(57)【要約】【課題】作製誤差に対して安定にパスバンド拡大した導波路型光フィルタを提供すること。【解決手段】基板１０上に、入力用光導波路１１と、この入力用光導波路１１に接続された光分岐素子１２と、この光分岐素子１２に接続された長さの異なる光導波路対１３と、この光導波路対１３に接続された光分岐結合器１５と、この光分岐結合器１５に接続された第一のスラブ光導波路１６と、この第一のスラブ導波路１６に接続されたアレイ光導波路１７と、このアレイ光導波路１７に接続された第二のスラブ光導波路１８と、この第二のスラブ光導波路１８に接続された出力用光導波路１９とから構成されている。光分岐結合器１５は、入力用光導波路対２１と、結合率が０．５に設計された方向性結合器２２と、２本のアームからなる遅延回路２３と、出力用光導波路対２４とから構成されている。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、入力用光導波路と、該入力用光導波路に接続された光分岐素子と、該光分岐素子に接続された長さの異なる光導波路対と、該光導波路対に接続された光分岐結合器と、該光分岐結合器に接続された第一のスラブ光導波路と、該第一のスラブ導波路に接続されたアレイ光導波路と、該アレイ光導波路に接続された第二のスラブ光導波路と、該第二のスラブ光導波路に接続された出力用光導波路が形成されている導波路型光フィルタにおいて、前記光分岐結合器が、前記入力用光導波路および前記出力用光導波路ならびに、光結合器と該光結合器を結ぶ２本のアームから成る遅延回路が交互に従属接続されたラティス構成の光回路を備え、前記各光結合器の結合率が０．５に設計された方向性結合器から構成されていることを特徴とする導波路型光フィルタ。
【請求項２】
前記光分岐結合器を構成するラティス構成の光回路が第一の光導波路及び第二の光導波路とを有し、該第一及び第二の光導波路の中間部が４ヶ所互いに近接されて形成された、第一、第二、第三、第四の方向性結合器を有し、前記第一と第二の光導波路の光路長差ΔＬ１と、前記第二と第三の光導波路の光路長差ΔＬ２と、前記第三と第四の光導波路の光路長差ΔＬ３とが、ΔＬ１＝ΔＬ２＝−ΔＬ３＝λ／４を満たすことを特徴とする光分岐結合器であることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光フィルタ。
【請求項３】
前記光分岐結合器を構成するラティス構成の光回路の出射導波路の長さが零となるように、ラティス構成の光回路の最終段の光結合器と前記第一のスラブ光導波路が直接接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路型光フィルタ。
【請求項４】
前記光導波路が、シリコン基板または石英基板上に形成された石英系光導波路であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の導波路型光フィルタ。
【請求項５】
前記光導波路対の少なくとも一方の光導波路に光位相を調整するためのヒータを設けたことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の導波路型光フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を波長により合分波する導波路型光フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英系光導波路により作製されるアレイ導波路格子光フィルタは、現在の波長多重光通信システムにおいて中核をなす光部品である。そして、今後の光通信のさらなる大容量化・高速化において、このアレイ導波路格子光フィルタの重要性はますます大きくなると考えられている。
【０００３】
図１は、従来のアレイ導波路格子光フィルタの構成図である（例えば、Ｋａｔｓｕｎａｒｉ　Ｏｋａｍｏｔｏ　、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ」、Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓを参照）。基板１００上に、入力用光導波路１０１と、第一のスラブ光導波路１０２と、アレイ光導波路１０３と、第二のスラブ導波路１０４と、出力用光導波路１０５とが設けられている。入力用光導波路１０１に導かれた光は、第一のスラブ導波路１０２で分岐され、それぞれアレイ光導波路１０３へと進み、第二のスラブ導波路１０４で再び合波されて出力用光導波路１０５へと導かれる。
【０００４】
ここで、第一のスラブ導波路１０２のアレイ光導波路１０３側の端に投射された光フィールドパターンは、基本的には第二のスラブ導波路１０４のアレイ光導波路１０３側の端にコピーされることとなるが、アレイ光導波路１０３では、隣り合う光導波路がちょうどΔＬだけ光路長が異なるように設計されており、このため入力された光の波長に依存してフィールドが傾きをもつことになる。この傾きによって、第二のスラブ導波路１０４の出力光導波路１０５側で光フィールドが焦点を結ぶ位置が波長ごとに変化し、その結果、波長分波が可能となる。
【０００５】
このような従来のアレイ導波路格子光フィルタは、１本の光ファイバに異なる波長の持つ信号を複数伝送させる光波長多重通信システムにおいて、不可欠の光部品となりつつある。
【０００６】
また、図１に示した従来のアレイ導波路格子光フィルタの透過波長帯域を広げたパスバンド拡大アレイ導波路格子光フィルタの提案も種々行われている。
【０００７】
図２は、従来提案されているパスバンド拡大アレイ導波路格子光フィルタの構成図である（例えば、特開平８−６９０２１号公報「光学装置」参照）。図１に示した従来のアレイ導波路格子光フィルタの入力用光導波路１０１と第一のスラブ光導波路１０２の間に、等分岐の光分岐素子１０６と、長さの異なる光導波路対１０７および近接した光導波路１０８とを設けた構成である。長さの異なる光導波路対１０７の少なくとも一方の光導波路には、位相誤差を補償するためのヒータ１０９が備えられている。
【０００８】
この構成では、光分岐素子１０６と光導波路対１０７と近接した光導波路１０８により構成されるマッハツェンダ型干渉計の働きによって、第一のスラブ光導波路１０２の入力用光導波路１０１側で光フィールドは周期的に入れ替わる。この周期的な動きによって、第二のスラブ光導波路１０４の出力用光導波路１０５側で光フィールドが焦点を結ぶ位置は波長に対して一様に動くのではなく、中心波長において停留する。このことにより、透過波長帯域の拡大を実現している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のパスバンド拡大アレイ導波路格子光フィルタでは、素子によって特性のばらつきが多くみられ、アレイ導波路格子光フィルタの挿入損失が増大する、パスバンドが狭くなる、波長分散値が変化するなど所望の特性が安定して得られない問題点があった。
【００１０】
本発明においては、上述した問題点の原因が、第一のスラブ光導波路１０２に接続される光導波路対１０７および光導波路１０８により構成される、近接した光導波路結合部の結合率とフィールド形状が作製上の誤差により、設計値よりずれることが主要因であり、光導波路部の結合率を安定化させることで、特性ばらつきの少ない良好な素子特性が得られることを見いだした。
【００１１】
具体的には、導波路型光フィルタは、二つの近接した導波路１０７および１０８で構成される光分岐結合器の不安定性を解消することが非常に重要であると考えられる。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、作製誤差に対して安定にパスバンド拡大した導波路型光フィルタを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板（１０）上に、入力用光導波路（１１）と、該入力用光導波路に接続された光分岐素子（１２）と、該光分岐素子に接続された長さの異なる光導波路対（１３）と、該光導波路対に接続された光分岐結合器（１５）と、該光分岐結合器に接続された第一のスラブ光導波路（１６）と、該第一のスラブ導波路に接続されたアレイ光導波路（１７）と、該アレイ光導波路に接続された第二のスラブ光導波路（１８）と、該第二のスラブ光導波路に接続された出力用光導波路が形成されている導波路型光フィルタにおいて、前記光分岐結合器（１５）が、前記入力用光導波路（１１）および前記出力用光導波路（１９）ならびに、光結合器と該光結合器を結ぶ２本のアームから成る遅延回路（２３）が交互に従属接続されたラティス構成の光回路を備え、前記各光結合器の結合率が０．５に設計された方向性結合器（２２）から構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光分岐結合器を構成するラティス構成の光回路が第一の光導波路及び第二の光導波路とを有し、該第一及び第二の光導波路の中間部が４ヶ所互いに近接されて形成された、第一、第二、第三、第四の方向性結合器を有し、前記第一と第二の光導波路の光路長差ΔＬ１と、前記第二と第三の光導波路の光路長差ΔＬ２と、前記第三と第四の光導波路の光路長差ΔＬ３とが、ΔＬ１＝ΔＬ２＝−ΔＬ３＝λ／４を満たすことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記光分岐結合器を構成するラティス構成の光回路の出射導波路の長さが零、すなわち、ラティス構成の光回路の最終段の光結合器と前記第一のスラブ光導波路が直接接合されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記光導波路が、シリコン基板または石英基板上に形成された石英系光導波路であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の発明において、前記光導波路対の少なくとも一方の光導波路に光位相を調整するためのヒータを設けたことを特徴とする。
【００１８】
なお、ラティス構成の光分岐結合器については、特開平１１−３４４６２９号公報「光分岐結合器」に記載されている。このようなラティス構成とするメリットとしては、光導波路部の結合率を安定化させることができるため、製造上の困難さが解消され、安定して良好な特性の導波路型光フィルタを実現できる。さらに、本発明は、請求項２もしくは３に掲げるように特定のパラメータを設定することにより、製造上の問題をいっそう容易にできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、説明の反復を避けるために、図中では同じ機能を有する光学回路には同じ番号を付与している。また、以下の説明では、光導波路はシリコン基板上に形成された石英系光導波路である。これは、安定で信頼性に優れた導波路型光フィルタを実現できるからである。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、基板は石英のように他の材料を用いても構わない。また、半導体導波路、ポリマ導波路、ＬｉＮｂＯ３導波路などの他の光導波路を用いても勿論構わない。
【００２０】
図３は、本発明の導波路型光フィルタの一実施例を説明するための構成図である。この導波路型光フィルタは、基板１０上に、入力用光導波路１１と、この入力用光導波路１１に接続された光分岐素子１２と、この光分岐素子１２に接続された長さの異なる光導波路対１３と、この光導波路対１３に接続された光分岐結合器１５と、この光分岐結合器１５に接続された第一のスラブ光導波路１６と、この第一のスラブ光導波路１６に接続されたアレイ光導波路１７と、このアレイ光導波路１７に接続された第二のスラブ光導波路１８と、この第二のスラブ光導波路１８に接続された出力用光導波路１９とから構成されている。
【００２１】
また、長さの異なる光導波路対１３の少なくとも一方の光導波路には、光位相を調整するためのヒータ１４が備えられている。
【００２２】
方向性結合器と遅延回路とからなる光分岐結合器の構成例は、図３に示したように、入力用光導波路対２１と、結合率が０．５に設計された方向性結合器２２と、２本のアームからなる遅延回路２３と、出力用光導波路対２４とから構成されている。
【００２３】
ここで、図３においては、方向性結合器２２が４個で遅延回路２３が３段の場合の例を示したが、本発明の構成はこれに限るものではなく遅延回路が２段以上の構成であれば構わない。また、これらの遅延回路の一部に光位相を調整するためのヒータを備えることは、素子作製後の調整を可能にするために有効な手段である。
【００２４】
また、この実施例では、光分岐素子１２は多モード干渉光カプラで実現するとした。これは、この構成が安定に光フィルタを提供できるからである。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、光方向性結合器やＹ分岐素子など他の光カプラ構成を用いても勿論構わない。また、光分岐結合器１５の構成の光分岐結合器を用いても構わない。なお、この時入力導波路としては、片側の導波路のみを使用すればよい。
【００２５】
さらに、この実施例では、光導波路対１３にはヒータ１４が備えられているとした。これは、この構成が作製誤差に強い導波路型光フィルタを提供できるからである。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、このヒータ１４はなくても構わない。
【００２６】
また、本発明においては、光分岐回路を構成する各要素のパラメータを特定の値に設定することで、特に発明の効果が強くなる。すなわち、光分岐結合器を構成するラティス構成の光回路が第一の光導波路及び第二の光導波路とを有し、この第一及び第二の光導波路の中間部が４ヶ所互いに近接されて形成された、第一、第二、第三、第四の方向性結合器を有し、第一と第二の光導波路の光路長差ΔＬ１と、第二と第三の光導波路の光路長差ΔＬ２と、第三と第四の光導波路の光学的な光路長差ΔＬ３とが、ΔＬ１＝ΔＬ２＝−ΔＬ３＝λ／４を満たすように設計を行うことで、特に安定な分岐比を持った素子を実現することができる。
【００２７】
図４は、本発明の導波路型光フィルタの他の実施例を説明するための構成図である。光分岐結合器を構成するラティス構成の回路の出力導波路の長さが零、すなわち、ラティス構成の光回路の最終段の光結合器２２と第一のスラブ光導波路１６を直接接合した場合、より低損失な素子を実現できるため、より高い効果を上げることができる。
【００２８】
次に、本発明の導波路型光フィルタの特性について説明する。
まず、図５は、従来の実施例に係る透過特性を示す図である。従来の構成においては、前述したように、第一のスラブ光導波路１０２に接続される光導波路対１０７および光導波路１０８により構成されている、近接した光導波路１０８の結合部の結合率とフィールド形状が作製上の誤差により、設計値よりずれることが問題となっていた。この結果、得られる素子特性としては、図５に示したように素子により異なる透過特性を示していた。
【００２９】
一方、本発明においては光分岐結合器の特性が非常に安定した値が得られるため、図６に示したように、非常に安定した特性の素子が得られるようになった。ここでは、透過特性のみを示したが、挿入損失やパスバンド幅などの特性も安定した物が得られるようになる。なお、これらの素子では、ヒータ１４を調整することにより、特性の調整を行うことができるが、従来の素子では得られる素子の分散が大きくなるのに対して、本発明の素子では素子の分散が小さくなるという特徴を有しているため、光通信システムで求められる低分散特性の素子を安定して実現することができるという特徴も兼ね備えている。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の導波路型光フィルタを用いれば、光分岐結合器が、入力用光導波路および出力用光導波路ならびに、光結合器とその光結合器を結ぶ２本のアームから成る遅延回路が交互に従属接続されたラティス構成の光回路を備え、各光結合器の結合率が０．５に設計された方向性結合器から構成されているので、作製誤差に対して安定にパスバンド拡大した実用的光フィルタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアレイ導波路格子光フィルタの構成図である。
【図２】従来のパスバンド拡大アレイ導波路格子光フィルタの構成図である。
【図３】本発明の導波路型光フィルタの一実施例を説明するための構成図である。
【図４】本発明の導波路型光フィルタの他の実施例を説明するための構成図である。
【図５】従来の導波路型光フィルタの素子特性を示す図である。
【図６】本発明の導波路型光フィルタの素子特性を示す図である。
【符号の説明】
１０　基板
１１　入力用光導波路
１２　光分岐素子
１３　光導波路対
１４　ヒータ
１５　光分岐結合器
１６　スラブ光導波路
１７　アレイ光導波路
１８　スラブ光導波路
１９　出力用光導波路
２１　入力用光導波路対
２２　結合率が０．５に設計された方向性結合器
２３　２本のアームからなる遅延回路
２４　出力用光導波路対
１００　基板
１０１　入力用光導波路
１０２　スラブ光導波路
１０３　アレイ光導波路
１０４　スラブ光導波路
１０５　出力用光導波路
１０６　光分岐素子
１０７　光導波路対
１０８　近接した光導波路
１０９　ヒータ
【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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