(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一本の入力導波路に入射した光を少なくとも二本以上の出力導波路に異なる光周波数毎に分波する作用を持つ第一のアレイ導波路格子フィルタと、その分波された光を１つの導波路に合波させる作用をもつ第二のアレイ導波路格子フィルタの間に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続してなる光周波数フィルタにおいて、第一及び第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路もしくは入力導波路間に分波若しくは合波される光周波数の差が全てのアレイ導波路格子で等しくなるように導波路が配置され、かつ、第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが前記光周波数の差だけ異なるように、第一のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差と、第二のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差とが、異なる値になるように設定され、さらに第二のアレイ導波路格子フィルタの少なくとも二本以上の出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続し、該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流回路が接続されていることを特徴とする光周波数フィルタ。
【請求項２】
一本の入力導波路に入射した光を少なくとも二本以上の出力導波路に異なる光周波数毎に分波する作用を持つ第一のアレイ導波路格子フィルタと、その分波された光を１つの導波路に合波させる作用をもつ第二のアレイ導波路格子フィルタの間に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続してなる光周波数フィルタにおいて、第一及び第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路もしくは入力導波路間に分波若しくは合波される光周波数の差が全てのアレイ導波路格子で等しくなるように導波路が配置され、かつ、第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが前記光周波数の差だけ異なるように、第一のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差と、第二のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差とが、異なる値になるように設定され、さらに該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流分配回路が接続され、該光合流分配回路の少なくとも二本以上の出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチが接続され、該光ゲート・スイッチの出力導波路が第二のアレイ導波路格子フィルタのそれぞれ異なった入力導波路に接続されていることを特徴とする光周波数フィルタ。
【請求項３】
２つのアレイ導波路格子フィルタの間に、第一のアレイ導波路格子フィルタで分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続した光周波数フィルタにおいて、第一のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、或いは、第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差と第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、更に第二のアレイ導波路格子フィルタの少なくとも二本以上ある出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続し、該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流回路が接続されていることを特徴とする光周波数フィルタ。
【請求項４】
２つのアレイ導波路格子フィルタの間に、第一のアレイ導波路格子フィルタで分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続した光周波数フィルタにおいて、第一のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、或いは、第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差と第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、更に該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流分配回路が接続され、該光合流分配回路の少なくとも二本以上ある出力導波路に、分配された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチが接続され、該光ゲート・スイッチの出力導波路が第二のアレイ導波路格子フィルタのそれぞれ異なった入力導波路に接続されていることを特徴とする光周波数フィルタ。
【請求項５】
２つのアレイ導波路格子フィルタの間に、第一のアレイ導波路格子フィルタで分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続した光周波数フィルタにおいて、第二のアレイ導波路格子フィルタの出力導波路において、透過される光周波数帯域が第一のアレイ導波路格子フィルタで透過される光周波数帯域以上かつ第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔以下の範囲内に設定され、かつ、第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差と第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが、第一のアレイ導波路格子フィルタで隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差だけずれるように第二のアレイ導波路格子フィルタの入力導波路が配置され、更に第二のアレイ導波路格子フィルタの少なくとも二本以上ある出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続し、該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流回路が接続されていることを特徴とする光周波数フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光周波数フィルタに関する。即ち、光通信、光交換、光情報処理、光計測等に用いられる、集積型光周波数フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の通信を実現するために、１本の光ファイバに複数の異なる光周波数（波長）からなる光信号を多重化して伝送する波長多重光通信の開発が現在盛んに行われている。
複数の光周波数からなる多重化された光信号の中から、特定の光周波数（波長）の光信号のみを選択的に取り出すことのできる光周波数フィルタは、光アド・ドロップ装置、光クロスコネクト装置、光交換機を実現する上で欠かせないものである。
【０００３】
１対のアレイ導波路格子フィルタと光ゲートスイッチとを集積した光周波数フィルタは、電気的な信号のＯＮ／ＯＦＦにより、デジタル的に、かつ、高速に光周波数を選択できるため、このような用途に適したフィルタとして有望視されている。
ＩｎＰ半導体基板上に１対のアレイ導波路格子フィルタと半導体アンプ・ゲート・スイッチとを集積化した光周波数フィルタの既報告例として、Ｍ．Ｚｉｒｎｇｉｂｌｅ  他（ＩＥＥＥフォトニクス・テクノロジー・レターズ、ｖｏｌ．６，ｐｐ．５１３〜５１５、１９９４）によるものがある。
【０００４】
また、半導体ウェハ上で、異なった分解能を有する２つのフィルタが直列に接続されてなる光フィルタ装置が知られている（特開平６−２５０１３２号）。
この光フィルタ装置では、ウェハ上で規定されたフィルタの構成要素を接続する制御可能な透過率を有する導波路に対して制御回路から電気エネルギーを供給し、これにより、フィルタ全体が複数個の光周波数のうちの所定のものに対して同調する。
このような電気エネルギーの印加により、半導体媒質の領域全体にわたって選択された数百もの光周波数のうちの一つを透過させうる周波数選択経路が生成される。
【０００５】
ここで、図面を用いて、従来の光周波数フィルタの動作特性について説明する。
図４は８チャネルの光周波数フィルタを上面から眺めたときの構成を模式的に描いたものである。
このフィルタは、アレイ導波路格子分波器１１０、アレイ導波路格子合波器１１１及び半導体アンプ・アレイ１１２の３領域から構成されている。
ＩｎＰ基板１２０上に光導波路が形成されており、バンドギャップ波長１０５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰコア層がＩｎＰクラッド層により挟みこまれた構造となっている。
【０００６】
よって、波長１５５０ｎｍ（光周波数：〜１９３ＴＨｚ）付近の光に対しては透明であり、ＩｎＰに比して屈折率の高いＩｎＧａＡｓＰ層に光は閉じこめられ、導波路パタンに沿って光は伝搬していく。
入射光１１３が第１のアレイ格子分波器の入力導波路１２１に入射されると、光は第一のスラブ導波路１２２に導かれる。
このスラブ導波路１２２では、基板と平行な方向には屈折率による閉じこめ効果がないために、光はある角度をもって横に広がっていく。
この広がった光は、多数のアレイ導波路１２３に少しずつ結合し、第二のスラブ導波路１２４に導かれる。
【０００７】
第二のスラブ導波路１２４中では光は収束し、複数の出力導波路１２５のうちの１つの導波路に結合する。
ここで、アレイ導波路１２３の隣り合う導波路間には、長さにある一定の差が設けられている。
このため、第二のスラブ導波路１２４と出力導波路１２５との間の面内で、どの位置に光が収束されるのかは、入力された光の周波数に依存して変化することになる。
例えば、ある周波数ｆ１の光が１番目の出力導波路に結合したとすると、Δｆだけ周波数の異なる光は隣の２番目の出力導波路に結合することになる。
【０００８】
即ち、第１のアレイ導波路格子分波器は、光周波数の異なる光を複数の出力導波路に、周波数に応じて振り分ける働きをする。
一方、第二のアレイ導波路格子合波器１１１は、入力導波路１２６、第一のスラブ導波路１２７、アレイ導波路１２８、第二のスラブ導波路１２９、出力導波路１３０からなり、第１のアレイ導波路格子分波器１１０の入力導波路１２１と出力導波路１２５の配置を入れ替えた対称形の構造となっている。
よって、第二のアレイ導波路格子合波器１１１は、上記第１のアレイ導波路格子分波器の動作説明において、光が反対向きに進んでいく様子を考えればその動作が理解できる。
第二のアレイ導波路格子合波器１１１は、分波された光を１つの導波路に合波する働きをする。
【０００９】
上記アレイ導波路格子分波器１１０の出力導波路１２５と上記アレイ導波路格子合分波器１１１の入力導波路１２６の間には半導体アンプ１１２がそれぞれ形成されている。
半導体アンプ１１２の導波路はバンドギャップ波長１５５０〜１５８０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰからなっており、電流が注入されない場合には、１５５０ｎｍ付近の光は吸収され、電流が注入されると、光は増幅される。
即ち、半導体アンプ１１２は、電流ＯＮ／ＯＦＦにより、光を遮断したり透過したりするゲート・スイッチとして作用する。
従って、ある特定の半導体アンプ１１２に電流を流して光を通過させることにより、第一のアレイ導波路格子分波器１１０で分波された光の中から特定の波長だけを出力導波路１３０に導くことが可能となる。
【００１０】
このような構成を持つ光周波数フィルタは、電気的に高速に選択する光周波数を切り替えることができるという特徴をもっている。
ところで、アレイ導波路格子フィルタの設計について以下に述べる。
アレイ導波路格子フィルタのある特定の出力導波路から透過してくる光の周波数は、周期的なものとなる。
この周波数の周期はフリー・スペクトラル・レンジ（ＦＳＲ）と呼ばれ、以下の式により定まる。
ＦＳＲ＝ｃ／（ｎ・ΔＬ）
ここで、ｃは光速、ｎはアレイ導波路の実効屈折率、ΔＬは隣合うアレイ導波路間の長さの差である。
【００１１】
即ち、ＦＳＲはアレイ導波路間の長さの差ΔＬを設定することで、決定される。
また、隣り合う出力導波路間における透過周波数の差、即ちチャネル周波数間隔Δｆは出力導波路間の間隔とスラブ導波路の長さ、ＦＳＲにより、定めることができる。
図４に示した例では、チャネル周波数間隔Δｆが２００ＧＨｚで、チャネル数（出力導波路数）が８，ＦＳＲが１．６ＴＨｚとなっており、ＦＳＲがチャネル周波数間隔のちょうどチャネル数倍になるように設定されている。
このフィルタは、２００ＧＨｚ間隔で配置された８つの多重化された光信号から、任意の周波数の光のみを選択する光周波数フィルタとして動作する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、選択できる光周波数の数を多くしてゆくと、その数に比例して、出力導波路数が多いアレイ導波路格子フィルタが必要になり、光ゲート数も多くなる。その結果、素子のサイズが大きくなり、電極数が増してしまう。
素子サイズの増大化は、単位ウェハから作ることのできる素子数の低下、歩留まりの低下を招き、電極数の増加は、電気配線をするためのワイヤリング工程の増加、制御回路の大規模化を招くといった問題があった。
本発明の目的は、上記従来例における問題を解決し、選択できる光周波数の数が増えても、制御電極数の増加が少なくて済む光周波数フィルタを供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の請求項１に係る光周波数フィルタは、一本の入力導波路に入射した光を少なくとも二本以上の出力導波路に異なる光周波数毎に分波する作用を持つ第一のアレイ導波路格子フィルタと、その分波された光を１つの導波路に合波させる作用をもつ第二のアレイ導波路格子フィルタの間に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続してなる光周波数フィルタにおいて、第一及び第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路もしくは入力導波路間に分波若しくは合波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔が全てのアレイ導波路格子で等しくなるように導波路が配置され、かつ、第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが前記周波数チャネル間隔だけ異なるように、第一のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差と、第二のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差とが、異なる値になるように設定され、さらに第二のアレイ導波路格子フィルタの少なくとも二本以上の出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続し、該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流回路が接続されていることを特徴とする。
【００１４】
上述の目的を達成する本発明の請求項２に係る光周波数フィルタは、一本の入力導波路に入射した光を少なくとも二本以上の出力導波路に異なる光周波数毎に分波する作用を持つ第一のアレイ導波路格子フィルタと、その分波された光を１つの導波路に合波させる作用をもつ第二のアレイ導波路格子フィルタの間に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続してなる光周波数フィルタにおいて、第一及び第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路もしくは入力導波路間に分波若しくは合波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔が全てのアレイ導波路格子で等しくなるように導波路が配置され、かつ、第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが前記周波数チャネル間隔だけ異なるように、第一のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差と、第二のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差とが、異なる値になるように設定され、さらに該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流分配回路が接続され、該光合流分配回路の少なくとも二本以上の出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチが接続され、該光ゲート・スイッチの出力導波路が第二のアレイ導波路格子フィルタのそれぞれ異なった入力導波路に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成する本発明の請求項３に係る発明は、２つのアレイ導波路格子フィルタの間に、第一のアレイ導波路格子フィルタで分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続した光周波数フィルタにおいて、第一のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、或いは、第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、更に第二のアレイ導波路格子フィルタの少なくとも二本以上ある出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続し、該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流回路が接続されていることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成する本発明の請求項４に係る発明は、２つのアレイ導波路格子フィルタの間に、第一のアレイ導波路格子フィルタで分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続した光周波数フィルタにおいて、第一のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、或いは、第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、更に該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流分配回路が接続され、該光合流分配回路の少なくとも二本以上ある出力導波路に、分配された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチが接続され、該光ゲート・スイッチの出力導波路が第二のアレイ導波路格子フィルタのそれぞれ異なった入力導波路に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成する本発明の請求項５に係る発明は、２つのアレイ導波路格子フィルタの間に、第一のアレイ導波路格子フィルタで分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続した光周波数フィルタにおいて、第二のアレイ導波路格子フィルタの出力導波路において、透過される光周波数帯域が第一のアレイ導波路格子フィルタで透過される光周波数帯域以上かつ第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔以下の範囲内に設定され、かつ、第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが、第一のアレイ導波路格子フィルタで隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔だけずれるように第二のアレイ導波路格子フィルタの入力導波路が配置され、更に第二のアレイ導波路格子フィルタの少なくとも二本以上ある出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続し、該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流回路が接続されていることを特徴とする。
【００１８】
〔作用〕
本発明においては、第一のアレイ導波路格子と前段の光ゲート・スイッチ・アレイ、光合流分配回路、後段の光ゲート・スイッチ・アレイ、第二のアレイ導波路格子により構成され、前段のアレイ導波路格子フィルタと後段のアレイ導波路格子フィルタのチャネル周波数間隔や両者間でのＦＳＲを適当に設計することにより、或いは、前段のアレイ導波路格子フィルタと後段のアレイ導波路格子フィルタのチャネル周波数間隔は等しくし、かつ、両者間でＦＳＲがチャネル間隔分だけ異なる値になるようにしたことが特徴である。
従来方法よりも少ない光ゲート・スイッチで多数の光周波数を効率的に選択できるようにしたのが特徴である。
本発明による光周波数フィルタでは、前段の光ゲート・スイッチと後段の光ゲート・スイッチの組み合わせを選ぶことにより、少ない電極数で選択できる光周波数の数を著しく増やすことが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例を図１に示す。
本実施例は、チャネル数４、ＦＳＲがチャネル間隔の４倍のアレイ導波路格子フィルタ１と、チャネル数５、ＦＳＲがチャネル間隔の５倍のアレイ導波路格子フィルタ３を組み合わせた２０チャネルの光周波数フィルタに関する。
【００２０】
図中、１はチャネル数４、ＦＳＲがチャネル間隔の４倍のアレイ導波路格子フィルタ、２は４チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、３はチャネル数５、ＦＳＲがチャネル間隔の５倍のアレイ導波路格子フィルタ、４は５チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、５は５入力１出力の光合流回路、６は光ゲート制御用電極である。
ＩｎＰ半導体基板上には多数の光導波路が形成され、アレイ導波路格子フィルタ部分１及び３の導波路のコア層は、バンドギャップ波長１０５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰで形成されている。
【００２１】
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部２及び４の導波路層の組成は、バンドギャップ波長１５５０〜１５８０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰであり、波長１５５０ｎｍ（光周波数：〜１９３ＴＨｚ）付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
半導体アンプ２，４の上部に形成される光ゲート制御用電極６と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、光を透過／遮断の制御が行われる。
第一のアレイ導波路格子フィルタ１では、周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、ＦＳＲ４００ＧＨｚ、チャネル数４となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
【００２２】
第二のアレイ導波路格子フィルタ３では、周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、ＦＳＲ５００ＧＨｚ、チャネル数５となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
ここで、本実施例に係る光周波数フィルタの動作について説明する。
第一のアレイ導波路格子フィルタ１がチャネル数４、ＦＳＲがチャネル間隔の４倍、第二のアレイ導波路格子フィルタ３がチャネル数５、ＦＳＲがチャネル間隔の５倍のアレイ導波路格子フィルタであり、かつ両者のチャネル間隔が等しい場合における、各アレイ導波路格子フィルタ１，３の入出力光周波数の関係を表１（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
尚、表１（ａ）はアレイ導波路格子フィルタ１の入出力光周波数の関係を、表１（ｂ）はアレイ導波路格子フィルタ３の入出力光周波数の関係を示した。
表１に示されるように、同一の入射ポートから信号が入射した場合、信号光の光周波数に応じて異なった出力ポートから出力され、また、同一光周波数の信号でも入力ポートが異なれば異なる出力ポートに出力されることとなる。
【００２５】
即ち、第一のアレイ導波路格子フィルタ１は、表１（ａ）に記載するように、一つの入射ポートに入射した信号を光周波数ｆ１〜２０に応じて四つの出力ポートへ透過させ、また、アレイ導波路格子フィルタ３は、表１（ｂ）に記載するように、四つの入射ポートに入射した信号を光周波数ｆ１〜ｆ２０に応じて五つの出力ポートへ透過させる。
【００２６】
アレイ導波路格子フィルタ１，３の透過特性を図２（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。
光ゲート・スイッチアレイ２及び４の光ゲート・スイッチ素子番号をそれぞれＡ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ５とし、光ゲート・スイッチＡ１及びＢ１を透過動作させ、それ以外の光ゲート・スイッチは遮断動作にある場合の透過特性は、第一のアレイ導波路格子フィルタ１では図２（ａ）で実線で示すように、ｆ１，ｆ５，ｆ９，ｆ１３，ｆ１７となり、また、第二のアレイ導波路格子フィルタ３では図２（ｂ）で実線で示すように、ｆ１，ｆ６，ｆ１１，ｆ１６となる。
【００２７】
つまり、第一のアレイ導波路格子フィルタ１では、図２（ａ）に示されるようにチャネル間隔３つおきに周期的に透過周波数帯が生じ、図中Ａ１〜Ａ４で示す光周波数を有する信号光がそれぞれ出力ポート１〜４に分波される。
更に、光ゲート・スイッチＡ１のみを透過動作させることにより、図１中実線で示される周波数の信号光が、図１中一番上の導波路から第二のアレイ導波路格子フィルタ３に入射する。
光ゲート・スイッチＡ２〜Ａ４はＯＦＦされているため、第二のアレイ導波路格子フィルタ３の他の入射導波路からは信号光は入射しない。
【００２８】
光ゲート・スイッチＡ１を透過し、第二のアレイ導波路格子フィルタ３から出力される信号光は図２（ｂ）に示されるようにチャネル間隔４つおきに周期的に透過周波数帯が生じ、図中Ｂ１〜Ｂ５で示す光周波数を有する信号光がそれぞれ五つの出力ポートに分波される。
光ゲート・スイッチＢ１を透過動作させることにより、実線で示すようなチャネル間隔４つおきの周期的な透過周波数帯が生じる。
その結果、後段の光ゲート・スイッチアレイ４からの出力は、両者の透過特性を掛け合わせたものとなる。
【００２９】
つまり、図２（ｃ）に示されるような周波数ｆ１を有する信号光が図１中一番上の導波路から光合流回路５に入射すると、光ゲート・スイッチＢ２〜Ｂ５はＯＦＦされているため、光合流回路５の他の入力導波路からは信号光は入射しない。
光合流回路５からの出力信号がこのフィルタの透過特性となり、図２（ｃ）に示すように、２０チャネル（＝４×５）おきに透過周波数帯が生じるものとなる。
この光周波数フィルタは２０チャネルの中から任意の周波数を選択できるフィルタとして用いることができる。
【００３０】
前後の光ゲート・スイッチアレイ２及び４の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の１９チャネルの中から任意のチャネルを選択することは、これらの図及び表１より容易に理解することができる。
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔１００ＧＨｚで等間隔に配列した２０の光周波数成分を持つ光の中から、任意の１つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応表を表１に示す。
【００３１】
本実施例では、２つの光周波数選択フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、１９１．０ＴＨｚから１９２．９ＴＨｚまでの周波数範囲内の２０周波数チャネルから任意のチャネルの光を取り出すことができる。
尚、制御しなければならない電極数は、９となっている。
従来の光周波数フィルタの構成では、２０チャネルの中から任意の周波数を選択できるフィルタには２０の光ゲート・スイッチの制御を要するが、本構成のフィルタでは、９（＝５＋４）の光ゲート・スイッチの制御をすればよく、電極数を著しく減少させることができることがわかる。
【００３２】
必要な周波数チャネルの数がより大きくなればなるほど、本発明による構成により、電極数の削減効果が大きくなることは明らかである。
本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また、光合流回路５として、５入力１出力の場合について説明したが、Ｎ入力Ｍ出力のものを用いることも可能である。
また、本実施例の入力側、出力側を逆にした構成でも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００３３】
〔実施例２〕
本発明の第２の実施例を図３に示す。
本実施例は、チャネル数４、ＦＳＲがチャネル間隔の４倍のアレイ導波路格子フィルタ７と、チャネル数５、ＦＳＲがチャネル間隔の５倍のアレイ導波路格子フィルタ１１を用いた場合の２０チャネルの光周波数フィルタに関する。
【００３４】
図中、７はチャネル数４、ＦＳＲがチャネル間隔の４倍のアレイ導波路格子フィルタ、８は４チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、９は４入力５出力の光合流分配回路、１０は５チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、１１はチャネル数５、ＦＳＲがチャネル間隔の５倍のアレイ導波路格子フィルタ、１２は光ゲート制御用電極である。
【００３５】
ＩｎＰ半導体基板上に多数の光導波路が形成され、アレイ導波路格子フィルタ部分７及び１１の導波路のコア層は、バンドギャップ波長１０５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰで形成されている。
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部８及び１０の導波路層の組成は、バンドギャップ波長１５５０〜１５８０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰであり、波長１５５０ｎｍ（光周波数：〜１９３ＴＨｚ）付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
【００３６】
半導体アンプの上部に形成される光ゲート制御用電極１２と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、光を透過／遮断の制御が行われる。
第一のアレイ導波路格子フィルタ７では、周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、ＦＳＲ４００ＧＨｚ、チャネル数４となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
【００３７】
第二のアレイ導波路格子フィルタ１１では、周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、ＦＳＲ５００ＧＨｚ、チャネル数５となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
ここで、本実施例に係る光周波数フィルタの動作について説明する。
本実施例における各アレイ導波路格子フィルタ７，１１の入出力光周波数の関係を表２（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。
【００３８】
【表２】
0003582775.tif 000003
【００３９】
尚、表２（ａ）はアレイ導波路格子フィルタ７の入出力光周波数の関係を、表２（ｂ）はアレイ導波路格子フィルタ１１の入出力光周波数の関係を示した。
即ち、光周波数選択フィルタ７は、表２（ａ）に記載するように、一つの入射ポートに入射した信号を光周波数ｆ１〜２０に応じて四つの出力ポートへ透過させ、また、アレイ導波路格子フィルタ３は、表１（ｂ）に記載するように、五つの入射ポートに入射した信号を一つの出力ポートへ透過させる。
【００４０】
いま、光ゲート・スイッチアレイ８及び１０の光ゲート・スイッチ素子番号をそれぞれＡ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ５とし、信号光が第一のアレイ導波路格子フィルタ７に一番上の導波路から入射したとする。
光ゲート・スイッチＡ１のみを透過動作させることにより、図２中実線で示される周波数の信号光が、図中一番上の導波路から４入力５出力の光合流分配回路９に入射する。
【００４１】
光ゲート・スイッチＡ２〜Ａ４はＯＦＦされているため、光合流分配回路９の他の入射導波路からは信号光は入射しない。
光ゲート・スイッチＡ１を透過して光合流分配回路９に入射した信号光は光合流分配回路９により分岐され、５チャネルの光ゲート・スイッチアレイ１０に入射する。
【００４２】
いま、光ゲート・スイッチアレイ１０のうち光ゲート・スイッチＢ１のみを透過動作させることにより、信号は一つの入力ポートからのみ第二のアレイ導波路格子フィルタ１１に入射し、出力信号は実線で示すようなチャネル間隔４つおきの周期的な透過周波数帯が生じる。
【００４３】
即ち、光ゲートスイッチアレイ１０を透過し、第二のアレイ導波路格子フィルタ１１から出力される信号光は、表２（ｂ）に示すように周波数ｆ１，ｆ６，ｆ１１，ｆ１６であり、また、図２（ｂ）に示されるようにチャネル間隔４つおきに周期的に透過周波数帯が生じ、図中Ｂ１〜Ｂ５で示される光周波数を有する信号光がそれぞれ五つの入力ポートから入射した場合に出力ポートから出力が得られる。
その結果、第二のアレイ導波路格子フィルタ１１からの出力は、両者の透過特性を掛け合わせたものとなる。
つまり図２（ｃ）に示されるような周波数ｆ１を有する信号光が出力されることになる。
【００４４】
この出力信号が本実施例に示されるフィルタの透過特性となり、図２（ｃ）に示すように、２０チャネル（＝４×５）おきに透過周波数帯が生じるものとなる。
この光周波数フィルタは２０チャネルの中から任意の周波数を選択できるフィルタとして用いることができる。
前後の光ゲート・スイッチアレイ８及び１０の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の１９チャネルの中から任意のチャネルを選択することは、これらの図及び表１より容易に理解することができる。
【００４５】
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔１００ＧＨｚで等間隔に配列した２０の光周波数成分を持つ光の中から、任意の１つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応表を表１に示す。
本実施例では、２つの光周波数選択フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、１９１．０ＴＨｚから１９２．９ＴＨｚまでの周波数範囲内の２０周波数チャネルから任意のチャネルの光を取り出すことができる。
尚、制御しなければならない電極数は、９となっている。
【００４６】
更に、本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば、吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また光合流回路としてＮ入力Ｍ出力の場合について説明したが、入力ポート数、出力ポート数がそれぞれＮ、Ｍ以上であれば、同様の効果が期待できる。
また、本実施例の入力側、出力側を逆にした構成でも、同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００４７】
上述した光合流回路５、光合流分配回路９として有力なものは、図５に示すようなＹ分岐型、スターカプラ型（ＡＷＧに使われている）および多モード干渉型である。
図５（ａ）は、Ｙ分岐型の光合流回路を多段接続して構成された４入力１出力の光合流回路であり、Ｙ字型に接続された導波路を伝搬する内に１本の出力導波路に導かれる。
【００４８】
図５（ｂ）は、スターカプラ型の光合流回路、図５（ｃ）はスターカプラ型の光合流分岐回路であり、入射信号光が左右方向の幅が十分に広い２次元伝搬領域をビーム状に広がりながら伝搬し、出力導波路に結合するもので、ビームの広がりの範囲内にある全ての出力導波路に出力される。
そのため、Ｎ入力Ｍ出力（Ｎ＝１，２，３，…、Ｍ＝１，２，３，…）の光合流分岐回路が容易に形成できる。
【００４９】
図５（ｄ）は多モード干渉型の光合流回路、図５（ｅ）は多モード干渉型の光合流分岐回路であり、入射信号光が多モードの伝搬を許容する多モード伝搬領域を伝搬する内にモード干渉により光強度の強い領域・弱い領域が生じ、光強度の強い領域に出力導波路を配置することによりＮ入力Ｍ出力（Ｎ＝１，２，３，…、Ｍ＝１，２，３．…）の光合流分岐回路が容易に形成できる。
【００５０】
本発明は光合流分配回路としてはこれらのほか、市販のファイバ型のカプラを用いることも勿論可能であり、また例えば方向性結合器を用いた３ｄＢカプラを多段に接続しても構わない。
極端な言い方をすれば、複数本の入力導波路（またはファイバ）が複教本の出力導波路（またはファイバ）とが信号光の伝搬方向に沿って同時に物理的或いは（レンズ等を介して）光学的に接続されていれば光合流分岐回路として動作する。
【００５１】
〔実施例３〕
本発明の第３の実施例を図６に示す。
本実施例は、入力光が１００ＧＨｚ間隔で２０個の周波数が多重された信号光の場合に適用した周波数フィルタに関する。
図中３１はチャネル数４、ＦＳＲがチャネル間隔の４倍のアレイ導波路格子フィルタ、また、３３はチャネル数５，ＦＳＲがチャネル間隔の５倍のアレイ導波路格子フィルタであり、第一のアレイ導波路格子フィルタ３１のチャネル間隔は第二のアレイ導波路素子フィルタ３３のＦＳＲと等しくなるように設定されている。
【００５２】
即ち、第一のアレイ導波路格子フィルタ３１では、周波数チャネル間隔５００ＧＨｚ、チャネル毎の透過帯域５００ＧＨｚ，ＦＳＲ２０００ＧＨｚ、チャネル数４となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されており、第二のアレイ導波路格子フィルタ３３では、周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、チャネル毎の透過帯域１００ＧＨｚ，ＦＳＲ５００ＧＨｚ、チャネル数５となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
３２は４チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、３４は５チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、３５は５入力１出力の光合流回路、３６は電極である。
【００５３】
多数の光導波路がＩｎＰ半導体基板上に形成され、アレイ導波路格子フィルタ３１及び３３の導波路のコア層は、バンドギャップ波長１０５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰで形成されている。
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部３２及び３４の導波路層の組成は、バンドギャップ波長１５５０〜１５８０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰであり、波長１５５０ｎｍ（光周波数：〜１９３ＴＨｚ）付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
半導体アンプの上部に形成される電極３６と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、光を透過／遮断の制御が行われる。
【００５４】
ここで本実施例の素子の動作について説明する。
第一のアレイ導波路格子フィルタ３１のある入射ポートと第二のアレイ導波路格子フィルタ３３の各入射ポートから２０の周波数多重信号光が入射した場合の各アレイ導波路格子フィルタの入出力光周波数の関係を表３（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。
【００５５】
【表３】
0003582775.tif 000004
【００５６】
表３（ａ）はアレイ導波路格子フィルタ３１について、表３（ｂ）はアレイ導波路格子フィルタ３３について、表３（ｃ）は第３の実施例の光周波数フィルタ全体について、入出力光周波数の関係を示している。
図６の光ゲート・スイッチアレイ３２及び３４の光ゲート・スイッチ素子番号をそれぞれＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ５とし、例として光ゲート・スイッチＡ１とＢ１を透過動作させ、それ以外の光ゲート・スイッチは遮断動作にある場合の透過特性を図７に示す。
図６の第一のアレイ導波路格子フィルタ３１では、図７（ａ）に示されるように、２０の周波数多重信号光が連続する５つの信号光が一組となって、それぞれ出力ポート１〜４に分波される。
【００５７】
光ゲート・スイッチＡ１を透過動作させることにより、図中実線で示される５つのｆ１〜ｆ５の周波数信号光が、図６中３２で一番上の導波路から第二のアレイ導波路格子フィルタ３３に入射する。
光ゲート・スイッチＡ２〜Ａ４はＯＦＦされているため、第二のアレイ導波路格子フィルタ３３の他の入射導波路からは信号光は入射しない。
次に、光ゲート・スイッチＡ１から入射し、第二のアレイ導波路格子フィルタ３３から出力される信号光は図７（ｂ）に示されるような透過特性を示し、実線で示すようなチャネル間隔５つおきの周期的な透過周波数帯が生じる。
ところで、前段の光ゲート・スイッチアレイ３２で選ばれたのはｆ１〜ｆ５だけなので後段の光ゲート・スイッチアレイ３４のＢ１に入射するのはｆ１のみである。
【００５８】
即ち、後段の光ゲート・スイッチアレイ３４からの出力は、両者の透過特性を掛け合わせた、つまり図７（ｃ）に示されるように、ｆ１の周波数を有する信号光が図中一番上の導波路から光合流回路３５に入射する。
光ゲート・スイッチＢ２〜Ｂ５はＯＦＦされているため、光合流回路５の他の入射導波路からは信号光は入射しない。
光合流回路５からの出力信号がこのフィルタの透過特性となり、図７（ｃ）に示すように、２０波（＝４×５）おきに透過周波数帯が生じるものとなる。
この光周波数フィルタは２０の周波数多重信号光の中から任意の周波数信号光を選択できるフィルタとして用いることができる。
前後の光ゲート・スイッチアレイ３２及び３４の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の１９の周波数信号光の中から任意の信号光を選択することは、これらの図及び表３より容易に理解することができる。
【００５９】
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔１００ＧＨｚで等間隔に配列した２０の光周波数成分を持つ光の中から、任意の１つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応は、表３（ｃ）に示す通りである。
本実施例では、２つの光周波数フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、１９１．０ＴＨｚから１９２．９ＴＨｚまでの周波数範囲内の２０の周波数多重信号光の中から任意の周波数信号の光を取り出すことができる。
なお、制御しなければならない電極数は、９となっている。
従来の光周波数フィルタの構成では、２０の周波数多重信号光の中から任意の周波数信号光を選択できるフィルタには２０の光ゲート・スイッチの制御を要するが、本構成のフィルタでは、９（＝５＋４）の光ゲート・スイッチの制御をすればよく、電極数を著しく減少させることができることがわかる。
【００６０】
必要な周波数チャネルの数がより大きくなればなるほど、本発明による構成により、電極数の削減効果が大きくなることは明らかである。
本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また光合流回路としてＮ入力１出力の場合について説明したが、Ｎ入力Ｍ出力のものを用いることも可能である。
また、本実施例の第一及び第二アレイ導波路格子の透過特性を逆にした構成でも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００６１】
〔実施例４〕
本発明の第４の実施例を図８に示す。
本実施例は、入力光が１００ＧＨｚ間隔で２０個の周波数が多重された信号光の場合に適用した周波数フィルタに関する。
図中４１はチャネル数４，ＦＳＲがチャネル間隔の４倍のアレイ導波路格子フィルタ、また、５はチャネル数５，ＦＳＲがチャネル間隔の５倍のアレイ導波路格子フィルタであり、第一のアレイ導波路格子フィルタ４１のチャネル間隔は第二のアレイ導波路格子フィルタ４５のＦＳＲと等しくなるように設定されている。
【００６２】
即ち、第一のアレイ導波路格子フィルタ４１では、周波数チャネル間隔５００ＧＨｚ、チャネル間の透過帯域５００ＧＨｚ、ＦＳＲ２０００ＧＨｚ、チャネル数４となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されており、第二のアレイ導波路格子フィルタ４５では、周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、チャネル毎の透過帯域１００ＧＨｚ，ＦＳＲ５００ＧＨｚ、チャネル数５となるように、アレイ導波路、スラフ導波路、入出力導波路が配置されている。
４２は４チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、４３は４入力５出力の光合流分配回路、４４は５チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、４６は電極である。多数の光導波路がＩｎＰ半導体基板上に形成され、アレイ導波路格子フィルタ４１及び４５の導波路のコア層は、バンドギャップ波長１０５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰで形成されている。
【００６３】
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部４２及び４４の導波路層の組成は、バンドギャップ波長１５５０〜１５８０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰであり、波長１５５０ｎｍ（光周波数：〜１９３ＴＨｚ）付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
半導体アンプの上部に形成される電極４６と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、光を透過／遮断の制御が行われる。
ここで本発明の素子の動作について説明する。
第一のアレイ導波路格子フィルタ４１のある入射ポートと第二のアレイ導波路格子フィルタ４５の各入射ポートから２０の周波数多重信号光が入射した場合の各アレイ導波路格子フィルタの入出力光周波数の関係を表４（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。
【００６４】
【表４】
0003582775.tif 000005
【００６５】
表４（ａ）はアレイ導波路格子フィルタ４１について、表４（ｂ）はアレイ導波路格子フィルタ４５について、表４（ｃ）は第４の実施例の光周波数フィルタ全体について、入出力光周波数の関係を示している。
いま信号光が第一のアレイ導波路格子フィルタ４１のある入射ポートから入射したとする。
図８の光ゲート・スイッチアレイ４２及び４４の光ゲート・スイッチ素子番号を再度それぞれＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ５とし、例として光ゲート・スイッチＡ１とＢ１を透過動作させ、それ以外の光ゲート・スイッチは遮断動作にある場合の透過特性は先程同様図７のようになる。
【００６６】
光ゲート・スイッチＡ１を透過動作させることにより、図７（ａ）中実線で示される５つの周波数ｆ１〜ｆ５の信号光が、図８中一番上の導波路から４入力５出力の光合流分配回路４３に入射する。
光ゲート・スイッチＡ２〜Ａ４はＯＦＦされているため、光合流分配回路４３の他の入射導波路から他の信号光は入射しない。
光ゲート・スイッチＡ１から光合流分配回路４３に入射した信号光は光合流分配回路４３により分岐され、５チャネルの光ゲート・スイッチアレイ４４に入射する。
さて、第二のアレイ導波路格子フィルタ４５では出力ポートを一本のみ用いる。
出力される信号光は表４（ｂ）より、図７（ｂ）中Ｂ１〜Ｂ５で示される光周波数を有する信号光がそれぞれ入力ポート１〜５から入射した場合に出力ポートから出力が得られる。
【００６７】
本実施例では、光ゲート・スイッチアレイ４４のうち光ゲート・スイッチＢ１のみを透過動作させ、光ゲート・スイッチＢ２〜Ｂ５はＯＦＦされているため、信号は入力ポート１からのみ第二のアレイ導波路格子フィルタ４５に入射し、他の入射導波路からは信号光は入射しない。
この場合の透過特性は、図７（ｂ）の実線で示すようなチャネル間隔５つおきの周期的な透過周波数帯が生じる。
ところで、前段の光ゲート・スイッチアレイ４２で選ばれたのはｆ１〜ｆ５だけなので後段の光ゲート・スイッチアレイ４４のＢ１から入射して、第二のアレイ導波路格子４５の出力ポートから出力されるのはｆ１のみである。
その結果、第二のアレイ導波路格子４５の出力ポートからは、両者の透過特性を掛け合わせた、つまり図７（ｃ）に示されるように、ｆ１の周波数を有する信号光が第二のアレイ導波路格子４５の出力ポートから出力される。
【００６８】
この出力信号が本実施例に示されるフィルタの透過特性となり、図７（ｃ）に示すように、２０波（＝４×５）おきに透過周波数帯が生じるものとなる。
この光周波数フィルタは２０の周波数多重信号光の中から任意の周波数信号光を選択できるフィルタとして用いることができる。
前後の光ゲート・スイッチアレイ４２及び４４の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の１９の周波数信号光の中から任意の信号光を選択することは、これらの図及び表４より容易に理解することができる。
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔１００ＧＨｚで等間隔に配列した２０の光周波数成分を持つ光の中から、任意の１つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応は、表４（ｃ）に示す通りである。
【００６９】
本実施例では、２つの光周波数フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、１９１．０ＴＨｚから１９２．９ＴＨｚまでの周波数範囲内の２０の周波数多重信号光から任意の周波数の信号光を取り出すことができる。
なお、制御しなければならない電極数は、９となっている。
本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また光合流回路としてＮ入力Ｍ出力の場合について説明したが、入力ポート数、出力ポート数がそれぞれＮ，Ｍ以上であれば同様の効果が期待できる。
また、本実施例の第一及び第二アレイ導波路格子の透過特性を逆にした構成でも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００７０】
〔実施例５〕
本発明の第５の実施例を図９に示す。
本実施例は、入力光が１００ＧＨｚ間隔で２０個の周波数が多重された信号光の場合に適用した周波数フィルタに関する。
図中５１は、チャネル数５、チャネル間隔１００ＧＨｚ、チャネル毎の透過帯域１００ＧＨｚ，ＦＳＲがチャネル間隔の５倍、即ち、５００ＧＨｚのアレイ導波路格子フィルタである。
５３はチャネル数４、チャネル間隔は５００ＧＨｚ、チャネル毎の透過帯域は第一のアレイ導波路格子フィルタ５１のチャネル間隔の３倍、即ち、３００ＧＨｚ、ＦＳＲがチャネル間隔の４倍、即ち、２０００ＧＨｚのアレイ導波路格子フィルタである。
【００７１】
ただし、第二のアレイ導波路格子５３のスラブ導波路との接合点における入力導波路の間隔を図１０のように第二のアレイ導波路格子フィルタ５３のチャネル間隔５００ＧＨｚと信号光の周波数間隔１００ＧＨｚを加えた分だけ（６００ＧＨｚ）ずらして配置する。
このとき、第二のアレイ導波路格子フィルタ５３の各入力ポートから多重信号光が入射すると、各光周波数信号はその周波数毎に図１１に示す焦点位置に対して分配される。
図１１では、このときの各入力ポートからの入射に対してｆ１からｆ２０の各光周波数信号と焦点位置の関係を示している（一点鎖線）。
【００７２】
この図を見ればわかるように２０の各信号は第二のアレイ導波路格子フィルタ５３の入力ポートを適当に選ぶことにより常に透過帯域の中心を通るようになる（図１１点線枠、図１２）。
表５（ａ）はアレイ導波路格子フィルタ５１について、表５（ｂ）はアレイ導波路格子フィルタ５８について、表５（ｃ）は第５の実施例の光周波数フィルタ全体について、入出力光周波数の関係を示している。
よって、透過特性としては表５（ｂ）のようになる。
【００７３】
【表５】
0003582775.tif 000006
【００７４】
５２は５チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、５４は４チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、５５は４入力１出力の光合流回路、５６は電極である。
多数の光導波路がＩｎＰ半導体基板上に形成され、アレイ導波路格子フィルタ５１及び５３の導波路のコア層は、バンドギャップ波長１０５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰで形成されている。
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部５２及び５４の導波路層の組成は、バンドギャップ波長１５５０〜１５８０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰであり、波長１５５０ｎｍ（光周波数＝：〜１９３ＴＨｚ）付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
【００７５】
半導体アンプの上部に形成される電極５６と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、光を透過／遮断の制御が行われる。
ここで本発明の素子の動作について説明する。
図９の光ゲート・スイッチアレイ５２及び５４の光ゲート・スイッチ素子番号をそれぞれＡ１〜Ａ５，Ｂ１〜Ｂ４とし、例として光ゲート・スイッチＡ２とＢ１を透過動作させ、それ以外の光ゲート・スイッチは遮断動作にある場合を考える。
第一のアレイ導波路格子５２の入射ポートから入った多重光は、その周波数成分毎に光ゲート・スイッチＡ１〜Ａ５に表５（ａ）のように分配されて入る。
ここでＡ２をＯＮ，Ａ１，Ａ３〜Ａ５をＯＦＦとすると、第二のアレイ導波路格子５３の入力ポート２にはｆ２，ｆ７，ｆ１２，ｆ１７が入り、それ以外の入力ポートには信号が入らない。
【００７６】
第二のアレイ導波路格子５３の入力ポート２から入った上の４つの信号は、表５（ｂ）の透過特性に従い、光ゲート・スイッチＢ１〜Ｂ４にそれぞれｆ７，ｆ１２，ｆ１７，ｆ２が入る。
更にここで、光ゲート・スイッチＢ１をＯＮにし、それ以外の光ゲート・スイッチＢ２〜Ｂ５をＯＦＦにすると、ｆ７のみが５入力１出力の光合流回路５５に入り、最終的にこの光周波数フィルタから出力される光信号はｆ７となる。
なお、前後の光ゲート・スイッチアレイ４２及び４４の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の１９の周波数信号光の中から任意の信号光を選択することは、これらの図及び表５より容易に理解することができる。
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔１００ＧＨｚで等間隔に配列した２０の光周波数成分を持つ光の中から、任意の１つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応は、表５（ｃ）に示す通りである。
【００７７】
本実施例では、２つの光周波数フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、１９１．０ＴＨｚから１９２．９ＴＨｚまでの周波数範囲内の２０の周波数多重信号光から任意の周波数の信号光を取り出すことができる。
なお、制御しなければならない電極数は、９となっている。
また、従来、透過特性がガウス分布になるようなアレイ導波路格子を複数段構成すると、通る帯域は設計上の誤差等で、徐々に狭まる傾向にあったが、このように後段に広い透過帯域を持ったアレイ導波路格子を置き、選ばれる信号は後段のアレイ導波路格子の入力導波路のスラブ導波路接続点での配置の工夫により、常に透過帯域の中心を通るようにできる。
これによって、この狭帯域化を抑制する効果が期待できる。
【００７８】
本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また光合流回路としてＮ入力Ｍ出力の場合について説明したが、入力ポート数、出力ポート数がそれぞれＮ，Ｍ以上であれば同様の効果が期待できる。
【００７９】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように本発明によれば、少ない電極数の制御で選択できる光周波数（波長）の数を著しく増加した光周波数フィルタを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を表す構成図である。
【図２】図２（ａ）はアレイ導波路格子フィルタ１，７の透過スペクトルを、図２（ｂ）はアレイ導波路格子フィルタ３，１１の透過スペクトルを、図２（ｃ）は光周波数フィルタ全体の透過スペクトルを表したグラフである。
【図３】本発明の第２の実施例を表す構成図である。
【図４】従来例の構成図である。
【図５】光合流回路、光合流分配回路の具体例を示す構成図である。
【図６】本発明の第３の実施例を表す構成図である。
【図７】図７（ａ）はアレイ導波路格子フィルタ３１，４１について、図７（ｂ）はアレイ導波路格子フィルタ３３，４５について、図７（ｃ）は光周波数フィルタ全体について、透過スペクトルを表したグラフである。
【図８】本発明の第４の実施例を表す構成図である。
【図９】本発明の第５の実施例を表す構成図である。
【図１０】本発明の第５の実施例におけるアレイ導波路格子フィルタ５３の入力導波路の設計を示す説明図である。
【図１１】本発明の第５の実施例におけるアレイ導波路格子フィルタ５３の入出力光周波数の関係を示す説明図である。
【図１２】本発明の第５の実施例におけるアレイ導波路格子フィルタ５３の透過特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１，３  アレイ導波路格子フィルタ
７，１１  アレイ導波路格子フィルタ
２，４，８，１０，１１  半導体アンプ・ゲート・アレイ
５  光合流回路
６，１２  光ゲート制御用電極
９  光合流分配回路
１３，１８  入力光導波路
１６，２１  出力光導波路
１４，１５，１９，２０  スラブ導波路
１７，２２  アレイ導波路
２３  光ゲート制御用電極
２４  ＩｎＰ基板
３１，３３  アレイ導波路格子フィルタ
３２，３４  半導体アンプ・ゲート・アレイ
３５，５５  光合流回路
３６，４６，５６  光ゲート制御用電極
４１，４５  アレイ導波路格子フィルタ
４２，４４  半導体アンプ・ゲート・アレイ
４３  光合流分配回路
５１，５３  アレイ導波路格子フィルタ
５２，５４  半導体アンプ・ゲート・アレイ
１１０  アレイ導波路格子分波器
１１１  アレイ導波路格子合波器
１１２  半導体アンプ・ゲート・アレイ
１２０  ＩｎＰ基板
１２１，１２６  入力光導波路
１２５，１３０  出力光導波路
１２２，１２４，１２７，１２９  スラブ導波路
１２３，１２８  アレイ導波路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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