波長フィルタ及び短パルス成形装置
【課題】急峻な波長特性を持つ波長フィルタを、より簡易な構成でより小型化できるようにする。
【解決手段】シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８により波長フィルタが構成されている。この中で、シリコン細線コア１０２は、例えば、断面形状が下部クラッド１０１の平面方向の長さ（幅）４６０ｎｍ，下部クラッド１０１の平面の法線方向の長さ（高さ）２００ｎｍの長方形に形成されている。このように、シリコン細線コア１０２の断面が扁平に形成されていることが特徴でり、導波路長が２．２ｃｍ程度に形成されていれば、透過波長間隔Δλ＝０．０８ｎｍのフィルタが得られる。
【解決手段】シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８により波長フィルタが構成されている。この中で、シリコン細線コア１０２は、例えば、断面形状が下部クラッド１０１の平面方向の長さ（幅）４６０ｎｍ，下部クラッド１０１の平面の法線方向の長さ（高さ）２００ｎｍの長方形に形成されている。このように、シリコン細線コア１０２の断面が扁平に形成されていることが特徴でり、導波路長が２．２ｃｍ程度に形成されていれば、透過波長間隔Δλ＝０．０８ｎｍのフィルタが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の高速な光変調に用いられる波長フィルタ及びこの波長フィルタを用いた短パルス成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信の信号伝送速度に関する要求は増加の一途を辿っており、現在主流の１０Ｇｂｐｓから、次世代の標準である４０Ｇｂｐｓあるいは１００Ｇｂｐｓに対応するデバイスが求められている。伝送速度を上げるためには、送信側の変調速度及び受信側の復調速度を上げる必要がある。受信機の復調速度は、５０Ｇｂｐｓを超えるものが実用化されているが、４０Ｇｂｐｓを超える変調速度を持つ送信機は開発途上にある。
【０００３】
これら高速伝送に必要な受信機及び送信機を実現するためのデバイスとしては、ニオブ酸リチウム結晶やＩｎＧａＡｓＰ混晶の電気光学効果を用いたマッハツェンダ干渉計により高速変調を行うものや、ＩｎＧａＡｓＰ混晶を用いた多重量子井戸構造の電界吸収効果による高速消光デバイスなどがある。これらはいずれも、４０Ｇｂｐｓを超える電気信号を光信号に直接変調するものである。しかしながら、これらのデバイスは、高周波電気配線が必要となり、デバイスの小型化に限界があった。従って、４０Ｇｂｐｓを超える変調速度を持ち、かつ小型で安価なデバイスを得るためには、高周波電気配線を用いない構成が求められる。
【０００４】
高周波電気配線を用いない構成とするためには、低速電気信号を多重化して高速電気信号にした後に光信号に変換するのではなく、低速光信号を時間領域で多重化すればよい。ただし、この多重化の際には、ビットレートが低速のままで光信号を短パルス化する必要がある。また、短パルス化の過程においては、光受動素子のみによる単純な構成でかつ小型で安価な構成で行えることが求められる。
【０００５】
上述の要求を満たすために、チャープ特性を持つ低速光変調器からの変調光信号を、急峻な波長特性を持つ波長フィルタに透過させた後、遅延線を用いて時分割多重する方法がある。
【０００６】
この方法について簡単に説明すると、先ず、チャープ特性を持つ低速光変調器から出力された低速光信号において、図６（ａ）に示すように、立ち上がり部分のある瞬間（時刻）をＡとし、低速光信号がＯＮの分のある瞬間をＢとし、低速光信号の立ち下がり部分のある瞬間をＣとする。すると、Ａでの波長λA及びＣでの波長λCは、チャープ特性を持つ低速光変調器のチャープδλのために、Ｂでの波長λBよりも±δλずれた位置になり、スペクトルは図６（ａ’）に実線で示すようになる。この光を、図６（ａ’）に点線で示すような波長λA及び波長λCで透過率が１となり波長λBで透過率が０となるフィルタＸで処理すると、時間波形は図６（ｂ）に示すようになり、Ａ，Ｃに対応する２つの短パルスが成形できる。このときのスペクトルは、図６（ｂ’）に実線で示すようになる。
【０００７】
このように２つの短パルスに成形された光を、図６（ｂ’）に点線で示すような、波長λAで透過率が１となり波長λCで透過率が０となるフィルタＹで処理すると、得られた時間波形は図６（ｃ）に示すようになり、単一の短パルスに成形できる。このようにして得られた短パルスの光信号を、遅延線を用いて時分割多重すれば、高速光信号を形成することができる。これらは、光受動素子のみによる単純な構成であり、上述した方法によれば、短パルスの光信号を成形する小型の光変調器を安価に実現することが見込める。
【０００８】
なお、チャープ特性を持つ低速変調器は、ニオブ酸リチウムの電気光学効果を用いたマッハツェンダ型光変調器などの従来の光変調器を用いればよい。また、遅延線は、従来よりある光導波路を用いればよい。
【０００９】
ところで、急峻な波長特性を持つ波長フィルタとしては、多層膜フィルタやアレイ導波路グレーティングなどが考えられるが、これらはデバイス寸法が数ｃｍ以上あり、これらを用いた構成では、小型化に限界がある。
【００１０】
一方、簡易な方法で波長フィルタを実現する方法として、非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法や、複屈折を持つ光導波路と１／４波長板と偏光子とを組み合わせて用いる方法とがある。
【００１１】
非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法では、マッハツェンダ導波路の２つのアームの長さ（導波路長）の差ΔＬ、伝搬する光の波長をλ、群屈折率をｎg、波長フィルタの透過波長間隔をΔλとすると、以下の式（１）の関係が満たされている。
【００１２】
【数１】
【００１３】
上記式（１）からも判るように、非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法では、波長フィルタの透過波長間隔Δλは、アーム長差ΔＬで設定可能であるが、透過波長の絶対値を設定することができない。このため、非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法では、Δλ間隔で任意の波長を透過するフィルタ特性を発現することができない。
【００１４】
これに対し、複屈折を持つ光導波路と１／４波長板と偏光子とを組み合わせて用いる方法では、以下に説明するように、透過波長と透過波長間隔とを任意に設定することが可能である。この方法では、複屈折を持つ光導波路にこの固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた光を入射すると、入射光の波長により偏波状態が異なる光が出射されるので、この出射端側に、１／４波長板及び偏光子を挿入することで、波長フィルタが実現できる。この方法において、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差をΔｎg、複屈折を持つ光導波路の導波路長をＬとすると、透過波長間隔Δλとの間に以下の式（２）の関係が満たされている。
【００１５】
【数２】
【００１６】
また、上述した出射端における直交する２つの偏波間の位相差は、波長λによって異なり、出射端での偏波状態は、一般には楕円偏波となる。ここで、１／４波長板による回転で直線偏波に調整し、この偏波面と偏光子の透過面との角度を合わせれば、透過波長を決定することができる。このように、複屈折を持つ光導波路と１／４波長板と偏光子とを組み合わせて用いる方法では、透過波長を透過波長間隔Δλとは独立に設定することができる。例えば、複屈折を持つ光導波路として偏波保持光ファイバを用いた波長フィルタが提案されている（非特許文献１参照）。
【００１７】
【非特許文献１】C.Yu, Z.Pan, T.Luo, Y.Wang, L.Christen, A.E.Willner, "40-GHz RZ and CS-RZ Pulse Generation using a Phase Modulator and PM Fiber", ECOC 2004 Proceedings Vol.3, pp.718-719, (2004).
【非特許文献２】T.Tsuchizawa, K.Yamada, H.Fukuda, T.Watanabe, J.Takahashi, M.Takahashi, T.Shoji, E.Tamechika, S. Itabashi, and H.Morita, "Microphotonics Device Based on Silicon Microfabrication Technology", IEEE Journal of Selected Topics In Quantum Electronics, Vol.11, No.1, pp.232-240, 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、上述した高速光信号を形成するための短パルス成形に必要となるΔλの値は、次のように考えられる。低速光信号を２．５ＧｂｐｓのＲＺ信号とすると、一般に２．５ＧｂｐｓのＲＺ信号をチャープ型マッハツェンダ光変調器で変調する場合、立ち上がり時間は１００ｐｓ程度であり、５ＧＨｚ（１５５０ｎｍ付近の波長間隔で０．０４ｎｍ）程度のチャープδλがある。従って、変調前の波長λの光は透過せず、λ＋０．０４ｎｍあるいはλ−０．０４ｎｍの帯域を透過するΔλ＝０．０８ｎｍのフィルタであれば、１００ｐｓのパルス成分を抽出することができる。
【００１９】
複屈折を持つ光導波路として従来の偏波保持ファイバ（Δｎg＝１０-4程度：非特許文献１参照）を用いてこれを実現しようとした場合、上記式（２）よりＬ＝３００ｍ程度の長さが必要になり、小型化にはほど遠い。なお、非特許文献１においては、ＤＧＤ＝２５ｐｓのＰＭＦ（偏波保持ファイバ）の長さは、明示されていないが、代表的な市販品のビート長５ｍｍを仮定すると、上記ＰＭＦの長さは２４ｍとなる。この値は、４０ＧＨｚに対応したものであり、５ＧＨｚに換算すると、１９２ｍとなる。
【００２０】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、急峻な波長特性を持つ波長フィルタを、より簡易な構成でより小型化できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る波長フィルタは、導波方向に直交する断面が長方形とされたシリコンよりなるコアから構成されてフィルタ対象の光がシングルモード条件を満たして導波する光導波路と、光導波路を出射する出射光が透過する１／４波長板と、１／４波長板を透過する透過光が透過する偏光子とを少なくとも備え、フィルタ対象の光は、光導波路の固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた状態に入射されるようにしたものである。入射された光は、光導波路において偏波回転を受け、１／４波長板を透過することで直線偏波に調整され、偏光子を透過することで一定偏波のみが透過される。
【００２２】
また、本発明に係る短パルス成形装置は、上記波長フィルタを用いた短パルス成形装置であって、チャープ特性を持つ光変調器を備え、この光変調器より出力された変調光が前記光導波路に入射されるようにしたものである。短パルス成形装置より出射されたパルス光より、より短パルスの光が得られる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、断面が長方形とされたシリコンよりなるコアから構成されてフィルタ対象の光がシングルモード条件を満たして導波する光導波路に、この光導波路の固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた状態にフィルタ対象の光を入射し、光導波路を出射した光を、１／４波長板及び偏光子に透過させるようにしたので、急峻な波長特性を持つ波長フィルタがより簡易な構成でより小型化できるという、優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。はじめに、本発明の概要について説明する。本発明は、複屈折を持つ光導波路としてシリコン細線をコアとした光導波路（シリコン細線光導波路）を用い、この出射端側に１／４波長板，及び偏光子を組み合わせて急峻な波長特性を持つ波長フィルタを構成するようにしたものである。なお、シリコン細線光導波路の入射端側には、フィルタ対象の光が、シリコン細線光導波路の固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた状態で入射（結合）されるようにする。また、シリコン細線光導波路は、フィルタ対象の光に対してシングルモード条件が満たされているものである。
【００２５】
以下、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る波長フィルタの構成例を示す構成図（ａ）及び部分断面図（ｂ）である。なお、以下では、チャープ特性を持つ低速光変調器と組み合わせた短パルスを成形するパルス成形装置に適用した場合について説明する。図１に構成を示す短パルス成形装置は、光源１１１，入力用光ファイバ１１２，チャープ型光変調器１１３，導入用光ファイバ１１４，シリコン細線光導波路１１５，出射用光ファイバ１１６，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８から構成されている。チャープ型光変調器１１３は、チャープ特性を持つ低速光変調器であり、例えば、ニオブ酸リチウムの電気光学効果を用いたマッハツェンダ型光変調器などの従来の光変調器を用いることができる。
【００２６】
図１（ａ）において、シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８により波長フィルタが構成されている。この中で、シリコン細線光導波路１１５は、図１（ａ）の断面図に示すように、例えば酸化シリコンよりなる下部クラッド１０１と、この上に形成されたシリコン細線コア１０２と、下部クラッド１０１の上にシリコン細線コア１０２を覆うように形成された酸化シリコンよりなる上部クラッド１０３とから構成されたものである。例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用い、このＳＯＩ層をよく知られたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工してシリコン細線コア１０２を形成し、この後、よく知られたＣＶＤ法などにより酸化シリコンを堆積することで、上部クラッド１０３を形成すればよい。この場合、埋め込み絶縁層が下部クラッド１０１となる。
【００２７】
この第１の実施の形態において、シリコン細線光導波路１１５は、フィルタ対象の光がシングルモード条件を満たすように、シリコン細線コア１０２の導波方向に直交する断面の寸法や、クラッドとの屈折率差が設定（設計）されている。また、シリコン細線コア１０２は、例えば、導波方向に直交する断面形状が下部クラッド１０１の平面方向の長さ（幅）４６０ｎｍ，下部クラッド１０１の平面の法線方向の長さ（高さ）２００ｎｍの長方形に形成されている。このように、シリコン細線コア１０２の導波方向に直交する断面が長方形（扁平）に形成されていることが特徴である。このように形成されたシリコン細線コア１０２（シリコン細線光導波路１１５）によれば、以下に説明するように、導波路長が２．２ｃｍ程度に形成されていれば、透過波長間隔Δλ＝０．０８ｎｍのフィルタが構成可能である。
【００２８】
このように構成された波長フィルタの動作例について説明すると、先ず、光源１１１より所定の波長の光源光を出射させ、この光源光を入力用光ファイバ１１２を通してチャープ型光変調器１１３に入射させる。チャープ型光変調器１１３に入射した光は、ここで変調を受け、変調を受けた変調光は、導入用光ファイバ１１４を通し、シリコン細線光導波路１１５の結合面１１５ａ（入射端）に結合される。結合面１１５ａにおいては、入射する変調光は、この偏波面がシリコン細線光導波路１１５（シリコン細線コア１０２）の固有偏波面に対して４５°の傾きを持って結合されるようにする。これは、例えば、導入用光ファイバ１１４を光軸中心に回転させることで行えばよい。また、チャープ型光変調器１１３とシリコン細線光導波路１１５との間に１／２波長板を設け、この１／２波長板を光軸中心に回転させることで上記の偏波面の調整を行うようにしても良い。
【００２９】
このようにして結合（入射）された変調光は、シリコン細線光導波路１１５において波長毎に異なる量の偏波回転を受け、出射端１１５ｂに光結合する出射用光ファイバ１１６を通して１／４波長板１１７に入射し、波長毎に異なる偏波状態の直線偏波に調整される。直線偏波に調整された変調光を、偏光子１１８を透過させることにより一定偏波（設定した直線偏波成分）のみが透過される。この結果として、一部の波長成分を選択的に透過するフィルタが構成される。このとき、シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる波長フィルタによる透過波長間隔Δλは、シリコン細線光導波路１１５の長さ及び複屈折で決定される。また、透過波長λn（λn+1−λn＝Δλ、ｎは整数）は、偏光子１１８を透過させる直線偏波の偏波面における角度で決定される。
【００３０】
言い換えると、光源１１１より出射される光源光の波長をλsとしチャープ型光変調器１１３で得られるチャープによる波長変化をδλとすると、先ず、透過波長間隔Δλ＝２δλが満たされるように、シリコン細線光導波路１１５の長さ及び複屈折を設定すればよい。また、透過波長λn＝λs−δλを満たすように、偏光子１１８の（直線）偏波方向の角度を設定すればよい。このように設定することで、透過波長λn＝λs−δλ＋（ｎ−１）Δλを有するフィルタを構成し、伝搬する変調光のチャープ成分（チャープにより波長が変化した成分，λn＝λs−δλ及びλn＝λs＋δλ）を選択的に透過し、結果として短パルスを成形することができる。
【００３１】
これらは、図６（ａ），図６（ａ’），及び図６（ｂ）を用いて説明した２つの短パルス成形に同様であり、シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８により、フィルタＸが構成されたことになる。一般に、チャープ型光変調器１１３は、出力するパルスの前段（立ち上がり）と後段（立ち下がり）において±δλのチャープを伴う。従って、上記構成では、チャープ型光変調器１１３より出力されてシリコン細線光導波路１１５に入力（光結合）される変調光の１つのパルスに対し、偏光子１１８より２つの短パルスが出力されることになる。
【００３２】
ここで、シリコン細線光導波路１１５について説明する。シリコン細線光導波路１１５は、シリコンコア１０２の断面形状を長方形とすることで、大きな複屈折を容易に得ることができ、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差を大きくすることができる。長方形とした断面の長辺と短辺との比率（扁平率）を大きくすることで、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差Δｎgをより大きくすることができる。このように、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差Δｎgを大きくすることができれば、上記式（２）から明らかなように、短い導波路長Ｌであっても、波長フィルタの透過波長間隔Δλを小さくすることができ、より急峻な波長フィルタを構成することができる。
【００３３】
例えば、以下の表１に例示すように、断面を短辺２８０ｎｍ，長辺３２０ｎｍ（扁平率０．８７５）としたシリコンコアを用いれば、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差Δｎgが０．０７０となり、Δλ＝０．０８ｎｍのフィルタを構成するためには、上記式（２）より、光導波路の長さＬは、４２．９ｃｍとなる。また、断面を短辺１８０ｎｍ，長辺４２０ｎｍ（扁平率０．４２９）としたシリコンコアを用いれば、差Δｎgは１．７２６となり、Δλ＝０．０８ｎｍのフィルタを構成するためには、Ｌは１．７ｃｍでよいものとなり、小型化が容易である。なお、下部クラッド１０１の平面に対し、平面方向に短辺が配置され、高さ方向に長辺が配置されるようにしても同様である。
【００３４】
【表１】
【００３５】
また、シリコン細線光導波路は、前述したように、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層をチャネル型に加工することで形成可能な光導波路であり、微小光回路の作製に有利である（非特許文献２参照）。このようなシリコン細線光導波路は、製造工程において、よく知られているシリコン集積回路の作製技術及び製造装置などが適用可能であり、大量生産によるコストの低減が見込め、小型で安価なデバイスの提供が可能である。
【００３６】
次に、図１に示したシリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる第１の実施の形態の波長フィルタにおける透過スペクトルの測定結果を、図２に示す。図２に示すように、Δλ＝０．０８ｎｍの透過波長間隔が実現されている。また、第１の実施の形態の短パルス成形装置による短パルスの成形を行った結果を、図３に示す。先ず、チャープ型光変調器１１３より図３（ａ）に示すような１Ｇｂｐｓに変調された変調光を出力し、この変調光の偏波面がシリコン細線光導波路１１５の固有偏波面に対して４５°の傾きとなるように光結合させる。このことにより、偏光子１１８を透過した光は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、短パルスに成形される。図３（ｃ）は、図３（ｂ）を拡大して示したものである。
【００３７】
図３（ｃ）に示すように、入射した変調光（１Ｇｂｐｓ）のパルス幅１ｎｓに対し、パルス幅が１００ｐｓ以下の短パルスが得られている。これは、シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる波長フィルタは、急峻なフィルタ特性を備えていることを示している。これらのように、図１に例示するシリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる第１の実施の形態の波長フィルタによれば、シリコン細線光導波路１１５の長さが２．２ｃｍと非常に短い状態であっても、上述したように、所望とする急峻なフィルタ特性が得られる。このように、図１に構成例を示す第１の実施の形態の波長フィルタによれば、急峻な波長特性を持つ波長フィルタが、より簡易に小型化できる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る波長フィルタについて説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態における波長フィルタを用いた図１同様のパルス成形装置の構成例を示す構成図（ａ），部分を示す斜視図（ｂ），及び部分断面図（ｃ）である。なお、図４（ｃ）は、図４（ａ）のｃｃ線の断面を示している。図４に示す第２の実施の形態に係るパルス成形装置では、シリコン細線光導波路１１５の結合面１１５ａの部分及び出射端１１５ａの部分に、テーパ型導波路４０１を設けるようにしたものである。
【００３９】
テーパ型導波路４０１は、図４（ｂ）に示すように、入射端（出射端）に近づくほど細くなるシリコン細線テーパコア４１１と、これを覆うように設けられ、シリコン細線テーパコア４１１と上部クラッド１０３との間の屈折率を有する中間層４１２とから構成されている。例えば、中間層４１２を酸窒化シリコンから構成することで、屈折率の大小を、シリコン細線テーパコア４１１＞中間層４１２＞上部クラッド１０３とすることができる。
【００４０】
また、シリコン細線テーパコア４１１は、シリコン細線コア１０２に連続して一体に形成され、入射端（出射端）に近づくほど幅が狭くなるように形成されている。言い換えると、テーパ型導波路４０１は、シリコン細線コア１０２の入射端及び出射端を先細りに形成し、この先細りの領域に、中間層４１２を挿入したものである。このような構成としたテーパ型導波路４０１を用いることにより、よく知られているように、導入用光ファイバ１１４及び出射用光ファイバ１１６との光結合の効率を向上させることができる。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る波長フィルタについて説明する。図５は、第３の実施の形態における波長フィルタを用いたパルス成形装置の構成例を示す構成図である。図５に示す第３の実施の形態に係るパルス成形装置は、図１を用いて説明した第１の実施の形態に係るパルス成形装置の偏光子１１８の出力側に、新たに波長フィルタを追加したものである。追加された波長フィルタは、１／２波長板５０１とシリコン細線光導波路５０３と１／４波長板５０５と偏光子５０６とから構成されたものである。シリコン細線光導波路５０３の出射端５０３ｂの側には、出射用光ファイバ５０４が設けられ、１／４波長板５０５に光接続されている。シリコン細線光導波路５０３は、シリコン細線光導波路１１５と同様に形成され、所定の導波路長とされている。また、１／４波長板５０５及び偏光子５０６は、１／４波長板１１７及び偏光子１１８と同様である。
【００４２】
図５に示す波長フィルタにおいては、図１に示す波長フィルタと同様に、先ず、光源１１１より所定の波長の光源光を出射させ、この光源光を入力用光ファイバ１１２を通してチャープ型光変調器１１３に入射させる。チャープ型光変調器１１３に入射した光は、ここで変調を受け、変調を受けた変調光は、導入用光ファイバ１１４を通し、シリコン細線光導波路１１５の結合面１１５ａに結合される。結合面１１５ａにおいては、入射する変調光は、この偏波面がシリコン細線光導波路１１５の固有偏波面に対して４５°の傾きを持って結合されるようにする。
【００４３】
このようにして結合（入射）された変調光は、シリコン細線光導波路１１５において波長毎に異なる量の偏波回転を受け、出射端１１５ｂに光結合する出射用光ファイバ１１６を通して１／４波長板１１７に入射し、波長毎に異なる偏波状態の直線偏波に調整される。この後、直線偏波に調整された変調光は、偏光子１１８により一定偏波（設定した直線偏光成分）のみが透過され、結果として、透過する偏波状態とされた一部の波長成分が透過する。このようにして偏光し１１８を透過した光は、１／２波長板５０１を透過した後、中継用光ファイバ５０２を導波し、シリコン細線光導波路５０３の結合面５０３ａ（入射端）に結合される。結合面５０３ａにおいては、入射する光は、この偏波面がシリコン細線光導波路５０２の固有偏波面に対して４５°の傾きを持って結合される。
【００４４】
この結果、波長がλs±δλを満たす２つの短パルスに成形された変調光は、偏光子１１８を出射して１／２波長板５０１を透過することで、偏波面が回転され、偏波面がシリコン細線光導波路５０２の固有偏波面に対して４５°の傾きとなるように調整される。このようにしてシリコン細線光導波路５０３に入射した上記変調光は、シリコン細線光導波路５０３において偏波回転を受けて出射端５０３ｂより出射し、出射用光ファイバ５０４を通して１／４波長板５０５に入射し、直線偏波に調整される。この後、直線偏波に調整された変調光は、偏光子５０６により一定偏波（設定した直線偏光成分）のみが透過され、結果として、透過する偏波状態とされた一部の波長成分が透過する。
【００４５】
このときの、１／２波長板５０１とシリコン細線光導波路５０３と１／４波長板５０５と偏光子５０６とから構成された追加された波長フィルタの透過波長間隔Δλ’は、シリコン細線光導波路５０３の長さ及び複屈折で決定され、透過波長λ’n（λ’n+1−λ’n＝Δλ’、ｎは整数）は、偏光子５０６の設定角度で決定される。ここで、Δλ’＝４δλを満たすようにシリコン細線光導波路５０３の長さ及び複屈折を設定して形成し、λ’＝λs−２δλを満たすように偏光子５０６の角度を設定すれば、入力された変調光のλs±δλを満たす２つの短パルスの内、λs−δλを満たす１つの短パルスを透過させることができる。なお、図５に示す構成においても、シリコン細線光導波路１１５及びシリコン細線光導波路５０３の入射端／出射端に、図４に示したテーパ型導波路４０１を設けるようにしても良い。
【００４６】
なお、上述した実施の形態では、下部クラッド１０１及び上部クラッド１０３を酸化シリコンから構成するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、酸窒化シリコン、窒化シリコンから構成しても良い。また、これらのクラッドとして、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などから構成しても良い。要するに、シリコン細線コアよりなる導波路が構成されていればよく、例えば、酸化シリコンよりなる下部クラッド層の上にシリコン細線コアを形成し、この上を空間としても良い。この場合は、下部クラッド層及びシリコン細線コアの上方の空間が、上部クラッドとして機能する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態における波長フィルタの構成例を示す構成図（ａ）及び部分断面図（ｂ）である。
【図２】図１に示したシリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる波長フィルタにおける透過スペクトルの測定結果を示す特性図である
【図３】第１の実施の形態に係る短パルス成形装置による短パルスの成形を行った結果を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における波長フィルタを用いた図１同様のパルス成形装置の構成例を示す構成図（ａ），部分を示す斜視図（ｂ），及び部分断面図（ｃ）である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における波長フィルタを用いたパルス成形装置の構成例を示す構成図である。
【図６】チャープ特性を持つ低速光変調器からの変調光信号を、急峻な波長特性を持つ波長フィルタに透過させることで、短パルスに成形することを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０１…下部クラッド、１０２…シリコン細線コア、１０３…上部クラッド、１１１…光源、１１２…入力用光ファイバ、１１３…チャープ型光変調器、１１４…導入用光ファイバ、１１５…シリコン細線光導波路、１１５ａ…結合面、１１５ｂ…出射端、１１６…出射用光ファイバ、１１７…１／４波長板、１１８…偏光子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の高速な光変調に用いられる波長フィルタ及びこの波長フィルタを用いた短パルス成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信の信号伝送速度に関する要求は増加の一途を辿っており、現在主流の１０Ｇｂｐｓから、次世代の標準である４０Ｇｂｐｓあるいは１００Ｇｂｐｓに対応するデバイスが求められている。伝送速度を上げるためには、送信側の変調速度及び受信側の復調速度を上げる必要がある。受信機の復調速度は、５０Ｇｂｐｓを超えるものが実用化されているが、４０Ｇｂｐｓを超える変調速度を持つ送信機は開発途上にある。
【０００３】
これら高速伝送に必要な受信機及び送信機を実現するためのデバイスとしては、ニオブ酸リチウム結晶やＩｎＧａＡｓＰ混晶の電気光学効果を用いたマッハツェンダ干渉計により高速変調を行うものや、ＩｎＧａＡｓＰ混晶を用いた多重量子井戸構造の電界吸収効果による高速消光デバイスなどがある。これらはいずれも、４０Ｇｂｐｓを超える電気信号を光信号に直接変調するものである。しかしながら、これらのデバイスは、高周波電気配線が必要となり、デバイスの小型化に限界があった。従って、４０Ｇｂｐｓを超える変調速度を持ち、かつ小型で安価なデバイスを得るためには、高周波電気配線を用いない構成が求められる。
【０００４】
高周波電気配線を用いない構成とするためには、低速電気信号を多重化して高速電気信号にした後に光信号に変換するのではなく、低速光信号を時間領域で多重化すればよい。ただし、この多重化の際には、ビットレートが低速のままで光信号を短パルス化する必要がある。また、短パルス化の過程においては、光受動素子のみによる単純な構成でかつ小型で安価な構成で行えることが求められる。
【０００５】
上述の要求を満たすために、チャープ特性を持つ低速光変調器からの変調光信号を、急峻な波長特性を持つ波長フィルタに透過させた後、遅延線を用いて時分割多重する方法がある。
【０００６】
この方法について簡単に説明すると、先ず、チャープ特性を持つ低速光変調器から出力された低速光信号において、図６（ａ）に示すように、立ち上がり部分のある瞬間（時刻）をＡとし、低速光信号がＯＮの分のある瞬間をＢとし、低速光信号の立ち下がり部分のある瞬間をＣとする。すると、Ａでの波長λA及びＣでの波長λCは、チャープ特性を持つ低速光変調器のチャープδλのために、Ｂでの波長λBよりも±δλずれた位置になり、スペクトルは図６（ａ’）に実線で示すようになる。この光を、図６（ａ’）に点線で示すような波長λA及び波長λCで透過率が１となり波長λBで透過率が０となるフィルタＸで処理すると、時間波形は図６（ｂ）に示すようになり、Ａ，Ｃに対応する２つの短パルスが成形できる。このときのスペクトルは、図６（ｂ’）に実線で示すようになる。
【０００７】
このように２つの短パルスに成形された光を、図６（ｂ’）に点線で示すような、波長λAで透過率が１となり波長λCで透過率が０となるフィルタＹで処理すると、得られた時間波形は図６（ｃ）に示すようになり、単一の短パルスに成形できる。このようにして得られた短パルスの光信号を、遅延線を用いて時分割多重すれば、高速光信号を形成することができる。これらは、光受動素子のみによる単純な構成であり、上述した方法によれば、短パルスの光信号を成形する小型の光変調器を安価に実現することが見込める。
【０００８】
なお、チャープ特性を持つ低速変調器は、ニオブ酸リチウムの電気光学効果を用いたマッハツェンダ型光変調器などの従来の光変調器を用いればよい。また、遅延線は、従来よりある光導波路を用いればよい。
【０００９】
ところで、急峻な波長特性を持つ波長フィルタとしては、多層膜フィルタやアレイ導波路グレーティングなどが考えられるが、これらはデバイス寸法が数ｃｍ以上あり、これらを用いた構成では、小型化に限界がある。
【００１０】
一方、簡易な方法で波長フィルタを実現する方法として、非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法や、複屈折を持つ光導波路と１／４波長板と偏光子とを組み合わせて用いる方法とがある。
【００１１】
非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法では、マッハツェンダ導波路の２つのアームの長さ（導波路長）の差ΔＬ、伝搬する光の波長をλ、群屈折率をｎg、波長フィルタの透過波長間隔をΔλとすると、以下の式（１）の関係が満たされている。
【００１２】
【数１】
【００１３】
上記式（１）からも判るように、非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法では、波長フィルタの透過波長間隔Δλは、アーム長差ΔＬで設定可能であるが、透過波長の絶対値を設定することができない。このため、非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法では、Δλ間隔で任意の波長を透過するフィルタ特性を発現することができない。
【００１４】
これに対し、複屈折を持つ光導波路と１／４波長板と偏光子とを組み合わせて用いる方法では、以下に説明するように、透過波長と透過波長間隔とを任意に設定することが可能である。この方法では、複屈折を持つ光導波路にこの固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた光を入射すると、入射光の波長により偏波状態が異なる光が出射されるので、この出射端側に、１／４波長板及び偏光子を挿入することで、波長フィルタが実現できる。この方法において、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差をΔｎg、複屈折を持つ光導波路の導波路長をＬとすると、透過波長間隔Δλとの間に以下の式（２）の関係が満たされている。
【００１５】
【数２】
【００１６】
また、上述した出射端における直交する２つの偏波間の位相差は、波長λによって異なり、出射端での偏波状態は、一般には楕円偏波となる。ここで、１／４波長板による回転で直線偏波に調整し、この偏波面と偏光子の透過面との角度を合わせれば、透過波長を決定することができる。このように、複屈折を持つ光導波路と１／４波長板と偏光子とを組み合わせて用いる方法では、透過波長を透過波長間隔Δλとは独立に設定することができる。例えば、複屈折を持つ光導波路として偏波保持光ファイバを用いた波長フィルタが提案されている（非特許文献１参照）。
【００１７】
【非特許文献１】C.Yu, Z.Pan, T.Luo, Y.Wang, L.Christen, A.E.Willner, "40-GHz RZ and CS-RZ Pulse Generation using a Phase Modulator and PM Fiber", ECOC 2004 Proceedings Vol.3, pp.718-719, (2004).
【非特許文献２】T.Tsuchizawa, K.Yamada, H.Fukuda, T.Watanabe, J.Takahashi, M.Takahashi, T.Shoji, E.Tamechika, S. Itabashi, and H.Morita, "Microphotonics Device Based on Silicon Microfabrication Technology", IEEE Journal of Selected Topics In Quantum Electronics, Vol.11, No.1, pp.232-240, 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、上述した高速光信号を形成するための短パルス成形に必要となるΔλの値は、次のように考えられる。低速光信号を２．５ＧｂｐｓのＲＺ信号とすると、一般に２．５ＧｂｐｓのＲＺ信号をチャープ型マッハツェンダ光変調器で変調する場合、立ち上がり時間は１００ｐｓ程度であり、５ＧＨｚ（１５５０ｎｍ付近の波長間隔で０．０４ｎｍ）程度のチャープδλがある。従って、変調前の波長λの光は透過せず、λ＋０．０４ｎｍあるいはλ−０．０４ｎｍの帯域を透過するΔλ＝０．０８ｎｍのフィルタであれば、１００ｐｓのパルス成分を抽出することができる。
【００１９】
複屈折を持つ光導波路として従来の偏波保持ファイバ（Δｎg＝１０-4程度：非特許文献１参照）を用いてこれを実現しようとした場合、上記式（２）よりＬ＝３００ｍ程度の長さが必要になり、小型化にはほど遠い。なお、非特許文献１においては、ＤＧＤ＝２５ｐｓのＰＭＦ（偏波保持ファイバ）の長さは、明示されていないが、代表的な市販品のビート長５ｍｍを仮定すると、上記ＰＭＦの長さは２４ｍとなる。この値は、４０ＧＨｚに対応したものであり、５ＧＨｚに換算すると、１９２ｍとなる。
【００２０】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、急峻な波長特性を持つ波長フィルタを、より簡易な構成でより小型化できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る波長フィルタは、導波方向に直交する断面が長方形とされたシリコンよりなるコアから構成されてフィルタ対象の光がシングルモード条件を満たして導波する光導波路と、光導波路を出射する出射光が透過する１／４波長板と、１／４波長板を透過する透過光が透過する偏光子とを少なくとも備え、フィルタ対象の光は、光導波路の固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた状態に入射されるようにしたものである。入射された光は、光導波路において偏波回転を受け、１／４波長板を透過することで直線偏波に調整され、偏光子を透過することで一定偏波のみが透過される。
【００２２】
また、本発明に係る短パルス成形装置は、上記波長フィルタを用いた短パルス成形装置であって、チャープ特性を持つ光変調器を備え、この光変調器より出力された変調光が前記光導波路に入射されるようにしたものである。短パルス成形装置より出射されたパルス光より、より短パルスの光が得られる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、断面が長方形とされたシリコンよりなるコアから構成されてフィルタ対象の光がシングルモード条件を満たして導波する光導波路に、この光導波路の固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた状態にフィルタ対象の光を入射し、光導波路を出射した光を、１／４波長板及び偏光子に透過させるようにしたので、急峻な波長特性を持つ波長フィルタがより簡易な構成でより小型化できるという、優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。はじめに、本発明の概要について説明する。本発明は、複屈折を持つ光導波路としてシリコン細線をコアとした光導波路（シリコン細線光導波路）を用い、この出射端側に１／４波長板，及び偏光子を組み合わせて急峻な波長特性を持つ波長フィルタを構成するようにしたものである。なお、シリコン細線光導波路の入射端側には、フィルタ対象の光が、シリコン細線光導波路の固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた状態で入射（結合）されるようにする。また、シリコン細線光導波路は、フィルタ対象の光に対してシングルモード条件が満たされているものである。
【００２５】
以下、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る波長フィルタの構成例を示す構成図（ａ）及び部分断面図（ｂ）である。なお、以下では、チャープ特性を持つ低速光変調器と組み合わせた短パルスを成形するパルス成形装置に適用した場合について説明する。図１に構成を示す短パルス成形装置は、光源１１１，入力用光ファイバ１１２，チャープ型光変調器１１３，導入用光ファイバ１１４，シリコン細線光導波路１１５，出射用光ファイバ１１６，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８から構成されている。チャープ型光変調器１１３は、チャープ特性を持つ低速光変調器であり、例えば、ニオブ酸リチウムの電気光学効果を用いたマッハツェンダ型光変調器などの従来の光変調器を用いることができる。
【００２６】
図１（ａ）において、シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８により波長フィルタが構成されている。この中で、シリコン細線光導波路１１５は、図１（ａ）の断面図に示すように、例えば酸化シリコンよりなる下部クラッド１０１と、この上に形成されたシリコン細線コア１０２と、下部クラッド１０１の上にシリコン細線コア１０２を覆うように形成された酸化シリコンよりなる上部クラッド１０３とから構成されたものである。例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用い、このＳＯＩ層をよく知られたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工してシリコン細線コア１０２を形成し、この後、よく知られたＣＶＤ法などにより酸化シリコンを堆積することで、上部クラッド１０３を形成すればよい。この場合、埋め込み絶縁層が下部クラッド１０１となる。
【００２７】
この第１の実施の形態において、シリコン細線光導波路１１５は、フィルタ対象の光がシングルモード条件を満たすように、シリコン細線コア１０２の導波方向に直交する断面の寸法や、クラッドとの屈折率差が設定（設計）されている。また、シリコン細線コア１０２は、例えば、導波方向に直交する断面形状が下部クラッド１０１の平面方向の長さ（幅）４６０ｎｍ，下部クラッド１０１の平面の法線方向の長さ（高さ）２００ｎｍの長方形に形成されている。このように、シリコン細線コア１０２の導波方向に直交する断面が長方形（扁平）に形成されていることが特徴である。このように形成されたシリコン細線コア１０２（シリコン細線光導波路１１５）によれば、以下に説明するように、導波路長が２．２ｃｍ程度に形成されていれば、透過波長間隔Δλ＝０．０８ｎｍのフィルタが構成可能である。
【００２８】
このように構成された波長フィルタの動作例について説明すると、先ず、光源１１１より所定の波長の光源光を出射させ、この光源光を入力用光ファイバ１１２を通してチャープ型光変調器１１３に入射させる。チャープ型光変調器１１３に入射した光は、ここで変調を受け、変調を受けた変調光は、導入用光ファイバ１１４を通し、シリコン細線光導波路１１５の結合面１１５ａ（入射端）に結合される。結合面１１５ａにおいては、入射する変調光は、この偏波面がシリコン細線光導波路１１５（シリコン細線コア１０２）の固有偏波面に対して４５°の傾きを持って結合されるようにする。これは、例えば、導入用光ファイバ１１４を光軸中心に回転させることで行えばよい。また、チャープ型光変調器１１３とシリコン細線光導波路１１５との間に１／２波長板を設け、この１／２波長板を光軸中心に回転させることで上記の偏波面の調整を行うようにしても良い。
【００２９】
このようにして結合（入射）された変調光は、シリコン細線光導波路１１５において波長毎に異なる量の偏波回転を受け、出射端１１５ｂに光結合する出射用光ファイバ１１６を通して１／４波長板１１７に入射し、波長毎に異なる偏波状態の直線偏波に調整される。直線偏波に調整された変調光を、偏光子１１８を透過させることにより一定偏波（設定した直線偏波成分）のみが透過される。この結果として、一部の波長成分を選択的に透過するフィルタが構成される。このとき、シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる波長フィルタによる透過波長間隔Δλは、シリコン細線光導波路１１５の長さ及び複屈折で決定される。また、透過波長λn（λn+1−λn＝Δλ、ｎは整数）は、偏光子１１８を透過させる直線偏波の偏波面における角度で決定される。
【００３０】
言い換えると、光源１１１より出射される光源光の波長をλsとしチャープ型光変調器１１３で得られるチャープによる波長変化をδλとすると、先ず、透過波長間隔Δλ＝２δλが満たされるように、シリコン細線光導波路１１５の長さ及び複屈折を設定すればよい。また、透過波長λn＝λs−δλを満たすように、偏光子１１８の（直線）偏波方向の角度を設定すればよい。このように設定することで、透過波長λn＝λs−δλ＋（ｎ−１）Δλを有するフィルタを構成し、伝搬する変調光のチャープ成分（チャープにより波長が変化した成分，λn＝λs−δλ及びλn＝λs＋δλ）を選択的に透過し、結果として短パルスを成形することができる。
【００３１】
これらは、図６（ａ），図６（ａ’），及び図６（ｂ）を用いて説明した２つの短パルス成形に同様であり、シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８により、フィルタＸが構成されたことになる。一般に、チャープ型光変調器１１３は、出力するパルスの前段（立ち上がり）と後段（立ち下がり）において±δλのチャープを伴う。従って、上記構成では、チャープ型光変調器１１３より出力されてシリコン細線光導波路１１５に入力（光結合）される変調光の１つのパルスに対し、偏光子１１８より２つの短パルスが出力されることになる。
【００３２】
ここで、シリコン細線光導波路１１５について説明する。シリコン細線光導波路１１５は、シリコンコア１０２の断面形状を長方形とすることで、大きな複屈折を容易に得ることができ、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差を大きくすることができる。長方形とした断面の長辺と短辺との比率（扁平率）を大きくすることで、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差Δｎgをより大きくすることができる。このように、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差Δｎgを大きくすることができれば、上記式（２）から明らかなように、短い導波路長Ｌであっても、波長フィルタの透過波長間隔Δλを小さくすることができ、より急峻な波長フィルタを構成することができる。
【００３３】
例えば、以下の表１に例示すように、断面を短辺２８０ｎｍ，長辺３２０ｎｍ（扁平率０．８７５）としたシリコンコアを用いれば、直交する２つの偏波に対する群屈折率の差Δｎgが０．０７０となり、Δλ＝０．０８ｎｍのフィルタを構成するためには、上記式（２）より、光導波路の長さＬは、４２．９ｃｍとなる。また、断面を短辺１８０ｎｍ，長辺４２０ｎｍ（扁平率０．４２９）としたシリコンコアを用いれば、差Δｎgは１．７２６となり、Δλ＝０．０８ｎｍのフィルタを構成するためには、Ｌは１．７ｃｍでよいものとなり、小型化が容易である。なお、下部クラッド１０１の平面に対し、平面方向に短辺が配置され、高さ方向に長辺が配置されるようにしても同様である。
【００３４】
【表１】
【００３５】
また、シリコン細線光導波路は、前述したように、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層をチャネル型に加工することで形成可能な光導波路であり、微小光回路の作製に有利である（非特許文献２参照）。このようなシリコン細線光導波路は、製造工程において、よく知られているシリコン集積回路の作製技術及び製造装置などが適用可能であり、大量生産によるコストの低減が見込め、小型で安価なデバイスの提供が可能である。
【００３６】
次に、図１に示したシリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる第１の実施の形態の波長フィルタにおける透過スペクトルの測定結果を、図２に示す。図２に示すように、Δλ＝０．０８ｎｍの透過波長間隔が実現されている。また、第１の実施の形態の短パルス成形装置による短パルスの成形を行った結果を、図３に示す。先ず、チャープ型光変調器１１３より図３（ａ）に示すような１Ｇｂｐｓに変調された変調光を出力し、この変調光の偏波面がシリコン細線光導波路１１５の固有偏波面に対して４５°の傾きとなるように光結合させる。このことにより、偏光子１１８を透過した光は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、短パルスに成形される。図３（ｃ）は、図３（ｂ）を拡大して示したものである。
【００３７】
図３（ｃ）に示すように、入射した変調光（１Ｇｂｐｓ）のパルス幅１ｎｓに対し、パルス幅が１００ｐｓ以下の短パルスが得られている。これは、シリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる波長フィルタは、急峻なフィルタ特性を備えていることを示している。これらのように、図１に例示するシリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる第１の実施の形態の波長フィルタによれば、シリコン細線光導波路１１５の長さが２．２ｃｍと非常に短い状態であっても、上述したように、所望とする急峻なフィルタ特性が得られる。このように、図１に構成例を示す第１の実施の形態の波長フィルタによれば、急峻な波長特性を持つ波長フィルタが、より簡易に小型化できる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る波長フィルタについて説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態における波長フィルタを用いた図１同様のパルス成形装置の構成例を示す構成図（ａ），部分を示す斜視図（ｂ），及び部分断面図（ｃ）である。なお、図４（ｃ）は、図４（ａ）のｃｃ線の断面を示している。図４に示す第２の実施の形態に係るパルス成形装置では、シリコン細線光導波路１１５の結合面１１５ａの部分及び出射端１１５ａの部分に、テーパ型導波路４０１を設けるようにしたものである。
【００３９】
テーパ型導波路４０１は、図４（ｂ）に示すように、入射端（出射端）に近づくほど細くなるシリコン細線テーパコア４１１と、これを覆うように設けられ、シリコン細線テーパコア４１１と上部クラッド１０３との間の屈折率を有する中間層４１２とから構成されている。例えば、中間層４１２を酸窒化シリコンから構成することで、屈折率の大小を、シリコン細線テーパコア４１１＞中間層４１２＞上部クラッド１０３とすることができる。
【００４０】
また、シリコン細線テーパコア４１１は、シリコン細線コア１０２に連続して一体に形成され、入射端（出射端）に近づくほど幅が狭くなるように形成されている。言い換えると、テーパ型導波路４０１は、シリコン細線コア１０２の入射端及び出射端を先細りに形成し、この先細りの領域に、中間層４１２を挿入したものである。このような構成としたテーパ型導波路４０１を用いることにより、よく知られているように、導入用光ファイバ１１４及び出射用光ファイバ１１６との光結合の効率を向上させることができる。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る波長フィルタについて説明する。図５は、第３の実施の形態における波長フィルタを用いたパルス成形装置の構成例を示す構成図である。図５に示す第３の実施の形態に係るパルス成形装置は、図１を用いて説明した第１の実施の形態に係るパルス成形装置の偏光子１１８の出力側に、新たに波長フィルタを追加したものである。追加された波長フィルタは、１／２波長板５０１とシリコン細線光導波路５０３と１／４波長板５０５と偏光子５０６とから構成されたものである。シリコン細線光導波路５０３の出射端５０３ｂの側には、出射用光ファイバ５０４が設けられ、１／４波長板５０５に光接続されている。シリコン細線光導波路５０３は、シリコン細線光導波路１１５と同様に形成され、所定の導波路長とされている。また、１／４波長板５０５及び偏光子５０６は、１／４波長板１１７及び偏光子１１８と同様である。
【００４２】
図５に示す波長フィルタにおいては、図１に示す波長フィルタと同様に、先ず、光源１１１より所定の波長の光源光を出射させ、この光源光を入力用光ファイバ１１２を通してチャープ型光変調器１１３に入射させる。チャープ型光変調器１１３に入射した光は、ここで変調を受け、変調を受けた変調光は、導入用光ファイバ１１４を通し、シリコン細線光導波路１１５の結合面１１５ａに結合される。結合面１１５ａにおいては、入射する変調光は、この偏波面がシリコン細線光導波路１１５の固有偏波面に対して４５°の傾きを持って結合されるようにする。
【００４３】
このようにして結合（入射）された変調光は、シリコン細線光導波路１１５において波長毎に異なる量の偏波回転を受け、出射端１１５ｂに光結合する出射用光ファイバ１１６を通して１／４波長板１１７に入射し、波長毎に異なる偏波状態の直線偏波に調整される。この後、直線偏波に調整された変調光は、偏光子１１８により一定偏波（設定した直線偏光成分）のみが透過され、結果として、透過する偏波状態とされた一部の波長成分が透過する。このようにして偏光し１１８を透過した光は、１／２波長板５０１を透過した後、中継用光ファイバ５０２を導波し、シリコン細線光導波路５０３の結合面５０３ａ（入射端）に結合される。結合面５０３ａにおいては、入射する光は、この偏波面がシリコン細線光導波路５０２の固有偏波面に対して４５°の傾きを持って結合される。
【００４４】
この結果、波長がλs±δλを満たす２つの短パルスに成形された変調光は、偏光子１１８を出射して１／２波長板５０１を透過することで、偏波面が回転され、偏波面がシリコン細線光導波路５０２の固有偏波面に対して４５°の傾きとなるように調整される。このようにしてシリコン細線光導波路５０３に入射した上記変調光は、シリコン細線光導波路５０３において偏波回転を受けて出射端５０３ｂより出射し、出射用光ファイバ５０４を通して１／４波長板５０５に入射し、直線偏波に調整される。この後、直線偏波に調整された変調光は、偏光子５０６により一定偏波（設定した直線偏光成分）のみが透過され、結果として、透過する偏波状態とされた一部の波長成分が透過する。
【００４５】
このときの、１／２波長板５０１とシリコン細線光導波路５０３と１／４波長板５０５と偏光子５０６とから構成された追加された波長フィルタの透過波長間隔Δλ’は、シリコン細線光導波路５０３の長さ及び複屈折で決定され、透過波長λ’n（λ’n+1−λ’n＝Δλ’、ｎは整数）は、偏光子５０６の設定角度で決定される。ここで、Δλ’＝４δλを満たすようにシリコン細線光導波路５０３の長さ及び複屈折を設定して形成し、λ’＝λs−２δλを満たすように偏光子５０６の角度を設定すれば、入力された変調光のλs±δλを満たす２つの短パルスの内、λs−δλを満たす１つの短パルスを透過させることができる。なお、図５に示す構成においても、シリコン細線光導波路１１５及びシリコン細線光導波路５０３の入射端／出射端に、図４に示したテーパ型導波路４０１を設けるようにしても良い。
【００４６】
なお、上述した実施の形態では、下部クラッド１０１及び上部クラッド１０３を酸化シリコンから構成するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、酸窒化シリコン、窒化シリコンから構成しても良い。また、これらのクラッドとして、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などから構成しても良い。要するに、シリコン細線コアよりなる導波路が構成されていればよく、例えば、酸化シリコンよりなる下部クラッド層の上にシリコン細線コアを形成し、この上を空間としても良い。この場合は、下部クラッド層及びシリコン細線コアの上方の空間が、上部クラッドとして機能する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態における波長フィルタの構成例を示す構成図（ａ）及び部分断面図（ｂ）である。
【図２】図１に示したシリコン細線光導波路１１５，１／４波長板１１７，及び偏光子１１８よりなる波長フィルタにおける透過スペクトルの測定結果を示す特性図である
【図３】第１の実施の形態に係る短パルス成形装置による短パルスの成形を行った結果を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における波長フィルタを用いた図１同様のパルス成形装置の構成例を示す構成図（ａ），部分を示す斜視図（ｂ），及び部分断面図（ｃ）である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における波長フィルタを用いたパルス成形装置の構成例を示す構成図である。
【図６】チャープ特性を持つ低速光変調器からの変調光信号を、急峻な波長特性を持つ波長フィルタに透過させることで、短パルスに成形することを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０１…下部クラッド、１０２…シリコン細線コア、１０３…上部クラッド、１１１…光源、１１２…入力用光ファイバ、１１３…チャープ型光変調器、１１４…導入用光ファイバ、１１５…シリコン細線光導波路、１１５ａ…結合面、１１５ｂ…出射端、１１６…出射用光ファイバ、１１７…１／４波長板、１１８…偏光子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波方向に直交する断面が長方形とされたシリコンよりなるコアから構成されてフィルタ対象の光がシングルモード条件を満たして導波する光導波路と、
前記光導波路を出射する出射光が透過する１／４波長板と、
前記１／４波長板を透過する透過光が透過する偏光子と
を少なくとも備え、
前記フィルタ対象の光は、前記光導波路の固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた状態に入射される
ことを特徴とする波長フィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の波長フィルタを用いた短パルス成形装置であって、
チャープ特性をもつ光変調器を備え、この光変調器より出力された変調光が前記光導波路に入射される
ことを特徴とする短パルス成形装置。
【請求項１】
導波方向に直交する断面が長方形とされたシリコンよりなるコアから構成されてフィルタ対象の光がシングルモード条件を満たして導波する光導波路と、
前記光導波路を出射する出射光が透過する１／４波長板と、
前記１／４波長板を透過する透過光が透過する偏光子と
を少なくとも備え、
前記フィルタ対象の光は、前記光導波路の固有偏波面に対して偏波を４５°傾けた状態に入射される
ことを特徴とする波長フィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の波長フィルタを用いた短パルス成形装置であって、
チャープ特性をもつ光変調器を備え、この光変調器より出力された変調光が前記光導波路に入射される
ことを特徴とする短パルス成形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−４６４０４（Ｐ２００８−４６４０４Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２２４２９（Ｐ２００６−２２２４２９）
【出願日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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