WDM伝送を支える光波長フィルターの特性とその制御：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）（1/2 ページ）

[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）