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JP2016180867A - Optical element, mach-zehnder wavelength filter and ring resonator - Google Patents

Optical element, mach-zehnder wavelength filter and ring resonator Download PDF

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JP2016180867A JP2015060959A JP2015060959A JP2016180867A JP 2016180867 A JP2016180867 A JP 2016180867A JP 2015060959 A JP2015060959 A JP 2015060959A JP 2015060959 A JP2015060959 A JP 2015060959A JP 2016180867 A JP2016180867 A JP 2016180867A
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optical element
unit
light
coupling
optical
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秀彰 岡山
Hideaki Okayama
秀彰 岡山
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Oki Electric Industry Co Ltd
Photonics Electronics Technology Research Association
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Oki Electric Industry Co Ltd
Photonics Electronics Technology Research Association
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element applicable as a coupler in a wavelength filter or the like and less likely influenced by fabrication errors, in which a branch ratio can be arbitrarily set.SOLUTION: The optical element includes an optical waveguide core 30 in which a first coupling part 40 having a 3 dB branch ratio, a phase shift part 50, and a second coupling part 60 having a 3 dB branch ratio are connected in series in this order. The first coupling part 40 branches input light into two beams and transmits the light to the phase shift part 50. The phase shift part 50 imparts a phase difference to the light branched into two beams by the first coupling part 40 and transmits the light to the second coupling part 60. The second coupling part 60 allows the light from the phase shift part 50 to interfere and branches the interfered light in a branch ratio depending on the phase difference to output.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、例えば波長フィルタ等において、カプラとして利用可能な光学素子に関する。   The present invention relates to an optical element that can be used as a coupler in, for example, a wavelength filter.

近年、小型化や量産性に有利な光デバイスの開発に当たり、Si(シリコン)を細線導波路の材料として用いるSi細線導波路が注目を集めている。   In recent years, Si wire waveguides that use Si (silicon) as a material for thin wire waveguides have attracted attention in developing optical devices that are advantageous for miniaturization and mass productivity.

Si細線導波路では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Siを材料として形成する。そして、Siよりも屈折率の低い例えばシリカ等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば1μm程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。   In the Si thin wire waveguide, an optical waveguide core that substantially becomes a light transmission path is formed using Si as a material. Then, the periphery of the optical waveguide core is covered with a clad made of, for example, silica having a refractive index lower than that of Si. With such a configuration, the refractive index difference between the optical waveguide core and the clad becomes extremely large, so that light can be strongly confined in the optical waveguide core. As a result, a small curved waveguide having a bending radius reduced to, for example, about 1 μm can be realized. Therefore, it is possible to create an optical circuit having a size comparable to that of an electronic circuit, which is advantageous for downsizing the entire optical device.

また、Si細線導波路では、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の半導体装置の製造過程を流用することが可能である。そのため、チップ上に電子機能回路と光機能回路とを一括形成する光電融合(シリコンフォトニクス)の実現が期待されている。   In addition, in the Si wire waveguide, it is possible to divert the manufacturing process of a semiconductor device such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Therefore, realization of photoelectric fusion (silicon photonics) in which electronic functional circuits and optical functional circuits are collectively formed on a chip is expected.

ところで、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplex)方式を利用した受動型光加入者ネットワーク(PON:Passive Optical Network)では、加入者側装置(ONU:Optical Network Unit)毎に異なる受信波長が割り当てられる。局側装置(OLT:Optical Line Terminal)は、各ONUへの下り光信号を、送り先の受信波長に対応した送信波長でそれぞれ生成し、これらを多重して送信する。各ONUは、複数の波長で多重された下り光信号から、自身に割り当てられた受信波長の光信号を選択的に受信する。ONUでは、各々の受信波長の下り光信号を選択的に受信するために、例えば特定の波長を分離する波長フィルタとしての機能が付与された光学素子(以下、波長フィルタとも称する)が使用される。そして、この波長フィルタを、上述したSi細線導波路によって構成する技術が実現されている。   By the way, in a passive optical network (PON) using a wavelength division multiplexing (WDM) system, different reception wavelengths are assigned to each subscriber side device (ONU: Optical Network Unit). . A station side device (OLT: Optical Line Terminal) generates a downstream optical signal to each ONU at a transmission wavelength corresponding to a reception wavelength of a destination, and multiplexes and transmits them. Each ONU selectively receives an optical signal having a reception wavelength allocated to itself from downstream optical signals multiplexed at a plurality of wavelengths. In the ONU, in order to selectively receive the downstream optical signal of each reception wavelength, for example, an optical element (hereinafter also referred to as a wavelength filter) provided with a function as a wavelength filter for separating a specific wavelength is used. . And the technique which comprises this wavelength filter by the Si thin wire | line waveguide mentioned above is implement | achieved.

Si細線導波路を用いる波長フィルタとしては、例えば、光の干渉現象を利用する波長フィルタがある(例えば特許文献1及び2並びに非特許文献1及び2参照)。干渉現象を利用する波長フィルタの中で、マッハツェンダ型の波長フィルタが広く使用されている。   As a wavelength filter using a Si thin wire waveguide, for example, there is a wavelength filter using an optical interference phenomenon (see, for example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 and 2). Among wavelength filters that use the interference phenomenon, Mach-Zehnder type wavelength filters are widely used.

マッハツェンダ型波長フィルタは、例えばカプラと、カプラに接続された、互いに光路長の異なる2つのアームとを含んで構成される。マッハツェンダ型の波長フィルタでは、カプラにおいて2分岐した光を、2つのアームに入力する。そして、これら2つのアームから出力される光を合波し干渉させる。その結果、2つのアームの光路長差に応じた波長の光を取り出すことができる。さらに、このようなマッハツェンダ型波長フィルタを複数接続することによって、取り出す光の波長帯域を広くとることができる。   The Mach-Zehnder type wavelength filter includes, for example, a coupler and two arms connected to the coupler and having different optical path lengths. In the Mach-Zehnder type wavelength filter, light branched into two at the coupler is input to two arms. Then, the lights output from these two arms are combined and interfered. As a result, light having a wavelength corresponding to the difference in optical path length between the two arms can be extracted. Furthermore, by connecting a plurality of such Mach-Zehnder type wavelength filters, the wavelength band of the extracted light can be widened.

上述したカプラとしては、例えば方向性結合器や多モード干渉(MMI:Multi Mode Interference)カプラを用いることができる。   As the above-described coupler, for example, a directional coupler or a multimode interference (MMI) coupler can be used.

特開2009−198914号公報JP 2009-198914 A 特開2003−149472号公報JP 2003-149472 A

Technical digest OFC/NFOEC 2010, paper OWJ3, 2010年3月Technical digest OFC / NFOEC 2010, paper OWJ3, March 2010 Journal of Selected Areas in Quantum Electronics, vol. 16, p. 33, 2010Journal of Selected Areas in Quantum Electronics, vol. 16, p. 33, 2010

方向性結合器は、互いに離間しかつ並んで配置された2つの光導波路コアを備えて構成される。そして、方向性結合器では、これら2つの光導波路コアの結合長を適宜変更することによって、任意の分岐比を設定することができる。そのため、方向性結合器には、分岐比を所望の値に設定しやすいという利点がある。   The directional coupler includes two optical waveguide cores that are spaced apart from each other and arranged side by side. In the directional coupler, an arbitrary branching ratio can be set by appropriately changing the coupling length of these two optical waveguide cores. Therefore, the directional coupler has an advantage that the branching ratio can be easily set to a desired value.

しかしながら、方向性結合器には、作製誤差の影響を受けやすいという欠点がある。そのため、方向性結合器では、作製誤差に起因して、所望の分岐比からのずれが生じやすい。従って、マッハツェンダ型の波長フィルタのカプラとして方向性結合器を用いた場合、所望の波長の光を高い消光比で取り出すことが難しい。   However, the directional coupler has a drawback that it is easily affected by manufacturing errors. Therefore, in the directional coupler, deviation from a desired branching ratio is likely to occur due to manufacturing errors. Therefore, when a directional coupler is used as a coupler of a Mach-Zehnder type wavelength filter, it is difficult to extract light having a desired wavelength with a high extinction ratio.

一方、MMIカプラには、方向性結合器と比べて、作製誤差の影響を受けにくいという利点がある。しかしながら、MMIカプラでは、分岐比を3dBとする場合を除き、任意の分岐比に設定することが設計上困難である。   On the other hand, the MMI coupler has an advantage that it is less susceptible to manufacturing errors than the directional coupler. However, with an MMI coupler, it is difficult to design an arbitrary branching ratio except when the branching ratio is 3 dB.

そこで、この発明の目的は、例えばマッハツェンダ型の波長フィルタ等において、カプラとして利用可能な光学素子であって、作製誤差の影響を受けにくく、かつ任意に分岐比を設定可能な光学素子を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical element that can be used as a coupler in, for example, a Mach-Zehnder type wavelength filter, and that is hardly affected by manufacturing errors and that can arbitrarily set a branching ratio. There is.

発明者は鋭意研究した結果、それぞれ上述したMMIカプラ又は方向性結合器として構成された2つの結合部と、これらの間を接続する移相部とで光学素子を構成することによって、作製誤差の影響を受けにくく、かつ分岐比を任意に設定可能な光学素子を構成できることを見出した。そこで、上述した課題を解決するために、この発明による光学素子は、以下の特徴を備えている。   As a result of intensive research, the inventor has constructed an optical element with two coupling portions each configured as the above-described MMI coupler or directional coupler and a phase shift portion connecting between them, thereby reducing manufacturing errors. It has been found that an optical element that is not easily affected and that can arbitrarily set the branching ratio can be configured. In order to solve the above-described problems, the optical element according to the present invention has the following features.

この発明の光学素子は、3dBの分岐比を有する第1結合部と、移相部と、3dBの分岐比を有する第2結合部とが、この順に直列に接続された光導波路コアを備える。第1結合部は、入力される光を2分岐して移相部に送る。移相部は、第1結合部で2分岐された光に位相差を与えて第2結合部に送る。第2結合部は、移相部から送られる光を干渉させ、及び干渉させた光を位相差に応じた分岐比で分岐して出力する。   The optical element of the present invention includes an optical waveguide core in which a first coupling portion having a branch ratio of 3 dB, a phase shift portion, and a second coupling portion having a branch ratio of 3 dB are connected in series in this order. The first coupling unit splits the input light into two and sends it to the phase shift unit. The phase shift unit gives a phase difference to the light branched into two at the first coupling unit and sends the light to the second coupling unit. The second coupling unit causes the light transmitted from the phase shift unit to interfere, and branches the interfered light at a branching ratio corresponding to the phase difference and outputs the branched light.

この発明の光学素子では、第1結合部で分岐された光に位相差を与える。その結果、第2結合部で干渉される光は、移相部で与えられる位相差に応じた分岐比で出力される。従って、この発明の光学素子では、移相部が与える位相差を適宜調整することによって、第2結合部からの出力光の分岐比を任意に設定することができる。   In the optical element of the present invention, a phase difference is given to the light branched by the first coupling portion. As a result, the light interfered by the second coupling unit is output at a branching ratio corresponding to the phase difference given by the phase shift unit. Therefore, in the optical element of the present invention, the branching ratio of the output light from the second coupling unit can be arbitrarily set by appropriately adjusting the phase difference given by the phase shift unit.

また、この発明の光学素子では、作製誤差の影響を低減することができる。この作製誤差の影響については、後に詳細に説明する。   Further, in the optical element of the present invention, the influence of manufacturing errors can be reduced. The effect of this manufacturing error will be described in detail later.

(A)及び(B)は、この発明の光学素子の概略図である。(A) And (B) is the schematic of the optical element of this invention. この発明の光学素子を利用したマッハツェンダ型波長フィルタの概略図である。It is the schematic of the Mach-Zehnder type | mold wavelength filter using the optical element of this invention. この発明の光学素子を利用したマッハツェンダ型波長フィルタの概略図である。It is the schematic of the Mach-Zehnder type | mold wavelength filter using the optical element of this invention. この発明の光学素子を利用したマッハツェンダ型波長フィルタの特性を評価する図である。It is a figure which evaluates the characteristic of the Mach-Zehnder type | mold wavelength filter using the optical element of this invention. この発明の光学素子を利用したリング共振器の概略図である。It is the schematic of the ring resonator using the optical element of this invention.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape, size, and arrangement relationship of each component are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the material and numerical conditions of each component are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

(光学素子)
図1を参照して、この発明の実施の形態による光学素子について説明する。図1(A)は、光学素子を示す概略的平面図である。図1(B)は、図1(A)に示す光学素子をI−I線で切り取った概略的端面図である。なお、図1(A)では、後述する光導波路コアのみを示してあり、クラッド層及び支持基板を省略している。
(Optical element)
An optical element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic plan view showing an optical element. FIG. 1B is a schematic end view of the optical element shown in FIG. In FIG. 1A, only the optical waveguide core described later is shown, and the cladding layer and the support substrate are omitted.

なお、図1(A)において、光の概略的な伝搬方向を矢印Rで示す。光は逆過程が成り立つので、光の伝搬方向は矢印Rに限定されない。また、以下の説明では、支持基板の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。また、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。   Note that, in FIG. 1A, a rough propagation direction of light is indicated by an arrow R. Since the reverse process holds for light, the light propagation direction is not limited to the arrow R. In the following description, the direction along the thickness of the support substrate is defined as the thickness direction. The direction along the light propagation direction is the length direction. Moreover, let the direction orthogonal to a length direction and a thickness direction be a width direction.

光学素子100は、支持基板10、クラッド層20及び光導波路コア30を備えて構成されている。   The optical element 100 includes a support substrate 10, a clad layer 20, and an optical waveguide core 30.

支持基板10は、例えば単結晶Siを材料とした平板状体で構成されている。   The support substrate 10 is composed of a flat plate made of, for example, single crystal Si.

クラッド層20は、支持基板10上に、支持基板10の上面10aを被覆し、かつ光導波路コア30を包含して形成されている。クラッド層20は、例えばSiOを材料として形成されている。 The clad layer 20 is formed on the support substrate 10 so as to cover the upper surface 10 a of the support substrate 10 and include the optical waveguide core 30. The clad layer 20 is formed using, for example, SiO 2 as a material.

光導波路コア30は、クラッド層20よりも高い屈折率を有する例えばSiを材料として形成されている。その結果、光導波路コア30は、実質的な光の伝送路として機能し、入力された光が光導波路コアの平面形状に応じた伝播方向に伝播する。また、光導波路コア30は、伝播する光が支持基板10へ逃げるのを防止するために、支持基板10から例えば少なくとも1〜3μm程度の範囲内の距離で離間して形成されているのが好ましい。   The optical waveguide core 30 is made of, for example, Si having a refractive index higher than that of the cladding layer 20. As a result, the optical waveguide core 30 functions as a substantial light transmission path, and the input light propagates in the propagation direction according to the planar shape of the optical waveguide core. Further, the optical waveguide core 30 is preferably formed away from the support substrate 10 by a distance in the range of, for example, at least about 1 to 3 μm in order to prevent the propagating light from escaping to the support substrate 10. .

また、光導波路コア30は、第1結合部40、移相部50及び第2結合部60がこの順に直列に接続されて構成されている。   Further, the optical waveguide core 30 is configured by connecting the first coupling portion 40, the phase shift portion 50, and the second coupling portion 60 in series in this order.

第1結合部40は、3dBの分岐比を有するMMIカプラとして構成されている。第1結合部40は、MMI部45、MMI部45の一端45aに並列に設けられた第1及び第2入出力部41及び42、並びにMMI部45の他端45bに並列に設けられた第3及び第4入出力部43及び44を含んでいる。ここでは、第1及び第2入出力部41及び42を入力ポートとして、また、第3及び第4入出力部43及び44を出力ポートとして利用する。   The first coupling unit 40 is configured as an MMI coupler having a branch ratio of 3 dB. The first coupling unit 40 includes an MMI unit 45, first and second input / output units 41 and 42 provided in parallel to one end 45a of the MMI unit 45, and a second input unit 45b provided in parallel to the other end 45b of the MMI unit 45. 3 and fourth input / output units 43 and 44. Here, the first and second input / output units 41 and 42 are used as input ports, and the third and fourth input / output units 43 and 44 are used as output ports.

ここでは、第1結合部40の第1又は第2入出力部41又は42から入力される光が、第1結合部40、移相部50及び第2結合部60の順に伝播する場合について説明する。   Here, a case where light input from the first or second input / output unit 41 or 42 of the first coupling unit 40 propagates in the order of the first coupling unit 40, the phase shift unit 50, and the second coupling unit 60 will be described. To do.

MMI部45は、複数の次数モードを伝播させる多モード導波路として構成されている。MMI部45は、第1又は第2入出力部41又は42から入力される光を、モード間干渉させることによって2分岐する。そして、MMI部45は、2分岐した光の一方を第3入出力部43に送り、他方を第4入出力部44に送る。MMI部45における光の分岐比は、MMI部45の長さに応じて設定することができる。   The MMI unit 45 is configured as a multimode waveguide that propagates a plurality of order modes. The MMI unit 45 splits the light input from the first or second input / output unit 41 or 42 into two by causing intermode interference. Then, the MMI unit 45 sends one of the two branched lights to the third input / output unit 43 and sends the other to the fourth input / output unit 44. The light branching ratio in the MMI unit 45 can be set according to the length of the MMI unit 45.

しかし、MMI部45は、分岐比を3dBとする場合を除き、任意の分岐比に設定することが設計上困難である。そこで、この実施の形態では、設計容易に得られる分岐比として、分岐比が3dB(すなわち光の強度比にして1:1)となるように、MMI部45の長さを設計する。   However, it is difficult to design the MMI unit 45 to an arbitrary branching ratio except when the branching ratio is 3 dB. Therefore, in this embodiment, the length of the MMI unit 45 is designed so that the branching ratio that can be easily designed is 3 dB (that is, the light intensity ratio is 1: 1).

また、干渉させるモード間の等価屈折率差が、TE(Transverse Electric)偏波とTM(Transverse Magnetic)偏波とで一致するように、MMI部45の幅が設計される。その結果、第1結合部40は、入力された光を偏波無依存で分岐することができる。   In addition, the width of the MMI unit 45 is designed so that the equivalent refractive index difference between the modes to be interfered matches between the TE (Transverse Electric) polarization and the TM (Transverse Magnetic) polarization. As a result, the first coupling unit 40 can branch the input light without depending on the polarization.

また、第1及び第2入出力部41及び42は、MMI部45の一端45aに向かうにつれて幅が連続的に拡大するように設計されている。第1及び第2入出力部41及び42は、入力される光の複数の次数モードを励起して、MMI部45に入力する。第1及び第2入出力部41及び42が励起するモードは、MMI部45で干渉されるモードに対応して設定される。   The first and second input / output units 41 and 42 are designed so that the width continuously increases toward the one end 45a of the MMI unit 45. The first and second input / output units 41 and 42 excite a plurality of order modes of input light and input them to the MMI unit 45. The mode excited by the first and second input / output units 41 and 42 is set corresponding to the mode interfered by the MMI unit 45.

また、第3及び第4入出力部43及び44は、MMI部45の他端45bから離れるにつれて幅が連続的に縮小するように設計されている。第3及び第4入出力部43及び44は、MMI部45で2分岐された光を移相部50にそれぞれ送る。   Further, the third and fourth input / output units 43 and 44 are designed such that the width continuously decreases as the distance from the other end 45b of the MMI unit 45 increases. The third and fourth input / output units 43 and 44 send the light branched into two by the MMI unit 45 to the phase shift unit 50, respectively.

移相部50は、第1アーム51及び第2アーム52を含んでいる。第1アーム51及び第2アーム52は、第1結合部40と後述する第2結合部60との間を接続する。図1の構成例では、第1アーム51は、一端51a側で第1結合部40の第3入出力部43と、及び他端51b側で第2結合部60の第1結合導波路部61と接続されている。また、第2アーム52は、一端52a側で第1結合部40の第4入出力部44と、及び他端52b側で第2結合部60の第2結合導波路部62と接続されている。そして、第1アーム51は、第3入出力部43から送られる光を第1結合導波路部61に送る。また、第2アーム52は、第4入出力部44から送られる光を第2結合導波路部62に送る。   The phase shift unit 50 includes a first arm 51 and a second arm 52. The 1st arm 51 and the 2nd arm 52 connect between the 1st coupling part 40 and the 2nd coupling part 60 mentioned below. In the configuration example of FIG. 1, the first arm 51 includes a third input / output unit 43 of the first coupling unit 40 on one end 51a side, and a first coupling waveguide unit 61 of the second coupling unit 60 on the other end 51b side. Connected with. The second arm 52 is connected to the fourth input / output unit 44 of the first coupling unit 40 on the one end 52a side and to the second coupling waveguide unit 62 of the second coupling unit 60 on the other end 52b side. . Then, the first arm 51 sends the light sent from the third input / output unit 43 to the first coupling waveguide unit 61. Further, the second arm 52 sends the light sent from the fourth input / output unit 44 to the second coupled waveguide unit 62.

第1アーム51及び第2アーム52は、互いに異なる光路長を有している。従って、第1アーム51を伝播する光と、第2アーム52を伝播する光とには、第1アーム51及び第2アーム52間の光路長に応じた位相差が生じる。   The first arm 51 and the second arm 52 have different optical path lengths. Therefore, a phase difference corresponding to the optical path length between the first arm 51 and the second arm 52 is generated between the light propagating through the first arm 51 and the light propagating through the second arm 52.

また、第1アーム51及び第2アーム52の幅は、伝播するTE偏波及びTM偏波の等価屈折率が一致するように設計される。その結果、移相部50では、TE偏波及びTM偏波に対して、共通の位相差を与えることができる。   The widths of the first arm 51 and the second arm 52 are designed so that the equivalent refractive indexes of the propagating TE polarization and the TM polarization coincide. As a result, the phase shifter 50 can give a common phase difference to the TE polarized wave and the TM polarized wave.

第2結合部60は、第1結合導波路部61及び第2結合導波路部62を含んでいる。   The second coupling unit 60 includes a first coupling waveguide unit 61 and a second coupling waveguide unit 62.

第1結合導波路部61及び第2結合導波路部62は、互いに離間しかつ並んで配置されている。第1結合導波路部61及び第2結合導波路部62は、等しい幅及び長さで形成されている。そして、第1結合導波路部61の一端61a及び第2結合導波路部62の一端62aの面位置が一致し、かつ第1結合導波路部61の他端61b及び第2結合導波路部62の他端62bの面位置が一致するように設計されている。   The first coupling waveguide section 61 and the second coupling waveguide section 62 are arranged apart from each other and side by side. The first coupled waveguide section 61 and the second coupled waveguide section 62 are formed with an equal width and length. The surface positions of the one end 61a of the first coupling waveguide section 61 and the one end 62a of the second coupling waveguide section 62 coincide, and the other end 61b of the first coupling waveguide section 61 and the second coupling waveguide section 62 are aligned. The other end 62b is designed so that the surface positions thereof coincide.

第1結合導波路部61及び第2結合導波路部62の長さは、完全結合長の1/2に設計されている。その結果、第1結合導波路部61及び第2結合導波路部62は、3dBの分岐比を有する方向性結合器を構成する。なお、完全結合長とは、第1結合導波路部61及び第2結合導波路部62の一方に入力された光が、100%他方に移行する結合長である。   The lengths of the first coupling waveguide section 61 and the second coupling waveguide section 62 are designed to be ½ of the complete coupling length. As a result, the first coupling waveguide section 61 and the second coupling waveguide section 62 constitute a directional coupler having a branching ratio of 3 dB. The complete coupling length is a coupling length at which light input to one of the first coupling waveguide section 61 and the second coupling waveguide section 62 moves to the other 100%.

また、第1結合導波路部61及び第2結合導波路部62の幅、及び第1結合導波路部61と第2結合導波路部62との離間距離は、伝播するTE偏波及びTM偏波の等価屈折率が一致するように設計される。その結果、第2結合部60では、TE偏波及びTM偏波に対して、共通の分岐比を与えることができる。   In addition, the width of the first coupled waveguide section 61 and the second coupled waveguide section 62 and the separation distance between the first coupled waveguide section 61 and the second coupled waveguide section 62 are determined by the propagating TE polarization and TM polarization. It is designed so that the equivalent refractive indices of the waves match. As a result, the second coupling unit 60 can give a common branching ratio to the TE polarization and the TM polarization.

光学素子100では、第1又は第2入出力部41又は42から入力される光が、第1結合部40において、強度比にして1:1で2分岐される。分岐された光の一方は移相部50の第1アーム51に入力され、他方は第2アーム52に入力される。第1アーム51及び第2アーム52を経た光は、第2結合部60の第1結合導波路部61及び第2結合導波路部62に入力されて干渉される。   In the optical element 100, the light input from the first or second input / output unit 41 or 42 is branched into two at the first coupling unit 40 with an intensity ratio of 1: 1. One of the branched lights is input to the first arm 51 of the phase shift unit 50, and the other is input to the second arm 52. The light that has passed through the first arm 51 and the second arm 52 is input to the first coupling waveguide section 61 and the second coupling waveguide section 62 of the second coupling section 60 and interferes therewith.

上述したように、第2結合部60は、単体としては3dBの分岐比を有している。しかし、この光学素子100では、第1アーム51から第1結合導波路部61に入力される光と、第2アーム52から第2結合導波路部62に入力される光とに、移相部50において位相差が与えられる。その結果、第2結合部60で干渉される光は、移相部50で与えられる位相差に応じた分岐比で、第1結合導波路部61及び第2結合導波路部62から出力される。そして、光学素子100では、第1アーム51を伝播する光と第2アーム52を伝播する光とに与える位相差を適宜調整することによって、第2結合部60からの出力光の分岐比を任意に設定することができる。   As described above, the second coupling portion 60 has a branching ratio of 3 dB as a single unit. However, in this optical element 100, the phase shift unit converts the light input from the first arm 51 into the first coupling waveguide unit 61 and the light input from the second arm 52 into the second coupling waveguide unit 62. At 50, a phase difference is given. As a result, the light interfered by the second coupling unit 60 is output from the first coupling waveguide unit 61 and the second coupling waveguide unit 62 with a branching ratio corresponding to the phase difference given by the phase shift unit 50. . In the optical element 100, the branching ratio of the output light from the second coupling unit 60 is arbitrarily adjusted by appropriately adjusting the phase difference given to the light propagating through the first arm 51 and the light propagating through the second arm 52. Can be set to

また、光学素子100では、第2結合部60として、作製誤差の影響を受けやすい方向性結合器を用いても、光学素子100全体への作製誤差の影響を低減することができる。光学素子100への作製誤差の影響をについて、以下に説明する。   In the optical element 100, even if a directional coupler that is easily affected by manufacturing errors is used as the second coupling unit 60, the influence of manufacturing errors on the entire optical element 100 can be reduced. The influence of manufacturing errors on the optical element 100 will be described below.

第1結合部40の伝達マトリックスMは、下式(1)で与えられる。なお、上述したように、第1結合部40の分岐比は3dBに設定されているので、振幅分岐比は1/√2である。 Transfer matrix M 1 of the first coupling portion 40 is given by the following equation (1). As described above, since the branching ratio of the first coupling unit 40 is set to 3 dB, the amplitude branching ratio is 1 / √2.

Figure 2016180867
Figure 2016180867

移相部50の伝達マトリックスMは、下式(2)で与えられる。φは、第1アーム51と第2アーム52との間で生じる位相差の1/2を表している。 Transfer matrix M 2 of the phase shift unit 50 is given by the following equation (2). φ represents ½ of the phase difference generated between the first arm 51 and the second arm 52.

Figure 2016180867
Figure 2016180867

第2結合部60の伝達マトリックスMは、下式(3)で与えられる。上述したように、第2結合部60の分岐比は3dBに設定されている。しかし、第2結合部60として方向性結合器を用いるため、作製誤差の影響によって、分岐比に変動を生じやすい。そこで、下式(3)では、第2結合部60の振幅分岐比を、作製誤差による変動が生じた比であって、入力光に対する割合としてa及びbで表す。また、jは虚数単位を表す。 Transfer matrix M 3 of the second coupling portion 60 is given by the following equation (3). As described above, the branching ratio of the second coupling unit 60 is set to 3 dB. However, since a directional coupler is used as the second coupling unit 60, the branching ratio is likely to vary due to the influence of manufacturing errors. Therefore, in the following equation (3), the amplitude branching ratio of the second coupling unit 60 is a ratio in which variation due to manufacturing error occurs, and is represented by a and b as a ratio with respect to input light. J represents an imaginary unit.

Figure 2016180867
Figure 2016180867

従って、光学素子100の伝達マトリックスMは下式(4)で与えられる。   Therefore, the transfer matrix M of the optical element 100 is given by the following equation (4).

[V1AHB06115P-E]  [V1AHB06115P-E]

Figure 2016180867
Figure 2016180867

そして、上式(4)を用いて、光学素子100の伝達マトリックスを、光強度を示す式として表すと下式(5)となる   Then, using the above equation (4), the transmission matrix of the optical element 100 is expressed as the equation indicating the light intensity, and the following equation (5) is obtained.

Figure 2016180867
Figure 2016180867

作製誤差による変動が生じない場合の、第2結合部60の理想的な振幅分岐比を、入力光に対する割合としてA及びBとすると、上式(5)中のabは、下式(6)で与えられる。なお、δは、作製誤差の影響による、理想的な振幅分岐比からの変動量を光強度で表すものである。   If the ideal amplitude branching ratio of the second coupling unit 60 when the fluctuation due to the manufacturing error does not occur is A and B as the ratio to the input light, ab in the above equation (5) is expressed by the following equation (6) Given in. Here, δ represents the amount of variation from the ideal amplitude branching ratio due to the influence of manufacturing errors in terms of light intensity.

Figure 2016180867
Figure 2016180867

上式(6)を、δを微少な値として近似すると、下式(7)が導かれる。   When the above equation (6) is approximated with δ being a minute value, the following equation (7) is derived.

Figure 2016180867
Figure 2016180867

第2結合部60は、分岐比が3dBとなるように設定されるので、理想的な振幅分岐比A及びBは、A=B=1/√2である。これを上式(7)に代入して、abを下式(8)で表すことができる。   Since the second coupling unit 60 is set so that the branching ratio is 3 dB, the ideal amplitude branching ratios A and B are A = B = 1 / √2. By substituting this into the above equation (7), ab can be expressed by the following equation (8).

Figure 2016180867
Figure 2016180867

そして、上式(8)で表されるabを、上式(5)に代入して、下式(9)が導かれる。   Then, ab expressed by the above equation (8) is substituted into the above equation (5) to derive the following equation (9).

Figure 2016180867
Figure 2016180867

光学素子100では、上式(9)に示されるように、振幅分岐比の変動量δを含む項が、δcos(2φ)及び−δcos(2φ)となる。変動量δはδ<1の微少な値であるため、δcos(2φ)及び−δcos(2φ)は、微少な値となる。従って、光学素子100では、第2結合部60として、作製誤差の影響を受けやすい方向性結合器を用いても、光学素子100全体への作製誤差の影響が低減される。 In the optical element 100, as shown in the above equation (9), the terms including the fluctuation amount δ of the amplitude branching ratio are δ 2 cos (2φ) and −δ 2 cos (2φ). Since the fluctuation amount δ is a minute value of δ <1, δ 2 cos (2φ) and −δ 2 cos (2φ) are minute values. Therefore, in the optical element 100, even if a directional coupler that is easily affected by manufacturing errors is used as the second coupling unit 60, the influence of manufacturing errors on the entire optical element 100 is reduced.

ここで、比較例として、第2結合部60(すなわち方向性結合器)単体での作製誤差の影響について説明する。上式(3)を用いて、第2結合部60の伝達マトリックスを、光強度を示す式として表すと下式(10)となる。   Here, as a comparative example, the influence of manufacturing errors in the second coupling unit 60 (that is, the directional coupler) alone will be described. Using the above equation (3), the transmission matrix of the second coupling portion 60 is expressed as an equation indicating the light intensity, and the following equation (10) is obtained.

Figure 2016180867
Figure 2016180867

第2結合部60単体では、上式(10)に示されるように、変動量δがそのまま振幅分岐比に影響する。上式(9)に示す光学素子100と、上式(10)に示す第2結合部60の伝達マトリックスと比べると、光学素子100では、振幅分岐比に対する変動量δの影響が小さいことが明らかである。   In the second coupling unit 60 alone, as shown in the above equation (10), the fluctuation amount δ directly affects the amplitude branching ratio. Compared with the optical element 100 represented by the above equation (9) and the transmission matrix of the second coupling unit 60 represented by the above equation (10), it is clear that the optical element 100 has a small influence of the variation δ on the amplitude branching ratio. It is.

また、他の比較例として、光学素子100の第1結合部40を、MMIカプラから方向性結合器に変更した場合(すなわち第1結合部40及び第2結合部60をともに方向性結合器とした場合)の、作製誤差の影響について説明する。この場合の伝達マトリックスを、光強度を示す式として表すと下式(11)となる   As another comparative example, when the first coupling unit 40 of the optical element 100 is changed from an MMI coupler to a directional coupler (that is, the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 are both directional couplers). The influence of the manufacturing error in the case of When the transmission matrix in this case is expressed as an expression indicating the light intensity, the following expression (11) is obtained.

Figure 2016180867
Figure 2016180867

上述した光学素子100の伝達マトリックスと同様に、A=B=1/√2とし、上式(8)で表されるabを、上式(11)に代入して、下式(12)が導かれる。   Similar to the transmission matrix of the optical element 100 described above, A = B = 1 / √2, and ab expressed by the above equation (8) is substituted into the above equation (11), so that the following equation (12) is obtained. Led.

Figure 2016180867
Figure 2016180867

第1結合部40及び第2結合部60をともに方向性結合器とした構成では、上式(12)に示されるように、振幅分岐比の変動量δを含む項が、2δcos(1+2φ)及び−2δcos(1+2φ)となる。従って、第2結合部60(方向性結合器)単体よりも、振幅分岐比に対する変動量δの影響が小さくなる。しかし、光学素子100よりも、振幅分岐比に対する変動量δの影響が大きくなる。 In the configuration in which the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 are both directional couplers, as shown in the above equation (12), the term including the variation amount δ of the amplitude branching ratio is 2δ 2 cos (1 + 2φ ) And −2δ 2 cos (1 + 2φ). Therefore, the influence of the fluctuation amount δ on the amplitude branching ratio is smaller than that of the second coupling unit 60 (directional coupler) alone. However, the influence of the fluctuation amount δ on the amplitude branching ratio is greater than that of the optical element 100.

以上に説明したように、2つの結合部40及び60と、これらの間を接続する移相部50とを含むことによって、光学素子100では、作製誤差の影響を低減することができる。   As described above, the optical element 100 can reduce the influence of manufacturing errors by including the two coupling portions 40 and 60 and the phase shift portion 50 that connects the two coupling portions 40 and 60.

なお、この実施の形態では、第1結合部40としてMMIカプラを、及び第2結合部60として方向性結合器を用いる構成例について説明した。しかし、光学素子100の構成はこれに限定されない。   In this embodiment, the configuration example using the MMI coupler as the first coupling unit 40 and the directional coupler as the second coupling unit 60 has been described. However, the configuration of the optical element 100 is not limited to this.

例えば、第1結合部40及び第2結合部60の双方をMMIカプラとすることもできる。MMIカプラは、方向性結合器と比べて光の損失が大きいという欠点がある。そのため、第1結合部40及び第2結合部60の双方をMMIカプラとする場合には、光の損失を低減するという観点で不利である。しかし、第1結合部40及び第2結合部60の双方をMMIカプラとする場合には、作製誤差の影響を受けやすい方向性結合器を含まずに、光学素子100を構成できる。そのため、この実施の形態の光学素子100よりも、作製誤差による分岐比の変動をさらに低減することができる。   For example, both the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 may be MMI couplers. The MMI coupler has a drawback that the loss of light is larger than that of the directional coupler. Therefore, when both the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 are MMI couplers, it is disadvantageous from the viewpoint of reducing light loss. However, when both the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 are MMI couplers, the optical element 100 can be configured without including a directional coupler that is easily affected by manufacturing errors. Therefore, the variation of the branching ratio due to the manufacturing error can be further reduced as compared with the optical element 100 of this embodiment.

また、第1結合部40及び第2結合部60の双方を方向性結合器とすることもできる。既に説明したように、第1結合部40及び第2結合部60の双方を方向性結合器とする場合には、分岐比の変動を低減するという観点では、この実施の形態の光学素子100よりも不利である。しかし、光の損失が大きいMMIカプラを含まないため、光の損失を低減するという観点では有利である。   Moreover, both the 1st coupling | bond part 40 and the 2nd coupling | bond part 60 can also be made into a directional coupler. As already described, in the case where both the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 are directional couplers, from the viewpoint of reducing the fluctuation of the branching ratio, the optical element 100 of this embodiment is used. Is also disadvantageous. However, since an MMI coupler with a large light loss is not included, it is advantageous from the viewpoint of reducing the light loss.

そして、第1結合部40及び第2結合部60の一方としてMMIカプラを用い、他方として方向性結合器を用いる、図1に示す光学素子100では、第1結合部40及び第2結合部60の双方をMMIカプラとする場合と比べて、光の損失が小さく、かつ第1結合部40及び第2結合部60の双方を方向性結合器とする場合と比べて、作製誤差による分岐比変動が小さい。従って、光損失を低減するという観点、及び作製誤差による分岐比変動を低減するという観点の双方において有利である。   In the optical element 100 shown in FIG. 1 using an MMI coupler as one of the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 and using a directional coupler as the other, the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 are used. Compared with the case where both of them are MMI couplers, the loss of light is small, and the branching ratio fluctuations due to manufacturing errors are compared with the case where both the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 are directional couplers. Is small. Therefore, it is advantageous both from the viewpoint of reducing optical loss and from the viewpoint of reducing branching ratio fluctuations due to manufacturing errors.

第1結合部40及び第2結合部60として、MMIカプラ及び方向性結合器をどのような組み合わせで用いるかは、用途等に応じて適宜決定することができる。   The combination of the MMI coupler and the directional coupler used as the first coupling unit 40 and the second coupling unit 60 can be determined as appropriate according to the application.

(マッハツェンダ型波長フィルタ)
図2を参照して、上述した光学素子を利用したマッハツェンダ型波長フィルタについて説明する。図2は、マッハツェンダ型波長フィルタを示す概略的平面図である。なお、図2では、クラッド層及び支持基板を省略している。また、上述した光学素子100(図1参照)と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Mach-Zehnder type wavelength filter)
A Mach-Zehnder type wavelength filter using the above-described optical element will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic plan view showing a Mach-Zehnder type wavelength filter. In FIG. 2, the clad layer and the support substrate are omitted. In addition, the same reference numerals are given to components common to the above-described optical element 100 (see FIG. 1), and description thereof is omitted.

マッハツェンダ型波長フィルタ300は、上述した光学素子100をカプラとして利用して構成される。   The Mach-Zehnder type wavelength filter 300 is configured using the optical element 100 described above as a coupler.

マッハツェンダ型波長フィルタ300は、3つの光学素子(第1光学素子100−1、中間光学素子320及び第2光学素子100−2)と、2つの位相調整部310(第1位相調整部310−1及び第2位相調整部310−2)とを備えている。第1光学素子100−1、第1位相調整部310−1、中間光学素子320、第2位相調整部310−2及び第2光学素子100−2は、この順に直列に接続されている。   The Mach-Zehnder type wavelength filter 300 includes three optical elements (first optical element 100-1, intermediate optical element 320, and second optical element 100-2) and two phase adjustment units 310 (first phase adjustment unit 310-1). And a second phase adjustment unit 310-2). The first optical element 100-1, the first phase adjustment unit 310-1, the intermediate optical element 320, the second phase adjustment unit 310-2, and the second optical element 100-2 are connected in series in this order.

各位相調整部310のそれぞれは、互いに光路長の異なる1対のアームコア(第1アームコア311及び第2アームコア312)を含んでいる。図2の構成例では、第2アームコア312に対して、第1アームコア311の光路長が長く設計されている。   Each of the phase adjustment units 310 includes a pair of arm cores (first arm core 311 and second arm core 312) having different optical path lengths. In the configuration example of FIG. 2, the optical path length of the first arm core 311 is designed to be longer than the second arm core 312.

第1アームコア311は、一端311a側で光学素子100の第1結合導波路部61と接続され、及び他端311b側で中間光学素子320と接続されている。また、第2アームコア312は、一端312a側で光学素子100の第2結合導波路部62と接続され、及び他端312b側で中間光学素子320と接続されている。従って、第1アームコア311及び第2アームコア312は、光学素子100と中間光学素子320との間を並列に接続している。ここでは、第1位相調整部310−1の第1アームコア311及び第2アームコア312は、第1光学素子100−1と中間光学素子320との間を接続している。また、第2位相調整部310−2の第1アームコア311及び第2アームコア312は、第2光学素子100−2と中間光学素子320との間を接続している。   The first arm core 311 is connected to the first coupled waveguide portion 61 of the optical element 100 on one end 311a side, and is connected to the intermediate optical element 320 on the other end 311b side. The second arm core 312 is connected to the second coupling waveguide section 62 of the optical element 100 on the one end 312a side, and connected to the intermediate optical element 320 on the other end 312b side. Accordingly, the first arm core 311 and the second arm core 312 connect the optical element 100 and the intermediate optical element 320 in parallel. Here, the first arm core 311 and the second arm core 312 of the first phase adjustment unit 310-1 connect between the first optical element 100-1 and the intermediate optical element 320. In addition, the first arm core 311 and the second arm core 312 of the second phase adjustment unit 310-2 connect the second optical element 100-2 and the intermediate optical element 320.

また、第1位相調整部310−1と第2位相調整部310−2とは、それぞれの第1アームコア311及び第2アームコア312が、中間光学素子320に対して反対称となるように配置される。このように配置することによって、第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2の一方の、第1結合部40の第1又は第2入出力部41又は42から入力し、第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2の他方の、第1結合部40の第1及び第2入出力部41及び42から取り出す光の波長帯域を広くとることができる。すなわち、バー状態及びクロス状態の出力光の双方に対して、flat−top特性を実現することができる。   The first phase adjustment unit 310-1 and the second phase adjustment unit 310-2 are arranged so that the first arm core 311 and the second arm core 312 are antisymmetric with respect to the intermediate optical element 320. The By arranging in this way, the first optical element 100-1 and the second optical element 100-2 are input from the first or second input / output unit 41 or 42 of the first coupling unit 40, and the first optical element 100-1 and the second optical element 100-2 The wavelength band of the light extracted from the first and second input / output units 41 and 42 of the first coupling unit 40 on the other side of the optical element 100-1 and the second optical element 100-2 can be widened. That is, a flat-top characteristic can be realized for both the bar state and cross state output lights.

中間光学素子320は、3dBの分岐比を有する合分波器である。中間光学素子320としては、例えばMMIカプラや方向性結合器を用いることができる。図2では、中間光学素子320をMMIカプラとして構成した場合の構成例を示している。なお、中間光学素子320についても、この実施の形態の光学素子100を用いることができる。   The intermediate optical element 320 is a multiplexer / demultiplexer having a branching ratio of 3 dB. As the intermediate optical element 320, for example, an MMI coupler or a directional coupler can be used. FIG. 2 shows a configuration example when the intermediate optical element 320 is configured as an MMI coupler. Note that the optical element 100 of this embodiment can also be used for the intermediate optical element 320.

マッハツェンダ型波長フィルタ300では、第1光学素子100−1の第1又は第2入出力部41又は42から光が入力される。入力された光は、第1光学素子100−1で分岐される。分岐された光は、第1位相調整部310−1の第1アームコア311及び第2アームコア312に入力される。第1位相調整部310−1では、第1アームコア311を伝播する光と、第2アームコア312を伝播する光とに、第1アームコア311及び第2アームコア312の光路長差に応じた位相差が与えられる。第1アームコア311及び第2アームコア312を伝播する光は、中間光学素子320で干渉され、再び分岐される。中間光学素子320で分岐された光は、第2位相調整部310−2の第1アームコア311及び第2アームコア312に入力される。第2位相調整部310−2では、第1位相調整部310−1と同様に、第1アームコア311を伝播する光と第2アームコア312を伝播する光とに位相差が与えられる。第2位相調整部310−2を経た光は、第2光学素子100−2で干渉される。そして、干渉された光は、第2光学素子100−2の第1及び第2入出力部41及び42からそれぞれ出力される。   In the Mach-Zehnder type wavelength filter 300, light is input from the first or second input / output unit 41 or 42 of the first optical element 100-1. The input light is branched by the first optical element 100-1. The branched light is input to the first arm core 311 and the second arm core 312 of the first phase adjustment unit 310-1. In the first phase adjusting unit 310-1, a phase difference corresponding to an optical path length difference between the first arm core 311 and the second arm core 312 is generated between the light propagating through the first arm core 311 and the light propagating through the second arm core 312. Given. The light propagating through the first arm core 311 and the second arm core 312 is interfered by the intermediate optical element 320 and branched again. The light branched by the intermediate optical element 320 is input to the first arm core 311 and the second arm core 312 of the second phase adjustment unit 310-2. In the second phase adjustment unit 310-2, similarly to the first phase adjustment unit 310-1, a phase difference is given to the light propagating through the first arm core 311 and the light propagating through the second arm core 312. The light that has passed through the second phase adjustment unit 310-2 is interfered by the second optical element 100-2. The interfered light is output from the first and second input / output units 41 and 42 of the second optical element 100-2, respectively.

マッハツェンダ型波長フィルタ300では、第1位相調整部310−1及び第2位相調整部310−2で与えられる位相差に応じた波長の光を、第2光学素子100−2の第1及び第2入出力部41及び42から取り出すことができる。   In the Mach-Zehnder type wavelength filter 300, light having a wavelength corresponding to the phase difference provided by the first phase adjustment unit 310-1 and the second phase adjustment unit 310-2 is converted into the first and second light of the second optical element 100-2. It can be taken out from the input / output units 41 and 42.

ここで、光学素子100を利用するマッハツェンダ型波長フィルタは、2つの位相調整部310−1及び310−2を備える構成例に限定されない。2N+1個の光学素子を用いて、2N個の位相調整部を接続するマッハツェンダ型波長フィルタを構成することもできる。   Here, the Mach-Zehnder type wavelength filter using the optical element 100 is not limited to the configuration example including the two phase adjustment units 310-1 and 310-2. A Mach-Zehnder type wavelength filter that connects 2N phase adjustment units can be configured by using 2N + 1 optical elements.

図3を参照して、2N個の位相調整部を備えるマッハツェンダ型波長フィルタについて説明する。図3は、マッハツェンダ型波長フィルタを示す概略的平面図である。なお、図3では、クラッド層及び支持基板を省略している。また、上述した光学素子100(図1参照)及び位相調整部310(図3参照)と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。   A Mach-Zehnder type wavelength filter including 2N phase adjustment units will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic plan view showing a Mach-Zehnder type wavelength filter. In FIG. 3, the clad layer and the support substrate are omitted. In addition, the same components as those of the optical element 100 (see FIG. 1) and the phase adjusting unit 310 (see FIG. 3) described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図3の構成例では、マッハツェンダ型波長フィルタ400は、2N+1個の光学素子として、5つの光学素子(第1、第2、第4及び第5光学素子100−1、2、4及び5並びに中間光学素子(第3光学素子)420)と、2N個の位相調整部として、4つの位相調整部310(第1〜第4位相調整部310−1〜4)とを備えている。   In the configuration example of FIG. 3, the Mach-Zehnder type wavelength filter 400 includes five optical elements (first, second, fourth, and fifth optical elements 100-1, 2, 4, and 5 and intermediate) as 2N + 1 optical elements. An optical element (third optical element) 420) and four phase adjusting units 310 (first to fourth phase adjusting units 310-1 to 310-4) as 2N phase adjusting units.

第1及び第2光学素子100−1及び2、中間光学素子420、並びに第4及び第5光学素子100−4及び5は、この順に配列されている。そして、第1〜第4位相調整部310−1〜4は、これら5つの光学素子100−1及び2、420、100−4及び5間を接続している。そして、各位相調整部310の第1アームコア311及び第2アームコア312は、それぞれ隣り合う光学素子100−1、2、4及び5並びに420の間を並列に接続している。   The first and second optical elements 100-1 and 1002, the intermediate optical element 420, and the fourth and fifth optical elements 100-4 and 5 are arranged in this order. The first to fourth phase adjusting units 310-1 to 310-4 connect these five optical elements 100-1 and 2, 420, 100-4, and 5. The first arm core 311 and the second arm core 312 of each phase adjustment unit 310 connect the adjacent optical elements 100-1, 2, 4 and 5, and 420 in parallel.

マッハツェンダ型波長フィルタ400では、中間光学素子420を第N+1番目(ここでは第3番目)の光学素子として配置する。中間光学素子420は、3dBの分岐比を有する合分波器である。中間光学素子420としては、例えばMMIカプラや方向性結合器を用いることができる。図3では、中間光学素子420をMMIカプラとして構成した場合の構成例を示している。なお、中間光学素子420についても、この実施の形態の光学素子100を用いることができる。   In the Mach-Zehnder type wavelength filter 400, the intermediate optical element 420 is arranged as the (N + 1) th (herein, third) optical element. The intermediate optical element 420 is a multiplexer / demultiplexer having a branching ratio of 3 dB. As the intermediate optical element 420, for example, an MMI coupler or a directional coupler can be used. FIG. 3 shows a configuration example when the intermediate optical element 420 is configured as an MMI coupler. Note that the optical element 100 of this embodiment can also be used for the intermediate optical element 420.

また、マッハツェンダ型波長フィルタ400では、複数対の位相調整部310の組み合わせができる。これら各組の位相調整部310において、第1アームコア311及び第2アームコア312が、中間光学素子420に対して反対称となるように配置する。このように配置することによって、バー状態及びクロス状態の出力光の双方に対してflat−top特性を実現することができる。   In the Mach-Zehnder type wavelength filter 400, a plurality of pairs of phase adjustment units 310 can be combined. In each of these sets of phase adjustment units 310, the first arm core 311 and the second arm core 312 are arranged to be antisymmetric with respect to the intermediate optical element 420. By arranging in this way, it is possible to realize a flat-top characteristic for both output light in the bar state and the cross state.

このように、マッハツェンダ型波長フィルタ400では、各光学素子100の分岐比を調整することによって、出力光の波長帯域をより広くとることができる。   Thus, in the Mach-Zehnder type wavelength filter 400, the wavelength band of the output light can be made wider by adjusting the branching ratio of each optical element 100.

(特性評価)
発明者は、図2に示す光学素子300の特性を評価するシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、図2に示す光学素子300において、第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2の一方の、第1結合部40の第1又は第2入出力部41又は42から入力され、第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2の他方の、第1結合部40の第1又は第2入出力部41又は42から出力される光の強度を確認した。ここでは、方向性結合器として構成された第2結合部60単体での分岐比を変更し、それぞれの出力光の強度を確認した。なお、移相部50が与える位相差2φを2π/7とした。
(Characteristic evaluation)
The inventor performed a simulation for evaluating the characteristics of the optical element 300 shown in FIG. In this simulation, in the optical element 300 shown in FIG. 2, from the first or second input / output unit 41 or 42 of the first coupling unit 40, one of the first optical element 100-1 and the second optical element 100-2. The intensity of the light input and output from the first or second input / output unit 41 or 42 of the first coupling unit 40 on the other side of the first optical element 100-1 and the second optical element 100-2 was confirmed. Here, the branching ratio of the second coupling unit 60 alone configured as a directional coupler was changed, and the intensity of each output light was confirmed. The phase difference 2φ provided by the phase shift unit 50 was 2π / 7.

シミュレーションの結果を図4に示す。図4は、マッハツェンダ型波長フィルタ300の特性を評価する図である。図4では、縦軸に強度を任意単位で、また、横軸に、入力光の波長に対応する、第1位相調整部310−1及び第2位相調整部310−2で生じる位相を任意単位でとって示してある。   The simulation results are shown in FIG. FIG. 4 is a diagram for evaluating the characteristics of the Mach-Zehnder type wavelength filter 300. In FIG. 4, the vertical axis represents the intensity in arbitrary units, and the horizontal axis represents the phase generated in the first phase adjusting unit 310-1 and the second phase adjusting unit 310-2 corresponding to the wavelength of the input light in arbitrary units. It is shown in

図4において、曲線201は、第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2の第2結合部60単体での分岐比を3:7に設計した場合において、分岐比3が設定された側の出力光の強度を示している。曲線203は、第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2の第2結合部60単体での分岐比を1:1(すなわち3dB)に設計した場合の強度を示している。曲線205は、第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2の第2結合部60単体での分岐比を7:3に設計した場合において、分岐比7が設定された側の出力光の強度を示している。   In FIG. 4, a curve 201 indicates that a branching ratio of 3 is set when the branching ratio of the first coupling element 60 of the first optical element 100-1 and the second optical element 100-2 is designed to be 3: 7. The output light intensity on the other side is shown. A curve 203 indicates the strength when the branch ratio of the first coupling element 60 of the first optical element 100-1 and the second optical element 100-2 is designed to be 1: 1 (that is, 3 dB). A curve 205 indicates the output on the side where the branching ratio 7 is set when the branching ratio of the first coupling element 60 of the first optical element 100-1 and the second optical element 100-2 is designed to be 7: 3. It shows the intensity of light.

図4に示すように、第2結合部60単体での分岐比を変更しても、出力光の強度はほぼ一致する。従って、作製誤差によって、第2結合部60単体での分岐比が3dBから変動した場合であっても、その変動の影響が、光学素子100全体の分岐比にはほとんど影響しないことが確認された。   As shown in FIG. 4, even if the branching ratio of the second coupling unit 60 alone is changed, the intensity of the output light is almost the same. Therefore, even when the branching ratio of the second coupling unit 60 alone varies from 3 dB due to manufacturing errors, it was confirmed that the influence of the variation hardly affects the branching ratio of the entire optical element 100. .

(リング共振器)
図5を参照して、上述した光学素子を利用したリング共振器について説明する。図5は、リング共振器を示す概略的平面図である。なお、図5では、クラッド層及び支持基板を省略している。また、上述した光学素子100(図1参照)と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Ring resonator)
A ring resonator using the above-described optical element will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic plan view showing the ring resonator. In FIG. 5, the clad layer and the support substrate are omitted. In addition, the same reference numerals are given to components common to the above-described optical element 100 (see FIG. 1), and description thereof is omitted.

リング共振器500は、上述した光学素子100をカプラとして利用して構成される。   The ring resonator 500 is configured using the optical element 100 described above as a coupler.

リング共振器500は、2つの光学素子100(第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2)と、第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2間に設けられた1対の曲線導波路コア(第1曲線導波路コア510及び第2曲線導波路コア520)とを備える。   The ring resonator 500 is provided between the two optical elements 100 (the first optical element 100-1 and the second optical element 100-2) and the first optical element 100-1 and the second optical element 100-2. A pair of curved waveguide cores (first curved waveguide core 510 and second curved waveguide core 520).

第1曲線導波路コア510は、第1光学素子100−1の第2結合導波路部62と、第2光学素子100−2の第2入出力部42との間を接続する。第2曲線導波路コア520は、第2光学素子100−2の第2結合導波路部62と、第1光学素子100−1の第2入出力部42との間を接続する。従って、第1光学素子100−1、第1曲線導波路コア510、第2光学素子100−2及び第2曲線導波路コア520は、この順に環状に接続されている。そして、これら第1光学素子100−1、第1曲線導波路コア510、第2光学素子100−2及び第2曲線導波路コア520によってリング導波路コア550が構成される。   The first curved waveguide core 510 connects between the second coupling waveguide section 62 of the first optical element 100-1 and the second input / output section 42 of the second optical element 100-2. The second curved waveguide core 520 connects the second coupling waveguide portion 62 of the second optical element 100-2 and the second input / output portion 42 of the first optical element 100-1. Accordingly, the first optical element 100-1, the first curved waveguide core 510, the second optical element 100-2, and the second curved waveguide core 520 are connected in an annular shape in this order. The first optical element 100-1, the first curved waveguide core 510, the second optical element 100-2, and the second curved waveguide core 520 constitute a ring waveguide core 550.

リング共振器500では、第1光学素子100−1の第1入出力部41から光が入力される。第1光学素子100−1は入力された光を分岐する。分岐された光の一方は、第1曲線導波路コア510を経て第2光学素子100−2に入力される。第2光学素子100−2は入力された光を分岐する。分岐された光の一方は、第2曲線導波路コア520を経て第1光学素子100−1に入力される。そして、リング共振器500では、第1入出力部41から入力される光に対して、リング導波路コア550と共振する波長の光が、第1光学素子100−1及び第2光学素子100−2の第1結合導波路部61から出力される。出力される光の波長は、第1曲線導波路コア510及び第2曲線導波路コア520の光路長に応じて設定することができる。   In the ring resonator 500, light is input from the first input / output unit 41 of the first optical element 100-1. The first optical element 100-1 branches the input light. One of the branched lights is input to the second optical element 100-2 via the first curved waveguide core 510. The second optical element 100-2 branches the input light. One of the branched lights is input to the first optical element 100-1 via the second curved waveguide core 520. In the ring resonator 500, light having a wavelength that resonates with the ring waveguide core 550 with respect to the light input from the first input / output unit 41 is converted into the first optical element 100-1 and the second optical element 100-. 2 from the first coupling waveguide section 61. The wavelength of the output light can be set according to the optical path lengths of the first curved waveguide core 510 and the second curved waveguide core 520.

10:支持基板
20:クラッド層
30:光導波路コア
40:第1結合部
50:移相部
60:第2結合部
100:光学素子
300、400:マッハツェンダ型波長フィルタ
310:位相調整部
320、420:中間光学素子
500:リング共振器
10: support substrate 20: clad layer 30: optical waveguide core 40: first coupling unit 50: phase shift unit 60: second coupling unit 100: optical element 300, 400: Mach-Zehnder wavelength filter 310: phase adjustment unit 320, 420 : Intermediate optical element 500: Ring resonator

この発明の光学素子は、3dBの分岐比を有する第1結合部と、移相部と、3dBの分岐比を有する第2結合部とが、この順に直列に接続された光導波路コアを備える。第1結合部は、入力される光を2分岐して移相部に送る。移相部は、第1結合部で2分岐された光に位相差を与えて第2結合部に送る。第2結合部は、移相部から送られる光を干渉させ、及び干渉させた光を位相差に応じた分岐比で分岐して出力する。第1結合部及び第2結合部の一方が多モード干渉カプラとして構成され、かつ他方が方向性結合器として構成されている。この発明の光学素子は、マッハツェンダ型波長フィルタ又はリング共振器のカプラの合分波器として用いられる。 The optical element of the present invention includes an optical waveguide core in which a first coupling portion having a branch ratio of 3 dB, a phase shift portion, and a second coupling portion having a branch ratio of 3 dB are connected in series in this order. The first coupling unit splits the input light into two and sends it to the phase shift unit. The phase shift unit gives a phase difference to the light branched into two at the first coupling unit and sends the light to the second coupling unit. The second coupling unit causes the light transmitted from the phase shift unit to interfere, and branches the interfered light at a branching ratio corresponding to the phase difference and outputs the branched light. One of the first coupling unit and the second coupling unit is configured as a multimode interference coupler, and the other is configured as a directional coupler. The optical element of the present invention is used as a multiplexer / demultiplexer of a Mach-Zehnder type wavelength filter or a ring resonator coupler.

Claims (6)

3dBの分岐比を有する第1結合部と、移相部と、3dBの分岐比を有する第2結合部とが、この順に直列に接続された光導波路コアを備え、
前記第1結合部は、入力される光を2分岐して移相部に送り、
前記移相部は、前記2分岐された光に位相差を与えて前記第2結合部に送り、
前記第2結合部は、前記移相部から送られる光を干渉させ、及び干渉させた光を前記位相差に応じた分岐比で分岐して出力する
ことを特徴とする光学素子。
A first coupling part having a branching ratio of 3 dB, a phase shift part, and a second coupling part having a branching ratio of 3 dB are provided with an optical waveguide core connected in series in this order,
The first coupling unit splits the input light into two and sends it to the phase shift unit,
The phase shift unit gives a phase difference to the bifurcated light and sends it to the second coupling unit.
The optical element characterized in that the second coupling unit causes the light transmitted from the phase shift unit to interfere, and branches the interfered light at a branching ratio corresponding to the phase difference and outputs the branched light.
前記第1結合部及び前記第2結合部が、それぞれ多モード干渉カプラ又は方向性結合器として構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
The optical element according to claim 1, wherein the first coupling unit and the second coupling unit are each configured as a multimode interference coupler or a directional coupler.
前記第1結合部及び前記第2結合部の一方が多モード干渉カプラとして構成され、かつ他方が方向性結合器として構成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の光学素子。
The optical element according to claim 2, wherein one of the first coupling unit and the second coupling unit is configured as a multimode interference coupler, and the other is configured as a directional coupler.
第1光学素子と、第1位相調整部と、中間光学素子と、第2位相調整部と、第2光学素子とが、この順に直列に接続されており、
前記第1位相調整部及び前記第2位相調整部のそれぞれは、第1アームコア及び第2アームコアを有し、
前記第1位相調整部の前記第1アームコア及び前記第2アームコアは、前記第1光学素子と前記中間光学素子との間を並列に接続し、
前記第2位相調整部の前記第1アームコア及び前記第2アームコアは、前記第2光学素子と前記中間光学素子との間を並列に接続し、
前記第1アームコアと前記第2アームコアとは、互いに光路長が異なっており、
前記第1光学素子及び前記第2光学素子は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学素子である
ことを特徴とするマッハツェンダ型波長フィルタ。
The first optical element, the first phase adjustment unit, the intermediate optical element, the second phase adjustment unit, and the second optical element are connected in series in this order,
Each of the first phase adjustment unit and the second phase adjustment unit has a first arm core and a second arm core,
The first arm core and the second arm core of the first phase adjustment unit connect the first optical element and the intermediate optical element in parallel,
The first arm core and the second arm core of the second phase adjustment unit connect the second optical element and the intermediate optical element in parallel,
The first arm core and the second arm core have different optical path lengths from each other,
The Mach-Zehnder type wavelength filter, wherein the first optical element and the second optical element are the optical elements according to claim 1.
第1〜第2N+1(Nは正の整数)光学素子と、第1〜第2N位相調整部とを備え、
前記第1〜第2N+1(Nは正の整数)光学素子はこの順に配列され、
前記第1〜第2N位相調整部は、前記第1〜第2N+1光学素子間の各間を接続し、
第1〜第2N位相調整部のそれぞれは、第1アームコア及び第2アームコアを有し、
前記第1アームコア及び前記第2アームコアは、隣り合う前記第1〜第2N+1光学素子間を並列に接続し、
前記第1アームコアと前記第2アームコアとは、互いに光路長が異なっており、
前記第1〜第N及び第N+2〜第2N+1光学素子は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学素子である
ことを特徴とするマッハツェンダ型波長フィルタ。
Comprising first to second N + 1 (N is a positive integer) optical elements, and first to second N phase adjustment units,
The first to second N + 1 (N is a positive integer) optical elements are arranged in this order,
The first to second N phase adjusting units connect between the first to second N + 1 optical elements,
Each of the first to second N phase adjustment units has a first arm core and a second arm core,
The first arm core and the second arm core connect the first to second N + 1 optical elements adjacent to each other in parallel,
The first arm core and the second arm core have different optical path lengths from each other,
The Mach-Zehnder type wavelength filter, wherein the first to Nth and N + 2 to 2N + 1 optical elements are optical elements according to any one of claims 1 to 3.
第1光学素子及び第2光学素子と、第1曲線導波路コア及び第2曲線導波路コアとを備え、
前記第1光学素子及び前記第2光学素子は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学素子であり、
前記第1光学素子、前記第1曲線導波路コア、前記第2光学素子及び前記第2曲線導波路コアがこの順に環状に接続されたリング導波路コアが構成されており、
前記第1光学素子が備える前記第1結合部から入力され、前記リング導波路コアと共振する波長の光が、前記第1光学素子及び前記第2光学素子のそれぞれが備える前記第2結合部から出力される
ことを特徴とするリング共振器。
A first optical element and a second optical element; a first curved waveguide core and a second curved waveguide core;
The first optical element and the second optical element are the optical elements according to any one of claims 1 to 3,
A ring waveguide core in which the first optical element, the first curved waveguide core, the second optical element, and the second curved waveguide core are annularly connected in this order is configured;
Light having a wavelength that is input from the first coupling unit included in the first optical element and resonates with the ring waveguide core is transmitted from the second coupling unit included in each of the first optical element and the second optical element. A ring resonator characterized by being output.
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