JP2013205626A - Wavelength multiplexing/demultiplexing element, multi-wavelength light source, and multi-wavelength light transmitter - Google Patents
Wavelength multiplexing/demultiplexing element, multi-wavelength light source, and multi-wavelength light transmitter Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、波長合分波素子、多波長光源及び多波長光送信器に関する。 The present invention relates to a wavelength multiplexing / demultiplexing element, a multi-wavelength light source, and a multi-wavelength optical transmitter.
近年、大容量インターコネクトに向けて、シリコン（Ｓｉ）チップ内での波長分割多重（ＷＤＭ：wavelength division multiplexing）技術によって光配線１本当たりの伝送容量を向上させることが積極的に検討されている。
通常、Ｓｉチップ内でＷＤＭ光信号を送信するためには、光源及び光変調器をアレー状に並べ、それぞれの光信号を波長合分波素子によって合波させることが求められ、送信器の構成は多少複雑になる。
In recent years, it has been actively studied to improve the transmission capacity per optical wiring by using wavelength division multiplexing (WDM) technology in a silicon (Si) chip for a large capacity interconnect.
Usually, in order to transmit a WDM optical signal in a Si chip, it is required to arrange a light source and an optical modulator in an array, and to combine the respective optical signals by wavelength multiplexing / demultiplexing elements. Is a little complicated.
一方、ＷＤＭ光を一括に生成する多波長光源を用いると、ＷＤＭ光に対応した光源を個別に設ける必要がなく、光源そのものがＷＤＭ光の合波の役割も兼ねるため、送信器の構成がシンプルになり、小型化にも適している。
このような多波長光源としては、例えばアレー導波路格子（ＡＷＧ：arrayed waveguide grating）を用いた多波長光源がある。この多波長光源では、光利得媒質及びＡＷＧを含んだものがレーザキャビティとなり、ＡＷＧによって合分波される波長成分を一括にレーザ発振させることができる。これを第１の技術という。
On the other hand, when a multi-wavelength light source that generates WDM light at once is used, there is no need to provide a separate light source corresponding to the WDM light, and the light source itself also serves as a multiplex of WDM light, so the transmitter configuration is simple. It is suitable for miniaturization.
As such a multiwavelength light source, for example, there is a multiwavelength light source using an arrayed waveguide grating (AWG). In this multi-wavelength light source, the one including the optical gain medium and the AWG becomes a laser cavity, and the wavelength components combined / demultiplexed by the AWG can be laser-oscillated collectively. This is called the first technology.
また、例えば回折グレーティング格子を用いた多波長光源もある。この多波長光源では、光利得媒質及び回折グレーティング格子を含んだものがレーザキャビティとなり、回折グレーティング格子によって合分波される波長成分を一括にレーザ発振させることができる。また、レーザ発振を安定化させるために、光増幅媒質を含むリング共振器に接続し、発振したレーザ光がこのリング共振器を通過するようにしたものもある。これらを第２の技術という。 There is also a multi-wavelength light source using a diffraction grating, for example. In this multi-wavelength light source, the one including the optical gain medium and the diffraction grating grating becomes a laser cavity, and the wavelength components combined / demultiplexed by the diffraction grating grating can be laser-oscillated collectively. In addition, in order to stabilize the laser oscillation, there is a device that is connected to a ring resonator including an optical amplifying medium so that the oscillated laser light passes through the ring resonator. These are called the second technology.
このほか、波長合分波素子としては、例えば非対称マッハツェンダ干渉計（ＡＭＺＩ：asymmetric Mach-Zehnder interferometer）をカスケード接続した波長合分波素子もある。 In addition, as a wavelength multiplexing / demultiplexing element, there is a wavelength multiplexing / demultiplexing element in which, for example, an asymmetric Mach-Zehnder interferometer (AMZI) is cascade-connected.
ところで、上述の第１の技術では、レーザの縦モード間隔は光利得媒質及びＡＷＧを含むキャビティ長によって決定される。但し、比較的長い相互作用長を有するＡＷＧの場合、安定した単一モード発振を得るためには、ＡＷＧの透過帯域幅を狭くすることが求められる。しかしながら、原理的にGaussian関数的な透過帯域を有するＡＷＧを狭帯域化することは容易ではなく、結果的にレーザ発振の不安定化を招き、安定した単一モード発振を得るのは難しい。 In the first technique described above, the longitudinal mode interval of the laser is determined by the cavity length including the optical gain medium and the AWG. However, in the case of an AWG having a relatively long interaction length, it is required to narrow the transmission bandwidth of the AWG in order to obtain stable single mode oscillation. However, in principle, it is not easy to narrow the band of an AWG having a Gaussian function transmission band, resulting in instability of laser oscillation and it is difficult to obtain stable single mode oscillation.
また、上述の第２の技術でも、上述の第１の技術の場合と同様に、原理的にGaussian関数的な透過帯域を有するため、狭帯域化が容易ではなく、結果的にレーザ発振の不安定化を招き、安定した単一モード発振を得るのは難しい。また、リング共振器を設ける場合、リング共振器を駆動するための新たな電力が必要となるほか、注入する電力に応じてリング共振器の透過特性も変動するため、レーザ発振モードの制御が容易ではなく、安定した単一モード発振を得るのは難しい。また、リング共振器のピークをそれぞれの多波長発振したレーザ光の縦モードに精度よく、且つ、簡便に合わせるのは非常に困難である。 Also, in the second technique described above, as in the case of the first technique described above, since the transmission band is in principle a Gaussian function, it is not easy to narrow the band, and as a result, laser oscillation is not suppressed. It is difficult to obtain stable single mode oscillation due to stabilization. In addition, when a ring resonator is provided, new power is required to drive the ring resonator, and the transmission characteristics of the ring resonator vary depending on the injected power, making it easy to control the laser oscillation mode. Rather, it is difficult to obtain a stable single mode oscillation. In addition, it is very difficult to accurately and easily match the peak of the ring resonator to the longitudinal mode of each laser beam oscillated in multiple wavelengths.
ところで、上述のＤＭＺＩをカスケード接続した波長合分波素子と光利得媒質とを組み合わせて、多波長光源として用いることが考えられる。しかしながら、ＤＭＺＩを用いた波長合分波素子は、比較的広い透過帯域幅を有するため、レーザ発振モードの制御が容易ではなく、安定した単一モード発振を得るのは難しい。
そこで、透過帯域幅を狭帯域化した波長合分波素子を実現し、安定した単一モード発振が得られる多波長光源及び多波長光送信器を実現したい。
By the way, it is conceivable to combine a wavelength multiplexing / demultiplexing element in which the above-described DMZI is cascade-connected and an optical gain medium and use it as a multi-wavelength light source. However, since the wavelength multiplexing / demultiplexing device using DMZI has a relatively wide transmission bandwidth, it is not easy to control the laser oscillation mode, and it is difficult to obtain stable single mode oscillation.
Therefore, it is desired to realize a wavelength multiplexing / demultiplexing device with a narrow transmission bandwidth and to realize a multi-wavelength light source and a multi-wavelength optical transmitter capable of obtaining stable single mode oscillation.
本波長合分波素子は、多段にカスケード接続され、第１光カプラと、第２光カプラと、第１光カプラと第２光カプラとの間に設けられた光導波路及び遅延導波路とを備える複数の遅延干渉計と、複数の遅延干渉計のそれぞれの光導波路に光結合された複数のリング共振器とを備え、複数の遅延干渉計のそれぞれに備えられる光導波路と遅延導波路との光路長差は、各段で異なり、複数の遅延干渉計のそれぞれに光結合されたリング共振器の周回長は、各段で異なり、複数の遅延干渉計のそれぞれにおいて、遅延干渉計の透過ピーク波長とリング共振器の共振波長とが一致するように構成されていることを要件とする。 The wavelength multiplexing / demultiplexing device is cascade-connected in multiple stages, and includes a first optical coupler, a second optical coupler, and an optical waveguide and a delay waveguide provided between the first optical coupler and the second optical coupler. A plurality of delay interferometers, a plurality of ring resonators optically coupled to the respective optical waveguides of the plurality of delay interferometers, and an optical waveguide and a delay waveguide provided in each of the plurality of delay interferometers. The optical path length difference is different at each stage, and the loop length of the ring resonator optically coupled to each of the plurality of delay interferometers is different at each stage, and each of the plurality of delay interferometers has a transmission peak of the delay interferometer. It is a requirement that the wavelength and the resonant wavelength of the ring resonator are configured to match.
本多波長光源は、上記波長合分波素子と、レーザ共振器を構成する第１及び第２反射鏡と、利得媒質とを備え、波長合分波素子及び利得媒質は、レーザ共振器の中に設けられていることを要件とする。
本多波長光送信器は、上記多波長光源と、多波長光源に接続された光変調器とを備えることを要件とする。
The multi-wavelength light source includes the wavelength multiplexing / demultiplexing element, first and second reflecting mirrors constituting a laser resonator, and a gain medium. The wavelength multiplexing / demultiplexing element and the gain medium are included in the laser resonator. As a requirement.
The present multiwavelength optical transmitter is provided with the above multiwavelength light source and an optical modulator connected to the multiwavelength light source.
したがって、本波長合分波素子、多波長光源及び多波長光送信器によれば、波長合分波素子の透過帯域幅を狭帯域化することができ、安定した単一モード発振が得られる多波長光源及び多波長光送信器を実現することができるという利点がある。 Therefore, according to the present wavelength multiplexing / demultiplexing device, the multi-wavelength light source, and the multi-wavelength optical transmitter, the transmission bandwidth of the wavelength multiplexing / demultiplexing device can be narrowed, and stable single mode oscillation can be obtained. There is an advantage that a wavelength light source and a multi-wavelength optical transmitter can be realized.
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる波長合分波素子、多波長光源及び多波長光送信器について、図１〜図１４を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる波長合分波素子は、例えば光通信や光インターコネクトで用いられる多波長光源に用いるのに適した波長合分波素子である。つまり、本波長合分波素子に利得媒質を組み合わせることで、多波長光源として用いることができる。また、波長合分波素子を、波長合分波器ともいう。
Hereinafter, a wavelength multiplexing / demultiplexing device, a multi-wavelength light source, and a multi-wavelength optical transmitter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The wavelength multiplexing / demultiplexing element according to the present embodiment is a wavelength multiplexing / demultiplexing element suitable for use in, for example, a multi-wavelength light source used in optical communication or an optical interconnect. That is, it can be used as a multi-wavelength light source by combining a gain medium with this wavelength multiplexing / demultiplexing element. The wavelength multiplexing / demultiplexing element is also referred to as a wavelength multiplexer / demultiplexer.
本実施形態では、波長合分波素子は、図１（Ａ）に示すように、多段にカスケード接続された複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄと、これらの遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに設けられた複数のリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄとを備えた構造になっている。
ここでは、例えば７つの遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄが３段カスケード接続された構造になっている。つまり、１段目の１つの遅延干渉計１に２段目の２つの遅延干渉計２Ａ、２Ｂが接続されており、２段目の２つの遅延干渉計２Ａ、２Ｂのそれぞれに２つずつ合計４つの３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄが接続されている。
In the present embodiment, the wavelength multiplexing / demultiplexing element includes a plurality of
Here, for example, seven
このため、一方［図１（Ａ）中、左側］の入出力チャネルは１つであり、他方［図１（Ａ）中、右側］の入出力チャネルは８つである。つまり、本波長合分波素子は、１×８チャネルの波長合分波素子である。そして、本波長合分波素子の一方の１つの入出力チャネルから異なる波長の８つの光が合波された光が入力されると、１段目〜３段目の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄを伝搬することで波長に応じて分波され、他方の８つの入出力チャネルからそれぞれ出力される。逆に、他方の８つの入出力チャネルのそれぞれから異なる波長の８つの光のそれぞれが入力されると、１段目〜３段目の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄを伝搬することで合波され、一方の１つの入出力チャネルから出力される。なお、図１（Ａ）では、異なる波長の８つの光を、それぞれ、チャネルＣｈ−１〜Ｃｈ−８で示している。
For this reason, there is one input / output channel on the left side (in FIG. 1A) and eight input / output channels on the other side (right side in FIG. 1A). That is, this wavelength multiplexing / demultiplexing element is a 1 × 8 channel wavelength multiplexing / demultiplexing element. Then, when light obtained by combining eight lights of different wavelengths is input from one input / output channel of the present wavelength multiplexing / demultiplexing element, the first to
なお、遅延干渉計の数は、これに限られるものではなく、波長合分波素子で合分波するチャネル数に応じて設定すれば良い。例えば、必要に応じて、遅延干渉計の数を増やすことで、チャネル数を増やすことができる。
ここで、各段の遅延干渉計の数は、何段目かをＳ（Ｓは自然数）で示すこととして、２Ｓ−１とすれば良い。つまり、Ｓ段目（Ｓは自然数）の遅延干渉計の数は２Ｓ−１とすれば良い。このように、複数の遅延干渉計は、一段後段になると２倍の数になるように設けられる。つまり、段数が増えるたびに、遅延干渉計の数は２倍に増加するように設けられる。例えば、２段目では、遅延干渉計の数は２つとなり、３段目では、遅延干渉計の数は４つとなる。この場合、遅延干渉計の総数は、最終段を示すＳの値を、２Ｓ−１に代入することで求めることができる。ここでは、最終段は３段目であるため、遅延干渉計の総数は７つとなる。
Note that the number of delay interferometers is not limited to this, and may be set according to the number of channels to be multiplexed / demultiplexed by the wavelength multiplexing / demultiplexing element. For example, if necessary, the number of channels can be increased by increasing the number of delay interferometers.
Here, the number of delay interferometers in each stage may be set to 2 S-1 by indicating the number of stages as S (S is a natural number). That is, the number of delay interferometers at the S-th stage (S is a natural number) may be 2 S−1 . As described above, the plurality of delay interferometers are provided so that the number of delay interferometers is doubled at the next stage. That is, as the number of stages increases, the number of delay interferometers is set to double. For example, in the second stage, the number of delay interferometers is two, and in the third stage, the number of delay interferometers is four. In this case, the total number of delay interferometers can be obtained by substituting the value of S indicating the final stage into 2 S −1. Here, since the final stage is the third stage, the total number of delay interferometers is seven.
ここで、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄは、いずれも、第１光カプラ４と、第２光カプラ５と、第１光カプラ４と第２光カプラ５との間に設けられた光導波路６及び遅延導波路７とを備える。なお、光導波路６及び遅延導波路７を、アームともいう。このため、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄは２つのアームを備えることになる。ここでは、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄは、遅延マッハツェンダ干渉計（ＤＭＺＩ：delayed Mach-Zehnder interferometer）である。なお、遅延マッハツェンダ干渉計を、非対称マッハツェンダ干渉計ともいう。また、遅延干渉計を、非対称干渉計ともいう。
Here, the plurality of
また、第１光カプラ４及び第２光カプラ５は、方向性結合器又は多モード干渉カプラである。これらの第１光カプラ４及び第２光カプラ５の光結合率は約５０％である。
複数のリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄは、それぞれ、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれの光導波路６に光結合されている。このため、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄが、それぞれ、その内部にリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄを備えることになる。
The first
The plurality of
ここでは、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄは、ループ状のオールパス型リング共振器である。これらのリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄは、リング導波路によって構成される。
また、ここでは、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄと遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄを構成する光導波路６とは方向性結合器によって光結合されている。つまり、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄが光導波路６に光結合されている領域、即ち、リング導波路とバス導波路としての光導波路６との結合領域は、方向性結合器を構成している。なお、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄと遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄを構成する光導波路６との光結合は、方向性結合器によるものでなくても良いが、光結合率の設計自由度の高い方向性結合器が適している。
Here, the
Here, the
また、ここでは、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに備えられる光導波路６とリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄとの間の光結合率、即ち、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄへの光結合率は、各段で同一になっている。例えば、本実施形態では、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄを、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに備えられる光導波路６に光結合させる方向性結合器（光カプラ）の光結合率は、全て、約５０％又は約８５％になっている。なお、ここでは、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄへの光結合率を約５０％又は約８５％としているが、これらに限られるものではない。
In addition, here, the optical coupling ratio between the
そして、本実施形態では、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに備えられる光導波路６と遅延導波路７との光路長差は、各段で異なっている。また、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに光結合されたリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長、即ち、リング導波路の一周の長さは、各段で異なっている。
In this embodiment, the optical path length difference between the
特に、本実施形態では、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれにおいて、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄの透過ピーク波長とリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの共振（resonance）波長とが一致するように構成されている［図１（Ｂ）参照］。これにより、透過帯域幅が狭く、ロールオフが急峻である、所望の波長合分波特性、即ち、透過スペクトル特性が得られ、また、小型化にも適した波長合分波素子を実現することが可能となる。なお、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの共振波長を、ピーク波長ともいう。
In particular, in this embodiment, in each of the plurality of
このため、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれにおいて、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄの透過スペクトル特性に対してリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの透過スペクトル特性が共振条件を満たすようにしている。
つまり、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれにおいて、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄの透過ピーク波長とリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの共振波長とが一致するように、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄに光結合されたリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長を、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄの光導波路６と遅延導波路７との光路長差の２倍にしている。このように、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれにおいて、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長が、光導波路６と遅延導波路７との光路長差の２倍になるようにしている。
Therefore, in each of the plurality of
That is, in each of the plurality of
また、各段において、段階的に合分波できるように、１段後段になる毎に、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差を１／２にしている。つまり、１段目の遅延干渉計１として１つの遅延干渉計を備える場合、２段目以降の遅延干渉計２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差は、１段前段の遅延干渉計における光導波路６と遅延導波路７との光路長差の１／２になっている。
Further, at each stage, the optical path length difference between the
この場合、１段目の遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差をＬＤ１として、Ｓ段目の遅延干渉計における光導波路６と遅延導波路７との光路長差は２（１−Ｓ）×ＬＤ１又はその近傍とすれば良い。つまり、Ｓ段目の遅延干渉計における光導波路６と遅延導波路７との光路長差は、２（１−Ｓ）×ＬＤ１の関係式にしたがって変化するように設定すれば良い。
In this case, the difference in optical path length between the
また、Ｓ段目の遅延干渉計に光結合されたリング共振器の周回長は２（２−Ｓ）×ＬＤ１又はその近傍とすれば良い。つまり、Ｓ段目の遅延干渉計に光結合されたリング共振器の周回長は、２（２−Ｓ）×ＬＤ１の関係式にしたがって変化するように設定すれば良い。
このように、各段の遅延干渉計における光導波路６と遅延導波路７との光路長差は、１段目の遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差ＬＤ１に応じて設定されることになる。また、各段の遅延干渉計に光結合されたリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長も、１段目の遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差ＬＤ１に応じて設定されることになる。
Further, the loop length of the ring resonator optically coupled to the S-stage delay interferometer may be 2 (2-S) × L D1 or the vicinity thereof. That is, the circumference of the ring resonator optically coupled to the S-stage delay interferometer may be set so as to change according to the
As described above, the optical path length difference between the
本実施形態では、１段目の遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差は、ＬＤ１となる。また、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差ＬＤ２は、１／２×ＬＤ１となり、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差ＬＤ３は、１／４×ＬＤ１となる。
また、１段目の遅延干渉計１に光結合されたリング共振器１１の周回長ＬＭ１は、２（２−Ｓ）×ＬＤ１にＳ＝１を代入して２×ＬＤ１となる。同様に、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂに光結合されたリング共振器１２Ａ、１２Ｂの周回長ＬＭ２は、ＬＤ１となり、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄに光結合されたリング共振器１３Ａ〜１３Ｄの周回長ＬＭ３は、１／２×ＬＤ１となる。
In this embodiment, the optical path length difference between the
Further, circumferential length L M1 of the
具体的には、上述のようにして設定される遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差及びリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長を、本波長合分波素子において合分波するチャネル間波長間隔Δνに応じて調整すれば良い。
ここでは、まず、１段目の遅延干渉計１の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔がチャネル間波長間隔Δνに合うように、１段目の遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差を設定している。ここで、遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差を短くすると、遅延干渉計１の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔は広くなる。なお、１段目の遅延干渉計１の一方のポート［図１（Ａ）中、下側］から出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔は、図１（Ｂ）に示すように、チャネル間波長間隔Δνの２倍になる。同様に、１段目の遅延干渉計１の他方のポート［図１（Ａ）中、上側］から出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔は、チャネル間波長間隔Δνの２倍になる。そして、１段目の遅延干渉計１の各ポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δν分ずれている［図２（Ｂ）参照］。
Specifically, the optical path length difference between the
Here, first, the
また、１段目の遅延干渉計１に光結合されたリング共振器１１の透過スペクトル特性の共振波長間隔がチャネル間波長間隔Δνに合うように、１段目の遅延干渉計１に光結合されたリング共振器１１の周回長を設定している。ここでは、１段目の遅延干渉計１に光結合されたリング共振器１１の周回長を、１段目の遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差の２倍にしている。ここで、遅延干渉計１に光結合されたリング共振器１１の周回長を短くすると、リング共振器１１の透過スペクトル特性の共振波長間隔は広くなる。なお、１段目の遅延干渉計１に光結合されたリング共振器１１の透過スペクトル特性の共振波長間隔は、図１（Ｂ）に示すように、１段目の遅延干渉計１の一方のポート［図１（Ａ）中、下側］から出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔の半分になる。また、１段目の遅延干渉計１に光結合されたリング共振器１１の透過スペクトル特性の共振波長間隔は、１段目の遅延干渉計１の他方のポート［図１（Ａ）中、上側］から出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔の半分になる。
In addition, the optical fiber is optically coupled to the first-
なお、ここでは、透過ピーク波長間隔、チャネル間波長間隔、共振波長間隔としているが、波長間隔は周波数間隔と見ることもできるため、これらを、透過ピーク周波数間隔［遅延干渉計の透過スペクトル特性のフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ：free spectral range）］、チャネル間周波数間隔、共振周波数間隔［リング共振器の透過スペクトル特性のフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）］ともいう。 Here, although the transmission peak wavelength interval, the inter-channel wavelength interval, and the resonance wavelength interval are used, the wavelength interval can also be regarded as the frequency interval. Therefore, these can be regarded as the transmission peak frequency interval [the transmission spectrum characteristics of the delay interferometer. Free spectral range (FSR)], frequency spacing between channels, resonance frequency spacing [free spectral range (FSR) of transmission spectrum characteristics of ring resonator].
次に、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂの透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔が、１段目の遅延干渉計１の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔の２倍となり、かつ、チャネル間波長間隔Δνに合うように、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差を設定している。ここでは、２段目の遅延干渉計２Ａ，２Ｂにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差を、１段目の遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差の１／２にしている。なお、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂの一方のポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔は、チャネル間波長間隔Δνの４倍になる。同様に、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂの他方のポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔は、チャネル間波長間隔Δνの４倍になる。そして、２段目の一方の遅延干渉計２Ａの各ポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δνの２倍分ずれている。また、２段目の他方の遅延干渉計２Ｂの各ポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δνの２倍分ずれている。また、２段目の２つの遅延干渉計２Ａ、２Ｂの各ポート、即ち、４つのポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δν分ずれている。
Next, the transmission peak wavelength interval of the transmission spectrum characteristics of the second-
また、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂに光結合されたリング共振器１２Ａ、１２Ｂの透過スペクトル特性の共振波長間隔が、１段目の遅延干渉計１に光結合されたリング共振器１１の透過スペクトル特性の共振波長間隔の２倍となり、かつ、チャネル間波長間隔Δνに合うように、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂに光結合されたリング共振器１２Ａ、１２Ｂの周回長を設定している。ここでは、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂに光結合されたリング共振器１２Ａ、１２Ｂの周回長を、１段目の遅延干渉計１に光結合されたリング共振器１１の周回長の１／２にしている。この場合、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂに光結合されたリング共振器１２Ａ、１２Ｂの周回長は、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差の２倍になる。なお、２段目の２つの遅延干渉計２Ａ、２Ｂに光結合されたリング共振器１２Ａ、１２Ｂの透過スペクトル特性の共振波長間隔は、チャネル間波長間隔Δνの２倍になる。また、２段目の２つの遅延干渉計２Ａ、２Ｂのそれぞれに光結合されたリング共振器１２Ａ、１２Ｂの透過スペクトル特性の共振波長は、互いにチャネル間波長間隔Δν分ずれている。
Further, the resonance wavelength interval of the transmission spectral characteristics of the
次に、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄの透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔が、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂの透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔の２倍となり、かつ、チャネル間波長間隔Δνに合うように、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差を設定している。ここでは、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差を、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差の１／２にしている。なお、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄの一方のポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔は、チャネル間波長間隔Δνの８倍になる。同様に、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄの他方のポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長間隔は、チャネル間波長間隔Δνの８倍になる。そして、３段目の第１遅延干渉計３Ａの各ポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δνの４倍分ずれている。また、３段目の第２遅延干渉計３Ｂの各ポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δνの４倍分ずれている。また、３段目の第３遅延干渉計３Ｃの各ポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δνの４倍分ずれている。また、３段目の第４遅延干渉計３Ｄの各ポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δνの４倍分ずれている。また、３段目の４つの遅延干渉計３Ａ〜３Ｄの各ポート、即ち、８つのポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δν分ずれている。
Next, the transmission peak wavelength interval of the transmission spectrum characteristics of the third-
また、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄに光結合されたリング共振器１３Ａ〜１３Ｄの透過スペクトル特性の共振波長間隔が、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂに光結合されたリング共振器１２Ａ、１２Ｂの透過スペクトル特性の共振波長間隔の２倍となり、かつ、チャネル間波長間隔Δνに合うように、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄに光結合されたリング共振器１３Ａ〜１３Ｄの周回長を設定している。ここでは、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄに光結合されたリング共振器１３Ａ〜１３Ｄの周回長を、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂに光結合されたリング共振器１２Ａ、１２Ｂの周回長の１／２にしている。この場合、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄに光結合されたリング共振器１３Ａ〜１３Ｄの周回長は、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差の２倍になる。なお、３段目の４の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄに光結合されたリング共振器１３Ａ〜１３Ｄの透過スペクトル特性の共振波長間隔は、チャネル間波長間隔Δνの４倍になる。また、３段目の４つの遅延干渉計３Ａ〜３Ｄのそれぞれに光結合されたリング共振器１３Ａ〜１３Ｄの透過スペクトル特性の共振波長は、互いにチャネル間波長間隔Δν分ずれている。また、３段目の隣接する２つの遅延干渉計３Ａ、３Ｂのそれぞれに光結合されたリング共振器１３Ａ、１３Ｂの透過スペクトル特性の共振波長は、互いにチャネル間波長間隔Δνの２倍分ずれている。また、３段目の隣接する２つの遅延干渉計３Ｃ、３Ｄのそれぞれに光結合されたリング共振器１３Ｃ、１３Ｄの透過スペクトル特性の共振波長は、互いにチャネル間波長間隔Δνの２倍分ずれている。
Further, the resonance wavelength interval of the transmission spectrum characteristics of the
ところで、本波長合分波素子の各段において波長毎に合分波する場合、各段において、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの中心波長λＣを、次のように設定するのが好ましい。
なお、ここでは、図１（Ｂ）中、Δλ＝０の波長を、１段目の遅延干渉計１の透過ピーク波長の中の中心波長とし、λ０とする。また、２段目以降の各遅延干渉計２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄの透過ピーク波長の中の中心波長も同じであり、λ０とする。また、ここでは、１段目のリング共振器１１の中心波長をλＣ−１ｓｔとする。また、２段目の各リング共振器１２Ａ、１２Ｂの中心波長を、それぞれ、λＣ−２ｎｄ−Ａ、λＣ−２ｎｄ−Ｂとする。また、３段目の各リング共振器１３Ａ〜１３Ｄの中心波長を、それぞれ、λＣ−３ｒｄ−Ａ、λＣ−３ｒｄ−Ｂ、λＣ−３ｒｄ−Ｃ、λＣ−３ｒｄ−Ｄとする。
By the way, when multiplexing / demultiplexing for each wavelength in each stage of the present wavelength multiplexing / demultiplexing element, the center wavelength λ C of the
Here, in FIG. 1 (B), the wavelength of [Delta] [lambda] = 0, the center wavelength in the first stage of the
つまり、１段目のリング共振器１１の中心波長λＣ−１ｓｔをλ０とし（λＣ−１ｓｔ＝λ０）、２段目のリング共振器１２Ａ、１２Ｂの中心波長λＣ−２ｎｄ−Ａ、λＣ−２ｎｄ−Ｂを、それぞれ、λ０、λ０＋Δνとし（λＣ−２ｎｄ−Ａ＝λ０、λＣ−２ｎｄ−Ｂ＝λ０＋Δν；この場合、各リング共振器１２Ａ、１２ＢのＦＳＲは２×Δνとなる）、３段目のリング共振器１３Ａ〜１３Ｄの中心波長λＣ−３ｒｄ−Ａ、λＣ−３ｒｄ−Ｂ、λＣ−３ｒｄ−Ｃ、λＣ−３ｒｄ−Ｄを、それぞれ、λ０＋２Δν、λ０、λ０＋Δν、λ０−Δνとし（λＣ−３ｒｄ−Ａ＝λ０＋２Δν、λＣ−３ｒｄ−Ｂ＝λ０、λＣ−３ｒｄ−Ｃ＝λ０＋Δν、λＣ−３ｒｄ−Ｄ＝λ０−Δν；この場合、各リング共振器１３Ａ〜１３ＤのＦＳＲは４×Δνとなる）とするのが好ましい。このように、１段目のリング共振器１１の中心波長λＣ−１ｓｔをλ０とし、２段目以降のリング共振器１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの中心波長λＣ−２ｎｄ−Ａ、λＣ−２ｎｄ−Ｂ、λＣ−３ｒｄ−Ａ、λＣ−３ｒｄ−Ｂ、λＣ−３ｒｄ−Ｃ、λＣ−３ｒｄ−Ｄを、ステージを重ねるたびに、前段のリング共振器の中心波長と同一の中心波長と、この中心波長との差分が２（Ｓ−２）×Δνとなる中心波長とが、隣り合う遅延干渉計に設けられるリング共振器の中心波長となるように設定すれば良い。
That is, the center wavelength λ C-1st of the first-
ここで、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの中心波長λＣとは、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの透過スペクトル特性に周期的に表れる共振波長の中で設計に用いられる一つの波長であって、次式（１）によって表される。
λＣ＝（ＮＷＧ＊ＬＭＲＲ）／ｍ・・・（１）
ここで、ＮＷＧ、ＬＭＲＲ及びｍは、それぞれ、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄを構成するリング導波路の実効屈折率、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長及びリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの回折次数である。
Here, the center wavelength λ C of the
λ C = (N WG * L MRR ) / m (1)
Here, N WG , L MRR and m are the effective refractive indices of the ring waveguides constituting the
このため、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄを構成するリング導波路の実効屈折率ＮＷＧ、又は、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長ＬＭＲＲを調整することによって、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの中心波長λＣを調整することができる。
なお、各リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの中心波長の具体的な設定については後述する。
Therefore, the effective refractive index N WG of the ring waveguide constituting the
In addition, the specific setting of the center wavelength of each
このようにして各リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの中心波長を調整することで、２段目以降のリング共振器の透過スペクトル特性の共振波長は、互いにチャネル間波長間隔Δν分ずれたものとなる。また、３段目以降のリング共振器の透過スペクトル特性の共振波長は、隣接する２つの遅延干渉計に設けられたリング共振器で２（Ｓ−２）×Δν分ずれたものとなる。このような調整を行なった場合、各段の遅延干渉計に光結合されたリング共振器の周回長は、各段の遅延干渉計における光導波路６と遅延導波路７との光路長差の２倍又はその近傍となる。
By adjusting the center wavelengths of the
ところで、本波長合分波素子において、異なる波長の８つの光が波長ごとに振り分けられる機能性は、各遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄによる光干渉作用に基づいて得られるものである。このため、多段にカスケード接続された各遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄにおける光路長差やリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長の関係に加え、各遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄにおける相対的な位相差が所定の関係を満足するのが好ましい。
By the way, in this wavelength multiplexing / demultiplexing element, the functionality of distributing eight lights of different wavelengths for each wavelength is obtained based on the optical interference action by each
このため、本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに位相シフタ８を設けている。つまり、本波長合分波素子は、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれにおいて、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄの透過ピーク波長とリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの共振波長とが一致するように、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに設けられた複数の位相シフタ８を備える。
For this reason, in the present embodiment, as shown in FIG. 1A, a
ここでは、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄを構成する遅延導波路７のそれぞれに位相シフタ８を設けている。このため、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄは、それぞれ、位相シフタ８を含む遅延導波路７を備える。そして、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに設けられた位相シフタ８は、各段の中で相互に位相変化量（位相シフト量）が異なっている。なお、位相シフタ８を、遅延領域ともいう。
Here, a
なお、位相シフタ８としては、種々の構成を採用することが可能である。例えば、遅延導波路７の屈折率を制御する方法と、遅延導波路７の長さを調整する方法とがある。このうち、遅延導波路７の屈折率を制御する方法としては、導波路幅をテーパ状に形成することで、導波路の実効屈折率を変化させて、位相をシフトさせる方法がある。この場合、テーパ角やテーパ長の設定によって位相変化量を任意に設定することが可能である。また、遅延導波路７上に熱ヒータを設けて、温度調整することによって、位相をシフトさせる方法もある。このほか、遅延導波路７上に電流注入機構や電圧印加機構を設けて、位相をシフトさせる方法もある。一方、遅延導波路７の長さを調整する方法は、一定幅の導波路の長さを調整して、位相をシフトさせる方法である。この場合、導波路長に応じて位相変化量を任意に設定することが可能である。なお、これらの遅延導波路７の屈折率を制御する方法と、遅延導波路７の長さを調整する方法とを組み合わせても良い。
Various configurations can be adopted as the
なお、各遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄに設けられる位相シフタ８による位相変化量の具体的な設定については後述する。
このようにして各遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄに位相シフタ８を設けて位相変化量を調整することで、各段の遅延干渉計の各ポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、互いにチャネル間波長間隔Δν分ずれたものとなる。また、１つの遅延干渉計の２つのポートから出力される光の透過スペクトル特性の透過ピーク波長は、２（Ｓ−１）×Δν分ずれたものとなる。このような調整を行なった場合、１段目の遅延干渉計として１つの遅延干渉計を備える場合、２段目以降の遅延干渉計における光導波路と遅延導波路との光路長差は、１段前段の遅延干渉計における光導波路と遅延導波路との光路長差の１／２又はその近傍となる。
The specific setting of the phase change amount by the
Thus, by providing the
このようにして、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれにおいて、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄの透過ピーク波長とリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの共振波長とが一致するように構成することで、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれを経て出力された光の透過スペクトル特性の透過帯域幅は狭帯域化したものとなる。この結果、本波長合分波素子は、透過帯域幅が狭帯域化したフィルタ特性、即ち、透過スペクトル特性を有するものとなる。
In this way, in each of the plurality of
ここで、各遅延干渉計における透過スペクトル特性の透過帯域幅を狭帯域化することができる原理を説明する。ここでは、１段目の遅延干渉計１における透過スペクトル特性の透過帯域幅を狭帯域化することができる原理を例に挙げて、図２を参照しながら説明する。
上述のようにして、１段目の遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差及びリング共振器１１の周回長をチャネル間波長間隔Δνに応じて適正化し、リング共振器１１の共振波長を遅延干渉計１の透過ピーク波長に合わせると、図２（Ａ）に示すように、１段目の遅延干渉計１を構成する光導波路６と遅延導波路７の２つの経路のそれぞれにおける位相変化の差分（以下、差分位相変化と称する）は、遅延干渉計１の透過ピーク波長近傍、即ち、合分波する波長領域で大きく変動し、相対的に大きくなる。このような急峻な相対差分位相変化が生じている状態で１段目の遅延干渉計１を構成する第２光カプラ５において光干渉することによって、図２（Ｂ）に示すように、狭帯域、かつ、急峻なスペクトル応答、即ち、透過スペクトル特性を示すこととなる。ここでは、透過スペクトル特性は、Lorentz関数状の尖った形状を示すことになる。
Here, the principle by which the transmission bandwidth of the transmission spectrum characteristic in each delay interferometer can be narrowed will be described. Here, a principle that can narrow the transmission bandwidth of the transmission spectrum characteristic in the first-
As described above, the optical path length difference between the
なお、図２（Ａ）は、リング共振器１１への光結合率が約８５％の場合を例に挙げて示している。また、図２（Ｂ）中、実線Ａは、１段目の遅延干渉計１の一方のポート［図１（Ａ）中、下側］から出力される光の透過スペクトル特性を示しており、図２（Ｂ）中、破線Ｂは、１段目の遅延干渉計１の他方のポート［図１（Ａ）中、上側］から出力される光の透過スペクトル特性を示している。
FIG. 2A shows an example where the optical coupling rate to the
また、この差分位相変化は、図３に示すように、リング共振器１１への光結合率に依存する。つまり、リング共振器１１への光結合率が小さいほど差分位相変化が大きくなる、即ち、差分位相変化の変化率が増加する傾向がある。例えば、リング共振器１１への光結合率が約８５％の場合、差分位相変化は、図３中、実線Ａで示すようになるのに対し、リング共振器１１への光結合率が約５０％になると、図３中、矢印で示す合分波する波長領域で、図３中、破線Ｂで示すように、差分位相変化の変化率が増加し、差分位相変化が、より大きく変動することになる。このため、リング共振器１１への光結合率を小さくすることで、１段目の遅延干渉計１における透過スペクトル特性の透過帯域幅を、より狭帯域化することができる。
Also, this difference phase change depends on the optical coupling rate to the
このため、本波長合分波素子の透過スペクトル特性の透過帯域幅（合分波スペクトル帯域幅）は、リング共振器への光結合率によって制御することができる。
ここで、図４は、リング共振器への光結合率を約５０％にした場合と約８５％にした場合の本波長合分波素子の透過スペクトル特性を示している。
なお、図４では、比較のために、リング共振器が設けられていない比較例の波長合分波素子の透過スペクトル特性も示している。また、図４中、実線Ａは、リング共振器への光結合率を約５０％にした場合の透過スペクトル特性を示しており、実線Ｂは、リング共振器への光結合率を約８５％にした場合の透過スペクトル特性を示しており、実線Ｃは、比較例の場合の透過スペクトル特性を示している。また、ここでは、Fabry-Perot型キャビティを想定し、波長合分波素子を２回透過した場合の透過スペクトル特性を示している。
For this reason, the transmission bandwidth (multiplex / demultiplex spectrum bandwidth) of the transmission spectrum characteristic of the present wavelength multiplexing / demultiplexing device can be controlled by the optical coupling ratio to the ring resonator.
Here, FIG. 4 shows transmission spectrum characteristics of the present wavelength multiplexing / demultiplexing element when the optical coupling ratio to the ring resonator is about 50% and about 85%.
For comparison, FIG. 4 also shows the transmission spectrum characteristics of the wavelength multiplexing / demultiplexing device of the comparative example in which no ring resonator is provided. In FIG. 4, a solid line A indicates the transmission spectrum characteristic when the optical coupling rate to the ring resonator is about 50%, and a solid line B indicates the optical coupling rate to the ring resonator is about 85%. The solid line C shows the transmission spectrum characteristic in the case of the comparative example. In addition, here, the transmission spectrum characteristic when a Fabry-Perot type cavity is assumed and the wavelength multiplexing / demultiplexing element is transmitted twice is shown.
図４に示すように、比較例の波長合分波素子と比べ、本波長合分波素子は、透過帯域幅が著しく狭帯域化している。また、リング共振器への光結合率が小さくなるほど、透過帯域幅が狭帯域化することが分かる。つまり、リング共振器への光結合率が小さくなるほど、図３に示すように、各遅延干渉計における差分位相変化の変化率が増し、この結果、本波長合分波素子の透過スペクトル特性の透過帯域幅が狭帯域化する傾向がある。 As shown in FIG. 4, compared with the wavelength multiplexing / demultiplexing device of the comparative example, this wavelength multiplexing / demultiplexing device has a significantly narrower transmission bandwidth. It can also be seen that the transmission bandwidth becomes narrower as the optical coupling rate to the ring resonator becomes smaller. That is, as the optical coupling ratio to the ring resonator decreases, the rate of change of the differential phase change in each delay interferometer increases as shown in FIG. 3, and as a result, the transmission of the transmission spectral characteristics of the present wavelength multiplexing / demultiplexing element There is a tendency that the bandwidth is narrowed.
この場合、比較例の波長合分波素子、リング共振器への光結合率約８５％の場合の本波長合分波素子、及び、リング共振器への光結合率約５０％の場合の本波長合分波素子の透過スペクトル特性のフィーネスは、それぞれ、約１２、約３８、及び、約１２４と見積もられる。
このように、リング共振器への光結合率によって、本波長合分波素子の透過スペクトル特性の透過帯域幅を制御できることが分かる。これにより、リング共振器への光結合率を調整することで、安定した単一モード発振を得るのに必要な透過スペクトル特性の透過帯域幅、即ち、フィルタ帯域幅を、レーザキャビティ長に応じて、即ち、レーザキャビティ長に応じて変化するレーザの縦モード間隔に応じて、適正化することが可能となる。
In this case, the wavelength multiplexing / demultiplexing element of the comparative example, the present wavelength multiplexing / demultiplexing element when the optical coupling ratio to the ring resonator is about 85%, and the present case where the optical coupling ratio to the ring resonator is about 50%. The transmission spectral characteristics of the wavelength multiplexing / demultiplexing element are estimated to be about 12, about 38, and about 124, respectively.
Thus, it can be seen that the transmission bandwidth of the transmission spectrum characteristic of the present wavelength multiplexing / demultiplexing device can be controlled by the optical coupling ratio to the ring resonator. As a result, by adjusting the optical coupling rate to the ring resonator, the transmission bandwidth of the transmission spectrum characteristic necessary for obtaining a stable single mode oscillation, that is, the filter bandwidth, is set according to the laser cavity length. In other words, it is possible to make the optimization appropriate for the longitudinal mode interval of the laser, which varies depending on the laser cavity length.
ところで、このような構成を備える本波長合分波素子は、以下のようにして作製することができる。
図５に示すように、まず、Ｓｉ基板２０上のＳｉＯ２（ＢＯＸ）層２１及びＳｉコア層２２（例えば、膜厚Ｈが約０．２５μｍ）を有するＳＯＩウェハを用い、光露光プロセスによって本波長合分波素子を構成する導波路ストライプ構造をパターニングする。この導波路ストライプパターンは、光露光装置のフォトマスクによって規定される。なお、光露光の代わりに、電子ビーム露光を用いても良い。
By the way, this wavelength multiplexing / demultiplexing device having such a configuration can be manufactured as follows.
As shown in FIG. 5, first, an SOI wafer having a SiO 2 (BOX)
そして、描画されたパターンを、例えば反応性イオンエッチングなどの方法でドライエッチングを行ない、例えばスラブ高約０．０５μｍ程度を有するリブ導波路構造２３（例えば、導波路幅Ｗが約０．４８μｍ）を形成する。
その後、導波路ストライプパターンの上部を、例えば蒸着装置などを用いてＳｉＯ２膜２４で被覆する。
Then, the drawn pattern is dry-etched by a method such as reactive ion etching, for example, and a
Thereafter, the upper portion of the waveguide stripe pattern is covered with the SiO 2 film 24 using, for example, a vapor deposition apparatus.
このようにして、本波長合分波素子として、Ｓｉ細線チャネル導波路構造を有する波長合分波素子を作製することができる。
なお、ここでは、リブ導波路構造２３を例に挙げて説明しているが、導波路構造はこれに限られるものではなく、例えば図６に示すように、Ｓｉコア層２２を加工して、チャネル導波路構造２５としても良い。この場合、上記リブ導波路構造の製造工程においてスラブ厚を残さずにエッチングを行なうことで、チャネル導波路構造２５を形成することができる。
In this manner, a wavelength multiplexing / demultiplexing element having a Si thin-line channel waveguide structure can be manufactured as the present wavelength multiplexing / demultiplexing element.
Here, the
以下、具体的な設定について説明する。
ここでは、例えば波長１．５５μｍ近傍で、かつ、チャネル間隔４００ＧＨｚで、１×８チャネルの波長合分波素子で合分波する場合を想定する。
この場合、１段目の遅延干渉計１における光導波路６と遅延導波路７との光路長差ＬＤ１は約９０μｍとなる。なお、この光路長差ＬＤ１は、図５や図６に示したＳｉ細線導波路の分散特性を考慮して得られた結果である。また、１段目の遅延干渉計１に設けられるリング共振器１１の周回長ＬＭ１は約１８０μｍとなる。
Specific settings will be described below.
Here, for example, it is assumed that the wavelength is multiplexed and demultiplexed by a 1 × 8 channel wavelength multiplexing / demultiplexing element in the vicinity of a wavelength of 1.55 μm and a channel interval of 400 GHz.
In this case, the optical path length difference L D1 between the
また、この１段目の遅延干渉計１にカスケード接続される２段目以降の遅延干渉計２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄにおける光路長差（即ち、遅延導波路長）、及び、それに設けられるリング共振器１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長は、上述の式、即ち、２（１−Ｓ）×ＬＤ１、及び、２（２−Ｓ）×ＬＤ１にしたがって決めれば良い。この結果、２段目及び３段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄにおける光路長差ＬＤ２、ＬＤ３は、それぞれ、約４５μｍ、及び、約２２．５μｍとなる。また、２段目及び３段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄに設けられるリング共振器１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長ＬＭ２、ＬＭ３は、それぞれ、約９０μｍ、及び、約４５μｍとなる。
Further, the optical path length difference (that is, the delay waveguide length) in the second and
ここで、図７は、図５や図６に示すようなＳｉ細線チャネル導波路構造によって形成される方向性結合器の結合特性の一例を示している。
図７に示すように、遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄを構成する光導波路６とリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄとの結合領域における方向性結合器を構成する導波路の間隔ＧａｐＤＣが減少するほど、短い距離、即ち、短い結合長で高い光結合率が得られることが分かる。この例では、ＧａｐＤＣを約０．１μｍに設定すれば、約８μｍ程度の結合長で約５０％の光結合率が得られ、約１３μｍ程度の結合長で約８５％の光結合率が得られることになる。
Here, FIG. 7 shows an example of the coupling characteristic of the directional coupler formed by the Si thin-line channel waveguide structure as shown in FIG. 5 or FIG.
As shown in FIG. 7, a directional coupler in the coupling region between the
また、各リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの中心波長λＣ−１ｓｔ、λＣ−２ｎｄ−Ａ、λＣ−２ｎｄ−Ｂ、λＣ−３ｒｄ−Ａ、λＣ−３ｒｄ−Ｂ、λＣ−３ｒｄ−Ｃ、λＣ−３ｒｄ−Ｄは、以下のように設定すれば良い。
λＣ−１ｓｔ＝λ０
λＣ−２ｎｄ−Ａ＝λ０
λＣ−２ｎｄ−Ｂ＝λ０＋Δν
λＣ−３ｒｄ−Ａ＝λ０＋２Δν
λＣ−３ｒｄ−Ｂ＝λ０
λＣ−３ｒｄ−Ｃ＝λ０＋Δν
λＣ−３ｒｄ−Ｄ＝λ０−Δν
また、各遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄに設けられる位相シフタ８による位相変化量（radian）は、以下のように設定すれば良い。
１段目の遅延干渉計１の位相シフタによる位相変化量φ１ｓｔ＝−π
２段目の一方の遅延干渉計２Ａの位相シフタによる位相変化量φ２ｎｄ−Ａ＝＋π
２段目の他方の遅延干渉計２Ｂの位相シフタによる位相変化量φ２ｎｄ−Ｂ＝＋０．５×π
３段目の第１遅延干渉計３Ａの位相シフタによる位相変化量φ３ｒｄ−Ａ＝＋π
３段目の第２遅延干渉計３Ｂの位相シフタによる位相変化量φ３ｒｄ−Ｂ＝＋１．５×π
３段目の第３遅延干渉計３Ｃの位相シフタによる位相変化量φ３ｒｄ−Ｃ＝＋０．２５×π
３段目の第４遅延干渉計３Ｄの位相シフタによる位相変化量φ３ｒｄ−Ｄ＝＋０．７５×π
これにより、各遅延干渉計２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄにおける光導波路６と遅延導波路７との光路長差及びリング共振器１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄの周回長が、上述のように、本波長合分波素子において合分波するチャネル間波長間隔Δνに応じて調整されたものとなる。
Further, the center wavelengths λ C-1st , λ C-2nd-A , λ C-2nd-B , λ C-3rd-A , λ C-3rd-B of the ring resonators 11, 12 A, 12 B, 13 A to 13 D are used. , Λ C-3rd-C , λ C-3rd-D may be set as follows.
λ C-1st = λ 0
λ C-2nd-A = λ 0
λ C-2nd-B = λ 0 + Δν
λ C-3rd-A = λ 0 + 2Δν
λ C-3rd-B = λ 0
λ C-3rd-C = λ 0 + Δν
λ C-3rd-D = λ 0 −Δν
The phase change amount (radian) by the
Phase change amount φ 1st = −π by phase shifter of
Phase change amount φ 2nd−A = + π by the phase shifter of one
Phase change amount φ 2nd−B = + 0.5 × π by the phase shifter of the
Phase change amount φ 3rd−A = + π by the phase shifter of the
Phase change amount φ 3rd−B = + 1.5 × π by the phase shifter of the
Phase change amount φ 3rd−C = + 0.25 × π by the phase shifter of the
Phase change amount φ 3rd−D = + 0.75 × π by the phase shifter of the
Thereby, the optical path length difference between the
ここで、図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、このように構成される波長合分波素子における合分波スペクトル特性（透過スペクトル特性）を示しており、図８（Ａ）はリング共振器への光結合率が約８５％の場合、図８（Ｂ）はリング共振器への光結合率が約５０％の場合を示している。
図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、いずれの場合も、一定波長間隔毎、即ち、４００ＧＨｚのチャネル間隔毎に、良好な合分波スペクトル特性を示している。また、図４に示す結果と同様に、リング共振器への光結合率が減少するにつれて、透過スペクトル特性の透過帯域幅（合分波帯域幅）が狭帯域化する傾向がある。
8A and 8B show the multiplexed / demultiplexed spectrum characteristics (transmission spectrum characteristics) in the wavelength multiplexing / demultiplexing element configured as described above, and FIG. 8A shows the ring. When the optical coupling rate to the resonator is about 85%, FIG. 8B shows the case where the optical coupling rate to the ring resonator is about 50%.
As shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B), in both cases, good multiplexing / demultiplexing spectrum characteristics are shown at every constant wavelength interval, that is, every 400 GHz channel interval. Similarly to the result shown in FIG. 4, as the optical coupling ratio to the ring resonator decreases, the transmission bandwidth (multiplexed / demultiplexed bandwidth) of the transmission spectral characteristics tends to narrow.
したがって、本実施形態にかかる波長合分波素子によれば、透過帯域幅を狭帯域化した波長合分波素子、即ち、優れた狭透過帯域幅を有する波長合分波素子を実現することができると利点がある。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
Therefore, according to the wavelength multiplexing / demultiplexing element according to the present embodiment, it is possible to realize a wavelength multiplexing / demultiplexing element having a narrow transmission bandwidth, that is, a wavelength multiplexing / demultiplexing element having an excellent narrow transmission bandwidth. There is an advantage if you can.
In addition, this invention is not limited to the structure described in embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
例えば、上述の実施形態では、７つの遅延干渉計を３段にカスケード接続した１×８チャネルの波長合分波素子を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、遅延干渉計のカスケード接続の段数は３段に限られるものではなく、合分波の対象となる光の最大チャネル数に応じて適宜にカスケード接続の段数を設定することができる。また、波長合分波素子が対応するチャネル間隔として４００ＧＨｚの場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、４００ＧＨｚ以外の任意のチャネル間隔についても、上述の実施形態の場合と同様にして波長合分波素子の各パラメータを適正化することによって対応することが可能である。 For example, in the above-described embodiment, a 1 × 8 channel wavelength multiplexing / demultiplexing element in which seven delay interferometers are cascade-connected in three stages is described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the number of cascade connection stages of the delay interferometer is not limited to three, and the number of cascade connection stages can be set as appropriate according to the maximum number of light channels to be multiplexed / demultiplexed. In addition, the case where the channel spacing corresponding to the wavelength multiplexing / demultiplexing device is 400 GHz has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and any channel spacing other than 400 GHz is also the same as in the above-described embodiment. Similarly, it is possible to cope with this problem by optimizing each parameter of the wavelength multiplexing / demultiplexing element.
また、例えば、上述の実施形態では、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに備えられる光導波路６とリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄとの間の光結合率を各段で同一にしているが、これに限られるものではない。例えば、複数の遅延干渉計１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄのそれぞれに備えられる光導波路６とリング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄとの間の光結合率を各段で異なるようにしても良い。
Further, for example, in the above-described embodiment, the light between the
例えば、図９に示すように、１段目の遅延干渉計１におけるリング共振器１１への光結合率をκＭ１とし、２段目の遅延干渉計２Ａ、２Ｂにおけるリング共振器１２Ａ、１２Ｂへの光結合率をκＭ２とし、３段目の遅延干渉計３Ａ〜３Ｄにおけるリング共振器１３Ａ〜１３Ｄへの光結合率をκＭ３とする場合、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約６５％、約４５％、約５％とするか、又は、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約８５％、約７５％、約６５％とすれば良い。なお、リング共振器１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄへの光結合率の各段での設定は、これらに限られるものではない。
For example, as shown in FIG. 9, the optical coupling rate to the
ここで、図１０は、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約６５％、約４５％、約５％とした場合と、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約８５％、約７５％、約６５％とした場合の本変形例の波長合分波素子の透過スペクトル特性を示している。
なお、図１０では、リング共振器が設けられていない比較例の波長合分波素子の透過スペクトル特性も示している。また、図１０中、実線Ａは、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約６５％、約４５％、約５％とした場合の透過スペクトル特性を示しており、実線Ｂは、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約８５％、約７５％、約６５％とした場合の透過スペクトル特性を示しており、実線Ｃは、比較例の場合の透過スペクトル特性を示している。また、ここでは、Fabry-Perot型キャビティを想定し、波長合分波素子を２回透過した場合の透過スペクトル特性を示している。
Here, FIG. 10 shows the case where the optical coupling rates κM1, κM2, and κM3 are about 65%, about 45%, and about 5%, respectively, and the optical coupling rates κM1, κM2, and κM3 are about 85%, respectively. The transmission spectrum characteristics of the wavelength multiplexing / demultiplexing device of this modification when about 75% and about 65% are shown.
FIG. 10 also shows the transmission spectrum characteristics of the wavelength multiplexing / demultiplexing device of the comparative example in which no ring resonator is provided. In FIG. 10, the solid line A indicates the transmission spectrum characteristics when the optical coupling rates κM1, κM2, and κM3 are about 65%, about 45%, and about 5%, respectively. The transmission spectrum characteristics when the coupling ratios κM1, κM2, and κM3 are about 85%, about 75%, and about 65% are shown, and the solid line C shows the transmission spectrum characteristics of the comparative example. . In addition, here, the transmission spectrum characteristic when a Fabry-Perot type cavity is assumed and the wavelength multiplexing / demultiplexing element is transmitted twice is shown.
図１０に示すように、比較例の波長合分波素子と比べ、本変形例の波長合分波素子は、透過帯域幅が著しく狭帯域化している。また、リング共振器への光結合率が小さくなるほど、透過帯域幅が狭帯域化することが分かる。つまり、リング共振器への光結合率が小さくなるほど、各遅延干渉計における差分位相変化の変化率が増し（図３参照）、この結果、本変形例の波長合分波素子の透過スペクトル特性の透過帯域幅が狭帯域化する傾向がある。 As shown in FIG. 10, the transmission / reception bandwidth of the wavelength multiplexing / demultiplexing element of this modification is significantly narrower than that of the comparative wavelength multiplexing / demultiplexing element. It can also be seen that the transmission bandwidth becomes narrower as the optical coupling rate to the ring resonator becomes smaller. That is, as the optical coupling ratio to the ring resonator decreases, the rate of change of the differential phase change in each delay interferometer increases (see FIG. 3). As a result, the transmission spectral characteristics of the wavelength multiplexing / demultiplexing element of this modification example are increased. There is a tendency that the transmission bandwidth is narrowed.
この場合、比較例の波長合分波素子、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約８５％、約７５％、約６５％とした場合の本変形例の波長合分波素子、及び、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約６５％、約４５％、約５％とした場合の本変形例の波長合分波素子の透過スペクトル特性のフィーネスは、それぞれ、約１２、約３８、及び、約１２４と見積もられる。 In this case, the wavelength multiplexing / demultiplexing element of this modification when the wavelength multiplexing / demultiplexing element of the comparative example, the optical coupling ratios κM1, κM2, and κM3 are about 85%, about 75%, and about 65%, respectively. When the optical coupling ratios κM1, κM2, and κM3 are about 65%, about 45%, and about 5%, respectively, the transmission spectrum characteristics of the wavelength multiplexing / demultiplexing element of this modification have a fineness of about 12, Estimated at about 38 and about 124.
このように、リング共振器への光結合率によって、本変形例の波長合分波素子の透過スペクトル特性の透過帯域幅を制御できることが分かる。これにより、リング共振器への光結合率を調整することで、安定した単一モード発振を得るのに必要な透過スペクトル特性の透過帯域幅、即ち、フィルタ帯域幅を、レーザキャビティ長に応じて、即ち、レーザキャビティ長に応じて変化するレーザの縦モード間隔に応じて、適正化することが可能となる。 Thus, it can be seen that the transmission bandwidth of the transmission spectral characteristics of the wavelength multiplexing / demultiplexing device of this modification can be controlled by the optical coupling rate to the ring resonator. As a result, by adjusting the optical coupling rate to the ring resonator, the transmission bandwidth of the transmission spectrum characteristic necessary for obtaining a stable single mode oscillation, that is, the filter bandwidth, is set according to the laser cavity length. In other words, it is possible to make the optimization appropriate for the longitudinal mode interval of the laser, which varies depending on the laser cavity length.
ここで、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、本変形例の波長合分波素子（１×８チャネル）における合分波スペクトル特性（透過スペクトル特性）を示しており、図１１（Ａ）は光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約８５％、約７５％、約６５％とした場合、図１１（Ｂ）は光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約６５％、約４５％、約５％とした場合を示している。 Here, FIG. 11A and FIG. 11B show the multiplexing / demultiplexing spectrum characteristics (transmission spectrum characteristics) in the wavelength multiplexing / demultiplexing element (1 × 8 channel) of this modification, and FIG. 11A shows the case where the optical coupling rates κM1, κM2, and κM3 are about 85%, about 75%, and about 65%, respectively, and FIG. 11B shows the optical coupling rates κM1, κM2, and κM3 about 65%, respectively. %, About 45%, and about 5%.
図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、いずれの場合も、一定波長間隔毎、即ち、４００ＧＨｚのチャネル間隔毎に、良好な合分波スペクトル特性を示している。また、上述の実施形態の場合と同様に、リング共振器への光結合率が減少するにつれて、透過スペクトル特性の透過帯域幅（合分波帯域幅）が狭帯域化する傾向がある。さらに、上述の実施形態の場合と比較して、狭帯域スペクトル特性を維持しながら、低クロストークを実現できることがわかる。つまり、上述の実施形態の各段のリング共振器への光結合率を約８５％として一定とした場合［図８（Ａ）参照］と比較して、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約８５％、約７５％、約６５％とした場合、図１１（Ａ）に示すように、狭帯域スペクトル特性を維持しながら、低クロストークを実現できることがわかる。また、上述の実施形態の各段のリング共振器への光結合率を約５０％として一定とした場合［図８（Ｂ）参照］と比較して、光結合率κＭ１、κＭ２、κＭ３を、それぞれ、約６５％、約４５％、約５％とした場合、図１１（Ｂ）に示すように、狭帯域スペクトル特性を維持しながら、低クロストークを実現できることがわかる。 As shown in FIGS. 11 (A) and 11 (B), in both cases, good multiplexing / demultiplexing spectrum characteristics are shown for every fixed wavelength interval, that is, for every 400 GHz channel interval. Further, as in the case of the above-described embodiment, as the optical coupling ratio to the ring resonator decreases, the transmission bandwidth (multiplexed / demultiplexed bandwidth) of the transmission spectral characteristics tends to narrow. Furthermore, as compared with the case of the above-described embodiment, it can be seen that low crosstalk can be realized while maintaining the narrow band spectral characteristics. That is, the optical coupling ratios κM1, κM2, and κM3 are compared with the case where the optical coupling ratio to the ring resonator of each stage in the above-described embodiment is fixed to about 85% [see FIG. 8A]. As shown in FIG. 11A, it can be seen that low crosstalk can be realized while maintaining the narrow band spectral characteristics when about 85%, about 75%, and about 65%, respectively. Further, in comparison with the case where the optical coupling rate to the ring resonator of each stage of the above-described embodiment is constant at about 50% [see FIG. 8B], the optical coupling rates κM1, κM2, and κM3 are As shown in FIG. 11B, it can be seen that low crosstalk can be realized while maintaining the narrow-band spectral characteristics when they are about 65%, about 45%, and about 5%, respectively.
次に、本実施形態にかかる多波長光源、即ち、上述の実施形態及び変形例の波長合分波素子を備える多波長光源について、図１２、図１３を参照しながら説明する。
本実施形態の多波長光源は、図１２に示すように、上述の実施形態及び変形例の波長合分波素子３０と、レーザ共振器を構成する第１及び第２反射鏡３１、３２と、利得媒質３３と、光カプラ３４とを備え、波長合分波素子３０及び利得媒質３３は、レーザ共振器の中に設けられている。つまり、上述の実施形態及び変形例の波長合分波素子３０、及び、利得媒質３３は、第１反射鏡３１と第２反射鏡３１との間に挟まれて設けられている。
Next, the multi-wavelength light source according to the present embodiment, that is, the multi-wavelength light source including the wavelength multiplexing / demultiplexing device according to the above-described embodiment and the modification will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 12, the multi-wavelength light source of the present embodiment includes the wavelength multiplexing /
ここでは、利得媒質３３として、波長合分波素子３０の１つの入出力チャネル（図１２中、右側）に接続された１つの利得媒質が設けられている。ここで、利得媒質３３は、半導体光増幅器（ＳＯＡ：semiconductor optical amplifier）である。また、レーザ共振器は、ファブリ・フェロー（Fabry-Perot）キャビティである。なお、利得媒質を、光利得媒質、又は、半導体利得媒質ともいう。
Here, one gain medium connected to one input / output channel (right side in FIG. 12) of the wavelength multiplexing /
このように構成される多波長光源では、波長合分波素子３０によって合分波された各波長成分は、ＳＯＡ３３によって増幅され、第１及び第２反射鏡３１、３２によって光帰還作用を受けて、レーザ発振する。これにより、複数の波長のレーザ光（ＷＤＭ光）を一括して生成することが可能である。そして、レーザ発振し、合波された各波長の光は、光カプラ３４を介して、出力光として出力されることになる。特に、上述の実施形態及び変形例の波長合分波素子３０を備え、これは、透過帯域幅を狭帯域化した波長合分波素子であるため、安定した単一モード発振が得られ、発振モード安定性の優れ、多波長レーザ発振を得ることができる多波長光源を実現することができる。なお、このような多波長光源を、Ｓｉフォトニクス多波長光源ともいう。
In the multi-wavelength light source configured as described above, each wavelength component multiplexed / demultiplexed by the wavelength multiplexing /
なお、多波長光源の構成は、これに限られるものではない。例えば図１３に示すように、利得媒質３３として、波長合分波素子３０の複数の入出力チャネル（図１３中、左側）のそれぞれに接続された複数の利得媒質３３を設けて、多波長光源を構成することもできる。つまり、チャネル数分の利得媒質３３（ここではＳＯＡ）を設けるようにしても良い。この場合、各波長のレーザ発振を個別に制御することが可能である。
Note that the configuration of the multi-wavelength light source is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, as the
次に、本実施形態にかかる多波長光送信器、即ち、上述の実施形態の多波長光源を備える多波長光送信器について、図１４を参照しながら説明する。
本実施形態の多波長光送信器は、図１４に示すように、上述の実施形態の多波長光源４０と、この多波長光源４０の出力側に接続された光変調器４１とを備える。
ここでは、光変調器４１は、リング共振器型光変調器である。このリング共振器型光変調器４１は、多波長光源４０の各発振波長に対応する複数（ここでは８つ）のリング共振器を備える光変調器であって、多波長光源４０からの各発振波長の光を変調して、それぞれの波長成分に情報を載せて、ＷＤＭ変調信号として出力しうるものである。ここでは、上述の実施形態の多波長光源４０から、異なる発振波長（λ１〜λ８）の８つのレーザ光が合波されたＷＤＭ光が、光カプラ３４を介して、このリング共振器型光変調器４１へ出力され、このリング共振器型光変調器４１でそれぞれの発振波長の光が変調されて、ＷＤＭ変調信号として出力されるようになっている。このように、上述の実施形態の多波長光源４０に、このようなリング共振器型光変調器４１を組み合わせることで、高効率な多波長光送信器を構成することができる。なお、リング共振器型光変調器を、光変調器アレーともいう。
Next, a multi-wavelength optical transmitter according to this embodiment, that is, a multi-wavelength optical transmitter including the multi-wavelength light source of the above-described embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 14, the multi-wavelength optical transmitter of the present embodiment includes the multi-wavelength
Here, the optical modulator 41 is a ring resonator type optical modulator. The ring resonator type optical modulator 41 is an optical modulator including a plurality of (eight in this case) ring resonators corresponding to the oscillation wavelengths of the multi-wavelength
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
多段にカスケード接続され、第１光カプラと、第２光カプラと、前記第１光カプラと前記第２光カプラとの間に設けられた光導波路及び遅延導波路とを備える複数の遅延干渉計と、
前記複数の遅延干渉計のそれぞれの前記光導波路に光結合された複数のリング共振器とを備え、
前記複数の遅延干渉計のそれぞれに備えられる前記光導波路と前記遅延導波路との光路長差は、各段で異なり、
前記複数の遅延干渉計のそれぞれに光結合された前記リング共振器の周回長は、各段で異なり、
前記複数の遅延干渉計のそれぞれにおいて、前記遅延干渉計の透過ピーク波長と前記リング共振器の共振波長とが一致するように構成されていることを特徴とする波長合分波素子。
Hereinafter, additional notes will be disclosed regarding the above-described embodiment and modifications.
(Appendix 1)
A plurality of delay interferometers cascade-connected in multiple stages and including a first optical coupler, a second optical coupler, and an optical waveguide and a delay waveguide provided between the first optical coupler and the second optical coupler. When,
A plurality of ring resonators optically coupled to the respective optical waveguides of the plurality of delay interferometers,
The optical path length difference between the optical waveguide provided in each of the plurality of delay interferometers and the delay waveguide is different in each stage,
The round length of the ring resonator optically coupled to each of the plurality of delay interferometers is different at each stage,
In each of the plurality of delay interferometers, the wavelength multiplexing / demultiplexing element is configured such that a transmission peak wavelength of the delay interferometer matches a resonance wavelength of the ring resonator.
（付記２）
前記複数の遅延干渉計のそれぞれにおいて、前記遅延干渉計に光結合された前記リング共振器の周回長が、前記遅延干渉計の前記光導波路と前記遅延導波路との光路長差の２倍又はその近傍になっていることを特徴とする、付記１に記載の波長合分波素子。
（付記３）
１段目の遅延干渉計として１つの遅延干渉計を備える場合、２段目以降の前記遅延干渉計における前記光導波路と前記遅延導波路との光路長差は、１段前段の前記遅延干渉計における前記光導波路と前記遅延導波路との光路長差の１／２又はその近傍になっていることを特徴とする、付記１又は２に記載の波長合分波素子。
(Appendix 2)
In each of the plurality of delay interferometers, the circumference of the ring resonator optically coupled to the delay interferometer is twice the optical path length difference between the optical waveguide and the delay waveguide of the delay interferometer or The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to
(Appendix 3)
When one delay interferometer is provided as the first delay interferometer, the optical path length difference between the optical waveguide and the delay waveguide in the second and subsequent delay interferometers is the first delay interferometer. 3. The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to
（付記４）
Ｓ段目（Ｓは自然数）の前記遅延干渉計の数は２Ｓ−１となっており、
１段目の前記遅延干渉計における前記光導波路と前記遅延導波路との光路長差をＬＤ１として、Ｓ段目の前記遅延干渉計における前記光導波路と前記遅延導波路との光路長差は２（１−Ｓ）×ＬＤ１又はその近傍となっており、Ｓ段目の遅延干渉計に光結合された前記リング共振器の周回長は２（２−Ｓ）×ＬＤ１又はその近傍となっていることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の波長合分波素子。
(Appendix 4)
The number of the delay interferometers in the S-th stage (S is a natural number) is 2 S-1 .
The optical path length difference between the optical waveguide and the delay waveguide in the first-stage delay interferometer is L D1 , and the optical path length difference between the optical waveguide and the delay waveguide in the S-stage delay interferometer is 2 (1-S) × L D1 or the vicinity thereof, and the circumference of the ring resonator optically coupled to the S-stage delay interferometer is 2 (2-S) × L D1 or the vicinity thereof. The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to any one of
（付記５）
前記複数の遅延干渉計のそれぞれに備えられる前記光導波路と前記リング共振器との間の光結合率は、各段で同一であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の波長合分波素子。
（付記６）
前記複数の遅延干渉計のそれぞれに備えられる前記光導波路と前記リング共振器との間の光結合率は、各段で異なることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の波長合分波素子。
(Appendix 5)
The optical coupling rate between the optical waveguide and the ring resonator provided in each of the plurality of delay interferometers is the same in each stage, according to any one of
(Appendix 6)
The optical coupling rate between the optical waveguide provided in each of the plurality of delay interferometers and the ring resonator is different at each stage, according to any one of
（付記７）
前記複数の遅延干渉計のそれぞれに設けられた複数の位相シフタを備えることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の波長合分波素子。
（付記８）
前記リング共振器が前記光導波路に光結合されている領域は、方向性結合器を構成することを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の波長合分波素子。
(Appendix 7)
The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to any one of
(Appendix 8)
The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to any one of
（付記９）
前記第１光カプラ及び前記第２光カプラは、方向性結合器又は多モード干渉カプラであることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の波長合分波素子。
（付記１０）
付記１〜９のいずれか１項に記載の波長合分波素子と、
レーザ共振器を構成する第１及び第２反射鏡と、
利得媒質とを備え、
前記波長合分波素子及び前記利得媒質は、前記レーザ共振器の中に設けられていることを特徴とする多波長光源。
(Appendix 9)
The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to any one of
(Appendix 10)
The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to any one of
First and second reflecting mirrors constituting a laser resonator;
A gain medium,
The multi-wavelength light source, wherein the wavelength multiplexing / demultiplexing element and the gain medium are provided in the laser resonator.
（付記１１）
前記利得媒質は、前記波長合分波素子の１つの入出力チャネルに接続された１つの利得媒質であることを特徴とする、付記１０に記載の多波長光源。
（付記１２）
前記利得媒質は、前記波長合分波素子の複数の入出力チャネルのそれぞれに接続された複数の利得媒質であることを特徴とする、付記１０に記載の多波長光源。
(Appendix 11)
11. The multiwavelength light source according to
(Appendix 12)
11. The multi-wavelength light source according to
（付記１３）
付記１０〜１２のいずれか１項に記載の多波長光源と、
前記多波長光源に接続された光変調器とを備えることを特徴とする多波長光送信器。
（付記１４）
前記光変調器は、リング共振器型光変調器であることを特徴とする、付記１３に記載の多波長光送信器。
(Appendix 13)
The multi-wavelength light source according to any one of
A multi-wavelength optical transmitter comprising an optical modulator connected to the multi-wavelength light source.
(Appendix 14)
14. The multiwavelength optical transmitter according to appendix 13, wherein the optical modulator is a ring resonator type optical modulator.
１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ〜３Ｄ 遅延干渉計
１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｄ リング共振器
４ 第１光カプラ
５ 第２光カプラ
６ 光導波路
７ 遅延導波路
８ 位相シフタ
２０ Ｓｉ基板
２１ ＳｉＯ２（ＢＯＸ）層
２２ Ｓｉコア層
２３ リブ導波路構造
２４ ＳｉＯ２膜
２５ チャネル導波路構造
３０ 波長合分波素子
３１、３２ 第１及び第２反射鏡
３３ 利得媒質（ＳＯＡ）
３４ 光カプラ
４０ 多波長光源
４１ 光変調器（リング共振器型光変調器）
1, 2A, 2B, 3A to
34
Claims (9)
前記複数の遅延干渉計のそれぞれの前記光導波路に光結合された複数のリング共振器とを備え、
前記複数の遅延干渉計のそれぞれに備えられる前記光導波路と前記遅延導波路との光路長差は、各段で異なり、
前記複数の遅延干渉計のそれぞれに光結合された前記リング共振器の周回長は、各段で異なり、
前記複数の遅延干渉計のそれぞれにおいて、前記遅延干渉計の透過ピーク波長と前記リング共振器の共振波長とが一致するように構成されていることを特徴とする波長合分波素子。 A plurality of delay interferometers cascade-connected in multiple stages and including a first optical coupler, a second optical coupler, and an optical waveguide and a delay waveguide provided between the first optical coupler and the second optical coupler. When,
A plurality of ring resonators optically coupled to the respective optical waveguides of the plurality of delay interferometers,
The optical path length difference between the optical waveguide provided in each of the plurality of delay interferometers and the delay waveguide is different in each stage,
The round length of the ring resonator optically coupled to each of the plurality of delay interferometers is different at each stage,
In each of the plurality of delay interferometers, the wavelength multiplexing / demultiplexing element is configured such that a transmission peak wavelength of the delay interferometer matches a resonance wavelength of the ring resonator.
１段目の前記遅延干渉計における前記光導波路と前記遅延導波路との光路長差をＬＤ１として、Ｓ段目の前記遅延干渉計における前記光導波路と前記遅延導波路との光路長差は２（１−Ｓ）×ＬＤ１又はその近傍となっており、Ｓ段目の遅延干渉計に光結合された前記リング共振器の周回長は２（２−Ｓ）×ＬＤ１又はその近傍となっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長合分波素子。 The number of the delay interferometers in the S-th stage (S is a natural number) is 2 S-1 .
The optical path length difference between the optical waveguide and the delay waveguide in the first-stage delay interferometer is L D1 , and the optical path length difference between the optical waveguide and the delay waveguide in the S-stage delay interferometer is 2 (1-S) × L D1 or the vicinity thereof, and the circumference of the ring resonator optically coupled to the S-stage delay interferometer is 2 (2-S) × L D1 or the vicinity thereof. The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength multiplexing / demultiplexing device is formed.
レーザ共振器を構成する第１及び第２反射鏡と、
利得媒質とを備え、
前記波長合分波素子及び前記利得媒質は、前記レーザ共振器の中に設けられていることを特徴とする多波長光源。 The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to any one of claims 1 to 7,
First and second reflecting mirrors constituting a laser resonator;
A gain medium,
The multi-wavelength light source, wherein the wavelength multiplexing / demultiplexing element and the gain medium are provided in the laser resonator.
前記多波長光源に接続された光変調器とを備えることを特徴とする多波長光送信器。 The multi-wavelength light source according to claim 8,
A multi-wavelength optical transmitter comprising an optical modulator connected to the multi-wavelength light source.
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