JP2750667B2 - 波長分割マルチプレクシング光通信システム用共振フィルター - Google Patents
波長分割マルチプレクシング光通信システム用共振フィルターInfo
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Description
ーネントに関し、更に特に集積光学技術で、例えば波長
分割マルチプレクシング(WDM)通信システムに使用され
得る共振フィルターに関する。
れ得るチャンネル数が、マルチプレクシングやデマルチ
プレクシングに使用されるフィルターの特性により決め
られることは知られている。この観点から、共振空洞フ
ィルターを使用することにより良い結果が得られている
ことも知られている。そのようなフィルターでは、分離
可能なチャンネル数は、フィルターの所謂「フィネ
ス」、即ち自由スペクトル領域(2つの連続した伝送ピ
ーク間の距離)とピークバンド幅の比に依存し、フィネ
スが高まれば高まるほど、伝送可能なチャンネル数が増
える。広い自由スペクトル領域は、非常に短い共振空洞
を使用することにより得ることが出来る。非常に短い空
洞を得る最も簡単な解決法は、端ミラーのある直線ウエ
ーブガイド、即ちファブリ−ペロー型の構造を用いるこ
とであろう。しかしながら、直線空洞には、その伝送バ
ンドの外側のパワー全てがその光源の方に逆に反射され
るという重大な欠点があり、そのことにより、その放射
特性を損なってしまう。このことより、単一方向共振フ
ィルターを成すリング空洞を用いる方がより良いであろ
う。
は、コミナト(T.Kominato)らによる論文”
GeO2−ドープシリカウエーブガイドで構成されたリ
ング共振器(Ring Resonators Com
posed of GeO2−Doped Silic
a Waveguides)”、光波技術ジャーナル
(Journal of Lightwave Tec
hnology)、第10巻、第12号、1992年1
2月、及びオダ(K.Oda)らによる論文”光FDM
伝送システム用のリング共振器を用いたワイドバンドガ
イドウエーブ周期的マルチ/デマルチプレクサー(A
Wide−Band Guided−Wave Per
iodic Multi/Demultiplexer
witha Ring Resonator for
Optical FDM Transmission
Systems)”、光波技術ジャーナル、第6巻、
第6号、1988年6月に記載されている。しかしなが
ら、曲率損失が高くなり過ぎるので、リング空洞の曲率
半径はある制限、通常数ミリメートルより小さく出来な
い。従って、得られる自由スペクトル領域は相対的に制
限され(10GHzのオーダー)、その装置は相対的に
扱い難い。自由スペクトル領域を広げる為に、ダブルリ
ング共振空洞の使用が、オダ(K.Oda)らの論文”
光FDM伝送システム用ワイドFSRウエーブガイドダ
ブル−リング共振器(A Wide FSR Wave
guide Double−Ring Resonat
or for Optical FDM Transm
ission Systems)”、光技術ジャーナ
ル、第9巻、第6号、1991年6月に記載されている
が、いずれにしてもダブルリングシステムはより大きな
損失を生み、更に扱い難い。
なサイズ及びフィルター方向性(従って光源を損ねる危
険性)と自由スペクトル領域の間の適正な釣り合い(ト
レードオフ)をもたらす共振空洞の形を有するフィルタ
ーを提供することである。
は共振空洞、その共振空洞へWDMストリームに属する
信号を移す為の方向性カップラーを空洞の第1部分と共
に形成している入力ウエーブガイド、及び共振空洞から
所望の波長の放射を引き出す為の方向性カップラーを空
洞の第2部分と共に形成している出力ウエーブガイドを
含み;共振空洞はYアームの端で連結された2つの向か
い合ったY型カップラーを作る光ウエーブガイドにより
形成されており;そのようなアームを作るウエーブガイ
ドは、単一モードウエーブガイドであり、共振空洞の前
記第1及び第2部分を含み、該第1及び第2部分は単一
モード部分であり、Y脚を作るウエーブガイドは、その
自由端で反射を起こし、単一モード部分の1つから二モ
ード部分の1つに入る所望の波長を有した放射がその端
で反射されてその同じ二モード部分から空洞のもう一方
の単一モード部分へ通過するような長さを有した二モー
ドウエーブガイドである。
術による基質(substrate) 1上に作られたガイド構造に
より形成されているのが分かる。そのフィルターは共振
空洞2、第1方向性カップラー(入力カップラー)を共
振空洞2の第1部分と共に形成するウエーブガイド3、
及び選択された放射を引き出す為の第2方向性カップラ
ー(出力カップラー)を共振空洞2の第2部分と共に形
成するウエーブガイド4を含む。フィルターが正しく動
作できるように、入出力カップラーは対象波長に対して
低いカップリングファクターを有しなければならない。
というのは、さもなければカップルリングされたパワー
の多くの部分が共振することなくその空洞に残ってしま
い、フィルター選択性が低くなりすぎてしまう。
自由端で共に連結された2つの向かい合うY型カップラ
ー5a、5b、5c、6a、6b、6cにより作られて
おり、その部分7、8は各々ウエーブガイド3、4と向
かい合い方向性カップラーを形成し、ウエーブガイド
3、4に対する所望のカップリング特性を達成するよう
に直線上に又は適当に曲げられ得る。従って、部分7及
び8はそれぞれ共振空洞の上記第1及び第2部分を形成
する。各カップラーのアーム5a、5b、6a、6bと
部分7、8は単一モードウエーブガイド部分であるが、
脚5c、6cは二モードウエーブガイド部分であり、そ
の自由端はミラー9、10に接続しているか又は適当な
方法で反射が起こされる。一例として、後者の場合もし
共振空洞が基質の全長を覆って延びていれば、ガイド5
c、6cの端に対応する端面では反射が起こり(例えば
メタライズされており)、さもなければガイド5c、6
cの端の部分は、溝に入れられた若しくはエッチングな
どにより得られたブラッグ格子又はミラーを含むことが
できる。二モード部分の長さはフィルター通過バンド波
長に依存し、後述する基準を満たさなければならない。
空洞の2つの単一モード部分7、8も同様である。
らの論文”チューナブルマルチチャンネル二モード干渉
波長分割マルチプレクサー/デマルチプレクサーの分析
(Analysis of a Tunable Multichannel Two-Mode-Inter
ference Wavelength Division Multiplexer/Demultiple
xer)”、光波技術ジャーナル、第7巻、第5号、198
9年5月に記載されているように、WDMシステムで使
用される波長感知装置を作るのに普通用いられている、
二モード干渉の良く知られた技術を使っている。本発明
をより良く説明するために、上記論文に記載された装置
を図2に示し、波長デマルチプレクサーとしてのその動
作原理を簡単にまとめる。その装置は二モードウエーブ
ガイドの反対側に接続された2つの単一モード入力ウエ
ーブガイド11a 、 11b及び2つの単一モード出力ウエー
ブガイド12a 、 12bを含む。入力ウエーブガイドの1つ
の端で例えばウエーブガイド11a で、2つの波長λ1、
λ2が存在すると仮定すると、二モード部分の長さLを
適当に選ぶことで、2つのモード間の干渉により波長λ
1をウエーブガイド11a に対称的なウエーブガイド12b
の入力の二モードウエーブガイドに残す一方、波長λ2
は例えばウエーブガイド12a から出てくるように出来
る。
から見ると、二モード部分の各々は単一モード部分の1
つから二モード部分の1つへ通過する波長λi の対象放
射が端のミラーで反射する後者の部分からもう一方の単
一モード部分へ通過するような長さL1を有しなければ
ならない。特に、そのような条件では、入力カップラー
のウエーブガイド7内を通過するWDMフローの波長λ
i は、単一モード部分5aに沿って進み、二モード部分5c
に沿って両方向に進み、もう一方の単一モード部分5b、
8、 6b 内を通過し、二モード部分6cに沿って両方向に
進み、そして単一モード部分6aに再入射し、このように
サイクルが再び開始される。ウエーブガイド部分7 、 5
a 、 5c 、 5b 、 8、 6b 、 6c 、 6a の組合せはこの
ように実際に共振空洞として動作する。簡単の為、フィ
ルターをチューニングするための手段は図に示してな
く、二モード部分や方向性カップラーのカップリング定
数を精密チューニングする手段も同様に示してない。一
方、そのような手段は全く従来からあるものである。チ
ューニング手段は各Yアームの1つに設置でき、精密チ
ューニング手段は二モード部分の1つと2つの方向性カ
ップラーの夫々に設置できる。
ち上がっている問題が除去されるのは明らかである。実
際、この構造の全体の長さは長さL1及びYアーム間の
アパーチャ角度により実質的に決められ、2つの単一モ
ード部分間の空間がそれらの間のカップリングを避ける
のに十分なように、その斜め部分の長さが決められる。
横方向の全体サイズは2つの単一モード部分間の空間に
より決められ、これは10分の2、3マイクロメータに
まで小さく出来る(実際の大きさは製造技術に依存す
る)。従って、上述した非常に多くのフィルターが実際
に利用可能なサイズの1つの基質上に作成され得る。更
に、上述の構造によると、広い自由スペクトル領域が容
易に得られる。
な例では、20GHzのオーダーの自由スペクトル領域
を得るためには、約1cmの全長(これは約5mmの幾
何学的長さのフィルターに対応)を有する空洞が要求さ
れる一方、その幅は100μmより小さく保たれる。こ
れは本明細書の導入部で述べた論文に記載されているタ
イプの対応するリングフィルターでは1.5mm半径を
有することになり、しかもその曲率損失は受け入れ難く
大きい。ここに提案した構造を用いれば損失は伝導損失
のみに押えられ、これは非常に小さいものである。本発
明の範囲から離れることなく、変更と改良が可能なのは
明らかである。例えば、共振空洞2は従来の方法で得ら
れる能動空洞とすることができ(例えば、ガラスやLi
NbO3上に作成されたフィルターの場合、Erのよう
な希土類をガイド領域にドープして、そのドープ領域を
選択的に励起することにより、又InPやGaAsのよ
うな半導体でフィルターが作られた場合、適当なガイド
部分内に電流を注入することにより)、ミラー9、10
の少なくとも1つは、対象波長を反射し異なる波長の励
起放射を注入させるダイクロイック(dichroi
c)ミラーが使える。このように本フィルターは増幅器
としてもまた動作する。明らかに、その励起レベルはレ
ーザー効果が空洞内で発生しないようなものでなければ
ならない。
既知のコンポーネントを表わしている。
ーブガイド 5c,6c 二モード光ウエーブガイド 9,10 ミラー 11a,11b,12a,12b 単一モード光ウエ
ーブガイド 13 二モード光ウエーブガイド
Claims (2)
- 【請求項1】 共振空洞(2)、波長分割マルチプレク
シングされたストリームからの信号を前記共振空洞に移
す為の方向性カップラーを共振空洞(2)の第1部分
(7)と共に形成する入力ウエーブガイド(3)、及び
所望の波長の放射を前記共振空洞から引き出す為の方向
性カップラーを前記共振空洞(2)の第2部分(8)と
共に形成する出力ウエーブガイド(4)を含む集積光学
フィルターであって、 前記共振空洞(2)がYアーム(5a,5b,7,6
a,6b,8)の端で連結された2つの向かい合うY型
カップラーを作る光ウエーブガイド(5a,5b,5
c,6a,6b,6c,7,8)により形成され、そし
てそのようなアームを作るウエーブガイド(5a,5
b,7,6a,6b,8)は、単一モードウエーブガイ
ドであり、共振空洞の前記第1及び第2部分(7,8)
を含み、該第1及び第2部分は単一モード部分であり、 Y脚を形成するウエーブガイド部分(5c,6c)は、
二モードウエーブガイド部分であり、それらの自由端
(9,10)では反射が起こり、単一モード部分(5
a;6b)の1つから二モード部分(5c;6c)の1
つに入る所望の波長の放射がその端で反射されてその同
じ二モード部分から空洞(2)のもう一方の単一モード
部分(5b;6a)へと通過するような長さを有するこ
とを特長とする該集積光学フィルター。 - 【請求項2】 前記空洞(2)を形成する光ウエーブガ
イド(5a,5b,5c,6a,6b,6c,7,8)
が能動光ウエーブガイドであり、二モードウエーブガイ
ド部分(5c,6c)の少なくとの1つの反射端(9;
10)が前記所望の波長を反射し、前記空洞内に励起放
射を注入させるダイクロイックミラーを形成することを
特長とする請求項1に記載の集積光学フィルター。
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