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JP3053966B2 - Directional coupler filter - Google Patents
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JP3053966B2 - Directional coupler filter - Google Patents

Directional coupler filter

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JP3053966B2
JP3053966B2 JP16542392A JP16542392A JP3053966B2 JP 3053966 B2 JP3053966 B2 JP 3053966B2 JP 16542392 A JP16542392 A JP 16542392A JP 16542392 A JP16542392 A JP 16542392A JP 3053966 B2 JP3053966 B2 JP 3053966B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光交換、光情
報処理、光記録などに用いられて入射した光の中の特定
の波長の光を選択する光フィルタ、特に、複数導波路層
間で導波モード変換を行わせるグレーティング付き方向
性結合器フィルタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical filter used for optical communication, optical exchange, optical information processing, optical recording, etc., for selecting light of a specific wavelength from incident light, and more particularly to a plurality of waveguides. The present invention relates to a directional coupler filter with a grating that performs waveguide mode conversion between layers.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、光集積回路をベースとして、波長
分割多重システムを利用した光通信や光情報処理が、活
発に研究されている。上記システムを実現する上で、重
要なデバイスの一つに波長フィルタが挙げられる。特
に、光集積回路を意識した場合、方向性結合器フィルタ
のように、導波路から構成され、さらに、異なる素子を
接続できる素子は極めて魅力的である。ただし、方向性
結合器フィルタは、入力ポートと出力ポートが同方向に
存在するために使いづらい逆方向結合型を除くと、一般
的に、波長選択性に乏しく、したがって、高密度波長多
重に不向きとされてきた。
2. Description of the Related Art Recently, optical communication and optical information processing using a wavelength division multiplexing system based on an optical integrated circuit have been actively studied. One of the important devices for realizing the above system is a wavelength filter. In particular, when an optical integrated circuit is considered, an element such as a directional coupler filter which is formed of a waveguide and can connect different elements is very attractive. However, the directional coupler filter generally has poor wavelength selectivity, except for the backward coupling type, which is difficult to use because the input port and the output port exist in the same direction, and thus are not suitable for dense wavelength multiplexing. And has been.

【0003】しかし、最近、特開平2−239209号
明細書に見られるような半導体積層導波路を利用したグ
レーティング順方向結合フィルタが、その鋭い波長選択
性から注目されている。また、チャネル間のクロストー
クを劣化させる要因となる透過サイドローブに関して
も、特願平1−314841号明細書で提案されている
2つの導波路近辺に形成されたグレーティングのデュー
ティ比ないし結合係数をテーパ状に分布させる手法によ
り、その抑圧が実現可能となっている。これは、フィル
タの透過レスポンスが、結合係数のフーリエ変換に比例
する原理による。
However, recently, a grating forward coupling filter using a semiconductor laminated waveguide as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-239209 has attracted attention because of its sharp wavelength selectivity. Further, regarding the transmission side lobe which causes the crosstalk between the channels to deteriorate, the duty ratio or the coupling coefficient of the grating formed in the vicinity of the two waveguides proposed in Japanese Patent Application No. 1-314841 is also known. The suppression can be realized by a method of distributing in a tapered shape. This is based on the principle that the transmission response of the filter is proportional to the Fourier transform of the coupling coefficient.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は、結合係数のテーパ化を行うテーパ関数が正の関数に
限られていて、テーパ関数の種類に制限があった。よっ
て、いまだ充分効果的には透過サイドローブ抑圧が図れ
ず、また、チャネル間隔やクロストーク抑圧比の仕様に
充分広く応じることができなかった。
However, in the conventional method, the taper function for tapering the coupling coefficient is limited to a positive function, and the type of the taper function is limited. Therefore, the transmission side lobe cannot be suppressed sufficiently effectively, and the specifications of the channel spacing and the crosstalk suppression ratio cannot be sufficiently widened.

【0005】従って、本発明の目的は、結合係数に分布
をつけるグレーティングのテーパ関数の適用自由度を広
げることができる構造を有するグレーティング付き方向
性結合器フィルタを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a directional coupler filter with a grating having a structure capable of expanding the degree of freedom of applying a taper function of a grating that distributes coupling coefficients.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明においては、グレ
ーティングの位相を複数導波路間の結合領域の途中でシ
フトすることにより、異なる位相関係を導入し、透過サ
イドローブ抑圧用のテーパ関数の種類を広げている。結
合係数を一部負とできることにより(この原理について
は後述する)、例えば、変換レスポンスがフィルタとし
て理想的な方形波となるシンク関数(sin(x)/
x)などを、テーパ関数として適用することが可能とな
る。
According to the present invention, different phases are introduced by shifting the phase of the grating in the middle of the coupling region between a plurality of waveguides, and the type of the taper function for suppressing transmission side lobes is introduced. Is spreading. Since the coupling coefficient can be partially negative (this principle will be described later), for example, a sink function (sin (x) /
x) can be applied as a taper function.

【0007】図1は、本発明による方向性結合器フィル
タの動作原理を示している。素子は、2層の非対称(厚
さ、組成などが異なる)な導波路1、2からなり、これ
らの導波路1、2の層厚は垂直方向の横モードが2つ
(図1では、偶モードと奇モードの光電界強度分布が示
される)成立するように設定されている。下の導波路1
から入力された光は、下部導波路1に中心強度を有する
奇モードとして伝搬し、相互作用領域において、グレー
ティング3で決められる位相整合波長で、上の導波路2
に偶モードとして結合される。位相整合波長から離れた
波長は、下の導波路1に残りそのまま伝搬する。ここ
で、位相整合波長λは、以下の一次のブラッグ条件を満
足する。 βe(λ)−βo(λ)=2π/Λ (1) ここで、βe、βoは、それぞれ偶モード、奇モードの伝
搬定数を表わしている。Λは、グレーティング3の周期
である。
FIG. 1 shows the principle of operation of a directional coupler filter according to the present invention. The device is composed of two layers of asymmetric waveguides 1 and 2 (different in thickness, composition, etc.), and the layer thicknesses of these waveguides 1 and 2 have two vertical transverse modes (in FIG. Mode and an odd mode optical field intensity distribution are shown). Lower waveguide 1
Is propagated as an odd mode having a central intensity to the lower waveguide 1, and in the interaction region, at the phase matching wavelength determined by the grating 3, the upper waveguide 2.
As an even mode. Wavelengths apart from the phase matching wavelength remain in the lower waveguide 1 and propagate as they are. Here, the phase matching wavelength λ satisfies the following first-order Bragg condition. β e (λ) -β o (λ) = 2π / Λ (1) Here, β e and β o represent the propagation constants of the even mode and the odd mode, respectively. Λ is the period of the grating 3.

【0008】本素子において、成立する偶モードおよび
奇モードの電界をそれぞれEe、Eoであらわす。2層
1、2間の強い非対称性のため、導波モードの電界は、
導波路が独立に存在する場合の各導波路を導波するモー
ドの電界と酷似している。そこで、モードの結合は、グ
レーティング3の回折に依存していると考えてよい。両
モード間の結合係数κは、以下の式で表わされる。 κ(z)=(ωε0/8)∫0 geΔn g 2odx (2) gはグレーティングの深さである。ωは光の角周波数、
ε0は真空の誘電率、xはグレーティング3の深さ方向
の座標、zは導波光の進行方向の座標である。
In this device, even mode and
Each of the odd-mode electric fields is Ee, EoIt represents. Two layers
Due to the strong asymmetry between 1 and 2, the electric field of the guided mode is
Mode for guiding each waveguide when the waveguides exist independently
Very similar to the electric field of Therefore, mode coupling is
It may be considered that it depends on the diffraction of rating 3. Both
The coupling coefficient κ between the modes is represented by the following equation. κ (z) = (ωε0/ 8) ∫0 gEeΔn g TwoEodx (2) g is the depth of the grating. ω is the angular frequency of light,
ε0Is the dielectric constant of vacuum, x is the depth direction of grating 3
And z are coordinates in the traveling direction of the guided light.

【0009】ここで、Δn g 2は、グレーティング3に
よる屈折率の摂動であり、グレーティング3を矩形と考
え、グレーティング3を構成する上部導波路層2の屈折
率をn2、クラッド層5の屈折率をn1として、以下のよ
うに表わされる。 −(n 2 2−n 1 2)/πsin(πw/Λ):グレーティング層内 Δn g 2={ (3) 0 :上記以外。
Here, Δn g TwoIs in grating 3
Is the perturbation of the refractive index due to
Of the upper waveguide layer 2 constituting the grating 3
Rate nTwo, The refractive index of the cladding layer 5 is n1As below
Is represented as − (N Two Two-N 1 Two) / Πsin (πw / Λ): Δn in the grating layer g Two= {(3) 0: Other than the above.

【0010】図2は、グレーティング3のデューティ比
(グレーティング歯幅/周期:w/Λ)を変化させた時
の結合係数κの変化を表わしている。グレーティング3
のデューティ比を変化させると、式(3)から、Δn g
2が変化し結合係数κを変える。この場合、さらには、
上の導波路2の実効的厚さも変えるため、電界分布形
状、伝搬定数も共に変化する。そのため、位相整合の条
件が変動し、位相整合波長がシフトする。そこで、デュ
ーティ比の変化に合わせて、周期Λを制御して、結合領
域に渡って位相整合波長を一定に保つ操作を行なう必要
がある。図2中の周期Λのカーブは、そのためのもので
ある。本素子においては、上記のようにデューティ比を
操作することにより、結合係数κの制御が図れる。
FIG. 2 shows the duty ratio of the grating 3.
(Grating tooth width / cycle: w / Λ) is changed
Represents the change of the coupling coefficient κ. Grating 3
When the duty ratio is changed, from equation (3), Δn g 
 TwoChanges to change the coupling coefficient κ. In this case,
To change the effective thickness of the upper waveguide 2, the electric field distribution type
Both the shape and the propagation constant change. Therefore, the phase matching
The condition changes, and the phase matching wavelength shifts. So du
The period Λ is controlled in accordance with the change in the
Operation to keep the phase matching wavelength constant over the whole range
There is. The curve with period Λ in FIG.
is there. In this element, the duty ratio is
By operating, the coupling coefficient κ can be controlled.

【0011】次に、結合係数κが負値化できることを説
明する。結合係数の分布を行なうために、結合領域(長
さ;L)を図3のようにN個の領域(各領域の長さをl
1,l2,・・・,lN-1,lNとする)に分割し、各領域
の中では、パラメータは一定と仮定する。各領域のパラ
メータをF−マトリクスで表わすと入力端での電界Ee
(0),Eo(0)と出力端での電界Ee(L),E
o(L)は、以下のようになる。ただし、|を縦に並べ
たもの及び[]は行列であることを表す。 |Ee(0)| |Ee(L)| | |=〔F〕| | (4) |Eo(0)| |Eo(L)| 〔F〕は、結合領域を通しての特性を表しており、各領
域のFマトリクスをFkとすれば、 〔F〕=Π k=1 Nk (5)となる。
Next, it is explained that the coupling coefficient κ can be made negative.
I will tell. In order to perform the distribution of the coupling coefficient, the coupling area (length
L) is divided into N regions (the length of each region is l) as shown in FIG.
1, LTwo, ..., lN-1, LNAnd each area
Within, assume that the parameters are constant. Para of each area
When the meter is represented by an F-matrix, the electric field E at the input ende
(0), Eo(0) and the electric field E at the output ende(L), E
o(L) is as follows. However, | is arranged vertically
And [] represent a matrix. | Ee(0) || Ee(L) | | | = [F] | | (4) | Eo(0) || Eo(L) | [F] represents the characteristics through the coupling region.
F matrix of areakThen, [F] = Π k = 1 NFk (5).

【0012】F−マトリクスの各要素は、以下のようで
ある。 F11=[cosh(γL)+iΔβLsinh(γL)/γL)]exp(iβB L), F12=−κLsinh(γL)exp[−i(βBL+φ)]/(γL), F21=−κLsinh(γL)exp[i(βBL+φ)]/(γL), (6) F22=[cosh(γL)−iΔβLsinh(γL)/γL)]exp(−iβB L). ここで、Δβ,γは、以下のようである。 Δβ=β−βB, (7) γ2=κ2−(Δβ)2, (8)。
Each element of the F-matrix is as follows. F 11 = [cosh (γL) + iΔβLsinh (γL) / γL)] exp (iβ B L), F 12 = -κLsinh (γL) exp [-i (β B L + φ)] / (γL), F 21 = - κLsinh (γL) exp [i ( β B L + φ)] / (γL), (6) F 22 = [cosh (γL) -iΔβLsinh (γL) / γL)] exp (-iβ B L). Here, Δβ and γ are as follows. Δβ = β−β B , (7) γ 2 = κ 2 − (Δβ) 2 , (8).

【0013】ここで、βは伝搬波長の伝搬定数、βB
位相整合波長での伝搬定数をそれぞれ表わす。φはグレ
ーティング3の位相を表わしている。φが0の場合は、
グレーティング3の位相が連続的に形成されている場合
であり、πの場合は、図4に示すように、境界において
グレーティング3が半波長シフトしたことに相当する。
すなわち、結合係数κを含むF12,F21は、exp(−
iπ)=−1となるため、見かけ上、結合係数κの記号
が正負逆転する。このように、境界において、位相φを
πシフトすることにより、結合係数κの分布に負の領域
が形成可能となる。
Here, β represents the propagation constant of the propagation wavelength, and β B represents the propagation constant at the phase matching wavelength. φ represents the phase of the grating 3. If φ is 0,
This is the case where the phase of the grating 3 is formed continuously, and the case of π corresponds to a shift of the grating 3 by a half wavelength at the boundary as shown in FIG.
That is, F 12 and F 21 including the coupling coefficient κ are expressed as exp (−
Since iπ) =-1, the sign of the coupling coefficient κ is reversed in sign. In this manner, by shifting the phase φ by π at the boundary, a negative region can be formed in the distribution of the coupling coefficient κ.

【0014】[0014]

【実施例1】以下、実施例を説明する。特願平1−31
4841号明細書に示す様に、結合係数κに関して幾つ
かのテーパ関数が検討されている。そこで、そのテーパ
関数と、フーリエ変換スペクトルが方形波となるシンク
関数Sinc(απz/L)を組み合わせてみる。αは
定数である。以下にその組み合わされたテーパ関数を列
挙する。zは、光の伝搬方向を示している。
Embodiment 1 Hereinafter, an embodiment will be described. Japanese Patent Application No. 1-31
As shown in US Pat. No. 4841, several taper functions have been studied for the coupling coefficient κ. Therefore, a combination of the taper function and a sink function Sinc (απz / L) that makes the Fourier transform spectrum a square wave will be described. α is a constant. The combined taper functions are listed below. z indicates the light propagation direction.

【0015】シンク・ハミング関数: f(z)=Sinc(3πz/L)[1+0.852cos(2πz/L)] (9) シンク・レイズドコサイン関数: f(z)=Sinc(3πz/L)[1+cos(2πz/L)] (10) シンク・ブラックマン関数: f(z)=Sinc(3πz/L)[1+1.19cos(2πz/L)+0.19cos (4πz/L)] (11) シンク・カイザー関数: f(z)=Sinc(3πz/L)[γ/sinh(γ)]I0 {γ[1−(2z/L)21/2 (12)。Sync Hamming function: f (z) = Sinc (3πz / L) [1 + 0.852 cos (2πz / L)] (9) Sink raised cosine function: f (z) = Sinc (3πz / L) [ 1 + cos (2πz / L)] (10) Sink Blackman function: f (z) = Sinc (3πz / L) [1 + 1.19 cos (2πz / L) + 0.19cos (4πz / L)] (11) Sink Kaiser function: f (z) = Sinc (3πz / L) [γ / sinh (γ)] I 0 {γ [1- (2z / L) 2 ] 1/2 (12).

【0016】ここでI0は、0次の第一種の変形された
ベッセル関数、γはシェーピングパラメータでここでは
10としている。上記のテーパ関数は、結合長Lで正規
化され、以下のように表わされる。 ∫ -L/2 2/Lf(z)dz=l (13) 以上より、結合係数κは以下のように表わされる。 κ(z)=κ0f(z)/L (14)。
Where I0Is a first-order variant of order 0
Bessel function, γ is the shaping parameter, where
It is assumed to be 10. The above taper function is normalized by the bond length L.
And represented as follows: ∫ -L / 2 2 / Lf (z) dz = 1 (13) From the above, the coupling coefficient κ is expressed as follows. κ (z) = κ0f (z) / L (14).

【0017】k0は、結合係数κを相互作用領域にわた
って積分した値である。図5(b)は、シンク・ハミン
グ関数でテーパ化した結合係数κの分布を表わしてい
る。この分布を得るために、デューティ比と周期の変化
を図2から求める。図5(a)は、シンク・ハミング関
数分布を実現するためのグレーティング3のデューティ
比と周期の分布を表わしている。図中の点線は、位相シ
フトした境界であり、斜線部が負の結合係数κの領域で
ある。その結果、図5(b)のようなシンク・ハミング
関数に沿った結合強さκの分布が得られる。位相シフト
した境界で囲まれた領域は、結合係数κが負となる。
K 0 is a value obtained by integrating the coupling coefficient κ over the interaction region. FIG. 5B shows the distribution of the coupling coefficient κ tapered by the sink Hamming function. In order to obtain this distribution, changes in the duty ratio and the period are obtained from FIG. FIG. 5A shows the distribution of the duty ratio and the period of the grating 3 for realizing the distribution of the sink Hamming function. The dotted line in the figure is the phase-shifted boundary, and the shaded area is the region of the negative coupling coefficient κ. As a result, a distribution of the coupling strength κ along the sink Hamming function as shown in FIG. 5B is obtained. In a region surrounded by the phase-shifted boundary, the coupling coefficient κ is negative.

【0018】図6から図9に上記(9)から(12)の
各関数によりテーパを付けたときの透過スペクトルを示
す(片側のみ示す)。構造は図1に示すものである。図
6乃至図9において、点線は、シンク関数と組み合わせ
ない場合で、実線は組み合わせた場合である。いずれ
も、シンク関数と組み合わせない場合と比べて、透過サ
イドローブのさらなる抑圧が図れ、かつ、方形波へ近づ
いている。
FIGS. 6 to 9 show transmission spectra when tapered by the functions (9) to (12) (only one side is shown). The structure is as shown in FIG. In FIGS. 6 to 9, the dotted line indicates the case where no combination with the sync function is performed, and the solid line indicates the case where the combination is performed. In each case, transmission side lobes can be further suppressed as compared with the case where the sink function is not combined, and the waveform approaches a square wave.

【0019】[0019]

【実施例2】本発明による方向性結合器フィルタをGa
As系半導体を用いて作製した例について、図1に沿っ
て説明する。GaAs基板上に、MBE(分子線エピタ
キシー)法により、下から順にAlGaAsクラッド層
6、GaAs(井戸)/AlGaAs(バリア)−多重
量子井戸(MQW)からなる下部導波路1、AlGaA
sクラッド層5、GaAs/AlGaAs−MQWから
なる上部導波路2、AlGaAsグレーティング層7を
成膜する。次いで、フォトマスク露光、反応性イオンビ
ームエッチング(RIBE)により、グレーティング3
を形成した後、CBE(ケミカルビームエピタキシー)
またはLPE(リキッドフェイズエピタキシー)法によ
りAlGaAsクラッド層8を成膜する。ここで用いる
フォトマスクは、コンピュータ制御による電子ビーム露
光により作製されたもので、所望の周期やデューティ比
のグレーティング3を容易に形成できる。
Embodiment 2 A directional coupler filter according to the present invention is Ga
An example manufactured using an As-based semiconductor will be described with reference to FIGS. An AlGaAs cladding layer 6, a lower waveguide 1 composed of GaAs (well) / AlGaAs (barrier) -multiple quantum well (MQW), and an AlGaAs are sequentially formed on a GaAs substrate by MBE (molecular beam epitaxy) from the bottom.
An s cladding layer 5, an upper waveguide 2 made of GaAs / AlGaAs-MQW, and an AlGaAs grating layer 7 are formed. Next, the grating 3 is formed by photomask exposure and reactive ion beam etching (RIBE).
Is formed, and then CBE (Chemical Beam Epitaxy)
Alternatively, the AlGaAs cladding layer 8 is formed by an LPE (liquid phase epitaxy) method. The photomask used here is produced by electron beam exposure under computer control, and can easily form the grating 3 having a desired period and duty ratio.

【0020】本実施例では、シンク・ガウシアン関数f
(z)=Sinc(πz/L)exp[−(2πz/
L)2]による結合係数κのテーパを用いた。下部導波
路1から波長可変光源の光を入力したときの、上部導波
路2からの透過スペクトルを図10に示す。透過サイド
ローブが十分に抑圧されている様子が分かる。
In this embodiment, the sink Gaussian function f
(Z) = Sinc (πz / L) exp [− (2πz /
L) The taper of the coupling coefficient κ according to 2] was used. FIG. 10 shows a transmission spectrum from the upper waveguide 2 when the light of the variable wavelength light source is input from the lower waveguide 1. It can be seen that the transmission side lobe is sufficiently suppressed.

【0021】[0021]

【実施例3】本発明による方向性結合器フィルタを光検
出器と集積化した例を図11に示す。集積化した素子
は、フィルタ領域11と検出器領域12からなり、検出
器領域12においては、上部導波路25の上層にi−G
aAsからなる光吸収層28が形成されている。i−G
aAs層28の下位層は全て、n型で構成されており、
上位層はp型で形成されている。従って、検出器領域1
2において、p−i−nフォトディテクタが構成され
る。
Embodiment 3 FIG. 11 shows an example in which a directional coupler filter according to the present invention is integrated with a photodetector. The integrated device is composed of a filter region 11 and a detector region 12, and in the detector region 12, the i-G
A light absorption layer 28 made of aAs is formed. i-G
The lower layers of the aAs layer 28 are all formed of n-type.
The upper layer is formed of p-type. Therefore, detector area 1
In 2, a pin photodetector is configured.

【0022】作成は、一回目の成長で検出器領域12を
全て成長し、フィルタ領域11のみ、上部導波路25が
露出するまでエッチングを行ない、位相シフト領域を有
するグレーティング26形成後、高抵抗のAlGaAs
クラッド層27を再成長する。この一回目の成長は、基
板21上に、順に、クラッド層22、下部導波路層2
3、クラッド層24、上部導波路層25、光吸収層2
8、クラッド層29、コンタクト層30を積層して行
う。図11において、31はコンタクト層30上のp型
電極、32は基板21裏面上のn型電極である。
In the fabrication, the entire detector region 12 is grown in the first growth, only the filter region 11 is etched until the upper waveguide 25 is exposed, and a grating 26 having a phase shift region is formed. AlGaAs
The cladding layer 27 is regrown. In this first growth, the cladding layer 22 and the lower waveguide layer 2 are sequentially formed on the substrate 21.
3, cladding layer 24, upper waveguide layer 25, light absorbing layer 2
8, the cladding layer 29 and the contact layer 30 are laminated. 11, 31 is a p-type electrode on the contact layer 30, and 32 is an n-type electrode on the back surface of the substrate 21.

【0023】フィルタ領域11の下部導波路23より入
力された光は、所望の波長において、上部導波路25に
結合移行し、検出器領域12の吸収層28に強く結合す
る。他の波長の光は、下部導波路23を伝搬し、検出器
領域12においても、その電界強度分布が吸収層28に
殆ど及んでいない為に、ほとんど吸収されず下部導波路
23を引き続き進む。後段に、グレーティング周期の異
なる図11と同構造の本素子を設けることにより、同時
に複数の波長を検出することも可能である。検出器領域
12においては、必要に応じて、バイアスを印加して周
波数応答の向上を図ることも無論可能である。
At a desired wavelength, light input from the lower waveguide 23 of the filter region 11 is coupled to the upper waveguide 25 and strongly coupled to the absorption layer 28 of the detector region 12. Light of other wavelengths propagates through the lower waveguide 23, and in the detector region 12, since the electric field intensity distribution hardly reaches the absorption layer 28, the light is hardly absorbed and continues to travel through the lower waveguide 23. By providing this element having the same structure as that of FIG. 11 having a different grating period at the subsequent stage, it is possible to simultaneously detect a plurality of wavelengths. In the detector region 12, it is of course possible to improve the frequency response by applying a bias as necessary.

【0024】[0024]

【実施例4】本方向性結合器フィルタを、光増幅器もし
くはアクティブな光フィルタから生じる自然放出光のカ
ットフィルタとして用いることも可能である。本素子に
よれば、半導体からなる光増幅器やアクティブ光フィル
タと同一基板上で集積することも容易で、有効なノイズ
カットフィルタとなる。
Embodiment 4 The present directional coupler filter can be used as a cut filter for a spontaneous emission light generated from an optical amplifier or an active optical filter. According to this element, it is easy to integrate the semiconductor optical amplifier and the active optical filter on the same substrate, and it becomes an effective noise cut filter.

【0025】図12はその例である。図11と同一機能
部には同一の番号を付してある。中央部の光増幅器13
の活性層38はフィルタ領域11の上部導波路25と一
致している。前段のフィルタ領域11で、使用増幅帯域
の波長のみが下部導波路23から上部導波路25へ移行
され、閾値より若干小さい電流が注入されている光増幅
器13で増幅を受け、後段のフィルタ領域11で、再び
下部導波路23へ戻り出力される。したがって、他の光
増幅器で発生した雑音光を、本素子の光増幅器13に入
る事前にカットすることが出来、さらに、自ら発生した
雑音光を出力光として漏らすことがなくなる。以上の動
作は、半導体光増幅器を多段接続したときに極めて有効
となる。
FIG. 12 shows an example. The same numbers are assigned to the same functional units as in FIG. Optical amplifier 13 in the center
Of the active layer 38 coincides with the upper waveguide 25 of the filter region 11. In the first-stage filter region 11, only the wavelength of the used amplification band is shifted from the lower waveguide 23 to the upper waveguide 25, and is amplified by the optical amplifier 13 into which a current slightly smaller than the threshold is injected. Then, the light is returned to the lower waveguide 23 again and output. Therefore, noise light generated by another optical amplifier can be cut before entering the optical amplifier 13 of the present element, and the noise light generated by itself does not leak as output light. The above operation is extremely effective when semiconductor optical amplifiers are connected in multiple stages.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、複数導波路間で導波モ
ードの結合を生じさせるグレーティングの位相シフトに
より、複数導波路間の結合係数の負値化が可能であるた
め、結合係数に分布をつけるテーパ関数の適用自由度を
拡げることができる。そのため、効果的な透過サイドロ
ーブ抑圧が図れ、さらに、フィルタ透過スペクトルをよ
り理想的な方形波に近付けることも可能となる。
According to the present invention, the coupling coefficient between the plurality of waveguides can be made negative by the phase shift of the grating which causes the coupling of the waveguide mode between the plurality of waveguides. The degree of freedom of applying the taper function for giving a distribution can be expanded. Therefore, effective transmission side lobe suppression can be achieved, and the filter transmission spectrum can be made closer to a more ideal square wave.

【0027】また、本発明による方向性結合器フィルタ
は、結合係数の設計が容易で、チャネル(導波路)間隔
やクロストーク抑圧比の仕様に広く応じることができ
る。さらには、光検出器、光増幅器等、他の素子との集
積化においても、極めて好適であり、現在及び今後の光
情報伝送システム、光通信システム、光LAN、光コン
ピューティング、光記録、光交換などに広く応用するこ
とが可能である。
Further, the directional coupler filter according to the present invention can easily design a coupling coefficient, and can widely conform to the specifications of the channel (waveguide) interval and the crosstalk suppression ratio. Further, it is extremely suitable for integration with other elements such as a photodetector, an optical amplifier, etc., and present and future optical information transmission systems, optical communication systems, optical LANs, optical computing, optical recording, optical recording, and the like. It can be widely applied to exchange and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による方向性結合器フィルタの動作原理
を説明する図。
FIG. 1 is a diagram illustrating the operation principle of a directional coupler filter according to the present invention.

【図2】グレーティングのデューティ比、周期と結合係
数の関係を表す図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a duty ratio and a period of a grating and a coupling coefficient.

【図3】本発明による方向性結合器フィルタの解析方法
を説明する図。
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of analyzing a directional coupler filter according to the present invention.

【図4】本発明による方向性結合器フィルタ内でのグレ
ーティングの位相シフトの原理について説明する図。
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of the phase shift of the grating in the directional coupler filter according to the present invention.

【図5】グレーティングのデューティ比および周期の分
布と、それによる結合の強さの分布を説明する図。
FIG. 5 is a diagram illustrating a distribution of a duty ratio and a period of a grating and a distribution of a coupling strength based on the distribution.

【図6】シンク・ハミング関数で結合係数をテーパ化し
たときの透過レスポンスを表す図。
FIG. 6 is a diagram illustrating a transmission response when a coupling coefficient is tapered by a sink Hamming function.

【図7】シンク・レイズドコサイン関数で結合係数をテ
ーパ化したときの透過レスポンスを表す図。
FIG. 7 is a diagram illustrating a transmission response when a coupling coefficient is tapered by a sync raised cosine function.

【図8】シンク・ブラックマン関数で結合係数をテーパ
化したときの透過レスポンスを表す図。
FIG. 8 is a diagram illustrating a transmission response when a coupling coefficient is tapered by a Synch Blackman function.

【図9】シンク・カイザー関数で結合係数をテーパ化し
たときの透過レスポンスを表す図。
FIG. 9 is a diagram illustrating a transmission response when a coupling coefficient is tapered by a Synch Kaiser function.

【図10】シンク・ガウシアン関数で結合係数をテーパ
化したときの透過レスポンスを表す図。
FIG. 10 is a diagram illustrating a transmission response when a coupling coefficient is tapered by a sink-Gaussian function.

【図11】本発明による方向性結合器フィルタと光検出
器を集積化した実施例を説明する図。
FIG. 11 is a diagram illustrating an embodiment in which a directional coupler filter and a photodetector according to the present invention are integrated.

【図12】本発明による方向性結合器フィルタと光増幅
器を集積化した実施例を説明する図。
FIG. 12 is a diagram illustrating an embodiment in which a directional coupler filter and an optical amplifier according to the present invention are integrated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,23 下部導波路 2,25 上部導波路 3,26 グレーティング 5,6,8,22,24,29 クラッド層 7 グレーティング層 11 フィルタ領域 12 検出噐領域 13 光増幅器 21 基板 27 高抵抗クラッド層 28 光吸収層 30 コンタクト層 31,32 電極 38 活性層 1, 23 Lower waveguide 2, 25 Upper waveguide 3, 26 Grating 5, 6, 8, 22, 24, 29 Cladding layer 7 Grating layer 11 Filter region 12 Detector region 13 Optical amplifier 21 Substrate 27 High resistance cladding layer 28 Light absorbing layer 30 Contact layer 31, 32 Electrode 38 Active layer

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 グレーティングを用いて波長選択を行な
う方向性結合器フィルタに於いて、グレーティングのデ
ューティ比が結合領域にわたって、テーパ状に変化して
いて、且つ、グレーティングの位相が途中少なくとも1
か所でシフトしていることを特徴とする方向性結合器フ
ィルタ。
In a directional coupler filter for selecting a wavelength using a grating, the duty ratio of the grating changes in a tapered shape over a coupling region, and the phase of the grating is at least one in the middle.
A directional coupler filter characterized by being shifted in places.
【請求項2】 グレーティングのデューティ比の変化に
合わせて、周期自体も変化していることを特徴とする請
求項1記載の方向性結合器フィルタ。
2. The directional coupler filter according to claim 1, wherein the period itself changes in accordance with a change in the duty ratio of the grating.
【請求項3】 積層された半導体の導波路からなること
を特徴とする請求項1記載の方向性結合器フィルタ。
3. The directional coupler filter according to claim 1, wherein the directional coupler filter comprises a semiconductor waveguide laminated.
【請求項4】 光検出器と集積化されたことを特徴とす
る請求項1記載の方向性結合器フィルタ。
4. The directional coupler filter according to claim 1, wherein the filter is integrated with a photodetector.
【請求項5】 光増幅器と集積化されたことを特徴とす
る請求項1記載の方向性結合器フィルタ。
5. The directional coupler filter according to claim 1, wherein the directional coupler filter is integrated with an optical amplifier.
【請求項6】 下部導波路とクラッド層と上部導波路か
らなり、下部及び上部導波路及びその周辺領域のいずれ
かにグレーティングが形成されていることを特徴とする
請求項1記載の方向性結合器フィルタ。
6. The directional coupling according to claim 1, comprising a lower waveguide, a cladding layer, and an upper waveguide, wherein a grating is formed in one of the lower and upper waveguides and a peripheral region thereof. Filter.
【請求項7】 光検出器がp−i−n構造を有すること
を特徴とする請求項5記載の方向性結合器フィルタ。
7. The directional coupler filter according to claim 5, wherein the photodetector has a pin structure.
【請求項8】 光増幅器が半導体レーザ構造を有するこ
とを特徴とする請求項5記載の方向性結合器フィルタ。
8. The directional coupler filter according to claim 5, wherein the optical amplifier has a semiconductor laser structure.
【請求項9】 グレーティングのデューティ比が、シン
ク・ハミング関数、シンク・レイズドコサイン関数、シ
ンク・ブラックマン関数、シンク・カイザー関数、シン
ク・ガウシアン関数のいずれかに従ってテーパ状に変化
していることを特徴とする請求項1記載の方向性結合器
フィルタ。
9. The method according to claim 1, wherein the duty ratio of the grating is tapered in accordance with one of a sync Hamming function, a sync raised cosine function, a sync blackman function, a sync Kaiser function, and a sync Gaussian function. The directional coupler filter according to claim 1, wherein:
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