JPH0782131B2 - 光リングフィルタ - Google Patents
光リングフィルタInfo
- Publication number
- JPH0782131B2 JPH0782131B2 JP60242074A JP24207485A JPH0782131B2 JP H0782131 B2 JPH0782131 B2 JP H0782131B2 JP 60242074 A JP60242074 A JP 60242074A JP 24207485 A JP24207485 A JP 24207485A JP H0782131 B2 JPH0782131 B2 JP H0782131B2
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- Japan
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- optical
- waveguide
- optical waveguide
- ring
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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、光分光あるいは光周波数分割多重伝送方式な
どにおいて、周波数間隔の狭い複数の光信号を多重結合
あるいは分離する光合分波器その他に利用される光リン
グフィルタに関する。
どにおいて、周波数間隔の狭い複数の光信号を多重結合
あるいは分離する光合分波器その他に利用される光リン
グフィルタに関する。
第６図は、従来の光リングフィルタを用いた光分波器の
構成例を示す図であり、特に光リングフィルタの特性を
調べる装置である。
構成例を示す図であり、特に光リングフィルタの特性を
調べる装置である。
光リングフィルタは、入力用導波路および出力用導波路
の間に設けられたリング状導波路と、このリング状導波
路と入力用導波路および出力用導波路とを相互に結合す
る各光方向性結合器とにより構成され、入力光信号のう
ち、リング状導波路のリング長に応じた共振周波数を有
する特定の光信号を透過させる光リング共振器である。
なお、従来技術ではリング状導波路にリング状の光ファ
イバが用いられている。
の間に設けられたリング状導波路と、このリング状導波
路と入力用導波路および出力用導波路とを相互に結合す
る各光方向性結合器とにより構成され、入力光信号のう
ち、リング状導波路のリング長に応じた共振周波数を有
する特定の光信号を透過させる光リング共振器である。
なお、従来技術ではリング状導波路にリング状の光ファ
イバが用いられている。
第６図において、参照番号31は入力用光方向性結合器35
の入力用ポート、参照番号32は入力用光方向性結合器35
の出力用ポート、参照番号33、34は出力用光方向性結合
器36の出力用ポートである。参照番号37はリング状の光
ファイバ、参照番号38は入力光が入力用ポート31に光結
合する測定用光源、参照番号39、40は出力用ポート32、
34の出力光が光結合する出力モニタ用受光素子である。
測定用光源38および出力モニタ用受光素子39、40の各波
形は、オシログラフなどにより観測される。
の入力用ポート、参照番号32は入力用光方向性結合器35
の出力用ポート、参照番号33、34は出力用光方向性結合
器36の出力用ポートである。参照番号37はリング状の光
ファイバ、参照番号38は入力光が入力用ポート31に光結
合する測定用光源、参照番号39、40は出力用ポート32、
34の出力光が光結合する出力モニタ用受光素子である。
測定用光源38および出力モニタ用受光素子39、40の各波
形は、オシログラフなどにより観測される。
この従来技術は、（「エレクトロニクスレター」第19
巻、24号、pp.1027−1028）に記載がある。
巻、24号、pp.1027−1028）に記載がある。
入力用光方向性結合器35、出力用光方向性結合器36およ
びリング状の光ファイバ37で構成される光リング共振器
で周期的に共振が現れ、この共振周波数の光信号を透過
させて出力用ポート34から出射される。共振条件は、光
信号の周波数ｆ、リング長（リング状の光ファイバ37の
一周の長さ）Ｌ、光ファイバ37の比屈折率ｎ、光束ｃ、
伝搬定数βおよび定数Ｎとして、 Ｌ＝Ｌ・２π／β 〜Nc/nf ……（１） で与えられる。
びリング状の光ファイバ37で構成される光リング共振器
で周期的に共振が現れ、この共振周波数の光信号を透過
させて出力用ポート34から出射される。共振条件は、光
信号の周波数ｆ、リング長（リング状の光ファイバ37の
一周の長さ）Ｌ、光ファイバ37の比屈折率ｎ、光束ｃ、
伝搬定数βおよび定数Ｎとして、 Ｌ＝Ｌ・２π／β 〜Nc/nf ……（１） で与えられる。
また、その共振周波数間隔Δｆは、 Δｆ〜c/Ln ……（２） で与えられる。
入力用ポート31に入射された光信号の内、（１）式の条
件で満たす周波数の光信号は、光リング共振器で共振し
て出力用ポート34から取り出される。それ以外の周波数
の光信号は、出力用ポート32から取り出される。このよ
うにして、異なる周波数の光信号を分波することができ
る。合波においても同様である。
件で満たす周波数の光信号は、光リング共振器で共振し
て出力用ポート34から取り出される。それ以外の周波数
の光信号は、出力用ポート32から取り出される。このよ
うにして、異なる周波数の光信号を分波することができ
る。合波においても同様である。
第７図は、従来の光フィルタリング特性の一例を示す図
である。波形ａは出力用ポート32から取り出される光信
号強度、波形ｂは出力用ポート34から取り出される光信
号強度を示す。光ファイバ37のリング長Ｌ＝35.8cm、比
屈折率ｎ＝1.5とすると、共振周波数間隔Δｆは約559MH
zとなる。
である。波形ａは出力用ポート32から取り出される光信
号強度、波形ｂは出力用ポート34から取り出される光信
号強度を示す。光ファイバ37のリング長Ｌ＝35.8cm、比
屈折率ｎ＝1.5とすると、共振周波数間隔Δｆは約559MH
zとなる。
ところが、このような従来の光リングフィルタを用いた
光分波器では、単一モード光ファイバとの整合性がよい
反面、次のような問題点がある。
光分波器では、単一モード光ファイバとの整合性がよい
反面、次のような問題点がある。
光ファイバで共振器が構成されているため、外部の機械
的あるいは熱的擾乱の影響を受けやすい。
的あるいは熱的擾乱の影響を受けやすい。
光ファイバで共振器が構成されているため、リング長が
短い構成すなわち共振周波数間隔がGHz以上の大きいも
のは製作が困難である。
短い構成すなわち共振周波数間隔がGHz以上の大きいも
のは製作が困難である。
単一の光リング共振器を用いたものは、通過帯域幅が狭
いので変調光に対する通過損失が大きくなる。
いので変調光に対する通過損失が大きくなる。
通過帯域幅を広くするために、複数の光ファイバリング
を用いた多重共振器構造のものを作るには、製作困難度
がさらに増す。
を用いた多重共振器構造のものを作るには、製作困難度
がさらに増す。
また、周波数間隔の狭い複数の光信号を多重あるいは分
離するには、光合分波する光信号の周波数間隔を広くし
なければならない。したがって、共振周波数間隔が大き
い。すなわちリング長が短い構成の光リング共振器が必
要になるが、リング長が短くなると一般に曲げ導波路の
曲率半径が小さくなり、曲げによる放射損失が大きくな
る。
離するには、光合分波する光信号の周波数間隔を広くし
なければならない。したがって、共振周波数間隔が大き
い。すなわちリング長が短い構成の光リング共振器が必
要になるが、リング長が短くなると一般に曲げ導波路の
曲率半径が小さくなり、曲げによる放射損失が大きくな
る。
この曲げ放射損失は、導波路の比屈折率差、導波路寸法
および曲率半径の関数になっている。
および曲率半径の関数になっている。
第８図は、波長1.55μｍで導波路寸法１μｍの導波路に
おいて、比屈折率差と曲げ放射損失との関係を導波路曲
率半径をパラメータとして数値計算した例を示す図であ
る。
おいて、比屈折率差と曲げ放射損失との関係を導波路曲
率半径をパラメータとして数値計算した例を示す図であ
る。
導波路の比屈折率差を大きくすると、小さい曲率半径で
も曲げ放射損失は小さい。ただし、導波路の比屈折率差
を大きくすると、単一モードとなる導波路寸法を小さく
しなければならず、従って導波路と通常の光ファイバと
の整合性が悪くなる。
も曲げ放射損失は小さい。ただし、導波路の比屈折率差
を大きくすると、単一モードとなる導波路寸法を小さく
しなければならず、従って導波路と通常の光ファイバと
の整合性が悪くなる。
本発明は、このような従来の問題点を解決するもので、
比較的周波数間隔の広い光信号を低損失で結合・分離す
る光リングフィルタを提供することを目的とする。
比較的周波数間隔の広い光信号を低損失で結合・分離す
る光リングフィルタを提供することを目的とする。
本発明は、入力用単一モード光ファイバに接続する入力
用光導波路と、出力用単一モード光ファイバに接続する
出力用光導波路と、一つ又は縦続に接続された複数のリ
ング状光導波路と、上記入力用光導波路と上記リング状
光導波路とを結合する第１の光方向性結合器及び上記出
力用光導波路と上記リング状光導波路とを結合する第２
の光方向性結合器とを備え、上記入力用光導波路、上記
出力用光導波路、上記リング状光導波路および上記第１
及び第２の光方向性結合器は同一の誘電体基板上に形成
された光リングフィルタにおいて、上記入力用光導波路
及び上記出力用光導波路は単一モード光導波路であり、
かつそれらと接続される上記単一モード光ファイバと等
しい比屈折率差及び導波路断面積を有し、一つ又は縦続
に接続された複数の上記リング状光導波路は単一モード
光導波路であり、かつ上記入力用光導波路及び上記出力
用光導波路に対して比屈折率差が大きく導波路断面積が
小さく設定され、上記出力用光導波路から出力される光
信号の一部を抽出する手段と、抽出された上記光信号の
光強度を測定する手段と、上記リング状光導波路の一部
に取り付けられ、上記リング状光導波路を加熱すること
により上記リング状光導波路の光路長を変化させる電極
と、上記光強度が最大となるように上記電極に流れる電
流を調整する位相調整手段とを備えたことを特徴とす
る。
用光導波路と、出力用単一モード光ファイバに接続する
出力用光導波路と、一つ又は縦続に接続された複数のリ
ング状光導波路と、上記入力用光導波路と上記リング状
光導波路とを結合する第１の光方向性結合器及び上記出
力用光導波路と上記リング状光導波路とを結合する第２
の光方向性結合器とを備え、上記入力用光導波路、上記
出力用光導波路、上記リング状光導波路および上記第１
及び第２の光方向性結合器は同一の誘電体基板上に形成
された光リングフィルタにおいて、上記入力用光導波路
及び上記出力用光導波路は単一モード光導波路であり、
かつそれらと接続される上記単一モード光ファイバと等
しい比屈折率差及び導波路断面積を有し、一つ又は縦続
に接続された複数の上記リング状光導波路は単一モード
光導波路であり、かつ上記入力用光導波路及び上記出力
用光導波路に対して比屈折率差が大きく導波路断面積が
小さく設定され、上記出力用光導波路から出力される光
信号の一部を抽出する手段と、抽出された上記光信号の
光強度を測定する手段と、上記リング状光導波路の一部
に取り付けられ、上記リング状光導波路を加熱すること
により上記リング状光導波路の光路長を変化させる電極
と、上記光強度が最大となるように上記電極に流れる電
流を調整する位相調整手段とを備えたことを特徴とす
る。
入出力用導波路と光方向性結合器とを介して結合してい
る光リング共振器導波路には、比屈折率差が大きく、導
波路寸法の小さいものを用いることにより、光リング共
振器導波路の曲率半径を小さくすることができる。した
がって、共振周波数間隔が広く低損失の光リング共振器
を実現することができる。
る光リング共振器導波路には、比屈折率差が大きく、導
波路寸法の小さいものを用いることにより、光リング共
振器導波路の曲率半径を小さくすることができる。した
がって、共振周波数間隔が広く低損失の光リング共振器
を実現することができる。
また入出力用導波路は、通常の光ファイバと同じ形状
（比屈折率差Δｎ〜0.3％）にすることにより、入出力
用の通常の光ファイバとの整合性がよくなり、さらに入
出力用導波路および光リング共振器導波路を同一誘電体
基板上に形成することにより、外部の影響を受けにくい
光リングフィルタを構成することができる。
（比屈折率差Δｎ〜0.3％）にすることにより、入出力
用の通常の光ファイバとの整合性がよくなり、さらに入
出力用導波路および光リング共振器導波路を同一誘電体
基板上に形成することにより、外部の影響を受けにくい
光リングフィルタを構成することができる。
以下、本発明の実施例方式を図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明の第一実施例を示す構成図である。第
一実施例では、二つの光リング共振器導波路を用いた二
重共振器構造の光リングフィルタの構成を示す。本発明
は、リング状導波路を従来のリング状の光ファイバに替
え、誘電体基板上に一体形成させた光リング共振器導波
路を用いる。
一実施例では、二つの光リング共振器導波路を用いた二
重共振器構造の光リングフィルタの構成を示す。本発明
は、リング状導波路を従来のリング状の光ファイバに替
え、誘電体基板上に一体形成させた光リング共振器導波
路を用いる。
第１図において、参照番号10は平面導波路基板、参照番
号11は入力用ポート、参照番号12、13は出力用ポート、
参照番号14、15は光リング共振器導波路、参照番号16は
出力光方向性結合器、参照番号17は中間光方向性結合
器、参照番号18は入力光方向性結合器である。
号11は入力用ポート、参照番号12、13は出力用ポート、
参照番号14、15は光リング共振器導波路、参照番号16は
出力光方向性結合器、参照番号17は中間光方向性結合
器、参照番号18は入力光方向性結合器である。
ここで、入力用ポート11、出力用ポート12、13の導波路
の比屈折率差（Δｎ＝0.3％）および導波路寸法（Ｄ＝
８μｍ）は、通常の光ファイバとほぼ同じである。光リ
ング共振器導波路14、15は、入力用ポート11、出力用ポ
ート12、13の導波路よりも比屈折率差が大きくまた導波
路寸法が小さい構造である。
の比屈折率差（Δｎ＝0.3％）および導波路寸法（Ｄ＝
８μｍ）は、通常の光ファイバとほぼ同じである。光リ
ング共振器導波路14、15は、入力用ポート11、出力用ポ
ート12、13の導波路よりも比屈折率差が大きくまた導波
路寸法が小さい構造である。
平面導波路基板10は多成分ガラスまたは石英などの誘電
体基板である。比屈折率差の大きい光リング共振器導波
路14、15は、平面導波路基板10にカリウム（Ｋ）イオン
あるいはタンタル（Ta）イオンなどを拡散させることに
より高屈折率部を形成させたものである。
体基板である。比屈折率差の大きい光リング共振器導波
路14、15は、平面導波路基板10にカリウム（Ｋ）イオン
あるいはタンタル（Ta）イオンなどを拡散させることに
より高屈折率部を形成させたものである。
次に、5GHz間隔で並んだ５波の光信号を分波する場合を
例にとり、導波路形状について説明する。
例にとり、導波路形状について説明する。
第２図は、分波する5GHz間隔に並んだ５波の光信号の配
置図である。
置図である。
共振周波数間隔Δｆを40GHzに選ぶと、（２）式におい
て、Δｆ＝40×109Hz、ｎ＝1.5、ｃ＝３×108m/secであ
るから、リング長Ｌは約5mm（曲率半径〜0.8mm）とな
る。したがって、第８図の数値計算例より、導波路寸法
を１μｍ、導波路比屈折率差Δｎを約５％に選ぶと、曲
げ導波路の放射損失は無視できる程小さい。
て、Δｆ＝40×109Hz、ｎ＝1.5、ｃ＝３×108m/secであ
るから、リング長Ｌは約5mm（曲率半径〜0.8mm）とな
る。したがって、第８図の数値計算例より、導波路寸法
を１μｍ、導波路比屈折率差Δｎを約５％に選ぶと、曲
げ導波路の放射損失は無視できる程小さい。
この二重光リング共振器のフィルタリング特性Ｔは、 Ｔ〔ａ−ｂ〕＝−jk1 2・k2・exp（−ｊφ）／［〔１ −｛（１−k1 2）（１−k2 2）｝1/2・exp（−ｊφ）〕２ ＋k2 2（１−k1）２・exp（−j2φ）］ で与えられる。ここで、k1は出力光方向性結合器16およ
び入力光方向性結合器18の結合係数であり、k2は中間光
方向性結合器17の結合係数である。また、φは光ファイ
バリング14、15のリング一周の位相遅延量である。
び入力光方向性結合器18の結合係数であり、k2は中間光
方向性結合器17の結合係数である。また、φは光ファイ
バリング14、15のリング一周の位相遅延量である。
第３図は、二重光リング共振器の光フィルタリング特性
を示す図であり、中間光方向性結合器17の結合係数k2を
パラメータとしたときの光フィルタリング特性を示す。
を示す図であり、中間光方向性結合器17の結合係数k2を
パラメータとしたときの光フィルタリング特性を示す。
第４図は、単一の光リング共振器の光フィルタリング特
性を示す図である。
性を示す図である。
第３図および第４図に示すように、二重光リング共振器
を用いた場合には、通過帯域幅の広い光リングフィルタ
ができる。
を用いた場合には、通過帯域幅の広い光リングフィルタ
ができる。
第５図は、本発明の第二実施例を示す構成図である。
第二実施例の特徴は、基本的には第一実施例と同様の構
成であるが、光フィルタリング特性の外部の擾乱による
変化を補正する手段を設けたところにある。すなわち、
出力用ポート12の導波路に分布帰環型反射ミラー21を設
け、出力用ポート12と反対側の出力用ポート22に受光素
子23を備え、光リング共振器導波路14、15に設けた加熱
用電極24、25の電流を受光素子23の出力により制御する
位相調整回路26を備えた構成である。
成であるが、光フィルタリング特性の外部の擾乱による
変化を補正する手段を設けたところにある。すなわち、
出力用ポート12の導波路に分布帰環型反射ミラー21を設
け、出力用ポート12と反対側の出力用ポート22に受光素
子23を備え、光リング共振器導波路14、15に設けた加熱
用電極24、25の電流を受光素子23の出力により制御する
位相調整回路26を備えた構成である。
分布帰環型反射ミラー21により出力用ポート12への光は
一部反射し、その反射光の大部分を受光素子23で受け、
その出力が最大になるように位相調整回路26により加熱
用電極24、25の電流を制御し、光リング共振器導波路1
4、15の伝搬位相遅延量を制御して光フィルタリング特
性が外部の擾乱により変化する分を補正することができ
る。
一部反射し、その反射光の大部分を受光素子23で受け、
その出力が最大になるように位相調整回路26により加熱
用電極24、25の電流を制御し、光リング共振器導波路1
4、15の伝搬位相遅延量を制御して光フィルタリング特
性が外部の擾乱により変化する分を補正することができ
る。
本発明は、以上説明したように次のような効果がある。
同一誘電体基板上に光リング共振器が構成されてい
るために、外部の機械的および熱的擾乱の影響を受けに
くく安定である。
るために、外部の機械的および熱的擾乱の影響を受けに
くく安定である。
誘電体基板上に光リング共振器を形成するために、
リング長が短い、すなわち共振周波数間隔が広い（GHz
オーダー）ものが容易に製作可能である。
リング長が短い、すなわち共振周波数間隔が広い（GHz
オーダー）ものが容易に製作可能である。
曲率半径の小さい光リング共振器導波路の比屈折率
差を大きくかつ導波路寸法を小さくすることにより、導
波路の単一モード性を維持しかつ曲げ放射損失を小さく
することができる。
差を大きくかつ導波路寸法を小さくすることにより、導
波路の単一モード性を維持しかつ曲げ放射損失を小さく
することができる。
二重共振器構造のものが容易に製作できるので通過
帯域幅が広く、従って周波数間隔の広い光信号を低損失
で結合分離できる光リングフィルタを実現できる。
帯域幅が広く、従って周波数間隔の広い光信号を低損失
で結合分離できる光リングフィルタを実現できる。
第１図は本発明の第一実施例を示すブロック構成図。 第２図は5GHz間隔に並んだ５波の光信号の配置図。 第３図は二重光リング共振器の光フィルタリング特性を
示す図。 第４図は単一の光リング共振器の光フィルタリング特性
を示す図。 第５図は本発明の第二実施例を示すブロック構成図。 第６図は従来の光リングフィルタを用いた光分波器の構
成例を示す図。 第７図は従来の光リング共振器の光フィルタリング特性
の一例を示す図。 第８図は比屈折率差と曲げ放射損失との関係を導波路曲
率半径をパラメータとして数値計算した例を示す図。 10……平面導波路基板、11……入力用ポート、12、13…
…出力用ポート、14、15……光リング共振器導波路、16
……出力光方向性結合器、17……中間光方向性結合器、
18……入力光方向性結合器、21……分布帰環型反射ミラ
ー、22……出力用ポート、23……受光素子、24、25……
加熱用電極、26……位相調整回路、31、入力用ポート、
32、33、34……出力用ポート、35……入力用光方向性結
合器、36……出力用光方向性結合器、37……光ファイ
バ、38……測定用光源、39、40……出力モニタ用受光素
子。
示す図。 第４図は単一の光リング共振器の光フィルタリング特性
を示す図。 第５図は本発明の第二実施例を示すブロック構成図。 第６図は従来の光リングフィルタを用いた光分波器の構
成例を示す図。 第７図は従来の光リング共振器の光フィルタリング特性
の一例を示す図。 第８図は比屈折率差と曲げ放射損失との関係を導波路曲
率半径をパラメータとして数値計算した例を示す図。 10……平面導波路基板、11……入力用ポート、12、13…
…出力用ポート、14、15……光リング共振器導波路、16
……出力光方向性結合器、17……中間光方向性結合器、
18……入力光方向性結合器、21……分布帰環型反射ミラ
ー、22……出力用ポート、23……受光素子、24、25……
加熱用電極、26……位相調整回路、31、入力用ポート、
32、33、34……出力用ポート、35……入力用光方向性結
合器、36……出力用光方向性結合器、37……光ファイ
バ、38……測定用光源、39、40……出力モニタ用受光素
子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箕輪 純一郎 東京都武蔵野市緑町３丁目９番11号 日本 電信電話株式会社通信網第一研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−123102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−181704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−103509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−113757（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−86044（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−37460（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭46−32551（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】入力用単一モード光ファイバに接続する入
力用光導波路と、 出力用単一モード光ファイバに接続する出力用光導波路
と、 一つ又は縦続に接続された複数のリング状光導波路と、 上記入力用光導波路と上記リング状光導波路とを結合す
る第１の光方向性結合器及び上記出力用光導波路と上記
リング状光導波路とを結合する第２の光方向性結合器と
を備え、 上記入力用光導波路、上記出力用光導波路、上記リング
状光導波路および上記第１及び第２の光方向性結合器は
同一の誘電体基板上に形成された光リングフィルタにお
いて、 上記入力用光導波路及び上記出力用光導波路は単一モー
ド光導波路であり、かつそれらと接続される上記単一モ
ード光ファイバと等しい比屈折率差及び導波路断面積を
有し、 上記リング状光導波路は単一モード光導波路であり、か
つ上記入力用光導波路及び上記出力用光導波路に対して
比屈折率差が大きく導波路断面積が小さく設定され、 上記出力用光導波路から出力される光信号の一部を抽出
する手段と、 抽出された上記光信号の光強度を測定する手段と、 上記リング状光導波路の一部に取り付けられ、上記リン
グ状光導波路を加熱することにより上記リング状光導波
路の光路長を変化させる電極と、 上記光強度が最大となるように上記電極に流れる電流を
調整する位相調整手段とを備えた ことを特徴とする光リングフィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60242074A JPH0782131B2 (ja) | 1985-10-28 | 1985-10-28 | 光リングフィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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