JPH07174928A

JPH07174928A - 光波長フィルタ

Info

Publication number: JPH07174928A
Application number: JP3812894A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Okayama; 秀彰岡山; Kazunari Asabayashi; 一成浅林; Masao Kobayashi; 正男小林
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1995-07-14

Abstract

(57)【要約】【目的】従来に比べ多くの選択波長チャネル数を持つ
ことができかつ小型化が可能な光波長フィルタを提供す
ること。【構成】屈折率あるいは等価屈折率の異なる２本以上
の導波路１３ａ，１３ｂを有する方向性結合器１３と、
前記２本以上の導波路１３ａ，１３ｂそれぞれに設けら
れた多波長でブラッグ反射するグレーティング１９と、
前記２本以上の導波路１３ａ，１３ｂ間の屈折率差ある
いは等価屈折率差及び各導波路の屈折率を制御するため
の電極１５ａ，１５ｂとを具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、波長多重された複数
の光信号の中から、特定の波長の光を選択するための素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】波長多重された光信号の中から特定波長
λ₀ の光信号を分離する素子（光波長フィルタ）の従来
例として、例えば文献Ｉ（ＩＥＥＥＣｏｍｍｕｎｉｃ
ａｔｉｏｎＭａｇａｚｉｎｅ（アイイーイーイーコ
ミュニケーションマガジン）１９８９年１０月、ｐ．
５３〜６３）に開示されているものがある。この文献Ｉ
に開示の光波長フィルタは、ａ：ファブリペロー型、
ｂ：マッハツェンダ型、ｃ：モード変換型及びｄ：ブラ
ッグ反射型の４種に分類される。光波長フィルタの透過
波長λ₀ を設計基準波長λからλ＋Δλまで変化させる
ことを考えれば、上記ａ、ｂ及びｄの型では波長変化量
Δλに関し次式（１）が成立し、またｃの型では波長変
化量Δλに関し次式（２）が成立する。なお、λ₀ ＝λ
＋Δλと表せる。

【０００３】Δλ／λ＝Δｎ／ｎ …（１） Δλ／λ＝Δｎ／δｎ …（２）ただし、式中のΔｎは光波長フィルタが備える導波路の
屈折率を電気的に変化させて得られる屈折率変化量、ｎ
は光波長フィルタが備える導波路の屈折率、δｎはモー
ド間屈折率差例えばＴＭ及びＴＥモード間の屈折率差を
表す。

【０００４】一般的には、設計基準波長λは光波長フィ
ルタ構成要素の形状、寸法、形成材料等から一義的に決
定され定数となる。しかしｃ型のなかでも音響光学効果
（ＡＯ効果）を利用したものは、光のモードを変換する
ためのグレーティングの周期を電気的に変化させること
ができるので、設計基準波長λを可変制御することがで
きる。従って、電気的に可変制御される屈折率変化量Δ
ｎに上限はあるものの、透過波長λ₀ の可変範囲（チュ
ーニング幅）はｃの型において最も広くなる。

【０００５】また、上記ａ、ｂ、ｃ及びｄ型の各フィル
タにおける光透過率ピークの半値幅Δλ_FWHMは、それぞ
れ次式（３）、（４）、（５）及び（６）で表せる。式
中のＬは光波長フィルタの電極長、Ｒは光波長フィルタ
の入出射端面の反射率を表す。

【０００６】 Δλ_FWHM／λ＝｛λ／（２・Ｌ・ｎ）｝・｛λ／（π・Ｒ^1/2 ）｝ …（３） Δλ_FWHM／λ＝λ／（Ｌ・ｎ） …（４） Δλ_FWHM／λ＝λ／（Ｌ・δｎ） …（５） Δλ_FWHM／λ＝λ／（２・Ｌ・ｎ） …（６）通常δｎ<<ｎであるので、（３）〜（６）式からも理解
できるようにａ、ｂ及びｄの型での半値幅Δλ_FWHMは非
常に狭くなるが、ｃの型での半値幅Δλ_FWHMは非常に広
くなる。

【０００７】ここで光波長フィルタの１チャネル当たり
の透過帯域幅を半値幅Δλ_FWHMで表せば、チャネル数Ｃ
Ｈはａの型では次式（７）、ｂ及びｃの型では次式
（８）、またｄの型では次式（９）のように表せる。式
中のΔｎ_max は変化可能な範囲で最大のΔｎを表す。

【０００８】ＣＨ＝｛（２・Ｌ・Δｎ_max ）／λ｝・｛（π・Ｒ^1/2 ）／（１−Ｒ）｝ …（７）ＣＨ＝（Ｌ・Δｎ_max ）／λ …（８）ＣＨ＝（２・Ｌ・Δｎ_max ）／λ …（９）但し、ａの型の場合ＦＳＲ（Free Spectral Range ）の
制限を受けるので、素子単独では、ＣＨ＝π・Ｒ^1/2 ／
（１−Ｒ）となる。

【０００９】従ってΔｎ_max ≒０．０１とすると、ａの
型ではＲ≒０．９としてＦＳＲの制限により数１０チャ
ネル（ＦＳＲを無視すれば潜在的には８０チャネル）と
なり、ｂの型ではＬ≒１ｃｍとして８０チャネル、ｃの
型ではＬ≒１ｍｍとして８チャネル及びｄの型ではＬ＝
５００μｍとして８チャネルとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のａ、ｂ、ｄの型の光波長フィルタでは、１チャ
ネル当たりの透過帯域幅Δλ_FWHMを狭くできてもチュー
ニング幅（透過波長λ₀の可変範囲）を広くできないた
めチャネル数（＝チューニング幅／１チャネル当たりの
透過帯域幅）を大きくできない。またｃの型の光波長フ
ィルタでは、チューニング幅を広くできるが透過帯域幅
Δλ_FWHMを狭くできないためチャネル数を増やせない。

【００１１】チャネル数を増やすことを考えた場合、
ａ、ｂ、ｄの型では素子長Ｌを長くすれば透過帯域幅Δ
λ_FWHMを狭くでき従ってチャネル数を増やせるが、透過
帯域幅Δλ_FWHMが狭くなりすぎると光波長フィルタが扱
いにくくなり実用的でなくなる。またｃの型では素子長
Ｌを極端に長くしないと（例えばＬ＝１ｍ）チャネル数
を増やせない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の光波
長フィルタは、屈折率あるいは等価屈折率の異なる２本
以上の導波路を有する方向性結合器と、これら２本以上
の導波路それぞれに設けられた多波長でブラッグ反射す
るグレーティングと、これら２本以上の導波路間の屈折
率差あるいは等価屈折率差及び各導波路の屈折率を制御
するための電極とを具える。

【００１３】

【作用】この発明の作用について、導波路が２本の場合
（第１および第２の導波路と称する。）を例にとり説明
する。

【００１４】方向性結合器を構成する第１及び第２の導
波路の屈折率あるいは等価屈折率を違えてあるので、各
導波路で波長の分散が異なることとなる。そのため、あ
る特定の波長λ_i でのみ各導波路の伝搬定数が一致す
る。そして、外部から第１の導波路（または第２の導波
路）へ入力された光はこの波長λ_i でのみ第２の導波路
（または第１の導波路）に移る。ここで、屈折率制御用
電極は、上記波長λ_i を制御する働きを示す。ただし、
第１および第２の導波路の屈折率差を違えてあるのでそ
うしない場合より波長チューニング幅を広く出来る。

【００１５】次に、グレーティングの作用について説明
する。グレーティングが無いと、上記波長λ_i の光はそ
れが有する半値幅を持った状態で透過波長として出力さ
れてしまう。しかし、この発明では多波長でブラッグ反
射するグレーティングを有しているので、第１導波路
（または第２導波路）から第２導波路（または第１導波
路）に移行した波長λ_i の光は上記グレーテイングによ
る反射を受ける。ここで多波長をブラッグ反射するグレ
ーティングにおける波長ピッチおよび各反射での半値幅
を所定のとおりとしておくと、上記波長λ_i の光はグレ
ーティングにおいてある波長で反射されグレーティグが
ない場合より小さな半値幅の光となる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の光波長フィ
ルタの実施例について説明する。なお、説明に用いる各
図はこの発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形
状および配置関係を概略的に示してあるにすぎない。ま
た、説明に用いる各図において同様な構成成分について
は同一の番号を付して示してある。

【００１７】１．第１実施例図１はこの発明の第１実施例の光波長フィルタ１０の説
明に供する平面図である。この光波長フィルタ１０は、
電気光学効果を有する基板１１と、この基板１１に並置
形成され互いに屈折率が異なる第１および第２の導波路
１３ａ，１３ｂであって方向性結合器１３を構成する第
１および第２の導波路１３ａ，１３ｂと、屈折率制御用
電極１５ａ，１５ｂと、入出力ポート１７ａ，１７ｂ
と、所定のグレーテイング１９とを具えている。なお、
図１において、２１は、導波路１３ａ，１３ｂと光ファ
イバ等との接続を容易にするため導波路１３ａ，１３ｂ
の間隔を拡張する部分（導波路間隔拡張部）であり、本
質的な部分ではない。

【００１８】ここで、基板１１として、電気光学効果を
有する基板、たとえば、化合物半導体基板またはＬｉＮ
ｂＯ₃ 基板を用いることが出来る。また、２つの導波路
１３ａ，１３ｂは、公知の導波路構造とできる。例え
ば、埋め込み形、リッジ形、装荷形（例えば文献「光集
積回路」，オーム社（昭和６０），ｐ．１９６）などの
各種の導波路構造から、用いる基板の種類や光波長フィ
ルタの設計に応じたものとするのが良い。また、屈折率
制御用電極１５ａ，１５ｂは、導波路１３ａ，１３ｂ間
の屈折率差あるいは等価屈折率差及び各導波路１３ａ，
１３ｂの屈折率を制御するためのもので、ここでは各導
波路１３ａ，１３ｂ上にそれぞれ設けてある。なお、こ
れら電極１５ａ，１５ｂの他方の極は基板１１のたとえ
ば裏面に設けてある。また、グレーティング１９は、各
導波路１３ａ，１３ｂにそれぞれ設けられ、多波長でブ
ラッグ反射を行なうものである。このグレーティング１
９は、ここでは、サンプルドグレーティングにより構成
してある。さらにここではグレーティング１９は両導波
路１３ａ，１３ｂにまたがって形成してある。また、両
導波路１３ａ，１３ｂそれぞれでのグレーティングは周
期が同じものとしている。しかし、このグレーティング
１９は、サンプルドグレーティングに限られず他の好適
なものでもよく、例えば超周期グレーティングを採用し
ても良い。さらにこのグレーティング１９は、両導波路
１３ａ，１３ｂにそれぞれ設けてあればよく、両導波路
間の基板部分において連続していなくても良い。

【００１９】次に、第１実施例の光波長フィルタ１０の
各部の作用とこの光波長フィルタ１０の動作について説
明する。この説明を図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して行な
う。

【００２０】この光波長フィルタ１０の何れか一方の入
出力ポート（図１の例では入出力ポート１７ａ）に、例
えば波長λ₁ 〜λ_N の光が多重されている光信号λを、
入力する。この光波長フィルタ１０では、第１および第
２導波路１３ａ，１３ｂの屈折率が異なるため各導波路
での波長の分散は異なるものとなる。そのため、ある特
定の波長λ_i でのみ各導波路の伝搬定数が一致する。し
たがって、入出力ポート１７ａから第１の導波路１３ａ
へ入力された光はこの波長λ_i でのみ第２の導波路１３
ｂに移る。図２（Ａ）にこの様子を示す。もちろん、波
長λ_i の光は、方向性結合器１３そもそもが有する特性
による半値幅で第２の導波路１３ｂに移る（詳細は後述
する。）。なお、図２（Ａ）中（Ｉ）は第１の導波路の
伝搬定数、(II)は第２の導波路の伝搬定数、(III) は移
行率をそれぞれ示す。またここで、屈折率制御用電極１
５ａ，１５ｂは、上記波長λ_i を制御する働きを示す。
このときの波長チューニング幅Δλは、Δλ＝Λｄｎの
オーダである。ただし、ｄｎは屈折率制御用電極１５
ａ，１５ｂによる電気光学的屈折率変化であり、Λは下
記の式で表されるものである。なお下記式におい
て、ｎ₁ は第１の導波路１３ａの屈折率、ｎ₂ は第２の
導波路の屈折率であり、また、λ₀ は使用する波長域の
中心値であり、λ＝λ₀ とは波長λ₀ のときの値を採用
するという意味である。

【００２１】

【数１】

【００２２】上記波長チューニング幅Δλ＝Λｄｎの式
から明らかなように、Λが充分大であれば、屈折率制御
用電極１５ａ，１５ｂによる電気光学的屈折率変化ｄｎ
が小さくても、広帯域の波長チューニングが得られる。

【００２３】次に、グレーティング１９による作用につ
いて説明する。このグレーティング１９は複数の波長で
ブラッグ反射するものとしてあるので、その波長−反射
率特性は図２（Ｂ）に示すようなものとなる。すなわ
ち、複数の特定の波長の光をそれぞれ反射する。このグ
レーティング１９での波長チューニング率Δλ_B ／λ₀
は、Δλ_B ／λ₀ ＝ｄｎ／ｎである。ここで、ｎは第１
導波路および第２導波路の屈折率である（λ＝λ₀ では
第１導波路の屈折率ｎ₁ および第２導波路の屈折率ｎ₂
がｎ₁ ＝ｎ₂ ＝ｎとなる）。第１の導波路１３ａから第
２の導波路１３ｂに移った光λ_i はグレーティング１９
において反射される。ただし、ここでは、ある半値幅を
持っている波長λ_i の波長領域中の光のうち、グレーテ
ィング１９に設定されている複数の特定波長に一致する
光が反射される。このように反射された光（λ_i ＝λ
₀ ）は入出力ポート１７ｂより透過波長として外部に出
力される（図２（Ｃ）参照）。ここで、グレーティング
１９で生じるブラッグ反射の各スペクトルの半値幅Δλ
_BW／λ₀ は、Δλ_BW／λ₀ ＝λ₀ ／２ｎＮｌのオーダー
である。ただし、Ｎｌはグレーティングの全長である。
またここで、Ｎは格子部分Ｇ（図１参照）の個数（分割
数。図示例では６）であり、ｌ（図１参照）は格子部分
Ｇの長さである。一方、第１の導波路（または第２の導
波路）から第２の導波路（または第１の導波路）に光が
移行する際の方向性結合器１３そもそもの半値幅Δλ_b
／λ₀ は、Δλ_b ／λ₀ ＝Λ／Ｌのオーダーである。た
だし、Ｌは第１および第２の導波路１３ａ，１３ｂそれ
ぞれの長さである。ここで、光波長フィルタにおけるチ
ャネル数ＣＨは、チューニング幅÷半値幅で与えられ
る。また、この発明では上述したように、チューニング
幅ΔλはΛを大きくすることにより広くできると説明し
た。しかし、方向性結合器１３そもそもの半値幅Δλ_b
／λ₀ は、上述のごとく、Δλ_b ／λ₀ ＝Λ／Ｌのオー
ダーであるのでΛを大きくすると半値幅Δλ_b ／λ₀ も
大きくなってしまうからチャネル数は多くできないこと
になる。ところが、この発明では、グレーティング１９
を設けてあるので、チューニング幅Δλを広くするため
Λを大きくしたことにより方向性結合器１３そもそもの
半値幅Δλ_b ／λ₀ が広くなっても、このグレーティン
グによって半値幅の狭小化が図れる。具体的に説明する
と、もしグレーティング１９が無いとチャネル数はΔλ
／Δλ_b ＝ｄｎＬ／λ₀ オーダーである（上記Δλ＝Λ
ｄｎという式およびΔλ_b ／λ₀ ＝Λ／Ｌという式より
求まる。）。また、グレーティグ１９のみであるときの
チャネル数はΔλ_b ／Δλ_BW＝（２Ｎｌ／λ₀ ）ｄｎオ
ーダーである（上記波長チューニング率Δλ_B ／λ₀ ＝
ｄｎ／ｎという式およびΔλ_BW／λ₀ ＝λ₀ ／２ｎＮｌ
という式より求まる。）。しかし、この発明では、チュ
ーニング幅はΔλであり、半値幅はグレーティング１９
での値Δλ_BW／λ₀ であるので、チャネル数はΔλ／Δ
λ_BW＝（Λ／λ₀ ²）２ｎＮｌｄｎとなる。この式から、
Λ／λ₀ を充分大とすることにより、従来のａ〜ｄの各
光波長フィルタに比べチャネル数を飛躍的に増加出来る
ことが分かる。

【００２４】なお、グレーティング１９におけるブラッ
グ反射される複数の波長のピッチΔλ_B ／λ₀ ＝λ₀ ／
［２（Ｌ／Ｎ）ｎ］と方向性結合器での上記半値幅Δλ
_b ／λ₀ とを一致させる必要から、λ₀ ／［２（Ｌ／
Ｎ）ｎ］＝Λ／Ｌとなり、よって、Λ＝λ₀ Ｎ／２ｎと
なる。したがって、このΛをΔλ／Δλ_BW＝（Λ／
λ₀ ²）２ｎＮｌｄｎに代入すると、結局、チャネル数Δ
λ／Δλ_BWは、（Ｎ² ｌ／λ₀ ）ｄｎとなる。

【００２５】２．第２実施例第１実施例の構成にさらに偶モードおよび奇モード結合
用のグレーテイング（以下、「偶・奇モード結合用グレ
ーテイング」とも言う。）を設ける例（第２実施例）に
ついて説明する。図３（Ａ）および（Ｂ）はこの第２実
施例の光波長フィルタ３０の説明に供する平面図であ
る。この場合、第１および第２の導波路１３ａ，１３ｂ
のうちの片方に偶・奇モード結合用グレーテイング３１
を設けた例を示している。この実施例では、偶・奇モー
ド結合用グレーテイング３１は、導波路の幅を周期的に
違えることにより構成している。図３（Ｂ）にその詳細
を示している。なお、このグレーティング３１の周期Λ
（図３（Ｂ）参照）は第１実施例で説明した式により
求まる。もちろん、偶・奇モード結合用グレーテイング
３１の構成は任意好適な他の構成と出来る。

【００２６】この第２実施例の光波長フィルタ３０で
は、入出力ポート１７ａに入力された光は、第１の導波
路１３ａに光の振幅が集中した偶モードを励起する。そ
して、偶・奇モード結合用グレーテイング３１の周期に
対応した波長λ₀ の光のみが、第２の導波路１３ｂに光
の振幅が集中した奇モードへ、変換される。つまり、波
長λ₀ の光で第１及び第２の導波路の伝搬定数はあたか
も一致したようになる。この第２実施例での変換特性
は、第１実施例において図２（Ａ）を用いて説明した特
性と同一になる。その後のグレーティング１９による作
用等は第１実施例の場合と同様であるので、奇モードへ
変換された光のうちの、グレーティング１９に設定され
ている複数の特定波長に一致する光が反射され入出力ポ
ート１７ｂに出力される。

【００２７】３．第３実施例方向性結合器を構成する各導波路に、互いは結合してい
ない延長導波路をそれぞれ接続する等の例（第３実施
例）について説明する。図４はこの第３実施例の光波長
フィルタ４０の説明に供する平面図である。

【００２８】この第３実施例の光波長フィルタ４０は、
第１実施例の光波長フィルタの第１および第２の導波路
１３ａ，１３ｂに、互いに結合していない延長導波路４
１ａ，４１ｂ（導波路４１ａ，４１ｂ間で結合がないと
いう意味。）を、分岐４３を介して接続し、さらに、こ
れら延長導波路４１ａ，４１ｂそれぞれに、多波長でブ
ラッグ反射するグレーティング１９を設けて構成してあ
る。ただし、ここでは、第１および第２導波路１３ａ，
１３ｂの幅を違えることで両者の屈折率を変えている例
を示してある。また、両導波路１３ａ，１３ｂ間の屈折
率差制御用の電極をここでは、一方の導波路１３ａ上に
設けた例を示してある。また、延長導波路４１ａ，４１
ｂそれぞれの上にこれら導波路の屈折率を制御するため
の電極４５ａ，４５ｂを設けてある。

【００２９】この第３実施例の光波長フィルタ４０で
は、図２（Ａ）に示した波長λ₀ 以外の光は、入出力ポ
ート１７ａ，第１の導波路１３ａおよび該第１の導波路
に接続されている延長導波路４１ａの経路を伝搬しその
うちの第２図（Ｂ）に示した特定の波長の光はグレーテ
ィング１９により反射されて入出力ポート１７ａに再び
戻る。これに対し波長λ₀ の光は、第１および第２導波
路１３ａ，１３ｂに等分され、さらに延長導波路４１
ａ，４１ｂにそれぞれ伝搬しそのうちの第２図（Ｂ）に
示した特定の波長の光はグレーティング１９により反射
されて方向性結合器１３部分に戻され、そして、入出力
導波路１７ｂから出力される。なお、入出力導波路１７
ａから入力された光のうち延長導波路４１ａにおいてグ
レーテイング１９により反射された光が入出力導波路１
７ａに再び戻ることは理論的にはないが素子の作製誤差
で生じることがある。その場合これは、公知の位相調整
手段により補える。

【００３０】延長導波路を設けここに所定のグレーティ
グを設けるこの第３実施例の構成の場合も第１実施例と
同様な効果が得られる。また、延長導波路を設ける分素
子長は長くなるが、両導波路１３ａ，１３ｂ間の光の結
合係数が小さい必要がないという特別の利点も得られ
る。

【００３１】４．第４実施例図５はこの発明の第４実施例の説明に供する平面図であ
る。この第４実施例の光波長フィルタ５０は、上述の第
２実施例と第３実施例とを組み合わせた構成に相当す
る。この第４実施例の光波長フィルタ５０では、例えば
第１の導波路１３ａから入力された光は偶・奇モード結
合用のグレーティング３１に対応した特定の波長λ₀ の
み第２の導波路１３ｂへ移行する。移行した光はグレー
ティング１９で反射され入出力導波路１７ｂへ出力され
る。

【００３２】５．第５実施例上述の第１〜第４実施例では、方向性結合器とグレーテ
ィングとを利用することで所望の光波長フィルタを得て
いた。しかし、上記各実施例中の第１実施例及び第２実
施例の各光波長フィルタでは方向性結合器１３を構成す
る２本の導波路１３ａ，１３ｂの結合係数を充分に小さ
くしないと（理想的には０にしないと）グレーティング
による反射ピークが２つになってしまう場合が生じ、こ
の結果、出力波長が２つになってしまう場合が起きる。
光波長フィルタの作製条件のばらつき等の理由で結合係
数を充分小さく出来ない場合も多々生じるので、その対
策をした方が好ましい。この第５実施例はその例であ
る。先ずこの第５実施例の構成について図６を参照して
説明する。ここで、図６は第５実施例の光波長フィルタ
の平面図である。

【００３３】この第５実施例の光波長フィルタ６０は、
第１実施例の構成に、第１及び第２導波路１３ａ，１３
ｂ間の光の結合係数制御のための電極（以下、「結合係
数制御用電極）をさらに設けた例である。結合係数制御
用電極６１を、この実施例の場合は、基板１１の、第１
の導波路１３ａと第２の導波路１３ｂとの間の部分に、
これら導波路１３ａ，１３ｂに沿うように設けている。
結合係数制御用電極６１の他の極は例えば基板１１の裏
面に設ける。なお、図６において、６３ａ，６３ｂ，６
３ｃは２つの固有モード（後に説明する対称、反対称の
２つの固有モード）間の位相を調整するための電極であ
る。これら電極６３ａ〜６３ｃによれば、入力光が入力
される導波路（例えば第１の導波路１３ａ）の、入出力
ポート１７ａ側の端部にパワーが集中するように、光信
号の位相を調整できる。

【００３４】この第５実施例の光波長フィルタ６０は次
のように動作する。ただし、ここでは、波長λ₁ 〜λ_N
の光が多重されている光信号λが、入出力ポート１７ａ
からこの光波長フィルタ６０に入力される場合を考え
る。この光信号λ中の特定の波長λ₀ 以外の波長の光
は、固有モードの界分布が導波路１３ａ，１３ｂのどち
らかにかたよっているため、１つの固有モードのみ励起
する。また、このような、波長λ₀ 以外の波長の光のう
ちのグレーティング１９ａで反射されない波長の光は第
２の導波路１３ａの終端より捨てられる。また、このよ
うな波長λ₀ 以外の波長の光のうちのグレーティング１
９ａで反射された光は入出力ポート１７ａ側に戻る。

【００３５】一方、光信号λ中の波長λ₀ の光は、第１
の導波路１３ａ，第２の導波路１３ｂの対称、反対称固
有モードの２つを同時に励起する。２つの固有モードは
グレーティング１９で反射される。各々のモードのうち
の一方のモードの反射特性は、図７（Ａ）に示すものと
なり、他方のモードの反射特性は図７（Ｂ）に示すもの
となる。すなわち、反射ピークの位置にずれが生じるの
である。なお、図７（Ａ）、（Ｂ）中、ｎ₊ 、ｎ_- は、
対称固有モード、反対称固有モードが感じる屈折率であ
る。このように、射ピークの位置にずれが生じる理由
は、第１導波路１３ａ、第２導波路１３ｂの伝搬定数が
異なるために２つの固有モードの感じる屈折率ｎ₊ 、ｎ
_- が異なることによる。２つの固有モード間の伝搬定数
差は導波路１３ａ，１３ｂ間の結合係数を調整すること
により制御できるので、この第５実施例において設けた
結合係数制御用電極６１に適性に電気信号（電圧など）
を印加して結合係数を調整することにより伝搬定数差を
制御する。こうすると、２つの固有モード各々の多くの
反射ピークのうちのいずれかを一致させることが可能に
なる（図７（Ａ）、（Ｂ）中のＰ参照）。

【００３６】ここで、第１の導波路１３ａから第２の導
波路１３ｂへ波長λ₀ の光が移行する状態は、第１実施
例において説明したと同じであるので、図７（Ｃ）に示
すように、ある半値幅を有するものである。しかし、こ
の第５実施例でも第１実施例同様にグレーティング１９
を設けてあるので、半値幅の狭小化が図れる。しかも、
第５実施例ではさらに結合係数制御用電極６１を設けて
あるので、両導波路間の光の結合係数が製造ばらつき等
で違った場合でも電極６１によってこれを調整できるの
で、両導波路１３ａ，１３ｂ各々のグレーティング１９
での反射ピークを一致させることができる。この結果、
この第５実施例の光波長フィルタ６０では、図７（Ｃ）
に示した波長帯の光のうちの図７（Ａ）、（Ｂ）に示し
た一致しているピークの波長の光が入出力ポート１７ｂ
より出力される。

【００３７】なおこの第５実施例では、第１実施例の光
波長フィルタに結合係数制用電極を設ける例を説明した
が、この考えは第２〜第４実施例の各光波長フィルタさ
らには後述の第６実施例の光波長フィルタにも適用出来
る。その場合は、第２〜第４実施例、第６実施例におけ
る例えば第１の導波路１３ａ、第２の導波路１３ｂ間に
結合係数制御用電極を設ける構成とすることができる。

【００３８】６．第６実施例次に、上述の第１〜第５実施例の光波長フィルタにおい
て、クロストーク特性をより改善する構造例（第６実施
例）について説明する。ここでは、この構造例を上記第
２実施例の光波長フィルタに適用した例について説明す
る。先ずこの第６実施例の構成について図８を参照して
説明する。ここで、図８は第６実施例の光波長フィルタ
の平面図である。

【００３９】この第６実施例の光波長フィルタ７０の特
徴は、延長導波路４１ａ，４１ｂ各々に設けるグレーテ
ィング１１９ａ，１１９ｂの周期を互いに違えている点
である。ただし、この第６実施例では、導波路間の屈折
率及び各導波路の屈折率を制御する為の電極を、第１の
導波路１３ａ上に設けた電極１５ａと、延長導波路４１
ａ，４１ｂ各々のグレーテイングが形成された部分に設
けた電極１５ｘ，１５ｙとで構成している。さらにこの
第６実施例では、延長導波路４１ａ，４１ｂの電極１５
ｘ，１５ｙを設けた以外の部分に各グレーティグ１１９
ａ，１１９ｂで反射された後に方向性結合器１３にもど
ってくる光同士の位相を調整するための位相制御用電極
７１ａ，７１ｂを延長導波路４１ａ，４１ｂに設けてい
る。

【００４０】この第６実施例の波長フィルタ７０は次の
ように動作する。ただし、ここでは、波長λ₁ 〜λ_N の
光が多重されている光信号λが、入出力ポート１７ａか
ら光波長フィルタ７０に入力された場合を考える。

【００４１】先ず、方向性結合器１３の部分では、特定
の波長λ₀ の近傍の波長でのみ、光は第１の導波路１３
ａから第２の導波路１３ｂに移行し（図９（Ａ）参
照）、そしてそのような光は延長導波路４１ａ、４１ｂ
に等分される。その他の波長では、入力光は入出力ポー
ト１７ａ→第１の導波路１３ａ→延長導波路４１ａと進
み延長導波路４１ａの終端から捨てられる。また、ここ
でいうその他の波長の光のうちのグレーティング１１９
ａで反射される光は入出力ポート１７ａに戻る。

【００４２】ここで、延長導波路４１ａに設けてあるグ
レーティング１１９ａで構成されるフィルタの反射率特
性は図９（Ｂ）に示すように複数のピークを持つもので
ある。また、延長導波路４１ｂに設けてあるグレーティ
ング１１９ｂで構成されるフィルタの反射率特性は図９
（Ｃ）に示すように複数のピークを持つものである。た
だし、グレーティング１１９ａ，１１９ｂ各々の反射率
特性は各グレーティングの周期が異なるので異なってい
る。このような構成においては、グレーティング１１９
ａ，１１９ｂ各々の反射ピークが重なる部分に相当する
波長の光Ｐ（図９（Ｂ）、（Ｃ）参照）は方向性結合器
１３の第１導波路１３ａ、第２導波路１３ｂに等しく反
射されるが、それ以外の波長の光は導波路１３ａ、１３
ｂの片方にしか反射されない。方向性結合器の性質によ
り、このように片方の導波路にのみ反射で戻された光に
は６ｄＢのロスが生じる。その結果、各グレーティング
１１９ａ，１１９ｂで構成される２つのフィルタの総合
特性は図９（Ｄ）に示すようなものとなる。つまり、グ
レーティング１１９ａ，１１９ｂ各々の反射ピークが重
なる部分の反射率が他の部分より高い反射率特性にな
る。したがって、この第６実施例のフィルタ７０では、
方向性結合器１３の部分のフィルタ特性に図９（Ｄ）に
示すフィルタ特性による効果が及ぶことになるので、総
合的なフィルタ特性は図１０に示すように、特定の波長
の光Ｐを主として透過するものとなる。またここで、方
向性結合器１３のフィルタ特性は、図１０に示したよう
にクロストーク部分Ｘ（ｄＢ）を有したものとなる。ま
たこのクロストークＸは通常１０ｄＢである。ところ
が、この第６実施例の光波長フィルタ７０の場合は、こ
のクロストークＸに対し、グレーティグ１１９ａ，１１
９ｂに起因する図９（Ｄ）のフィルタ特性の効果が及ぶ
ので、結局、方向性結合器１３のみでは通常１０ｄＢで
あったクロストークを１６ｄＢまで低減できる。

【００４３】なお、位相制御用電極（位相調整用電極と
もいう）７１ａ，７１ｂは、グレーティング１１９ａ，
１１９ｂから反射されて導波路１３ａ，１３ｂへ戻る光
の位相が波長λ₀ でそろうように調整するためのもので
ある。グレーティング１１９ａ，１１９ｂで反射され方
向性結合器１３部分に戻った光の位相がそろっていない
と方向性結合器の性質により波長λ₀ でロスが生じるの
で、位相制御用電極７１ａ，７１ｂに適正な電気信号
（例えば電圧）を印加することでこれを防止する。

【００４４】なおこの第６実施例では、第２実施例の光
波長フィルタにこので第６実施例の発明の考えを適用し
た例を説明したが、この考えは第１、第３〜第５実施例
の各光波長フィルタにも適用出来る。

【００４５】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の光波長フィルタによれば、所定の方向性結合器
及び屈折率制御電極を具えたため、波長チューニング幅
を従来より広く出来る。さらに、所定のグレーティング
を具えたため、透過波長の半値幅を狭くできる。チャネ
ル数は、波長チューニング幅／半値幅で規定されるか
ら、この発明ではチャネル数を従来より多くすることが
出来る。しかも、方向性結合器の長さ若しくはこれに延
長導波路を追加した程度の素子長でチャネル数増加が図
れる。このため、多くの選択波長チャネル数を持つこと
ができ、かつ、小型化が可能な光波長フィルタを提供で
きる。例えば、従来技術において述べたａ〜ｄの各光波
長フィルタでは、チャネル数は、チャネル数≒（素子長
×ｄｎ）／λ₀ 程度であるのに対し、本発明では、チャ
ネル数≒（Λ×２ｎ×素子長×ｄｎ）／λ₀ ²であるの
で、Λ／λ₀ の比を大きくとればチャネル数を従来に対
しΛ／λ₀ 倍にできる。ここで、Λは上記式で与えら
れるもの、λ₀ は使用する波長域の中心値である。

【００４６】また、方向性結合器を構成する導波路間の
光の結合係数を調整するための電極を設ける構成では、
例えば製造ばらつきで導波路間の光の結合係数が所望値
よりずれた場合等もこれを補正できるので、この発明の
効果が確保出来る。

【００４７】また、グレーティングの周期を違える構成
では、クロストーク特性の改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の説明に供する図であり、構成説明
のための平面図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の説明に供する
図であり、作用及び動作の説明のための図である。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、第２実施例の説明に供す
る図である。

【図４】第３実施例の説明に供する平面図である。

【図５】第４実施例の説明に供する平面図である。

【図６】第５実施例の説明に供する図であり、構成説明
のための平面図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、第５実施例の説明に供する
図であり、作用及び動作の説明のための図である。

【図８】第６実施例の説明に供する図であり、構成説明
のための平面図である。

【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は、第６実施例の説明に供する
図であり、作用及び動作の説明のための図である。

【図１０】第６実施例の説明に供する図であり、作用及
び動作の説明のための図９に続く図である。

【符号の説明】

１０：第１実施例の光波長フィルタ１１：基板（電気光学効果を有するもの）１３ａ：第１の導波路１３ｂ：第２の導波路１３：方向性結合器１５ａ，１５ｂ、１５ｘ，１５ｙ：屈折率制御用電極１７ａ，１７ｂ：入出力ポート１９：多波長でブラッグ反射するグレーティング２１：導波路間隔拡張部分３０：第２実施例の光波長フィルタ３１：偶・奇モード結合用グレーティング４０：第３実施例の光波長フィルタ４１ａ，４１ｂ：延長導波路４３：分岐４５ａ，４５ｂ：屈折率制御用電極５０：第４実施例の光波長フィルタ６０：第５実施例の光波長フィルタ６１：結合係数制御用電極６３ａ〜６３ｃ：位相調整用電極７０：第６実施例の光波長フィルタ７１ａ，７１ｂ：位相制御用電極（位相調整用電極とも
いう）１１９ａ，１１９ｂ：互いに周期が異なるグレーティン
グ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率あるいは等価屈折率の異なる２本
以上の導波路を有する方向性結合器と、前記２本以上の導波路それぞれに設けられた多波長でブ
ラッグ反射するグレーティングと、前記２本以上の導波路間の屈折率差あるいは等価屈折率
差及び各導波路の屈折率を制御するための電極とを具え
たことを特徴とする光波長フィルタ。
【請求項２】請求項１に記載の光波長フィルタにおい
て、前記方向性結合器を構成する各導波路に互いは結合して
いない延長導波路をそれぞれ接続してあり、前記グレーティングを、前記方向性結合器部分に設ける
代わりに、これら延長導波路それぞれに設けてあること
を特徴とする光波長フィルタ。
【請求項３】請求項１または２に記載の光波長フィル
タにおいて、前記方向性結合器を構成している前記２本以上の導波路
に偶モード及び奇モード結合用のグレーティングを設け
てあることを特徴とする光波長フィルタ。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の光
波長フィルタにおいて、前記方向性結合器を構成している前記２本以上の導波路
間の光の結合係数を制御するための電極をさらに具えた
ことを特徴とする光波長フィルタ。
【請求項５】請求項１または２項に記載の光波長フィ
ルタにおいて、各グレーティングの周期を違えてあることを特徴とする
光波長フィルタ。
【請求項６】請求項４に記載の光波長フィルタにおい
て、前記方向性結合器で生じる各固有モード間の位相を調整
するための位相調整用電極をさらに具えたことを特徴と
する光波長フィルタ。
【請求項７】請求項５に記載の光波長フィルタにおい
て、各グレーティグで反射された後に方向性結合器にもどっ
てくる光同士の位相を調整するための位相調整用電極を
さらに具えたことを特徴とする光波長フィルタ。