JP5128554B2 - Wavelength adjustment method for transmissive optical device - Google Patents
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Description
本発明は、基板上に作製された光導波路から構成されるマッハツェンダー干渉計(MZI)の後段に透過型光フィルタが接続された透過型光デバイスの波長制御方法に関する。 The present invention relates to a wavelength control method for a transmissive optical device in which a transmissive optical filter is connected to a subsequent stage of a Mach-Zehnder interferometer (MZI) composed of an optical waveguide fabricated on a substrate.
波長監視機能付き分波フィルタ(透過型光デバイス)は、受信端において1個のフィルタを用いて複数のWDM信号を一括してモニタできるので、低コストの波長監視システムに有望である(非特許文献1)。 A demultiplexing filter with a wavelength monitoring function (transmission type optical device) is promising for a low-cost wavelength monitoring system because it can monitor a plurality of WDM signals at once using a single filter at the receiving end (non-patent document). Reference 1).
図1は、WDM−PON(Passive Optical Network)システム(非特許文献2)に波長監視機能付き分波フィルタを適用した例(特許文献1、非特許文献1)を示している。WDM−PONシステム10は、波長分割多重技術を用いて加入者へ大容量のデータを送信できるので次世代のアクセスネットワークの有望な形態の1つであり複数の研究機関で検討されている(非特許文献2)。図1において、ユーザ側にONU(Optical Network Unit)20−1〜20−nが、局舎側にはOLT(Optical Line Terminal)30が備えられている。ONU20−1〜20−nからの各波長の信号光は、波長合波器22で合波され、OLT30に伝送される。波長合波された信号光は、OLT30において、波長監視機能付き分波フィルタ31により各波長の信号光に分波され、波長ごとに各OSU32−1〜32−nに分配される。OLT30の波長監視機能付き分波フィルタ31は、透過スペクトルを正弦波信号源(+アンプ)33で微少変調することで信号光の光強度を微少変調する。そして、光強度が微小変調された信号光を波長誤差信号検波34により各波長をモニタすることができる。
FIG. 1 shows an example in which a demultiplexing filter with a wavelength monitoring function is applied to a WDM-PON (Passive Optical Network) system (Non-patent Document 2) (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). The WDM-
図2に示したように、信号光は微少変調すなわちディザリングされ、その変調振幅はフィルタの透過中心波長からのずれに対応する。波長監視機能付き分波フィルタの透過中心波長はITU(International Telecommunication Union)グリッドに波長制御されている。したがって、変調振幅から信号光の波長を求めることができる。 As shown in FIG. 2, the signal light is finely modulated or dithered, and the modulation amplitude corresponds to a deviation from the transmission center wavelength of the filter. The transmission center wavelength of the demultiplexing filter with a wavelength monitoring function is wavelength-controlled by an ITU (International Telecommunication Union) grid. Therefore, the wavelength of the signal light can be obtained from the modulation amplitude.
しかしながら、設計により波長監視機能付きフィルタの透過中心波長をITUグリッドに一致させるようにしても、実際には、製造誤差によりどうしても透過中心波長がずれてしまう。そのため、波長監視機能付きフィルタの作製後、透過中心波長を調整する必要がある。そこで、波長監視付きフィルタの透過波長を簡単に調整する方法が望まれている。 However, even if the transmission center wavelength of the filter with a wavelength monitoring function is matched with the ITU grid by design, the transmission center wavelength is inevitably shifted due to a manufacturing error. Therefore, it is necessary to adjust the transmission center wavelength after manufacturing the filter with a wavelength monitoring function. Therefore, a method for easily adjusting the transmission wavelength of the filter with wavelength monitoring is desired.
本発明は、上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、2つの入力と2つの出力を有するマッハツェンダー干渉計と、前記2つの出力に接続された2つの透過型光フィルタとから構成された透過型光デバイスにおける透過波長を調整する方法であって、前記2つの入力のうち、前記マッハツェンダー干渉計の消光波長と、前記2つの透過型光フィルタの透過スペクトルとが一致する方の入力から光を入力することと、前記2つの透過型光フィルタから出力される光の透過スペクトルの各々について、2つのピークの透過率がほぼ等しくなるように、前記マッハツェンダー干渉計の干渉条件を調整することとを備え、前記調整することは、前記マッハツェンダー干渉計のヒータに電力を供給して、各電力時の各ピーク値をモニタすることと、前記各ピーク値の差分に基づいて、当該各差分がなくなるよう前記ヒータの電力値を求めることと、前記電力値を有する電力を前記ヒータに供給し、前記透過率がほぼ等しい前記2つのピークを得ることとを含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a Mach-Zehnder interferometer having two inputs and two outputs, and two transmission-type lights connected to the two outputs. A transmission wavelength adjustment method in a transmission type optical device comprising a filter, wherein the extinction wavelength of the Mach-Zehnder interferometer and the transmission spectrum of the two transmission type optical filters are the two of the two inputs. The Mach-Zehnder interferometer is configured so that the transmittance of two peaks is approximately equal for each of the light input from the matching input and the transmission spectrum of the light output from the two transmission optical filters. and a adjusting the interference condition, the adjusting supplies power to the heater of the Mach-Zehnder interferometer, to monitor the peak values during each power And obtaining the power value of the heater based on the difference between the peak values so as to eliminate the difference, supplying power having the power value to the heater, and the transmittance being substantially equal to the 2 Obtaining two peaks .
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の方法であって、前記透過型光フィルタは、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the method according to the first aspect, wherein the transmissive optical filter is an arrayed waveguide diffraction grating.
本発明では、実際に使う入力導波路とは別の入力導波路からの透過スペクトルをモニタすることにより、2つのピークになったスペクトルをモニタし、2つのピークがほぼ同じ高さになるようにMZIの透過波長を調整することにより、実際に使う入力導波路から入力した場合におけるMZIの透過波長を、AWGの透過波長に簡易に調整することができる。 In the present invention, by monitoring the transmission spectrum from an input waveguide different from the actually used input waveguide, the spectrum having two peaks is monitored so that the two peaks have almost the same height. By adjusting the transmission wavelength of MZI, it is possible to easily adjust the transmission wavelength of MZI when input from an actually used input waveguide to the transmission wavelength of AWG.
図3に、本発明に係る波長監視機能付き分波フィルタの構成例を示す。この波長監視機能付き分波フィルタ100では、マッハツェンダー干渉計(MZI)131の後段に2つのアレイ導波路回折格子(AWG)132、133が接続されている。MZI131は、2つの入力導波路102、103と、2つの出力導波路105、106を有し、2つのアーム導波路にはそれぞれヒータ121、122が設けられている。AWG132は、2つの入力導波路101、105と、24の出力導波路107−1〜107−24を有している。AWG133も同様に、2つの入力導波路104、106と、24の出力導波路107−25〜107−48を有している。
FIG. 3 shows a configuration example of a demultiplexing filter with a wavelength monitoring function according to the present invention. In the
波長多重された信号光は、入力導波路103に入力され、MZI131でFSR(Free Spectral Range)の間隔で分波され、AWG132もしくはAWG133を通り、分波され、フィルタされた光が出力導波路107−1〜107−48から出力される。あるいは、波長多重された信号光を入力導波路102に入力するようにすることも可能である。
The wavelength-multiplexed signal light is input to the
この分波フィルタの透過スペクトルは、MZI131の透過スペクトルとAWG132もしくはAWG133の透過スペクトルを合成したものになる。このため、MZI131の透過波形を変化させればフィルタ全体のスペクトルを変化させる、すなわち変調できることになる。MZI131の透過波形の変調を行うために、アーム導波路上のヒータ121または122に加える電力を変調する。ヒータへ加えた電力によりヒータ直下の導波路の温度が上昇し、導波路の屈折率が変化し、アームの導波路の光路長が変化することでMZI131の透過波形が変化する。ここで、全チャンネルのスペクトルを変調するために1つのMZIを変調するだけでよいので低消費電力であることが本構成の特徴である。
The transmission spectrum of this demultiplexing filter is a combination of the transmission spectrum of
なお、波長監視機能付き分波フィルタは、基板上のコアとクラッドからなる埋め込み導波路で構成されており、Si基板上の石英系ガラス導波路から構成される形態が代表的である。非特許文献1の例では、波長監視機能付きフィルタは通信波長帯のL帯(1565nmから1620nm)で設計されている。MZI131のFSRは、200GHz間隔(波長間隔1.68nm)としている。2つのAWGは、波長間隔を200GHz(波長間隔1.68nm)とし、中心ポートの波長をほぼ100GHz(波長間隔0.84nm)ずらしている。ここで、AWG132の中心ポートとは入力導波路105から出力導波路107−13の形態で入出力するポートとしており、AWG133の中心ポートとは入力導波路106から出力導波路107−37の形態で入出力するポートとしている。MZI131により200GHz間隔で振り分けられた波長がAWG132またはAWG133を通って出力されることになる。
The demultiplexing filter with a wavelength monitoring function is composed of a buried waveguide composed of a core and a clad on a substrate, and a typical form is composed of a silica-based glass waveguide on a Si substrate. In the example of Non-Patent Document 1, the filter with a wavelength monitoring function is designed in the L band (1565 nm to 1620 nm) of the communication wavelength band. The FSR of the
この波長監視機能付き分波フィルタを作製するためには、MZIの透過波長をAWGの透過波長に調整することが重要である。設計ではMZIの透過波長をAWGに一致させるようにしているが、製造誤差によりどうしても両者の透過波長がずれてしまう。以下、従来技術によって、MZIの透過波長をAWGの透過波長に調整する方法を説明する。 In order to produce this demultiplexing filter with wavelength monitoring function, it is important to adjust the transmission wavelength of MZI to the transmission wavelength of AWG. In the design, the transmission wavelength of MZI is made to match that of AWG. However, the transmission wavelength of both will inevitably shift due to manufacturing errors. Hereinafter, a method for adjusting the transmission wavelength of MZI to the transmission wavelength of AWG according to the conventional technique will be described.
初めに、MZIの透過波長をAWGの透過波長に調整する原理を説明する。図4(a)に、MZI131の透過スペクトル(入力導波路102から出力導波路105)とAWG132(入力導波路105から出力導波路107−13)の透過スペクトルの関係の計算例を示す。図4(b)に、MZI131の透過スペクトルとAWG132の透過スペクトルから合成された透過スペクトル(入力導波路102から出力導波路107−13)を示す。図4(a)および(b)の波長軸は同じ値の波長に対応している。
First, the principle of adjusting the transmission wavelength of MZI to the transmission wavelength of AWG will be described. FIG. 4A shows a calculation example of the relationship between the transmission spectrum of the MZI 131 (the
図4より、MZI131の透過波長がAWG132の透過波長に一致している場合、合成されたスペクトルの透過波長もAWG132の波長に一致していることがわかる。すなわち、合成されたスペクトル(入力導波路102から出力導波路107−13)の透過波長をAWG132の透過波長に調整すれば、MZI131の透過波長はAWG132の透過波長に調整されたことになる。
FIG. 4 shows that when the transmission wavelength of the
以下、従来技術によりMZIの透過波長をAWGの透過波長に調整する手順を説明する。初めに、AWG132とAWG133の中心ポートの波長を知る必要がある。入力導波路101を入力導波路とし、出力導波路107−13を出力導波路としてAWG132の波長を測定することで、AWG132の中心ポート(入力導波路105から出力導波路107−13)の波長を推定する。また、入力導波路104を入力導波路とし、出力導波路107−37を出力導波路としてAWG133の波長を測定することで、AWG133の中心ポート(入力導波路106、出力導波路107−37)の波長を推定する。
The procedure for adjusting the transmission wavelength of MZI to the transmission wavelength of AWG according to the prior art will be described below. First, it is necessary to know the wavelength of the center port of the
次に、分波フィルタの入力導波路102から出力導波路107−13における透過スペクトルを測定して、推定したAWG132の中心ポートの波長に調整するためのヒータ122への印加電力P1を求める。次に、分波フィルタの入力導波路102から出力導波路107−37における透過波長を測定して、推定したAWG133の中心ポートの波長に調整するためのヒータ122への印加電力P2を求める。AWG132とAWG133の中心ポートの間隔が正確に100GHz(0.84nm)である場合はP1とP2は一致する。しかし、実際の例では100GHz(0.84nm)から0.01〜0.02nmずれていたために、P1とP2は一致しなかった。そこで、最適な電力はP1とP2の平均値をとることによりMZI131の透過波長をAWG132およびAWG133の透過波長に調整した。
Next, the transmission spectrum from the
次に、本発明によるMZIの透過波長とAWGの透過波長との調整方法について説明する。まず、図5を参照して、MZI131における入力導波路と透過スペクトルの関係について説明する。図5は、図3のMZI131の部分を示す図である。図6(a)は、デバイスとして実際に使う入力導波路103から出力導波路105までの透過スペクトルを示している。また、図6(b)は、入力導波路102から出力導波路105までの透過スペクトルを示している。入力導波路103から出力導波路105までの透過スペクトルが図6(a)のように中心の波長で透過率最大なるとすると、入力導波路102から出力導波路105までの透過スペクトルは図6(b)のように中心の波長で透過率最低になる(消光波長になる)。図5において、入力導波路102から入ったある波長に対して3dBカプラ116によってアーム導波路108、109に50対50で分かれた光が再び出力導波路105に同位相で合波して強め合う。一方、入力導波路103から入った同じ波長の光はアーム導波路108、109で分かれた後、出力導波路105で逆位相で合波し打ち消しあう。これが、図6(a)および(b)で透過波長と消光波長が逆転している理由である。
Next, a method for adjusting the transmission wavelength of MZI and the transmission wavelength of AWG according to the present invention will be described. First, the relationship between the input waveguide and the transmission spectrum in the
次に、図3を参照して、入力導波路102からの透過スペクトルをモニタして、MZI131の透過波長をAWG132および133に一致させることができる原理を説明する。図3において、MZI131のFSRは200GHz間隔(波長間隔1.68nm)である。2つのAWGは波長間隔が200GHz(波長間隔1.68nm)であり、中心ポートの波長をほぼ100GHz(波長間隔0.84nm)ずらしている。
Next, with reference to FIG. 3, the principle by which the transmission spectrum from the
入力導波路102から出力導波路107−13の光路に対してMZI131の消光波長がAWG132の中心波長に一致している場合、入力導波路103から出力導波路107−13の光路に対してMZI131の透過波長がAWG132の中心波長に一致している。これは、MZI131とAWG133においても同様であり、入力導波路102から出力導波路107−37の光路について、MZI131の消光波長がAWG133の中心波長に一致している場合、入力導波路103から出力導波路107−37の光路についてMZI131の透過波長がAWG133の中心波長に一致している。
In the case where the extinction wavelength of the
AWG132とAWG133の中心ポートの波長間隔が正確に100GHz(波長間隔0.84nm)である場合、入力導波路103から出力導波路107−13の光路についてMZI131とAWG132の透過波長が一致する場合、同時に、入力導波路103から出力導波路107−37の光路についてMZI131とAWG133の透過波長も一致している。
When the wavelength interval between the central ports of the
入力導波路102から出力導波路107−13の光路について、MZI131の消光波長がAWG132の中心波長に一致する場合のMZIとAWGスペクトルの計算結果を図7(a)に示し、MZIとAWGのスペクトルから合成されるスペクトルすなわち入力導波路102から出力導波路107−13からの透過スペクトルを図7(b)に示す。スペクトルは2つのピークを有しているが、通常、ピークの高さは異なり、これは入力導波路102から出力導波路107−13の光路においてMZI131の消光波長がAWG132の中心波長に対してずれていることに対応する。この左右のピークの高さが一致しているときに、入力導波路102から出力導波路107−13の光路においてMZI131の消光波長がAWG132の中心波長に完全に一致していることになる。
FIG. 7A shows the calculation results of the MZI and AWG spectra when the extinction wavelength of the
以下、実際にMZIの透過波長をAWGの透過波長に調整する方法について説明する。 Hereinafter, a method of actually adjusting the transmission wavelength of MZI to the transmission wavelength of AWG will be described.
初めに、MZI131とAWG132との波長関係をモニタする。図8は、図3において入力導波路102から出力導波路107−13の光路に対してMZI干渉計のヒータ122に電力を加えていない場合のスペクトルを表している。2つのメインピークがある波形が観測される。この2つのピークの高さを同じ高さにすれば波形は対称になり、入力導波路103から光が入力された場合のスペクトルにおいてMZIの透過波長はAWGの透過波長に一致することになる。
First, the wavelength relationship between the
図9は、MZI干渉計のヒータ122に130mWの電力を加えた場合のスペクトル(入力導波路102から出力導波路107−13)を表している。2つのメインピークは、図8と比較して高いピークと低いピークが逆転しており、電力0mWと130mWの間に波形を対称にする電力があることがわかる。
FIG. 9 shows a spectrum (
次に、MZI131とAWG133との波長関係をモニタする。図10は、入力導波路102から出力導波路107−37に対するヒータ電力0mWの場合のスペクトルを表し、図11は、同じ入出力導波路に対するヒータ電力130mWの場合のスペクトルを表している。AWG132の場合と同様に、電力0mWと130mWの間に波形を対称にする電力があることがわかる。
Next, the wavelength relationship between the
図12にヒータ電力0mWおよび130mWの場合での左右のピークの差分をプロットした。AWG132の場合とAWG133の場合とでプロットを結んだ直線がずれているが、これはこれらの回路の中心ポートの透過波長の間隔が設計波長の100GHz(0.84nm)から0.01nm〜0.02nm程度ずれているからである。図12より、AWG132、133の透過波長にMZIの透過波長を合わせる最適印加電力を58mWと求めることができる。なお、2つのAWGの中心ポートの透過波長の間隔は、UV光を片方のAWGに照射して片方のAWGの中心ポートの透過波長を調整(非特許文献3)することで正確に100GHz(0.84nm)に調整することができる。
FIG. 12 plots the difference between the left and right peaks when the heater power is 0 mW and 130 mW. The straight line connecting the plots in the case of AWG132 and the case of AWG133 is deviated. This is because the transmission wavelength interval of the central port of these circuits is from 0.01 GHz to 0.8 nm from the design wavelength of 100 GHz (0.84 nm). This is because it is shifted by about 02 nm. From FIG. 12, the optimum applied power for adjusting the transmission wavelength of MZI to the transmission wavelength of
以上により、印加電力を58mWにすることでMZIとAWGの波長を一致させることができた。図13(a)は、入力導波路102から出力導波路107−13に対する透過スペクトル、図13(b)は、入力導波路102から出力導波路107−37に対する透過スペクトルを表している。図13(a)および(b)において図中の2つのピークの高さはほぼ同じに調整されていることがわかる。
From the above, it was possible to match the wavelengths of MZI and AWG by setting the applied power to 58 mW. 13A shows the transmission spectrum from the
次に、波長監視機能付き分波フィルタ全体を32.4℃に温度制御することにより、波長監視フィルタの波長をITUグリッド波長に調整した。 Next, the wavelength of the wavelength monitoring filter was adjusted to the ITU grid wavelength by controlling the temperature of the entire demultiplexing filter with wavelength monitoring function to 32.4 ° C.
図14(a)は、入力導波路103から出力導波路107−13の透過スペクトルを示し、図14(b)は、入力導波路103から出力導波路107−37の透過スペクトルを示している。それぞれ中心波長は1588.717nm、1589.570nmとグリッド波長1588.725nm、1589.568nmに0.01nmの精度で一致することを確認した。出力導波路107−1〜107−48の他の出力導波路の波長についてもITUグリッド波長に波長制度0.02nmで一致することを確認した。
14A shows the transmission spectrum from the
以上、本発明について、具体的に実際の実施例に基づいて説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施例は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施例は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。 Although the present invention has been specifically described based on actual embodiments, the embodiments described herein are merely illustrative in view of many possible forms to which the principles of the present invention can be applied. It does not limit the scope of the present invention. The embodiments illustrated herein can be modified in configuration and details without departing from the spirit of the present invention. Further, the illustrative components and procedures may be changed, supplemented, or changed in order without departing from the spirit of the invention.
10 WDM−PONシステム
22 波長合波器
33 正弦波信号源(+アンプ) 100 波長監視機能付き分波フィルタ
101 入力導波路
102 入力導波路
103 入力導波路
104 入力導波路
105 導波路
106 導波路
107−1〜48 出力導波路
108 アーム導波路
109 アーム導波路
116 カプラ
121 ヒータ
122 ヒータ
131 マッハツェンダー干渉計
132 アレイ導波路回折格子
133 アレイ導波路回折格子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記2つの入力のうち、前記マッハツェンダー干渉計の消光波長と、前記2つの透過型光フィルタの透過スペクトルとが一致する方の入力から光を入力することと、
前記一致する方の入力を介して、前記2つの透過型光フィルタから出力される光の透過スペクトルの各々について、2つのピークの透過率がほぼ等しくなるように、前記マッハツェンダー干渉計の干渉条件を調整することと
を備え、
前記調整することは、
前記マッハツェンダー干渉計のヒータに電力を供給して、各電力時の各ピーク値をモニタすることと、
前記各ピーク値の差分に基づいて、当該各差分がなくなるよう前記ヒータの電力値を求めることと、
前記電力値を有する電力を前記ヒータに供給し、前記透過率がほぼ等しい前記2つのピークを得ることと
を含むことを特徴とする方法。 A method for adjusting a transmission wavelength in a transmissive optical device including a Mach-Zehnder interferometer having two inputs and two outputs and two transmissive optical filters connected to the two outputs,
Of the two inputs, inputting light from the input of which the extinction wavelength of the Mach-Zehnder interferometer matches the transmission spectrum of the two transmission optical filters;
The interference condition of the Mach-Zehnder interferometer is set so that the transmittances of the two peaks are substantially equal for each of the transmission spectra of the light output from the two transmission optical filters via the matching input. and a adjusting the,
The adjustment is
Supplying power to the heater of the Mach-Zehnder interferometer and monitoring each peak value at each power;
Obtaining a power value of the heater based on the difference between the peak values so that the difference is eliminated;
Supplying power having the power value to the heater to obtain the two peaks having substantially the same transmittance;
A method comprising the steps of:
前記投下型光フィルタは、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする方法。 The method of claim 1, comprising:
The drop-type optical filter is an arrayed waveguide diffraction grating.
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