the third stage MZI type circuit 351a, passes through two waveguides, and is multiplexed and branched at the coupler on the output side. and output from two outputs.
  • the signal light ⁇ 3 is split into two by the coupler on the input side of the third stage MZI type circuit 351a, passes through two waveguides, and is combined and branched by the coupler on the output side. One is output.
  • the signal light ⁇ 1 and the signal light ⁇ 3 are each input to the fourth stage MZI type circuit 661a.
  • the signal light ⁇ 1 is split into two by a coupler on the input side of the fourth stage MZI type circuit 661a, passes through two waveguides, is combined by a coupler on the output side, and is output from the upper side of the two outputs.
  • the signal light ⁇ 3 is branched into two by the coupler on the input side of the fourth stage MZI type circuit 661a, passes through two waveguides, and is combined by the coupler on the output side to be output as two outputs. is output from the top.
  • the signal lights ⁇ 0 to ⁇ 3 incident on the multiplexing circuit 603 are multiplexed and output from the upper two outputs of the coupler on the output side of the fourth stage MZI type circuit 661a.
  • the coupler 371 a part of the signal light multiplexed by the multiplexing circuit 603 is branched for power monitoring, and the rest passes through the waveguide 361 and is coupled to the output waveguide 112. It consists of
  • the lattice filter 613 shown in FIG. 6 includes a multiplexer circuit 603 and a demultiplexer circuit 670 connected via a coupler 371.
  • the demultiplexer circuit 670 is provided to separate a portion of the light multiplexed by the multiplexer circuit 303 into four wavelengths again so that the power can be measured by the monitor PD.
  • the configuration of the demultiplexer circuit 670 is the same as the configuration of the multiplexer circuit 603.
  • the branching circuit 370 is arranged symmetrically with the multiplexing circuit 303 with the coupler 371 at the center. Since this point has been described above with reference to FIG. 3, the explanation will be omitted.
  • the lattice filter 613 shown in FIG. 6 can also be housed in a small space by arranging it in a coiled manner as shown in FIG. 4, and the chip (PLC) can be miniaturized.
  • the lattice filter 613 shown in FIG. 6 has a wider spectral transmission width than the lattice filter 213 shown in FIG. 3 and the lattice filter 413 shown in FIG. It is something.
  • planar light wave circuit type with low loss and high rectangularity of filter shape.

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Abstract

本開示の一実施形態は、損失が小さく、フィルタ形状の矩形度が高い平面光波回路型フィルタ（２１３）を提供する。波長の異なる複数の信号光を合波するための平面光波回路型フィルタ（２１３）は、複数の入力導波路（１１１）と、合波回路（３０３）と、少なくとも１つの出力導波路（１１２）とを備える。合波回路（３０３）は、複数段に従属接続された非対称ＭＺＩ型回路（３３１）を有し、非対称ＭＺＩ型回路（３３１）は、入力側カプラーと、出力側カプラーと、入力側カプラーの出力と出力側カプラーの入力とを接続する、光路長差を有する２個の導波路とを含む。複数の入力導波路は２個ずつ、１段目に配置されたＭＺＩ型回路（３３１）の入力側カプラーの入力（３２１）と接続されている。最終段に配置されたＭＺＩ型回路（３３１）の出力側カプラーから出力される複数の信号光を合波した信号光が、出力導波路（１１２）に結合するように構成されている。

Description

平面光波回路型ラティスフィルタおよびそれを用いた光送信モジュール
　本開示は、平面光波回路型フィルタとそれを用いた光送信モジュールに関する。
　データ通信の高速化、及び大容量化に伴い、光通信デバイスや光インターコネクション技術が高度化している。光通信デバイスは、従来のレーザダイオード（ＬＤ: laser diode）、フォトダイオード（ＰＤ: photo-diode）、光導波路フィルタといった単一機能の素子をそのまま使用するのではなく、これら複数の素子を組み合わせて１つのパッケージに収容して（すなわち複数の素子を集積して１つのモジュールにして）、多チャネル、多機能、高機能なデバイスを実現している。
　これらモジュールには、小型化、低コスト化の要求とともに、伝送距離の長延化が求められている。例えば非特許文献１、非特許文献２に記載の４ｃｈ光送信モジュールは伝送距離が１０ｋｍ程度の通信で用いられていたが、伝送距離が４０ｋｍ程度の通信でも使用する需要が高まっている。
　伝送距離の長延化に向けては、モジュールに信号の高出力化が求められ、そのためモジュール内部に搭載する部品や光結合部の低損失化が求められている。
　また伝送距離を長延化すると波長分散の影響を受けやすくなるため、より分散波長の影響を受けにくい波長帯域の伝搬光を使用することになる。その場合４つの信号光の波長間隔を狭める必要があるため、モジュールに集積する合波フィルタにはより高矩形な透過スペクトル特性が求められる。
　多チャンネル光送信モジュールにおいては、各ＬＤから出力された信号光の合波するためのＭＵＸフィルタが備えられている。この合波フィルタとしては多層膜結晶型の薄膜フィルタ（thin film filter：ＴＦＦ）を用いるもの(非特許文献１参照)、また平面光波回路ＡＷＧを用いる構造(非特許文献２参照)が報告されている。今後多チャンネル光送信モジュールに実装するチャネル数が増えることを考慮すると、各信号チャンネルで損失のばらつきが小さな平面光波回路型が有利である。
　図１は従来の平面光波回路フィルタを用いた４ｃｈ光送信モジュールの概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）断面図である。図１に示すように、光送信モジュール１００は、台座１０１の主面（ＸＹ面）の上面側に４個のＬＤ１０２および平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）１１０が配置され、パッケージ１０７（たとえば、気密用のセラミックバタフライパッケージ）に収容されている。台座１０１の下面とパッケージ１０７との間には温度コントローラ（Thermoelectric Controller：ＴＥＣ）１０９が配置されている。パッケージ１０７には、光ファイバ１２０およびレンズ１２２を有するスリーブ１２１が接続されている。
　ＬＤ１０２は、台座１０１の上面に配置された電気回路１０８の上に配置されている。電気回路１０８はＬＤ１０２を駆動する回路である。４個のＬＤ１０２－０から１０２－３の中心波長λ０～λ３は、それぞれ波長が異なり、例えばアクセス系用の光送信モジュールではＳ帯の波長帯を使用する。
　ＬＤ１０２とＰＬＣ１１０との間には、４個のＬＤ１０２に対応する４組のレンズ１０３ａおよびレンズ１０３ｂが配置されている。ＬＤ１０２からの光は、レンズ１０３ａによりコリメート光に変換された後、レンズ１０３ｂにより集光されて入力導波路１１１に結合する。つまり、ＬＤ１０２とＰＬＣ１１０との間は平行光束系で光結合する。
　レンズ１０３ａとレンズ１０３ｂとの間には、ビームスプリッタ１０４が配置されている。ビームスプリッタ１０４の上面にはＬＤ１０２からの光をモニターするためのモニターＰＤ（ＭＰＤ）１０５が配置されている。ＬＤ１０２からの光の一部は、レンズ１０３ａとレンズ１０３ｂとの間に配置されたビームスプリッタ１０４により分岐されてモニターＰＤ１０５によって受光される。
　ＰＬＣ１１０は、入力導波路１１１と、アレイ導波路回折格子（Arrayed Waveguide Grating：ＡＷＧ）１１３と、出力導波路１１２とを備え、ＡＷＧ型の平面光波回路型多重（multiplexer：ＭＵＸ）フィルタとし機能する。たとえば、入力導波路１１１－０、１１１－１、１１１－２、１１１－３から平面光波回路に入射したＬＤ１０２－０、１０２－１、１０２-２、および１０２－３からの波長λ０、λ１、λ２、およびλ３の光は、ＡＷＧ１１３を通ることで合波され、ＰＬＣ１１０の出力側端面付近にある１本の出力導波路１１２から出射される。
　ＰＬＣ１１０の出力側の端面には、レンズ１０３ｃが設けられ、レンズ１０３ｃの先にはアイソレーター１０６が配置されている。多重された光は、出力導波路１１２を導波してＰＬＣ１１０の端面に設けられたレンズ１０３ｃ、アイソレーター１０６およびレンズ１２２を通じて、光ファイバ１２０へ光結合する。レンズ１０３ｃおよびレンズ１２２により、ＰＬＣ１１０と光ファイバ１２０との間もまた平行光束系で光結合する。
特開２０１４－５９５４２号公報
S. Kanazawa et al., "High Output Power and Compact LAN-WDM EADFB Laser TOSA for 4 × 100-Gbit/s/λ 40-km Fiber-Amplifier-Less Transmission," 2020 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC), 2020, pp. 1-3 J. Liu, Q. Huang and J. Xia, "High Assembly Tolerance and Cost-Effective 100-Gb/s TOSA With Silica-PLC AWG Multiplexer," in IEEE Photonics Journal, vol. 11, no. 4, pp. 1-9, Aug. 2019, Art no. 7904909, doi: 10.1109/JPHOT.2019.2924035
　図１を参照して上述した平面光波回路フィルタを用いた光送信モジュールには主に次の３つの課題がある。
　課題１：伝送距離の長延化のために、光送信モジュールの内部に搭載するＡＷＧ型の平面光波回路型フィルタの低損失化が求められている。また各信号の波長配置が狭くなっているため、フィルタの特性を示す透過スペクトルの形状（以下、フィルタ形状という）の高矩形化が求められている。単一のＡＷＧを備えた平面光波回路型フィルタは、損失が高く、また矩形度が低いという課題がある。
　課題２：光送信モジュールの小型化のために、内部に搭載するチップ（ＰＬＣ）も小型化が求められている。しかし、二つのスラブ導波路間に互いに長さの異なる複数の導波路を備えたＡＷＧはＰＬＣにおける専有面積が大きいため、チップの小型化に限界があるという課題がある。また、フィルタ形状の高矩形化のために、ＰＬＣ上にＡＷＧと接続したマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型回路などを配置すると、チップ（ＰＬＣ）のサイズがさらに大きくなってしまう。
　課題３：低コスト化および実装工程の簡易化のために、光送信モジュールの内部に搭載する部品の削減が求められている。たとえば図１を参照して上述したように、ＬＤ１０３からの光の強度をモニターするためのビームスプリッタ１０４を配置している。ビームスプリッタ１０４を搭載することにより光送信モジュールの内部に搭載する部品の数が増え、コストが増加し、実装工程の難易度が高くなる。さらに、ＬＤ１０２とＰＬＣ１１０と間の光学長も長くする必要があって光送信モジュールの小型化に不利であるという問題がある。
　本開示は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、損失が小さく、フィルタ形状の矩形度が高い平面光波回路型を提供することにある。また、本開示は、小型の平面光波回路型を提供することにある。さらに、本開示は、部品点数を削減できる平面光波回路型を提供することにある。
　本開示の一実施形態は、波長の異なる複数の信号光を合波するための平面光波回路型ラティスフィルタであって、複数の信号光を入力する複数の入力導波路と、複数の信号光を合波する合波回路と、合波した信号を出力する少なくとも１個の出力導波路とを備え、合波回路は、複数段に従属接続された非対称ＭＺＩ型回路を有し、非対称ＭＺＩ型回路は、入力側カプラーと、出力側カプラーと、入力側カプラーの出力と出力側カプラーの入力とを接続する、光路長差が付与された２個の導波路とを含み、複数の入力導波路は２個ずつ、１段目に配置された非対称ＭＺＩ型回路の入力側カプラーの入力と接続されており、最終段に配置された１個の非対称ＭＺＩ型回路の出力側カプラーから出力される複数の信号光を合波した信号光が、出力導波路に結合するように構成されている。
　本開示の一実施形態によれば、ＡＷＧ型の平面光波回路型フィルタに比べ、低損失かつ高矩形なフィルタ性能を有する平面光波回路型ラティスフィルタを提供することが可能となる。また、本開示の一実施形態によれば、チップ（ＰＬＣ）の小型化が可能な平面光波回路型ラティスフィルタを提供することが可能となる。さらに、本開示の一実施形態によれば、品点数の削減が可能な平面光波回路型ラティスフィルタを提供することが可能となる。
従来のアレイ導波路回折格子型の平面光波回路型フィルタを用いた４ｃｈ光送信モジュールの概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 本開示の一実施形態に係る平面光波回路型ラティスフィルタを用いた４ｃｈ光送信モジュールの概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 本開示の一実施形態に係る平面光波回路型ラティスフィルタの概略構成を示す図である。 本開示の一実施形態に係る平面光波回路型ラティスフィルタの概略構成を示す図である。 本開示の一実施形態に係る平面光波回路型ラティスフィルタの概略構成を示す図である。 本開示の一実施形態に係る平面光波回路型ラティスフィルタの概略構成を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本開示の実施形態について詳細に説明する。同一または類似の符号は同一または類似の要素を示し、繰り返しの説明を省略することがある。以下の説明における数値は例示であり、本開示の要旨を逸脱しない限り他の数値を用いて本開示を実施してもよい。
　以下に説明する種々の実施形態の平面光波回路型ラティスフィルタは、波長の異なるＮ個の信号光を合波するための平面光波回路型ラティスフィルタであって、Ｎは２以上の整数であり、Ｎ個の信号光を入力するＮ個の入力導波路と、Ｎ個の信号光を合波する合波回路と、合波した信号を出力する少なくとも１個の出力導波路とを含み得る。合波回路は、複数段に従属接続された少なくともＮ－１個の非対称ＭＺＩ型回路を含み得る。非対称ＭＺＩ型回路は、１個または２個の入力と２個の出力とを有する入力側カプラーと、２個の入力と１個または２個の出力とを有する出力側カプラーと、入力側カプラーの２個の出力と出力側カプラーの２個の入力とを接続する、光路長差が付与された２個の導波路とを含み得る。Ｎ個の入力導波路は２個ずつ、１段目に配置された非対称ＭＺＩ型回路の入力側カプラーの２個の入力と接続され得る。最終段に配置された１個の非対称ＭＺＩ型回路の出力側カプラーから出力されるＮ個の信号光を合波した信号光が、出力導波路に結合するように構成され得る。
　（第１の実施形態）
　図２－４を参照して、本開示の第１の実施形態に係る平面光波回路型ラティスフィルタおよび光送信モジュールを説明する。ここでは、平面光波回路型ラティスフィルタを用いた光送信モジュールの一例として、石英ＰＬＣラティスフィルタを用いた４ｃｈＴＯＳＡ（Transmitter optical sub-assembly）モジュールを説明する。ここでは４チャネル（ｃｈ）構成の光送信モジュール、すなわち、波長が互いに異なる４つの信号光を多重して送信する光送信モジュールを例示するが、信号光の数またはｃｈの数は４に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
　（光送信モジュールの構成）
　図２に本開示の一実施形態に係る光送信モジュールの概略構成を示す。図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は断面図である。図２に示すように、光送信モジュール２００は、台座１０１の主面（ＸＹ面）の上面側に４個のＬＤ１０２およびＰＬＣ２１０が配置され、パッケージ１０７（たとえば、気密用のセラミックバタフライパッケージ）に収容されて気密封止されている。台座１０１の下面とパッケージ１０７との間には温度コントローラ（ＴＥＣ）１０９が配置されている。パッケージ１０７には、光ファイバ１２０およびレンズ１２２を有するスリーブ１２１が接続されている。
　ＬＤ１０２は、台座１０１の上面に配置された電気回路１０８の上に配置されている。電気回路１０８はＬＤ１０２を駆動する回路である。４個のＬＤ１０２－０から１０２－３は、発信波長が互いに異なるように構成されおり、上述したようにＬａｎｅ０からＬａｎｅ３に対応する異なる波長λ０からλ３の光を出力するＬＤである。
　ＬＤ１０２とＰＬＣ１１０との間には、４個のＬＤ１０２に対応する４組のレンズ１０３ａおよびレンズ１０３ｂが配置されている。ＬＤ１０２からの光は、レンズ１０３ａによりコリメート光に変換された後、レンズ１０３ｂにより集光されて入力導波路１１１に結合する。つまり、ＬＤ１０２とＰＬＣ１１０との間は平行光束系で光結合する。図１の光送信モジュール１００と異なり、レンズ１０３ａとレンズ１０３ｂとの間に、ビームスプリッタ１０４を配置していない。したがって、ＬＤ１０２とＰＬＣ２１０と間の光学長を短くすることが可能となる。なお、レンズ１０３ｂにより集光された光の径を入力導波路１１１に合わせるために、ＰＬＣ２１０にスポットサイズコンバータを配置してもよい。また各ＬＤ１０２とＰＬＣ１１０の入力導波路１１１との間の光結合は上記に記載のようにレンズを２枚使用した平行光束系で光結合しても良いし、１枚レンズで光結合しても良い。
　光送信モジュール２００においては、４個のモニターＰＤ２０５－０から２０５－３が、ＰＬＣ２１０の側方の端面に配列さている。この点においてビームスプリッタ１０４の上面にモニターＰＤ１０５を配置した図１の光送信モジュール１００と異なる。
　ＰＬＣ２１０は、石英平面光波回路であり、入力導波路１１１と、導波路により構成されたラティスフィルタ２１３と、出力導波路１１２とを備える。ラティスフィルタ２１３の構成については後述する。ＬＤ１０２－０からの波長λ０の光が入力導波路１１１－０へ結合し、ＬＤ１０２－２からの波長λ２の光が入力導波路１１１－１へ結合し、ＬＤ１０２－１からの波長λ１の光が入力導波路１１１－２へ結合し、およびＬＤ１０２－３からの波長λ３の光が入力導波路１１１－３へ結合するように構成されている。本実施形態では、ラティスフィルタ２１３へ入力された波長λ０、λ１、λ２およびλ３の光は、多重されて出力導波路１１２へ結合し、ＰＬＣ２１０の出力側の端面から出射する。本実施形態では、図１に示した４個のＬＤ１０２－０から１０２－３の配列順序を図２に示した配列順序に変更している。図１に示した４個のＬＤ１０２－０から１０２－３の配列順序を維持する場合には、ＰＬＣ２１０内において、入力導波路１１１とラティスフィルタ２１３と間を結合する交差導波路を用いてもよい。
　ＰＬＣ２１０の出力側の端面には、レンズ１０３ｃが設けられ、レンズ１０３ｃの先にはアイソレーター１０６が配置されている。多重された光は、出力導波路１１２を導波してＰＬＣ１１０の端面に設けられたレンズ１０３ｃ、アイソレーター１０６およびレンズ１２２を通じて、光ファイバ１２０へ光結合する。レンズ１０３ｃおよびレンズ１２２により、ＰＬＣ１１０と光ファイバ１２０との間もまた平行光束系で光結合する。なお、アイソレーター１０６を省略した構成にしてもよい。ＰＬＣ２１０から出射する光の径を光ファイバ１２０の径に合わせるために、レンズ１０３ｃおよびレンズ１２２に替えて、スポットサイズコンバータを配置してもよい。ＰＬＣ２１０の端面で生じる反射戻り光を低減するために、アイソレーター１０６に替えて又はアイソレーター１０６に追加して、端面を斜めにカットした状態のＰＬＣ２１０を用いても良いし（たとえばＰＬＣ２１０の端面を１０度程度斜めにカットした形状としても良いし）、または端面に反射防止用のＡＲコーティングをしたＰＬＣ２１０を用いても良い。
　（ラティスフィルタの構成）
　次に図３を参照して平面光波回路型ラティスフィルタについて説明する。図３は、ＰＬＣ２１０上に形成された導波路により構成されたラティスフィルタ２１３の概略構成を示す図である。図３に示すように、ラティスフィルタ２１３は、４本の導波路３２１と接続された合波回路３０３を含む。導波路３２１－０から３２１－３は入力導波路１１１－０から１１１－３とそれぞれ接続されている。
　合波回路３０３は、多段に従属接続された４つのマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型回路３３１ａ、３３２ａ、３４１ａおよび３５１ａを含む。ＭＺＩ型回路はそれぞれ、２つの２入力および２出力のカプラーと、２つのカプラーを結合する２本の導波路とを備える。
　ＭＺＩ型回路３３１ａとＭＺＩ型回路３３２ａとは並列に配置されている。ＭＺＩ型回路３３１ａおよびＭＺＩ型回路３３２ａは、ＭＺＩ型回路３４１ａと従属接続されている。ＭＺＩ型回路３４１ａはＭＺＩ型回路３５１ａと従属接続されている。並列に配置されたＭＺＩ型回路３３１ａおよび３３２ａを１段目とし、ＭＺＩ型回路３４１ａを２段目とし、ＭＺＩ型回路３５１ａを３段目とする。ＭＺＩ型回路３５１ａを通過することでよりフィルタ形状を高矩形化するために配置されている。
　各ＭＺＩ型回路において２つのカプラーを結合する２本の導波路には、光路長差ΔＬが付与されている。光路長差を有するＭＺＩ型回路を非対称ＭＺＩ型回路とも称する。
　Ｌａｎｅ０に対応するＬＤ１０２－０から導波路３２１－０に入射された信号光λ０は、１段目のＭＺＩ型回路３３１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路を通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力のうちの下側から出力される。Ｌａｎｅ２に対応するＬＤ１０２－２から導波路３２１－１に入射された信号光λ２は、１段目のＭＺＩ３３１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力のうちの下側から出力される。信号光λ０および信号光λ２はそれぞれ、２段目のＭＺＩ型回路３４１ａへ入力される。信号光λ０は、ＭＺＩ型回路３４１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波および分岐されて２つ出力から出力される。信号光λ２も、信号光λ０と同様に、２段目のＭＺＩ型回路３４１ａの２本の導波路通って出力側のカプラーで合波および分岐されて２つ出力から出力される。さらに、信号光λ０および信号光λ２はそれぞれ、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａへ入力される。信号光λ０は、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力の上側から出力される。信号光λ２も、信号光λ０と同様に、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力の上側から出力される。
　Ｌａｎｅ１に対応するＬＤ１０２－１から導波路３２１－２に入射された信号光λ１は、１段目のＭＺＩ型回路３３２ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力のうちの上側から出力される。Ｌａｎｅ３に対応するＬＤ１０２－３から導波路３２１－３に入射された信号光λ３は、１段目のＭＺＩ３３２ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力のうちの上側から出力される。信号光λ１および信号光λ３はそれぞれ、２段目のＭＺＩ型回路３４１ａへ入力される。信号光λ１は、ＭＺＩ型回路３４１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波および分岐されて２つ出力から出力される。信号光λ３も、信号光λ１と同様に、２段目のＭＺＩ型回路３４１ａの２本の導波路通って出力側のカプラーで合波および分岐されて２つ出力から出力される。さらに、信号光λ１および信号光λ３はそれぞれ、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａへ入力される。信号光λ１は、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力の上側から出力される。信号光λ３も、信号光λ１と同様に、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力の上側から出力される。
　このようにして、合波回路３０３へ入射した信号光λ０からλ３は合波されて、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａの出力側のカプラーの２つ出力の上側から出力される。なお、本実施形態においては、カプラー３７１において合波回路３０３で合波された信号光の一部がパワーモニター用に分岐され、残りが導波路３６１を通って出力導波路１１２へ結合するように構成している。
　図３に示すラティスフィルタ２１３は、合波回路３０３とカプラー３７１を介して接続された分波回路３７０を含む。分波回路３７０は、合波回路３０３で合波した光の一部を再び４つの波長ごとに分離してモニターＰＤでパワーを測定できるようにするために設けられている。分波回路３７０の構成は、合波回路３０３の構成と同じである。分波回路３７０は、カプラー３７１を中心にして、合波回路３０３と点対称に配置されている。このように分波回路３７０を配置することで、一度合波した光を再度λ０、λ１、λ２、λ３の信号に分離することができ、ＭＺＩ型回路３３１ｂの出力側のカプラーおよびＭＺＩ型回路３３２ｂの出力側のカプラー（それぞれＭＺＩ型回路３３１ａの入力側のカプラーおよびＭＺＩ型回路３３２ａの入力側のカプラーに対応する）に接続した出力導波路３８１－０から３８１－３を介してＰＬＣ（チップ）の端面から取り出すことができる。モニターＰＤ２０５－０から２０５－３の配置順序を変更する場合は。ラティスフィルタ２１３の導波路３８１とモニターＰＤ２０５との間を結合する交差導波路を用いてもよい。
　モニターＰＤ２０５は、ＬＤ１０２が出射する信号光のパワー変動を読み取るためのものであるので、カプラー３７１の分岐比は、例えばＭＰＤ２９５へ伝わる信号光のパワーが合波された信号光のパワーのごく一部（たとえば２％等）を分岐できるように設定すればよい。
　図４は、本開示の一実施形態に係る平面光波回路型ラティスフィルタの概略構成を示す図である。図４は、図３を参照して説明した合波回路３０３とカプラー３７１を介して接続された分波回路３７０を含むラティスフィルタ２１３の配置例を示している。ラティスフィルタ２１３を構成する多段に縦続接続された複数のＭＺＩ型回路を直線状に配置すると全体の回路長が長くなってしまう。図４に示すように、とぐろを巻くように配置することで省スペースに収容することができ、チップ（ＰＬＣ）の小型化が可能である。なお、合波回路３０３および分波回路３７０のうちの少なくとも一方がとぐろを巻くように配置した場合、直線状に配置する場合に比べて全体の回路長を短くすることができ、チップの小型化が可能となる。
　上述した４ｃｈ構成の光送信モジュールにおいて、波長が異なる４ｃｈの信号光（λ０からλ３）を合波する合波回路３０３は、少なくとも３個のＭＺＩ型回路を少なくとも２段に縦列に接続する必要がある。波長が異なるＮ（２以上）ｃｈの信号光（λ０、・・・λ（Ｎ－１））を合波する場合は、合波回路３０３は、特許文献３に提案されているように少なくともＮ－１個のＭＺＩ型回路を多段に縦列接続してラティスフィルタを構成すればよい。またラティスフィルタのＭＺＩ型回路をさらに縦続接続することによってフィルタ形状の矩形度を高めることができる。
　（第２の実施形態）
　図５を参照して、本開示の第２の実施形態に係る平面光波回路型ラティスフィルタおよび光送信モジュールを説明する。図５は、ラティスフィルタ５１３の概略構成を示す図である。図３および図４に示すラティスフィルタ２１３の代替としてラティスフィルタ５１３を用いて、図２に示す光送信モジュール２００を構成することができる。
　図５に示すラティスフィルタ５１３は、合波回路５０３とカプラー３７１を介して接続された分波回路５７０とを備える。合波回路５０３は、ＭＺＩ型回路３５１ａを有していない点で、図３に示す合波回路３０３と異なる。また、分波回路５７０は、ＭＺＩ型回路３５１ｂを有していない点で、図３に示す分波回路３７０と異なる。ラティスフィルタ５１３を構成するＭＺＩ型回路の構成は、図３に示す分波回路３７０と同様であるので、詳細な説明は省略する。図５に示すラティスフィルタ５１３もまた、図４に示すようにとぐろを巻くように配置することで省スペースに収容することができ、チップ（ＰＬＣ）の小型化が可能である。
　ラティスフィルタ５１３は、ＭＺＩ型回路３５１ａおよびＭＺＩ型回路３５１ｂが従属接続されていないため、ラティスフィルタ２１３と比べてフィルタ形状の矩形度は劣るが、従属接続するＭＺＩ型回路の数が少ない分だけ損失の低減化と回路長の短尺化が可能である。
　（第３の実施形態）
　図６を参照して、本開示の第３の実施形態に係る平面光波回路型ラティスフィルタおよび光送信モジュールを説明する。図６は、ラティスフィルタ６１３の概略構成を示す図である。図３および図４に示すラティスフィルタ２１３の代替としてラティスフィルタ６１３を用いて、図２に示す光送信モジュール２００を構成することができる。
　図６に示すラティスフィルタ６１３は、合波回路６０３とカプラー３７１を介して接続された分波回路６７０とを備える。合波回路６０３は、ＭＺＩ型回路３５１ａに従属接続された４段目のＭＺＩ型回路６６１ａを有している点で、図３に示す合波回路３０３と異なる。また、分波回路６７０は、ＭＺＩ型回路３５１ｂと従属接続されたＭＺＩ型回路６６１ｂを有している点で、図３に示す分波回路３７０と異なる。
　ラティスフィルタ６１３の合波回路６０３において、信号光λ０は、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波および分岐されて２つ出力から出力される。信号光λ２も、信号光λ０と同様に、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波および分岐されて２つ出力される。さらに、信号光λ０および信号光λ２はそれぞれ、４段目のＭＺＩ型回路６６１ａへ入力される。信号光λ０は、４段目のＭＺＩ型回路６６１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力の上側から出力される。信号光λ２も、信号光λ０と同様に、４段目のＭＺＩ型回路６６１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力の上側から出力される。
　ラティスフィルタ６１３の合波回路６０３において、信号光λ１は、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波および分岐されて２つ出力から出力される。信号光λ３も、信号光λ１と同様に、３段目のＭＺＩ型回路３５１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波および分岐されて２つ出力される。さらに、信号光λ１および信号光λ３はそれぞれ、４段目のＭＺＩ型回路６６１ａへ入力される。信号光λ１は、４段目のＭＺＩ型回路６６１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力の上側から出力される。信号光λ３も、信号光λ１と同様に、４段目のＭＺＩ型回路６６１ａの入力側のカプラーで２分岐されて、２本の導波路通って出力側のカプラーで合波されて２つ出力の上側から出力される。
　このようにして、合波回路６０３へ入射した信号光λ０からλ３は合波されて、４段目のＭＺＩ型回路６６１ａの出力側のカプラーの２つ出力の上側から出力される。なお、本実施形態においては、カプラー３７１において合波回路６０３で合波された信号光の一部がパワーモニター用に分岐され、残りが導波路３６１を通って出力導波路１１２へ結合するように構成している。
　図６に示すラティスフィルタ６１３は、合波回路６０３とカプラー３７１を介して接続された分波回路６７０を含む。分波回路６７０は、合波回路３０３で合波した光の一部を再び４つの波長ごとに分離してモニターＰＤでパワーを測定できるようにするために設けられている。分波回路６７０の構成は、合波回路６０３の構成と同じである。分波回路３７０は、カプラー３７１を中心にして、合波回路３０３と点対称に配置されている。この点は、図３を上述したので説明を省略する。
　図６に示すラティスフィルタ６１３もまた、図４に示すようにとぐろを巻くように配置することで省スペースに収容することができ、チップ（ＰＬＣ）の小型化が可能である。
　図６に示すラティスフィルタ６１３は、図３に示すラティスフィルタ２１３および図４に示すラティスフィルタ４１３に比べ、スペクトルの透過幅を広げ、波長精度のマージンなどの光送信モジュールの製造マージンを緩和し得るものである。
　ラティスフィルタ６１３の合波回路６０３においてＭＺＩ型回路を従属接続する段数を増やすことによってフィルタの矩形度を高めることが可能である。
　本開示よれば、損失が小さく、フィルタ形状の矩形度が高い平面光波回路型を提供することが可能になる。または、本開示によれば、小型の平面光波回路型を提供することが可能になる。または、本開示によれば、部品点数を削減できる平面光波回路型を提供することが可能となる。
　１００、２００　光送信モジュール
　１０１　台座
　１０２　レーザダイオード
　１０３、１２２　レンズ
　１０４　ビームスプリッタ
　１０５、２０５　モニターＰＤ
　１０６　アイソレーター
　１０７　パッケージ
　１０８　電気回路
　１０９　ＴＥＣ
　１１０、２１０　ＰＬＣ
　１１１　入力導波路
　１１２　出力導波路
　１１３　アレイ導波路回折格子
　１２０　光ファイバ
　１２１　スリーブ
　２１３、５１３、６１３　ラティスフィルタ
　３０３、５０３、６０３　合波回路
　３７０、５７０、６７０　分波回路
　３２１、３６１、３８１　導波路
　３３１、３３２、３４１、３５１　ＭＺＩ型回路
　３７１　カプラー

Claims (7)

  1. 　波長の異なる複数の信号光を合波するための平面光波回路型ラティスフィルタであって、
    　前記複数の信号光を入力する複数の入力導波路と、
    　前記複数の信号光を合波する合波回路と、
    　合波した信号を出力する少なくとも１個の出力導波路と
    を備え、
    　前記合波回路は、複数段に従属接続された非対称ＭＺＩ型回路を有し、
    　前記非対称ＭＺＩ型回路は、
    　　入力側カプラーと、
    　　出力側カプラーと、
    　　前記入力側カプラーの出力と前記出力側カプラーの入力とを接続する、光路長差が付与された２個の導波路と
    を含み、
    　前記複数の入力導波路は２個ずつ、１段目に配置された非対称ＭＺＩ型回路の入力側カプラーの入力と接続されており、
    　最終段に配置された１個の非対称ＭＺＩ型回路の出力側カプラーから出力される前記複数の信号光を合波した信号光が、前記出力導波路に結合するように構成されている、平面光波回路型ラティスフィルタ。
  2. 　前記最終段に配置された１個の非対称ＭＺＩ型回路の入力側カプラーの入力と最終段の１つ前の段に配置された１個の非対称ＭＺＩ型回路の出力側カプラーの出力とが接続されている、請求項１に記載の平面光波回路型ラティスフィルタ。
  3. 　１個の入力と２個の出力とを有するカプラーと、
    　分波回路と
    をさらに備え、
    　前記カプラーの１個の入力は、前記合波回路における前記最終段に配置された１個の非対称ＭＺＩ型回路の出力側カプラーの２個の出力のいずれかと接続されており、
    　前記カプラーの２個の出力のうちの一方の出力が前記出力導波路と接続されており、他方の出力が前記分波回路に接続されており、
    　前記分波回路は、前記カプラーを中心に前記合波回路と点対称に構成されており、
    　前記分波回路は、前記合波回路が合波した信号を前記波長の異なる複数の信号光に分波して出力する、請求項１または２に記載の平面光波回路型ラティスフィルタ。
  4. 　前記合波回路が有する複数段に従属接続された非対称ＭＺＩ型回路および前記分波回路が有する複数段に従属接続された非対称ＭＺＩ型回路の少なくとも一方がとぐろを巻くように配置されている、請求項３に記載の平面光波回路型ラティスフィルタ。
  5. 　石英平面光波回路である、請求項４に記載の平面光波回路型ラティスフィルタ。
  6. 　光通信用に用いられる光送信モジュールであって、
    　請求項３に記載の平面光波回路型ラティスフィルタと、
    　前記波長の異なる複数の信号光を出力する複数の光源と、
    　光ファイバと
    を備え、
    　前記出力導波路を導波した前記複数の信号光を合波した信号光が、前記光ファイバに結合されるように構成された、光送信モジュール。
  7. 　前記分波回路によって前記合波回路が合波した信号から分波された前記波長の異なる複数の信号光が結合する複数の導波路と、
    　前記波長の異なる複数の信号光を受光する複数の受光素子と
    をさらに備え、
    　前記複数の受光素子は、前記合波回路が形成された基板の端面に配置され、前記複数の導波路を介して、前記波長の異なる複数の信号光を受光する、請求項６に記載の光送信モジュール。
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