JP2011252996A - Waveguide type optical interferometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光干渉技術に関し、特に長さの異なる複数の光導波路を用いた光干渉技術に関する。 The present invention relates to an optical interference technique, and more particularly to an optical interference technique using a plurality of optical waveguides having different lengths.
光導波路を用いた干渉計は様々な光回路に用いられている。特に、光通信の容量拡大のために使われる波長多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）システムにおいては、複数の導波路経路を持つ干渉計であるアレイ導波路格子型波長合分波器（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）が広く使用されている。 Interferometers using optical waveguides are used in various optical circuits. In particular, in a wavelength division multiplexing (WDM) system used for expanding the capacity of optical communication, an arrayed waveguide grating type wavelength multiplexer / demultiplexer (AWG) is an interferometer having a plurality of waveguide paths. Arrayed Waveguide Grating) is widely used.
図６は、従来のアレイ導波路格子型波長合分波器を示す回路構成例である。
このアレイ導波路格子型波長合分波器５００において、入力導波路５０１に入射された光は光分岐部５０２で複数のアレイ導波路５０３に分岐される。これらアレイ導波路５０３は通常、単一種類の導波路から構成され、隣接する導波路間で一定の導波路長差ΔＬを有している。これらアレイ導波路５０３は光結合部５０６で合流するが、それぞれのアレイ導波路５０３からの光は、波長に依存する位相差を持つ。その結果として、これらの導波路からの光は干渉し、波長に依存して集光する位置が異なるため、波長に応じて出口導波路５０７を配置しておけば、波長フィルタとして動作する。
FIG. 6 is a circuit configuration example showing a conventional arrayed waveguide grating type wavelength multiplexer / demultiplexer.
In the arrayed waveguide grating type wavelength multiplexer / demultiplexer 500, the light incident on the input waveguide 501 is branched into a plurality of arrayed waveguides 503 by the optical branching unit 502. These arrayed waveguides 503 are usually composed of a single type of waveguide, and have a certain waveguide length difference ΔL between adjacent waveguides. These arrayed waveguides 503 are merged at the optical coupling unit 506, but the light from each of the arrayed waveguides 503 has a phase difference depending on the wavelength. As a result, the light from these waveguides interferes and the position where light is collected differs depending on the wavelength. Therefore, if the exit waveguide 507 is arranged according to the wavelength, it operates as a wavelength filter.
このようなアレイ導波路格子型波長合分波器の中心波長λは、出力ポートを適当に選べば次の式（１）で表される。
また、中心波長λの温度変化は、前述した式（１）を温度Ｔで微分した次の式（２）で表される。
The temperature change of the center wavelength λ is expressed by the following equation (2) obtained by differentiating the above-described equation (1) with respect to the temperature T.
このため、従来のアレイ導波路格子型波長合分波器によれば、隣接導波路間の光路長差ｎΔＬが温度により変化し、中心波長λが温度により変化してしまうという問題点があった。また、このような問題を避けるためには、アレイ導波路格子型波長合分波器のような干渉計型波長フィルタの温度を一定に保つ温度調整装置が必要となり、装置が大型化するとともに消費電力も増大するという問題点があった。 For this reason, according to the conventional arrayed waveguide grating type wavelength multiplexer / demultiplexer, there is a problem that the optical path length difference nΔL between adjacent waveguides changes with temperature, and the center wavelength λ changes with temperature. . In order to avoid such a problem, a temperature adjusting device that keeps the temperature of the interferometer type wavelength filter constant, such as an arrayed waveguide grating type wavelength multiplexer / demultiplexer, is required. There was a problem that electric power also increased.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、温度調整装置を必要とすることなく、中心波長の温度依存性を抑制できる光干渉技術を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide an optical interference technique capable of suppressing the temperature dependence of the center wavelength without requiring a temperature adjusting device.
このような目的を達成するために、本発明にかかる導波路型光干渉計は、入力導波路から入力された光を複数に分岐して出力する光分岐部と、光分岐部で分岐された光を、それぞれ長さの異なる複数の光導波路を介して出力する光導波路部と、光導波路部の各光導波路からの光を結合して出口導波路へ出力する光結合部とを備え、光導波路のそれぞれは、石英系導波路とシリコン導波路とから構成され、各光導波路における中心波長に対する温度依存性が互いに等しくなるよう、これら石英系導波路とシリコン導波路の長さが調整されている。 In order to achieve such an object, a waveguide type optical interferometer according to the present invention includes an optical branching unit that splits light input from an input waveguide into a plurality of outputs, and an optical branching unit that branches the light. An optical waveguide unit that outputs light through a plurality of optical waveguides each having a different length, and an optical coupling unit that couples light from each optical waveguide of the optical waveguide unit and outputs the light to an exit waveguide. Each of the waveguides is composed of a silica-based waveguide and a silicon waveguide, and the lengths of the silica-based waveguide and the silicon waveguide are adjusted so that the temperature dependence on the center wavelength in each optical waveguide is equal to each other. Yes.
この際、光導波路部のうち隣接する光導波路間におけるシリコン導波路の長さの変化分をΔＬAとし、石英系導波路の長さの変化分をΔＬBとし、当該シリコン導波路の有効屈折率の温度微分をｄｎA／ｄＴとし、当該石英系導波路の有効屈折率の温度微分をｄｎB／ｄＴとした場合、ΔＬAとΔＬBは、後述する式（６）で表される関係を有するようにしてもよい。 At this time, the change in length of the silicon waveguide between optical waveguides adjacent ones of the optical waveguide part and [Delta] L A, the change of the length of silica-based waveguides and [Delta] L B, the effective refractive of the silicon waveguide ΔL A and ΔL B are expressed by the following equation (6) where the temperature differential of the ratio is dn A / dT and the temperature differential of the effective refractive index of the quartz-based waveguide is dn B / dT. You may make it have.
また、光分岐部および光結合部を、スラブ型導波路から構成してもよい。
また、石英系導波路とシリコン導波路との接続部を、徐々に縮小するコアを持つシリコン導波路が石英系導波路のコアの内部に包含された構造としてもよい。
Moreover, you may comprise an optical branching part and an optical coupling part from a slab type | mold waveguide.
In addition, the connection part between the silica-based waveguide and the silicon waveguide may have a structure in which a silicon waveguide having a gradually reducing core is included in the core of the silica-based waveguide.
本発明によれば、温度による各光導波路間の光路長差の変化を抑制できる。これにより、導波路型光干渉計において、温度調整装置を必要とすることなく、中心波長の温度依存性を抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress a change in optical path length difference between optical waveguides due to temperature. Thereby, in the waveguide type optical interferometer, it is possible to suppress the temperature dependence of the center wavelength without requiring a temperature adjusting device.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる導波路型光干渉計について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる導波路型光干渉計の回路構成例である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, a waveguide type optical interferometer according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit configuration example of a waveguide type optical interferometer according to the first embodiment.
導波路型光干渉計１００は、全体として平面基板上に形成されたアレイ導波路格子型波長合分波器（ＡＷＧ）などの光干渉計である。
この導波路型光干渉計１００には、主な機能部として、入力導波路１０１から入力された光を複数に分岐して出力する光分岐部１０２と、光分岐部１０２で分岐された光を、それぞれ長さの異なる複数の光導波路Ｐ（Ｐ１〜Ｐｎ）を介して出力する光導波路部１０３と、光導波路部１０３の各光導波路Ｐからの光を結合して出口導波路１０５へ出力する光結合部１０４とが設けられている。
The waveguide type optical interferometer 100 is an optical interferometer such as an arrayed waveguide grating type wavelength multiplexer / demultiplexer (AWG) formed on a flat substrate as a whole.
The waveguide type optical interferometer 100 has, as main functional units, an optical branching unit 102 that splits and outputs the light input from the input waveguide 101, and the light branched by the optical branching unit 102. The optical waveguide portion 103 that outputs the light through a plurality of optical waveguides P (P1 to Pn) having different lengths and the light from each optical waveguide P of the optical waveguide portion 103 are combined and output to the exit waveguide 105. An optical coupling unit 104 is provided.
本実施の形態は、光導波路部１０３の各光導波路Ｐ（Ｐ１〜Ｐｎ）を石英系導波路とシリコン導波路とからそれぞれ構成し、各光導波路における中心波長に対する温度依存性が互いに等しくなるよう、これら石英系導波路とシリコン導波路の長さを調整したものである。 In the present embodiment, each of the optical waveguides P (P1 to Pn) of the optical waveguide unit 103 is composed of a silica-based waveguide and a silicon waveguide, and the temperature dependence on the center wavelength in each optical waveguide is equal to each other. The lengths of the silica-based waveguide and the silicon waveguide are adjusted.
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる導波路型光干渉計１００について詳細に説明する。
導波路型光干渉計１００を構成する光導波路部１０３の光導波路Ｐは、光分岐部１０２と光結合部１０４との間に設けられて、光の進行方向に結合された石英系導波路１１１、シリコン導波路１１２、および石英系導波路１１３から構成されている。これら石英系導波路１１１、シリコン導波路１１２、および石英系導波路１１３は、光の進行方向に沿って結合されている。
Next, the waveguide type optical interferometer 100 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
The optical waveguide P of the optical waveguide section 103 constituting the waveguide type optical interferometer 100 is provided between the optical branching section 102 and the optical coupling section 104, and is coupled with the silica-based waveguide 111 coupled in the light traveling direction. , A silicon waveguide 112, and a quartz-based waveguide 113. The quartz-based waveguide 111, the silicon waveguide 112, and the quartz-based waveguide 113 are coupled along the light traveling direction.
すなわち、石英系導波路１１１には、光分岐部１０２から分岐出力された光が入力され、シリコン導波路１１２には、石英系導波路１１１から出力された光が入力され、石英系導波路１１３には、シリコン導波路１１２から出力された光が入力され、石英系導波路１１３から出力された光が光結合部１０４へそれぞれ入力される。 That is, the light branched from the optical branching unit 102 is input to the silica-based waveguide 111, and the light output from the silica-based waveguide 111 is input to the silicon waveguide 112, and the silica-based waveguide 113 is input. The light output from the silicon waveguide 112 is input to the optical coupling unit 104, and the light output from the silica-based waveguide 113 is input to the optical coupling unit 104.
また、入力導波路１０１、光分岐部１０２、光結合部１０４、および出口導波路１０５は、それぞれ石英系導波路から構成されている。なお、図１において、石英系導波路は灰色で示されており、シリコン導波路は黒色で示されている。
これらのうち、光分岐部１０２および光結合部１０４は、スラブ型導波路で構成してもよい。
The input waveguide 101, the optical branching unit 102, the optical coupling unit 104, and the exit waveguide 105 are each composed of a silica-based waveguide. In FIG. 1, the silica-based waveguide is shown in gray, and the silicon waveguide is shown in black.
Among these, the optical branching unit 102 and the optical coupling unit 104 may be configured by slab type waveguides.
ここで、光導波路部１０３のうち、ｉ番目の光導波路Ｐｉの光路長は有効屈折率ｎと導波路長Ｌの積ｎＬで表される。但し、光導波路Ｐｉは、シリコン導波路１１２と石英系導波路１１１，１１３により構成されるので、シリコン導波路１１２の有効屈折率をｎAとするとともにその導波路長をＬｉAとし、石英系導波路１１１，１１３の有効屈折率をｎBとするとともにその導波路長をＬｉBとすると、ｉ番目の光導波路Ｐｉの光路長（ｎＬ）ｉは、次の式（３）で表される。
また、ｉ＋１番目の光導波路Ｐ（ｉ＋１）において、ｉ番目の光導波路Ｐｉに比較して、シリコン導波路１１２の長さがΔＬAだけ変化し、石英系導波路１１１，１１３の長さがΔＬBだけ変化する場合、隣接する光導波路Ｐｉ，Ｐ（ｉ＋１）間の光路長差Δ（ｎＬ）は、次の式（４）で表される。
この際、光路長差Δ（ｎＬ）の温度微分ｄΔ（ｎＬ）／ｄＴは、次の式（５）に示すように、シリコン導波路１１２の温度微分ｄｎA／ｄＴの影響と、石英系導波路１１１，１１３の温度微分ｄｎB／ｄＴの影響との和で表される。
したがって、光導波路Ｐにおける中心波長の温度依存性を抑制するには、式（５）＝０が成立すれば良い。ここで、シリコン導波路１１２の温度微分ｄｎA／ｄＴと石英系導波路１１１，１１３の温度微分ｄｎB／ｄＴは異なるので、シリコン導波路１１２の長さΔＬAと、石英系導波路１１１，１１３の長さΔＬBを調整することにより、式（５）＝０とすることは可能である。すなわち、ΔＬAとΔＬBとの間に次の式（６）の関係があれば良い。
具体的には、波長フィルタの特性に応じて、前述した式（４）の光路長差Δ（ｎＬ）は固定であるので、この制約条件のもとに、前述した式（６）の条件で、シリコン導波路１１２と石英系導波路１１１，１１３の長さを分配すれば良い。なお、図１では石英系導波路１１１，１１３がシリコン導波路１１２を挟んで２分割されているので、ここで取り扱うΔＬBの値は、この２分割された両石英系導波路１１１，１１３の合計長に対して定義すればよい。 Specifically, since the optical path length difference Δ (nL) in the above-described equation (4) is fixed according to the characteristics of the wavelength filter, under the above-described constraint condition, the condition in the above-described equation (6) is satisfied. The lengths of the silicon waveguide 112 and the silica-based waveguides 111 and 113 may be distributed. Since silica-based waveguides 111 and 113 in FIG. 1 is divided into two across the silicon waveguide 112, the value of [Delta] L B handled here, the two divided both silica-based waveguides 111 and 113 It can be defined for the total length.
図２は、石英系導波路とシリコン導波路との接続部を示す説明図である。
石英系導波路とシリコン導波路は、そのまま両者の端部を接続しても透過率が悪く、また両導波路接合部での反射等の問題もあるので、非特許文献２に開示されているような、接続構造を用いても良い。図２の例では、徐々に縮小するコアを持つシリコン導波路１１２が石英系導波路１１１，１１３のコアの内部に包含された構造になっている。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a connection portion between the silica-based waveguide and the silicon waveguide.
The quartz-based waveguide and the silicon waveguide are disclosed in Non-Patent Document 2 because the transmittance is poor even if the ends of both are connected as they are, and there are problems such as reflection at both waveguide junctions. Such a connection structure may be used. In the example of FIG. 2, the silicon waveguide 112 having a gradually reducing core is included in the cores of the silica-based waveguides 111 and 113.
これにより、石英系導波路１１１，１１３とシリコン導波路１１２との接続部において、良好な透過率が得られるとともに、接合部における反射を抑制できる。
また、石英系導波路１１１，１１３に合わせて、光分岐部１０２および光結合部１０４、さらには入力導波路１０１および出口導波路１０５が、それぞれ石英系導波路から構成されているため、これら導波路の接続部において良好な接合特性が得られる。
また、シリコン導波路１１２については、非特許文献１に紹介されているような、小型で急峻な偏向が可能なシリコン細線導波路を用いても良い。
Thereby, in the connection part of the quartz-type waveguides 111 and 113 and the silicon waveguide 112, a favorable transmittance | permeability is obtained and reflection in a junction part can be suppressed.
Further, since the optical branching section 102 and the optical coupling section 104, and the input waveguide 101 and the exit waveguide 105 are each composed of a silica-based waveguide in accordance with the silica-based waveguides 111 and 113, these waveguides are provided. Good bonding characteristics can be obtained at the connection portion of the waveguide.
As the silicon waveguide 112, a silicon thin wire waveguide that is small and capable of steep deflection as introduced in Non-Patent Document 1 may be used.
アレイ導波路格子型波長合分波器への具体的な適用例として、図１の構成例において、波長λ＝１５５０ｎｍで次数ｍ＝５０の場合を考える。
導波路の有効屈折率やその熱依存性は、通常、石英系導波路ではｎB＝１．４９，ｄｎB／ｄＴ＝１×１０-5であり、シリコン導波路ではｎA＝２．２８，ｄｎA／ｄＴ＝２×１０-4である。これらの値と式（１），（４），（６）から、ΔＬA＝−２．８２ｕｍ，ΔＬB＝５６．３２ｕｍとなる。
As a specific application example to the arrayed waveguide grating type wavelength multiplexer / demultiplexer, consider a case where the wavelength λ = 1550 nm and the order m = 50 in the configuration example of FIG.
The effective refractive index of the waveguide and its thermal dependence are usually n B = 1.49 and dn B / dT = 1 × 10 −5 for the silica-based waveguide, and n A = 2.28 for the silicon waveguide. Dn A / dT = 2 × 10 −4 . From these values and equations (1), (4), and (6), ΔL A = −2.82 μm and ΔL B = 56.32 μm.
ここで、ΔＬA＋ΔＬB＝５３．５ｕｍは正の値であるが、ΔＬAは負の値になっているので、導波路アレイの最短導波路には、（導波路本数−１）倍×｜ＬA｜以上の長さのシリコン導波路１１２を形成し、隣接する光導波路Ｐ間ごとに、シリコン導波路１１２を２．８２ｕｍずつ短くし、石英系導波路１１１，１１３を５６．３２ｕｍずつ長くしていく構造にすればよい。 Here, ΔL A + ΔL B = 53.5 um is a positive value, but ΔL A is a negative value. Therefore, the shortest waveguide of the waveguide array has (waveguide number−1) times × | L A | A silicon waveguide 112 having a length equal to or longer than | L A | is formed, and between adjacent optical waveguides P, the silicon waveguide 112 is shortened by 2.82 μm, and the quartz-based waveguides 111 and 113 are each 56.32 μm. The structure can be made longer.
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、光導波路部１０３の各光導波路Ｐ（Ｐ１〜Ｐｎ）を、それぞれ石英系導波路１１１，１１３とシリコン導波路１１２とから構成し、各光導波路Ｐにおける中心波長に対する温度依存性が互いに等しくなるよう、これら石英系導波路１１１，１１３とシリコン導波路１１２の長さを調整したので、温度による各光導波路Ｐ間の光路長差の変化を抑制できる。これにより、導波路型光干渉計１００において、温度調整装置を必要とすることなく、中心波長の温度依存性を抑制することが可能となる。
[Effect of the first embodiment]
As described above, in this embodiment, each optical waveguide P (P1 to Pn) of the optical waveguide unit 103 is constituted by the silica-based waveguides 111 and 113 and the silicon waveguide 112, respectively, and the center in each optical waveguide P is formed. Since the lengths of the silica-based waveguides 111 and 113 and the silicon waveguide 112 are adjusted so that the temperature dependence on the wavelength becomes equal to each other, a change in the optical path length difference between the optical waveguides P due to temperature can be suppressed. Thereby, in the waveguide type optical interferometer 100, it is possible to suppress the temperature dependence of the center wavelength without requiring a temperature adjusting device.
［第２の実施の形態］
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる導波路型光干渉計について説明する。図３は、第２の実施の形態にかかる導波路型光干渉計の回路構成例である。
第１の実施の形態では、光導波路部１０３の各光導波路Ｐにおいて、光分岐部１０２および光結合部１０４と直接接続する導波路を石英系導波路１１１，１１３で構成し、これら石英系導波路１１１，１１３に挟まれた導波路部分をシリコン導波路１１２で構成した場合について説明した。本実施の形態では、この構成とは逆の構成を用いた場合について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a waveguide type optical interferometer according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit configuration example of a waveguide type optical interferometer according to the second embodiment.
In the first embodiment, in each of the optical waveguides P of the optical waveguide unit 103, the waveguides directly connected to the optical branching unit 102 and the optical coupling unit 104 are configured by the silica-based waveguides 111 and 113, and these silica-based waveguides are formed. The case where the waveguide portion sandwiched between the waveguides 111 and 113 is configured by the silicon waveguide 112 has been described. In this embodiment, a case where a configuration opposite to this configuration is used will be described.
即ち、本実施の形態にかかる導波路型光干渉計２００では、光導波路部２０３の各光導波路Ｐにおいて、光分岐部２０２および光結合部２０４と直接接続する導波路をシリコン導波路２１１，２１３で構成し、これらシリコン導波路２１１，２１３に挟まれた導波路部分を石英系導波路２１２で構成している。これらシリコン導波路２１１、石英系導波路２１２、およびシリコン導波路２１３は、光の進行方向に沿って結合されている。
この場合、シリコン導波路２１１，２１３が２分割されているので、ΔＬAはこの２分割された両シリコン導波路２１１，２１３の合計長に対して定義すればよい。
That is, in the waveguide type optical interferometer 200 according to the present embodiment, in each optical waveguide P of the optical waveguide unit 203, the waveguides directly connected to the optical branching unit 202 and the optical coupling unit 204 are connected to the silicon waveguides 211 and 213. The waveguide portion sandwiched between the silicon waveguides 211 and 213 is composed of a quartz-based waveguide 212. The silicon waveguide 211, the quartz-based waveguide 212, and the silicon waveguide 213 are coupled along the light traveling direction.
In this case, since the silicon waveguide 211 and 213 is divided into two, [Delta] L A may be defined with respect to the total length of both silicon waveguide 211 and 213 that are the 2 division.
また、シリコン導波路２１１，２１３と石英系導波路２１２との接続部について、前述した図２の接続構造を用いることにより、良好な透過率が得られるとともに、接合部における反射を抑制できる。また、シリコン導波路２１１，２１３については、非特許文献１に紹介されているような、小型で急峻な偏向が可能なシリコン細線導波路を用いても良い。
また、シリコン導波路２１１，２１３に合わせて、光分岐部２０２および光結合部２０４、さらには入力導波路２０１および出口導波路２０５が、それぞれ石英系導波路から構成されているため、これら導波路の接続部において良好な接合特性が得られる。なお、図２において、石英系導波路は灰色で示されており、シリコン導波路は黒色で示されている。
Further, by using the connection structure of FIG. 2 described above for the connection portion between the silicon waveguides 211 and 213 and the quartz-based waveguide 212, good transmittance can be obtained and reflection at the joint portion can be suppressed. As the silicon waveguides 211 and 213, a silicon thin wire waveguide that is small and capable of steep deflection as introduced in Non-Patent Document 1 may be used.
In addition, since the optical branching section 202 and the optical coupling section 204, and the input waveguide 201 and the exit waveguide 205 are each composed of a silica-based waveguide in accordance with the silicon waveguides 211 and 213, these waveguides. Good joint characteristics can be obtained at the connecting portion. In FIG. 2, the silica-based waveguide is shown in gray, and the silicon waveguide is shown in black.
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、光導波路部２０３の各光導波路Ｐ（Ｐ１〜Ｐｎ）を、それぞれシリコン導波路２１１，２１３と石英系導波路２１２とから構成し、各光導波路Ｐにおける中心波長に対する温度依存性が互いに等しくなるよう、これらシリコン導波路２１１，２１３と石英系導波路２１２の長さを調整したので、温度による各光導波路Ｐ間の光路長差の変化を抑制できる。これにより、導波路型光干渉計２００において、温度調整装置を必要とすることなく、中心波長の温度依存性を抑制することが可能となる。
[Effect of the second embodiment]
As described above, in the present embodiment, each optical waveguide P (P1 to Pn) of the optical waveguide section 203 is constituted by the silicon waveguides 211 and 213 and the silica-based waveguide 212, respectively. Since the lengths of the silicon waveguides 211 and 213 and the silica-based waveguide 212 are adjusted so that the temperature dependence on the wavelengths becomes equal to each other, the change in the optical path length difference between the optical waveguides P due to temperature can be suppressed. Thereby, in the waveguide type optical interferometer 200, the temperature dependence of the center wavelength can be suppressed without requiring a temperature adjusting device.
［第３の実施の形態］
次に、図４および図５を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる導波路型光干渉計について説明する。図４は、第３の実施の形態にかかる導波路型光干渉計（マッハツェンダ干渉構造）の回路構成例である。図５は、第３の実施の形態にかかる導波路型光干渉計（マッハツェンダ干渉構造）の他の回路構成例である。
[Third Embodiment]
Next, a waveguide type optical interferometer according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a circuit configuration example of a waveguide type optical interferometer (Mach-Zehnder interference structure) according to the third embodiment. FIG. 5 is another circuit configuration example of the waveguide type optical interferometer (Mach-Zehnder interference structure) according to the third embodiment.
図１に示した導波路型光干渉計１００において、光導波路部１０３の光導波路Ｐの本数が２本の場合、この系はいわゆるマッハツェンダ干渉計となるが、この場合でも前述した第１の実施の形態で述べた議論はそのまま適用できる。 In the waveguide type optical interferometer 100 shown in FIG. 1, when the number of the optical waveguides P of the optical waveguide unit 103 is two, this system becomes a so-called Mach-Zehnder interferometer. The argument described in the form of can be applied as it is.
即ち、図４に示すように、導波路型光干渉計（マッハツェンダ干渉構造）３００には、主な機能部として、２本の入力導波路３０１から入力された光を２つに分岐して出力する光分岐部３０２と、光分岐部３０２で分岐された光を、それぞれ長さの異なる２本の光導波路Ｐ１，Ｐ２を介して出力する光導波路部３０３と、光導波路部３０３の光導波路Ｐ１，Ｐ２から入力された光を結合して２本の出口導波路３０５へ出力する光結合部３０４とが設けられている。なお、図４において、石英系導波路は灰色で示されており、シリコン導波路は黒色で示されている。 That is, as shown in FIG. 4, the waveguide type optical interferometer (Mach-Zehnder interference structure) 300 divides the light input from the two input waveguides 301 into two as a main functional unit and outputs it. The optical branching unit 302, the optical waveguide unit 303 for outputting the light branched by the optical branching unit 302 via two optical waveguides P1 and P2 having different lengths, and the optical waveguide P1 of the optical waveguide unit 303. , And an optical coupling unit 304 that couples light input from P2 and outputs the combined light to two exit waveguides 305. In FIG. 4, the silica-based waveguide is shown in gray, and the silicon waveguide is shown in black.
そして、図１と同様に、光導波路部３０３の光導波路Ｐ１，Ｐ２を石英系導波路３１１，３１３とシリコン導波路３１２とからそれぞれ構成し、前述した式（６）の関係で示されるように、中心波長に対する温度依存性が各光導波路Ｐにおいて互いに等しくなるよう、これら石英系導波路３１１，３１３とシリコン導波路３１２の長さを調整する。
これにより、導波路型光干渉計（マッハツェンダ干渉構造）３００において、温度調整装置を必要とすることなく、中心波長の温度依存性を抑制することが可能となる。
As in FIG. 1, the optical waveguides P1 and P2 of the optical waveguide section 303 are respectively composed of the silica-based waveguides 311 and 313 and the silicon waveguide 312 and are expressed by the relationship of the above-described formula (6). The lengths of the silica-based waveguides 311 and 313 and the silicon waveguide 312 are adjusted so that the temperature dependence on the center wavelength is equal to each other in each optical waveguide P.
Thereby, in the waveguide type optical interferometer (Mach-Zehnder interference structure) 300, the temperature dependence of the center wavelength can be suppressed without requiring a temperature adjusting device.
これと同様に、図３に示した導波路型光干渉計２００において、光導波路部２０３の光導波路Ｐの本数が２本の場合、この系はいわゆるマッハツェンダ干渉計となるが、この場合でも前述した第２の実施の形態で述べた議論はそのまま適用できる。 Similarly, in the waveguide type optical interferometer 200 shown in FIG. 3, when the number of the optical waveguides P in the optical waveguide section 203 is two, this system becomes a so-called Mach-Zehnder interferometer. The discussion described in the second embodiment can be applied as it is.
即ち、図５に示すように、導波路型光干渉計（マッハツェンダ干渉構造）４００には、主な機能部として、２本の入力導波路４０１から入力された光を２つに分岐して出力する光分岐部４０２と、光分岐部４０２で分岐された光を、それぞれ長さの異なる２本の光導波路Ｐ１，Ｐ２を介して出力する光導波路部４０３と、光導波路部４０３の光導波路Ｐ１，Ｐ２から入力された光を結合して２本の出口導波路４０５へ出力する光結合部４０４とが設けられている。なお、図５において、石英系導波路は灰色で示されており、シリコン導波路は黒色で示されている。 That is, as shown in FIG. 5, the waveguide type optical interferometer (Mach-Zehnder interference structure) 400 branches the light input from the two input waveguides 401 into two as a main functional unit and outputs it. The optical branching unit 402, the optical waveguide unit 403 that outputs the light branched by the optical branching unit 402 through two optical waveguides P1 and P2 having different lengths, and the optical waveguide P1 of the optical waveguide unit 403. , P2 and an optical coupling unit 404 that couples the light input from P2 and outputs the combined light to two exit waveguides 405. In FIG. 5, the silica-based waveguide is shown in gray, and the silicon waveguide is shown in black.
そして、図３と同様に、光導波路部４０３の光導波路Ｐ１，Ｐ２をシリコン導波路４１１，４１３と石英系導波路４１２とからそれぞれ構成し、前述した式（６）の関係で示されるように、中心波長に対する温度依存性が各光導波路Ｐにおいて互いに等しくなるよう、これらシリコン導波路４１１，４１３と石英系導波路４１２の長さを調整する。
これにより、導波路型光干渉計（マッハツェンダ干渉構造）４００において、温度調整装置を必要とすることなく、中心波長の温度依存性を抑制することが可能となる。
As in FIG. 3, the optical waveguides P1 and P2 of the optical waveguide unit 403 are respectively composed of silicon waveguides 411 and 413 and a silica-based waveguide 412, as shown by the relationship of the above-described formula (6). The lengths of the silicon waveguides 411 and 413 and the silica-based waveguide 412 are adjusted so that the temperature dependence on the center wavelength is equal to each other in each optical waveguide P.
Thereby, in the waveguide type optical interferometer (Mach-Zehnder interference structure) 400, it is possible to suppress the temperature dependence of the center wavelength without requiring a temperature adjusting device.
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
また、前述した図１および図４では、光導波路部の各光導波路を、２本の石英系導波路でシリコン導波路を挟んだ構造で構成した場合を例として説明したが、このうち２本の石英系導波路のそれぞれの長さについては、両者の長さを等しくしてもよく、異なる長さとしてもよい。また、光導波路部の各光導波路には、少なくとも石英系導波路とシリコン導波路が含まれていれば、前述した効果が得られるため、例えば、石英系導波路とシリコン導波路とを１本ずつ用いてもよい。 Further, in FIGS. 1 and 4 described above, each optical waveguide of the optical waveguide portion has been described as an example of a structure in which a silicon waveguide is sandwiched between two silica-based waveguides. The lengths of the quartz-based waveguides may be the same or different. In addition, if each optical waveguide of the optical waveguide section includes at least a quartz-based waveguide and a silicon waveguide, the above-described effect can be obtained. For example, one silica-based waveguide and one silicon waveguide are provided. You may use them one by one.
同様に、前述した図３および図５では、光導波路部の各光導波路を、２本のシリコン導波路で石英系導波路を挟んだ構造で構成した場合を例として説明したが、このうち２本のシリコン導波路のそれぞれの長さについては、両者の長さを等しくしてもよく、異なる長さとしてもよい。また、光導波路部の各光導波路には、少なくとも石英系導波路とシリコン導波路が含まれていれば、前述した効果が得られるため、例えば、石英系導波路とシリコン導波路とを１本ずつ用いてもよい。 Similarly, in FIG. 3 and FIG. 5 described above, the case where each optical waveguide of the optical waveguide portion is configured with a structure in which a silica-based waveguide is sandwiched between two silicon waveguides has been described as an example. The lengths of the silicon waveguides may be the same or different. In addition, if each optical waveguide of the optical waveguide section includes at least a quartz-based waveguide and a silicon waveguide, the above-described effect can be obtained. For example, one silica-based waveguide and one silicon waveguide are provided. You may use them one by one.
１００，２００，３００，４００…導波路型光干渉計、１０１，２０１，３０１，４０１…入力導波路、１０２，２０２，３０２，４０２…光分岐部、１０３，２０３，３０３，４０３…光導波路部、１０４，２０４，３０４，４０４…光結合部、１０５，２０５，３０５，４０５…出口導波路、１１１，１１３，２１２，３１１，３１３，４１２…石英系導波路、１１２，２１１，２１３，３１２，４１１，４１３…シリコン導波路、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，〜，Ｐｉ，Ｐ（ｉ＋１），〜，Ｐｎ…光導波路。 100, 200, 300, 400 ... waveguide type optical interferometer, 101, 201, 301, 401 ... input waveguide, 102, 202, 302, 402 ... optical branching unit, 103, 203, 303, 403 ... optical waveguide unit 104, 204, 304, 404 ... optical coupling part, 105, 205, 305, 405 ... exit waveguide, 111, 113, 212, 311, 313, 412 ... quartz waveguide, 112, 211, 213, 312, 411, 413... Silicon waveguide, P, P1, P2,..., Pi, P (i + 1),.
Claims (4)
前記光分岐部で分岐された光を、それぞれ長さの異なる複数の光導波路を介して出力する光導波路部と、
前記光導波路部の各光導波路からの光を結合して出口導波路へ出力する光結合部と
を備え、
前記光導波路のそれぞれは、石英系導波路とシリコン導波路とから構成され、前記各光導波路における中心波長に対する温度依存性が互いに等しくなるよう、これら石英系導波路とシリコン導波路の長さが調整されている
ことを特徴とする導波路型光干渉計。 An optical branching unit for branching and outputting light input from an input waveguide;
An optical waveguide unit that outputs the light branched by the optical branching unit through a plurality of optical waveguides each having a different length;
An optical coupling unit that couples light from each optical waveguide of the optical waveguide unit and outputs the coupled light to an exit waveguide;
Each of the optical waveguides is composed of a silica-based waveguide and a silicon waveguide, and the lengths of the silica-based waveguide and the silicon waveguide are set so that the temperature dependence on the center wavelength in each optical waveguide is equal to each other. A waveguide-type optical interferometer characterized by being adjusted.
前記光導波路部のうち隣接する光導波路間におけるシリコン導波路の長さの変化分をΔＬAとし、石英系導波路の長さの変化分をΔＬBとし、当該シリコン導波路の有効屈折率の温度微分をｄｎA／ｄＴとし、当該石英系導波路の有効屈折率の温度微分をｄｎB／ｄＴとした場合、ΔＬAとΔＬBは、次の式
The change in the length of the silicon waveguide between adjacent optical waveguides in the optical waveguide portion is ΔL A, and the change in the length of the silica-based waveguide is ΔL B, and the effective refractive index of the silicon waveguide is When the temperature derivative is dn A / dT and the temperature derivative of the effective refractive index of the quartz-based waveguide is dn B / dT, ΔL A and ΔL B can be expressed by the following equations:
前記光分岐部および前記光結合部は、スラブ型導波路から構成されていることを特徴とする導波路型光干渉計。 In the waveguide type optical interferometer according to claim 1 or 2,
The waveguide type optical interferometer, wherein the optical branching unit and the optical coupling unit are configured by slab type waveguides.
前記石英系導波路と前記シリコン導波路との接続部は、徐々に縮小するコアを持つ前記シリコン導波路が前記石英系導波路のコアの内部に包含された構造を有することを特徴とする導波路型光干渉計。 In the waveguide type optical interferometer according to any one of claims 1 to 3,
The connecting portion between the silica-based waveguide and the silicon waveguide has a structure in which the silicon waveguide having a gradually decreasing core is included in the core of the silica-based waveguide. Waveguide type optical interferometer.
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