(57)【要約】【課題】広い波長帯域において、選択される共振波長を変更可能であるとともに、その波長変更に伴う損失を小さくすることができる、波長選択性に優れた光リング共振器を提供する。【解決手段】線状導波路１１と環状導波路１２とが、光学的に結合可能に近接して配置されている。環状導波路１２は、環状部１２ａの２箇所に、上流側および下流側の導波路が光学的に結合可能に近接して配置された光結合部１２ｂを有している。光結合部１２ｂは、それぞれ上流側および下流側の導波路が所定の長さの範囲で所定の間隔をあけて互いに平行を成すよう配置され、さらに各光結合部１２ｂの導波路全てが平行を成すよう配置されている。第１移動手段２３ａおよび第２移動手段２３ｂが、それぞれ環状導波路１２の環状部１２ａの長さ、および、光結合部１２ｂでの各導波路の間隔とを変更可能に、環状導波路１２の一部を移動させるよう設けられている。【選択図】図１
2014149507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端から信号光が入力され、他端から出力される線状導波路と、
前記線状導波路と光学的に結合可能に、前記線状導波路と近接して配置された環状導波路と、
移動手段とを有し、
前記環状導波路は、環状部の１箇所または複数箇所に、導波路が直接接続されず、上流側および下流側の導波路が光学的に結合可能に近接して配置された光結合部を有し、
前記移動手段は、前記環状導波路の前記環状部の長さと、前記光結合部での各導波路の間隔とを変更可能に、前記環状導波路の一部を移動させるよう設けられていることを
特徴とする光リング共振器。
【請求項２】
前記光結合部は２つから成り、それぞれ上流側および下流側の導波路が所定の長さの範囲で所定の間隔をあけて互いに平行を成すよう配置され、さらに各光結合部の前記導波路全てが平行を成すよう配置されており、
前記環状導波路は、各光結合部に挟まれた前記環状部の一方の側から成る第１環状構成部と、各光結合部に挟まれた前記環状部の他方の側から成る第２環状構成部とを有し、
前記移動手段は、前記環状導波路の前記環状部の長さを変更可能に、各光結合部の一方の導波路が他方の導波路に対して相対的に平行移動するよう、前記第１環状構成部または前記第２環状構成部の少なくともいずれか一方を移動させる第１移動手段と、各光結合部での各導波路の間隔を変更可能に、前記第１環状構成部または前記第２環状構成部の少なくともいずれか一方を、前記第１移動手段による移動方向に対して垂直方向に移動させる第２移動手段とを有することを
特徴とする請求項１記載の光リング共振器。
【請求項３】
前記第１環状構成部の各光結合部の各導波路が、前記第２環状構成部の各光結合部の各導波路に対して、同じ側に、同じ長さの範囲で、同じ間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求項２記載の光リング共振器。
【請求項４】
前記線状導波路と前記環状導波路との間隔を変更可能に、前記線状導波路の全体または一部を移動可能に設けられた分岐制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光リング共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光リング共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な光リング共振器は、一端から信号光が入力され、他端から出力される線状導波路と、その線状導波路と光結合可能に近接して配置された環状導波路とを有している。光リング共振器では、線状導波路を信号光が伝播すると、その信号光の一部または全部が光結合部から環状導波路に入り、環状導波路を周回する。このとき、環状導波路内では、環状導波路の周長Ｌで決定される波長λ＝Ｌ／Ｎ（Ｎ：整数）で、信号光が定在波を形成するため、この波長の信号光のみが選択的に環状導波路内に存在した状態になる。このように、光リング共振器は、共振波長による波長選択性を有しており、光フィルタや光スイッチ等として利用されている。
【０００３】
従来の光リング共振器として、熱光学効果や電気光学効果により誘電率が温度とともに変化する誘電体材料を利用して環状導波路の周長を変化させ、共振波長を可変にしたものがある（例えば、非特許文献１または２参照）。しかし、このような環状導波路の周長を温度で制御する光リング共振器は、誘電体材料を１００℃以上に加熱する必要があり、エネルギー消費が大きくなりすぎるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するため、本発明者等は、図９に示す、静電マイクロアクチュエータを利用した周長可変のマイクロリング共振器を開発している（例えば、非特許文献３参照）。すなわち、図９に示すように、環状導波路が、２つの方向性結合器（カプラー）によりリング状に結合された有限長の２つの導波路で構成されており、一方の有限長導波路は固定され、他方の有限長導波路はアクチュエータに接続されて、各方向性結合器の間隙を一定に保ったまま環状導波路の周長を変更可能に、線状導波路の伸長方向に対して垂直方向に移動するよう構成されている。また、環状導波路では、２つの方向性結合器により、特定波長において、理想的には１００％の結合で、２つの有限長導波路の間を信号光が損失なく伝搬して周回するよう構成されている。
【０００５】
なお、本発明者等により、２つの導波路を光学的に結合する方向性結合器（カプラー）について、理論的モデルに基づいた解析が行われている（例えば、非特許文献４または５参照）。すなわち、２つの導波路が同じ矩形断面を有しているとき、最低次のＴＥモードを仮定すると、一方の導波路の透過光の強度Ｉ１および他方の導波路の出力光の強度Ｉ２は、次の（１）式で表される。
【数１】
2014149507.tif 000003
ここで、Ｉ０は入力光の強度、κは導波路の結合係数、ｌは結合長である。
【０００６】
また、結合係数κは、次の（２）式で表される。
【数２】
2014149507.tif 000004
ここで、ｇは導波路同士の間隔、Δは各導波路の比屈折率差、ａは導波路の幅の半分の長さ、ｋｘは波数ベクトルに関する係数、ｒｘは屈折率の分散、ｖは正規化された周波数である。
【０００７】
また、本発明者等により、マイクロマシンの製造技術を利用して、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に配設したＳｉＯ２から成る犠牲層と、犠牲層上に配設したＳｉ層とで構成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて、方向性結合器（カプラー）を利用した光カプラースイッチを製造する方法が開発されている（例えば、非特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A. H. Atabaki, E. Shah Hosseini, A. A. Eftekhar, S.Yegnanarayanan, and A. Adibi, “Optimization of metallic microheatersfor high-speed reconfigurable silicon photonics”,Optics Express, 16 August 2010, Vol. 18, No. 17, p.18312-18323
【非特許文献２】Sasikanth Manipatruni, Kyle Preston, Long Chen, and Michal Lipson,“Ultra-low voltage, ultra-small mode volume silicon microringmodulator”, Optics Express, 16 August 2010, Vol. 18, No. 17, p.18235-18242
【非特許文献３】Taro Ikeda, Yoshiaki Kanamori, Kazuhiro Hane, “Si Photonic nano-wiretunable micro-ring resonator composed of triply-liked variable couplers”,International workshop of MEMS 2012 Paris FRANCE, 29 January - 2 February 2012, p.660-663
【非特許文献４】岡本勝就著、「光導波路の基礎」、コロナ社、1992年、p.141-143
【非特許文献５】Yuta Akihama,Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane, “Ultra-small silicon waveguide couplerswitch using gap-variable mechanism”, Optics Express, 21 November 2011, Vol.19, No. 24, p.23658-23663
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献３に示すマイクロリングフィルタは、環状導波路の２つの方向性結合器の間隙が一定であるため、特定の波長においてのみ損失のない環状導波路を構成することができる。しかし、波長を光通信帯域内で広く変えたときには、各方向性結合器の結合率が低下するため、環状導波路での周回損失が増加し、波長選択性が劣化するという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、広い波長帯域において、選択される共振波長を変更可能であるとともに、その波長変更に伴う損失を小さくすることができる、波長選択性に優れた光リング共振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る光リング共振器は、一端から信号光が入力され、他端から出力される線状導波路と、前記線状導波路と光学的に結合可能に、前記線状導波路と近接して配置された環状導波路と、移動手段とを有し、前記環状導波路は、環状部の１箇所または複数箇所に、導波路が直接接続されず、上流側および下流側の導波路が光学的に結合可能に近接して配置された光結合部を有し、前記移動手段は、前記環状導波路の前記環状部の長さと、前記光結合部での各導波路の間隔とを変更可能に、前記環状導波路の一部を移動させるよう設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る光リング共振器は、環状導波路が環状部の１箇所または複数箇所に光結合部を有しており、移動手段が環状導波路の一部を移動させることにより、環状導波路の環状部の長さ（周長）と、光結合部での各導波路の間隔とを変更可能になっている。本発明に係る光リング共振器は、移動手段で環状導波路の環状部の長さを変更することにより、環状導波路の環状部で選択される共振波長を変更することができる。また、選択される共振波長を変更すると、光結合部での結合効率が変化して環状部での周回損失が増加してしまうが、光結合部での結合効率を最適にするよう、光結合部での各導波路の間隔を変更することにより、周回損失を抑制することができる。このように、本発明に係る光リング共振器は、光通信帯の広い波長帯域において、選択される共振波長を変更可能であるとともに、その波長変更に伴う損失を小さくすることができ、波長選択性に優れている。
【００１３】
本発明に係る光リング共振器またはその光結合部は、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に配設したＳｉＯ２から成る犠牲層と、犠牲層上に配設したＳｉ層とで構成されるＳＯＩ基板に形成されていてもよい。また、コアが上層のＳｉ層から成り、クラッドが空気から成ることが好ましい。移動手段は、環状導波路の一部を移動可能であればいかなるものから成っていてもよく、例えば、静電マイクロアクチュエータから成っている。また、移動手段は、環状導波路の環状部の長さと、光結合部での各導波路の間隔とを、１台で変更するよう構成されていても、複数台で変更するよう構成されていてもよい。また、移動手段は、環状導波路の環状部の長さを、１台で変更しても複数台で変更してもよく、光結合部での各導波路の間隔を、１台で変更しても複数台で変更してもよい。
【００１４】
本発明に係る光リング共振器で、前記光結合部は２つから成り、それぞれ上流側および下流側の導波路が所定の長さの範囲で所定の間隔をあけて互いに平行を成すよう配置され、さらに各光結合部の前記導波路全てが平行を成すよう配置されており、前記環状導波路は、各光結合部に挟まれた前記環状部の一方の側から成る第１環状構成部と、各光結合部に挟まれた前記環状部の他方の側から成る第２環状構成部とを有し、前記移動手段は、前記環状導波路の前記環状部の長さを変更可能に、各光結合部の一方の導波路が他方の導波路に対して相対的に平行移動するよう、前記第１環状構成部または前記第２環状構成部の少なくともいずれか一方を移動させる第１移動手段と、各光結合部での各導波路の間隔を変更可能に、前記第１環状構成部または前記第２環状構成部の少なくともいずれか一方を、前記第１移動手段による移動方向に対して垂直方向に移動させる第２移動手段とを有することが好ましい。
【００１５】
この光結合部が２つから成る場合、第１移動手段により環状導波路の環状部の長さを変更して、環状導波路の環状部で選択される共振波長を変更することができる。このとき、第１移動手段により、各光結合部の一方の導波路を他方の導波路に対して相対的に平行移動させるため、各光結合部での各導波路の間隔を一定に維持したまま、共振波長を変更することができる。また、第２移動手段により、光結合部での結合効率を最適にするよう、各光結合部での各導波路の間隔を変更することができ、周回損失を抑制することができる。このとき、第２移動手段により、第１移動手段による移動方向に対して垂直方向に移動させるため、環状部の長さを変化させることなく、周回損失を抑制することができる。第１移動手段および第２移動手段は、第１環状構成部および第２環状構成部のうち、同じ方を移動してもよく、それぞれ異なる方を移動してもよい。
【００１６】
また、この光結合部が２つから成る場合、前記第１環状構成部の各光結合部の各導波路が、前記第２環状構成部の各光結合部の各導波路に対して、同じ側に、同じ長さの範囲で、同じ間隔をあけて配置されていることが好ましい。この場合、第１移動手段および第２移動手段で移動させても、２つの光結合部同士で、各導波路が近接した範囲の長さおよびその間隔が同じになるため、２つの光結合部で常に同じ結合効率を有している。このため、結合効率の調整を容易かつ正確に行うことができる。
【００１７】
本発明に係る光リング共振器は、前記線状導波路と前記環状導波路との間隔を変更可能に、前記線状導波路の全体または一部を移動可能に設けられた分岐制御手段を有していてもよい。この場合、分岐制御手段により、線状導波路から環状導波路に流れる信号光の割合を表す分岐比を制御することができる。また、分岐制御手段により、線状導波路から環状導波路への信号光の入出力のスイッチ動作を行うこともできる。分岐制御手段は、線状導波路の全体または一部を移動可能であればいかなるものから成っていてもよく、例えば、静電マイクロアクチュエータから成っている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、広い波長帯域において、選択される共振波長を変更可能であるとともに、その波長変更に伴う損失を小さくすることができる、波長選択性に優れた光リング共振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の光リング共振器を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態の光リング共振器の製造方法を示す断面図である。
【図３】図２に示す方法で製造された光リング共振器の光結合部を示す上面からの顕微鏡写真である。
【図４】図３に示す光リング共振器の光結合部の（ａ）出力強度（カプラー出力強度）の波長依存性、（ｂ）結合位相の波長依存性（結合係数κ×結合長ｌ）の数値計算結果を示すグラフである。
【図５】図３に示す光リング共振器の光結合部の、出力強度（カプラー出力強度）の波長依存性の測定結果を示すグラフである。
【図６】図２に示す方法で製造された光リング共振器の、第１移動手段のアクチュエータへ加える電圧を変えて環状部の長さ（周長）を変えたときの、出力光の波長依存性の測定結果を示すグラフである。
【図７】図２に示す方法で製造された光リング共振器の、第１移動手段のアクチュエータの変位に対して、図６の共振ピーク波長のシフト量を測定した結果を示すグラフである。
【図８】図２に示す方法で製造された光リング共振器の、波長のずれ（シフト）が変化したときの共振曲線の変化を示すグラフである。
【図９】従来の、静電マイクロアクチュエータを利用した周長可変のマイクロリング共振器を示す（ａ）斜視図、（ｂ）平面図である（非特許文献３から引用）。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図８は、本発明の実施の形態の光リング共振器を示している。
図１に示すように、光リング共振器１０は、線状導波路１１と環状導波路１２と移動手段１３と分岐制御手段１４とを有している。
【００２１】
線状導波路１１は、線状に真っ直ぐ伸びるよう配置され、一端１１ａから信号光が入力され、他端１１ｂから出力されるよう構成されている。
環状導波路１２は、Ｓ字型に形成されたＳ字型導波路２１と、Ｕ字型に形成されたＵ字型導波路２２とを有している。環状導波路１２は、Ｓ字型導波路２１の一方の円弧状の部分２１ａとＵ字型導波路２２とで環状部１２ａを形成するよう、それらの開口を互いに対向させ互い違いに噛み合わせるようにして配置して構成されている。環状導波路１２は、環状部１２ａを構成するＳ字型導波路２１の円弧の中央付近で、線状導波路１１と光学的に結合可能に、線状導波路１１に近接して配置されている。
【００２２】
環状導波路１２は、Ｓ字型導波路２１とＵ字型導波路２２とが近接した環状部１２ａの２箇所に、光結合部１２ｂを有している。光結合部１２ｂは、Ｓ字型導波路２１とＵ字型導波路２２とが直接接続されず、光学的に結合可能に近接して配置されており、方向性結合器（カプラー）になっている。光結合部１２ｂは、Ｓ字型導波路２１とＵ字型導波路２２とが所定の長さの範囲で所定の間隔をあけて互いに平行を成すよう配置され、さらに各光結合部１２ｂでの全ての導波路が平行を成すよう配置されている。また、環状導波路１２は、各光結合部１２ｂでのＳ字型導波路２１が、各光結合部１２ｂでのＵ字型導波路２２に対して、同じ側に、同じ長さの範囲で、同じ間隔をあけて配置されている。なお、各光結合部１２ｂに挟まれた、環状部１２ａを構成するＳ字型導波路２１の一方の円弧状の部分２１ａが第１環状構成部を成し、各光結合部１２ｂに挟まれた、環状部１２ａを構成するＵ字型導波路２２の部分が第２環状構成部を成している。
【００２３】
移動手段１３は、いずれも静電マイクロアクチュエータから成る第１移動手段２３ａと第２移動手段２３ｂの２つを有している。第１移動手段２３ａは、Ｕ字型導波路２２の円弧部分の外側に配置され、Ｕ字型導波路２２を移動可能に構成されている。第１移動手段２３ａは、各光結合部１２ｂでのＵ字型導波路２２が、各光結合部１２ｂでのＳ字型導波路２１に対して平行移動するよう、Ｕ字型導波路２２を移動させるよう構成されている。これにより、第１移動手段２３ａは、環状部１２ａの長さを変更可能になっている。なお、環状導波路１２は、第１移動手段２３ａによりＵ字型導波路２２を移動させても、光結合部１２ｂでのＳ字型導波路２１とＵ字型導波路２２との近接部の長さは変化しないようになっている。
【００２４】
第２移動手段２３ｂは、Ｓ字型導波路２１の他方の円弧状の部分２１ｂの外側に配置され、Ｓ字型導波路２１を移動可能に構成されている。第２移動手段２３ｂは、Ｓ字型導波路２１を、第１移動手段２３ａによる移動方向に対して垂直方向に移動させるよう構成されている。これにより、第２移動手段２３ｂは、各光結合部１２ｂでのＳ字型導波路２１とＵ字型導波路２２との間隔を変更可能になっている。
【００２５】
分岐制御手段１４は、静電マイクロアクチュエータから成り、線状導波路１１に対して環状導波路１２とは反対側に配置されている。分岐制御手段１４は、線状導波路１１と環状導波路１２との間隔を変更可能に、線状導波路１１をその伸長方向に対して垂直方向に移動可能に構成されている。これにより、分岐制御手段１４は、線状導波路から環状導波路に流れる信号光の分岐比の制御、および、線状導波路１１と環状導波路１２との間の光信号の入出力を行うスイッチ動作を行うようになっている。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、光リング共振器１０は、Ｓｉ基板（Ｓｉ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）３１と、Ｓｉ基板３１の上に配設したＳｉＯ２から成る犠牲層３２と、犠牲層３２の上に配設したＳｉ層３３とで構成されるＳＯＩ基板（ＳＯＩ  ｗａｆｅｒ）３０を用いて、非特許文献５に記載の方法により製造することができる。すなわち、ＳＯＩ基板３０の表面に、図２（ｂ）に示すように、レジスト層３４を形成した後（Ｒｅｓｉｓｔ  ｃｏａｔｉｎｇ）、図２（ｃ）に示すように、電子ビーム露光を行い、マスクパターンを形成する（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）。その後、図２（ｄ）に示すように、高速電子線エッチング（ＦＡＢ）により、Ｓｉ層３３のマスクパターンがない部分をエッチングする（Ｓｉ  ｅｔｃｈｉｎｇ）。さらに、図２（ｅ）に示すように、レジスト層３４を取り除いた後（Ｒｅｓｉｓｔ  ｒｅｍｏｖｉｎｇ）、図２（ｆ）に示すように、ＳＯＩ基板３０をダイシングして個々のチップに分割する（Ｗａｆｅｒ  ｃｕｔｔｉｎｇ）。最後に、図２（ｇ）に示すように、気相フッ酸（ｖａｐｏｒ−ＨＦ）により、ＳｉＯ２から成る犠牲層３２の領域を除去する。
【００２７】
Ｓｉ基板３１から開放されたＳｉ層３３が、線状導波路１１および環状導波路１２、ならびに、移動手段１３および分岐制御手段１４の駆動部を成すよう設計することにより、図２に示す方法を利用して、光リング共振器１０を製造することができる。このとき、線状導波路１１および環状導波路１２のコアはＳｉ層３３から成り、クラッドは空気から成っている。こうして製造された光リング共振器１０の光結合部（方向性結合器）１２ｂを、図３に示す。なお、図３に示す具体的な一例では、導波路の厚さは２６０ｎｍで幅は４００ｎｍである。また、ＳｉＯ２から成る犠牲層３２のエッチングにより、Ｓｉ基板３１から２μｍ上方に光結合部１２ｂが自立している。
【００２８】
次に、作用について説明する。
光リング共振器１０は、環状導波路１２が環状部１２ａの２箇所に光結合部１２ｂを有しており、第１移動手段２３ａにより環状導波路１２の環状部１２ａの長さを変更して、環状導波路１２の環状部１２ａで選択される共振波長を変更することができる。このとき、第１移動手段２３ａにより、各光結合部１２ｂでのＵ字型導波路２２を、各光結合部１２ｂでのＳ字型導波路２１に対して平行移動させるため、各光結合部１２ｂでのＳ字型導波路２１とＵ字型導波路２２との間隔および近接部の長さを一定に維持したまま、共振波長を変更することができる。
【００２９】
また、選択される共振波長を変更すると、光結合部１２ｂでの結合効率が変化して環状部１２ａでの周回損失が増加してしまうが、光結合部１２ｂでの結合効率を最適にするよう、第２移動手段２３ｂにより光結合部１２ｂでのＳ字型導波路２１とＵ字型導波路２２との間隔を変更することができ、周回損失を抑制することができる。このとき、第２移動手段２３ｂにより、第１移動手段２３ａによる移動方向に対して垂直方向に移動させるため、環状部１２ａの長さ、すなわち共振波長を変化させることなく、周回損失を抑制することができる。このように、光リング共振器１０は、光通信帯の広い波長帯域において、選択される共振波長を変更可能であるとともに、その波長変更に伴う損失を小さくすることができ、波長選択性に優れている。
【００３０】
光リング共振器１０は、第１移動手段２３ａおよび第２移動手段２３ｂで移動させても、２つの光結合部１２ｂ同士で、各導波路が近接した範囲の長さおよびその間隔が同じになるため、２つの光結合部１２ｂで常に同じ結合効率を有している。このため、結合効率の調整を容易かつ正確に行うことができる。光リング共振器１０は、分岐制御手段１４により、線状導波路１１から環状導波路１２に流れる信号光の割合を表す分岐比を制御することができる。また、分岐制御手段１４により、線状導波路１１から環状導波路１２への信号光の入出力のスイッチ動作を行うこともできる。
【００３１】
なお、光リング共振器１０で、移動手段１３は、環状導波路１２の環状部１２ａの長さと、光結合部１２ｂでの各導波路の間隔とを、１台で変更するよう構成されていても、３台以上で変更するよう構成されていてもよい。また、移動手段１３は、環状導波路１２の環状部１２ａの長さを複数台で変更してもよく、光結合部１２ｂでの各導波路の間隔を複数台で変更してもよい。また、第１移動手段２３ａおよび第２移動手段２３ｂは、Ｓ字型導波路２１およびＵ字型導波路２２を別々に移動させなくとも、いずれか同じ方を移動させるよう構成されていてもよい。
【００３２】
［光結合部（方向性結合器）１２ｂの特性］
図３に示す光結合部（方向性結合器）１２ｂについて、出力強度（カプラー出力強度）の波長依存性、および、結合位相の波長依存性（結合係数κ×結合長ｌ）を、（１）式を用いて数値計算で求め、その結果を図４に示す。なお、数値計算では、信号光の波長が１５５０ｎｍのとき光結合部１２ｂの結合効率が１００％になるよう各導波路の間隙を設定し、間隙を一定にして波長を変化させながら計算を行っている。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、リングを構成する導波路（ドロップポート）への移行が１００％となるとき、すなわち波長が１５５０ｎｍのとき、リングを構成しない導波路（スルーポート）への移行は０％となり、損失は最低（理論的に０％）となる。しかし、波長が１５５０ｎｍから変化すると、リングを構成しない導波路（スルーポート）への光の漏れが増加する。例えば、波長が１５４０ｎｍのとき、図４（ａ）から、約−３０ｄＢの損失となる。このとき、図１に示す光リング共振器１０では、環状部１２ａに２つの方向性結合器が存在するため、損失が２倍の−１５ｄＢとなる。選択性の高いリングフィルタを構成するためには、この損失の大きさが問題となる。また、図４（ｂ）に示すように、方向性結合器の結合位相は、光通信帯の全域において、波長依存性が大きいことがわかる。
【００３４】
図３に示す光結合部１２ｂについて、出力強度（カプラー出力強度）の波長依存性を実測した結果を、図５に示す。図５に示すように、出力強度の波長依存性の実測結果は、図４に示す数値計算による理論値と同様の傾向が認められることがわかる。これらの結果から、選択波長を可変にした場合、フィルタ特性を高めるためには、方向性結合器の結合率を最適にする必要があるといえる。
【００３５】
［光リング共振器１０の特性］
図３に示す光結合部（方向性結合器）１２ｂを含む光リング共振器１０について、環状部１２ａの長さ（周長）を変えたときの出力光の波長依存性を測定し、図６に示す。図６に示すように、環状導波路１２に特有の共振ピークが現れていることから、Ｓ字型導波路２１とＵ字型導波路２２とを光結合部１２ｂにより結合する方法で環状導波路１２が形成できていることが確認できる。また、光リング共振器１０は、第１移動手段２３ａのアクチュエータへ加える電圧の値を０Ｖ、１０Ｖ、２０Ｖと変えることにより、共振ピークの波長位置がシフトしていることから、特定波長を選択するための波長可変マイクロリングフィルタとして利用可能であるといえる。
【００３６】
第１移動手段２３ａのアクチュエータの変位に対して、図６の共振ピーク波長のシフト量を測定した結果を、図７に示す。なお、図１に示す光リング共振器１０では、第１移動手段２３ａのアクチュエータの変位を大きくすると、環状部１２ａの周長は短くなるよう構成されている。図７に示すように、第１移動手段２３ａのアクチュエータが動いて環状部１２ａの周長を短くすると、同じモードの共振ピークの波長が短くなっていることがわかる。具体的には、約１μｍのアクチュエータの変位に対して、約１０ｎｍの波長の変化が認められる。
【００３７】
しかし、図４および図５に示すように、波長のずれ（シフト）とともに、光結合部１２ｂでの波長特性が最適から外れていくため、このままでは光リング共振器１０の損失が増加してしまう。損失が増加すると、共振の深さが浅くなり、先鋭度（Ｑファクター）が低下してしまう。最適波長からの波長のずれが０ｎｍ、１５ｎｍ、３０ｎｍと変化した場合の共振曲線の変化の一例を、図８に示す。図８に示すように、波長のずれとともに、共振の深さが浅くなることがわかる。このように、波長のずれとともに光リング共振器１０の特性が劣化してしまうため、波長が変化したときに光結合部１２ｂの結合効率が最適値を保つよう、第２移動手段２３ｂによりＳ字型導波路２１とＵ字型導波路２２との間隔を調節する。これにより、常に共振の深さが浅くならない最適のリング共振条件を維持したフィルタを実現することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  光リング共振器
１１  線状導波路
１２  環状導波路
１２ａ  環状部
１２ｂ  光結合部
２１  Ｓ字型導波路
２２  Ｕ字型導波路
１３  移動手段
２３ａ  第１移動手段
２３ｂ  第２移動手段
１４  分岐制御手段
３０  ＳＯＩ基板
３１  Ｓｉ基板
３２  犠牲層
３３  Ｓｉ層
【図１】
2014149507.tif 000005
【図２】
2014149507.tif 000006
【図３】
2014149507.tif 000007
【図４】
2014149507.tif 000008
【図５】
2014149507.tif 000009
【図６】
2014149507.tif 000010
【図７】
2014149507.tif 000011
【図８】
2014149507.tif 000012
【図９】
2014149507.tif 000013