CN103221855B - 光波导路以及阵列波导路衍射光栅 - Google Patents

光波导路以及阵列波导路衍射光栅 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种不会增大电路规模且不会使电路设计制造变难，在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时、或者光从阵列波导路朝向板条波导路入射时，能够降低插入损失的技术。本发明提供一种光波导路，具备：板条波导路（1），具有在与光传输的方向大致平行的方向上隔开间隔而配置的、使所传输的光衍射的多个相位光栅（GP1）、以及在与光传输的方向大致平行的方向上与多个相位光栅（GP1）交替地配置的、使在多个相位光栅（GP1）中衍射的光干涉的多个干涉区域（IF）；以及阵列波导路（2），在多个相位光栅（GP1）作为一体的相位光栅形成的自己像的明干涉部分的位置并且板条波导路（1）的端部，连接端部。

Description

光波导路以及阵列波导路衍射光栅
技术领域
本发明涉及在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时、或者光从阵列波导路朝向板条波导路入射时，能够降低插入损失的光波导路以及阵列波导路衍射光栅。
背景技术
在DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用)合分波器、M×N星型耦合器以及1×N分路器等中，在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时，在邻接的阵列波导路之间的包层中不会成为放射模式那样的板条波导路与阵列波导路之间的连接构造记载于专利文献1-6。
在专利文献1-4中，配置了波导路的折射率从板条波导路朝向阵列波导路逐渐变化的迁移区域。在专利文献5中，在板条波导路与阵列波导路之间配置了倾斜部。在专利文献6中，在板条波导路中配置了芯层和多个岛状区域。岛状区域的折射率小于芯层的折射率。岛状区域与邻接的阵列波导路之间的包层对向。与光传输的方向大致垂直的方向的岛状区域的宽度从板条波导路朝向阵列波导路变窄。通过邻接的岛状区域之间的芯层的光不改变其传输方向而朝向阵列波导路传输。通过岛状区域的光根据岛状区域的锥形形状而改变其传输方向而朝向阵列波导路传输。通过岛状区域的锥形形状和位置最佳化，光集中到阵列波导路而成为波导模式。
专利文献1：美国专利第5745618号说明书
专利文献2：美国专利第7006729号说明书
专利文献3：美国专利第6892004号说明书
专利文献4：日本特开2008-293020号公报
专利文献5：日本特开2001-159718号公报
专利文献6：日本特开2003-14962号公报
发明内容
在专利文献1-4中，由于配置了迁移区域，所以电路规模变大。在专利文献5中，由于配置了倾斜部，所以电路制造变难。在专利文献6中，需要使岛状区域的锥形形状和位置最佳化，所以电路设计变难。
因此，为了解决所述课题，本发明的目的在于提供一种光波导路以及阵列波导路衍射光栅，不会增大电路规模且不会使电路设计制造变难，在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时、或者光从阵列波导路朝向板条波导路入射时，能够降低插入损失。
为了达成上述目的，在与光传输的方向大致平行的方向上交替使在板条波导路中传输的光衍射的多个相位光栅、和使在多个相位光栅中衍射的光干涉的多个干涉区域。另外，在多个相位光栅形成为一体的相位光栅的自己像的明干涉部分的位置并且板条波导路的端部，连接阵列波导路的端部。
具体而言，本发明提供一种光波导路，其特征在于，具备：板条波导路，具有在与光传输的方向大致平行的方向上隔开间隔而配置的、使所传输的光衍射的多个相位光栅、以及在与光传输的方向大致平行的方向上与所述多个相位光栅交替配置的、使在所述多个相位光栅中衍射的光干涉的多个干涉区域；以及阵列波导路，在所述多个相位光栅形成为一体的相位光栅的自己像的明干涉部分的位置并且所述板条波导路的端部，连接端部。
根据该结构，通过塔尔博特(Talbot)效果，根据光的波长和板条波导路的内部中形成的相位光栅的周期，形成相位光栅的自己像。通过在相位光栅的自己像的明干涉部分的位置，配置阵列波导路的端部，在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时，集中到阵列波导路而成为波导模式。不会增大光波导路的规模且不会使设计制造变难，在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时、或者光从阵列波导路朝向板条波导路入射时，能够降低插入损失。
另外，在与光传输的方向大致平行的方向上隔开间隔配置多个相位光栅的情况下，相比于配置具有等于多个相位光栅的光传输方向的合计宽度的光传输方向宽度的单一的相位光栅的情况，能够减小来自相位光栅中的折射率低的区域的光的放射。进而，在与光传输的方向大致平行的方向上隔开间隔配置多个相位光栅的情况下，相比于减小单一的相位光栅中的折射率高的区域以及折射率低的区域的折射率差来减小单一的相位光栅的光传输方向宽度的情况，能够省略追加的紫外线照射等的追加过程。
另外，在本发明中，所述一体的相位光栅对入射光提供的相位差是大致90度。
根据该结构，相位光栅的自己像明了地形成。
另外，在本发明中，所述一体的相位光栅对入射光提供的相位差是大致180度。
根据该结构，相位光栅的自己像明了地形成。
另外，在本发明中，所述多个相位光栅具备在所述板条波导路内在与光传输的方向大致垂直的方向隔开间隔配置的、具有与所述板条波导路内的其他区域不同的折射率的折射率相异区域。
根据该结构，能够在板条波导路内简单地形成相位光栅。
另外，在本发明中，在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的所述折射率相异区域通过具有与所述折射率相异区域相等的折射率的区域连结，所述折射率相异区域在各相位光栅整体成为一体。
根据该结构，能够在板条波导路内简单地形成相位光栅。
另外，本发明提供一种阵列波导路衍射光栅，其特征在于，具备：1根以上的第1输入输出波导路；光波导路，在所述第1输入输出波导路的端部连接了所述板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部；第2板条波导路，连接到所述阵列波导路的与所述板条波导路相反一侧的端部；以及1根以上的第2输入输出波导路，连接到所述第2板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部。
根据该结构，不会增大阵列波导路衍射光栅的规模且不会使设计制造变难，在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时、或者光从阵列波导路朝向板条波导路入射时，能够降低插入损失。
本发明能够提供不会增大电路规模且不会使电路设计制造变难，在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时、或者光从阵列波导路朝向板条波导路入射时，能够降低插入损失的光波导路以及阵列波导路衍射光栅。
附图说明
图1是示出塔尔博特效果的现象的图。
图2是示出塔尔博特效果的现象的图。
图3是示出塔尔博特效果的计算结果的图。
图4是示出塔尔博特效果的计算结果的图。
图5是示出板条波导路的相位光栅以及阵列波导路的入射端的位置关系的图。
图6是示出板条波导路的相位光栅以及阵列波导路的入射端的位置关系的图。
图7是示出板条波导路的相位光栅以及阵列波导路的入射端的位置关系的图。
图8是示出光波导路的构造的图。
图9是示出塔尔博特效果的计算结果的图。
图10是示出光波导路的构造的图。
图11是示出光波导路的构造的图。
图12是示出光波导路的构造的图。
图13是示出光波导路的构造的图。
(符号说明)
1：板条波导路；2：阵列波导路；11：折射率相异区域；12：折射率相异区域；13：凸状区域；14：凸状区域；15：岛状区域；GP：相位光栅；SP：自己像；IN：入射区域；IF：干涉区域；BS：边界面区域。
具体实施方式
参照附图，说明本发明的实施方式。以下说明的实施方式是本发明的实施例，本发明不限于以下的实施方式。另外，在本说明书以及附图中符号相同的构成要素表示相互相同的部分。
(实施方式1)
在实施方式1中，首先，说明塔尔博特(Talbot)效果的现象和计算结果。接下来，根据塔尔博特效果的现象和计算结果，说明在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时、或者光从阵列波导路朝向板条波导路入射时，能够降低插入损失的光波导路。
塔尔博特效果是指：在光入射到衍射光栅时衍射光彼此干涉，从而在从衍射光栅离开根据光的波长和衍射光栅的周期而规定的距离的位置，与衍射光栅的图案同样的光的强度分布被实现为衍射光栅的自己像，应用于塔尔博特干涉计。
图1以及图2是示出塔尔博特效果的现象的图。衍射光栅GP1、GP2是对入射光提供相位差的相位光栅。相位光栅GP1所相关的塔尔博特效果的现象如图1所示，相位光栅GP2所相关的塔尔博特效果的现象如图2所示。相位光栅GP1、GP2的周期是d，相位光栅GP1对入射光提供的相位差是90°，相位光栅GP2对入射光提供的相位差是180°。相位光栅GP1、GP2在xy平面内(y轴在图1以及图2中未图示)，配置于z＝0的位置(图1以及图2中，为便于说明，相位光栅GP1、GP2比z＝0的位置在附图上的左侧示出)。入射光的波长是λ。入射光如图1以及图2的左端的箭头所示，作为平行光在z轴方向上入射。
首先，说明相位光栅GP1所相关的塔尔博特效果的现象。在设为z＝md2/(2λ)时，在仅接着相位光栅GP1之后形成的光的强度分布在m＝0的位置如砂地所示均匀，与该光的强度分布同样的光的强度分布在m＝2、4、6、8、…、4n+2、4n+4、…(n是0以上的整数)的位置示出。另一方面，在m＝1、3、5、7、…、4n+1、4n+3、…的位置，相位光栅GP1的自己像SP1如斜线和空白所示变得明了。相位光栅GP1的自己像SP1在m＝1、3、5、7、…、4n+1、4n+3、…以外的位置也形成，但未明了地形成而模糊地形成。相位光栅GP1的自己像SP1的强度周期是d。此处，在m＝1、5、…、4n+1、…的位置形成的相位光栅GP1的自己像SP1相比于在m＝3、7、…、4n+3、…的位置形成的相位光栅GP1的自己像SP1，在x轴方向上偏移了d/2。
接下来，说明相位光栅GP2所相关的塔尔博特效果的现象。在设为z＝md2/(8λ)时，在紧接着相位光栅GP2之后形成的光的强度分布在m＝0的位置如砂地所示均匀，与该光的强度分布同样的光的强度分布在m＝2、4、6、8、…、2n、…(n是0以上的整数)的位置示出。另一方面，在m＝1、3、5、7、…、2n+1、…的位置，相位光栅GP2的自己像SP2如斜线和空白所示变得明了。相位光栅GP2的自己像SP2在m＝1、3、5、7、…、2n+1、…以外的位置也形成，但未明了地形成而模糊地形成。相位光栅GP2的自己像SP2的强度周期是d/2。另外，相位光栅GP2的自己像SP2的每个次数的偏移无。
图3是示出相位光栅GP1的塔尔博特效果的计算结果的图。在图1中，使入射光成为平行光，但在图3中，考虑在板条波导路中传输的光并非平行光而是漫射光，使入射光成为漫射光。入射光如图3的左端的箭头所示，作为漫射光向右侧方向入射。图4是示出相位光栅GP2的塔尔博特效果的计算结果的图。在图4中，使入射光成为平行光。入射光如图4的左端的箭头所示，作为平行光向右侧方向入射。在图3以及图4中，相位光栅GP1、GP2配置于m＝0的位置。
相位光栅GP1的自己像SP1在m＝1、3、5、7、…、4n+1、4n+3、…的位置，如明了的白黑的灰度级所示明了地形成，但在m＝2、4、6、8、…、4n+2、4n+4、…的位置，如不明了的白黑的灰度级所示不明了地形成。相位光栅GP1的自己像SP1在m＝1、3、5、7、…、4n+1、4n+3、…以外的位置，也随着接近m＝1、3、5、7、…、4n+1、4n+3、…的位置明了地形成，随着接近m＝2、4、6、8、…、4n+2、4n+4、…的位置未明了地形成。将m＝0、1、2、3、…的位置不等间隔地排列的原因在于，入射光并非平行光而是漫射光。
如果整体观察图3，则对于白黑的灰度级，随着在右侧方向上行进，向图3的上下方向漫射。如果详细观察图3，则白黑的灰度级在m＝2、4、6、8、…、4n+2、4n+4、…的位置的附近急剧变化。其对应于在图1中，在m＝1、5、…、4n+1、…的位置形成的相位光栅GP1的自己像SP1相比于在m＝3、7、…、4n+3、…的位置形成的相位光栅GP1的自己像SP1，在x轴方向上偏移了d/2。对于在m＝1、3、5、7、…、4n+1、4n+3、…的位置形成的相位光栅GP1的自己像SP1，m越小，越明了地形成。图4的计算结果和图2的模式附图表示同样的倾向，但在图4中，在m＝2、4、…的位置，确认了与相位光栅GP2的周期相同的周期的峰值。其原因为，在图4的仿真是基于一般的光回路的计算时，如果用芯材料以及包层材料那样的折射率差小的材料来形成相位光栅GP2，则相位光栅GP2在光的传输方向上变长，对于在折射率低的部分中传输的光，传输距离越长，向折射率越高的部分耦合，在相位光栅GP2终端发生强度分布。
接下来，根据塔尔博特效果的现象和计算结果，说明在光从板条波导路朝向阵列波导路入射时、或者光从阵列波导路朝向板条波导路入射时，能够降低插入损失的光波导路。图5至图7是示出板条波导路1的相位光栅GP1或者GP2以及阵列波导路2的端部的位置关系的图。图5至图7的各自的左侧表示光波导路的整体结构，图5以及图6的各自的右侧表示相位光栅GP1的自己像SP1，图7的右侧表示相位光栅GP2的自己像SP2，在图5至图7的各个中，左侧以及右侧的附图通过单点划线在上下方向上对位。在图5以及图6中，板条波导路1的相位光栅GP1以及阵列波导路2的端部的位置关系成为不同。
在图5的板条波导路1中，随着从图5的左侧向右侧行进，配置入射区域IN、相位光栅GP1-1、干涉区域IF-1、相位光栅GP1-2、干涉区域IF-2、相位光栅GP1-3以及干涉区域IF-3。在图6的板条波导路1中，随着从图6的左侧向右侧行进，配置入射区域IN、相位光栅GP1-4、干涉区域IF-4、相位光栅GP1-5、干涉区域IF-5、相位光栅GP1-6以及干涉区域IF-6。在图7的板条波导路1中，随着从图7的左侧向右侧行进，配置入射区域IN、相位光栅GP2-1、干涉区域IF-7、相位光栅GP2-2、干涉区域IF-8、相位光栅GP2-3以及干涉区域IF-9。
图5的相位光栅GP1-1、GP1-2、GP1-3具有作为对入射光提供90°的相位差的一体的相位光栅GP1形成自己像的功能。图6的相位光栅GP1-4、GP1-5、GP1-6具有作为对入射光提供90°的相位差的一体的相位光栅GP1形成自己像的功能。图7的相位光栅GP2-1、GP2-2、GP2-3具有作为对入射光提供180°的相位差的一体的相位光栅GP2形成自己像的功能。
对于图5的干涉区域IF-1、IF-2、IF-3，将与光传输的方向大致平行的方向的合计宽度设为用于在图1中明了地形成相位光栅GP1的自己像SP1的z。对于图6的干涉区域IF-4、IF-5、IF-6，将与光传输的方向大致平行的方向的合计宽度设为用于在图1中明了地形成相位光栅GP1的自己像SP1的z。对于图7的干涉区域IF-7、IF-8、IF-9，将与光传输的方向大致平行的方向的合计宽度设为用于在图2中明了地形成相位光栅GP2的自己像SP2的z。
这样，为了通过塔尔博特效果明了地形成相位光栅的自己像，针对相位光栅以及干涉区域设计与光传输的方向大致平行的方向的宽度，将设计了宽度的相位光栅以及干涉区域在与光传输的方向大致垂直的面内分割为多个，将分割为多个的相位光栅以及干涉区域在与光传输的方向大致平行的方向上交替配置。
入射区域IN传输向板条波导路1的入射光。相位光栅GP1或者GP2由具有不同的折射率的斜线所示的区域和空白所示的区域形成。斜线所示的区域的折射率既可以大于也可以小于空白所示的区域的折射率。入射光在折射率大的区域中以慢的速度传输，在折射率小的区域中以快的速度传输。相位光栅GP1或者GP2根据图5至图7的上下方向的位置使光的速度变化，对入射光提供相位差。干涉区域IF使相位光栅GP1或者GP2中的衍射光干涉。
阵列波导路2在相位光栅GP1的自己像SP1或者相位光栅GP2的自己像SP2的空白所示的明干涉部分中，与板条波导路1的端部连接。即，衍射光集中地分布于相位光栅GP1的自己像SP1或者相位光栅GP2的自己像SP2的空白所示的明干涉部分，所以在阵列波导路2中成为波导模式。另外，衍射光在相位光栅GP1的自己像SP1或者相位光栅GP2的自己像SP2的斜线所示的暗干涉部分中几乎不分布，所以在包层中不成为放射模式。在图5至图7中，连接了多个阵列波导路2，但也可以仅连接1根。
在图5中，在相位光栅GP1中的与斜线所示的区域对应的位置，形成了相位光栅GP1的自己像SP1的空白所示的明干涉部分，连接了阵列波导路2的端部。在图6中，在相位光栅GP1中的与空白所示的区域对应的位置，形成了相位光栅GP1的自己像SP1的空白所示的明干涉部分，连接了阵列波导路2的端部。这样，作为板条波导路1的相位光栅GP1以及阵列波导路2的端部的位置关系而存在不同的位置关系对应于，如图1所示，在m＝1、5、…、4n+1、…的位置形成的相位光栅GP1的自己像SP1相比于在m＝3、7、…、4n+3、…的位置形成的相位光栅GP1的自己像SP1，在x轴方向上偏移了d/2。
在图7中，在从相位光栅GP2中的斜线以及空白所示的区域，在与光传输的方向大致平行的方向上前进的位置，形成了相位光栅GP2的自己像SP2的空白所示的明干涉部分，连接了阵列波导路2的端部。这样，在图5以及图6中，相位光栅GP1的周期与阵列波导路2的周期相同，但在图7中，相位光栅GP2的周期是阵列波导路2的周期的2倍。
如以上的说明那样，通过塔尔博特效果，根据入射光的波长λ和板条波导路1的内部中形成的相位光栅GP1、GP2的周期，形成相位光栅GP1、GP2的自己像SP1、SP2。另外，在相位光栅GP1、GP2的自己像SP1、SP2的明干涉部分的位置，配置阵列波导路2的端部，从而在光从板条波导路1朝向阵列波导路2入射时，光集中到阵列波导路2而成为波导模式。因此，在光从板条波导路1朝向阵列波导路2入射时，能够降低插入损失。即使在光从阵列波导路2朝向板条波导路1入射时，根据光的相反性也是同样的。
另外，在阵列波导路2在与板条波导路1的边界附近分支了的情况下，在明干涉部分的位置，配置所分支的阵列波导路2的各个的端部。另外，相位光栅对入射光提供的相位差既可以是90°、180°也可以是45°、135°等，只要能够通过塔尔博特效果明了地形成相位光栅的自己像，则也可以是上述相位差以外的相位差。
在光从板条波导路1朝向阵列波导路2入射时、或者、在光从阵列波导路2朝向板条波导路1入射时，降低光的插入损失是重要的，并且当光在相位光栅中的折射率低的区域中传输时，降低光的放射损失也是重要的。以下说明当光在相位光栅中的折射率低的区域中传输时，为了降低光的放射损失，本实施方式有效。
在本实施方式中，说明了在与光传输的方向大致平行的方向上隔开间隔配置多个相位光栅的情况(以下称为“第1情况”)。作为比较例，举出配置具有等于多个相位光栅的光传输方向的合计宽度的光传输方向宽度的单一的相位光栅的情况(以下称为“第2情况”)、和减小单一的相位光栅中的折射率高的区域以及折射率低的区域的折射率差来减小单一的相位光栅的光传输方向宽度的情况(以下称为“第3情况”)，比较本实施方式以及比较例。
当光在相位光栅中的折射率低的区域中传输时，为了降低光的放射损失，优选减小折射率低的区域的光传输方向宽度。因此，在单一的相位光栅的光传输方向宽度大的第2情况下不适合。即便第1情况下的多个相位光栅的光传输方向的合计宽度等于第2情况下的单一的相位光栅的光传输方向宽度，各相位光栅的光传输方向宽度小的第1情况也适合。
不过，为了减小折射率低的区域的光传输方向宽度，单一的相位光栅的光传输方向宽度小的第3情况也适合。但是，为了省略追加的紫外线照射等的追加过程，折射率高的区域以及折射率低的区域的折射率差大的第3情况不适合。即，在本实施方式中说明的第1情况下，能够减小来自相位光栅中的折射率低的区域的光的放射，并且能够省略追加的紫外线照射等的追加过程。
进而，在将单一的相位光栅分割为多个相位光栅时，只要所分割的各相位光栅的光传输方向宽度针对各相位光栅的每一个是随机的，就能够抑制特定的波长的光反射。
(实施方式2)
在实施方式2中，说明光波导路的设计方法。最初，说明相位光栅GP1、GP2的光传输方向全宽L1的设定方法，接下来，说明干涉区域IF的光传输方向全宽L2的设定方法，最后，说明阵列波导路2的端部的位置设定方法。
在图5以及图6中，为了在阵列波导路2的端部中明了地形成相位光栅GP1的自己像SP1，以使相位光栅GP1对光提供的相位差成为优选80°～100°更优选90°的方式，设定相位光栅GP1的光传输方向全宽L1。相位光栅GP1的光传输方向全宽L1是相位光栅GP1-1、GP1-2、GP1-3的光传输方向的合计宽度或者相位光栅GP1-4、GP1-5、GP1-6的光传输方向的合计宽度。在图7中，为了在阵列波导路2的端部中明了地形成相位光栅GP2的自己像SP2，以使相位光栅GP2对光提供的相位差成为优选170°～190°更优选180°的方式，设定相位光栅GP2的光传输方向全宽L1。相位光栅GP2的光传输方向全宽L1是相位光栅GP2-1、GP2-2、GP2-3的光传输方向的合计宽度。
暂设光的真空中的波长为λ、折射率大的区域的折射率为n、折射率小的区域的折射率为n-δn、折射率大的区域和折射率小的区域的比折射率差为Δ＝δn/n。光在折射率大的区域中从始端至终端通过时的相位的超前角度是L1÷(λ/n)×2π＝2πnL1/λ。光在折射率小的区域中从始端至终端通过时的相位的超前角度是L1÷(λ/(n-δn))×2π＝2π(n-δn)L1/λ。相位光栅GP对光提供的相位差是2πnL1/λ-2π(n-δn)L1/λ＝2πδnL1/λ＝2πnΔL1/λ。在图5以及图6中，为了使相位光栅GP1对光提供的相位差成为90°，设定为L1＝λ/(4nΔ)即可。例如，在λ＝1.55μm、n＝1.45、Δ＝0.75％时，为了使相位光栅GP1对光提供的相位差成为90°，设定为L1～35μm即可。在图7中，为了使相位光栅GP2对光提供的相位差成为180°，设定为L1＝λ/(2nΔ)即可。例如，在λ＝1.55μm、n＝1.45、Δ＝0.75％时，为了使相位光栅GP2对光提供的相位差成为180°，设定为L1～70μm即可。
在图5中，相位光栅GP1-1、GP1-2、GP1-3的光传输方向宽度被分别设定为等于L1/3，但也可以设定为不相等。在图6中，相位光栅GP1-4、GP1-5、GP1-6的光传输方向宽度被分别设定为等于L1/3，但也可以设定为不相等。在图7中，相位光栅GP2-1、GP2-2、GP2-3的光传输方向宽度被分别设定为等于L1/3，但也可以设定为不相等。此处，在图5至图7中，相位光栅GP1、GP2被分割为3个区域。但是，相位光栅GP1、GP2的分割数不仅限于3，由实施方式3的制造方法的精度决定。
在图5至图7中，为了在阵列波导路2的端部中明了地形成相位光栅GP1、GP2的自己像SP1、SP2，根据图1至图4的说明，设定干涉区域IF的光传输方向全宽L2。干涉区域IF的光传输方向全宽L2是干涉区域IF-1、IF-2、IF-3的光传输方向的合计宽度、干涉区域IF-4、IF-5、IF-6的光传输方向的合计宽度或者干涉区域IF-7、IF-8、IF-9的光传输方向的合计宽度。
如果将光的真空中的波长设为λ、将干涉区域IF的折射率设为与上述折射率大的区域的折射率相等的n，则光的干涉区域IF中的波长成为λ/n。根据图1的说明，在图5以及图6中，相对相位光栅GP1，作为最佳的设计，设定为L2＝md2/(2(λ/n))。例如，在d＝10.0μm、λ＝1.55μm、n＝1.45时，在m＝1的前提下，作为最佳的设计，设定为L2～47μm。根据图2的说明，在图7中，相对相位光栅GP2，作为最佳的设计，设定为L2＝md2/(8(λ/n))。例如，在d＝20.0μm、λ＝1.55μm、n＝1.45时，在m＝1的前提下，作为最佳的设计，设定为L2～47μm。根据图3的说明，在进一步考虑了光的漫射情形的前提下，输出塔尔博特效果的计算结果，作为最佳的设计设定L2。
在图5中，干涉区域IF-1、IF-2、IF-3的光传输方向宽度被分别设定为等于L2/3，但也可以设定为不相等。在图6中，干涉区域IF-4、IF-5、IF-6的光传输方向宽度被分别设定为等于L2/3，但也可以设定为不相等。在图7中，干涉区域IF-7、IF-8、IF-9的光传输方向宽度被分别设定为等于L2/3，但也可以设定为不相等。此处，在图5至图7中，干涉区域IF被分割为3个区域。但是，干涉区域IF的分割数不仅限于3，由实施方式3的制造方法的精度决定。
根据图1至图4的说明，在设定了干涉区域IF的光传输方向全宽L2之后，根据图1至图4的说明，将板条波导路1的终端中的相位光栅GP的自己像SP的明干涉部分设定为阵列波导路2的端部的位置。此处，在多个阵列波导路2的端部中，不仅是中央的阵列波导路2的端部，而且在两端的阵列波导路2的端部中，也期望明了地形成相位光栅GP的自己像SP。因此，作为板条波导路1的相位光栅GP以及阵列波导路2的端部的位置关系，优选设为图8所示的位置关系。即，相位光栅GP的折射率大的区域的个数优选比阵列波导路2的根数多。
不论为了减小光波导路的规模，还是为了使相位光栅GP1、GP2的自己像SP1、SP2明了地形成，都优选减小m来减小干涉区域IF的光传输方向全宽L2。对于相位光栅GP1、GP2，只要具备使光衍射的功能，则可以具备包括在实施方式3中说明那样的形状的任意的形状。如以上的说明那样，本发明不会增大光波导路的规模且不会使设计变难。在不采用本发明的情况下，板条波导路1与阵列波导路2之间的损失是0.45dB程度，但在上述那样的设计方法中采用了本发明的情况下，能够降低为0.1dB以下。
图9是示出相位光栅GP1的塔尔博特效果的计算结果的图。入射光作为平行光向右侧方向入射，图5的相位光栅GP1-1的左端或者图6的相位光栅GP1-4的左端配置于图9(a)、图9(b)以及图9(c)的各自的左端。图9(a)示出具有2个相位光栅作为一体的相位光栅GP1形成自己像的功能的情况，图9(b)示出具有4个相位光栅作为一体的相位光栅GP1形成自己像的功能的情况，图9(c)示出具有8个相位光栅作为一体的相位光栅GP1形成自己像的功能的情况。在图9(a)、图9(b)以及图9(c)中的任一情况下，对于相位光栅GP1的塔尔博特效果的计算结果，除了入射光是平行光还是漫射光这样的相异以外，与图3中的相位光栅GP1的塔尔博特效果的计算结果相同。塔尔博特效果不依赖于相位光栅的分割数。
(实施方式3)
在实施方式3中，说明光波导路的制造方法。图5至图7所示的相位光栅GP1、GP2具备折射率相异区域11。折射率相异区域11是在与光传输的方向大致垂直的方向以及大致平行的方向上隔开间隔而配置的，具有与斜线所示的区域不同的折射率。折射率相异区域11是矩形形状，但可以是任意的形状。
折射率相异区域11的折射率既可以大于也可以小于斜线所示的区域的折射率。通过将折射率大的区域和折射率小的区域在与光传输的方向大致垂直的方向以及大致平行的方向上交替配置，能够简单地形成相位光栅GP1、GP2。
作为图5至图7所示的光波导路的制造方法，可以举出利用光刻和蚀刻的方法以及利用紫外线照射的方法等。
在利用光刻和蚀刻的方法中，最初，使成为下部包层的SiO2微粒和成为芯层的SiO2-GeO2微粒在Si基板上通过火焰直接堆积法堆积并通过加热使其熔融透明化。接下来，通过光刻和蚀刻，去除芯层的不需要的部分来形成光回路图案，同时在成为折射率相异区域11的部分中也去除芯层的不需要的部分。最后，使成为上部包层的SiO2微粒通过火焰直接堆积法堆积并通过加热使其熔融透明化，从而形成上部包层，之后对成为折射率相异区域11的部分填充包层材料。在成为折射率相异区域11的部分中填充包层材料，所以折射率相异区域11的折射率小于斜线所示的区域的折射率。在上述中，在板条波导路1以及阵列波导路2的形成工序中形成折射率相异区域11，但也可以在板条波导路1以及阵列波导路2的形成之后，对成为折射率相异区域11的部分实施槽加工而填充折射率与芯层相异的树脂等，也可以仅通过槽加工利用空气层形成折射率相异区域11。
在利用紫外线照射的方法中，利用通过紫外线照射而折射率上升。在第1方法中，在下部包层以及芯层的形成之后、或者、下部包层、芯层以及上部包层的形成之后，在成为折射率相异区域11的部分中形成掩模材料，通过紫外线照射使成为折射率相异区域11的部分以外的部分的折射率变化，从而形成折射率相异区域11。折射率相异区域11的折射率小于斜线所示的区域的折射率。在第2方法中，在下部包层以及芯层的形成之后、或者、下部包层、芯层以及上部包层的形成之后，在成为折射率相异区域11的部分以外的部分中形成掩模材料，通过紫外线照射使成为折射率相异区域11的部分的折射率变化，从而形成折射率相异区域11。折射率相异区域11的折射率大于斜线所示的区域的折射率。
对于干涉区域IF，只要具备使光干涉的功能，则可以具备任意的材料。例如，对于干涉区域IF，也可以具备芯材料、包层材料、照射了紫外线的SiO2-GeO2、树脂以及空气等中的至少某1个材料。
图10以及图11所示的光波导路的制造方法与图5至图7所示的光波导路的制造方法相同。在通过将上部包层材料、树脂等填充到折射率相异区域来形成折射率相异区域的情况下，如果如图5至图7那样，折射率相异区域11的周围被斜线所示的区域包围，则有时难以均匀地填充上部包层材料、树脂等。相对于此，如果如图10以及图11那样，形成各相位光栅GP的折射率相异区域12在各相位光栅GP整体成为一体，则易于均匀地填充上部包层材料、树脂等。以下，说明在图5所示的光波导路的制造方法中，代替折射率相异区域11而形成折射率相异区域12的情况。尤其，在图6以及图7所示的光波导路的制造方法中，代替折射率相异区域11而形成折射率相异区域12的情况也是同样的。
图10(a)所示的各相位光栅GP1具备折射率相异区域12和凸状区域13、14。折射率相异区域12在与光传输的方向大致垂直的方向具备宽度宽的区域以及宽度窄的区域，在各相位光栅GP1整体成为一体。宽度宽的区域是在板条波导路1内在与光传输的方向大致垂直的方向隔着间隔而配置的，具有与斜线所示的区域不同的折射率。宽度窄的区域被凸状区域13、14夹住，具有与宽度宽的区域相等的折射率，将邻接的宽度宽的区域连结。
折射率相异区域12的折射率既可以大于也可以小于斜线所示的部分的折射率。通过将折射率大的区域和折射率小的区域在与光传输的方向大致垂直的方向上交替配置，能够简单地形成各相位光栅GP1。
在图10(a)所示的光波导路中，都配置了凸状区域13、14，但也可以如图10(b)所示的光波导路那样，仅配置凸状区域13，也可以如图11(a)所示的光波导路那样，仅配置凸状区域14。在图10(a)所示的光波导路中，全相位光栅GP1的凸状区域13、14的光传输方向宽度之和被设定为图5所示的L1，在图10(b)所示的光波导路中，全相位光栅GP1的凸状区域13的光传输方向宽度之和被设定为图5所示的L1，在图11(a)所示的光波导路中，全相位光栅GP1的凸状区域14的光传输方向宽度之和被设定为图5所示的L1。在图10(a)、图10(b)以及图11(a)所示的光波导路中，凸状区域13、14是矩形形状，但可以是任意的形状。
在图10(a)以及图10(b)所示的光波导路中，在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的凸状区域13之间的凹状区域也可以是任意的形状。在图10(a)以及图11(a)所示的光波导路中，在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的凸状区域14之间的凹状区域也可以是任意的形状。另外，入射区域IN或者干涉区域IF的边界面也可以是任意的形状。
作为图10(a)所示的光波导路的变形例，也可以如图12(a)所示的光波导路那样，在凸状区域13以及折射率相异区域12的边界面上、凸状区域14以及折射率相异区域12的边界面上、以及凹状区域以及折射率相异区域12的边界面上，形成边界面区域BS。图12(a)所示的边界面区域BS具有与构成干涉区域IF的芯材料相同的折射率、或者构成干涉区域IF的芯材料以及构成折射率相异区域12的包层材料之间的折射率。
作为图11(a)所示的光波导路的变形例，也可以如图12(b)所示的光波导路那样，在凸状区域14以及折射率相异区域12的边界面上、入射区域IN或者干涉区域IF以及折射率相异区域12的边界面上、以及凹状区域以及折射率相异区域12的边界面上，形成边界面区域BS。图12(b)所示的边界面区域BS具有与构成折射率相异区域12的包层材料相同的折射率、或者构成干涉区域IF的芯材料以及构成折射率相异区域12的包层材料之间的折射率。
如图12(a)以及图12(b)所示的光波导路那样，将使表面在和与光传输的方向大致平行以及大致垂直的方向不同的方向上延伸的边界面区域BS形成于折射率不同的区域之间的边界面上，从而能够抑制光反射，并且能够抑制向与板条端连接的输入输出波导路反射光。在图12(a)以及图12(b)所示的光波导路中，分别作为边界面区域BS的材料，使用了1种材料，但也可以组合使用多个种类的材料。
图11(b)所示的各相位光栅GP1具备折射率相异区域12和岛状区域15。折射率相异区域12在与光传输的方向大致垂直的方向上具备宽度宽的区域以及宽度窄的区域，在各相位光栅GP1整体成为一体。宽度宽的区域是在板条波导路1内在与光传输的方向大致垂直的方向上隔开间隔而配置的，具有与斜线所示的区域不同的折射率。宽度窄的区域被斜线所示的区域以及岛状区域15夹住，具有与宽度宽的区域相等的折射率，连结了邻接的宽度宽的区域。
折射率相异区域12的折射率既可以大于也可以小于斜线所示的部分的折射率。通过将折射率大的区域和折射率小的区域在与光传输的方向大致垂直的方向上交替配置，能够简单地形成各相位光栅GP1。
在图11(b)所示的光波导路中，全相位光栅GP1的岛状区域15的光传输方向宽度之和被设定为图5所示的L1。在图11(b)所示的光波导路中，岛状区域15是矩形形状，但可以是任意的形状。即使在图11(b)所示的光波导路中，也可以如图12(a)以及图12(b)所示的光波导路那样，将边界面区域BS形成于折射率不同的区域之间的边界面上。
在图10以及图11所示的光波导路中，将凸状区域13、14或者岛状区域15形成于阵列波导路2的延长线上，但也可以形成于在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的阵列波导路2之间的延长线上。另外，只要如图13所示的光波导路那样，能够对光提供相位差，则也可以将凸状区域13、14或者岛状区域15形成于阵列波导路2的延长线上以及在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的阵列波导路2之间的延长线上。在图13(a)所示的光波导路中，凸状区域13、14形成于在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的阵列波导路2之间的延长线上，岛状区域15形成于阵列波导路2的延长线上。在图13(b)所示的光波导路中，凸状区域13形成于在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的阵列波导路2之间的延长线上，凸状区域14形成于阵列波导路2的延长线上。
(实施方式4)
在实施方式4中，说明具备在实施方式1-3中说明的光波导路的阵列波导路衍射光栅。在阵列波导路衍射光栅中，依次连接了1根以上的第1输入输出波导路、第1板条波导路、多个阵列波导路、第2板条波导路以及1根以上的第2输入输出波导路。第1板条波导路和多个阵列波导路分别作为板条波导路1和阵列波导路2，构成在实施方式1-3中说明的光波导路。
在第1板条波导路中，传输多个波长的光，但作为图1以及图2中的λ，选择多个波长中的任意的波长。该任意的波长是例如多个波长中的中心的波长等。根据该任意的波长，应用在实施方式2中说明的设计方法以及在实施方式3中说明的制造方法。
衍射光栅不仅配置于第1板条波导路，而且也可以还配置于第2板条波导路。另外，衍射光栅仅配置于第1板条波导路，专利文献1-4的迁移区域或者专利文献5的倾斜部也可以配置于第2板条波导路。
产业上的可利用性
本发明的光波导路以及阵列波导路衍射光栅能够利用于利用波分复用方式的光的损失低的光纤通信。

Claims (12)

1.一种光波导路，其特征在于包括：
板条波导路，具有在与光传输的方向大致平行的方向上隔开间隔而配置的、使所传输的光衍射的多个相位光栅，以及在与光传输的方向大致平行的方向上与所述多个相位光栅交替配置的、使在所述多个相位光栅中衍射的光干涉的多个干涉区域；以及
阵列波导路，在所述多个相位光栅形成为一体的相位光栅的自己像的明干涉部分的位置，所述板条波导路的端部连接阵列波导路的端部，
所述多个相位光栅具备在所述板条波导路内在与光传输的方向大致垂直的方向上隔开间隔配置的、具有比所述多个干涉区域低的折射率的折射率相异区域。
2.根据权利要求1所述的光波导路，其特征在于：所述一体的相位光栅对入射光提供的相位差大致为90度。
3.根据权利要求1所述的光波导路，其特征在于：所述一体的相位光栅对入射光提供的相位差大致为180度。
4.根据权利要求1所述的光波导路，其特征在于：在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的所述折射率相异区域通过具有与所述折射率相异区域相等的折射率的区域连结，所述折射率相异区域在各相位光栅整体上成为一体。
5.根据权利要求2所述的光波导路，其特征在于：在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的所述折射率相异区域通过具有与所述折射率相异区域相等的折射率的区域连结，所述折射率相异区域在各相位光栅整体上成为一体。
6.根据权利要求3所述的光波导路，其特征在于：在与光传输的方向大致垂直的方向上邻接的所述折射率相异区域通过具有与所述折射率相异区域相等的折射率的区域连结，所述折射率相异区域在各相位光栅整体上成为一体。
7.一种阵列波导路衍射光栅，其特征在于包括：
1根以上的第1输入输出波导路；
权利要求1所述的光波导路，在所述第1输入输出波导路的端部连接了所述板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部；
第2板条波导路，连接到所述阵列波导路的与所述板条波导路相反一侧的端部；以及
1根以上的第2输入输出波导路，连接到所述第2板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部。
8.一种阵列波导路衍射光栅，其特征在于包括：
1根以上的第1输入输出波导路；
权利要求5所述的光波导路，在所述第1输入输出波导路的端部连接了所述板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部；
第2板条波导路，连接到所述阵列波导路的与所述板条波导路相反一侧的端部；以及
1根以上的第2输入输出波导路，连接到所述第2板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部。
9.一种阵列波导路衍射光栅，其特征在于包括：
1根以上的第1输入输出波导路；
权利要求2所述的光波导路，在所述第1输入输出波导路的端部连接了所述板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部；
第2板条波导路，连接到所述阵列波导路的与所述板条波导路相反一侧的端部；以及
1根以上的第2输入输出波导路，连接到所述第2板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部。
10.一种阵列波导路衍射光栅，其特征在于包括：
1根以上的第1输入输出波导路；
权利要求6所述的光波导路，在所述第1输入输出波导路的端部连接了所述板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部；
第2板条波导路，连接到所述阵列波导路的与所述板条波导路相反一侧的端部；以及
1根以上的第2输入输出波导路，连接到所述第2板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部。
11.一种阵列波导路衍射光栅，其特征在于包括：
1根以上的第1输入输出波导路；
权利要求3所述的光波导路，在所述第1输入输出波导路的端部连接了所述板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部；
第2板条波导路，连接到所述阵列波导路的与所述板条波导路相反一侧的端部；以及
1根以上的第2输入输出波导路，连接到所述第2板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部。
12.一种阵列波导路衍射光栅，其特征在于包括：
1根以上的第1输入输出波导路；
权利要求4所述的光波导路，在所述第1输入输出波导路的端部连接了所述板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部；
第2板条波导路，连接到所述阵列波导路的与所述板条波导路相反一侧的端部；以及
1根以上的第2输入输出波导路，连接到所述第2板条波导路的与所述阵列波导路相反一侧的端部。
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