JP5966616B2 - Wavelength multiplexer / demultiplexer and optical receiver - Google Patents
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Description
本発明は、波長合分波器とこれを用いた光受信器に関する。 The present invention relates to a wavelength multiplexer / demultiplexer and an optical receiver using the same.
近年、大容量インターコネクトに向けて、シリコン(Si)基板上に光デバイスを形成し、波長多重(WDM: wavelength division multiplexing)技術を用いることにより、光配線一本あたりの処理容量を向上することが積極的に検討されている。シリコンチップ内でWDM信号を送受信するために、通常は波長合分波器を用いてWDM光信号を必要に応じて合波・分波させている。波長合分波器に求められる特性として、低損失性や低クロストーク(XT)等が挙げられる。WDMの利点を最大限に活かすには、チャネル数を多くすることが有効である。 In recent years, an optical device has been formed on a silicon (Si) substrate for high-capacity interconnects, and the processing capacity per optical wiring has been improved by using wavelength division multiplexing (WDM) technology. Has been actively considered. In order to transmit / receive a WDM signal within a silicon chip, a WDM optical signal is usually multiplexed / demultiplexed as required using a wavelength multiplexer / demultiplexer. The characteristics required for the wavelength multiplexer / demultiplexer include low loss and low crosstalk (XT). Increasing the number of channels is effective in making the most of the advantages of WDM.
多チャネル化に適した波長合分波器として、図1に示すアレイ導波路格子(AWG: arrayed waveguide grating)が知られている(例えば、非特許文献1参照)。AWG110は、入力スターカプラ111と出力スターカプラ112の間を光学的に接続する複数のアレイ導波路113−1〜113−kを含む。アレイ導波路113−1〜113−k(「アレイ導波路113」と総称する)は所定の光路長差を有する。AWGの場合、アレイ導波路113が形成されるアレイ領域でランダム位相誤差(位相ズレ)が生じ、合分波特性が劣化する。具体的には、波長合分波器の挿入損が生じ、クロストーク(XT)が増大する。これは製造装置の精度に関わる問題である。
As a wavelength multiplexer / demultiplexer suitable for multi-channeling, an arrayed waveguide grating (AWG) shown in FIG. 1 is known (for example, see Non-Patent Document 1). The AWG 110 includes a plurality of arrayed waveguides 113-1 to 113-k that optically connect the input star coupler 111 and the
この問題を解消するためには、作製工程で生じる位相誤差(δφ)を最小限に抑える必要がある。しかし、ランダム位相誤差(δφ)は、製造装置の精度によって統計的に定まる量である。ランダム位相誤差(δφ)の問題を根本的に克服するには、製造装置の分解能を高精度にしなければならない。そうすると製造コストが増大する。 In order to solve this problem, it is necessary to minimize the phase error (δφ) generated in the manufacturing process. However, the random phase error (δφ) is an amount that is statistically determined by the accuracy of the manufacturing apparatus. In order to fundamentally overcome the problem of the random phase error (δφ), the resolution of the manufacturing apparatus must be highly accurate. This increases the manufacturing cost.
図2は、41本のアレイ導波路113を有する16チャネルAWGを、異なるプロセス精度で作製したときの合分波スペクトル特性を示す図である。図2(a)は、DUV248nm、180nmノードCMOSプロセスで作製したAWGの1チャネルの出力をプロットしたスペクトル特性、図2(b)は、DUV193nm、65nmノードCMOSプロセスで作製したAWGの1チャネルの出力をプロットしたスペクトル特性である。各プロセスノードにおいて、典型的に決まるランダム位相誤差dfの影響により、図2(a)の場合はクロストーク(XT)が−20dBより悪くなる。これを−20dBより改善することは困難である。他方、図2(b)に示すように、プロセスノードを上げることでクロストークを−30dBに向上することが期待できるが、製造コストが増大する。
FIG. 2 is a diagram showing a combined / demultiplexed spectrum characteristic when a 16-channel AWG having 41
位相誤差(δφ)の問題を克服する別の方法として、AWGのアレイ領域で生じる位相ズレを個別に調整することが提案されている(たとえば、非特許文献2参照)。しかし、この方法では数十本のアレイ導波路をすべて制御する必要があるため、制御アルゴリズムが極めて複雑になる。また、相対的に広い面積を持つアレイ導波路領域を制御するため、消費電力が増大するという問題もある。 As another method for overcoming the problem of the phase error (δφ), it has been proposed to individually adjust the phase shift generated in the array area of the AWG (see, for example, Non-Patent Document 2). However, this method requires control of all tens of arrayed waveguides, which makes the control algorithm extremely complicated. There is also a problem that power consumption increases because the arrayed waveguide region having a relatively large area is controlled.
上述のように、AWGのクロストークを低減するにはアレイ導波路領域で生じる位相誤差(δφ)の低減が必要である。しかし装置の精度を上げる場合は必然的に製造コストが増大する。またAWGアレイ領域での個別の位相調整は、制御アルゴリズムが複雑になり設計が困難であることに加え、消費電力が増大する。 As described above, in order to reduce AWG crosstalk, it is necessary to reduce the phase error (δφ) generated in the arrayed waveguide region. However, increasing the accuracy of the apparatus inevitably increases the manufacturing cost. In addition, the individual phase adjustment in the AWG array region complicates the control algorithm and is difficult to design, and also increases the power consumption.
そこで、製造コストと消費電力を抑制しつつ、波長合分波での損失とクロストークを低減することを課題とする。 Therefore, it is an object to reduce loss and crosstalk in wavelength multiplexing / demultiplexing while suppressing manufacturing cost and power consumption.
ひとつの観点では、波長合分波器は、
入力光に含まれる波長の異なる光信号を合分波する光合分波回路と、
前記光合分波回路の複数の出力のそれぞれに光学的に接続されるアド・ドロップ型リング共振器と
を有し、前記アド・ドロップ型リング共振器は、リング領域と、スルーポートに接続するスルー導波路と、ドロップポートに接続するドロップ導波路とを含み、
前記各アド・ドロップ型リング共振器の共振中心波長は、前記光合分波回路の合分波波長の各々に対応し、前記ドロップポートから取り出される光を波長分離後の出力とすることを特徴とする。
In one aspect, the wavelength multiplexer / demultiplexer
An optical multiplexing / demultiplexing circuit for multiplexing / demultiplexing optical signals of different wavelengths included in the input light;
An add / drop ring resonator optically connected to each of the plurality of outputs of the optical multiplexing / demultiplexing circuit, wherein the add / drop ring resonator includes a ring region and a through port connected to a through port. Including a waveguide and a drop waveguide connected to the drop port;
The resonance center wavelength of each of the add / drop type ring resonators corresponds to each of the multiplexing / demultiplexing wavelengths of the optical multiplexing / demultiplexing circuit, and the light extracted from the drop port is used as an output after wavelength separation. To do.
製造コストと消費電力を抑制しつつ、低損失性かつ低クロストークの波長合分波を実現することができる。 It is possible to realize wavelength multiplexing / demultiplexing with low loss and low crosstalk while suppressing manufacturing cost and power consumption.
以下で、図面を参照して発明の実施形態を説明する。実施形態では、AGW等の光合分波回路から出力される各波長成分の光に対して位相の微調整を行うことにより、製造装置の精度が従来と同じ場合でも波長合分波器のクロストークを低減する。 Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment, by performing fine adjustment of the phase of the light of each wavelength component output from the optical multiplexing / demultiplexing circuit such as AGW, the crosstalk of the wavelength multiplexing / demultiplexing device is obtained even when the accuracy of the manufacturing apparatus is the same as the conventional one. Reduce.
図3は、一実施形態による波長合分波器1Aの概略構成図である。波長合分波器1Aは入力光に含まれる異なる波長成分の光を分波する光合分波回路10と、光合分波回路10の各出力に光学的に接続される複数のアド・ドロップ型リング共振器(AD-MRR: add-drop microring resonator)20−1〜20−n(適宜「アド・ドロップ型リング共振器20」または「AD−MRR20」と総称する)を含む。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a wavelength multiplexer /
光合分波回路10は、図3の例ではアレイ導波路格子(AWG)10である。AWG10は、入力スターカプラ11と、出力スターカプラ12と、これらの間を接続する所定の光路長差を有する複数のアレイ導波路13−1〜13−k(適宜「アレイ導波路13」と総称する)を含む。AWG10は、入力導波路2から、複数チャネルの光信号が合波された光を入力光として受け取る。入力光は、入力スターカプラ11のスラブ領域7で広がりk本のアレイ導波路13−1〜13−kに結合する。アレイ導波路13−1〜13−kで所定の位相差が与えられた光信号は、出力スターカプラ12のスラブ領域8に結合し、波長に応じた回折角度で対応する出力導波路3−1〜3−n(適宜「出力導波路3」と総称する)に結合する。出力導波路3の数nは、アレイ導波路13の本数kと同じであっても異なってもよい。
The optical multiplexing /
AWG10の各出力導波路3に光学的に接続されるアド・ドロップ型リング共振器20は、リング領域23と、スルーポートにつながるスルー導波路21と、ドロップポートにつながるドロップ導波路22を有する。AD−MRR20−1〜20−nの各々の共振中心波長は、AWG10の対応する合分波中心波長と一致する。また、AD−MRR20−1〜20−nのリング領域23の周回長は、AWG10のアレイ導波路13の光路長差よりも大きい。
The add /
具体的には、アレイ導波路13の光路長差をΔLArray、リング領域23の周回長をLMRR、リング領域の半径をRとすると、リング周回長は以下の条件を満たす。
Specifically, when the optical path length difference of the arrayed
LMRR =2πR>ΔLArray (1)
LMRR ≠P・ΔLArray(Pは自然数) (2)
式(1)の条件を満たす場合に、AD−MRR20の曲げ放射損が最小限に抑えられ、損失の低減が可能になる。換言すると、リング領域23の曲率半径を過剰損が生じない程度に大きくすることができる。
L MRR = 2πR> ΔL Array (1)
L MRR ≠ P · ΔL Array (P is a natural number) (2)
When the condition of the expression (1) is satisfied, the bending radiation loss of the AD-
式(2)の条件により、AD−MRR20のFSR(free spectral range)をAWG10のFSRの整数倍と一致しないように制御する。これにより、所望の動作帯域以外の波長領域でのAWG10の透過ピークを抑制することができる。この効果については、図13を参照して後述する。
Control is performed so that the FSR (free spectral range) of the AD-
AD−MRR20−1〜20−nの各々で、リング共振器の共振中心波長と一致する波長成分がリング領域23に結合し、それ以外の成分(クロストーク成分等)はスルーポートに透過する。リング領域23に結合した光はリング領域23を周回し、ドロップ導波路32に結合して、ドロップポートに出力される。
In each of the AD-MRRs 20-1 to 20-n, a wavelength component that matches the resonance center wavelength of the ring resonator is coupled to the
アド・ドロップ型リング共振器(AD−MRR)20を設けることにより、各波長成分からリング共振器の共振中心波長と一致する光を引き出し(フィルタリングし)、合分波後のクロストークを低減することができる。AD−MRR20−1〜20−nのドロップポートからの出力が波長合分波器1Aの出力となる。
By providing an add / drop type ring resonator (AD-MRR) 20, light matching the resonance center wavelength of the ring resonator is extracted (filtered) from each wavelength component, and crosstalk after multiplexing / demultiplexing is reduced. be able to. The outputs from the drop ports of the AD-MRRs 20-1 to 20-n become the output of the wavelength multiplexer /
図4は、図3の変形例である波長合分波器1Bの概略構成図である。図3の構成では、AWG10の分波中心波長と、AD−MRR20の共振中心波長とが一致することを大前提としていた。しかし、製造過程で生じる誤差により、AWG10の分波中心波長とAD−MRR20の共振中心波長とが一致しない場合も多い。AWG10の分波中心波長とAD−MRR20の共振中心波長のズレ量(Δλ)が増大すると、所望の特性を得ることができない。そこで、AD−MRR20の共振中心波長をチューニングすることで波長ズレの問題を解決する。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a wavelength multiplexer / demultiplexer 1B which is a modification of FIG. In the configuration of FIG. 3, it is premised that the demultiplexing center wavelength of the
波長合分波器1Bは、AWG10と、AWG10の各出力に光学的に接続されるAD−MRR30−1〜30−nを含む。AD−MRR30は、リング領域33と、スルー導波路31と、ドロップ導波路32と、リング領域33を加熱するヒータ電極35を有する。ヒータ電極35は、たとえばリング領域33、スルー導波路31、ドロップ導波路32が形成されている層の上層に絶縁膜を介して形成されている。各ヒータ電極35は、電圧又は電流印加用のパッド電極37に接続されている。
The wavelength multiplexer / demultiplexer 1B includes the
スルー導波路31に受光器36(PD1)が接続され、AWG10の出力導波路3から出力された光信号の電流値をモニタする。モニタ結果に応じてヒータ電極35に印加する電圧又は電流を調整し、リング領域23の屈折率を変化させる。これにより、AD−MRR30の共振中心波長を波長ズレ量(Δλ)が小さくなる方向にシフトさせ、AWG10の分波中心波長に一致させる。
A light receiver 36 (PD1) is connected to the through
AD−MRR30の面積は、AWG10のアレイ導波路領域の面積の1/100以下である。したがって、各AD−MRR30を個別に制御した場合でも、波長制御に必要な消費電力を低減することができる。
The area of the AD-
図5に示すように、各AD−MRR30のドロップポートに受信用受光器40(PD2)を接続すると、光受信器を構成することができる。光受信器については、図10を参照して後述する。
As shown in FIG. 5, an optical receiver can be configured by connecting a receiving light receiver 40 (PD2) to the drop port of each AD-
図6は、図3の別の変形例である波長合分波器1Cの概略構成図である。図3及び図4の例では、光合分波回路10としてAWG10を用いた。しかし、受信入力光を各チャネルに応じた波長で合分波することのできる任意の構成を採用することができる。図6の例では、光合分波回路15として遅延干渉計(DMZI)型素子15を用いる。マッハツェンダ干渉計17−1、17−2、17−3を組み合わせ、4つの出力導波路3−1、3−2、3−3、3−4(適宜「出力導波路3」と総称する)からそれぞれ異なる波長の光を取り出す。マッハツェンダ干渉計17−1、17−2、17−3は、導波路全体として所定の光路長差が与えられるように、2つのアームの光路長が設定されている。アーム間の光路長差は、導波路の物理長を異ならせる、あるいは熱光学位相シフタ18により導波路の屈折率を変化させて実効導波路長を異ならせる等で設定することができる。遅延干渉計型合分波素子15の出力導波路3は、対応するAD−MRR20(図3)またはAD−MRR30(図4)に光学的に接続される。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a wavelength multiplexer / demultiplexer 1C which is another modification of FIG. 3 and 4, the
この構成によっても、光合分波回路(遅延干渉計型合分波素子)15の後段に配置されたAD−MRR20(または30)により、クロストークを低減することができる。 Also with this configuration, the crosstalk can be reduced by the AD-MRR 20 (or 30) arranged at the subsequent stage of the optical multiplexing / demultiplexing circuit (delay interferometer type multiplexing / demultiplexing element) 15.
図7は、図2(a)と同じDUV248nm、180nmノードCMOSプロセスにより、図3の波長合分波器1Aを作製したときのスペクトル特性を示す図である。図7(a)の実線がAD−MRR20のドロップポートからのスペクトル応答、図7(b)の実線がAD−MRR20のスルーポートからのスペクトル応答である。比較例として、図1の従来構成の波長合分波器110の出力ポートからのスペクトル応答を破線で示す。
FIG. 7 is a diagram showing the spectral characteristics when the wavelength multiplexer /
ドロップポート(図7(a))とスルーポート(図7(b))のスペクトル応答はちょうど逆になっている。図7(a)で、AWG10の中心波長とAD−MRR20の中心波長の間の波長ズレ(Δλ)がゼロのときに、ドロップポートのスペクトル応答はピークを示す。図7(b)で、AWG10とAD−MRR20の波長ズレ(Δλ)がゼロのときにスルーポートのスペクトル応答は極小となる。
The spectral response of the drop port (FIG. 7 (a)) and the through port (FIG. 7 (b)) are just reversed. In FIG. 7A, when the wavelength shift (Δλ) between the center wavelength of the
図7から明らかなように、AWG10の各チャネルに対してAD−MRR20によるフィルタ作用を与えることによって、ドロップポートでクロストークを−20dB(1/100)から−30dB(1/1000)に低減することができる。また、中心波長における過剰損や合分波スペクトル形状にはほとんど影響がないことがわかる。
As is apparent from FIG. 7, by applying a filtering action by the AD-
なお、図7(a)のスペクトル応答は、図5の光受信機構成では、受信用受光器(PD2)からの電流信号応答に相当し、図7(b)のスペクトル応答は、図5の光受信機構成でモニタ用受光器(PD1)からの電流信号応答に相当する。 The spectral response in FIG. 7A corresponds to the current signal response from the receiving light receiver (PD2) in the optical receiver configuration in FIG. 5, and the spectral response in FIG. This corresponds to a current signal response from the monitor light receiver (PD1) in the optical receiver configuration.
実施形態の波長合分波器1A、1B、1Cでは、AD−MRR20、30の波長制御が極めて簡単である。図7(a)の特性が得られたときに、AD−MRR20、30のスルーポートからのスペクトル特性は、合分波波長グリッド近傍で反転する形となる(図7(b))。このとき、図4、5のAD−MRR30のスルーポートに備えたPD1からのモニタ電流量が最小になる。波長ズレ量(Δλ)が増大するとPD1からの電流量が増加する。AD−MRR30の適正なチューニング制御は、PD1に流れる電流量が最小になるように制御するだけでよい。また、多チャネル成分の相対波長関係はAWG10によって決まるため、いずれのAD−MRRにおいてもチューニングの最適条件は同一である。
In the wavelength multiplexer /
実施形態の波長合分波器によると、クロストークの改善のみならず、AWG10そのものを小型化し損失を低減することが可能である。通常、AWGの場合、チャネル数が増えるほど、(チャネル数)×(チャネル間隔)で表される帯域幅(BWDEMUX)以上のFSRAWG(free spectral range)が必要となる。FSRAWGが帯域幅(BWDEMUX)より狭くなると、一部のチャネル信号はクロストークの影響を受け、大きなペナルティが生じるからである。FSRAWGを広げるためには、アレイ導波路同士の光路長差(ΔLArray)を低減すればよい。しかし、この場合AWGのフィルタ帯域幅が広くなる。フィルタ帯域幅が広くなっても、クロストークが劣化してしまう。AWGのフィルタ帯域幅を狭めるためには、アレイ導波路本数を増大しなければならない。
According to the wavelength multiplexer / demultiplexer of the embodiment, it is possible not only to improve the crosstalk but also to reduce the loss by reducing the size of the
以上のことから、AWGのチャネル数が増えると、ΔLArrayを低減し、アレイ導波路本数を増大しないといけない。アレイ導波路数が増大すると素子サイズが増大し、スターカプラにて合分波する際、過剰損が増大する傾向となる。 From the above, as the number of AWG channels increases, ΔL Array must be reduced and the number of arrayed waveguides increased. When the number of arrayed waveguides increases, the element size increases, and excess loss tends to increase when multiplexing / demultiplexing with a star coupler.
これに対し、実施形態の波長合分波器1では、AD−MRR20(または30)のフィルタ効果を利用するため、波長合分波器1に要求される帯域幅を保ちつつ、AWGのアレイ導波路本数を減らすことができる。つまり、アレイ導波路の本数の低減に伴うAWG帯域幅の広がりを、AD−MRR20(または30)のフィルタ帯域幅を狭めることによって補償することができる。
On the other hand, in the wavelength multiplexer /
図8は、実施形態の波長合分波器1を構成する導波路の一例として、リブ型導波路65の概略断面図である。リブ型導波路65は、Si基板61上にシリコン酸化(SiO2)膜62とSiコア層(たとえば膜厚0.25μm)を有するSOIウェハを用いて形成することができる。光露光プロセスによって波長合分波器1を形成する素子領域に導波路ストライプをパターニングする。リブ型導波路65のパターンは光露光装置のフォトマスクで規定される。光露光の代わりに、電子ビーム露光を用いてもよい。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a rib-
Siコア層に描画されたパターンを、たとえば反応性イオンエッチングなどの方法でドライエッチングし、スラブ高0.05μm程度を有するリブ導波路65を形成する。その後、リブ型導波路65のストライプパターン上に蒸着装置などによりSiO2膜66を形成する。
The pattern drawn on the Si core layer is dry-etched by a method such as reactive ion etching to form a
波長合分波器10の導波路として、図9に示すチャネル型導波路としてもよい。この場合、SOI基板のSiコア層を、スラブ厚を残さずにエッチングすることで、チャネル型導波路67を形成することができる。
The waveguide of the wavelength multiplexer /
図10は、波長合分波器1A〜1C(「波長合分波器1」と総称する)を備えた光受信器50の概略構成図である。光受信器は、波長合分波器1と、波長合分波器1の各出力(分派された波長成分)に接続される受光器40−1〜40−nと、受光器40−1〜40−nに接続されるトランスインピーダンスアンプ(TIA)42−1〜42−nを含む。受光器40はたとえばフォトダイオードであり、各波長(チャネル)の光信号を電流信号に変換する。TIA42は、電流信号をインピーダンス変換、増幅し、電圧信号として出力する。受光器40とTIA42で、光電気(O/E)変換器を構成する。O/E変換により得られた電圧信号は後段の電子論理処理回路60に供給され、信号処理される。光合分波器1から出力される光信号は隣接チャネル間でのクロストークが低減されているため、信号処理後の信号品質も向上する。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an
図11は、実施形態の波長合分波器の特性を、従来の波長合分波器の特性と比較して示す図である。図11(a)は、実施形態の波長合分波器1で400GHz間隔、16ChのAWG10とAD−MRR20を用いたときの合分波スペクトル特性、図11(b)は図1の従来構成の波長合分波器110の合分波スペクトル特性である。図11(a)と図11(b)の双方において、AWGを図8又は図9に示すシリコン細線導波路で形成し、アレイ導波路本数は41本、光路長差ΔLArrayは12.5μmとした。また、図11(a)では、波長合分波器1のAD−MRR20は、リング領域23の曲率半径を4μm、リング−バス導波路間の光結合率を0.3に設定した。これにより、1000以下の低Q値の共振特性を実現することができる。シリコン細線導波路の伝搬損が2dB/cmの場合、AD−MRR20内部に生じる過剰損は0.1dB以下である。
FIG. 11 is a diagram illustrating the characteristics of the wavelength multiplexer / demultiplexer according to the embodiment in comparison with the characteristics of the conventional wavelength multiplexer / demultiplexer. FIG. 11 (a) is a multiplexing / demultiplexing spectrum characteristic when the wavelength multiplexer /
図11からわかるように、実施形態の構成でも従来構成でも16チャネルの明確な波長合分波特性が得られているが、クロストークのレベルに顕著な差が見られる。実施形態の波長合分波器(図11(a))では、過剰損をほとんど伴わずに、全チャネルにおいてクロストークが10dB以上、低減されている。 As can be seen from FIG. 11, clear wavelength multiplexing / demultiplexing characteristics of 16 channels are obtained in both the configuration of the embodiment and the conventional configuration, but there is a significant difference in the level of crosstalk. In the wavelength multiplexer / demultiplexer of the embodiment (FIG. 11A), the crosstalk is reduced by 10 dB or more in all channels with almost no excessive loss.
図12は、AWGのアレイ領域のサイズ低減効果を説明するための図である。図12(a)では、AWGのアレイ導波路の本数を41本から31本に低減して、16チャネルの波長合分波特性をプロットしている。図12(b)は、実施形態の構成と、比較例としての従来構成の双方において、アレイ導波路の数を31本としたときの9番目のチャネル成分に対するクロストークをプロットしたグラフである。 FIG. 12 is a diagram for explaining the effect of reducing the size of the array area of the AWG. In FIG. 12A, the number of AWG arrayed waveguides is reduced from 41 to 31, and the wavelength multiplexing / demultiplexing characteristics of 16 channels are plotted. FIG. 12B is a graph plotting the crosstalk for the ninth channel component when the number of arrayed waveguides is 31 in both the configuration of the embodiment and the conventional configuration as a comparative example.
図12(a)に示すように、実施形態の波長合分波器では、AWGのアレイ導波路の本数を41本から31本に減らしても、図11(a)と同等の合分波スペクトル特性を得ることができる。図12(b)からわかるように、従来構成の場合、アレイ導波路の本数の低減に伴ってクロストークが著しく劣化するのに対し、実施形態の波長合分波器では、アレイ導波路の本数を減らしても、−20dBあるいはそれよりも低いクロストークレベルに維持することができる。 As shown in FIG. 12A, in the wavelength multiplexer / demultiplexer of the embodiment, even if the number of AWG arrayed waveguides is reduced from 41 to 31, the multiplexed / demultiplexed spectrum equivalent to that in FIG. Characteristics can be obtained. As can be seen from FIG. 12B, in the case of the conventional configuration, the crosstalk is remarkably deteriorated as the number of array waveguides is reduced. In the wavelength multiplexer / demultiplexer of the embodiment, the number of array waveguides is reduced. Can be maintained at a crosstalk level of -20 dB or lower.
なお、実施形態の構成の場合、AD−MRR20(または30)の光結合率を調整し、狭帯域化することにより、クロストークを同程度に維持しながら、AWGのアレイ導波路の本数をさらに低減することができる。これによって、波長合分波素子の小型化と低損失化を図ることができる。 In the case of the configuration of the embodiment, by adjusting the optical coupling rate of the AD-MRR 20 (or 30) and narrowing the band, the number of AWG array waveguides can be further increased while maintaining the same level of crosstalk. Can be reduced. As a result, the wavelength multiplexing / demultiplexing device can be reduced in size and loss.
上述のように、通常は、AWGはアレイ導波路の本数が増大するとサイズが増大し、挿入損も増加する傾向にある。アレイ導波路の本数を減らすと、スペクトル帯域幅が広がりクロストークが増大する。これに対し、実施形態の構成を用いると、AD−MRR20(または30)のフィルタ作用を適正化することにより、アレイ導波路の本数を減らしても所望のスペクトル帯域幅を維持することができる。したがって、素子特性を犠牲にしないで、損失を低減することができる。 As described above, normally, AWG tends to increase in size and insertion loss as the number of arrayed waveguides increases. Reducing the number of arrayed waveguides increases the spectral bandwidth and increases crosstalk. On the other hand, when the configuration of the embodiment is used, a desired spectral bandwidth can be maintained by reducing the number of arrayed waveguides by optimizing the filter action of the AD-MRR 20 (or 30). Therefore, loss can be reduced without sacrificing device characteristics.
図13は、実施形態において、AD−MRR20(または30)のリング周回長LMRRをAWG10のアレイ導波路間の光路長差ΔLの整数倍にならないように(LMRR ≠P・ΔLArray(Pは自然数))調整したときの効果を示すグラフである。図13(a)は実施形態の成を採用した上で、リング周回長を調整したときの合分波スペクトル特性、図13(b)は比較例として図1の従来構成の合分波スペクトル特性である。素子パラメータは、図11に示す例と同様であるが、図13では16チャネルに相当する帯域幅よりも広い波長範囲をプロットしている。 FIG. 13 shows that in the embodiment, the ring circulation length L MRR of the AD-MRR 20 (or 30) does not become an integral multiple of the optical path length difference ΔL between the array waveguides of the AWG 10 (L MRR ≠ P · ΔL Array (P Is a graph showing the effect of adjusting a natural number)). 13A shows the combined / demultiplexed spectrum characteristics when the ring circumference is adjusted after adopting the configuration of the embodiment, and FIG. 13B shows the combined / demultiplexed spectrum characteristics of the conventional configuration of FIG. 1 as a comparative example. It is. The element parameters are the same as in the example shown in FIG. 11, but in FIG. 13, a wavelength range wider than the bandwidth corresponding to 16 channels is plotted.
図13(b)の従来構成の場合、FSRAWG間隔で周期的に同じ透過ピークが現れる。これに対して図13(a)の場合、BWDEMUX以外で周期的に現れる不要な透過ピークが効果的に抑圧されている。これは、AWG10とAD−MRR20または30)のFSRを互いに異ならせたため、BWDEMUX外のAWG透過ピークがAD−MRR20(または30)による損失を受け、その透過率が抑圧されるからである。図13から、リング周回長をアレイ導波路間の光路長差の整数倍にならないように制御することで、所望の帯域外のAWG透過ピークを10dB以上、抑制できることがわかる。
In the case of the conventional configuration shown in FIG. 13B, the same transmission peak appears periodically at intervals of the FSR AWG . On the other hand, in the case of FIG. 13A, unnecessary transmission peaks that appear periodically other than BW DEMUX are effectively suppressed. This is because the
図13(a)の例では、AD−MRRの曲率半径を4μmとしているが、図13(a)に示す特性は、AD−MRR20(または30)の周回長がΔLの整数倍にならないように調整されていれば達成できる。AD−MRR20(または30)の曲率半径を、たとえば5μm、あるいは6μmにしても、同様の効果が得られ、BWDEMUX以外で周期的に現れる不要な透過ピークを抑圧し、光導波回路内にて不要な波長成分の信号を取り除くことができる。その結果、波長合分波器1の高性能化が実現される。
In the example of FIG. 13A, the radius of curvature of the AD-MRR is 4 μm, but the characteristic shown in FIG. 13A is that the circumference of the AD-MRR 20 (or 30) does not become an integral multiple of ΔL. This can be achieved if adjusted. Even if the radius of curvature of the AD-MRR 20 (or 30) is set to 5 μm or 6 μm, for example, the same effect can be obtained, and unnecessary transmission peaks that appear periodically other than BW DEMUX are suppressed, and the optical waveguide circuit Unnecessary wavelength component signals can be removed. As a result, high performance of the wavelength multiplexer /
以上述べたように、実施形態において、AWG等の光合分波回路10,15の出力導波路ごとにAD−MRR20を接続し、各AD−MRR20の周回長をアレイ導波路の光路長差よりも大きくし、かつ光合分波回路10,15の光路長差の整数倍からずらすことで従来どおりの製造装置で、低電力、低クロスとオークの合分波スペクトル特性を有する波長合分波器を製造することができる。
As described above, in the embodiment, the AD-
また、図4、図5のようにAD−MRR30のスルーポートに備えた受光器(PD1)から波長モニタすることにより、低電力で簡便に波長制御することができる。
Further, the wavelength can be easily controlled with low power by monitoring the wavelength from the light receiver (PD1) provided in the through port of the AD-
実施形態の構成により、高精度の製造装置を用いなくても、波長制御に対する消費電力を最低限に抑えながら、AWGアレイ導波路の本数の低減も可能になる。実施形態の波長合分波器を用いて、低損失性かつ低クロストークの光受信器を構成することができる。 With the configuration of the embodiment, the number of AWG array waveguides can be reduced while minimizing power consumption for wavelength control without using a high-precision manufacturing apparatus. By using the wavelength multiplexer / demultiplexer of the embodiment, an optical receiver with low loss and low crosstalk can be configured.
光合分波素子や、光受信機のフロントエンドに適用することができる。 The present invention can be applied to an optical multiplexing / demultiplexing device or a front end of an optical receiver.
1、1A、1B、1C 波長合分波器
10 AWG(光合分波回路)
13−1〜13−k アレイ導波路
15 遅延干渉計型素子(光合分波回路)
20、30 アド・ドロップ型リング共振器
21、31 スルー導波路(バス導波路)
22、32 ドロップ導波路(バス導波路)
23、33 リング領域
35 ヒータ電極
36 PD1(受光器)
40 PD2(O/E変換器の受光器)
42 TIA(O/E変換器の電流電圧変換器)
50 光受信機
1, 1A, 1B, 1C Wavelength multiplexer /
13-1 to 13-k arrayed
20, 30 Add-drop
22, 32 Drop waveguide (bus waveguide)
23, 33
40 PD2 (receiver for O / E converter)
42 TIA (O / E converter current-voltage converter)
50 Optical receiver
Claims (3)
前記光合分波回路の複数の出力のそれぞれに光学的に接続されるアド・ドロップ型リング共振器と
を有し、
前記アド・ドロップ型リング共振器は、リング領域と、スルーポートに接続するスルー導波路と、ドロップポートに接続するドロップ導波路とを含み、
前記各アド・ドロップ型リング共振器の共振中心波長は、前記光合分波回路の合分波波長の各々に対応し、前記ドロップポートから取り出される光を波長分離後の出力とし、
前記光合分波回路は所定の光路長差を有する複数の導波路を含み、
前記アド・ドロップ型リング共振器の前記リング領域の周回長は、前記光合分波回路の前記光路長差よりも大きく、
前記リング領域の周回長は、前記光路長差の整数倍ではないことを特徴とする波長合分波器。 An optical multiplexing / demultiplexing circuit for multiplexing / demultiplexing optical signals of different wavelengths included in the input light;
An add / drop ring resonator optically connected to each of the plurality of outputs of the optical multiplexing / demultiplexing circuit;
The add / drop ring resonator includes a ring region, a through waveguide connected to the through port, and a drop waveguide connected to the drop port;
The resonance center wavelength of each add / drop ring resonator corresponds to each of the multiplexing / demultiplexing wavelengths of the optical multiplexing / demultiplexing circuit, and the light extracted from the drop port is output after wavelength separation ,
The optical multiplexing / demultiplexing circuit includes a plurality of waveguides having a predetermined optical path length difference,
The ring length of the ring region of the add / drop ring resonator is larger than the optical path length difference of the optical multiplexing / demultiplexing circuit,
The wavelength multiplexer / demultiplexer according to claim 1, wherein a circumference of the ring region is not an integral multiple of the optical path length difference .
前記リング領域の近傍に設けられるヒータ電極と、
をさらに含み、前記受光素子で検出される電流値に基づいて、前記ヒータ電極に印加される電流又は電圧が制御されることを特徴とする請求項1に記載の波長合分波器。 A light receiving element connected to the through port of the add / drop ring resonator;
A heater electrode provided in the vicinity of the ring region;
Further comprising a, on the basis of the current value detected by the light receiving element, a wavelength demultiplexer according to claim 1, current or voltage applied to the heater electrode is being controlled.
前記波長合分波器の前記ドロップポートに接続される光電気変換器と、
を含む光受信器。 The wavelength multiplexer / demultiplexer according to claim 1 or 2 ,
A photoelectric converter connected to the drop port of the wavelength multiplexer / demultiplexer;
Including optical receiver.
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