JP2013029546A - Optical dispersion compensator - Google Patents

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Takayuki Mizuno
隆之 水野
Hiroshi Takahashi
浩 高橋
Yuichiro Ikuma
雄一郎 伊熊
Hiroyuki Tsuda
裕之 津田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Keio University
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Keio University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical dispersion compensator capable of reducing the radiation loss in an optical dispersion compensator.SOLUTION: The optical dispersion compensator includes: a core in which plural slab waveguides and plural array waveguides are alternately connected to each other in series so that one end is a slab waveguide and the other end is an array waveguide, the slab waveguide at the one end is connected to an input waveguide and an output waveguide, and the array waveguide at the other end is connected to a reflector, and a lens type space phase modulator is disposed inside the slab waveguides other than the slab waveguide at the one end; and a clad laminated over the top and bottom surfaces of the core. The lens type space phase modulator is formed by filling a groove, which goes through the core and the clad, with a transparent resin, at least one of the front and rear surfaces is formed in a concave lens, and the lens is an asymmetric lens which has a different curvature in the front and rear surfaces.

Description

本発明は、光通信ネットワークノードにおける分散補償回路に適用して有効な光分散補償器に関する。   The present invention relates to an optical dispersion compensator effective when applied to a dispersion compensation circuit in an optical communication network node.

従来の反射型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型光分散補償器の構造を図６に示す。図６に示すように、従来のＡＷＧ型光分散補償器は、石英またはシリコンからなる基板６１４上に、石英からなるクラッド６１２、コア６１３が積層されて構成される。コア６１３は、３種類のＡＷＧで構成することができる。ここでは、必要に応じて一つのスラブ導波路を便宜的に２つの部分に分けて説明しており、ＡＷＧ１からＡＷＧ３のそれぞれにおける第１、第２のスラブ導波路をｉＡ、ｉＢと示している（ｉ＝１、２、３）。   The structure of a conventional reflection type arrayed waveguide diffraction grating (AWG) type optical dispersion compensator is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the conventional AWG type optical dispersion compensator is configured by laminating a clad 612 made of quartz and a core 613 on a substrate 614 made of quartz or silicon. The core 613 can be composed of three types of AWG. Here, for convenience, one slab waveguide is divided into two parts for convenience, and the first and second slab waveguides in AWG1 to AWG3 are indicated as iA and iB, respectively. (I = 1, 2, 3).

ＡＷＧ１は、入力導波路６０１（ａ）と、出力導波路６０１（ｂ）と、スラブ導波路１Ａ（６０２）と、第１アレイ導波路６０３と、スラブ導波路１Ｂ（６０４）とを備えた構成とされる。スラブ導波路１Ｂ（６０４）の終端部の内部には空間位相変調器６０５が設置される。また、第１アレイ導波路６０３は、導波路間の光路差がΔＬ1となる長さに設定されている。 The AWG 1 includes an input waveguide 601 (a), an output waveguide 601 (b), a slab waveguide 1A (602), a first array waveguide 603, and a slab waveguide 1B (604). It is said. A spatial phase modulator 605 is installed inside the terminal portion of the slab waveguide 1B (604). The first arrayed waveguide 603 is set to a length such that the optical path difference between the waveguides becomes ΔL 1 .

ＡＷＧ２は、ＡＷＧ１の後段に配置され、任意の数だけ設けることができる。図示の例では１つだけ配置した場合を例に挙げて説明している。ＡＷＧ２の個数をｎで表すと、ｎ＝０でもよい。すなわち、ＡＷＧ２は完全に省いてもよい。ＡＷＧ２は、スラブ導波路２Ａ（６０６）と、第ｋ＋１アレイ導波路６０７と、スラブ導波路２Ｂ（６０８）と、スラブ導波路２Ｂ（６０８）の内部に設置された空間位相変調器６０５とを有している。なお、ｋはＡＷＧ２の個数に応じた１からｎまでの整数である。また、第ｋ＋１アレイ導波路６０７は、導波路間の光路差がΔＬ1の２倍であるΔＬ2となる長さに設定されている。すなわち、第ｋ＋１アレイ導波路６０７の回折次数は、第１アレイ導波路６０３の２倍となるように設定されている。 AWG2 is arranged in the subsequent stage of AWG1 and can be provided in any number. In the illustrated example, a case where only one is arranged is described as an example. When the number of AWGs 2 is represented by n, n = 0 may be used. That is, AWG2 may be omitted completely. The AWG 2 includes a slab waveguide 2A (606), a (k + 1) th array waveguide 607, a slab waveguide 2B (608), and a spatial phase modulator 605 installed inside the slab waveguide 2B (608). doing. Note that k is an integer from 1 to n corresponding to the number of AWGs 2. In addition, the (k + 1) th array waveguide 607 is set to a length such that the optical path difference between the waveguides becomes ΔL 2 which is twice as large as ΔL 1 . That is, the diffraction order of the (k + 1) th array waveguide 607 is set to be twice that of the first array waveguide 603.

ＡＷＧ３は、ＡＷＧ２の後段に接続される。ただしｎ＝０のときは、ＡＷＧ１の後段にＡＷＧ２を介さずＡＷＧ３が接続される。ＡＷＧ３は、スラブ導波路６０９と、第ｎ＋２アレイ導波路６１０と、反射ミラー６１１とを有している。ＡＷＧ３は、反射型ＡＷＧであり、同一のスラブ導波路６０９がスラブ導波路３Ａ、３Ｂとして機能する。また、第ｎ＋２アレイ導波路６１０は、導波路間の光路差がΔＬ2／２となる長さに設定されている。すなわち、第ｎ＋２アレイ導波路６１０を往復したときに第ｋ＋１アレイ導波路６０７と同じ長さとなるように設定されている。 The AWG 3 is connected to the subsequent stage of the AWG 2. However, when n = 0, the AWG 3 is connected to the subsequent stage of the AWG 1 without using the AWG 2. The AWG 3 includes a slab waveguide 609, an (n + 2) th array waveguide 610, and a reflection mirror 611. The AWG 3 is a reflective AWG, and the same slab waveguide 609 functions as the slab waveguides 3A and 3B. Further, the n + 2 array waveguide 610, an optical path difference between the waveguides is set to a length which is a [Delta] L 2/2. That is, the length is set to be the same as that of the (k + 1) th array waveguide 607 when reciprocating through the (n + 2) th array waveguide 610.

図６の光分散補償器の動作を簡単に説明すれば以下の通りである。光パルスはまずＡＷＧ１により、スラブ導波路１Ｂ（６０４）の終端付近に空間的に周波数展開される。各周波数成分の波面は空間位相変調器６０５により傾けられ、伝播方向が制御される。次に各周波数成分は、ＡＷＧ２を通過するが、ＡＷＧ２はＡＷＧ１の２倍の回折次数を持つ、すなわち２倍の光路長差を持つ。したがって、ＡＷＧ２のアレイ導波路のちょうど中間地点においてはＡＷＧ１で分光された光が合波されている。すなわち、各波長成分の波面の向きが一致している。そして、アレイ導波路の後半部分で再びΔＬ１の光路長差によって波長ごとに波面が制御される。したがって、各波長成分は、スラブ導波路２Ｂ（６０８）の終端付近に再び空間的に展開される。ここでも各スペクトル成分は６０５によって位相変調を受ける。これをＡＷＧ２の段数分繰り返し、次に光はＡＷＧ３を通過する。ＡＷＧ３は、反射によって伝播方向を逆転させ、往路と同じ位置に光を集光する。その後光はＡＷＧ２を逆方向へ伝播し、最後にＡＷＧ１を通過する。ＡＷＧ１はすべてのスペクトル成分を単一の出力導波路へ出力する回折特性を持ち、各成分は合波され、最終的に分散が補償された光パルスが出力導波路６０１（ｂ）から得られる。分散値は、空間位相変調器６０５による光ビームの方向制御によって決定する。   The operation of the optical dispersion compensator of FIG. 6 will be briefly described as follows. First, the optical pulse is spatially expanded by the AWG 1 near the end of the slab waveguide 1B (604). The wavefront of each frequency component is tilted by the spatial phase modulator 605 to control the propagation direction. Next, each frequency component passes through AWG2, and AWG2 has a diffraction order twice that of AWG1, that is, has an optical path length difference twice that of AWG1. Therefore, the light split by AWG 1 is multiplexed at the midpoint of the array waveguide of AWG 2. That is, the direction of the wave front of each wavelength component is the same. Then, the wavefront is controlled for each wavelength again by the optical path length difference of ΔL1 in the latter half of the arrayed waveguide. Accordingly, each wavelength component is spatially developed again near the end of the slab waveguide 2B (608). Again, each spectral component is phase modulated by 605. This is repeated for the number of stages of AWG2, and then light passes through AWG3. The AWG 3 reverses the propagation direction by reflection and collects light at the same position as the forward path. Thereafter, the light propagates through AWG2 in the reverse direction and finally passes through AWG1. The AWG 1 has a diffraction characteristic in which all spectral components are output to a single output waveguide. Each component is combined, and finally an optical pulse whose dispersion is compensated is obtained from the output waveguide 601 (b). The dispersion value is determined by controlling the direction of the light beam by the spatial phase modulator 605.

図７は、図６とは別の構成の従来例である。これは、図６の構成において、アレイ導波路の中間に反射面を位置させる構成に代えて、スラブ導波路の中間に反射面を位置させたものである。言い換えると、ＡＷＧ２の終端部分に反射ミラーがあり、ＡＷＧ３は存在しない構成である。動作原理は図６のものと同じである。   FIG. 7 shows a conventional example having a configuration different from that of FIG. In the configuration of FIG. 6, the reflective surface is positioned in the middle of the slab waveguide instead of the configuration in which the reflective surface is positioned in the middle of the arrayed waveguide. In other words, there is a configuration in which there is a reflection mirror at the end portion of AWG 2 and AWG 3 does not exist. The operating principle is the same as that of FIG.

図６、図７に示された光分散補償器は、非特許文献１で提案されたものである。また、非特許文献２に記載された装置は、図６においてｎ＝０とした構成の光分散補償器の従来例である。   The optical dispersion compensator shown in FIGS. 6 and 7 was proposed in Non-Patent Document 1. The apparatus described in Non-Patent Document 2 is a conventional example of an optical dispersion compensator having a configuration in which n = 0 in FIG.

空間位相変調器６０５は、図６（ｂ）に示すように、コア６１３を貫き下部のクラッド６１２に達するよう掘られたレンズ型の溝６０５に透明樹脂を充填して作成される。厚いレンズを用いると放射損失が大きくなるため、これを避ける目的でレンズは分割され、表裏が同じ曲率とされた薄いレンズが複数枚用いられる。この構造を図８に示す。レンズ中心幅をｗ0、レンズ端の最大幅をｗ1とする。レンズ中心部におけるレンズ同士のセパレーションをｃ２、レンズ外縁部におけるそれをｄ２とする。ｗ1−ｗ0が大きいほどレンズ１枚あたりの位相変調量は大きくなる。ひとつのレンズで基板に垂直な方向に放射された光のうち一部は、次のレンズにおいて導波モードに結合するため、レンズ群による損失は、個々のレンズの放射損の単純和にはならない。レンズ中心部を通る光の放射損失が最小となるよう、レンズ間隔ｃが最適化される。 As shown in FIG. 6B, the spatial phase modulator 605 is formed by filling a lens-shaped groove 605 that penetrates the core 613 and reaches the lower cladding 612 with a transparent resin. When a thick lens is used, radiation loss increases. Therefore, in order to avoid this, the lens is divided, and a plurality of thin lenses having the same curvature are used. This structure is shown in FIG. The center width of the lens is w 0 and the maximum width of the lens end is w 1 . Let c2 be the separation between the lenses at the center of the lens, and d2 be the lens outer edge. The larger the w 1 −w 0 is, the larger the amount of phase modulation per lens is. Since part of the light emitted in the direction perpendicular to the substrate by one lens is coupled to the waveguide mode in the next lens, the loss due to the lens group is not a simple sum of the radiation loss of individual lenses. . The lens interval c is optimized so that the radiation loss of light passing through the center of the lens is minimized.

Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ，Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ，Ｍ．Ａ．Ｃａｐｐｕｚｚｏ，Ａ．Ｗｏｎｇ−Ｆｏｙ，Ｅ．Ｙ．Ｃｈｅｎ，ａｎｄＬ．Ｔ．Ｇｏｍｅｚ，“Ｆｏｕｒ−Ｓｔａｇｅ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ−Ｔｙｐｅ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｋｎｏｂ Ｃｏｎｔｒｏｌ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１７，ｎｏ．１２，Ｄｅｃ．２００５．C. R. Doerr, S .; Chandrasekhar, M .; A. Cappuzzo, A.M. Wong-Foy, E .; Y. Chen, and L. T.A. Gomez, “Four-Stage Mach-Zehnder-Type Tunable Optical Displacement Compensator With Single-Knob Control,” IEEE Photon. Technol. Lett. , Vol. 17, no. 12, Dec. 2005. Ｙ．Ｉｋｕｍａ，Ｔ．Ｍｉｚｕｎｏ，Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ａｎｄ Ｈ．Ｔｓｕｄａ，“Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ−Ｆｒｅｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−Ｔｙｐｅ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｃａｓｃａｄｅｄ Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇｓ，”Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２０１０，Ｗｅ．８．Ｅ．７，Ｔｏｒｉｎｏ，Ｉｔａｌｙ，Ｓｅｐ．２２ｎｄ，２０１０．Y. Ikuma, T .; Mizuno, H.M. Takahashi, and H.K. Tsuda, “Circulator-Free Reflection-Type Tunable Optical Dispersion Compensator Using Cascaded Arraying-Waveguide Coordinates,” European Contest. 8). E. 7, Torino, Italy, Sep. 22nd, 2010.

しかしながら、従来のレンズ形状では、レンズ中心部のみにおいて放射損失が最小化されているため、中心から外れたところを通る光の放射損失が大きいという問題があった。   However, in the conventional lens shape, the radiation loss is minimized only at the center of the lens, and thus there is a problem that the radiation loss of light passing through the center is large.

そこで本発明では、上記問題に鑑み、曲率が表面と裏面で異なるレンズを利用することで放射損失を低減することができることを見出し本発明に至った。   In view of the above problems, the present invention has found that radiation loss can be reduced by using lenses having different curvatures on the front surface and the back surface, and has led to the present invention.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載された本発明は、一端がスラブ導波路であり他端がアレイ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、前記一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のアレイ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えた光分散補償器であって、前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、表裏の少なくとも一面が凹レンズに形成され、表裏の曲率が異なる非対称レンズであることを特徴とする光分散補償器である。   In order to solve the above-described problem, the present invention described in claim 1 includes a plurality of slab waveguides and a plurality of arrayed waveguides such that one end is a slab waveguide and the other end is an arrayed waveguide. Are connected in cascade, an input waveguide and an output waveguide are connected to the slab waveguide at one end, and a reflector is connected to the array waveguide at the other end, so that a slab waveguide other than the slab waveguide at the one end is connected. An optical dispersion compensator comprising: the core in which a lens-type spatial phase modulator is disposed inside a waveguide; and a clad laminated above and below the core, wherein the lens-type spatial phase modulator is the core The light dispersion compensator is provided by filling a groove penetrating the clad with a transparent resin, wherein at least one surface of the front and back surfaces is formed as a concave lens, and the curvature of the front and back surfaces is different.

請求項２に記載された発明は、両端がスラブ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のスラブ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えた光分散補償器であって、前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、表裏の少なくとも一面が凹レンズ形状とされ、表裏の曲率が異なる非対称レンズであることを特徴とする光分散補償器である。   In the invention described in claim 2, a plurality of slab waveguides and a plurality of arrayed waveguides are alternately connected in cascade so that both ends are slab waveguides, and an input waveguide and an output are connected to the slab waveguide at one end. A core connected with a waveguide and a reflector connected to the slab waveguide at the other end, and a lens-type spatial phase modulator disposed inside a slab waveguide other than the slab waveguide at the one end; An optical dispersion compensator comprising a clad laminated on top and bottom of a core, wherein the lens type spatial phase modulator is provided by filling a groove penetrating the core and the clad with a transparent resin, An optical dispersion compensator, wherein at least one surface is an asymmetric lens having a concave lens shape and different curvatures on the front and back sides.

請求項３に記載された発明は、請求項１または２に記載の光分散補償器において、前記空間位相変調器は、レンズ中心部とレンズ外縁部とでレンズ幅が異なり、該レンズ幅に応じて放射損が最小になるようにレンズ中心部の溝間隔と外縁部の溝間隔が異なる値に設定されていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the optical dispersion compensator according to the first or second aspect, the spatial phase modulator has a lens width that is different between a lens center portion and a lens outer edge portion, and is in accordance with the lens width. Therefore, the groove interval at the center of the lens and the groove interval at the outer edge are set to different values so that the radiation loss is minimized.

本発明は、従来型構成に比べ、レンズ部分での狭帯域化を抑制できるため、チャネル内透過帯域幅が広がる効果を奏する。   Since the present invention can suppress the narrowing of the bandwidth in the lens portion as compared with the conventional configuration, it has the effect of widening the in-channel transmission bandwidth.

第１の実施形態の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reflection type AWG type | mold optical dispersion compensator of 1st Embodiment. 図１の光分散補償器における空間位相変調器１０５のレンズ配置図である。FIG. 2 is a lens arrangement diagram of a spatial phase modulator 105 in the optical dispersion compensator of FIG. 1. 非対称レンズを用いることにより、レンズを通る光の損失を低減できる理由を説明する図である。It is a figure explaining the reason which can reduce the loss of the light which passes along a lens by using an asymmetrical lens. レンズを通過するときの光の透過率を従来型と本発明のものとを比べた図である。It is the figure which compared the transmittance | permeability of the light at the time of passing a lens with the thing of this invention. 第２の実施形態の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reflection type AWG type | mold optical dispersion compensator of 2nd Embodiment. 従来の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the conventional reflection type AWG type | mold optical dispersion compensator. 従来の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the structure of the conventional reflection type AWG type | mold optical dispersion compensator. 従来の光分散補償器における空間位相変調器のレンズ配置図である。It is a lens arrangement diagram of a spatial phase modulator in a conventional optical dispersion compensator.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.

［第１の実施形態］
図１は、本実施形態の反射型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型光分散補償器の構造を示す図である。図１（ａ）はコア部分を構成する導波路の配置を示す図であり、図１（ｂ）は光分散補償器における各層の配置を示す図である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態のＡＷＧ型光分散補償器は、石英またはシリコンからなる基板１１４上に、石英からなるクラッド１１２、コア１１３が積層されて構成される。コア１１３は、図１（ａ）に示すように、３種類のＡＷＧで構成することができる。ここでは、必要に応じて一つのスラブ導波路を便宜的に２つの部分に分けて説明しており、ＡＷＧ１からＡＷＧ３のそれぞれにおける第１、第２のスラブ導波路をｉＡ、ｉＢと示している（ｉ＝１、２、３）。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing the structure of a reflection type arrayed waveguide diffraction grating (AWG) type optical dispersion compensator of this embodiment. FIG. 1A is a diagram showing the arrangement of the waveguides constituting the core portion, and FIG. 1B is a diagram showing the arrangement of each layer in the optical dispersion compensator. As shown in FIG. 1B, the AWG type optical dispersion compensator of this embodiment is configured by laminating a clad 112 made of quartz and a core 113 on a substrate 114 made of quartz or silicon. As shown in FIG. 1A, the core 113 can be composed of three types of AWGs. Here, for convenience, one slab waveguide is divided into two parts for convenience, and the first and second slab waveguides in AWG1 to AWG3 are indicated as iA and iB, respectively. (I = 1, 2, 3).

ＡＷＧ１は、入力導波路１０１（ａ）と、出力導波路１０１（ｂ）と、スラブ導波路１Ａ（１０２）と、第１アレイ導波路１０３と、スラブ導波路１Ｂ（１０４）とを備えた構成とされる。スラブ導波路１Ｂ（１０４）の終端部の内部には空間位相変調器１０５が設置される。空間位相変調器１０５は、図１（ｂ）に示すように、上部側のクラッド１１２からコア１１３を貫き、下部側のクラッド１１２に達するよう掘られたレンズ型の溝に透明樹脂を充填して作成される。空間位相変調器１０５の溝は、基板１１４まで達するように掘られてもよい。また、第１アレイ導波路１０３は、導波路間の光路差がΔＬ1となる長さに設定されている。 The AWG 1 includes an input waveguide 101 (a), an output waveguide 101 (b), a slab waveguide 1A (102), a first array waveguide 103, and a slab waveguide 1B (104). It is said. A spatial phase modulator 105 is installed inside the terminal portion of the slab waveguide 1B (104). As shown in FIG. 1 (b), the spatial phase modulator 105 is filled with a transparent resin in a lens-shaped groove that penetrates the core 113 from the upper clad 112 and reaches the lower clad 112. Created. The groove of the spatial phase modulator 105 may be dug so as to reach the substrate 114. The first arrayed waveguide 103 is set to a length such that the optical path difference between the waveguides becomes ΔL 1 .

ＡＷＧ２は、ＡＷＧ１の後段に配置され、任意の数だけ設けることができる。図示の例では１つだけ配置した場合を例に挙げて説明している。ＡＷＧ２の個数をｎで表すと、ｎ＝０でもよい。すなわち、ＡＷＧ２は完全に省いてもよい。図１において、ＡＷＧ２は個数可変であることを示すために破線で囲んで示してある。ＡＷＧ２は、スラブ導波路２Ａ（１０６）と、第ｋ＋１アレイ導波路１０７と、スラブ導波路２Ｂ（１０８）と、スラブ導波路２Ｂ（１０８）の内部に設置された空間位相変調器１０５とを備えた構成とされる。なお、ｋはＡＷＧ２の個数に応じた１からｎまでの整数である。また、第ｋ＋１アレイ導波路１０７は、導波路間の光路差がΔＬ1の２倍であるΔＬ2となる長さに設定されている。すなわち、第ｋ＋１アレイ導波路１０７の回折次数は、第１アレイ導波路１０３の２倍となるように設定されている。 AWG2 is arranged in the subsequent stage of AWG1 and can be provided in any number. In the illustrated example, a case where only one is arranged is described as an example. When the number of AWGs 2 is represented by n, n = 0 may be used. That is, AWG2 may be omitted completely. In FIG. 1, AWG 2 is shown surrounded by a broken line to indicate that the number is variable. The AWG 2 includes a slab waveguide 2A (106), a (k + 1) th array waveguide 107, a slab waveguide 2B (108), and a spatial phase modulator 105 installed inside the slab waveguide 2B (108). The configuration is Note that k is an integer from 1 to n corresponding to the number of AWGs 2. Further, the (k + 1) th array waveguide 107 is set to have a length such that the optical path difference between the waveguides becomes ΔL 2 which is twice as large as ΔL 1 . That is, the diffraction order of the (k + 1) th array waveguide 107 is set to be twice that of the first array waveguide 103.

ＡＷＧ３は、ＡＷＧ２の後段に接続される。ただしｎ＝０のときは、ＡＷＧ１の後段にＡＷＧ２を介さずＡＷＧ３が接続される。ＡＷＧ３は、スラブ導波路１０９と、第ｎ＋２アレイ導波路１１０と、反射ミラー１１１とを備えた構成とされる。ＡＷＧ３は、反射型ＡＷＧであり、同一のスラブ導波路１０９がスラブ導波路３Ａ、３Ｂとして機能する。また、第ｎ＋２アレイ導波路１１０は、導波路間の光路差がΔＬ2／２となる長さに設定されている。すなわち、第ｎ＋２アレイ導波路１１０を往復したときに第ｋ＋１アレイ導波路１０７と同じ長さとなるように設定されている。 The AWG 3 is connected to the subsequent stage of the AWG 2. However, when n = 0, the AWG 3 is connected to the subsequent stage of the AWG 1 without using the AWG 2. The AWG 3 includes a slab waveguide 109, an (n + 2) th array waveguide 110, and a reflection mirror 111. The AWG 3 is a reflective AWG, and the same slab waveguide 109 functions as the slab waveguides 3A and 3B. Further, the n + 2 array waveguide 110, an optical path difference between the waveguides is set to a length which is a [Delta] L 2/2. That is, the length is set to be the same as that of the (k + 1) th array waveguide 107 when the n + 2 array waveguide 110 is reciprocated.

図１に示す構成の光分散補償器において、分散補償動作の基本原理は従来例と同様である。図１に示す本実施形態の光分散補償器では、空間位相変調器１０５のレンズ形状が従来の光分散補償器とは異なり、表裏の曲率が異なる点に特徴がある。図２に、空間位相変調器１０５のレンズ配置図を示す。空間位相変調器１０５を構成するレンズ（透明樹脂）は、アレイ導波路面を構成する円弧の中心とレンズの中心軸とが同じ高さなるように構成される。ここに示されるように、空間位相変調器１０５のレンズ形状は表面と裏面での曲率が異なる（以下、非対称レンズともいう）。この空間位相変調器１０５は、そのレンズ形状は表裏の少なくとも一面が図６、７に示す従来例と同様に凹レンズであるが、この非対称レンズを用いることにより、レンズを通る光の損失を低減できる。   In the optical dispersion compensator having the configuration shown in FIG. 1, the basic principle of the dispersion compensation operation is the same as that of the conventional example. The optical dispersion compensator of the present embodiment shown in FIG. 1 is characterized in that the lens shape of the spatial phase modulator 105 is different from the conventional optical dispersion compensator and the curvatures of the front and back sides are different. FIG. 2 shows a lens arrangement diagram of the spatial phase modulator 105. The lens (transparent resin) constituting the spatial phase modulator 105 is configured such that the center of the arc constituting the arrayed waveguide surface and the center axis of the lens are the same height. As shown here, the lens shape of the spatial phase modulator 105 has different curvatures on the front surface and the back surface (hereinafter also referred to as an asymmetric lens). The spatial phase modulator 105 is a concave lens, as in the conventional example shown in FIGS. 6 and 7, with at least one surface on the front and back sides. By using this asymmetric lens, the loss of light passing through the lens can be reduced. .

ここで、非対称レンズを用いることにより、レンズを通る光の損失を低減できる理由について説明する。複数の溝を有する導波路を光が伝播するとき、溝部分では縦方向（基板に対し鉛直方向、すなわち図１（ｂ）において紙面上下方向）に光の閉じ込めが無いため、放射損失が発生する。その損失は、溝幅と溝間隔とによって決定され、溝幅が一定のときには溝間隔に依存して増減する。レンズを通る光の損失を低減するために最適な溝間隔を、複数の溝幅について調べた結果を図３（ａ）に示す。図３（ａ）は、溝を複数配置したときにその溝列を通る光の放射損が最小化される溝間隔（中心間隔）を溝幅に対してプロットしたグラフである。最適な溝間隔は、その溝幅において放射損が最小となる溝間隔と考えられる。   Here, the reason why the loss of light passing through the lens can be reduced by using the asymmetric lens will be described. When light propagates through a waveguide having a plurality of grooves, radiation loss occurs because there is no light confinement in the longitudinal direction (vertical direction with respect to the substrate, that is, the vertical direction in FIG. 1B) in the groove portion. . The loss is determined by the groove width and the groove interval, and increases or decreases depending on the groove interval when the groove width is constant. FIG. 3A shows the result of examining the optimum groove interval for a plurality of groove widths in order to reduce the loss of light passing through the lens. FIG. 3A is a graph in which the groove interval (center interval) at which the radiation loss of light passing through the groove row is minimized when a plurality of grooves are arranged is plotted against the groove width. The optimum groove spacing is considered to be the groove spacing at which the radiation loss is minimized at the groove width.

ここで空間位相変調器１０５として図３（ｂ）に示す従来型の対称型レンズを用いる場合について最適な溝間隔について考える。空間位相変調器１０５として対称型レンズを用いた場合、レンズの中心部と外縁部とで溝幅は異なるにもかかわらず、その溝間隔が同じ値になる。すなわち、レンズの外縁部では、レンズ中心部と同じ溝間隔ａでありながら、溝幅はレンズ中心部とは異なる。したがって、レンズの光軸に沿って伝播する光の伝播損失を最小化するようレンズの配置間隔ａを選ぶことで中心波長の損失は低減できるが、レンズの外縁部では、放射損を最小化するように溝間隔が最適化されておらず、中心波長から離れた光の損失は大きい。   Here, an optimum groove interval will be considered when the conventional symmetric lens shown in FIG. 3B is used as the spatial phase modulator 105. When a symmetric lens is used as the spatial phase modulator 105, the groove interval becomes the same value even though the groove width is different between the center portion and the outer edge portion of the lens. That is, in the outer edge portion of the lens, the groove width is different from that of the lens center portion, while having the same groove interval a as that of the lens center portion. Therefore, the loss of the center wavelength can be reduced by selecting the lens arrangement interval a so as to minimize the propagation loss of light propagating along the optical axis of the lens, but the radiation loss is minimized at the outer edge of the lens. Thus, the groove spacing is not optimized, and the loss of light away from the center wavelength is large.

これに対し、本実施形態の光分散補償器のように、空間位相変調器１０５として図３（ｃ）に示す非対称レンズを採用すると、レンズの裏面と表面の曲率の非対称性を調整することで、レンズ中心部の溝間隔ａと外縁部の溝間隔ｂとは異なる値を設定できる。すなわち、レンズ中心だけでなく、外縁部についても溝間隔を自由に調整できるようになる。したがって、レンズのどの位置を伝播する光に対しても、溝幅に合わせた溝間隔に設定することが可能となり、図３（ａ）にあわせた設定することで放射損失を最小化することができる。   On the other hand, when the asymmetric lens shown in FIG. 3C is used as the spatial phase modulator 105 as in the optical dispersion compensator of the present embodiment, the asymmetry of the curvature of the back surface and the front surface of the lens is adjusted. The groove interval a at the center of the lens and the groove interval b at the outer edge can be set to different values. That is, the groove interval can be freely adjusted not only at the lens center but also at the outer edge portion. Therefore, it is possible to set the groove interval in accordance with the groove width for light propagating through any position of the lens, and the radiation loss can be minimized by setting in accordance with FIG. it can.

また、空間位相変調器１０５として必要なレンズの数は１枚あたりの厚みや与える分散量などにより増減するが、ここでは図２のように１６枚を例にとる。レンズ中心幅をｗ0、レンズ外縁部（端）の最大幅をｗ1とし、レンズ中心部におけるレンズ同士のセパレーションをｃ、レンズ外縁部におけるレンズ同士のセパレーションをｄとすると、対称型レンズは、下記の式（１）を満たすと考えられる。 Further, the number of lenses necessary as the spatial phase modulator 105 increases or decreases depending on the thickness per sheet, the amount of dispersion given, and the like, but here 16 is taken as an example as shown in FIG. When the lens center width is w 0 , the maximum width of the lens outer edge (end) is w 1 , the separation between the lenses at the lens center is c, and the separation between the lenses at the lens outer edge is d, the symmetrical lens is It is considered that the following formula (1) is satisfied.

Figure 2013029546
Figure 2013029546

式（１）が満たされている（ｃ＝ｃ２、ｄ＝ｄ２）とき、レンズは対称型レンズとなり、図８に示した構造となる。しかしながら式（１）を満たさないｃとｄ（すなわちｃ１とｄ１）の値に設定した場合、図２のように、レンズは表面と裏面の形状が異なる非対称レンズとなる。   When the expression (1) is satisfied (c = c2, d = d2), the lens is a symmetric lens and has the structure shown in FIG. However, when the values of c and d (that is, c1 and d1) that do not satisfy Expression (1) are set, the lens is an asymmetric lens having different shapes on the front surface and the back surface as shown in FIG.

図４（ａ）に図８で表される従来型配置のレンズを通過するときの光の透過率を示し、図４（ｂ）に図２で表される本発明のレンズ列を通過するときの光の透過率を示す。図４に示したものはシミュレーション値であり、ビーム伝搬法によって計算したものである。レンズ幅ｗ0、ｗ1とレンズ枚数は従来例と本発明構成両方において等しく設定されており、それぞれｗ0＝１０μｍ、ｗ1＝６０μｍ、１６枚である。図４（ａ）の従来型においては、ｃ２＝６０μｍ、ｄ２＝１０μｍであり、式（１）は満たされている。図４（ｂ）の非対称レンズにおいては、ｃ１＝５４μｍ、ｄ１＝１４μｍに設定されており、式（１）を満たさない。一方で図４（ｂ）の非対称レンズにおいては、溝幅（レンズ幅ｗ0、ｗ1）に応じて放射損が最小が最低になる（図３（ａ）を満足する）値にレンズ中心部の溝間隔ａと外縁部の溝間隔ｂが設定されている。 FIG. 4 (a) shows the light transmittance when passing through the lens of the conventional arrangement shown in FIG. 8, and FIG. 4 (b) shows when passing through the lens array of the present invention shown in FIG. The light transmittance is shown. The values shown in FIG. 4 are simulation values, which are calculated by the beam propagation method. The lens widths w 0 and w 1 and the number of lenses are set to be equal in both the conventional example and the configuration of the present invention, and are w 0 = 10 μm, w 1 = 60 μm, and 16 lenses, respectively. In the conventional type shown in FIG. 4A, c2 = 60 μm and d2 = 10 μm, and the formula (1) is satisfied. In the asymmetric lens of FIG. 4B, c1 = 54 μm and d1 = 14 μm are set, which does not satisfy Expression (1). On the other hand, in the asymmetric lens of FIG. 4B, the central portion of the lens has a minimum radiation loss (satisfies FIG. 3A) according to the groove width (lens widths w 0 , w 1 ). A groove interval a and an outer edge groove interval b are set.

図４からわかるように、レンズの端部における透過率が本発明では改善され、より平坦化されていることがわかる。先述したように、メニスカス形状を採用した本発明の構成では、レンズ端部を通る波長の光に対しても、溝幅（レンズ幅）に応じて、放射損失が最小化されるよう溝間隔がより最適化されたからである。ｃ１、ｄ１の最適値はレンズ材質の屈折率、導波路コアの屈折率などによって変わるため、先述のビーム伝搬法などによる計算が都度必要である。   As can be seen from FIG. 4, the transmittance at the end of the lens is improved and flattened in the present invention. As described above, in the configuration of the present invention adopting the meniscus shape, the groove interval is set so that the radiation loss is minimized according to the groove width (lens width) even for the light having the wavelength passing through the lens end. This is because it has been optimized. Since the optimum values of c1 and d1 vary depending on the refractive index of the lens material, the refractive index of the waveguide core, etc., calculation by the above-described beam propagation method or the like is necessary each time.

このように本実施形態の光分散補償器によれば、光分散補償器のチャネル内帯域が広くなり、将来必要とされる伝送速度の高い信号（広帯域信号）に対しても光分散補償器を適用することが可能となる。   As described above, according to the optical dispersion compensator of the present embodiment, the intra-band bandwidth of the optical dispersion compensator is widened, and the optical dispersion compensator can be used for a signal (broadband signal) having a high transmission rate required in the future. It becomes possible to apply.

以上の実施形態では、チップ右端に設けられた反射ミラーで折り返す構成の反射型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型光分散補償器を例に挙げて説明したが、図１の反射ミラーを削除し、チップ右端を対称軸として対称な回路レイアウトを有する透過型でも、２倍の回路面積を必要とするが、レンズ形状の工夫により得られる本発明の概念は適用可能である。   In the above embodiment, the reflection type arrayed waveguide diffraction grating (AWG) type optical dispersion compensator configured to be folded back by the reflection mirror provided at the right end of the chip has been described as an example, but the reflection mirror of FIG. Even a transmission type having a symmetrical circuit layout with the right end of the chip as the symmetry axis requires twice the circuit area, but the concept of the present invention obtained by devising the lens shape is applicable.

［第２の実施形態］
次に第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態の光分散補償器を示す図である。図１が図６の従来例に対応する回路構成であるのと同様に、本実施形態の光分散補償器は図７で示される従来例に対応した回路構成を有している。図５の光分散補償器は、図１の光分散補償器において、アレイ導波路１１０の中間に反射面１１１を位置させる構成に代えて、スラブ導波路１０８、１０９の中間に反射面１１１を位置させたものである。言い換えると、ＡＷＧ２の終端部分に反射ミラー１１１があり、ＡＷＧ３は存在しない構成である。ＡＷＧ２の個数ｎが０以上の任意の個数であるのは第１の実施形態と同じである。もしｎ＝０で、ＡＷＧ２が存在しない場合、反射ミラー１１１はＡＷＧ１の終端に設置される構成となる。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an optical dispersion compensator according to the second embodiment. 1 has a circuit configuration corresponding to the conventional example shown in FIG. 7, in the same manner as the circuit configuration corresponding to the conventional example of FIG. The optical dispersion compensator in FIG. 5 is different from the optical dispersion compensator in FIG. 1 in that the reflective surface 111 is positioned in the middle of the slab waveguides 108 and 109 in place of the configuration in which the reflective surface 111 is positioned in the middle of the arrayed waveguide 110. It has been made. In other words, the reflection mirror 111 is provided at the end portion of the AWG 2 and the AWG 3 does not exist. The number n of AWGs 2 is an arbitrary number equal to or greater than 0, as in the first embodiment. If n = 0 and AWG2 does not exist, the reflection mirror 111 is installed at the end of AWG1.

本実施形態の光分散補償器においても、第１の実施形態と同様に、空間位相変調器１０５として、従来の対称型レンズに代えて非対称型レンズを用いる点に特徴がある。   The optical dispersion compensator of this embodiment is also characterized in that an asymmetric lens is used as the spatial phase modulator 105 in place of the conventional symmetric lens, as in the first embodiment.

本実施形態の光分散補償器によれば、空間位相変調器１０５として非対称レンズを用い、その溝幅（レンズ幅ｗ0、ｗ1）に応じて放射損が最小になる値にレンズ中心部の溝間隔ａと外縁部の溝間隔ｂが設定することで、光分散補償器のチャネル内帯域が広くなり、将来必要とされる伝送速度の高い信号（広帯域信号）に対しても光分散補償器を適用することが可能となる。 According to the optical dispersion compensator of the present embodiment, an asymmetric lens is used as the spatial phase modulator 105, and the value of the central portion of the lens is reduced to a value at which the radiation loss is minimized according to the groove width (lens width w 0 , w 1 ). By setting the groove interval a and the groove interval b of the outer edge, the in-channel band of the optical dispersion compensator is widened, and an optical dispersion compensator for a signal (wideband signal) with a high transmission rate required in the future. Can be applied.

第１の実施形態の光分散補償器が偶数個のＡＷＧで構成したい場合に適用されるのに対し、この実施形態の光分散補償器は、奇数個のＡＷＧで構成したい場合に好適に適用できる。   The optical dispersion compensator of the first embodiment is applied when it is desired to be configured with an even number of AWGs, whereas the optical dispersion compensator of this embodiment is suitably applicable when it is desired to be configured with an odd number of AWGs. .

また、第１の実施形態と同様に、図５の反射ミラーを削除し、チップ右端を対称軸として対称な回路レイアウトを有する透過型でも、２倍の回路面積を必要とするが、レンズ形状の工夫により得られる本発明の概念は適用可能である。   Similarly to the first embodiment, the transmission mirror having the symmetrical circuit layout with the right end of the chip as the symmetry axis is removed, but the circuit area of the lens shape is twice as large as that of the first embodiment. The concept of the present invention obtained by contrivance is applicable.

１０１（ａ） 入力導波路
１０１（ｂ） 出力導波路
１０２ ＡＷＧ１の第１のスラブ導波路
１０３ 第１アレイ導波路
１０４ ＡＷＧ１の第２のスラブ導波路
１０５ 非対称レンズ型位相変調器
１０６ ＡＷＧ２の第１のスラブ導波路
１０７ 第ｋ＋１番目のアレイ導波路
１０８ ＡＷＧ２の第２のスラブ導波路
１０９ ＡＷＧ３の第１・第２のスラブ導波路
１１０ 第ｎ＋２番目のアレイ導波路
１１１ 反射ミラー
１１２ クラッド
１１３ コア
１１４ 基板
６０１（ａ） 入力導波路
６０１（ｂ） 出力導波路
６０２ ＡＷＧ１の第１のスラブ導波路
６０３ 第１アレイ導波路
６０４ ＡＷＧ１の第２のスラブ導波路
６０５ 対称レンズ型位相変調器
６０６ ＡＷＧ２の第１のスラブ導波路
６０７ 第ｋ＋１番目のアレイ導波路
６０８ ＡＷＧ２の第２のスラブ導波路
６０９ ＡＷＧ３の第１・第２のスラブ導波路
６１０ 第ｎ＋２番目のアレイ導波路
６１１ 反射ミラー
６１２ クラッド
６１３ コア
６１４ 基板 101 (a) Input waveguide 101 (b) Output waveguide 102 First slab waveguide of AWG1 103 First array waveguide 104 Second slab waveguide of AWG1 105 Asymmetric lens type phase modulator 106 First of AWG2 Slab waveguide 107 k + 1th array waveguide 108 AWG2 second slab waveguide 109 AWG3 first and second slab waveguide 110 n + 2th array waveguide 111 reflection mirror 112 clad 113 core 114 substrate 601 (a) Input waveguide 601 (b) Output waveguide 602 AWG1 first slab waveguide 603 First array waveguide 604 AWG1 second slab waveguide 605 Symmetric lens type phase modulator 606 AWG2 first Slab waveguide 607 k + 1-th array waveguide 608 AWG2 second First and second slab waveguide 610 the (n + 2) th arrayed waveguide 611 reflecting mirror 612 clad 613 core 614 substrate slab waveguide 609 AWG3

Claims (3)

一端がスラブ導波路であり他端がアレイ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、前記一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のアレイ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、
前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えた光分散補償器であって、
前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、表裏の少なくとも一面が凹レンズに形成され、表裏の曲率が異なる非対称レンズであることを特徴とする光分散補償器。 A plurality of slab waveguides and a plurality of array waveguides are alternately connected in cascade so that one end is a slab waveguide and the other end is an array waveguide, and an input waveguide and an output waveguide are connected to the slab waveguide at the one end. A core in which a waveguide is connected and a reflector is connected to the arrayed waveguide at the other end, and a lens-type spatial phase modulator is disposed inside a slab waveguide other than the slab waveguide at the one end;
An optical dispersion compensator comprising a clad laminated above and below the core;
The lens type spatial phase modulator is an asymmetric lens provided by filling a groove penetrating the core and the clad with a transparent resin, wherein at least one surface of the front and back surfaces is formed as a concave lens, and the curvatures of the front and back surfaces are different. An optical dispersion compensator. 両端がスラブ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のスラブ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、
前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えた光分散補償器であって、
前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、表裏の少なくとも一面が凹レンズ形状とされ、表裏の曲率が異なる非対称レンズであることを特徴とする光分散補償器。 A plurality of slab waveguides and a plurality of arrayed waveguides are alternately connected in cascade so that both ends are slab waveguides, and an input waveguide and an output waveguide are connected to one end of the slab waveguide, and the other end A reflector is connected to the slab waveguide, and the core in which a lens-type spatial phase modulator is disposed inside a slab waveguide other than the slab waveguide at the one end,
An optical dispersion compensator comprising a clad laminated above and below the core;
The lens-type spatial phase modulator is an asymmetric lens provided by filling a groove penetrating the core and the clad with a transparent resin, wherein at least one surface of the front and back is a concave lens shape, and the curvatures of the front and back are different. An optical dispersion compensator. 前記空間位相変調器は、レンズ中心部とレンズ外縁部とでレンズ幅が異なり、該レンズ幅に応じて放射損が最小になるようにレンズ中心部の溝間隔と外縁部の溝間隔が異なる値に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光分散補償器。   In the spatial phase modulator, the lens width differs between the lens center and the lens outer edge, and the groove distance between the lens center and the outer edge varies depending on the lens width so that the radiation loss is minimized. The optical dispersion compensator according to claim 1 or 2, wherein
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