JPH0797193B2 - Variable wavelength filter - Google Patents

Variable wavelength filter

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JPH0797193B2
JPH0797193B2 JP63048169A JP4816988A JPH0797193B2 JP H0797193 B2 JPH0797193 B2 JP H0797193B2 JP 63048169 A JP63048169 A JP 63048169A JP 4816988 A JP4816988 A JP 4816988A JP H0797193 B2 JPH0797193 B2 JP H0797193B2
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optical path
wavelength
filter
optical
variable wavelength
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貫陽 沼居
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は波長多重光伝送などに用いられる可変波長フィ
ルタに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a tunable wavelength filter used for wavelength-multiplexed optical transmission and the like.

(従来の技術) 波長多重化光信号から、任意の波長の光信号を選択する
可変波長フィルタは、光伝送,光交換,光情報処理等に
おいて広範な用途に応用可能なキーデバイスの1つであ
る。そして、いずれの用途においても可変波長フィルタ
の特性として十分な波長選択度と選択波長の広い可変同
調幅が必要とされている。また、構造として光集積回路
化が不可決なことから、任意の選択したい波長だけを透
過する透過型の波長選択フィルタであることも必要であ
る。
(Prior Art) A tunable wavelength filter that selects an optical signal of an arbitrary wavelength from a wavelength multiplexed optical signal is one of the key devices that can be applied to a wide range of applications in optical transmission, optical switching, optical information processing, and the like. is there. In any of the applications, sufficient wavelength selectivity and wide tuning range of the selected wavelength are required as the characteristics of the variable wavelength filter. Further, since it is inevitable to form an optical integrated circuit as a structure, it is also necessary to use a transmission type wavelength selection filter that transmits only an arbitrary desired wavelength.

従来から、波長選択フィルタに関しては、いくつかの検
討がなされている。その中で、半導体を利用したフィル
タは集積化の面から注目を集めている。半導体基板上に
均一な回折格子を設けたフィルタについては、利得を有
する構造(アプライド・フィジクス・レターズ(Applie
d Physics Letters)第50巻66頁,1987)と利得の無い構
造(エレクトロニクス・レターズ(Electronics Letter
s)第23巻622頁,1987)について報告がある。
BACKGROUND ART Heretofore, some studies have been made on wavelength selective filters. Among them, filters using semiconductors are drawing attention from the aspect of integration. For a filter having a uniform diffraction grating on a semiconductor substrate, a structure having gain (Applied Physics Letters (Applie
d Physics Letters, Vol. 50, p. 66, 1987) and structure without gain (Electronics Letters)
s) Volume 23, p. 622, 1987).

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、半導体基板上に均一な回折格子を設けた
フィルタには、以下のような欠点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, a filter having a uniform diffraction grating on a semiconductor substrate has the following drawbacks.

利得を有するフィルタの場合、電流を注入することによ
って利得と透過波長が変化するが、注入電流は発振閾値
以下に制限される。そのため、可変波長範囲が数Åと小
さかった。
In the case of a filter having a gain, the gain and the transmission wavelength are changed by injecting the current, but the injection current is limited to the oscillation threshold or less. Therefore, the variable wavelength range was as small as several Å.

一方、利得の無いフィルタでは、可変波長範囲は〜100
Åまで可能と考えられるが、基本的に反射型フィルタで
あり、透過型フィルタとして見たときは、バンドカット
フィルタになる。従って、特定の波長の光信号だけを取
り出すためには、フィルタの入力側を分岐してフィルタ
からの反射光を検知しなければならないが、分岐による
損失,分岐点における反射のために十分な光出力を得る
ことが難しい。
On the other hand, in the case of a filter without gain, the variable wavelength range is ~ 100.
It is thought that even Å is possible, but it is basically a reflection type filter, and when viewed as a transmission type filter, it becomes a band cut filter. Therefore, in order to extract only the optical signal of a specific wavelength, the input side of the filter must be branched and the reflected light from the filter must be detected. However, sufficient light is necessary for the loss due to the branch and the reflection at the branch point. Difficult to get output.

本発明の目的は、以上の問題点を解決した、可変波長が
大きく、かつ任意の波長の光信号だけを透過するバンド
透過型の可変波長フィルタを提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a band-transmissive variable wavelength filter that solves the above problems and that has a large variable wavelength and that transmits only an optical signal of an arbitrary wavelength.

(課題を解決するための手段) 前述の課題を解決するために本発明が提供する手段は、
マッハ・ツェンダ干渉計でなるバンド透過型の可変波長
フィルタであって、分岐後の2本の光路のうち第1の光
路中にバンドカット可変波長フィルタが挿入され、かつ
第2の光路中に光路長が外部信号に応じて変わる光学要
素を含むことを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) Means provided by the present invention for solving the above-mentioned problems are as follows.
A band transmission type variable wavelength filter composed of a Mach-Zehnder interferometer, wherein a band cut variable wavelength filter is inserted into a first optical path of two optical paths after branching, and an optical path is included into a second optical path. It is characterized in that it includes an optical element whose length changes according to an external signal.

(作用) 半導体基板上に均一な回折格子を設けたフィルタのう
ち、利得の無いフィルタでは電流を注入しても発振する
恐れが無い。従って、可変波長範囲は電流注入による発
熱だけで制限されるので、100Å程度の可変幅が得られ
る。このようなフィルタはバンドカットフィルタである
が、可変波長範囲が大きい。第3図にこのようなバンド
カット可変波長フィルタを用いて特定の波長の光信号だ
けを取り出す構成とした本発明のバンド透過型可変波長
フィルタを示す。
(Function) Among the filters in which a uniform diffraction grating is provided on the semiconductor substrate, a filter having no gain does not cause oscillation even if a current is injected. Therefore, the variable wavelength range is limited only by the heat generated by current injection, and a variable width of about 100Å can be obtained. Such a filter is a band cut filter, but has a large variable wavelength range. FIG. 3 shows a band-transmissive variable wavelength filter of the present invention configured to extract only an optical signal of a specific wavelength by using such a band-cut variable wavelength filter.

ビームスプリッタ11、ミラー12,14、ビーム結合器15を
第3図のように配置する。これはマッハ・ツェンダ干渉
計である。ビームスプリッタで光路を2つに分け、一方
の光路41上にバンドカットフィルタ30を配置する。また
他方の光路42上に光路長調節器16を配置する。
The beam splitter 11, the mirrors 12 and 14, and the beam combiner 15 are arranged as shown in FIG. This is a Mach-Zehnder interferometer. The beam splitter divides the optical path into two, and the band cut filter 30 is arranged on one optical path 41. The optical path length adjuster 16 is arranged on the other optical path 42.

波長多重化光信号がこの系に入力するとビームスプリッ
タ11で光路が2分される。光路41を通ったビームは、バ
ンドカットフィルタ30で、例えばλの信号だけが減衰
され、B点のようなスペクトルになる。一方、光路42を
通ったビームは特定の波長の光信号だけが減衰されるこ
とはない。ビーム結合器15で、光路41,42を通ったビー
ムが合波される。光路長調節器16で光路長を調節すれ
ば、光路41,42それぞれを通ってきた2本のビームの干
渉によってλの信号だけを取り出すことができる。
When a wavelength-multiplexed optical signal is input to this system, the beam splitter 11 splits the optical path into two. The beam passing through the optical path 41 is attenuated by the band cut filter 30, for example, only the signal of λ 2 and becomes a spectrum like point B. On the other hand, in the beam passing through the optical path 42, only the optical signal of a specific wavelength is not attenuated. The beam combiner 15 combines the beams passing through the optical paths 41 and 42. If the optical path length adjuster 16 adjusts the optical path length, only the signal of λ 2 can be taken out by the interference of the two beams that have passed through the optical paths 41 and 42, respectively.

以上のような構成にすれば、可変波長範囲が100Å程度
と大きく、かつ任意の波長の光信号だけを取り出すこと
のできるフィルタが得られる。ここで、次の点に注意す
る必要がある。マッハ・ツェンダ干渉計の透過率Tは、
光信号の周波数fi,光路の屈折率n,光路差Δl、光速c
との間に という関係がある。光路差Δl=0のときは、(1)式
から常にT=1となるので、任意の周波数fi(波長
λ)の光信号を送ることができる。一方、Δl≠0の
時は、T=1とするためには(1)式から波長多重化信
号の周波数間隔Δfを という関係を満たすように設定する必要がある。
With the above-described configuration, it is possible to obtain a filter having a large variable wavelength range of about 100 Å and capable of extracting only an optical signal having an arbitrary wavelength. Here, the following points should be noted. The transmittance T of the Mach-Zehnder interferometer is
Frequency f i of optical signal, refractive index n of optical path, optical path difference Δl, speed of light c
Between There is a relationship. When the optical path difference Δl = 0, T = 1 is always satisfied from the equation (1), so that an optical signal of an arbitrary frequency f i (wavelength λ i ) can be sent. On the other hand, when Δl ≠ 0, in order to set T = 1, the frequency interval Δf of the wavelength multiplexed signal is calculated from the equation (1). Must be set to satisfy the relationship.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例を示す構成図である。(Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

第1図において、ビームスプリッタ11,ミラー12,14、ビ
ーム結合器15でマッハ・ツェンダ干渉計を構成できる。
入力波長多重化信号として、2Å間隔で50波並んだ1.5
μm帯の光信号を入射する。ビームスプリッタ11で入射
ビームは光路41と42とに分けられる。光路42はビームス
プリッタ11からミラー12,光路長調節器16及びミラー14
を経てビーム結合器15に至る光路である。バンドカット
フィルタ30は、半導体基板上に均一な回折格子を形成
し、その上にガイド層およびクラッド層の結晶を成長
し、その後に横モード制御のために埋込み構造としたも
のである。バンドカットフィルタ30におけるバンド幅を
狭くするために回折格子の高さを低く、すなわち結合定
数kを低く押さえてある。3dBダウンバンド幅は1Åで
あった。電流を100mA注入した時、透過阻止波長は短波
側へ100Å動いた。光路41と42を通ったビームは、ビー
ム結合器15で重ね合わされる。光路長調節器16で、光路
長を調節することによって特定の波長だけを透過させる
ことが出来る。光路長を調節してから、バンドカットフ
ィルタ30に電流を注入することによって50波長の入力信
号の中から任意の波長の光信号だけを取り出すことが出
来る。
In FIG. 1, the beam splitter 11, the mirrors 12 and 14, and the beam combiner 15 can constitute a Mach-Zehnder interferometer.
As an input wavelength multiplexed signal, 50 waves are lined up at intervals of 2Å 1.5
An optical signal in the μm band is incident. The beam splitter 11 splits the incident beam into optical paths 41 and 42. The optical path 42 includes a beam splitter 11, a mirror 12, an optical path length adjuster 16 and a mirror 14.
It is an optical path that goes through to the beam combiner 15. The band-cut filter 30 has a uniform diffraction grating formed on a semiconductor substrate, crystals of a guide layer and a clad layer grown on the diffraction grating, and then an embedded structure for lateral mode control. In order to narrow the band width in the band cut filter 30, the height of the diffraction grating is made low, that is, the coupling constant k is kept low. The 3dB downband width was 1Å. When a current of 100 mA was injected, the transmission blocking wavelength moved 100Å toward the short wave side. The beams passing through the optical paths 41 and 42 are combined by the beam combiner 15. By adjusting the optical path length with the optical path length adjuster 16, only specific wavelengths can be transmitted. By adjusting the optical path length and then injecting a current into the band cut filter 30, only the optical signal of an arbitrary wavelength can be extracted from the input signal of 50 wavelengths.

第2図は本発明の別の実施例を示す平面図である。この
実施例は各要素を1つの共通の半導体基板20上に集積し
てなり、半導体基板20の一部には回折格子領域23が形成
してある。本実施例の製作においては、半導体基板20上
にガイド層およびクラッド層を成長した後、光ガイド2
1,24、光路長調節領域22、回折格子領域23を残して、成
長層をエッチングする。その後、埋め込み成長を行な
う。電極は、光路長調節領域22と回折格子領域23とに独
立に電流注入できるように分離して設ける。波長多重化
された信号は、光ガイド21に入射した後光路長調節領域
22と回折格子領域23とに分けられ、それぞれの領域を通
過後、光ガイド24で重ね合わされる。光路長調節領域22
に電流を注入すれば、光学長を変化させることができ、
また回折格子領域23に電流を注入すれば、透過阻止波長
が変化するので、第1図の実施例と同様の原理で透過フ
ィルタとなる。
FIG. 2 is a plan view showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, each element is integrated on one common semiconductor substrate 20, and a diffraction grating region 23 is formed in a part of the semiconductor substrate 20. In the fabrication of this embodiment, after the guide layer and the clad layer are grown on the semiconductor substrate 20, the light guide 2
The growth layer is etched leaving 1, 24, the optical path length adjusting region 22 and the diffraction grating region 23. After that, embedded growth is performed. The electrodes are separately provided in the optical path length adjusting region 22 and the diffraction grating region 23 so that current can be independently injected. After the wavelength-multiplexed signal is incident on the light guide 21, the optical path length adjustment region
It is divided into a diffraction grating region 23 and a diffraction grating region 23, and after passing through the respective regions, they are superposed by a light guide 24. Optical path length adjustment area 22
The optical length can be changed by injecting a current into
Further, if a current is injected into the diffraction grating region 23, the transmission blocking wavelength changes, so that a transmission filter is formed according to the same principle as that of the embodiment of FIG.

なお、第1図の実施例では、マッハ・ツェンダ干渉計を
ビームスプリッタ,ミラー,ビーム結合器を用いて構成
したが、本発明ではこれらに代えて光ファイバ,ファイ
バカップラ等を用いても一向に差し支えない。また、バ
ンドカットフィルタも半導体に限定する必要はなく、本
発明においては可変波長バンドカットフィルタであれば
何でもよい。また、第2図の構造の集積化フィルタは、
半導体に限らず半導体以外の材料でも製作できる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the Mach-Zehnder interferometer is constructed by using the beam splitter, the mirror, and the beam combiner, but in the present invention, it is possible to use an optical fiber, a fiber coupler or the like instead. Absent. Further, the band cut filter is not limited to the semiconductor, and any variable wavelength band cut filter may be used in the present invention. The integrated filter having the structure shown in FIG.
Not only semiconductors but also materials other than semiconductors can be manufactured.

(発明の効果) 以上に詳しく説明したように、本発明によれば、波長可
変範囲が100Åと大きく、50チャンネル程度のバンド透
過型可変波長フィルタが提供できる。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a band transmission type tunable wavelength filter having a large wavelength tunable range of 100Å and approximately 50 channels.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成を示す図、第2図は本
発明の別の実施例を示す平面図、第3図は本発明のフィ
ルタ中を波長多重化光信号が伝播する様子を示す概念図
である。 11……ビームスプリッタ、12,14……ミラー、15……ビ
ーム結合器、16……光路長調節器、20……基板、21,24
……光ガイド、22……光路長調節領域、23……回折格子
領域、30……バンドカットフィルタ、41,42……光路。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a wavelength-multiplexed optical signal propagating through a filter of the present invention. It is a conceptual diagram which shows a mode. 11 …… Beam splitter, 12,14 …… Mirror, 15 …… Beam combiner, 16 …… Optical path length adjuster, 20 …… Board, 21,24
...... Light guide, 22 ...... Optical path length adjustment area, 23 ...... Diffraction grating area, 30 ...... Band cut filter, 41, 42 ...... Optical path.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マッハ・ツェンダ干渉計でなるバンド透過
型の可変波長フィルタにおいて、分岐後の2本の光路の
うち第1の光路中にバンドカット可変波長フィルタが挿
入され、かつ第2の光路中に光路長が外部信号に応じて
変わる光学要素を含むことを特徴とする可変波長フィル
タ。
1. A band transmission type variable wavelength filter comprising a Mach-Zehnder interferometer, wherein a band cut variable wavelength filter is inserted into a first optical path of two optical paths after branching, and a second optical path. A tunable wavelength filter including an optical element whose optical path length changes according to an external signal.
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