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» 2018年05月30日 09時30分 公開

福田昭のデバイス通信(148) imecが語る最新のシリコンフォトニクス技術(8):WDM伝送を支える光波長フィルターの特性とその制御 (1/2)

波長分割多重(WDM)伝送に必須の受動素子である光波長フィルターの特性と、その制御について解説する。

[福田昭,EE Times Japan]

波長分割多重(WDM)伝送に必須となる光波長フィルター

 半導体デバイス技術に関する国際会議「IEDM」では、カンファレンスの前々日に「チュートリアル(Tutorial)」と呼ぶ技術セミナーを開催している。2017年12月に開催されたIEDMでは、6件のチュートリアルが開催された。

 その中から、シリコンフォトニクスに関する講座「Silicon Photonics for Next-Generation Optical Interconnects(次世代光接続に向けたシリコンフォトニクス)」が興味深かったので、その概要をシリーズでお届けしている。講演者は、ベルギーの研究開発機関imecのJoris Van Campenhout氏である。

 なお講演の内容だけでは説明が不十分なところがあるので、本シリーズでは読者の理解を助けるために、講演の内容を適宜、補足している。あらかじめご了承されたい。

 前回は、シリコンフォトニクスの光回路を形成する代表的な受動素子(パッシブデバイス)である2つの素子、シリコン光導波路とシリコン光波長フィルターをご紹介した。今回は、波長分割多重(WDM)伝送に必須の受動素子である光波長フィルターの特性とその制御について解説する。

2個のリング共振器によって光波長フィルターの特性を制御

 前回では、シリコン光導波路をレーストラック状に形成したリング共振器(レーストラック型リング共振器)が、光波長フィルターを構成する重要な素子であることを述べた。リング共振器の共振周波数が、選択して取り出す周波数(波長)に対応するからだ。

 リング共振器を使った光波長フィルターの弱点は、主に2つある。1つは、通過帯域(選択する波長の幅)が狭過ぎること、もう1つは共振の度合い(Q値)が低いことだ。そこで通過帯域(選択する波長の幅)を広げながら、Q値を上げるために、2個のレーストラック型リング共振器を直列に接続した「ダブルリング共振器」の光波長フィルターが考えられている。

 2個のレーストラック型リング共振器の共振周波数を制御することで、フィルターの通過帯域(選択する波長の幅)を広げる。このことで、選択すべき光チャンネルの波長がわずかにずれたり、あるいは変動したりしても、目的の光チャンネルを効率良く取り出せる。また共振器のQ値が向上するので、不要な周波数帯域の光信号をより強力に遮断できるようになる。

2個のレーストラック型リング共振器を直列接続した光波長フィルター。左は光波長フィルターの構造図。右は光波長フィルターの周波数特性。リング共振器が1個の光波長フィルター(前回の図版)に比べ、通過帯域が広がるとともにしゃ断特性が急しゅんになっている 出典:imec(クリックで拡大)
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