(57)【要約】【課題】複数の波長の信号を抽出しながら実装面積を小さくすることを目的とする。【解決手段】多重波長信号が入力される入力導波路２を螺旋状に立体的に形成し、螺旋形状内に複数のリング導波路６を設けることにより、各リング導波路６から異なる波長の信号を抽出することができると共に、複数の波長の信号を抽出しながら実装面積を小さくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる複数の信号が多重化された波長多重信号を入力して固有の波長の単波長信号を選別して出力する光マイクロリング共振器であって、
立体形状の透光性部材と、
前記透光性部材内に螺旋状に形成されて前記波長多重信号が入力される入力導波路と、
前記入力導波路の螺旋形状に囲まれて配置され、外径の直径がそれぞれ異なる複数のリング導波路と、
それぞれの前記リング導波路に対して並列して配置される複数の出力導波路と
を有し、それぞれの前記リング導波路が前記リング導波路の直径に対応した前記単波長信号を前記入力導波路から抽出し、前記出力導波路が対応する前記リング導波路が抽出した前記単波長信号を出力することを特徴とする光マイクロリング共振器。
【請求項２】
前記入力導波路が、互いに接続された複数の螺旋形状が並立する形状であることを特徴とする請求項１記載の光マイクロリング共振器。
【請求項３】
前記リング導波路を同一平面内に複数形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光マイクロリング共振器。
【請求項４】
前記入力導波路の螺旋形状中に直線が含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光マイクロリング共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
波長多重信号からリング導波路を用いて特定の波長の単波長信号を抽出する光マイクロリング共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信装置等においては、複数の波長の光信号が多重化された波長多重信号が伝達される。そして、波長多重信号から特定の波長の光を抽出する場合には、立体部材中に形成された光マイクロリング共振器を用いている。このような光マイクロリング共振器は、波長多重信号の分波器やバイオセンサー，ＤＮＡチップ，ガス検出器等のセンサー、あるいは光アイソレータ等に用いられる。
以下、図８を用いて、従来の光マイクロリング共振器の構造を説明する。
図８は従来の共振器が形成された立体構造を示す図である。
【０００３】
図８において、入力導波路３２は直線的に配置されており、波長多重信号を伝搬させる。リング導波路３６は入力導波路３２と所定の間隔を隔てて配置され、抽出する単波長信号の数に応じて複数が並べて配置される。リング導波路３６の外形の直径は抽出する単波長信号の波長に応じて決定される。出力導波路３７はリング導波路３６と所定の間隔を隔て１対１に配置され、リング導波路３６で抽出した単波長信号を出力する。
【０００４】
この時、直径１０μｍのリング導波路３６を用いて、波長が８００ｎｍ、８１０ｎｍ、８２０ｎｍ、８３０ｎｍ、８４０ｎｍ、８５０ｎｍの光信号が多重化された波長多重信号から、それぞれの単波長信号を抽出する例を示す。
【０００５】
上記波長の単波長信号を抽出するため、それぞれに対応する６本のリング導波路３６を設け、その周長は、抽出する単波長信号の波長の整数倍であるので、例えば各々２００．０μｍ、２０２．５μｍ、２０５．０μｍｍ、２０７．５μｍ、２１０．０μｍ、２１２．５μｍとする。この場合、リング導波路３６の直径は各々約６３．７μｍ、６４．５μｍ、６５．３μｍ、６６．０μｍ、６６．８μｍ、６７．６μｍとなる。この場合、光マイクロリング共振器の大きさは、幅（Ｙ方向），奥行き（Ｘ方向），高さ（Ｚ方向）は以下の点に従って決定される。
【０００６】
まず、各リング導波路３６の直径の和は３９３．９μｍとなる。また、各リング導波路３６間は非結合距離以上の間隔を空ける必要がある。上記例では、非結合距離は２５μｍ以上が必要となるとする。非結合距離は導波路内を通過する光信号が外部に干渉を与えない導波路中心間距離を示すもので、光の強度や、導波路の屈折率、導波路外部との屈折率差、導波路表面粗さ等により決まるものである。このような条件において、光マイクロリング共振器の幅は、各リング導波路３６の直径の和と非結合距離とで決まり、幅＝各リング導波路３６の直径の和＋（非結合距離×７）＝５６８．９μｍとなる。また、最大リング直径は６７．６μｍであり、導波路直径は１０μｍである。さらに、結合距離が１０．１μｍであるとする。結合距離とは、リング導波路と入出力導波路との導波路中心間隔のこと言い、光が伝搬して最適な共振が可能な距離のことである。また、出力導波路長が５０μｍであるとする。このような条件において、奥行＝最大リング直径＋結合距離×２＋非結合距離＋出力導波路長＝１６２．８μｍとなる。また、高さ＝非結合距離×２＝５０μｍとなる。その結果、従来の光マイクロリング共振器の実装面積は約９．３×１０４μｍ２となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−７５２９１号公報
【特許文献２】特開昭６２−１００７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の光マイクロリング共振器では、抽出する波長の信号の数に応じてリング導波路を要し、それらを１平面上に並べて配置する必要があるため、光マイクロリング共振器の大きさ，実装面積が大きくなるという問題点があった。
上記問題点を解決するため、本発明の光マイクロリング共振器は、複数の波長の信号を抽出しながら実装面積を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の光マクロリング共振器は、波長の異なる複数の信号が多重化された波長多重信号を入力して固有の波長の単波長信号を選別して出力する光マイクロリング共振器であって、立体形状の透光性部材と、前記透光性部材内に螺旋状に形成されて前記波長多重信号が入力される入力導波路と、前記入力導波路の螺旋形状に囲まれて配置され、外径の直径がそれぞれ異なる複数のリング導波路と、それぞれの前記リング導波路に対して並列して配置される複数の出力導波路とを有し、それぞれの前記リング導波路が前記リング導波路の直径に対応した前記単波長信号を前記入力導波路から抽出し、前記出力導波路が対応する前記リング導波路が抽出した前記単波長信号を出力することを特徴とする。
また、前記入力導波路が、互いに接続された複数の螺旋形状が並立する形状であっても良い。
また、前記リング導波路を同一平面内に複数形成しても良い。
また、前記入力導波路の螺旋形状中に直線が含まれていても良い。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、多重波長信号が入力される入力導波路を螺旋状に立体的に形成し、螺旋形状内に複数のリング導波路を設けることにより、各リング導波路から異なる波長の信号を抽出することができると共に、複数の波長の信号を抽出しながら実装面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における光マイクロリング共振器の構造を示す斜視図
【図２】実施の形態１における光マイクロリング共振器の要部を示す斜視図
【図３】実施の形態１における光マイクロリング共振器の要部を示す図
【図４】本発明の光マイクロリング共振器の製造方法を説明する図
【図５】実施の形態２における光マイクロリング共振器の要部を示す図
【図６】実施の形態３における光マイクロリング共振器の要部を示す図
【図７】入力導波路の螺旋部に直線部分を含む光マイクロリング共振器を例示する図
【図８】従来の共振器が形成された立体構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
複数の波長の光信号が多重化された波長多重信号から特定の波長の光信号を選択的に抽出する際には、光マイクロリング共振器が用いられる場合がある。光マイクロリング共振器は、波長多重信号が伝搬される入力導波路と、抽出する光信号の波長に応じて外形の径が決まるリング導波路と、リング導波路が抽出した特定の波長の単波長信号を導出する出力導波路とから構成される。本発明の光マイクロリング共振器は、入力導波路を螺旋状に形成し、螺旋構造内に径の異なる複数のリング導波路を設けることにより、実装面積を小さくしながら、入力導波路に入力される波長多重信号から、波長の異なる複数の単波長信号を抽出することが可能となることを特徴とする。
以下、本発明の光マイクロリング共振器の実施の形態について、図を参照して説明する。
（実施の形態１）
まず、図１〜図３を用いて実施の形態１における光マイクロリング共振器について説明する。
【００１３】
図１は実施の形態１における光マイクロリング共振器の構造を示す斜視図、図２は実施の形態１における光マイクロリング共振器の要部を示す斜視図である。図３は実施の形態１における光マイクロリング共振器の要部を示す図であり、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は上面図である。
【００１４】
図１〜図３に示すように、実施の形態１における光マイクロリング共振器１では、立体形状の透光性部材８内に入力導波路２が立体的に螺旋状に形成される。入力導波路２は、入力部３と螺旋状に形成される螺旋部４と出力部５とに区分けされる。螺旋部４は入力部３と直交する方向（Ｚ方向）に高さを変位させながら、複数周の円弧を描くような曲線を描く形状である。螺旋部４は、高さ（Ｚ方向）が異なるため接しないが、入力部３と直交する方向から見て円状に１周する単位を１周期の周回部とし、複数周期の周回部が入力部３と直交する方向に連続的に繋がる構造である。また、周回部の間隔Ｍはリング共振器を配置可能とする必要があるので、少なくとも導波路厚さ以上であることが必要である。そして、螺旋部４の導波路で囲まれた内部に１または複数のリング導波路６が配置される。リング導波路６の直径Ｒは、抽出したい単波長信号の波長λで決定され、πＲ＝ｎλ（ｎ：整数）の関係を満たすようにする。また、リング導波路６は１周期の周回部ごとに設けても良いし、複数周期の周回部ごとに設けても良く、逆に１周期の周回部に複数のリング導波路６を設けても良い。また、リング導波路６間の間隔Ｌは、対応していない出力導波路と結合しない状態である必要があるため、非結合距離以上の間隔とする必要がある。さらに、リング導波路６と螺旋部４との間隔ｌは光信号が共振できる間隔を空けて離間させる必要があるが、一般的には抽出する単波長信号の波長λと概ね同程度の距離を空けることが理想とされている。また、リング導波路６は互いに平行に設ける必要はないが、出力導波路７を互いに平行に形成するために、リング導波路６も互いに平行に配置することが好ましい。出力導波路７はリング導波路６ごとに設けられ、リング導波路６との最短間隔が一定の間隔ｋとなるように配置され、リング導波路６で抽出した単波長信号を出力する。間隔ｋおよびｌは各導波路半径+波長λと概ね同程度の距離であることが理想とされているが、実際には寸法誤差が許容され損失やノイズが発生しつつ伝搬される。導波路中心間が交差する状態では導波路が連続するため共振光以外の光も伝搬され、ノイズの発生が多くなり、導波路間の距離は０より大きくする必要がある。離間の限界は条件により異なるが、間隔が大きくなる程所望の短波長信号の抽出が困難となるため、許容される伝搬効率を満たさなくなる距離より小さい距離まで許容される。
次に、具体例を挙げて実施の形態１の光マイクロリング共振器の寸法および動作について説明する。
【００１５】
ここでは、波長が８００ｎｍ、８１０ｎｍ、８２０ｎｍ、８３０ｎｍ、８４０ｎｍ、８５０ｎｍの光信号が多重化された波長多重信号から、それぞれの単波長信号を抽出する例を示す。また、結合距離を１０．１μｍ、非結合距離を２５μｍであると仮定する。
【００１６】
上記波長の単波長信号を抽出するため、それぞれに対応する６本のリング導波路６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆを設け、その周長πＲは、抽出する単波長信号の波長の整数倍とし、例えば各々２００．０μｍ、２０２．５μｍ、２０５．０μｍｍ、２０７．５μｍ、２１０．０μｍ、２１２．５μｍとする。この場合、直径Ｒは各々６３．７μｍ、６４．５μｍ、６５．３μｍ、６６．０μｍ、６６．８μｍ、６７．６μｍとなる。そのため、入力導波路２の螺旋部４の外径の直径、つまり、周回部の外径の直径は、最も直径Ｒの大きいリング導波路６ｆの直径より結合距離×２分大きい８７．８μｍとする。また、螺旋部４の巻数は任意であるが、１周期の周回部ごとに１つのリング導波路６を設けるとすると、高さは（１周期高さ×６＋非結合距離×２）とすることができる。そして、このようなリング導波路６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆを入力導波路２内に配置することにより、それぞれのリング導波路６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆに対応する波長の単波長信号が、出力導波路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆから出力される。また、入力導波路２の入力部３と出力部５および出力導波路７の最長の長さをいずれも５０μｍとすると、光マイクロリング共振器１の大きさは、幅（Ｙ方向），奥行き（Ｘ方向），高さ（Ｚ方向）がそれぞれ、以下のようになる。ここで、出力導波路７はリング導波路６に沿って形成される部分と、そこから透光性部材８の端部まで形成される部分とからなり、その長さは、リング導波路６の直径とリング導波路６から透光性部材８の端部までの長さを合わせた長さとなる。
幅＝入力導波路長＋最長の出力導波路長＝５０＋５０＝１００μｍ
奥行＝周回部導波路直径＋非結合距離×２＝８７．８＋２５×２μｍ＝１３７．８μｍ
高さ＝１周期高さ×６＋非結合距離×２＝２５×６＋２５×２＝２００μｍ
【００１７】
そのため、実施の形態１における光マイクロリング共振器１の実装面積は約１．４×１０４μｍ２となり、従来の光マイクロリング共振器と比べて高さが高くなるものの実装面積を小さくすることができる。
【００１８】
なお、透光性部材８は透光性を有するガラスや樹脂等を用いることができる。例えば、珪酸塩系、硼酸塩系、燐酸塩系、弗燐酸塩系、ビスマス系等の酸化物ガラスや、ＢｅＦ２系、ＺｒＦ４系、ＩｎＦ４系、Ｃｄ−Ｚｎ−Ｃｌ系等のハロゲン化物ガラス、Ｇａ−Ｌａ−Ｓ系等の硫化物ガラス、Ｓｅ−Ａｓ系等のカルコゲナイドガラスを用いることができる。
【００１９】
以上のように、入力導波路２を立体的に螺旋状に形成し、螺旋部４の内部に複数のリング導波路６を設けることにより、リング導波路６を高さ方向（Ｚ方向）に複数配置することができるため、実装面積を小さくしながら、波長多重信号からリング導波路６の直径に応じた単波長信号を抽出することが可能となる。なお、曲げ部のある入力導波路を立体形状に形成しても、実装面積を縮小する構成にすることが可能であるが、曲げ部のある導波路は光の損失が大きくなるため、螺旋状の入力導波路を用いることが効果的である。
次に、図４を用いて、本発明の光マイクロリング共振器の製造方法を例示する。
図４は本発明の光マイクロリング共振器の製造方法を説明する図である。
【００２０】
図４に示すように、本発明の光マイクロリング共振器の製造装置は、透光性部材８を載置する載置台９と、透光性部材８にレーザ光を照射するレーザ光源１０とから構成される。レーザ光源１０は所定のレーザ光を照射するものである。また、レーザ光源１０は固定されており、一定の距離で焦点を結ぶため、レーザ光源１０に対する焦点位置は一定となる。載置台９は３次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に自在に移動でき、載置される透光性部材８に照射されるレーザ光の焦点位置を自在に調整できる。
【００２１】
このような光マイクロリング共振器の製造装置を用いて光マイクロリング共振器を製造する際には、まず、透光性部材８を載置台９上に載置する。次に、レーザ光源１０から透光性部材８にレーザ光を照射する。レーザ光は１０ｐｓ以下等のパルス幅の短いパルスレーザを用い、照射領域に一定以上の屈折率差を形成するために、集光点でのピークパワーを１０５Ｗ／ｃｍ２以上とすることが望ましい。また、レーザ光は１０ｋＨｚ以上のパルス光を用いることが必要であり、伝送効率の高い導波路を形成するためには１００ｋＨｚ以上のパルス光を用いることが好ましい。レーザ光の照射の際には、載置台９を移動させて、透光性部材８の任意の位置に焦点を移動し、高屈折率領域を形成して、入力導波路２，複数のリング導波路６，複数の出力導波路７を任意の位置，形態に形成する。特に、入力導波路２を螺旋状に形成し、リング導波路６を螺旋の内側に形成する。このようにして、透光性部材８の内部に入力導波路２，複数のリング導波路６，複数の出力導波路７を備える光マイクロリング共振器を製造することができる。
また、本実施の形態では載置台９をＸＹＺに移動可能としたが、レーザ光源１０が３次元方向に移動してもよい。
（実施の形態２）
図５は実施の形態２における光マイクロリング共振器の構造の要部を示す図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は上面図である。
【００２２】
実施の形態１においては、入力導波路として１本の螺旋構造を用いたが、実施の形態２における光マイクロリング共振器では、複数本の螺旋構造を並立させることを特徴とする。以下、２本の螺旋構造を並立させる例を用いて説明する。
【００２３】
図５に示すように、実施の形態２における光マイクロリング共振器では、互いに接続されて並立する２本の螺旋部１４ａ，１４ｂを備える入力導波路１２を設けている。実施の形態１と同様に、螺旋部１４ａ，１４ｂの螺旋形状の内部には、それぞれリング導波路１６ａ，１６ｂが設けられ、それぞれのリング導波路１６ａ，１６ｂには出力導波路１７ａ，１７ｂが設けられている。これ以外の構成および条件は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２４】
以上のように、入力導波路１２を螺旋状の立体形状が複数本並立する構成とし、螺旋部の内部に複数のリング導波路を設けることにより、リング導波路を高さ方向に複数配置することができるため、実装面積を小さくしながら、波長多重信号からリング導波路の直径に応じた単波長信号を抽出することが可能となる。さらに、複数本の螺旋部を並立させることにより、実装面積の縮小化を図りながら、実装高さを抑制することができる。特に、実装状態に応じて、並立する螺旋部の本数を調整することにより、実装面積と実装高さを最適化することができる。また、並立する螺旋部を直線状に１列に並べたり、複数列に並べたり、円形状等に並べたりすることにより、さらに、実装形状の最適化を図ることもできる。
（実施の形態３）
【００２５】
図６は実施の形態３における光マイクロリング共振器の要部を示す図であり、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は上面図である。図７は入力導波路の螺旋部に直線部分を含む光マイクロリング共振器を例示する図である。
【００２６】
実施の形態１では、リング導波路２の直径を螺旋の直径より僅かに小さくし、螺旋の平面視で得られる入力導波路２の円内に１つのリング導波路６を設ける場合を例示したが（図３（ａ）参照）、実施の形態３における光マイクロリング共振器では、螺旋の直径を大きくし、螺旋の平面視で得られる入力導波路の円内に複数のリング導波路を設けることを特徴とする。
【００２７】
図６に示すように、入力導波路２２は螺旋部２４を備える。螺旋部２４の螺旋形状の内側に形成されるリング導波路２６は、螺旋部２４の内部に想定できる円形の同一平面内に複数配置される。複数のリング導波路２６の外形はそれぞれ異なる直径となるが、その内最大のものをＲｍとし、螺旋部２４の同一平面内に２つのリング導波路２６を形成する場合には、螺旋部２４の円形となる断面の直径Ｗは２Ｒｍ以上が必要となり、さらに入力導波路２２とリング導波路２６との間隔ｌ（図３（ｂ）参照）が考慮される。また、３つ以上のリング導波路２６を同一平面内に形成する場合は、３つ以上のリング導波路２６が同一平面内に所定の間隔で配置可能なように直径Ｗを設定する。そのようにして、螺旋部２４内部の複数の平面内において２以上のリング導波路２６を配置することができる。また、同一平面内に配置するリング導波路２６の個数は平面ごとに同じ数にする必要はなく、各平面がそれぞれ、任意に１または複数のリング導波路２６を配置することもできる。
【００２８】
図６では実施の形態１のように１つの螺旋部を形成する場合を例として説明したが、実施の形態２のように複数の螺旋部を形成し、それぞれの螺旋部の同一平面内に１または複数のリング導波路２６を配置することもできる。
【００２９】
以上のように、入力導波路２２の１または複数の螺旋部に対して、その内部の同一平面内に複数のリング導波路２６を設けることにより、リング導波路２６を高さ方向に複数配置することができるため、実装面積を小さくしながら、波長多重信号からリング導波路２６の直径に応じた単波長信号を抽出することが可能となる。さらに、螺旋部の直径と高さを最適化して、実装面積の縮小化を図りながら、実装高さを抑制することができる。特に、実装状態に応じて、同一平面内に配置するリング導波路２６の数を調整することにより、実装面積と実装高さを最適化することができる。
【００３０】
さらに、実施の形態１〜３の入力導波路において、入力導波路は螺旋の途中に直線を含んでも良い。つまり、上記説明では円形であったＺ方向から見た螺旋の形状が、角丸長方形となる。例えば、図７に示すように、入力導波路４２の螺旋部４４の途中に直線部４１が含まれる。そして、直線部４１を含む螺旋部４４の内側に、リング導波路４６が形成される構成である。リング導波路４６に沿って出力導波路４７が設けられる点も同様である。なお、図７では実施の形態３における光マイクロリング共振器を例に説明したが、実施の形態１のように直線部を備える螺旋部内の１平面に１つのリング導波路を形成する構成でも良いし、実施の形態２のように直線部を備える螺旋部を複数並立させる構成でも良い。
【００３１】
このように、入力導波路の螺旋部の途中に直線部を含めることにより、入力導波路においてリング導波路を最適に配置することができ、さらに実装面積を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１    光マイクロリング共振器
２    入力導波路
３    入力部
４    螺旋部
５    出力部
６    リング導波路
７    出力導波路
８    透光性部材
９    載置台
１０    レーザ光源
１２    入力導波路
１４ａ    螺旋部
１４ｂ    螺旋部
１６ａ    リング導波路
１６ｂ    リング導波路
１７ａ    出力導波路
１７ｂ    出力導波路
２２    入力導波路
２４    螺旋部
２６    リング導波路
３２    入力導波路
３６    リング導波路
３７    出力導波路
４１    直線部
４２    入力導波路
４４    螺旋部
４６    リング導波路
４７    出力導波路
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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