JP3582775B2 - Optical frequency filter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光周波数フィルタに関する。即ち、光通信、光交換、光情報処理、光計測等に用いられる、集積型光周波数フィルタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
大容量の通信を実現するために、1本の光ファイバに複数の異なる光周波数(波長)からなる光信号を多重化して伝送する波長多重光通信の開発が現在盛んに行われている。
複数の光周波数からなる多重化された光信号の中から、特定の光周波数(波長)の光信号のみを選択的に取り出すことのできる光周波数フィルタは、光アド・ドロップ装置、光クロスコネクト装置、光交換機を実現する上で欠かせないものである。
【0003】
1対のアレイ導波路格子フィルタと光ゲートスイッチとを集積した光周波数フィルタは、電気的な信号のON/OFFにより、デジタル的に、かつ、高速に光周波数を選択できるため、このような用途に適したフィルタとして有望視されている。
InP半導体基板上に1対のアレイ導波路格子フィルタと半導体アンプ・ゲート・スイッチとを集積化した光周波数フィルタの既報告例として、M.Zirngible 他(IEEEフォトニクス・テクノロジー・レターズ、vol.6,pp.513〜515、1994)によるものがある。
【0004】
また、半導体ウェハ上で、異なった分解能を有する2つのフィルタが直列に接続されてなる光フィルタ装置が知られている(特開平6−250132号)。
この光フィルタ装置では、ウェハ上で規定されたフィルタの構成要素を接続する制御可能な透過率を有する導波路に対して制御回路から電気エネルギーを供給し、これにより、フィルタ全体が複数個の光周波数のうちの所定のものに対して同調する。
このような電気エネルギーの印加により、半導体媒質の領域全体にわたって選択された数百もの光周波数のうちの一つを透過させうる周波数選択経路が生成される。
【0005】
ここで、図面を用いて、従来の光周波数フィルタの動作特性について説明する。
図4は8チャネルの光周波数フィルタを上面から眺めたときの構成を模式的に描いたものである。
このフィルタは、アレイ導波路格子分波器110、アレイ導波路格子合波器111及び半導体アンプ・アレイ112の3領域から構成されている。
InP基板120上に光導波路が形成されており、バンドギャップ波長1050nmのInGaAsPコア層がInPクラッド層により挟みこまれた構造となっている。
【0006】
よって、波長1550nm(光周波数:〜193THz)付近の光に対しては透明であり、InPに比して屈折率の高いInGaAsP層に光は閉じこめられ、導波路パタンに沿って光は伝搬していく。
入射光113が第1のアレイ格子分波器の入力導波路121に入射されると、光は第一のスラブ導波路122に導かれる。
このスラブ導波路122では、基板と平行な方向には屈折率による閉じこめ効果がないために、光はある角度をもって横に広がっていく。
この広がった光は、多数のアレイ導波路123に少しずつ結合し、第二のスラブ導波路124に導かれる。
【0007】
第二のスラブ導波路124中では光は収束し、複数の出力導波路125のうちの1つの導波路に結合する。
ここで、アレイ導波路123の隣り合う導波路間には、長さにある一定の差が設けられている。
このため、第二のスラブ導波路124と出力導波路125との間の面内で、どの位置に光が収束されるのかは、入力された光の周波数に依存して変化することになる。
例えば、ある周波数f1の光が1番目の出力導波路に結合したとすると、Δfだけ周波数の異なる光は隣の2番目の出力導波路に結合することになる。
【0008】
即ち、第1のアレイ導波路格子分波器は、光周波数の異なる光を複数の出力導波路に、周波数に応じて振り分ける働きをする。
一方、第二のアレイ導波路格子合波器111は、入力導波路126、第一のスラブ導波路127、アレイ導波路128、第二のスラブ導波路129、出力導波路130からなり、第1のアレイ導波路格子分波器110の入力導波路121と出力導波路125の配置を入れ替えた対称形の構造となっている。
よって、第二のアレイ導波路格子合波器111は、上記第1のアレイ導波路格子分波器の動作説明において、光が反対向きに進んでいく様子を考えればその動作が理解できる。
第二のアレイ導波路格子合波器111は、分波された光を1つの導波路に合波する働きをする。
【0009】
上記アレイ導波路格子分波器110の出力導波路125と上記アレイ導波路格子合分波器111の入力導波路126の間には半導体アンプ112がそれぞれ形成されている。
半導体アンプ112の導波路はバンドギャップ波長1550〜1580nmのInGaAsPからなっており、電流が注入されない場合には、1550nm付近の光は吸収され、電流が注入されると、光は増幅される。
即ち、半導体アンプ112は、電流ON/OFFにより、光を遮断したり透過したりするゲート・スイッチとして作用する。
従って、ある特定の半導体アンプ112に電流を流して光を通過させることにより、第一のアレイ導波路格子分波器110で分波された光の中から特定の波長だけを出力導波路130に導くことが可能となる。
【0010】
このような構成を持つ光周波数フィルタは、電気的に高速に選択する光周波数を切り替えることができるという特徴をもっている。
ところで、アレイ導波路格子フィルタの設計について以下に述べる。
アレイ導波路格子フィルタのある特定の出力導波路から透過してくる光の周波数は、周期的なものとなる。
この周波数の周期はフリー・スペクトラル・レンジ(FSR)と呼ばれ、以下の式により定まる。
FSR=c/(n・ΔL)
ここで、cは光速、nはアレイ導波路の実効屈折率、ΔLは隣合うアレイ導波路間の長さの差である。
【0011】
即ち、FSRはアレイ導波路間の長さの差ΔLを設定することで、決定される。
また、隣り合う出力導波路間における透過周波数の差、即ちチャネル周波数間隔Δfは出力導波路間の間隔とスラブ導波路の長さ、FSRにより、定めることができる。
図4に示した例では、チャネル周波数間隔Δfが200GHzで、チャネル数(出力導波路数)が8,FSRが1.6THzとなっており、FSRがチャネル周波数間隔のちょうどチャネル数倍になるように設定されている。
このフィルタは、200GHz間隔で配置された8つの多重化された光信号から、任意の周波数の光のみを選択する光周波数フィルタとして動作する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、選択できる光周波数の数を多くしてゆくと、その数に比例して、出力導波路数が多いアレイ導波路格子フィルタが必要になり、光ゲート数も多くなる。その結果、素子のサイズが大きくなり、電極数が増してしまう。
素子サイズの増大化は、単位ウェハから作ることのできる素子数の低下、歩留まりの低下を招き、電極数の増加は、電気配線をするためのワイヤリング工程の増加、制御回路の大規模化を招くといった問題があった。
本発明の目的は、上記従来例における問題を解決し、選択できる光周波数の数が増えても、制御電極数の増加が少なくて済む光周波数フィルタを供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の請求項1に係る光周波数フィルタは、一本の入力導波路に入射した光を少なくとも二本以上の出力導波路に異なる光周波数毎に分波する作用を持つ第一のアレイ導波路格子フィルタと、その分波された光を1つの導波路に合波させる作用をもつ第二のアレイ導波路格子フィルタの間に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続してなる光周波数フィルタにおいて、第一及び第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路もしくは入力導波路間に分波若しくは合波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔が全てのアレイ導波路格子で等しくなるように導波路が配置され、かつ、第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが前記周波数チャネル間隔だけ異なるように、第一のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差と、第二のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差とが、異なる値になるように設定され、さらに第二のアレイ導波路格子フィルタの少なくとも二本以上の出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続し、該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流回路が接続されていることを特徴とする。
【0014】
上述の目的を達成する本発明の請求項2に係る光周波数フィルタは、一本の入力導波路に入射した光を少なくとも二本以上の出力導波路に異なる光周波数毎に分波する作用を持つ第一のアレイ導波路格子フィルタと、その分波された光を1つの導波路に合波させる作用をもつ第二のアレイ導波路格子フィルタの間に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続してなる光周波数フィルタにおいて、第一及び第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路もしくは入力導波路間に分波若しくは合波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔が全てのアレイ導波路格子で等しくなるように導波路が配置され、かつ、第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが前記周波数チャネル間隔だけ異なるように、第一のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差と、第二のアレイ導波路格子フィルタの隣り合うアレイ導波路間の長さの差とが、異なる値になるように設定され、さらに該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流分配回路が接続され、該光合流分配回路の少なくとも二本以上の出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチが接続され、該光ゲート・スイッチの出力導波路が第二のアレイ導波路格子フィルタのそれぞれ異なった入力導波路に接続されていることを特徴とする。
【0015】
上記目的を達成する本発明の請求項3に係る発明は、2つのアレイ導波路格子フィルタの間に、第一のアレイ導波路格子フィルタで分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続した光周波数フィルタにおいて、第一のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、或いは、第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、更に第二のアレイ導波路格子フィルタの少なくとも二本以上ある出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続し、該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流回路が接続されていることを特徴とする。
【0016】
上記目的を達成する本発明の請求項4に係る発明は、2つのアレイ導波路格子フィルタの間に、第一のアレイ導波路格子フィルタで分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続した光周波数フィルタにおいて、第一のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第二のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、或いは、第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが等しくなるように導波路が配置され、更に該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流分配回路が接続され、該光合流分配回路の少なくとも二本以上ある出力導波路に、分配された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチが接続され、該光ゲート・スイッチの出力導波路が第二のアレイ導波路格子フィルタのそれぞれ異なった入力導波路に接続されていることを特徴とする。
【0017】
上記目的を達成する本発明の請求項5に係る発明は、2つのアレイ導波路格子フィルタの間に、第一のアレイ導波路格子フィルタで分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続した光周波数フィルタにおいて、第二のアレイ導波路格子フィルタの出力導波路において、透過される光周波数帯域が第一のアレイ導波路格子フィルタで透過される光周波数帯域以上かつ第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔以下の範囲内に設定され、かつ、第二のアレイ導波路格子フィルタにおいて、隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔と第一のアレイ導波路格子フィルタで周期的に生じる透過光周波数の間隔とが、第一のアレイ導波路格子フィルタで隣り合う出力導波路に分波される光周波数の差、いわゆる周波数チャネル間隔だけずれるように第二のアレイ導波路格子フィルタの入力導波路が配置され、更に第二のアレイ導波路格子フィルタの少なくとも二本以上ある出力導波路に、分波された光を透過又は遮断させる光ゲート・スイッチを接続し、該光ゲート・スイッチの出力導波路に光合流回路が接続されていることを特徴とする。
【0018】
〔作用〕
本発明においては、第一のアレイ導波路格子と前段の光ゲート・スイッチ・アレイ、光合流分配回路、後段の光ゲート・スイッチ・アレイ、第二のアレイ導波路格子により構成され、前段のアレイ導波路格子フィルタと後段のアレイ導波路格子フィルタのチャネル周波数間隔や両者間でのFSRを適当に設計することにより、或いは、前段のアレイ導波路格子フィルタと後段のアレイ導波路格子フィルタのチャネル周波数間隔は等しくし、かつ、両者間でFSRがチャネル間隔分だけ異なる値になるようにしたことが特徴である。
従来方法よりも少ない光ゲート・スイッチで多数の光周波数を効率的に選択できるようにしたのが特徴である。
本発明による光周波数フィルタでは、前段の光ゲート・スイッチと後段の光ゲート・スイッチの組み合わせを選ぶことにより、少ない電極数で選択できる光周波数の数を著しく増やすことが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
〔実施例1〕
本発明の第1の実施例を図1に示す。
本実施例は、チャネル数4、FSRがチャネル間隔の4倍のアレイ導波路格子フィルタ1と、チャネル数5、FSRがチャネル間隔の5倍のアレイ導波路格子フィルタ3を組み合わせた20チャネルの光周波数フィルタに関する。
【0020】
図中、1はチャネル数4、FSRがチャネル間隔の4倍のアレイ導波路格子フィルタ、2は4チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、3はチャネル数5、FSRがチャネル間隔の5倍のアレイ導波路格子フィルタ、4は5チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、5は5入力1出力の光合流回路、6は光ゲート制御用電極である。
InP半導体基板上には多数の光導波路が形成され、アレイ導波路格子フィルタ部分1及び3の導波路のコア層は、バンドギャップ波長1050nmのInGaAsPで形成されている。
【0021】
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部2及び4の導波路層の組成は、バンドギャップ波長1550〜1580nmのInGaAsPであり、波長1550nm(光周波数:〜193THz)付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
半導体アンプ2,4の上部に形成される光ゲート制御用電極6と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をON/OFF動作させることにより、光を透過/遮断の制御が行われる。
第一のアレイ導波路格子フィルタ1では、周波数チャネル間隔100GHz、FSR400GHz、チャネル数4となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
【0022】
第二のアレイ導波路格子フィルタ3では、周波数チャネル間隔100GHz、FSR500GHz、チャネル数5となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
ここで、本実施例に係る光周波数フィルタの動作について説明する。
第一のアレイ導波路格子フィルタ1がチャネル数4、FSRがチャネル間隔の4倍、第二のアレイ導波路格子フィルタ3がチャネル数5、FSRがチャネル間隔の5倍のアレイ導波路格子フィルタであり、かつ両者のチャネル間隔が等しい場合における、各アレイ導波路格子フィルタ1,3の入出力光周波数の関係を表1(a)及び(b)にそれぞれ示す。
【0023】
【表1】
【0024】
尚、表1(a)はアレイ導波路格子フィルタ1の入出力光周波数の関係を、表1(b)はアレイ導波路格子フィルタ3の入出力光周波数の関係を示した。
表1に示されるように、同一の入射ポートから信号が入射した場合、信号光の光周波数に応じて異なった出力ポートから出力され、また、同一光周波数の信号でも入力ポートが異なれば異なる出力ポートに出力されることとなる。
【0025】
即ち、第一のアレイ導波路格子フィルタ1は、表1(a)に記載するように、一つの入射ポートに入射した信号を光周波数f1〜20に応じて四つの出力ポートへ透過させ、また、アレイ導波路格子フィルタ3は、表1(b)に記載するように、四つの入射ポートに入射した信号を光周波数f1〜f20に応じて五つの出力ポートへ透過させる。
【0026】
アレイ導波路格子フィルタ1,3の透過特性を図2(a)及び(b)にそれぞれ示す。
光ゲート・スイッチアレイ2及び4の光ゲート・スイッチ素子番号をそれぞれA1〜A4、B1〜B5とし、光ゲート・スイッチA1及びB1を透過動作させ、それ以外の光ゲート・スイッチは遮断動作にある場合の透過特性は、第一のアレイ導波路格子フィルタ1では図2(a)で実線で示すように、f1,f5,f9,f13,f17となり、また、第二のアレイ導波路格子フィルタ3では図2(b)で実線で示すように、f1,f6,f11,f16となる。
【0027】
つまり、第一のアレイ導波路格子フィルタ1では、図2(a)に示されるようにチャネル間隔3つおきに周期的に透過周波数帯が生じ、図中A1〜A4で示す光周波数を有する信号光がそれぞれ出力ポート1〜4に分波される。
更に、光ゲート・スイッチA1のみを透過動作させることにより、図1中実線で示される周波数の信号光が、図1中一番上の導波路から第二のアレイ導波路格子フィルタ3に入射する。
光ゲート・スイッチA2〜A4はOFFされているため、第二のアレイ導波路格子フィルタ3の他の入射導波路からは信号光は入射しない。
【0028】
光ゲート・スイッチA1を透過し、第二のアレイ導波路格子フィルタ3から出力される信号光は図2(b)に示されるようにチャネル間隔4つおきに周期的に透過周波数帯が生じ、図中B1〜B5で示す光周波数を有する信号光がそれぞれ五つの出力ポートに分波される。
光ゲート・スイッチB1を透過動作させることにより、実線で示すようなチャネル間隔4つおきの周期的な透過周波数帯が生じる。
その結果、後段の光ゲート・スイッチアレイ4からの出力は、両者の透過特性を掛け合わせたものとなる。
【0029】
つまり、図2(c)に示されるような周波数f1を有する信号光が図1中一番上の導波路から光合流回路5に入射すると、光ゲート・スイッチB2〜B5はOFFされているため、光合流回路5の他の入力導波路からは信号光は入射しない。
光合流回路5からの出力信号がこのフィルタの透過特性となり、図2(c)に示すように、20チャネル(=4×5)おきに透過周波数帯が生じるものとなる。
この光周波数フィルタは20チャネルの中から任意の周波数を選択できるフィルタとして用いることができる。
【0030】
前後の光ゲート・スイッチアレイ2及び4の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の19チャネルの中から任意のチャネルを選択することは、これらの図及び表1より容易に理解することができる。
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔100GHzで等間隔に配列した20の光周波数成分を持つ光の中から、任意の1つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応表を表1に示す。
【0031】
本実施例では、2つの光周波数選択フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、191.0THzから192.9THzまでの周波数範囲内の20周波数チャネルから任意のチャネルの光を取り出すことができる。
尚、制御しなければならない電極数は、9となっている。
従来の光周波数フィルタの構成では、20チャネルの中から任意の周波数を選択できるフィルタには20の光ゲート・スイッチの制御を要するが、本構成のフィルタでは、9(=5+4)の光ゲート・スイッチの制御をすればよく、電極数を著しく減少させることができることがわかる。
【0032】
必要な周波数チャネルの数がより大きくなればなるほど、本発明による構成により、電極数の削減効果が大きくなることは明らかである。
本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また、光合流回路5として、5入力1出力の場合について説明したが、N入力M出力のものを用いることも可能である。
また、本実施例の入力側、出力側を逆にした構成でも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【0033】
〔実施例2〕
本発明の第2の実施例を図3に示す。
本実施例は、チャネル数4、FSRがチャネル間隔の4倍のアレイ導波路格子フィルタ7と、チャネル数5、FSRがチャネル間隔の5倍のアレイ導波路格子フィルタ11を用いた場合の20チャネルの光周波数フィルタに関する。
【0034】
図中、7はチャネル数4、FSRがチャネル間隔の4倍のアレイ導波路格子フィルタ、8は4チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、9は4入力5出力の光合流分配回路、10は5チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、11はチャネル数5、FSRがチャネル間隔の5倍のアレイ導波路格子フィルタ、12は光ゲート制御用電極である。
【0035】
InP半導体基板上に多数の光導波路が形成され、アレイ導波路格子フィルタ部分7及び11の導波路のコア層は、バンドギャップ波長1050nmのInGaAsPで形成されている。
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部8及び10の導波路層の組成は、バンドギャップ波長1550〜1580nmのInGaAsPであり、波長1550nm(光周波数:〜193THz)付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
【0036】
半導体アンプの上部に形成される光ゲート制御用電極12と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をON/OFF動作させることにより、光を透過/遮断の制御が行われる。
第一のアレイ導波路格子フィルタ7では、周波数チャネル間隔100GHz、FSR400GHz、チャネル数4となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
【0037】
第二のアレイ導波路格子フィルタ11では、周波数チャネル間隔100GHz、FSR500GHz、チャネル数5となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
ここで、本実施例に係る光周波数フィルタの動作について説明する。
本実施例における各アレイ導波路格子フィルタ7,11の入出力光周波数の関係を表2(a)及び(b)にそれぞれ示す。
【0038】
【表2】
【0039】
尚、表2(a)はアレイ導波路格子フィルタ7の入出力光周波数の関係を、表2(b)はアレイ導波路格子フィルタ11の入出力光周波数の関係を示した。
即ち、光周波数選択フィルタ7は、表2(a)に記載するように、一つの入射ポートに入射した信号を光周波数f1〜20に応じて四つの出力ポートへ透過させ、また、アレイ導波路格子フィルタ3は、表1(b)に記載するように、五つの入射ポートに入射した信号を一つの出力ポートへ透過させる。
【0040】
いま、光ゲート・スイッチアレイ8及び10の光ゲート・スイッチ素子番号をそれぞれA1〜A4、B1〜B5とし、信号光が第一のアレイ導波路格子フィルタ7に一番上の導波路から入射したとする。
光ゲート・スイッチA1のみを透過動作させることにより、図2中実線で示される周波数の信号光が、図中一番上の導波路から4入力5出力の光合流分配回路9に入射する。
【0041】
光ゲート・スイッチA2〜A4はOFFされているため、光合流分配回路9の他の入射導波路からは信号光は入射しない。
光ゲート・スイッチA1を透過して光合流分配回路9に入射した信号光は光合流分配回路9により分岐され、5チャネルの光ゲート・スイッチアレイ10に入射する。
【0042】
いま、光ゲート・スイッチアレイ10のうち光ゲート・スイッチB1のみを透過動作させることにより、信号は一つの入力ポートからのみ第二のアレイ導波路格子フィルタ11に入射し、出力信号は実線で示すようなチャネル間隔4つおきの周期的な透過周波数帯が生じる。
【0043】
即ち、光ゲートスイッチアレイ10を透過し、第二のアレイ導波路格子フィルタ11から出力される信号光は、表2(b)に示すように周波数f1,f6,f11,f16であり、また、図2(b)に示されるようにチャネル間隔4つおきに周期的に透過周波数帯が生じ、図中B1〜B5で示される光周波数を有する信号光がそれぞれ五つの入力ポートから入射した場合に出力ポートから出力が得られる。
その結果、第二のアレイ導波路格子フィルタ11からの出力は、両者の透過特性を掛け合わせたものとなる。
つまり図2(c)に示されるような周波数f1を有する信号光が出力されることになる。
【0044】
この出力信号が本実施例に示されるフィルタの透過特性となり、図2(c)に示すように、20チャネル(=4×5)おきに透過周波数帯が生じるものとなる。
この光周波数フィルタは20チャネルの中から任意の周波数を選択できるフィルタとして用いることができる。
前後の光ゲート・スイッチアレイ8及び10の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の19チャネルの中から任意のチャネルを選択することは、これらの図及び表1より容易に理解することができる。
【0045】
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔100GHzで等間隔に配列した20の光周波数成分を持つ光の中から、任意の1つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応表を表1に示す。
本実施例では、2つの光周波数選択フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、191.0THzから192.9THzまでの周波数範囲内の20周波数チャネルから任意のチャネルの光を取り出すことができる。
尚、制御しなければならない電極数は、9となっている。
【0046】
更に、本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば、吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また光合流回路としてN入力M出力の場合について説明したが、入力ポート数、出力ポート数がそれぞれN、M以上であれば、同様の効果が期待できる。
また、本実施例の入力側、出力側を逆にした構成でも、同様な効果が得られることは言うまでもない。
【0047】
上述した光合流回路5、光合流分配回路9として有力なものは、図5に示すようなY分岐型、スターカプラ型(AWGに使われている)および多モード干渉型である。
図5(a)は、Y分岐型の光合流回路を多段接続して構成された4入力1出力の光合流回路であり、Y字型に接続された導波路を伝搬する内に1本の出力導波路に導かれる。
【0048】
図5(b)は、スターカプラ型の光合流回路、図5(c)はスターカプラ型の光合流分岐回路であり、入射信号光が左右方向の幅が十分に広い2次元伝搬領域をビーム状に広がりながら伝搬し、出力導波路に結合するもので、ビームの広がりの範囲内にある全ての出力導波路に出力される。
そのため、N入力M出力(N=1,2,3,…、M=1,2,3,…)の光合流分岐回路が容易に形成できる。
【0049】
図5(d)は多モード干渉型の光合流回路、図5(e)は多モード干渉型の光合流分岐回路であり、入射信号光が多モードの伝搬を許容する多モード伝搬領域を伝搬する内にモード干渉により光強度の強い領域・弱い領域が生じ、光強度の強い領域に出力導波路を配置することによりN入力M出力(N=1,2,3,…、M=1,2,3.…)の光合流分岐回路が容易に形成できる。
【0050】
本発明は光合流分配回路としてはこれらのほか、市販のファイバ型のカプラを用いることも勿論可能であり、また例えば方向性結合器を用いた3dBカプラを多段に接続しても構わない。
極端な言い方をすれば、複数本の入力導波路(またはファイバ)が複教本の出力導波路(またはファイバ)とが信号光の伝搬方向に沿って同時に物理的或いは(レンズ等を介して)光学的に接続されていれば光合流分岐回路として動作する。
【0051】
〔実施例3〕
本発明の第3の実施例を図6に示す。
本実施例は、入力光が100GHz間隔で20個の周波数が多重された信号光の場合に適用した周波数フィルタに関する。
図中31はチャネル数4、FSRがチャネル間隔の4倍のアレイ導波路格子フィルタ、また、33はチャネル数5,FSRがチャネル間隔の5倍のアレイ導波路格子フィルタであり、第一のアレイ導波路格子フィルタ31のチャネル間隔は第二のアレイ導波路素子フィルタ33のFSRと等しくなるように設定されている。
【0052】
即ち、第一のアレイ導波路格子フィルタ31では、周波数チャネル間隔500GHz、チャネル毎の透過帯域500GHz,FSR2000GHz、チャネル数4となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されており、第二のアレイ導波路格子フィルタ33では、周波数チャネル間隔100GHz、チャネル毎の透過帯域100GHz,FSR500GHz、チャネル数5となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されている。
32は4チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、34は5チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、35は5入力1出力の光合流回路、36は電極である。
【0053】
多数の光導波路がInP半導体基板上に形成され、アレイ導波路格子フィルタ31及び33の導波路のコア層は、バンドギャップ波長1050nmのInGaAsPで形成されている。
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部32及び34の導波路層の組成は、バンドギャップ波長1550〜1580nmのInGaAsPであり、波長1550nm(光周波数:〜193THz)付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
半導体アンプの上部に形成される電極36と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をON/OFF動作させることにより、光を透過/遮断の制御が行われる。
【0054】
ここで本実施例の素子の動作について説明する。
第一のアレイ導波路格子フィルタ31のある入射ポートと第二のアレイ導波路格子フィルタ33の各入射ポートから20の周波数多重信号光が入射した場合の各アレイ導波路格子フィルタの入出力光周波数の関係を表3(a)及び(b)にそれぞれ示す。
【0055】
【表3】
【0056】
表3(a)はアレイ導波路格子フィルタ31について、表3(b)はアレイ導波路格子フィルタ33について、表3(c)は第3の実施例の光周波数フィルタ全体について、入出力光周波数の関係を示している。
図6の光ゲート・スイッチアレイ32及び34の光ゲート・スイッチ素子番号をそれぞれA1〜A4,B1〜B5とし、例として光ゲート・スイッチA1とB1を透過動作させ、それ以外の光ゲート・スイッチは遮断動作にある場合の透過特性を図7に示す。
図6の第一のアレイ導波路格子フィルタ31では、図7(a)に示されるように、20の周波数多重信号光が連続する5つの信号光が一組となって、それぞれ出力ポート1〜4に分波される。
【0057】
光ゲート・スイッチA1を透過動作させることにより、図中実線で示される5つのf1〜f5の周波数信号光が、図6中32で一番上の導波路から第二のアレイ導波路格子フィルタ33に入射する。
光ゲート・スイッチA2〜A4はOFFされているため、第二のアレイ導波路格子フィルタ33の他の入射導波路からは信号光は入射しない。
次に、光ゲート・スイッチA1から入射し、第二のアレイ導波路格子フィルタ33から出力される信号光は図7(b)に示されるような透過特性を示し、実線で示すようなチャネル間隔5つおきの周期的な透過周波数帯が生じる。
ところで、前段の光ゲート・スイッチアレイ32で選ばれたのはf1〜f5だけなので後段の光ゲート・スイッチアレイ34のB1に入射するのはf1のみである。
【0058】
即ち、後段の光ゲート・スイッチアレイ34からの出力は、両者の透過特性を掛け合わせた、つまり図7(c)に示されるように、f1の周波数を有する信号光が図中一番上の導波路から光合流回路35に入射する。
光ゲート・スイッチB2〜B5はOFFされているため、光合流回路5の他の入射導波路からは信号光は入射しない。
光合流回路5からの出力信号がこのフィルタの透過特性となり、図7(c)に示すように、20波(=4×5)おきに透過周波数帯が生じるものとなる。
この光周波数フィルタは20の周波数多重信号光の中から任意の周波数信号光を選択できるフィルタとして用いることができる。
前後の光ゲート・スイッチアレイ32及び34の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の19の周波数信号光の中から任意の信号光を選択することは、これらの図及び表3より容易に理解することができる。
【0059】
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔100GHzで等間隔に配列した20の光周波数成分を持つ光の中から、任意の1つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応は、表3(c)に示す通りである。
本実施例では、2つの光周波数フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、191.0THzから192.9THzまでの周波数範囲内の20の周波数多重信号光の中から任意の周波数信号の光を取り出すことができる。
なお、制御しなければならない電極数は、9となっている。
従来の光周波数フィルタの構成では、20の周波数多重信号光の中から任意の周波数信号光を選択できるフィルタには20の光ゲート・スイッチの制御を要するが、本構成のフィルタでは、9(=5+4)の光ゲート・スイッチの制御をすればよく、電極数を著しく減少させることができることがわかる。
【0060】
必要な周波数チャネルの数がより大きくなればなるほど、本発明による構成により、電極数の削減効果が大きくなることは明らかである。
本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また光合流回路としてN入力1出力の場合について説明したが、N入力M出力のものを用いることも可能である。
また、本実施例の第一及び第二アレイ導波路格子の透過特性を逆にした構成でも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【0061】
〔実施例4〕
本発明の第4の実施例を図8に示す。
本実施例は、入力光が100GHz間隔で20個の周波数が多重された信号光の場合に適用した周波数フィルタに関する。
図中41はチャネル数4,FSRがチャネル間隔の4倍のアレイ導波路格子フィルタ、また、5はチャネル数5,FSRがチャネル間隔の5倍のアレイ導波路格子フィルタであり、第一のアレイ導波路格子フィルタ41のチャネル間隔は第二のアレイ導波路格子フィルタ45のFSRと等しくなるように設定されている。
【0062】
即ち、第一のアレイ導波路格子フィルタ41では、周波数チャネル間隔500GHz、チャネル間の透過帯域500GHz、FSR2000GHz、チャネル数4となるように、アレイ導波路、スラブ導波路、入出力導波路が配置されており、第二のアレイ導波路格子フィルタ45では、周波数チャネル間隔100GHz、チャネル毎の透過帯域100GHz,FSR500GHz、チャネル数5となるように、アレイ導波路、スラフ導波路、入出力導波路が配置されている。
42は4チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、43は4入力5出力の光合流分配回路、44は5チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、46は電極である。多数の光導波路がInP半導体基板上に形成され、アレイ導波路格子フィルタ41及び45の導波路のコア層は、バンドギャップ波長1050nmのInGaAsPで形成されている。
【0063】
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部42及び44の導波路層の組成は、バンドギャップ波長1550〜1580nmのInGaAsPであり、波長1550nm(光周波数:〜193THz)付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
半導体アンプの上部に形成される電極46と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をON/OFF動作させることにより、光を透過/遮断の制御が行われる。
ここで本発明の素子の動作について説明する。
第一のアレイ導波路格子フィルタ41のある入射ポートと第二のアレイ導波路格子フィルタ45の各入射ポートから20の周波数多重信号光が入射した場合の各アレイ導波路格子フィルタの入出力光周波数の関係を表4(a)及び(b)にそれぞれ示す。
【0064】
【表4】
【0065】
表4(a)はアレイ導波路格子フィルタ41について、表4(b)はアレイ導波路格子フィルタ45について、表4(c)は第4の実施例の光周波数フィルタ全体について、入出力光周波数の関係を示している。
いま信号光が第一のアレイ導波路格子フィルタ41のある入射ポートから入射したとする。
図8の光ゲート・スイッチアレイ42及び44の光ゲート・スイッチ素子番号を再度それぞれA1〜A4,B1〜B5とし、例として光ゲート・スイッチA1とB1を透過動作させ、それ以外の光ゲート・スイッチは遮断動作にある場合の透過特性は先程同様図7のようになる。
【0066】
光ゲート・スイッチA1を透過動作させることにより、図7(a)中実線で示される5つの周波数f1〜f5の信号光が、図8中一番上の導波路から4入力5出力の光合流分配回路43に入射する。
光ゲート・スイッチA2〜A4はOFFされているため、光合流分配回路43の他の入射導波路から他の信号光は入射しない。
光ゲート・スイッチA1から光合流分配回路43に入射した信号光は光合流分配回路43により分岐され、5チャネルの光ゲート・スイッチアレイ44に入射する。
さて、第二のアレイ導波路格子フィルタ45では出力ポートを一本のみ用いる。
出力される信号光は表4(b)より、図7(b)中B1〜B5で示される光周波数を有する信号光がそれぞれ入力ポート1〜5から入射した場合に出力ポートから出力が得られる。
【0067】
本実施例では、光ゲート・スイッチアレイ44のうち光ゲート・スイッチB1のみを透過動作させ、光ゲート・スイッチB2〜B5はOFFされているため、信号は入力ポート1からのみ第二のアレイ導波路格子フィルタ45に入射し、他の入射導波路からは信号光は入射しない。
この場合の透過特性は、図7(b)の実線で示すようなチャネル間隔5つおきの周期的な透過周波数帯が生じる。
ところで、前段の光ゲート・スイッチアレイ42で選ばれたのはf1〜f5だけなので後段の光ゲート・スイッチアレイ44のB1から入射して、第二のアレイ導波路格子45の出力ポートから出力されるのはf1のみである。
その結果、第二のアレイ導波路格子45の出力ポートからは、両者の透過特性を掛け合わせた、つまり図7(c)に示されるように、f1の周波数を有する信号光が第二のアレイ導波路格子45の出力ポートから出力される。
【0068】
この出力信号が本実施例に示されるフィルタの透過特性となり、図7(c)に示すように、20波(=4×5)おきに透過周波数帯が生じるものとなる。
この光周波数フィルタは20の周波数多重信号光の中から任意の周波数信号光を選択できるフィルタとして用いることができる。
前後の光ゲート・スイッチアレイ42及び44の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の19の周波数信号光の中から任意の信号光を選択することは、これらの図及び表4より容易に理解することができる。
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔100GHzで等間隔に配列した20の光周波数成分を持つ光の中から、任意の1つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応は、表4(c)に示す通りである。
【0069】
本実施例では、2つの光周波数フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、191.0THzから192.9THzまでの周波数範囲内の20の周波数多重信号光から任意の周波数の信号光を取り出すことができる。
なお、制御しなければならない電極数は、9となっている。
本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また光合流回路としてN入力M出力の場合について説明したが、入力ポート数、出力ポート数がそれぞれN,M以上であれば同様の効果が期待できる。
また、本実施例の第一及び第二アレイ導波路格子の透過特性を逆にした構成でも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【0070】
〔実施例5〕
本発明の第5の実施例を図9に示す。
本実施例は、入力光が100GHz間隔で20個の周波数が多重された信号光の場合に適用した周波数フィルタに関する。
図中51は、チャネル数5、チャネル間隔100GHz、チャネル毎の透過帯域100GHz,FSRがチャネル間隔の5倍、即ち、500GHzのアレイ導波路格子フィルタである。
53はチャネル数4、チャネル間隔は500GHz、チャネル毎の透過帯域は第一のアレイ導波路格子フィルタ51のチャネル間隔の3倍、即ち、300GHz、FSRがチャネル間隔の4倍、即ち、2000GHzのアレイ導波路格子フィルタである。
【0071】
ただし、第二のアレイ導波路格子53のスラブ導波路との接合点における入力導波路の間隔を図10のように第二のアレイ導波路格子フィルタ53のチャネル間隔500GHzと信号光の周波数間隔100GHzを加えた分だけ(600GHz)ずらして配置する。
このとき、第二のアレイ導波路格子フィルタ53の各入力ポートから多重信号光が入射すると、各光周波数信号はその周波数毎に図11に示す焦点位置に対して分配される。
図11では、このときの各入力ポートからの入射に対してf1からf20の各光周波数信号と焦点位置の関係を示している(一点鎖線)。
【0072】
この図を見ればわかるように20の各信号は第二のアレイ導波路格子フィルタ53の入力ポートを適当に選ぶことにより常に透過帯域の中心を通るようになる(図11点線枠、図12)。
表5(a)はアレイ導波路格子フィルタ51について、表5(b)はアレイ導波路格子フィルタ58について、表5(c)は第5の実施例の光周波数フィルタ全体について、入出力光周波数の関係を示している。
よって、透過特性としては表5(b)のようになる。
【0073】
【表5】
【0074】
52は5チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、54は4チャネルの光ゲート・スイッチアレイ、55は4入力1出力の光合流回路、56は電極である。
多数の光導波路がInP半導体基板上に形成され、アレイ導波路格子フィルタ51及び53の導波路のコア層は、バンドギャップ波長1050nmのInGaAsPで形成されている。
光ゲート・スイッチとして用いる半導体アンプ部52及び54の導波路層の組成は、バンドギャップ波長1550〜1580nmのInGaAsPであり、波長1550nm(光周波数=:〜193THz)付近の光に対して、吸収或いは増幅作用を持つ。
【0075】
半導体アンプの上部に形成される電極56と基板の裏面に形成される電極との間に電圧を制御し、半導体アンプの導波路層に流れる電流をON/OFF動作させることにより、光を透過/遮断の制御が行われる。
ここで本発明の素子の動作について説明する。
図9の光ゲート・スイッチアレイ52及び54の光ゲート・スイッチ素子番号をそれぞれA1〜A5,B1〜B4とし、例として光ゲート・スイッチA2とB1を透過動作させ、それ以外の光ゲート・スイッチは遮断動作にある場合を考える。
第一のアレイ導波路格子52の入射ポートから入った多重光は、その周波数成分毎に光ゲート・スイッチA1〜A5に表5(a)のように分配されて入る。
ここでA2をON,A1,A3〜A5をOFFとすると、第二のアレイ導波路格子53の入力ポート2にはf2,f7,f12,f17が入り、それ以外の入力ポートには信号が入らない。
【0076】
第二のアレイ導波路格子53の入力ポート2から入った上の4つの信号は、表5(b)の透過特性に従い、光ゲート・スイッチB1〜B4にそれぞれf7,f12,f17,f2が入る。
更にここで、光ゲート・スイッチB1をONにし、それ以外の光ゲート・スイッチB2〜B5をOFFにすると、f7のみが5入力1出力の光合流回路55に入り、最終的にこの光周波数フィルタから出力される光信号はf7となる。
なお、前後の光ゲート・スイッチアレイ42及び44の動作光ゲートの組み合わせを替えれば、他の19の周波数信号光の中から任意の信号光を選択することは、これらの図及び表5より容易に理解することができる。
よって、このフィルタを用いることにより、周波数間隔100GHzで等間隔に配列した20の光周波数成分を持つ光の中から、任意の1つの光を取り出すことが可能である。
取り出される光周波数と電流を流して光を透過させるゲートとの対応は、表5(c)に示す通りである。
【0077】
本実施例では、2つの光周波数フィルタの動作ゲートの組み合わせにより、191.0THzから192.9THzまでの周波数範囲内の20の周波数多重信号光から任意の周波数の信号光を取り出すことができる。
なお、制御しなければならない電極数は、9となっている。
また、従来、透過特性がガウス分布になるようなアレイ導波路格子を複数段構成すると、通る帯域は設計上の誤差等で、徐々に狭まる傾向にあったが、このように後段に広い透過帯域を持ったアレイ導波路格子を置き、選ばれる信号は後段のアレイ導波路格子の入力導波路のスラブ導波路接続点での配置の工夫により、常に透過帯域の中心を通るようにできる。
これによって、この狭帯域化を抑制する効果が期待できる。
【0078】
本実施例では光ゲート・スイッチとして光アンプを用いた場合について説明したが、光の透過率を変化させることのできる他のデバイス、例えば吸収型変調器、グレーティング反射器等を用いた場合についても全く同様の効果が期待できる。
また光合流回路としてN入力M出力の場合について説明したが、入力ポート数、出力ポート数がそれぞれN,M以上であれば同様の効果が期待できる。
【0079】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように本発明によれば、少ない電極数の制御で選択できる光周波数(波長)の数を著しく増加した光周波数フィルタを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を表す構成図である。
【図2】図2(a)はアレイ導波路格子フィルタ1,7の透過スペクトルを、図2(b)はアレイ導波路格子フィルタ3,11の透過スペクトルを、図2(c)は光周波数フィルタ全体の透過スペクトルを表したグラフである。
【図3】本発明の第2の実施例を表す構成図である。
【図4】従来例の構成図である。
【図5】光合流回路、光合流分配回路の具体例を示す構成図である。
【図6】本発明の第3の実施例を表す構成図である。
【図7】図7(a)はアレイ導波路格子フィルタ31,41について、図7(b)はアレイ導波路格子フィルタ33,45について、図7(c)は光周波数フィルタ全体について、透過スペクトルを表したグラフである。
【図8】本発明の第4の実施例を表す構成図である。
【図9】本発明の第5の実施例を表す構成図である。
【図10】本発明の第5の実施例におけるアレイ導波路格子フィルタ53の入力導波路の設計を示す説明図である。
【図11】本発明の第5の実施例におけるアレイ導波路格子フィルタ53の入出力光周波数の関係を示す説明図である。
【図12】本発明の第5の実施例におけるアレイ導波路格子フィルタ53の透過特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1,3 アレイ導波路格子フィルタ
7,11 アレイ導波路格子フィルタ
2,4,8,10,11 半導体アンプ・ゲート・アレイ
5 光合流回路
6,12 光ゲート制御用電極
9 光合流分配回路
13,18 入力光導波路
16,21 出力光導波路
14,15,19,20 スラブ導波路
17,22 アレイ導波路
23 光ゲート制御用電極
24 InP基板
31,33 アレイ導波路格子フィルタ
32,34 半導体アンプ・ゲート・アレイ
35,55 光合流回路
36,46,56 光ゲート制御用電極
41,45 アレイ導波路格子フィルタ
42,44 半導体アンプ・ゲート・アレイ
43 光合流分配回路
51,53 アレイ導波路格子フィルタ
52,54 半導体アンプ・ゲート・アレイ
110 アレイ導波路格子分波器
111 アレイ導波路格子合波器
112 半導体アンプ・ゲート・アレイ
120 InP基板
121,126 入力光導波路
125,130 出力光導波路
122,124,127,129 スラブ導波路
123,128 アレイ導波路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical frequency filter. That is, the present invention relates to an integrated optical frequency filter used for optical communication, optical switching, optical information processing, optical measurement, and the like.
[0002]
[Prior art]
In order to realize large-capacity communication, development of wavelength-division multiplexing optical communication for multiplexing and transmitting optical signals having a plurality of different optical frequencies (wavelengths) on one optical fiber is being actively conducted.
An optical frequency filter capable of selectively extracting only an optical signal of a specific optical frequency (wavelength) from a multiplexed optical signal composed of a plurality of optical frequencies is an optical add / drop device, an optical cross connect device. It is indispensable for realizing an optical switch.
[0003]
An optical frequency filter in which a pair of arrayed waveguide grating filters and an optical gate switch are integrated can digitally and quickly select an optical frequency by turning on / off an electrical signal. Promising as a suitable filter for
As a reported example of an optical frequency filter in which a pair of arrayed waveguide grating filters and a semiconductor amplifier, gate, and switch are integrated on an InP semiconductor substrate, M.P. And Zirngible et al. (IEEE Photonics Technology Letters, vol. 6, pp. 513-515, 1994).
[0004]
Also, there is known an optical filter device in which two filters having different resolutions are connected in series on a semiconductor wafer (JP-A-6-250132).
In this optical filter device, electrical energy is supplied from a control circuit to a waveguide having a controllable transmittance that connects the components of the filter defined on the wafer, whereby the entire filter includes a plurality of optical filters. Tune to a predetermined one of the frequencies.
The application of such electrical energy creates a frequency selection path that can transmit one of the hundreds of selected optical frequencies across the region of the semiconductor medium.
[0005]
Here, the operating characteristics of the conventional optical frequency filter will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 schematically illustrates a configuration when an optical frequency filter of eight channels is viewed from above.
This filter is composed of three regions: an arrayed
An optical waveguide is formed on an
[0006]
Therefore, the light is transparent to light near the wavelength of 1550 nm (light frequency: up to 193 THz), is confined in the InGaAsP layer having a higher refractive index than InP, and propagates along the waveguide pattern. Go.
When the
In the
This spread light is gradually coupled to the large number of
[0007]
Light converges in the
Here, a certain difference in length is provided between adjacent waveguides of the
For this reason, in the plane between the
For example, if light of a certain frequency f1 is coupled to the first output waveguide, light having a different frequency by Δf will be coupled to the adjacent second output waveguide.
[0008]
That is, the first arrayed waveguide grating splitter functions to distribute light having different optical frequencies to a plurality of output waveguides according to the frequency.
On the other hand, the second arrayed waveguide grating combiner 111 includes an input waveguide 126, a
Therefore, the operation of the second arrayed waveguide grating multiplexer 111 can be understood by considering how light travels in the opposite direction in the description of the operation of the first arrayed waveguide grating splitter.
The second arrayed waveguide grating multiplexer 111 functions to combine the split light into one waveguide.
[0009]
The waveguide of the
That is, the
Therefore, by passing a current through a
[0010]
The optical frequency filter having such a configuration has a feature that the optical frequency to be selected electrically can be switched at a high speed.
The design of the arrayed waveguide grating filter will be described below.
The frequency of light transmitted from a particular output waveguide of the arrayed waveguide grating filter is periodic.
The period of this frequency is called a free spectral range (FSR) and is determined by the following equation.
FSR = c / (n · ΔL)
Here, c is the speed of light, n is the effective refractive index of the arrayed waveguide, and ΔL is the difference in length between adjacent arrayed waveguides.
[0011]
That is, the FSR is determined by setting the length difference ΔL between the arrayed waveguides.
Further, the difference in transmission frequency between adjacent output waveguides, that is, the channel frequency interval Δf can be determined by the interval between the output waveguides, the length of the slab waveguide, and the FSR.
In the example shown in FIG. 4, the channel frequency interval Δf is 200 GHz, the number of channels (the number of output waveguides) is 8, the FSR is 1.6 THz, and the FSR is exactly the number of channels times the channel frequency interval. Is set to
This filter operates as an optical frequency filter that selects only light of an arbitrary frequency from eight multiplexed optical signals arranged at intervals of 200 GHz.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, when the number of selectable optical frequencies is increased, an arrayed waveguide grating filter having a large number of output waveguides is required in proportion to the number, and the number of optical gates is also increased. As a result, the size of the element increases and the number of electrodes increases.
Increasing the element size causes a decrease in the number of elements that can be made from a unit wafer and a decrease in yield, and an increase in the number of electrodes leads to an increase in a wiring process for performing electric wiring and an increase in the scale of a control circuit. There was a problem.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problem in the conventional example and provide an optical frequency filter that requires a small increase in the number of control electrodes even when the number of selectable optical frequencies increases.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The optical frequency filter according to
[0014]
An optical frequency filter according to a second aspect of the present invention that achieves the above object has an operation of splitting light incident on one input waveguide into at least two or more output waveguides for different optical frequencies. The split light is transmitted or blocked between the first arrayed waveguide grating filter and the second arrayed waveguide grating filter having the function of combining the split light into one waveguide. In an optical frequency filter connected with an optical gate switch, in the first and second arrayed waveguide grating filters, a difference in optical frequency to be split or multiplexed between adjacent output waveguides or input waveguides, The waveguides are arranged so that the so-called frequency channel spacing is equal in all the arrayed waveguide gratings, and the interval between the transmitted light frequency periodically generated in the first arrayed waveguide grating filter and the second array is determined. The difference in length between adjacent arrayed waveguides of the first arrayed waveguide grating filter and the second, so that the interval between transmitted light frequencies periodically generated in the waveguide grating filter differs by the frequency channel interval. The length difference between adjacent array waveguides of the arrayed waveguide grating filter is set to a different value, and further, an optical convergence / distribution circuit is connected to the output waveguide of the optical gate switch, An optical gate switch for transmitting or blocking the split light is connected to at least two or more output waveguides of the merging distribution circuit, and the output waveguide of the optical gate switch is a second arrayed waveguide grating filter. Are connected to different input waveguides.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical gate switch for transmitting or blocking light split by the first arrayed waveguide grating filter between two arrayed waveguide grating filters. In the optical frequency filter connected to the first arrayed waveguide grating filter, the difference between the optical frequencies split into adjacent output waveguides, the so-called frequency channel interval and the second arrayed waveguide grating filter periodically The waveguides are arranged so that the intervals of the generated transmitted light frequencies are equal, or, in the second arrayed waveguide grating filter, the difference between the optical frequencies split into adjacent output waveguides, so-called frequency channel spacing and The waveguides are arranged so that the intervals between the transmitted light frequencies periodically generated in the first arrayed waveguide grating filter are equal to each other. An optical gate switch for transmitting or blocking the demultiplexed light is connected to at least two or more output waveguides of the filter, and an optical combining circuit is connected to the output waveguide of the optical gate switch. Features.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical gate switch for transmitting or blocking light split by a first arrayed waveguide grating filter between two arrayed waveguide grating filters. In the optical frequency filter connected to the first arrayed waveguide grating filter, the difference between the optical frequencies split into adjacent output waveguides, the so-called frequency channel interval and the second arrayed waveguide grating filter periodically The waveguides are arranged so that the intervals of the generated transmitted light frequencies are equal, or, in the second arrayed waveguide grating filter, the difference between the optical frequencies split into adjacent output waveguides, so-called frequency channel spacing and The waveguides are arranged so that the intervals between the transmitted light frequencies periodically generated in the first arrayed waveguide grating filter are equal to each other. An optical converging / distributing circuit is connected to the force waveguide, and an optical gate switch for transmitting or blocking the distributed light is connected to at least two or more output waveguides of the optical converging / distributing circuit, Are connected to different input waveguides of the second arrayed waveguide grating filter.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention to achieve the above object, an optical gate switch for transmitting or blocking light split by the first arrayed waveguide grating filter between two arrayed waveguide grating filters. In the optical frequency filter, the optical frequency band transmitted through the output waveguide of the second arrayed waveguide grating filter is equal to or greater than the optical frequency band transmitted through the first arrayed waveguide grating filter and the first array. The difference between the optical frequencies that are set to be equal to or less than the interval of the transmitted light frequency that periodically occurs in the waveguide grating filter, and are divided into adjacent output waveguides in the second arrayed waveguide grating filter, so-called, The frequency channel interval and the interval of the transmitted light frequency periodically generated in the first arrayed waveguide grating filter are equal to each other in the output waveguide adjacent to the first arrayed waveguide grating filter. The input waveguides of the second arrayed waveguide grating filter are arranged so as to be shifted by the difference in the optical frequency, that is, the so-called frequency channel interval, and at least two or more outputs of the second arrayed waveguide grating filter are provided. An optical gate switch for transmitting or blocking the demultiplexed light is connected to the waveguide, and an optical convergence circuit is connected to an output waveguide of the optical gate switch.
[0018]
[Action]
In the present invention, the first array waveguide grating, the preceding stage optical gate switch array, the optical converging / distributing circuit, the latter stage optical gate switch array, and the second array waveguide grating are constituted, By appropriately designing the channel frequency interval between the waveguide grating filter and the subsequent arrayed waveguide grating filter and the FSR between them, or by setting the channel frequency of the preceding arrayed waveguide grating filter and the latter arrayed waveguide grating filter The feature is that the intervals are equal, and the FSR between them is different from each other by the channel interval.
A feature is that a large number of optical frequencies can be efficiently selected with fewer optical gate switches than the conventional method.
In the optical frequency filter according to the present invention, the number of optical frequencies that can be selected with a small number of electrodes can be significantly increased by selecting a combination of the optical gate switch in the preceding stage and the optical gate switch in the subsequent stage.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Example 1]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
In the present embodiment, 20 channels of light are combined with an arrayed
[0020]
In the figure, 1 is an arrayed waveguide grating filter having 4 channels and FSR is 4 times the channel interval, 2 is an optical gate switch array of 4 channels, 3 is 5 channels and the FSR is 5 times the channel interval. Waveguide grating filter, 4 is a 5-channel optical gate switch array, 5 is a 5-input, 1-output optical convergence circuit, and 6 is an optical gate control electrode.
A large number of optical waveguides are formed on the InP semiconductor substrate, and the core layers of the waveguides of the arrayed waveguide grating
[0021]
The composition of the waveguide layers of the
The voltage is controlled between the optical
In the first arrayed
[0022]
In the second arrayed
Here, the operation of the optical frequency filter according to the present embodiment will be described.
The first arrayed
[0023]
[Table 1]
[0024]
Table 1 (a) shows the relationship between the input and output optical frequencies of the arrayed
As shown in Table 1, when a signal enters from the same input port, the signal is output from a different output port according to the optical frequency of the signal light. It will be output to the port.
[0025]
That is, as described in Table 1 (a), the first arrayed
[0026]
FIGS. 2A and 2B show the transmission characteristics of the arrayed
The optical gate switch element numbers of the optical
[0027]
That is, in the first arrayed
Further, the signal light having the frequency indicated by the solid line in FIG. 1 is incident on the second arrayed
Since the optical gate switches A2 to A4 are turned off, no signal light enters from the other incident waveguides of the second arrayed
[0028]
As shown in FIG. 2B, the signal light transmitted through the optical gate switch A1 and output from the second arrayed
By causing the optical gate switch B1 to perform the transmission operation, a periodic transmission frequency band is generated at every fourth channel interval as shown by the solid line.
As a result, the output from the optical
[0029]
That is, when the signal light having the frequency f1 as shown in FIG. 2C enters the optical converging circuit 5 from the uppermost waveguide in FIG. 1, the optical gate switches B2 to B5 are turned off. Signal light does not enter from the other input waveguides of the optical converging circuit 5.
The output signal from the optical convergence circuit 5 becomes the transmission characteristic of this filter, and as shown in FIG. 2C, a transmission frequency band occurs every 20 channels (= 4 × 5).
This optical frequency filter can be used as a filter that can select an arbitrary frequency from 20 channels.
[0030]
If the combination of the operating optical gates of the front and rear optical gate /
Therefore, by using this filter, it is possible to extract any one light from the light having 20 optical frequency components arranged at regular intervals at a frequency interval of 100 GHz.
Table 1 shows a correspondence table between the extracted light frequency and a gate that transmits light by passing a current.
[0031]
In this embodiment, by combining the operation gates of the two optical frequency selection filters, light of any channel can be extracted from 20 frequency channels within a frequency range from 191.0 THz to 192.9 THz.
The number of electrodes to be controlled is nine.
In the configuration of the conventional optical frequency filter, a filter capable of selecting an arbitrary frequency from among 20 channels requires control of 20 optical gate switches, but in the filter of this configuration, 9 (= 5 + 4) optical gate switches are required. It is found that the number of electrodes can be significantly reduced by controlling the switches.
[0032]
Obviously, the greater the number of required frequency channels, the greater the effect of reducing the number of electrodes with the arrangement according to the invention.
In the present embodiment, the case where an optical amplifier is used as the optical gate switch has been described. Exactly the same effect can be expected.
In addition, although the description has been given of the case where the optical convergence circuit 5 has five inputs and one output, an N-input and M-output circuit may be used.
It is needless to say that a similar effect can be obtained even when the input side and the output side of the present embodiment are reversed.
[0033]
[Example 2]
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, 20 channels are used when an arrayed
[0034]
In the figure, 7 is an arrayed waveguide grating filter having 4 channels, FSR is 4 times the channel interval, 8 is a 4-channel optical gate switch array, 9 is a 4-input, 5-output optical convergence / distribution circuit, and 10 is 5 channels An optical gate switch array, 11 is an arrayed waveguide grating filter having 5 channels and an FSR of 5 times the channel interval, and 12 is an optical gate control electrode.
[0035]
A large number of optical waveguides are formed on an InP semiconductor substrate, and the core layers of the waveguides of the arrayed waveguide grating
The composition of the waveguide layers of the
[0036]
By controlling the voltage between the optical
In the first arrayed
[0037]
In the second arrayed
Here, the operation of the optical frequency filter according to the present embodiment will be described.
Tables 2 (a) and 2 (b) show the relationship between the input and output optical frequencies of each of the arrayed
[0038]
[Table 2]
[0039]
Table 2 (a) shows the relationship between the input and output optical frequencies of the arrayed
That is, as shown in Table 2 (a), the optical
[0040]
Now, the optical gate switch element numbers of the optical
By transmitting only the optical gate switch A1, signal light having the frequency indicated by the solid line in FIG. 2 is incident on the four-input / five-output optical merger /
[0041]
Since the optical gate switches A2 to A4 are turned off, no signal light enters from the other incident waveguides of the optical convergence /
The signal light that has passed through the optical gate switch A1 and entered the optical multiplexing / distributing
[0042]
Now, by allowing only the optical gate switch B1 of the optical
[0043]
That is, the signal light transmitted through the optical
As a result, the output from the second arrayed
That is, a signal light having a frequency f1 as shown in FIG. 2C is output.
[0044]
This output signal becomes the transmission characteristic of the filter shown in this embodiment, and as shown in FIG. 2C, a transmission frequency band is generated every 20 channels (= 4 × 5).
This optical frequency filter can be used as a filter that can select an arbitrary frequency from 20 channels.
If the combination of the operating optical gates of the front and rear optical gate /
[0045]
Therefore, by using this filter, it is possible to extract any one light from the light having 20 optical frequency components arranged at regular intervals at a frequency interval of 100 GHz.
Table 1 shows a correspondence table between the extracted light frequency and a gate that transmits light by passing a current.
In this embodiment, by combining the operation gates of the two optical frequency selection filters, light of any channel can be extracted from 20 frequency channels within a frequency range from 191.0 THz to 192.9 THz.
The number of electrodes to be controlled is nine.
[0046]
Further, in this embodiment, the case where the optical amplifier is used as the optical gate switch has been described. However, other devices capable of changing the light transmittance, for example, an absorption type modulator, a grating reflector and the like are used. Exactly the same effect can be expected in this case.
Also, the case where the optical converging circuit has N inputs and M outputs has been described, but the same effect can be expected if the number of input ports and the number of output ports are N and M, respectively.
It is needless to say that a similar effect can be obtained even when the input side and the output side of this embodiment are reversed.
[0047]
The most promising optical converging
FIG. 5A shows a four-input one-output optical converging circuit configured by connecting Y-branch type optical converging circuits in multiple stages, and one of the light converging circuits propagates through a waveguide connected in a Y-shape. Guided to the output waveguide.
[0048]
FIG. 5 (b) shows a star coupler type optical merging circuit, and FIG. 5 (c) shows a star coupler type optical merging / branching circuit. The beam propagates while spreading in a shape, and is coupled to the output waveguide, and is output to all output waveguides within the range of beam spread.
Therefore, it is possible to easily form an optical converging / branching circuit having N inputs and M outputs (N = 1, 2, 3,..., M = 1, 2, 3,...).
[0049]
FIG. 5D shows a multi-mode interference type optical converging circuit, and FIG. 5E shows a multi-mode interference type optical converging / branching circuit, in which an incident signal light propagates in a multi-mode propagation region allowing multi-mode propagation. In the meantime, a mode where the light intensity is high and a region where the light intensity is high are generated due to the mode interference, and N output M outputs (N = 1, 2, 3,..., M = 1, 2, 3,...) Can be easily formed.
[0050]
In the present invention, besides these, a commercially available fiber-type coupler can be used as the optical multiplexing / distributing circuit. For example, a 3 dB coupler using a directional coupler may be connected in multiple stages.
To put it in extreme terms, a plurality of input waveguides (or fibers) and an output waveguide (or fiber) of a compound text are simultaneously physically or optically (via a lens or the like) along the propagation direction of signal light. If they are connected to each other, they operate as an optical merging / branching circuit.
[0051]
[Example 3]
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
The present embodiment relates to a frequency filter applied when input light is signal light in which 20 frequencies are multiplexed at 100 GHz intervals.
In the figure, 31 is an arrayed waveguide grating filter having four channels and FSR is four times the channel interval, and 33 is an arrayed waveguide grating filter having five channels and the FSR is five times the channel interval. The channel spacing of the
[0052]
That is, in the first array
32 is an optical gate switch array of 4 channels, 34 is an optical gate switch array of 5 channels, 35 is an optical convergence circuit of 5 inputs and 1 output, and 36 is an electrode.
[0053]
A number of optical waveguides are formed on an InP semiconductor substrate, and the core layers of the waveguides of the arrayed waveguide grating filters 31 and 33 are formed of InGaAsP having a band gap wavelength of 1050 nm.
The composition of the waveguide layers of the
The voltage is controlled between the
[0054]
Here, the operation of the element of this embodiment will be described.
Input / output optical frequency of each arrayed waveguide grating filter when 20 frequency multiplexed signal lights are incident from an input port of the first arrayed
[0055]
[Table 3]
[0056]
Table 3 (a) shows the arrayed
The optical gate switch element numbers of the optical
In the first arrayed
[0057]
The transmission operation of the optical gate switch A1 causes the five frequency signal lights of f1 to f5 indicated by the solid lines in the figure to pass through the uppermost waveguide in FIG. Incident on.
Since the optical gate switches A2 to A4 are turned off, no signal light is incident from the other incident waveguides of the second arrayed
Next, the signal light incident from the optical gate switch A1 and output from the second arrayed
By the way, since only f1 to f5 are selected in the optical
[0058]
That is, the output from the optical
Since the optical gate switches B2 to B5 are turned off, no signal light enters from the other incident waveguides of the optical convergence circuit 5.
The output signal from the optical convergence circuit 5 becomes the transmission characteristic of this filter, and as shown in FIG. 7C, a transmission frequency band occurs every 20 waves (= 4 × 5).
This optical frequency filter can be used as a filter that can select an arbitrary frequency signal light from 20 frequency multiplexed signal lights.
It is easily understood from these figures and Table 3 that selecting any signal light from the other 19 frequency signal lights by changing the combination of the operating optical gates of the front and rear optical
[0059]
Therefore, by using this filter, it is possible to extract any one light from the light having 20 optical frequency components arranged at regular intervals at a frequency interval of 100 GHz.
Table 3 (c) shows the correspondence between the extracted optical frequency and the gate that transmits light by passing a current.
In this embodiment, by combining the operation gates of the two optical frequency filters, light of an arbitrary frequency signal can be extracted from 20 frequency multiplexed signal lights within a frequency range from 191.0 THz to 192.9 THz. .
The number of electrodes to be controlled is nine.
In the configuration of the conventional optical frequency filter, a filter capable of selecting an arbitrary frequency signal light from among the 20 frequency multiplexed signal lights requires control of 20 optical gate switches. It can be seen that it is sufficient to control the (5 + 4) optical gate switch, and the number of electrodes can be significantly reduced.
[0060]
Obviously, the greater the number of required frequency channels, the greater the effect of reducing the number of electrodes with the arrangement according to the invention.
In the present embodiment, the case where an optical amplifier is used as the optical gate switch has been described. Exactly the same effect can be expected.
Also, the case of N-input and one-output has been described as the optical converging circuit, but an N-input and M-output circuit can be used.
It is needless to say that a similar effect can be obtained even when the transmission characteristics of the first and second arrayed waveguide gratings of the present embodiment are reversed.
[0061]
[Example 4]
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention.
The present embodiment relates to a frequency filter applied when input light is signal light in which 20 frequencies are multiplexed at intervals of 100 GHz.
In the figure,
[0062]
That is, in the first array
42 is a 4-channel optical gate / switch array, 43 is a 4-input / 5-output optical convergence / distribution circuit, 44 is a 5-channel optical gate / switch array, and 46 is an electrode. A large number of optical waveguides are formed on an InP semiconductor substrate, and the core layers of the waveguides of the arrayed waveguide grating filters 41 and 45 are formed of InGaAsP having a band gap wavelength of 1050 nm.
[0063]
The composition of the waveguide layers of the
The voltage is controlled between the
Here, the operation of the device of the present invention will be described.
Input / output optical frequency of each arrayed waveguide grating filter when 20 frequency multiplexed signal lights are incident from an input port of the first arrayed
[0064]
[Table 4]
[0065]
Table 4 (a) shows the arrayed
Now, it is assumed that the signal light is incident from a certain input port of the first arrayed
The optical gate switch element numbers of the optical
[0066]
By causing the optical gate switch A1 to perform the transmission operation, the signal lights of the five frequencies f1 to f5 indicated by the solid lines in FIG. The light enters the
Since the optical gate switches A2 to A4 are turned off, no other signal light enters from another incident waveguide of the optical
The signal light that has entered the optical multiplexing / distributing
Now, in the second array
According to Table 4 (b), the output signal light is obtained from the output port when the signal light having the optical frequency indicated by B1 to B5 in FIG. .
[0067]
In this embodiment, since only the optical gate switch B1 of the optical
In this case, in the transmission characteristics, a periodic transmission frequency band occurs every five channel intervals as shown by the solid line in FIG. 7B.
By the way, since only f1 to f5 are selected in the optical
As a result, from the output port of the second arrayed waveguide grating 45, the signal light having the frequency f1 is multiplied by the transmission characteristics of the two, that is, as shown in FIG. Output from the output port of the
[0068]
This output signal becomes the transmission characteristic of the filter shown in this embodiment, and as shown in FIG. 7C, a transmission frequency band occurs every 20 waves (= 4 × 5).
This optical frequency filter can be used as a filter that can select an arbitrary frequency signal light from 20 frequency multiplexed signal lights.
By changing the combination of the operating optical gates of the front and rear optical gate /
Therefore, by using this filter, it is possible to extract any one light from the light having 20 optical frequency components arranged at regular intervals at a frequency interval of 100 GHz.
Table 4 (c) shows the correspondence between the extracted optical frequency and the gate that transmits light by passing a current.
[0069]
In this embodiment, by combining the operation gates of the two optical frequency filters, it is possible to extract a signal light having an arbitrary frequency from 20 frequency-multiplexed signal lights within a frequency range from 191.0 THz to 192.9 THz.
The number of electrodes to be controlled is nine.
In the present embodiment, the case where an optical amplifier is used as the optical gate switch has been described. Exactly the same effect can be expected.
Also, the case where the optical converging circuit has N inputs and M outputs has been described, but the same effect can be expected if the number of input ports and the number of output ports are N and M or more, respectively.
It is needless to say that a similar effect can be obtained even when the transmission characteristics of the first and second arrayed waveguide gratings of the present embodiment are reversed.
[0070]
[Example 5]
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention.
The present embodiment relates to a frequency filter applied when input light is signal light in which 20 frequencies are multiplexed at 100 GHz intervals.
In the figure,
An
[0071]
However, the interval between the input waveguides at the junction of the second arrayed waveguide grating 53 with the slab waveguide is set to 500 GHz for the channel interval of the second arrayed
At this time, when multiplex signal light enters from each input port of the second arrayed
FIG. 11 shows the relationship between the optical frequency signals f1 to f20 and the focus position with respect to the incidence from each input port at this time (dotted line).
[0072]
As can be seen from this figure, each of the 20 signals always passes through the center of the transmission band by appropriately selecting the input port of the second arrayed waveguide grating filter 53 (dotted frame in FIG. 11, FIG. 12). .
Table 5 (a) is for the arrayed
Therefore, the transmission characteristics are as shown in Table 5 (b).
[0073]
[Table 5]
[0074]
52 is an optical gate switch array of 5 channels, 54 is an optical gate switch array of 4 channels, 55 is an optical convergence circuit of 4 inputs and 1 output, and 56 is an electrode.
A large number of optical waveguides are formed on an InP semiconductor substrate, and the core layers of the waveguides of the arrayed waveguide grating filters 51 and 53 are formed of InGaAsP having a band gap wavelength of 1050 nm.
The composition of the waveguide layers of the
[0075]
The voltage is controlled between the
Here, the operation of the device of the present invention will be described.
The optical gate switch element numbers of the optical
The multiplexed light entering from the incident port of the first arrayed waveguide grating 52 is distributed to the optical gate switches A1 to A5 for each frequency component as shown in Table 5 (a).
When A2 is turned on and A1 and A3 to A5 are turned off, f2, f7, f12, and f17 enter the
[0076]
The upper four signals from the
Further, when the optical gate switch B1 is turned on and the other optical gate switches B2 to B5 are turned off, only f7 enters the 5-input / 1-output optical merging
By changing the combination of the operating optical gates of the front and rear optical
Therefore, by using this filter, it is possible to extract any one light from the light having 20 optical frequency components arranged at regular intervals at a frequency interval of 100 GHz.
Table 5 (c) shows the correspondence between the extracted optical frequency and the gate that transmits current and allows light to pass therethrough.
[0077]
In this embodiment, by combining the operation gates of the two optical frequency filters, it is possible to extract a signal light having an arbitrary frequency from 20 frequency-multiplexed signal lights within a frequency range from 191.0 THz to 192.9 THz.
The number of electrodes to be controlled is nine.
Conventionally, when an arrayed waveguide grating having a transmission characteristic having a Gaussian distribution is formed in a plurality of stages, the passing band tends to gradually narrow due to a design error or the like. The selected signal can always pass through the center of the transmission band by devising the arrangement of the input waveguide of the subsequent arrayed waveguide grating at the connection point of the slab waveguide.
Thereby, an effect of suppressing the band narrowing can be expected.
[0078]
In the present embodiment, the case where an optical amplifier is used as the optical gate switch has been described. Exactly the same effect can be expected.
Also, the case where the optical converging circuit has N inputs and M outputs has been described, but the same effect can be expected if the number of input ports and the number of output ports are N and M or more, respectively.
[0079]
【The invention's effect】
As described above in detail based on the embodiments, according to the present invention, it is possible to realize an optical frequency filter in which the number of optical frequencies (wavelengths) that can be selected by controlling a small number of electrodes is significantly increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
2A is a transmission spectrum of the arrayed
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional example.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a specific example of an optical convergence circuit and an optical convergence distribution circuit.
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a third embodiment of the present invention.
7A is a transmission spectrum of the arrayed waveguide grating filters 31 and 41, FIG. 7B is a diagram of the arrayed waveguide grating filters 33 and 45, and FIG. It is a graph showing.
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a design of an input waveguide of an arrayed
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a relationship between input and output optical frequencies of an arrayed
FIG. 12 is a graph showing transmission characteristics of an arrayed
[Explanation of symbols]
1,3 Arrayed waveguide grating filter
7,11 Arrayed waveguide grating filter
2,4,8,10,11 Semiconductor amplifier gate array
5 Optical merging circuit
6,12 Electrode for optical gate control
9 Optical merging and distribution circuit
13,18 Input optical waveguide
16,21 output optical waveguide
14, 15, 19, 20 Slab waveguide
17,22 Array waveguide
23 Optical gate control electrode
24 InP substrate
31,33 Arrayed waveguide grating filter
32,34 Semiconductor amplifier gate array
35,55 Optical merging circuit
36,46,56 Electrode for optical gate control
41,45 Arrayed waveguide grating filter
42,44 Semiconductor amplifier gate array
43 Optical Convergence Distribution Circuit
51,53 Arrayed waveguide grating filter
52,54 Semiconductor Amplifier Gate Array
110 Arrayed Waveguide Grating Demultiplexer
111 Array waveguide grating multiplexer
112 Semiconductor Amplifier Gate Array
120 InP substrate
121, 126 input optical waveguide
125,130 output optical waveguide
122, 124, 127, 129 Slab waveguide
123,128 Array waveguide
Claims (5)
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JP11-45782 | 1999-02-24 | ||
JP18850599A JP3582775B2 (en) | 1999-02-24 | 1999-07-02 | Optical frequency filter |
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