JPH02183226A - 光フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光フィルタに関し、 光が光導波路層を通過する際の中心波長付近の波長帯域
幅を変化させることができ、安定な特性で波長帯域幅を
大きくすることができる光フィルタを提供すること目的
とし、 交差する複数の光導波路と、前記光導波路の各々に設け
られた回折格子と、前記複数の光導波路の交差する部位
に設けられ、光の伝達方向を制御する光スイッチとを有
し、前記光スイッチの切換えによって、光が通過する回
折格子を選択するように構成し、又は、交差する複数の
光導波路と、前記光導波路の各々に設けられ、深さが各
々で異なる回折格子と、前記複数の光導波路の交差する
部位に設けられ、光の伝達方向を制御する光スイッチと
を有し、前記光スイッチの切換えによって、光が伝達さ
れる回折格子を選択するように構成し又は、交差する複
数の光導波路と、前記光導波路の各々に設けられ、周期
が各々で異なる回折格子と、前記複数の光導波路の交差
する部位に設けられ、光の伝達方向を制御する光スイッ
チとを有し、前記光スイッチの切換えによって、光が伝
達される回折格子を選択するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光フィルタに係り、例えば光通信分野に適用
することができ、詳しくは特に光が光フィルタを構成す
る光導波路層内を透過する際の、中心波長付近の波長帯
域幅を変化させることができる光フィルタに関する。

回折格子は、光集積回路の中で反射器、レーザ共振器と
しての重要な機能を有する他、光フィルタのような単体
素子としても広く応用されている。

特に、位相シフトがλ／４（光の波長の１／４）の位相
シフトを有する回折格子は位相シフトがない一様な（周
期が同一）回折格子とは異なる特徴を有し、ちょうどブ
ラック波長で鋭い共振が起きるという特徴を有している
。そして、特に狭帯域用の光フィルタに適用できるとい
うことで注目されている。

今後、光通信回路網の構成は超多重化される傾向にあり
、このため、波長帯域幅を変化させることができ、波長
帯域幅を大きくすることができる特性のよい光フィルタ
が要求されるようになってきている。

〔従来の技術］ 以下、従来技術について説明する。

第１１図は従来の光フィルタを説明する図である。

この図において、３１は例えばＩｎＰからなる基板、３
２は位相シフト量がλ／４の位相シフト、３３は位相シ
フト３２を有する回折格子で、基板３１上に一様に位相
シフト３２以外は周期が同一で形成されている。３４は
例えばＩｎＧａＡｓＰからなる光導波路層、３５は例え
ばＩｎＰからなる半導体層、３６ａ、３６ｂは電極であ
る。

上記従来の光フィルタは電流注入によって光導波路層３
４内の屈折率を変化させ中心波長を変化させて特定の波
長の光を取り出すというものである。

加させていくと透過特性が劣化（多モードになり波長選
択比が悪い）してしまうという問題があった。

そこで本発明は、光が光導波路層を通過する際の中心波
長付近の波長帯域幅を変化させることができ、安定な特
性で波長帯域幅を大きくすることができる光フィルタを
提供することを目的としている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の光フィルタにあっては
、中心波長を変えずに、光が光フィルタを構成する光導
波路層３４を透過する際の、中心波長付近の波長帯域幅
（透過または反射の波長帯域幅のこと）を変化させるこ
とができないという問題があった。

また、第１２図は従来例の光の波長と透過強度の関係を
示す図であるが、この図から判るように波長帯域幅（チ
ューニング幅ともいう）に限界があり、波長帯域幅を大
きくとろうとして電流量を増〔課題を解決するための手
段〕 第１の発明による光フィルタは上記目的達成のため、交
差する複数の光導波路と、前記光導波路の各々に設けら
れた回折格子と、前記複数の光導波路の交差する部位に
設けられ、光の伝達方向を制御する光スイッチとを有し
、前記光スイッチの切換えによって、光が通過する回折
格子を選択するように構成したものである。

第２の発明による光フィルタは上記目的達成のめ、交差
する複数の光導波路と、前記光導波路の各々に設けられ
、深さが各々で異なる回折格子と、前記複数の光導波路
の交差する部位に設けられ、光の伝達方向を制御する光
スイッチとを有し、前記光スイッチの切換えによって、
光が伝達される回折格子を選択するように構成するもの
である。

第３の発明による光フィルタは上記目的達成のため、交
差する複数の光導波路と、前記光導波路の各々に設けら
れ、周期が各々で異なる回折格子と、前記複数の光導波
路の交差する部位に設けられ、光の伝達方向を制御する
光スイッチとを有し、前記光スイッチの切換えによって
、光が伝達される回折格子を選択するように構成したも
のである。

（作用〕 第１の発明は、交差する複数の光導波路と、光導波路の
各々に設けられた回折格子と、複数の光導波路の交差す
る部位に設けられ、光の伝達方向を制御する光スイッチ
とを有し、光スイッチの切換えによって、光が通過する
回折格子が選択されるように構成される。

したがって、第１図〜第３図に示すように、経路１、経
路２のように回折格子の長さ（ここでの回折格子の長さ
は光が回折格子のあるところを通る長さのことをいう）
を経路１及び経路２（経路１く経路２）というように適
宜変えることにより、光が光導波路層２を通過する際の
中心波長付近の波長帯域幅（透過帯域幅）を大きくした
り（経路１）、小さくしたり　（経路２）して変化させ
ることができるようになる。

第２の発明は、交差する複数の光導波路と、光導波路の
各々に設けられ、深さが各々で異なる回折格子と、複数
の光導波路の交差する部位に設けられ、光の伝達方向を
制御する光スイッチとを有し、光スイッチの切換えによ
って、光が伝達される回折格子が選択されるように構成
される。

したがって、第４図〜第６図に示すように、経路Ｘ２、
経路Ｙ２というように回折格子の深さを変えることによ
り、光が光導波路層２を透過する際の、中心波長（１，
５５μｍ）付近の波長帯域幅（透過帯域幅）を変化する
ことができるようになる。具体的には第６図に示すよう
に、−１０ｄＢでの経路Ｘ２の波長帯域幅はＡ２と、経
路Ｙ２の波長帯域幅Ｂ２よりも大きくなっている。

第３の発明は、交差する複数の光導波路と、光導波路の
各々に設けられ、周期が各々で異なる回折格子と、複数
の光導波路の交差する部位に設けられ、光の伝達方向を
制御する光スイッチとを有し、光スイッチの切換えによ
って、光が伝達される回折格子が選択されるように構成
される。

したがって、第８図〜第１０図に示すように、経路Ｘ３
、経路Ｙ３というように、特性劣化を起こし易い波長域
をカバーするように回折格子の周期をかえて中心波長を
変化させて構成することができるようになるため、特性
劣化が生じないように波長帯域幅を大きく採ることがで
きるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図は第１の発明に係る光フィルタの一実施
例を説明する図であり、第１図は本実施例の構造を示す
概略図、第２図は本実施例の光の進行方向を示す図、第
３図は本実施例の光の波長と透過強度の関係を示す図で
ある。

これらの図において、１は例えばＩｎＰからなる基板、
２は例えばＩｎＧａＡｓＰからなる光導波路層、３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄはスイッチ用電極で、光導波路層２の
交わったところの上面に形成されている。４ａ、４ｂ、
４ｃ、４ｄは位相シフト量がλ／４の位相シフト、５ａ
、５ｂ、５ｃは回折格子で、位相シフ１−４ａ、４ｂ、
４ｃがそれぞれ上面（基板１側の下面でもよい）中央に
形成されており、位相シフ）４ａ、４ｂ、４ｃ以外は周
期が同一となるように一様に形成されている。６は光が
入射する入射口、７は光が出射する出射口である。

なお、ここでの回折格子５ａ、５ｂ、５ｃは、位相シフ
１−４ａ、４ｂ、４Ｃをそれぞれ中央に有しており、そ
れぞれの回折格子の長さは全て同じ長さである。ＵｇＪ
折格子５ａ、５ｂ、５ｃはそれぞれ位相シフト４ａ、４
ｂ、４Ｃを有しているが、位相シフト以外は周期が同一
になっており中心波長が同一になっている。スイッチ用
電極３ａ、３ｂ’ｂ　３　Ｃ％　３　ａは光導波路層２
の交わったところから入力、出力を採るために設けてい
る。

次に、その動作原理について説明する。

ここでは第１図に示すように、基板１上に光導波路層２
を菱形状に交わるように形成しており、光導波路層２の
交わったところにはスイッチ用電極３ａ、３ｂ、３ｃ、
３ｄを形成している。これを光フィルタとして使用する
場合は光導波路層２の交わったところ（スイッチ用電極
３ａ、３ｂ。

３Ｃ１３ｄ）と基板１裏面に電極を形成すればよく、ま
た、レーザと同じような構造にしてもよく、具体的には
光導波路層２を覆うように例えばＩｎＰからなる半導体
層を埋め込み、この半導体層及び基板１表面に電極を形
成すればよい。

まず、入射口６から光を入射すると、大部分の光が光導
波路層２内に閉じ込められて透過していく。次いで、こ
の素子に電圧を印加して電流を流すと光導波路層２内の
光の透過率が変わり反射する。これは回折格子５ａ、５
ｂ、５Ｃによって屈折率が変化するのと同様である。以
上の原理を用い、即ち、電流注入による反射を利用する
スイッチ用電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを切り換えるこ
とによって、第２図（ａ）に示すように、光を入射口６
→スイツチ用電極３ａ→スイツチ用電極３Ｃ→スイツチ
用電極３ｄ→出射ロアという経路（経路１とする）と、
第２図（ｂ）に示すように、光を入射口６→スイツチ用
電極３ａ→スイツチ用電極３ｂ−スイッチ用電極３ｄ−
出射口７という経路（経路２とする）とを適宜選択させ
て透過させることができる。なお、第２図（ｂ）に示す
経路２での回折格子の長さく回折格子の５ａの長さ十回
折格子５ｃの長さ）は経路１での回折格子の長さく回折
格子５ｂの長さ）よりも長くなっている。

具体的には光を第２図（ａ）に示す経路１のように透過
させるには、まず、入射口６から光を入射させる。電圧
を印加しなければ光は光導波路層２を真すぐに透過する
ので回折格子５ｂが形成されている光導波路層２を透過
する。次いで、電圧を印加して電流注入による反射をス
イッチ用電極３ｃで行うことによって、光の進行方向は
曲げられてスイッチ用電極３ｄに向かって透過していき
出射ロアから出射する。

また、経路２のように透過させるには、まず入射口６か
ら光を入射させ、電圧を印加して電流注入による反射を
スイッチ用型ｔＭ３ａで行うことによって、光の進行方
向を曲げてスイッチ用電極３ａからスイッチ用電極３ｂ
に向かって透過させる。

次いで、同様にスイッチ用電極３ｂ及びスイッチ用電極
３ｄにより電流注入による反射を行うことによって出射
ロアから出射させる。

ここで、経路１及び経路２の場合の光が光導波路Ｎ２を
通過する際の光の波長に対する透過強度（ｄ　Ｂ）を測
定したところ第３図に示すようであった。

第３図では０（ゼロ）ｄＢの光が入射口６から入射した
場合に出射ロアからどれだけの光が出射されるかを透過
強度として示したものである。

第３図から判るように、経路１　（第３図に示すＸｌ）
、経路２（第３図に示すＹｌ）では透過特性が変わって
おり、中心波長（１，５５μｍ）付近の波長帯域幅（パ
スバンドの幅とも言う）が変わっている。例えば−１０
ｄＢでの経路１の波長帯域幅はＡ１であり、経路２での
波長帯域幅はＢ１であり、経路ｌの波長帯域幅Ａ１の方
が経路２の波長帯域幅Ｂ１よりも大きくなっている。

すなわち、上記実施例では経路１、経路２のように回折
格子の長さくここでの回折格子の長さは光が回折格子の
あるところを通る長さのことをいう）を経路１及び経路
２（経路１く経路２）というように適宜変えることによ
り、光が光導波路層２を通過する際の中心波長付近の波
長帯域幅（透過帯域幅）を大きくしたり（経路１）、小
さくしたり（経路２）して変化させることができる。光
が透過するところの回折格子の長さを大きくする程、中
心波長付近の波長帯域幅を小さくすることができ、逆に
光が透過するところの回折格子の長さを小さくする程、
中心波長付近の波長帯域幅を大きくすることができる。

なお、第１の発明では、回折格子の長さを変化させるこ
とによって光が光導波路層２を透過する際の、中心波長
付近の波長帯域幅を変化させる場合について説明したが
、回折格子の深さを変えることによって光が光導波路層
２を透過する際の、中心波長付近の波長帯域幅を変化さ
せることもできる。以下、具体的に図面を用いて説明す
る。

第４図〜第６図は第２の発明に係る光フィルタの一実施
例を説明する図であり、第４図は本実施例の構造を示す
概略図、第５図（ａ）、（ｂ）は本実施例の光の進行方
向を示す図、第６図は本実施例の光の波長と透過強度の
関係を示す図である。

これらの図において、第１図〜第３図と同一符号は同一
または相当部分を示し、１５ａ、１５ｂは回折格子で、
位相シフト４ａ、４ｂがそれぞれ中央部に形成されてお
り回折格子１５ａ及び回折格子１５ｂはそれぞれ回折格
子の深さが異なっている。回折格子ｉ５ａ、１５ｂは位
相シフト４ａ、４ｂをそれぞれ有しているが、位相シフ
ト以外周期が同一になっており中心波長が同一になって
いる。

次に、その動作原理について説明する。

ここでは、第４図に示すように、第１図に示した光フィ
ルタと同様基板１上に光導波路層２を菱形状に交わるよ
うに形成しており、光導波路層２が交わったところには
電極を付けてスイッチ用電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを
形成している。これを光フィルタとして使用する場合は
光導波路層２の交わったところ（スイッチ用電極３ａ、
３ｂ、３Ｃ１３ｄ）と基板１裏面に電極を形成すればよ
く、またレーザと同じような構造にしてもよく、具体的
には光導波路層２を覆うように例えばＩｎＰからなる半
導体層を埋め込み、この半導体層及び基板１表面に電極
を形成すればよい。

動作も第１図に示した光フィルタと同様、電流注入によ
る反射を利用してスイッチ用電極３ａ、３ｂ、３Ｃ２３
ｄに流す電流を制御して、各スイッチを切り換えること
によって、光が進行する経路を第５図＜ａ＞に示す入射
口６−スイッチ用電極３ａ→スイツチ用電極３Ｃ−スイ
ッチ用電極３ｄ−出射口７という経路Ｘ２と、第５図（
ｂ）に示す入射口６−スイッチ用電極３ａ→スイツチ用
電極３ｂ−スイッチ用電極３ｄ→出射ロアという経路Ｙ
２というように適宜選択させて透過させることができる
。

すなわち、上記実施例では第６図に示すように、経路Ｘ
２、経路Ｙ２というように回折格子の深さを変えること
により、光が光導波路層２を透過する際の、中心波長（
１，５５μｍ）付近の波長帯域幅（透過帯域幅）を変化
することができる。具体的には第６図に示すように、−
１０ｄＢでの経路Ｘ２の波長帯域幅はＡ２と、経路Ｙ２
の波長帯域幅Ｂ２よりも大きくなっている。また、第１
の発明の光フィルタよりも透過強度の低いレベルの帯域
まで使用できるという利点がある。

なお、第２の発明の実施例では、位相シフト量がλ／４
の位相シフト４ａ、４ｂを有する回折格子１５ａ、１５
ｂを用いる場合について説明したが、第２の発明はこれ
に限定されるものではなく、位相シフト４ａ、４ｂを有
さない回折格子１５ａ、１５ｂを用いる場合であっても
よく、この場合、その他の構成は第４図に示す光フィル
タと同様で回折格子の深さを変えればよく、具体的には
第７図に示すように、中心波長（１，５５μｍ）付近の
波長帯域幅（反射帯域幅）を変化させることができる。

Ｍｌが位相シフトを有する場合の透過特性であり、Ｍ２
が位相シフトを有していない透過特性であり、即ち中心
波長付近のメインバンドをカントすることができるので
ある。

なお、第１、第２の発明の光フィルタは、光導波路層に
周期が同一で中心波長が同一の回折格子を複数個で形成
して構成し、中心波長付近の波長帯域幅（透過または反
射帯域幅）を変化させる場合について説明したが、光導
波路層に周期が異なり中心波長が異なる回折格子を複数
個で形成して構成することにより、上記第１、第２の発
明の光フィルタよりも特性劣化（多モードになり波長選
択比が悪くなる）が生じ難い広い波長帯域幅を実現する
ことができる。特性劣化し易い波長域をお互いカバーす
るように周期が異なり中心波長が異なる回折格子が複数
個で形成された光導波路層を適宜設けることによって実
現することができるのである。以下、具体的に説明する
。

第８図〜第１０図は第３の発明に係る光フィルタの一実
施例を説明する図であり、第８図は本実施例の構造を示
す概略図、第９図は本実施例の光の進行方向を示す図、
第１０図は本実施例の光の波長と透過強度の関係を示す
図である。

これらの図において、第１図〜第３図と同一符号は同一
または相当部分を示し、２５ａ、２５ｂは回折格子で、
位相シフト４ａ、位相シフト４ｂがそれぞれ中央部に形
成されている。

なお、回折格子２５ａは周期が例えば２４００人であり
、回折格子２５ｂは周期が例えば２４１Ｏ人とそれぞれ
の周期が異なっている。

次に、その動作原理について説明する。

ここでは、回折格子２５ａ及び回折格子２５ｂの周期を
変えることにより中心波長を変えている。そして、第８
図に示すように第１図及び第４図に示す光フィルタと同
様、基板１上に光導波路層２を菱形状に交わるように形
成している。これを光フィルタとして使用する場合は、
光導波路Ｎ２が交わったところくスイッチ用電極３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄ）と、基板１Ｍ面に電極を形成すれば
よく、また、レーザと同じような構造にしてもよく光導
波路層２を覆うように例えばＩｎＰからなる半導体層で
埋め込みこの半導体層及び基板１表面に電極を形成すれ
ばよい。

動作も第１図及び第４図に示した光フィルタと同様、電
流注入による反射を利用してスイッチ用電極３ａ、３ｂ
、３ｃ、３ｄに流す電流を制御して各スイッチを切り換
えることによって、光が進行する経路を第８図（ａ）に
示す入射口６−スイッチ用電極３ａ→スイッチ用電極３
ｃ→スイッチ用電極３ｄ−出射口７という経路Ｘ３と、
第８図（ｂ）に示す入射口６→スイツチ用電極３ａ−ス
イッチ用電極３ｂ−スイッチ用電極３ｄ−出射口７とい
う経路Ｙ３というように適宜選択させて透過させること
ができる。

すなわち、上記実施例では、経路Ｘ３、経路Ｙ３という
ように、特性劣化を起こし易い波長域をカバーするよう
に回折格子の周期をかえて中心波長を変化させて構成し
ているため、波長帯域幅を大きく採ることができ特性劣
化を生じ難くすることができる。具体的には経路Ｘ３の
透過可能範囲とオーバーラツプするように、経路Ｙ３の
回折格子２５ｂの中心波長を適宜設定すればよいのであ
る（逆も同様）。

なお、上記実施例では、周期を変えて中心波長が異なる
２個の回折格子を光導波路層２に設けて構成した場合に
ついて説明したが、中心波長が異なる複数個の回折格子
を光導波路層２に設けて構成する場合であってもよい。

この場合、チャンネルセレクタとして有効に適用させる
ことができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、光が光導波路層を透過する際の中心波
長付近の波長帯域幅を変化させることができ、安定な特
性で波長帯域幅を大きくすることができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は第１の発明に係る光フィルタの一実施
例を説明する図であり、 第１図は第１の発明の一実施例の構造を示す概略図、 第２図は第１の発明の一実施例の光の進行方向を示す図
、 第３図は第１の発明の一実施例の光の波長と透過強度の
関係を示す図、 第４図〜第６図は第２の発明に係る光フィルタの一実施
例を説明する図であり、 第４図は第２の発明の一実施例の構造を示す概略図、 第５図は第２の発明の一実施例の光の進行方向を示す図
、 第６図は第２の発明の一実施例の光の波長と透過強度の
関係を示す図、 第７図は第２の発明の他の実施例の光の波長と透過強度
の関係を示す図、 第８図〜第１０図は第３の発明に係る光フィルタの一実
施例を説明する図であり、 第８図は第３の発明の一実施例の構造を示す概略図、 第９図は第３の発明の一実施例の光の進行方向を示す図
、 第１０図は第３の発明の一実施例の光の波長と透過強度
の関係を示す図、 第１１図は従来例の構造を示す断面図、第１２図は従来
例の課題を説明する図である。 １・・・・・・基板、 ２・・・・・・光導波路層、 ３　ａ、　　３　ｂ、　　３　ｃ、　　３　ｄ＝−スイ
５ａ、５ｂ、５Ｃ・・・・・・回折格子、６・・・・・
・入射口、 ７・・・−・・出射口、 １５ａＳ１５ｂ・・・・・・回折格子、２５ａ、２５ｂ
・・・・・・回折格子。 ッチ用電極、 第 １ｉ′ に−・ 第 図 波長（ｐη） 従来例の退屈を説明する図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）交差する複数の光導波路と、前記光導波路の各々
   に設けられた回折格子と、前記複数の光導波路の交差す
   る部位に設けられ、光の伝達方向を制御する光スイッチ
   とを有し、前記光スイッチの切換えによって、光が通過
   する回折格子を選択することを特徴とする光フィルタ。
2. （２）交差する複数の光導波路と、前記光導波路の各々
   に設けられ、深さが各々で異なる回折格子と、前記複数
   の光導波路の交差する部位に設けられ、光の伝達方向を
   制御する光スイッチとを有し、前記光スイッチの切換え
   によって、光が伝達される回折格子を選択することを特
   徴とする光フィルタ。
3. （３）交差する複数の光導波路と、前記光導波路の各々
   に設けられ、周期が各々で異なる回折格子と、前記複数
   の光導波路の交差する部位に設けられ、光の伝達方向を
   制御する光スイッチとを有し、前記光スイッチの切換え
   によって、光が伝達される回折格子を選択することを特
   徴とする光フィルタ。