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技術 マッハツェンダー合波・分波フィルター

出願人 日本電信電話株式会社
発明者 藤澤剛渡邉啓
出願日 2013年1月8日 (7年5ヶ月経過) 出願番号 2013-000840
公開日 2014年7月24日 (5年11ヶ月経過) 公開番号 2014-134561
状態 特許登録済
技術分野 光集積回路
主要キーワード トリミング量 出射光パワー モニター出力 合波フィルタ 原理損失 アレイ導波路グレーティング dBカップラ 温度調整機構
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年7月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

遅延量の設計や調整を容易にする。

解決手段

マッハツェンダー合波分波フィルター100は、一段目の第1,第2のマッハツェンダー干渉計110,120と、二段目のマッハツェンダー干渉計130により構成されている。第1,第2のマッハツェンダー干渉計110,120の遅延量は同一にしているが、カップラー113a,113b、123aを2入力2出力型のカップラーにするのに対して、カップラー123bを2入力1出力型のカップラーにすることにより、第1,第2のマッハツェンダー干渉計110,120の位相差を90°にしている。第1,第2のマッハツェンダー干渉計110,120の遅延量が同一であるため、遅延部の設計の微調整が不要となり、温度特性もカップラーの位相遅延温度依存性だけとなる。

概要

背景

長距離伝送だけではなく、近年はLAN(Local Area Network:ローカルエリアネットワーク)の高速伝送に対応するように、LANの光化が進んでいる。100Gbpsイーサネット登録商標仕様は、すでに策定されており、シングルモード光ファイバを用いて、それぞれ10km、40kmを伝送する100GBASE-LR4、100GBASE-ER4として4波(4つの異なる波長)の光信号を使用して、それぞれの波長で約25Gbpsの伝送を行うことで25Gbps×4=100Gbpsのデータ伝送を実現する方式が採用されている。

このようにLANの大容量化を目指した光化に伴い、1本の光ファイバを用いて4波の光信号の伝送を行う方式の伝送システムにおいて、光源として有力とされているのが、4波分DFB(distributed feedback:分布帰還型レーザ変調器集積したものである(非特許文献1参照)。
非特許文献1に示す光源は、規格上の4波の光を出力する4つのレーザを1つのチップに集積した構成になっており、それぞれバルクの部品を接続して4波分の光源とするものであり、より小型化できると共に、温度調整機構などの個数も減らせることから、消費電力節減という点で期待されている。

しかし、非特許文献1の構成では、4×1MMIカップラー(4入力1出力の多モード干渉(multimode interference)カップラー)を4波の合波器として使用している。4×1MMIカップラーは、4波の合波器として使用した場合、原理損失として6dBの損失がある。つまり原理上25%の出力しか外部に取り出すことができない構成であるため、多くの光を無駄にしている。

そこで、この合波フィルター(合波器)を低損失なものに置き換えることが試みられている。このような箇所に用いられる合波フィルターとしてArrayed waveguide gratings (AWGアレイ導波路グレーティング)や、etched planar concave gratings (PCGs)などが知られているが、AWGやPCGsは、4波のMUX(Multiplexer:合波器)フィルターとしてはサイズが大きくなってしまう。

そこで、考えられるのが遅延回路を含むマッハツェンダー干渉計を用いた合波フィルター(マッハツェンダー合波分波フィルター)である。4波の光を合波する場合には、一段目の2つのマッハツェンダー干渉計と、2段目の1つのマッハツェンダー干渉計にて合波フィルターを実現でき(後述する図6参照)、またそのサイズもAWGやPCGsに比べて小さくできるメリットがある。

概要

遅延量の設計や調整を容易にする。マッハツェンダー合波・分波フィルター100は、一段目の第1,第2のマッハツェンダー干渉計110,120と、二段目のマッハツェンダー干渉計130により構成されている。第1,第2のマッハツェンダー干渉計110,120の遅延量は同一にしているが、カップラー113a,113b、123aを2入力2出力型のカップラーにするのに対して、カップラー123bを2入力1出力型のカップラーにすることにより、第1,第2のマッハツェンダー干渉計110,120の位相差を90°にしている。第1,第2のマッハツェンダー干渉計110,120の遅延量が同一であるため、遅延部の設計の微調整が不要となり、温度特性もカップラーの位相遅延温度依存性だけとなる。

目的

本発明は、上記従来技術に鑑み、マッハツェンダー合波・分波フィルターにおける一段目の第1と第2のマッハツェンダー干渉計の位相差を90°にするために設定する遅延量の設計や調整を容易に行うことができる、マッハツェンダー合波・分波フィルターを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1のカップラーと、第2のカップラーと、前記第1のカップラーと前記第2のカップラーとを接続する一対のアーム導波路とからなる第1のマッハツェンダー干渉計と、第3のカップラーと、第4のカップラーと、前記第3のカップラーと前記第4のカップラーとを接続する一対のアーム導波路とからなる第2のマッハツェンダー干渉計と、前記第2のカップラー及び前記第4のカップラーに接続された合波分波器と、を備えたマッハツェンダー合波・分波フィルターにおいて、前記第1のマッハツェンダー干渉計のアーム導波路により形成される遅延回路遅延量と、前記第2のマッハツェンダー干渉計のアーム導波路により形成される遅延回路の遅延量とが同じであり、前記第1のカップラーと、前記第2のカップラーと、前記第3のカップラーが2入力2出力型のカップラーであり、前記第4のカップラーが2入力1出力型のカップラーであることを特徴とするマッハツェンダー合波・分波フィルター。

請求項2

前記合波・分波器が、マッハツェンダー干渉計またはMMIカップラーまたはY分岐スプリッターのいずれか一つであることを特徴とする請求項1のマッハツェンダー合波・分波フィルター。

請求項3

前記第1のカップラーと前記第2のカップラーと前記第3のカップラーのそれぞれが、MMIカップラーまたは方向性結合器のいずれか一つであり、前記第4のカップラーが、MMIカップラーまたはY分岐スプリッターのいずれか一つであることを特徴とする請求項1または請求項2のマッハツェンダー合波・分波フィルター。

請求項4

前記第4のカップラーがMMIカップラーであり、このMMIカップラーの出力導波路に隣接してモニター用導波路が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2のマッハツェンダー合波・分波フィルター。

技術分野

0001

本発明は、光通信に用いる複数波長の光を合波分波する機能を有するマッハツェンダー合波・分波フィルターに関し、マッハツェンダー干渉計遅延回路に設定する遅延量の設計や調整が容易にできるように工夫したものである。

背景技術

0002

長距離伝送だけではなく、近年はLAN(Local Area Network:ローカルエリアネットワーク)の高速伝送に対応するように、LANの光化が進んでいる。100Gbpsイーサネット登録商標仕様は、すでに策定されており、シングルモード光ファイバを用いて、それぞれ10km、40kmを伝送する100GBASE-LR4、100GBASE-ER4として4波(4つの異なる波長)の光信号を使用して、それぞれの波長で約25Gbpsの伝送を行うことで25Gbps×4=100Gbpsのデータ伝送を実現する方式が採用されている。

0003

このようにLANの大容量化を目指した光化に伴い、1本の光ファイバを用いて4波の光信号の伝送を行う方式の伝送システムにおいて、光源として有力とされているのが、4波分DFB(distributed feedback:分布帰還型レーザ変調器集積したものである(非特許文献1参照)。
非特許文献1に示す光源は、規格上の4波の光を出力する4つのレーザを1つのチップに集積した構成になっており、それぞれバルクの部品を接続して4波分の光源とするものであり、より小型化できると共に、温度調整機構などの個数も減らせることから、消費電力節減という点で期待されている。

0004

しかし、非特許文献1の構成では、4×1MMIカップラー(4入力1出力の多モード干渉(multimode interference)カップラー)を4波の合波器として使用している。4×1MMIカップラーは、4波の合波器として使用した場合、原理損失として6dBの損失がある。つまり原理上25%の出力しか外部に取り出すことができない構成であるため、多くの光を無駄にしている。

0005

そこで、この合波フィルター(合波器)を低損失なものに置き換えることが試みられている。このような箇所に用いられる合波フィルターとしてArrayed waveguide gratings (AWGアレイ導波路グレーティング)や、etched planar concave gratings (PCGs)などが知られているが、AWGやPCGsは、4波のMUX(Multiplexer:合波器)フィルターとしてはサイズが大きくなってしまう。

0006

そこで、考えられるのが遅延回路を含むマッハツェンダー干渉計を用いた合波フィルター(マッハツェンダー合波・分波フィルター)である。4波の光を合波する場合には、一段目の2つのマッハツェンダー干渉計と、2段目の1つのマッハツェンダー干渉計にて合波フィルターを実現でき(後述する図6参照)、またそのサイズもAWGやPCGsに比べて小さくできるメリットがある。

先行技術

0007

T. Fujisawa et al ,“1.3-μm 4×25-Gb/s Monolithically Integrated Light Source for Metro Area 100-Gb/s Ethernet",IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS, VOL. 23, NO. 6, MARCH 15, 2011
K. Watanabe et al., "Trimming ofInP-based Mach-Zehnder interferometer by filling side cladding of high-mesa waveguide with resin", Electronics letters, VOL. 47, NO. 22, 2011

発明が解決しようとする課題

0008

マッハツェンダー干渉計を多段に組み合わせて合波フィルターとする際に問題となる事項が2つある。

0009

1つの問題は絶対波長である。製造誤差によりFSR (Free Spectral Range:自由スペクトル領域)は、設計から大きくずれることはほとんどないが、絶対波長は、製造誤差により大きく変わる。
これに対しては、製造後になんらかの方法により調整する機構を設ければ良い。たとえば、非特許文献2に示されているように、半導体ハイメサ導波路側面に樹脂充填して調整する方法などがあげられる。

0010

4波の光を合波する場合には、一段目の2つのマッハツェンダー干渉計が少なくとも必要となる(なお、二段目はマッハツェンダー干渉計でなくても、MMIカップラーやY分岐スプリッターを使用することができる)。
この場合、一段目の第1のマッハツェンダー干渉計に設定した遅延量と一段目の第2のマッハツェンダー干渉計に設定した遅延量を、90°の位相差がつくように微調整する。つまり、第1のマッハツェンダー干渉計から出力される光と、第2のマッハツェンダー干渉計から出力される光の位相差が、90°となるように、第1及び第2のマッハツェンダー干渉計に設定する遅延量を微調整する必要がある。このように微調整することが、もう1つの問題である。

0011

ここで、マッハツェンダー干渉計フィルターの動作を説明する。なお以下に示す数値、材料は一例であり、他の数値、材料であっても無論構わない。

0012

ここでは、InP半導体基板上に形成したInGaAsPをコアに持つハイメサ構造導波路としてもつ、波長(λ)1.3μm帯でλ1=1295.5 nm, λ2= 1300.0 nm, λ3=1304.5 nm, λ4=1309 nmの4波の光を合波する合波フィルターについて説明する。
なお本明細書では、λ(λ1,λ2,λ3,λ4)は、異なる光を示すと同時に、各光の波長も表すものとして用いる。例えば、λ1は、ある一つの光を示すと同時にこの光の波長がλ1であることも表している。

0013

図4は、1つのマッハツェンダー干渉計1を示した図である。このマッハツェンダー干渉計1は、2つの入力導波路2a,2bと、2つの3dBカップラー3a,3bと、3dBカップラー3aと3dBカップラー3bとを接続する一対の(上側、下側の)アーム導波路4a,4bと、2つの出力導波路5a,5bからなる。アーム導波路4a,4bには、両者の導波路を通過してくる光に位相差を付けるための遅延回路が形成されている。遅延回路とは、上側アーム導波路2aの長さと下側アーム導波路2bの長さとの差により形成されたものである。

0014

今、遅延回路を形成するアーム導波路4a,4bの実効屈折率が3.243であるとして(波長分散特性を無視して)、遅延量(上側アーム導波路4aの長さと下側アーム導波路4bの長さの差)ΔL1が28.056 μmであるとする。

0015

入力導波路2aから白色光ブロードな光)を入力した場合、出力導波路5a,5bに現れる光のスペクトルを計算によって求めたものが図5(a)である。
出力導波路5aからの出力1が実線で、出力導波路5bからの出力2が点線で示される。出力1ではλ4の1.309μm波長ではONつまり光が通過してくる状態であり、λ2=1.300μm付近では逆に遮断される特性になる。出力2ではそれらが反転する。
この場合は、白色光を入力導波路2aから入力した場合で説明したが、光の相反性から入力導波路2aから波長1.300 μmの光λ2を、入力導波路2bから1.309 μmの波長の光λ4を入力すると出力導波路5aからの出力1に両者の光λ2,λ4が合波され出力されることがわかる。

0016

λ1とλ3の光を合波しようとすると、遅延量として図5(a)の特性に対して90°分の位相差を遅延回路に付与する必要があるので、遅延量を変更してΔL2=27.959 μmとして計算すると、今度は、λ1とλ3の光を合波することができ図5(b)の特性を得る。

0017

λ1, λ3の光の組みに、λ2、λ4の光の組みをさらに合波するため、遅延量ΔLを前のλ2、λ4を合波したときの遅延量ΔL1の倍の値ΔL3 = 56.112 μmに設定すると、図5(c)のような特性が得られる。

0018

したがって、図6に示すマッハツェンダー合波・分波フィルターのように、遅延量がΔL1となっている2入力2出力の一段目の第1のマッハツェンダー干渉計1Aと、遅延量がΔL2となっている2入力2出力の一段目の第2のマッハツェンダー干渉計1Bを並べ、第1,第2のマッハツェンダー干渉計1A,1Bそれぞれの出力を、遅延量がΔL3となっている2入力2出力の二段目の第3のマッハツェンダー干渉計1Cに入力する構成を取るようにすれば、λ1、λ2、λ3、λ4の4つの光を1つの導波路に合波することが可能である。
なお図6において、inは入力ポートを、outは出力ポートを、moはモニターポートを示す。

0019

このように一段目の第1のマッハツェンダー干渉計1Aと一段目の第2のマッハツェンダー干渉計1Bは遅延量ΔLが微妙に違う構成で非常によく似ているが、両者の位相特性が常に90°分の位相差となっているずれた関係が求められる。

0020

しかし、これを実際に作ることは非常に難しい。まず設計がそもそも、遅延量ΔLを微妙に変えなければならないため煩雑になる。また製造においても、設計で付けた微妙な遅延量ΔLの再現をすることは非常に困難である。仮にできたとして一段目の2つのマッハツェンダー干渉計1A,1Bが90°の位相関係であったとしても、絶対波長が合っていない場合には、なんらかの手法でトリミングすることになるが、それぞれ違ったトリミングを実施しなければならず、90°の位相関係のずれを再度壊すことになってしまう問題がある。

0021

この遅延量は、導波路を構成する材料の屈折率によるが、半導体を用いた回路の場合は、100nm程度しかない(真空中で1.3μmの波長だとすると屈折率3の材料の中では、その1/3の波長になり、さらに90°の位相差、つまり4分の1波長なのでおよそ100nm程度になる)。あくまで遅延量の差が数百nm程度であり、遅延量を発生させるために必要な実際の上側アームと下側アームの長さは実際もっと長い。それにもかかわらず、2つの一段目のマッハツェンダー干渉計1A,1Bでは設計上の違いでわずかに0.1μmの差を付けて設計し、それを歩留りよく製造しなければならならない。

0022

また、一段目の第1及び第2のマッハツェンダー干渉計1A,1Bの遅延量が異なるので、素子が置かれる外気の温度が変化した場合、絶対波長もずれるが、第1及び第2のマッハツェンダー干渉計1A,1Bが示す透過波長の間隔も相対的にずれる問題が生じることになる。つまり遅延を微妙に変えたマッハツェンダー干渉計を1段目の合波器に使用すると、温度特性が、一段目の第1のマッハツェンダー干渉計1Aと一段目の第2のマッハツェンダー干渉計1Bの間で異なる。

0023

さらには、絶対波長を何らかの方法で製造後に調整するとしても、一段目の第1のマッハツェンダー干渉計1Aと一段目の第2のマッハツェンダー干渉計1Bで遅延量そのものが異なるので、調整量も異なる。このように、それぞれに違う調整量が必要になり、調整に時間がかかるという問題があった。

0024

本発明は、上記従来技術に鑑み、マッハツェンダー合波・分波フィルターにおける一段目の第1と第2のマッハツェンダー干渉計の位相差を90°にするために設定する遅延量の設計や調整を容易に行うことができる、マッハツェンダー合波・分波フィルターを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0025

上記課題を解決する本発明の構成は、第1のカップラーと、第2のカップラーと、前記第1のカップラーと前記第2のカップラーとを接続する一対のアーム導波路とからなる第1のマッハツェンダー干渉計と、
第3のカップラーと、第4のカップラーと、前記第3のカップラーと前記第4のカップラーとを接続する一対のアーム導波路とからなる第2のマッハツェンダー干渉計と、
前記第2のカップラー及び前記第4のカップラーに接続された合波・分波器と、
を備えたマッハツェンダー合波・分波フィルターにおいて、
前記第1のマッハツェンダー干渉計のアーム導波路により形成される遅延回路の遅延量と、前記第2のマッハツェンダー干渉計のアーム導波路により形成される遅延回路の遅延量とが同じであり、
前記第1のカップラーと、前記第2のカップラーと、前記第3のカップラーが2入力2出力型のカップラーであり、前記第4のカップラーが2入力1出力型のカップラーであることを特徴とする。

0026

また本発明の構成は、前記合波・分波器が、マッハツェンダー干渉計またはMMIカップラーまたはY分岐スプリッターのいずれか一つであることを特徴とする。

0027

また本発明の構成は、前記第1のカップラーと前記第2のカップラーと前記第3のカップラーのそれぞれが、MMIカップラーまたは方向性結合器のいずれか一つであり、前記第4のカップラーが、MMIカップラーまたはY分岐スプリッターのいずれか一つであることを特徴とする。

0028

また本発明の構成は、前記第4のカップラーがMMIカップラーであり、このMMIカップラーの出力導波路に隣接してモニター用の導波路が設けられていることを特徴とする。

発明の効果

0029

本発明では、一段目の第1,第2のマッハツェンダー干渉計と、二段目の合波・分波器により構成されているマッハツェンダー合波・分波フィルターにおいて、第1,第2のマッハツェンダー干渉計の遅延量は同一にしているが、第1,第2のマッハツェンダー干渉計のカップラーのタイプを工夫することにより、第1,第2のマッハツェンダー干渉計の位相差を90°にしている。
このように、第1,第2のマッハツェンダー干渉計の遅延量が同一であるため、遅延回路の設計の微調整が不要となり、遅延量の設計や調整が容易になる。また、トリミングする際には、第1,第2のマッハツェンダー干渉計に対して同一量のトリミングをすればよく、容易にトリミングができる。さらに第1,第2のマッハツェンダー干渉計の温度特性も等しくなる。

図面の簡単な説明

0030

本発明の実施例1に係るマッハツェンダー合波・分波フィルターを備えた光源を示す構成図。
実施例1で用いたマッハツェンダー合波・分波フィルターを拡大して示す構成図。
本発明の実施例2に係るマッハツェンダー合波・分波フィルターを備えた光源を示す構成図。
1つのマッハツェンダー干渉計を示す構成図。
マッハツェンダー干渉計の出力特性を示す特性図。
従来のマッハツェンダー合波・分波フィルターを示す構成図。

実施例

0031

以下、本発明に係るマッハツェンダー合波・分波フィルターを、実施例に基づき詳細に説明する。

0032

〔実施例1〕
図1は、本発明の実施例1に係るマッハツェンダー合波・分波フィルター100を備えた、100GbE用モノリシック集積型の光源10を示す構成図である。
この光源10は、半導体レーザ部(Laser diode部:LD部)200、電界吸収型変調器部(Electroabsorption modulator部:EAM部)300、フォトダイオード部(PhotoDiode部:PD部)400、および、多段のマッハツェンダー干渉計を用いたマッハツェンダー合波・分波フィルター100からなっている。
なお、マッハツェンダー合波・分波フィルター100は、光を合波する機能と分波する機能を有しているが、図1に示すように光源10に組み込んだマッハツェンダー合波・分波フィルター100は、合波器として機能するものである。

0033

マッハツェンダー合波・分波フィルター100は、一段目の2つのマッハツェンダー干渉計110,120と、二段目のマッハツェンダー干渉計(合波・分波器)130により構成されている。
LD部200は、例えばλ1=1295.5 nm, λ2= 1300.0 nm, λ3=1304.5 nm, λ4=1309 nmの4波の光を発生する4つの半導体レーザLD1,LD2,LD3,LD4により構成されている。
EAM部300は、4つの電界吸収型変調器EAM1,EAM2,EAM3,EAM4により構成されている。
PD部400は、4つのフォトダイオードPD1,PD2,PD3,PD4により構成されている。

0034

半導体レーザLD1,LD2,LD3,LD4から出力された光λ1,λ2,λ3,λ4は、電界吸収型変調器EAM1,EAM2,EAM3,EAM4により変調されてから、マッハツェンダー合波・分波フィルター100に入力され、後述するように、マッハツェンダー合波・分波フィルター100を通過することにより合波される。
また、半導体レーザLD1,LD2,LD3,LD4から出力された光λ1,λ2,λ3,λ4は、フォトダイオードPD1,PD2,PD3,PD4により検出される。

0035

LD部200は、n型のInP基板上に、n‐InPクラッド、InAlGaAsバリア、InAlGaAs量子井戸からなるLD多重量子井戸活性層、p−InPクラッドを形成してなる。
EAM部300は、n型のInP基板上に、n‐InPクラッド、InGaAsPガイド層、InAlGaAsバリア、InAlGaAs量子井戸からなるEAM多重量子井戸活性層、p−InPクラッドを形成してなる。
パッシブ部(マッハツェンダー合波・分波フィルター)100のコア層上下クラッド層は、EAM部300と同様の構成となっているが絶縁のため上部電極はない。

0036

ここに、LD部200の活性層は、バンドギャップ波長が1.3μmとなるような多重量子井戸構造を用い、EAM部300の活性層は、井戸層のバンドギャップ波長がLD部200との離調が室温で70 nmとなるように、与えられた歪に対して第1量子化準位間波長が1.23μmとなるような混晶を用いる。

0037

パッシブ部(マッハツェンダー合波・分波フィルター)100に関しては、コア層をバンドギャップ波長1.15μmのInGaAsPとし、下部クラッドはn‐InPとする。バリア材料組成基板格子整合するものとしているが、歪補償の目的でバリア層に歪を導入しても問題は無い。半導体混晶組成比は、歪量、井戸幅、第一量子化準位間波長によって特定するが、組成比は本発明においては重要事項ではないので、ここでは具体的には述べない。

0038

次に、本実施例に係る変調器を集積した光源10の製造方法を説明する。
まず、n型のInP基板上に、LD部200の下部クラッド、活性部を成長させる。ウェットエッチングによってLD部200の必要な部分以外をエッチングにより削り、EAM部300の活性部、パッシブ部(マッハツェンダー合波・分波フィルター)100のコア層をバットジョイント再成長する。

0039

さらに、LD部200、EAM部300、パッシブ部(マッハツェンダー合波・分波フィルター)100の必要な部分以外をエッチングにより削って、パッシブ部(マッハツェンダー合波・分波フィルター)100のコア層をバットジョイント再成長する。

0040

LD部200に回折格子を形成した後、p-InP上部クラッドを2μm成長し、さらにp-InGaAsのコンタクト層を成長させることで、半導体レーザ部200、および電界吸収型変調器部300、マッハツェンダー合波・分波フィルター100を作り込むウェハーが完成する。

0041

ここで、このまま、多段のマッハツェンダー合波・分波フィルター100を作りこむと、上部クラッドがp-InPであるために、光の損失が大きく、出射光パワーが小さくなってしまう。そこでここでは、この状態からさらに、パッシブ部(マッハツェンダー合波・分波フィルター)100の上部クラッドをエッチングによって削って、ノンドープのInPをバットジョイント再成長する。

0042

完成したウェハーにおいて、LD部200、EAM部300、パッシブ部(マッハツェンダー合波・分波フィルター)100、PD部400にリッジ導波路形成プロセスを施し、パッシブ部(マッハツェンダー合波・分波フィルター)100にハイメサ導波路形成プロセス、及び電極形成プロセスを施し、へき開後に、チップの前後端面に無反射コーティングを施すことによって、素子としての光源10が完成する。

0043

図2は、本発明におけるパッシブ部分であるマッハツェンダー合波・分波フィルター100だけを拡大した構成図である。
このマッハツェンダー合波・分波フィルター100は、遅延量がΔL1(=28.056μm)となっている一段目の第1のマッハツェンダー干渉計110と、遅延量が同じくΔL1(=28.056μm)となっている一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120と、遅延量がΔL3(=ΔL1×2=56.112μm)となっている二段目のマッハツェンダー干渉計130により構成されている。
二段目のマッハツェンダー干渉計130は、一段目の第1及び第2のマッハツェンダー干渉計110,120に接続されて、第1及び第2のマッハツェンダー干渉計110,120から出力される光を合波するものである。

0044

このように、一段目の第1,第2のマッハツェンダー干渉計110,120の遅延量を同一の遅延量ΔL1にしていることが、本発明の一つの特徴である。

0045

一段目の第1のマッハツェンダー干渉計110は、2つの入力導波路112a,112bと、2×2MMI型の第1のカップラー113aと、2×2MMI型の第2のカップラー113bと、第1のカップラー113aと第2のカップラー113bとを接続する一対のアーム導波路114a,114bと、2つの出力導波路115a,115bからなる。
遅延量がΔL1となっている遅延回路を形成するように、アーム導波路114aの長さとアーム導波路114bの長さに差をつけている。

0046

出力導波路115aは、二段目のマッハツェンダー干渉計130の入力側に接続されている。つまりマッハツェンダー干渉計130は、出力導波路115aを介して、マッハツェンダー干渉計110の第2のカップラ—113bに接続されている。
出力導波路115bは、チップ端にまで導波路として伸びモニタリングポートmoとなっている。このモニタリングポートを通じて、一段目の第1のマッハツェンダー干渉計110の特性評価をすることができる。

0047

一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120は、2つの入力導波路122a,122bと、2×2MMI型の第3のカップラー123aと、2×1MMI型の第4のカップラー123bと、第3のカップラー123aと第4のカップラー123bとを接続する一対のアーム導波路124a,124bと、1つの出力導波路125aからなる。
遅延量がΔL1となっている遅延回路を形成するように、アーム導波路124aの長さとアーム導波路124bの長さに差をつけている。

0048

出力導波路125aは、二段目のマッハツェンダー干渉計130の入力側に接続されている。つまりマッハツェンダー干渉計130は、出力導波路125aを介して、マッハツェンダー干渉計120の第4のカップラー123bに接続されている。

0049

このように一段目の第1のマッハツェンダー干渉計110においては、第2のカップラー113bを2×2MMI型のカップラーとしているのに対して、一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120においては、第4のカップラー123bを2×2MMI型のカップラーではなく2×1MMI型のカップラーとしていることが、本発明のもう一つの特徴である。

0050

90°の位相差を、一段目の第1のマッハツェンダー干渉計と一段目の第2のマッハツェンダー干渉計との間で設ける場合には、従来では前述したように第1と第2のマッハツェンダー干渉計の遅延量を調整していた。

0051

一方、本実施例の構成では、
(α)一段目の第1及び第2のマッハツェンダー干渉計110,120の遅延量は同じくΔL1にするが、
(β) 第1のマッハツェンダー干渉計110の第2のカップラー113bを、2×2MMI型のカップラーとしているのに対して、第2のマッハツェンダー干渉計120の第4のカップラー123bを、2×2MMI型のカップラーではなく2×1MMI型のカップラーとしている。

0052

上記の(α),(β)の構成を採用することにより、一段目の第1及び第2のマッハツェンダー干渉計110,120間の位相差を90°にしている。つまり、第1のマッハツェンダー干渉計110から出力される光と、第2のマッハツェンダー干渉計120から出力される光の位相差が、90°となるようにしている。
これは、光が2×2MMI型のカップラーを通過する場合と、光が2×1MMI型のカップラーを通過する場合とで位相差が90°異なる点に着目して構成したものである。即ち、光が2×1MMI型のカップラーを通過する際に発生する光の遅延量が、位相量にしてπ/2になる点に着目して構成したものである。

0053

二段目のマッハツェンダー干渉計(合波・分波器)130は、2つの入力導波路132a,132bと、2×2MMI型の第5のカップラー133aと、2×2MMI型の第6のカップラー133bと、第5のカップラー133aと第6のカップラー133bとを接続する一対のアーム導波路134a,134bと、2つの出力導波路135a,135bからなる。
遅延量がΔL3となっている遅延回路を形成するように、アーム導波路134aの長さとアーム導波路134bの長さに差をつけている。

0054

出力導波路135aは、チップ端にまで導波路として伸び、モニタリングポートmoとなっている。このモニタリングポートを通じて、二段目のマッハツェンダー干渉計130の特性評価をすることができる。出力導波路135bは、チップ端にまで導波路として伸び、出力ポートoutとなっている。

0055

上記構成となっているマッハツェンダー合波・分波フィルター100では、一段目の第1のマッハツェンダー干渉計110に入力された光λ2,λ4は、このマッハツェンダー干渉計110を通過することにより合波され、二段目のマッハツェンダー干渉計130に入力される。
一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120に入力された光λ1,λ3は、このマッハツェンダー干渉計120を通過することにより合波され、二段目のマッハツェンダー干渉計130に入力される。

0056

一段目の第1のマッハツェンダー干渉計110を通過して二段目のマッハツェンダー干渉計130に入力される合波された光λ2,λ4と、一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120を通過して二段目のマッハツェンダー干渉計130に入力される合波された光λ1,λ3との位相差は90°になっている。
このため、二段目のマッハツェンダー干渉計130に入力される、光λ2,λ4と光λ1,λ3は二段目のマッハツェンダー干渉計130を通過することにより合波され、出力導波路135b及び出力ポートoutを介して出力される。つまり、4波の光λ2,λ4,λ1,λ3が合波されて出力される。

0057

一段目の第1及び第2のマッハツェンダー干渉計110,120間の位相差を90°にするために、上述した(α),(β)に示す構成を採用したことにより得られる利点は、次の通りである。

0058

第一、第二のマッハツェンダー干渉計110,120間でわずか90°の位相差を与える場合において、それぞれのマッハツェンダー干渉計110,120の遅延量の調整が不要であり、同一の設計でよく、設計上も非常に効率よく設計できる。
従来のように遅延量を調整して第一、第二のマッハツェンダー干渉計間の位相差を調整した場合に比べて、カップラーにて位相差を調整した方が、製造誤差にも強く、製造精度がやや粗くても90°の位相関係を保つことができる。

0059

本実施例のように、マッハツェンダー合波・分波フィルター100をレーザ光のMUX(合波器)として利用した場合、レーザの発振波長とマッハツェンダー合波・分波フィルター100の透過波長が製造誤差により異なる場合がある。しかし、第一、第2のマッハツェンダー干渉計110,120は、同一基板に隣接されたもので同一遅延量を有する。つまり第一、第二のマッハツェンダー干渉計110,120の透過波長が、当該波長とズレていたとしても、これら二つのズレの量はほぼ等しくなる。

0060

この場合、なんらかの方法でマッハツェンダー干渉計110,120の特性を調整して透過波長と、レーザ発振波長を一致させる訳だが、本実施例の構成では同じだけのトリミング量をマッハツェンダー干渉計110,120に対して施せばよい。

0061

一方、従来の90°の位相差を遅延量にて形成した場合は、90°の位相関係そのものがズレることもあるので、それぞれの調整量が異なることがある。しかしながら本実施例の構成では、同一調整量でいいので、調整時間の短縮が可能である。

0062

またここでは、第一、第二のマッハツェンダー干渉計110,120の単アーム側は直線の場合で図示しているが、ΔL1の遅延量を設定できるのであれば2つのアーム導波路を曲線で構成しても同じである。

0063

ここでは、一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120の第4のカップラー123bを2×1MMI型のカップラーとしたが、一段目の第1のマッハツェンダー干渉計110の第2のカップラー113bを2×1MMI型のカップラーとし、一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120の第4のカップラー123bを2×2MMI型のカップラーとする構成にしても、図1図2に示すものと同様の作用効果を実現可能であることは言うまでもない。
つまり、図1の例では、マッハツェンダー干渉計110を第1のマッハツェンダー干渉計、マッハツェンダー干渉計120を第2のマッハツェンダー干渉計としているが、マッハツェンダー干渉計110を第2のマッハツェンダー干渉計、マッハツェンダー干渉計120を第1のマッハツェンダー干渉計としてもよい。

0064

また上記実施例では、一段目の第1のマッハツェンダー干渉計110の第2のカップラー113bと一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120の第4のカップラー123bの、何れか一方を2×2MMI型のカップラーにし、何れか他方を2×1MMI型のカップラーにしているが、2入力1出力(2×1)型のカップラーとしてはMMI型のカップラーに限定されるものではない。例えば、一方の2×2MMI型のカップラーに対して、カップラー通過時の位相差が90°付くY分岐型の2×1カップラー(Y分岐スプリッター)を採用することもできる。

0065

また上記実施例では、第1のカップラー113a,第2のカップラー113b,第3のカップラー123aを、2×2MMI型のカップラーにしているが、これらカップラー113a,113b,123aを2入力2出力の方向性結合器で構成することもできる。

0066

〔実施例2〕
図3は本発明の実施例2に係る、マッハツェンダー合波・分波フィルター100Aを備えた、100GbE用モノリシック集積型の光源10Aを示す構成図である。
この実施例2では、一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120の2×1MMI型の第4のカップラー123bのボディーの端に、出力導波路125aに隣接するモニター用の導波路126を形成している。このモニター用の導波路126はチップ端まで伸びて、第2のマッハツェンダー干渉計120の特性をモニターするためのモニターポートMOを形成している。
他の部分の構成は、図1及び図2に示す光源10と同じである。

0067

第4のカップラー123bとして2×1MMI型のカップラーを用いた場合は、第2のマッハツェンダー干渉計120の特性をモニターするためのモニターポートMOを設置することが好ましい。

0068

2×1MMI型のカップラーを用いた場合のモニターポートMOについて説明する。
通常の2×1MMI型のカップラーの構成は、2つの入力導波路に、MMIボディーとなる幅の太いマルチモード導波路が接続され、出力に1つの出力導波路が接続される構成となる。
MMIボディー部の幅と長さを適当に選ぶことにより、2つの入力から同相で入力された光が、出口導波路に集光する。この時、位相差が生じる場合は、中央部に集光しない。

0069

そこで、この集光しない光を外部まで引き出す方法として、出力導波路125aの横に、もう一つのモニター用の導波路126を接続してモニター出力を得ることが可能である。
この場合、メイン(本来の出力)と反転した出力(メインが透過する波長で消光する)が得られるので、メインの透過波長などの情報を得ることが可能となる。

0070

なお、モニター用の導波路126を介して出力される光は、2×2MMIカップラーのポートから出力される光に比べて、3dB程度その光強度は低下するが、モニターは可能である。特にLD部200の直後の位置にモニター用の導波路126を配置している場合には、光強度が3dB程度落ちても十分にモニターすることができる。

0071

このモニターポートMOがないと、一段目の第1のマッハツェンダー干渉計110を透過した出力光と、二段目のマッハツェンダー干渉計130を透過した出力光しか得られないので、一段目の第2のマッハツェンダー干渉計120をトリミングする際などに、どれぐらい調整すればいいかなどの情報が得られない。

0072

実施例2では、第4のカップラー123bのボディーの端に、出力導波路125aに隣接するモニター用の導波路126によりモニターポートMOを形成したため、第2のマッハツェンダー干渉計120の特性をモニターすることができ、第2のマッハツェンダー干渉計120をトリミングする際の調整量を把握することができる。

0073

〔実施例3〕
図1図2に示す実施例1や、図3に示す実施例2では、二段目の合波・分波器として、マッハツェンダー干渉計130を使用しているが、マッハツェンダー干渉計130の代わりに、MMIカップラーやY分岐スプリッターを使用することができる。

0074

本発明のマッハツェンダー合波・分波フィルターは、レーザから出力される複数波の光を合波する合波器としてのみならず、複数波の光を分波する分波器としても使用することができる。
例えば図2の例で言えば、合波された4波の光λ1,λ2,λ3,λ4を出力導波路135bから入力すると、これら光λ1,λ2,λ3,λ4は分波されて、光λ1は入力導波路122bから、光λ2は入力導波路112aから、光λ3は入力導波路122aから、光λ4は入力導波路112bから出力される。

0075

1,1A,1B,1Cマッハツェンダー干渉計
2a,2b入力導波路
3a,3bカップラー
4a,4bアーム導波路
5a,5b出力導波路
10,10A光源
100,100Aマッハツェンダー合波・分波フィルター
110,120一段目のマッハツェンダー干渉計
130 二段目のマッハツェンダー干渉計
112a,112b,122a,122b,132a,132b 入力導波路
113a,113b,123a,123b,133a,133b カップラー
114a,114b,124a,124b,134a,134b アーム導波路
115a,115b,125a,135a,135b 出力導波路
126モニター用の導波路

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