DE602004007869T2

DE602004007869T2 - Wellenleitergitter (AWG) mit verlustarmer Übergangszone

Info

Publication number: DE602004007869T2
Application number: DE602004007869T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki c/o Nec Corporation Yamazaki
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: EP1548471B1; US7130518B2; CA2489898A1; CN1629662A; DE602004007869D1; US20050135748A1; EP1548471A1; CA2489898C; CN100334474C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen AWG (optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters – "Arrayed Waveguide Grating type optical wavelength division multiplexer") zum Kombinieren oder Verzweigen optischer Signale. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen verlustarmen AWG.
Wegen der Erhöhung des Informationsübertragungsvolumens wird ein WDM-(Wellenlängenmultiplex – "wavelength Division Multiplexing")-Übertragungssystem, das in der Lage ist, die Übertragungskapazität erheblich zu vergrößern, kommerziell weit verbreitet verwendet. Bei diesem WDM-Übertragungssystem werden optische Signale mehrerer Wellenlängen unter Verwendung einer einzigen optischen Faser übertragen. Daher sind optische Wellenlängenmultiplexer am Eingangs- und am Ausgangsabschnitt der optischen Faser, die als ein Übertragungsweg dient, erforderlich. Der optische Wellenlängenmultiplexer kombiniert optische Signale mehrerer Wellenlängen, um sie unter Verwendung einer einzigen optischen Faser zu übertragen, oder er verzweigt wellenlängenmultiplexierte optische Signale, die unter Verwendung einer einzigen optischen Faser übertragen wurden, in jeweilige Wellenlängen. Ein AWG (optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters – "Arrayed Waveguide Grating type optical wavelength division multiplexer") kann eine optische Wellenlängenmultiplexierung/-demultiplexierung bei Wellenlängenintervallen in der Größenordnung einiger zehn GHz bis 100 GHz ausführen. Aus diesem Grund wird der AWG weit verbreitet als eine Schlüsselvorrichtung in einem WDM-Übertragungssystem verwendet.
In dem AWG werden wellenlängenmultiplexierte optische Signale bei einer gleichen Phase durch einen ersten Plattenwellenleiter in Array-Wellenleiter eingegeben. Die so aufgeteilten optischen Signale gleicher Phase werden mit einer Phasendifferenz versehen, indem sie durch die Array-Wellenleiter verschiedener optischer Weglängen laufen gelassen werden. Als nächstes wird das optische Signal, das auf diese Weise mit einer Phasendifferenz versehen wurde, in einen zweiten Plattenwellenleiter eingegeben. Innerhalb des zweiten Plattenwellenleiters sind Lichtkondensationspositionen der optischen Signale Wellenlänge für Wellenlänge verschieden. Daher werden die optischen Signale in jeweilige Wellenlängen aufgeteilt und dann durch optische Wellenleiter, die an Lichtkondensationspositionen entsprechender Wellenlängen angeordnet sind, ausgegeben. Es ist für den AWG als ein passives Teil wichtig, dass sein optischer Signalausbreitungsverlust so gering wie möglich ist. Demgemäß wird das Erhalten eines geringen Verlusts gefordert.
Eine Verlustursache, die speziell beim AWG auftritt, besteht darin, dass, wenn optische Signale vom Plattenwellenleiter zu den Array-Wellenleitern laufen, ein Teil davon zwischen benachbarten Array-Wellenleitern leckt und nicht auf die Array-Wellenleiter fällt. In den Verbindungen zwischen den Array-Wellenleitern und dem Plattenwellenleiter tritt infolge dieses Lichtlecks ein Verlust von 1 bis 2 dB (Dezibel) auf. Verfahren zum Verringern dieses Verlusts wurden bereits vorgeschlagen, beispielsweise das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung 2000-147283 (Absatz 0013, 1) offenbarte Verfahren. Bei diesem Verfahren werden als das erste herkömmliche Beispiel sich verengende Wellenleiter, die sich verengend geneigt sind, an den Positionen gebildet, an denen Licht von dem Plattenwellenleiter in die Array-Wellenleiter eingegeben wird.
1 zeigt einen Hauptabschnitt eines AWGs, der in diesem ersten herkömmlichen Beispiel verwendet wird. Keilförmige sich verengende Wellenleiter 13 als vergrabene Schichten sind um Verbindungen zwischen einem Plattenwellenleiter 11 und mehreren Array-Wellenleitern 12₁ , 12₂ , ..., 12₅ , ... in dem bei 10 angegebenen AWG gebildet. Die sich verengenden Wellenleiter 13 werden durch Ätzen gebildet. An den Verbindungen der Array-Wellenleiter 12₁ , 12₂ , ..., 12₅ , ... mit dem Plattenwellenleiter 11 ist die Höhe der sich verengenden Wellenleiter 13 fast gleich jener des Plattenwellenleiters 11 und wird mit der Trennung von dem Plattenwellenleiter 11 kleiner.
Folglich ändert sich an den Verbindungen zwischen dem Plattenwellenleiter 11 und den Array-Wellenleitern 12₁ , 12₂ , ..., 12₅ , ... in dem AWG 10 die elektromagnetische Feldverteilung allmählich. Daher fallen optische Signale, die sich durch den Plattenwellenleiter 11 ausgebreitet haben, ohne Lecken auf die Verbindungen mit den Array-Wellenleitern 12₁ , 12₂ , ..., 12₅ , .... Daher ist es möglich, einen geringen Verlust zu erhalten. Umgekehrt können optische Signale, die sich durch die Array-Wellenleiter 12₁ , 12₂ , ..., 12₅ , ... ausgebreitet haben, mit einem geringen Verlust auf den Plattenwellenleiter 11 fallen.
Es ist jedoch bei der Bildung der keilartigen sich verengenden Wellenleiter 13 erforderlich, dass eine Neigung durch allmähliches Ändern der Ätztiefe (Ätzhöhe) gebildet wird. Folglich ergibt sich das Problem, dass es notwendig ist, eine solche spezielle Photomaske oder ein solches spezielles Ätzverfahren als Ursachen für eine kontinuierliche Änderung der Lichtmenge zu verwenden. Demgemäß ergibt sich ein Hindernis in Bezug auf die Produktivität der sich verengenden Wellenleiter 13. Überdies ändern sich die Lichtausbreitungseigenschaften in hohem Maße abhängig von der Dicke der sich verengenden Wellenleiter 13, die zwischen den Array-Wellenleitern 12₁ , 12₂ , ..., 12₅ , ... gebildet sind. Es ist daher notwendig, die Neigung jedes sich verengenden Wellenleiters 13 mit hoher Genauigkeit zu steuern. Demgemäß tritt ein Problem in Bezug auf die Wiederholbarkeit und Gleichmäßigkeit der Form der sich verengenden Wellenleiter 13 auf.
In einer Bemühung, dieses Problem zu lösen, wurde ein zweites Verfahren vorgeschlagen, welches beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Hei 10(1998)-274719 (siehe die Absätze 0010 und 0012, 1 und 2) dargelegt ist, wobei gitterartige Wellenleiter an Verbindungen zwischen einem Plattenwellenleiter und Array-Wellenleitern gebildet sind, um einen Einfügungsverlust zu verringern.
2 zeigt als Referenz einen Plattenwellenleiter und seine Umgebung in einem gewöhnlichen AWG, während 3 einen Plattenwellenleiter und seine Umgebung bei dem vorstehend erwähnten zweiten herkömmlichen Beispiel zeigt. Bei dem in 2 dargestellten gewöhnlichen AWG 20 sind die Eingangswellenleiter 22 und die Ausgangswellenleiter 23 einfach mit einem Plattenwellenleiter 21 verbunden.
Andererseits sind in dem AWG 30 des in 3 dargestellten zweiten herkömmlichen Beispiels die Eingangswellenleiter 32 nicht speziell von den in 2 dargestellten verschieden und haben die Ausgangswellenleiter 33 einen Übergangsbereich 34 in der Nähe ihrer Verbindungen mit einem Plattenwellenleiter 31. Der Übergangsbereich 34 ist durch mehrere Wellenleiterwege 35 gebildet, die sich über die Ausgangswellenleiter 33 erstrecken. Wenngleich in der Figur die Wellenleiterwege 35 in einer verringerten Anzahl dargestellt sind, sind tatsächlich 20 bis 40, vorzugsweise etwa 30 Wellenleiterwege 35 vorhanden. Die Wellenleiterwege 35 sind aus dem gleichen Material wie die Ausgangswellenleiter 33 gebildet. Daher können die Wellenleiterwege 35 in dem gleichen Schritt wie dem Schritt der Herstellung des Plattenwellenleiters 31 und der Ausgangswellenleiter 33, welche den AWG 30 bilden, hergestellt werden. Die Breite der Wellenleiterwege 35 wird mit dem Abstand von dem Plattenwellenleiter 31 allmählich geringer. Dies liegt daran, dass mit dem Abstand vom Plattenwellenleiter 31 das Lecken optischer Signale bei den Ausgangswellenleitern 33 allmählich abnimmt und sich das Lecken durch die Wellenleiterwege 35 optischer Signale, die sich durch die Ausgangswellenleiter 33 ausbreiten, verringert. Folglich können optische Signale, die sich in den Ausgangswellenleitern 33 ausbreiten, wirksam durch die Wellenleiterwege 35 in den Ausgangswellenleitern 33 aufgenommen werden. In dem AWG 30 dieses zweiten herkömmlichen Beispiels kann der Einfügungsverlust durch das Vorhandensein des Übergangsbereichs 34 verringert werden. Beispielsweise kann bei einem typischen Sternkoppler der Einfügungsverlust von etwa 0,8 dB auf etwa 0,3 dB verringert werden.
Jedoch geschehen beim AWG 30 des zweiten herkömmlichen Beispiels periodische Änderungen des Brechungsindex in den Verbindungen zwischen den Ausgangswellenleitern 33 und den Wellenleiterwegen 35, die sich über die Ausgangswellenleiter erstrecken. Dadurch werden optische Signale einer spezifischen Wellenlänge akkumuliert und erscheinen als Reflexion. Diese Reflexion ruft Ripple, ein Übersprechen und eine Verzerrung in den Eigenschaften der optischen Wellenlängenmultiplexierung/-demultiplexierung des optischen Wellenlängenmultiplexers hervor und übt daher einen schlechten Einfluss darauf aus.
In US 2003/194181 A1 ist eine optische Verbindungsvorrichtung offenbart, welche Wellenleiter-Arrays mit einem Übergangsbereich aufweist. In dem Übergangsbereich sind Intervalle zwischen Punkten, an denen sich der Brechungsindex von n₂ zu n₁ (n₂ > n₁) ändert, konstant.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein AWG vorgesehen, der mit einem Übergangsbereich zum Erreichen eines geringen Verlusts versehen ist und der die Reflexion optischer Signale, die im Übergangsbereich auftritt, wirksam verhindern kann.
Der optische Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: einen oder mehrere Eingangswellenleiter für die Eingabe optischer Signale, einen ersten Plattenwellenleiter, der mit den Eingangswellenleitern gekoppelt ist, um die optischen Signale zu verzweigen, mehrere Array-Wellenleiter, die mit einer anderen Seite des ersten Plattenwellenleiters gekoppelt sind, um jedes der optischen Signale mit einer Phasendifferenz zu versehen, einen zweiten Plattenwellenleiter, der mit einer anderen Seite der Array-Wellenleiter gekoppelt ist, um die optischen Signale zu verzweigen und auszugeben, mehrere Ausgangswellenleiter, die mit einer anderen Seite des zweiten Plattenwellenleiters gekoppelt sind, um die optischen Signale auszugeben, und Wellenleiterwege zum Verbinden benachbarter der Array-Wellenleiter, wobei die Wellenleiterwege in der Nähe von einem oder beiden von dem ersten und dem zweiten Plattenwellenleiter angeordnet sind. Die Wellenleiterwege, die in Bezug auf die jeweiligen Array-Wellenleiter aneinander angrenzen, sind in voneinander verschiedenen Abständen von dem ersten oder dem zweiten Plattenwellenleiter angeordnet.
Benachbarte Wellenleiterwege sind gegeneinander in Längsrichtung der Ausgangswellenleiter oder Array-Wellenleiter versetzt.
Die Wellenleiterwege sind in Längsrichtung der Ausgangswellenleiter in gleichen Intervallen angeordnet.
Die Wellenleiterwege werden mit dem Abstand von einem Plattenwellenleiter oder einem Eingangswellenleiter dünner.
Demgemäß ist der optische Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters gemäß der vorliegenden Erfindung mit Wellenleiterwegen zum Verbinden benachbarter Array-Wellenleiter versehen, wobei optische Signale von dem ersten Plattenwellenleiter ausgegeben werden. Die Wellenleiterwege sind so angeordnet, dass die auf der rechten und der linken Seite jedes Ausgangswellenleiters angeordneten Wellenleiterwege in ihren Abständen von dem ersten oder dem zweiten Plattenwellenleiter verschieden sind. Folglich wird in jedem Ausgangswellenleiter der durch eine Anordnung der Wellenleiterwege hervorgerufene Anstieg des äquivalenten Brechungsindex verringert, und eine Reflexion tritt nur schwer auf.
Die Wellenleiterwege können die folgenden Bedingungen erfüllen:

(1) Die Wellenleiterwege verbinden benachbarte Ausgangswellenleiter oder Array-Wellenleiter abwechselnd rechts und links.
(2) Die Wellenleiterwege sind in Bezug auf Ausgangswellenleiter oder Array-Wellenleiter geneigt angeordnet.

Die vorstehend erwähnten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung besser verständlich werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Hauptabschnitts eines AWGs (optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters – "Arrayed Waveguide Grating type optical wavelength division multiplexer") als ein erstes herkömmliches Beispiel,
2 eine Draufsicht eines Plattenwellenleiters und seiner Umgebung bei einem herkömmlichen gewöhnlichen AWG,
3 eine Draufsicht eines Plattenwellenleiters und seiner Umgebung bei einem AWG als ein zweites herkömmliches Beispiel,
4 ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines AWGs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 eine vergrößerte Draufsicht von Verbindungen zwischen einem ersten Plattenwellenleiter und Array-Wellenleitern, die in 4 dargestellt sind,
6A ein Konstruktionsdiagramm eines Teils eines Übergangsbereichs in dem in 3 dargestellten AWG und 6B ein erklärendes Diagramm, das eine Änderung seines Brechungsindex zeigt,
7A ein Konstruktionsdiagramm eines Teils eines Übergangsbereichs in dem in 4 dargestellten AWG und 7B ein erklärendes Diagramm, das eine Änderung seines Brechungsindex zeigt,
8 eine vergrößerte Draufsicht von Verbindungen zwischen einem ersten Plattenwellenleiter und Array-Wellenleitern gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform,
9 eine vergrößerte Draufsicht eines Teils eines Übergangsbereichs gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform,
10 eine vergrößerte Draufsicht eines Teils eines Übergangsbereichs als Referenz,
11 eine vergrößerte Draufsicht eines Teils eines Übergangsbereichs als Referenz,
12 eine vergrößerte Draufsicht eines Teils eines Übergangsbereichs gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform,
13 eine vergrößerte Draufsicht eines Teils eines Übergangsbereichs gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform,
14 eine vergrößerte Draufsicht von Verbindungen zwischen einem ersten Plattenwellenleiter und Array-Wellenleitern gemäß einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform,
15 eine Draufsicht der Konstruktion eines Strahlteilers als Referenz,
16 eine Draufsicht der Konstruktion eines anderen Strahlteilers als Referenz und
17 eine Draufsicht der Konstruktion eines weiteren Strahlteilers als Referenz.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Grundkonstruktionen eines AWGs gemäß der vorliegenden Erfindung sowie seine Arbeitsprinzipien werden nachstehend detailliert beschrieben.
Zuerst wird die Grundkonstruktion eines AWGs (optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters – "Arrayed Waveguide Grating type optical wavelength division multiplexer") gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
4 zeigt eine Skizze des AWGs gemäß der ersten Ausführungsform. Ein oder mehrere erste Kanalwellenleiter 52, mehrere zweite Kanalwellenleiter 53 und Array-Wellenleiter 54, die mit unterschiedlichen Krümmungsradien in bestimmte Richtungen gebogen sind, sind auf einem Substrat 51 als ein Bestandteil des AWGs 50 angeordnet. Ein erster Plattenwellenleiter 55 zur Verbindung zwischen dem ersten Kanalwellenleiter 52 und den Array-Wellenleitern 54 sowie ein zweiter Plattenwellenleiter 56 zur Verbindung zwischen dem Array-Wellenleiter 54 und den zweiten Kanalwellenleitern 53 sind auch auf dem Substrat 51 angeordnet. Ein Übergangsbereich 61 zum leichten Ändern des Verbindungszustands ist in der Nähe des ersten Plattenwellenleiters 55 oder des zweiten Plattenwellenleiters 56 oder in der Nähe von beiden bereitgestellt. Eine bestimmte optische Weglängendifferenz (Wellenleiter-Längendifferenz) ΔL ist zwischen benachbarten Array-Wellenleitern 54 bereitgestellt. Die optische Weglänge ist so festgelegt, dass sie allmählich länger oder kürzer wird.
Als nächstes wird die folgende Beschreibung über einen Grundbetrieb des AWGs gemäß dieser ersten Ausführungsform bereitgestellt.
Der Laufweg der in die ersten Kanalwellenleiter 52 eingegebenen multiplexierten optischen Signale mit den Wellenlängen λ₁, λ₂, ... λ_n wird durch den ersten Plattenwellenleiter 55 erweitert, und die multiplexierten optischen Signale werden bei einer gleichen Phase in die Array-Wellenleiter 54 eingegeben. Die auf diese Weise bei einer gleichen Phase eingegebenen optischen Signale werden durch die Array-Wellenleiter 54 jeweils mit einer Phasendifferenz mit einem bestimmten Intervall versehen und erreichen den zweiten Plattenwellenleiter 56. Weil tatsächlich eine Wellenlängendispersion auftritt, ist eine Isophasenfläche jedes optischen Signals durch die Wellenlänge geneigt. Daher haben die durch den zweiten Plattenwellenleiter 56 diffundierten optischen Signale, abhängig von der Wellenlänge, verschiedene Lichtfokussierungspositionen (Kondensationspositionen). Daher werden die zweiten Kanalwellenleiter 53 auf einer Grenzfläche des zweiten Plattenwellenleiters 56 und an Positionen, die Wellenlängen entsprechen, angeordnet. Demgemäß werden optische Signale mit Wellenlängenkomponenten λ₁, λ₂, ... λ_n jeweils einzeln von den zweiten Kanalwellenleitern 53 ausgegeben. Eine Lichtverzweigungswirkung und eine Lichtkombinationswirkung werden umkehrbar ausgeführt, und in dem Fall, in dem optische Signale mit Wellenlängenkomponenten λ₁, λ₂, ... λ_n jeweils einzeln von den zweiten Kanalwellenleitern 53 eingegeben werden, werden multiplexierte optische Signale mit den Wellenlängen λ₁, λ₂, ... λ_n von den ersten Kanalwellenleitern 52 ausgegeben.
Nachfolgend wird der Aufbau des AWGs gemäß dieser ersten Ausführungsform beschrieben.
5 zeigt konkret Verbindungen zwischen dem ersten Plattenwellenleiter 55 und den Array-Wellenleitern 54. Die Array-Wellenleiter 54 sind in der Nähe ihrer Verbindungen mit dem ersten Plattenwellenleiter 55 mit einem Übergangsbereich 61 versehen. Im Übergangsbereich 61 sind benachbarte der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ , welche die Array-Wellenleiter 54 bilden, durch Wellenleiterwege 63 verbunden. Die Anzahl und die Darstellung der Wellenleiter dienen als Beispiel für die Erklärung, und sie sollten nicht als Einschränkung angesehen werden.
Die Wellenleiterwege 63, die gemäß dieser Ausführungsform verwendet werden, weisen die folgende Struktur auf.
Die Wellenleiterwege 63 sind auf nur einer Seite an Verbindungspunkten zu den Wellenleitern 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ angeordnet. Anders als im herkömmlichen Beispiel aus 3 schneiden die Wellenleiterwege 63 nicht die Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ .
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Wellenleiterwege 63 im Übergangsbereich 61 in Längsrichtung der Wellen leiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ in gleichen Intervallen L angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Übergangsbereich 61 die Dicke jedes Wellenleiterwegs 63 umso größer, je größer die Nähe zum ersten Plattenwellenleiter 55 ist. Beispielsweise sind die Wellenleiterwege 63 an einer Position, die dem ersten Plattenwellenleiter 55 am nächsten liegt, jeweils etwa 18 μm breit und an einer Position, die vom ersten Plattenwellenleiter 55 am weitesten entfernt ist, jeweils etwa 2 μm breit. Dies liegt daran, dass der Betrag der optischen Signale, die nach dem Lecken zwischen benachbarten der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , 62₄ , ..., 62₁₀ aufgefangen werden, umso größer ist, je größer die Nähe zum ersten Plattenwellenleiter 55 ist.
Der gemäß dieser Ausführungsform verwendete Wellenleiterweg 63 kann folgendermaßen eingerichtet werden.

(1) Die Wellenleiterwege 63 können so angeordnet werden, dass die Positionen von Verbindungen zwischen ungeradzahligen und geradzahligen Wellenleitern in den Wellenleitern 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ um L/2 in Längsrichtung versetzt sind. Beispielsweise sind die Wellenleiterwege 63, welche die Wellenleiter 62₁ und 62₂ verbinden, um L/2 gegenüber den Wellenleiterwegen 63 versetzt, welche die Wellenleiter 62₂ und 62₃ verbinden. Die Länge L beträgt in etwa einige μm bis einige zehn μm, beispielsweise 20 μm. Die Höhe der Kerne, welche die Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ bilden, und die Wellenleiterwege 63 liegen im Bereich von etwa einigen μm bis einigen zehn μm, beispielsweise 7 μm. Die Kernbreite der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ beträgt etwa einige μm bis einige zehn μm, beispielsweise 7 μm. Die Breite jedes Wellenleiterwegs 63 beträgt etwa einige μm bis 20 μm, beispielsweise 7 μm.
(2) Einige bis einige zehn Wellenleiterwege 63 werden für jeden der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ bereitgestellt. Überdies können die folgenden Bedingungen gemäß dieser Ausführungsform hinzugefügt werden.
(3) Die Wellenleiterwege 63 können durch gekrümmte Linien gebildet werden, welche mit einer gekrümmten Linie konzentrisch sind, die durch die Eingangsenden der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ definiert ist.

Unter den vorstehend erwähnten Bedingungen nimmt die Reflexion, die in dem im zweiten herkömmlichen Beispiel, das in 3 dargestellt ist, bereitgestellten Übergangsbereich 34 auftritt, in dem gemäß dieser Ausführungsform bereitgestellten, in 5 dargestellten Übergangsbereich 61 erheblich ab. Der Grund wird folgendermaßen beschrieben.
6 ist ein vergrößertes Diagramm eines Teils eines Übergangsbereichs in dem AWG des in 3 dargestellten zweiten herkömmlichen Beispiels, und 7 ist ein vergrößertes Diagramm eines Teils eines Übergangsbereichs in dem AWG gemäß dieser in 5 dargestellten Ausführungsform.
Nun wird der AWG 30 aus dem zweiten herkömmlichen Beispiel mit Bezug auf die 6A und 6B beschrieben.
6A zeigt ein Wellenleitermuster im Übergangsbereich. Die Wellenleiterwege 35₁ , 35₂ , ... schneiden einen Ausgangswellenleiter 33_n . Das optische Signal 82 läuft in Richtung des Pfeils 81 durch den Ausgangswellenleiter 33_n . 6B zeigt eine Änderung des äquivalenten Brechungsindex, den das Licht, das sich in Richtung des Pfeils 81 durch den Wellenleiter ausbreitet, spürt. Weil im zweiten herkömmlichen Beispiel die Wellenleiterwege auf beiden Seiten angeordnet sind, während der Ausgangswellenleiter geschnitten wird, tritt demgemäß eine große Änderung des äquivalenten Brechungsindex auf. Die Änderung des äquivalenten Brechungsindex wird in jedem Abstand L und mit dem gleichen Zyklus wiederholt. Daher verstärken von leicht reflektierten Lichtabschnitten, die an Schnittpunkten auftreten, an denen die Wellenleiterwege 35₁ , 35₂ , ... den Ausgangswellenleiter schneiden, nur jene mit einer spezifischen Wellenlänge einander. Dadurch nimmt die Reflexion der spezifischen Wellenlänge zu.
Andererseits wird der bei 50 angegebene AWG gemäß dieser Ausführungsform nachstehend mit Bezug auf die 7A und 7B beschrieben.
7A zeigt ein Wellenleitermuster in einem Übergangsbereich. Die Wellenleiterwege 63_1R , 63_2R , 63_3R , 63_1L , 63_2L und 63_3L sind um L/2 in Bezug auf einen Ausgangswellenleiter 62_n versetzt und auf nur einer Seite verbunden. Ein optisches Signal 84 läuft in Richtung des Pfeils 83 durch den Ausgangswellenleiter 62_n . 7B zeigt eine Änderung des äquivalenten Brechungsindex, den das Licht, das sich in Richtung des Pfeils 83 durch den Wellenleiter ausbreitet, spürt. Weil in 7B die Wellenleiterwege nur auf einer Seite angeordnet sind, tritt demgemäß nur eine verhältnismäßig kleine Änderung des äquivalenten Brechungsindex auf. Folglich wird die Reflexion des optischen Signals durch die Wellenleiterwege 63_1R , 63_2R , 63_3R , 63_1L , 63_2L , 63_3L schwächer. Demgemäß wird gemäß dieser Ausführungsform die periodische Änderung des äquivalenten Brechungsindex im Übergangsbereich 61, wie in 5 dargestellt ist, in hohem Maße verringert. Infolge dieser Verringerung einer periodischen Änderung des äquivalenten Brechungsindex wird die Reflexion einer spezifischen Wellenlänge in hohem Maße verringert. Dementsprechend kann der AWG 50 gemäß dieser Ausführungsform zufrieden stellende Übertragungseigenschaften bieten.
8 ist eine vergrößerte Ansicht von Verbindungen zwischen dem Plattenwellenleiter 55 und den Array-Wellenleitern 54 gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform. Bei dieser ersten Modifikation weisen die Array-Wellenleiter 54, welche die Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ aufweisen, die gleiche Layout-Struktur wie gemäß der ersten Ausführungsform auf. In einem Übergangsbereich 61A sind benachbarte Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ , welche die Array-Wellenleiter 54 bilden, durch Wellenleiterwege 63A miteinander verbunden. Die Anzahl und die Darstellung der Wellenleiter dienen als Beispiel für die Erklärung und sollen nicht als einschränkend angesehen werden.
Die erste Modifikation gleicht der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Bedingung (2), die in der ersten Ausführungsform erwähnt wurde, vorausgesetzt, dass die Bedingung (1), die dort verwendet wird, von jener gemäß der ersten Ausführungsform verschieden ist.

(1) Die Positionen, an denen die Wellenleiterwege 63A die Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ verbinden, sind zwischen benachbarten Wellenleiterwegen um L/3 versetzt. Insbesondere sind die Wellenleiterwege 63A, welche die Wellenleiter 62₄ und 62₃ verbinden, die Wellenleiterwege 63A, welche die Wellenleiter 62₃ und 62₂ verbinden, und die Wellenleiterwege 63A, welche die Wellenleiter 62₂ und 62₁ verbinden, um L/3 gegeneinander versetzt. Die Wellenleiterwege 63A können entgegengesetzt zur dargestellten Richtung um L/3 gegeneinander versetzt angeordnet sein.

Auch bei dieser ersten Modifikation können die gleichen Bedingungen wie Bedingung (3) gemäß der ersten Ausführungsform hinzugefügt werden.
Bei dieser ersten Modifikation ändert sich die Position, an der eine Reflexion durch die Wellenleiterwege 63A auftritt, jedes Mal um 2/3 Zyklen. Daher kann die Reflexion der Wellenlänge, die mit dem Zyklus L verstärkt wird, wie bei der ersten Ausführungsform wirksam unterbunden werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Wellenleiterweg 63 in jedem L/2-Intervall angeordnet, während bei dieser ersten Modifikation die Wellenleiterwege 63A in jedem L/3-Intervall angeordnet sind. Der Layout-Modus ist jedoch nicht darauf beschränkt. Falls angenommen wird, dass n eine von "1" verschiedene positive ganze Zahl ist, können die Wellenleiterwege in Intervallen von L/n angeordnet werden.
Wie in 8 dargestellt ist, können die Wellenleiterwege 63A durch gekrümmte Linien gebildet werden, die mit einer gekrümmten Linie konzentrisch sind, die durch verbundene Enden der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , ..., 62₁₀ definiert ist, wobei die Wellenleiter mit dem Plattenwellenleiter 55 verbunden sind.
9 zeigt einen Teil eines Übergangsbereichs bei einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform. In diesem Übergangsbereich, der bei 61B angegeben ist, sind bei der zweiten Modifikation rechts und links von jedem der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , 62₃ , 62₄ , ... angeordnete Wellenleiterwege 63B um ΔL (≠ 0) gegeneinander versetzt. Durch derartiges Anordnen der Wellenleiterwege 63B, dass sie in Längsrichtung der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , 62₃ , 62₄ , ... nicht in gleichen Intervallen sind, ist es wie bei der ersten Modifikation möglich, die Verstärkung der reflektierten Wellenlänge zu unterdrücken.
Demgemäß sind bei dieser zweiten Modifikation die Wellenleiterwege 63B um ΔL gegeneinander versetzt, so dass sie die Wellenleiter 62₁ , 62₂ , 62₃ , 62₄ , ... nicht schneiden. Folglich ist die Änderung des äquivalenten Brechungsindex, der während der Ausbreitung des Lichts gespürt wird, abgeschwächt. Diese Konstruktion der zweiten Modifikation ist eine allgemeinere Konstruktion der in 5 dargestellten ersten Ausführungsform oder der in 8 dargestellten ersten Modifikation.
10 zeigt einen Teil eines Übergangsbereichs als Referenz. In dem Übergangsbereich, der bei 61C angegeben ist, werden bei dieser dritten Modifikation, anders als bei der vorhergehenden Ausführungsform und Modifikationen die Layout-Intervalle L₁, L₂, L₃, ..., L_n (L_n ist nicht dargestellt) in Richtung vom ersten Plattenwellenleiter 55, wie in 5 oder 8 dargestellt ist, fort allmählich länger. Drei in der Figur dargestellte Intervalle L₁, L₂ und L₃ stehen in einer solchen Betragsrelation, wie durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellt ist: L1 < L2 < L3 (1)
Demgemäß sind die Layout-Intervalle L₁, L₂, L₃, ..., L_n der Wellenleiterwege 63C mit der Trennung vom ersten Plattenwellenleiter 55 länger gemacht. Dies liegt daran, dass in den optischen Signalen, die aus den Wellenleitern 62₁ , 62₂ , 62₃ , 62₄ , ..., 62_n herauslecken, der Betrag der aufgenommenen optischen Signale kleiner wird, wenn der Abstand von dem ersten Plattenwellenleiter 55 größer wird. Dieser Grund besteht darin, dass die Breite der Wellenleiterwege 61A so festgelegt ist, dass sie mit der Trennung von dem ersten Plattenwellenleiter 55 kleiner wird. Bei dieser dritten Modifikation sind selbst die zwischen den gleichen Wellenleitern angeordneten Wellenleiterwege 63C in ihren Intervallen L₁, L₂, L₃, ..., L_n verschieden. Daher kann wirksamer verhindert werden, dass die Reflexion einer spezifischen Frequenz verstärkt wird.
In den vorstehend beschriebenen Konstruktionen haben die Intervalle der Wellenleiterwege eine bestimmte Regelmäßigkeit. Selbst bei solchen Wellenleiterwegintervallen, die keine Regelmäßigkeit aufweisen, sondern sich lediglich zufällig ändern, können jedoch die gleichen Wirkungen wie die vorstehend erwähnten erhalten werden. 11 zeigt einen Teil eines Übergangsbereichs als Referenz. In dem bei 61D angegebenen Übergangsbereich sind gemäß dieser vierten Modifikation die Wellenleiterwege 63D in zufälligen Intervallen L₁, L₂, L₃, ... angeordnet. L1 ≠ L2, L2 ≠ L3, L1 ≠ L3 (2)
Bei diesem Layout kann in Längsrichtung der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , 62₃ , 62₄ , ... die Wellenlänge, bei der die Reflexion auftritt, zufällig geändert werden, wodurch es möglich ist, das Auftreten einer periodischen Reflexion optischer Signale zu verhindern und daher eine Akkumulation der Reflexion optischer Signale mit einer spezifischen Wellenlänge zu verringern.
12 zeigt einen Teil eines Übergangsbereichs bei einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform. In dem Übergangsbereich, der bei 61E angegeben ist, sind bei dieser dritten Modifikation die Wellenleiterwege 63E, die zueinander benachbarte Wellenleiter 62₁ und 62₂ , 62₂ und 62₃ , 62₃ und 62₄ verbinden, jeweils unter einem vorbestimmten Winkel geneigt. Daher sind die Wellenleiterwege 63E an verschiedenen Positionen in Längsrichtung der Wellenleiter 62₁ , 62₂ , 62₃ , 62₄ , ... verbunden. Dadurch sind Brechungsindex-Änderungspunkte an verschiedenen Positionen vorhanden. Beispielsweise führt ein Wellenleiterweg 63E_x , der die Wellenleiter 62₂ und 62₃ verbindet, zu Brechungsindex-Änderungspunkten 85 und 86, die an verschiedenen Positionen liegen.
Daher wird eine periodische Änderung des Brechungsindex zwischen Wellenleitern verringert, wodurch die Verstärkung der Reflexion optischer Signale mit einer spezifischen Wellenlänge weiter verringert werden kann. Bei dieser dritten Modifikation ergibt sich auch ein Vorteil, dass von dem Wellenleiterweg 63E_x aufgenommenes leckendes Licht leicht zum Wellenleiter 62₂ gesendet wird, der sich auf der Seite befindet, auf der der Wellenleiterweg in Lichtausbreitungsrichtung geneigt ist. Weil bei dieser dritten Modifikation überdies der Wellenleiterweg 63E_x nicht senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung ist, wird die Wirkung erhalten, dass hier reflektiertes Licht kaum in den Plattenwellenleiter zurückkehrt.
13 zeigt einen Teil eines Übergangsbereichs bei einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform. In dem bei 61F angegebenen Übergangsbereich sind bei dieser vierten Modifikation erste Wellenleiterwege 63F in einer Richtung breiter. In der gleichen Figur haben erste Wellenleiterwege 63F₁ und zweite Wellenleiterwege 63F₂ zueinander entgegengesetzte Formen. Demgemäß kann die Form von Wellenleiterwegen frei gewählt werden, solange die gewählte Form nicht jeden Wellenleiter schneidet.
14 ist eine vergrößerte Draufsicht von Verbindungen zwischen einem ersten Plattenwellenleiter und Array-Wellenleitern bei einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform. Bei dieser fünften Modifikation sind ebenso wie bei der in 5 dargestellten ersten Ausführungsform benachbarte Wellenleiterwege so angeordnet, dass ihre Achsen beispielsweise um etwa L/2 Zyklen gegeneinander versetzt sind. Der Betrag der Variation in der Breite der Wellenleiterwege 63 ist jedoch noch größer. Daher gibt es in der Nähe des ersten Plattenwellenleiters 55 einen Bereich, in dem ein Wellenleiterweg breiter ist und einen daran angrenzenden Wellenleiterweg überlappt. Insbesondere überlappen ein Wellenleiterweg 63G_1R und ein Wellenleiterweg 63G_1L , der daran angrenzt, einander in einem Bereich 64A, der mit einem Wellenleiter 62₂ verbunden ist. Ebenso gibt es zwischen daran angrenzenden Wellenleiterwegen 63G_1L und 63G_2R einen Überlappungsbereich 64B in Bezug auf den Wellenleiter 62₂ . Demgemäß sind Überlappungsbereiche in Bezug auf den Wellenleiter 62₂ bis zu einem Wellenleiterweg 63G_3L vorhanden. Wellenleiterwege, die dem Wellenleiterweg 63G_3L folgen, überlappen einander nicht, weil sie eine geringere Breite aufweisen.
Demgemäß können benachbarte Wellenleiterwege einen Überlappungsbereich aufweisen, insofern ihre Mittelachsen gegeneinander verschoben sind. Folglich wird die Entwurfsfreiheit größer. Wie in 14 dargestellt ist, wird es möglich, den Änderungsbetrag der Breite des Führungswegs in Bezug auf den Abstand von dem Plattenwellenleiter weiter zu vergrößern. Die Dichte des leckenden Lichts ist in der Nähe des Plattenwellenleiters hoch. In der Nähe des Plattenwellenleiters kann leckendes Licht daher wirksam aufgenommen werden, indem die Breite der Wellenleiterwege vergrößert wird. An Positionen, die fern von dem Plattenwellenleiter sind, ist die Dichte des leckenden Lichts gering, und die Breite des Wellenleiterwegs kann daher, wie in 14 dargestellt ist, kleiner gemacht werden, um ein Überlappen benachbarter Wellenleiterwege zu verhindern. Hierdurch ist es möglich, das Lecken von Licht von den Wellenleitern 62 zu den Wellenleiterwegen 63G_nR und 63G_nL (n ist eine ganze Zahl von beispielsweise 4 oder größer) zu verhindern.
15 zeigt den Aufbau eines Strahlteilers als Referenz. Dieser Strahlteiler, der bei 101 angegeben ist, weist einen einzigen Eingangswellenleiter 102 und einen ersten und einen zweiten Ausgangswellenleiter 103, 104 zum Verzweigen des durch den Eingangswellenleiter 102 laufenden Lichts in zwei Richtungen auf. Wellenleiterwege 105 bis 110 zum Aufnehmen von Licht, das aus dem ersten Ausgangswellenleiter 103 oder dem zweiten Ausgangswellenleiter 104 bei der Verzweigung leckt, sind an Positionen bereitgestellt, die verhältnismäßig dicht beim Verzweigungspunkt des ersten und des zweiten Ausgangswellenleiters 103, 104 liegen. Die Anzahl und die Breite der Wellenleiterwege 105 bis 110 und ihr Abstand vom Verzweigungspunkt gleichen jenen gemäß der ersten Ausführungsform. Die Größe des ersten und des zweiten Ausgangswellenleiters 103, 104 gleicht auch jener gemäß der ersten Ausführungsform.
Im Strahlteiler 101 schneiden die Wellenleiterwege 105–110 wie bei der ersten Ausführungsform die Ausgangswellenleiter 103 und 104 nicht. Daher ist es möglich, eine abrupte Änderung des äquivalenten Brechungsindex zu verhindern und die Reflexion eines optischen Signals mit einer spezifischen Wellenlänge zu verringern.
16 zeigt den Aufbau eines anderen Strahlteilers als Referenz. In dem bei 101A angegebenen Strahlteiler sind die Wellenleiterwege 105A bis 110A im Wesentlichen senkrecht mit den Ausgangswellenleitern 103 oder 104 verbunden. Die Wellenleiterwege 105A und 106A sind gekrümmt und stellen Verbindungen zwischen den Ausgangswellenleitern 103 und 104 bereit.
17 zeigt den Aufbau eines weiteren Strahlteilers als Referenz. Der bei 111 angegebene Strahlteiler weist einen einzigen Eingangswellenleiter 112, ein Strahldiffusionssegment 113 in der Art eines Plattenwellenleiters zum Diffundieren von dem Eingangswellenleiter 112 eingegebenen Lichts, mehrere Wellenleiter 114₁ , 114₂ , ..., 114₁₀ , die auf einer Ausgangsseite des Strahldiffusionssegments 113 in bestimmten Intervallen radial angeordnet sind, und Wellenleiterwege 115, die jeweils benachbarte der Wellenleiter 114₁ , 114₂ , ..., 114₁₀ verbinden, auf. Weil die Beziehung zwischen den Wellenleitern 114₁ , 114₂ , ..., 114₁₀ und den Wellenleiterwegen 115 jener gemäß der ersten Ausführungsform gleicht, wird hier auf eine konkrete Erklärung davon verzichtet.
Wenngleich in diesem Beispiel die Anzahl der Eingangswellenleiter auf eins gelegt ist, kann sie auch auf N gelegt werden, um einen optischen N × M-Koppler zu bilden.
Wie vorstehend dargelegt wurde, hat die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen.
Wellenleiterwege zum Verbinden von Ausgangswellenleitern sind auf nur einer Seite an den Verbindungspunkten mit den Ausgangswellenleitern angeordnet. Daher ist es, verglichen mit gekreuzten Wellenleitern, möglich, die Änderung des äquivalenten Brechungsindex zu verringern und die Übertragungseigenschaften optischer Signale zu verbessern.
Wenngleich diese Erfindung in Zusammenhang mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass der Erfindungsgegenstand nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist. Dagegen ist vorgesehen, dass der Erfindungsgegenstand alle Alternativen, Modifikationen und gleichwertige Formen einschließt, welche in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche aufgenommen werden können.

Claims

Optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters, welcher aufweist: einen oder mehrere Eingangswellenleiter (52) für die Eingabe optischer Signale, einen ersten Plattenwellenleiter (55), der mit den Eingangswellenleitern gekoppelt ist, um die optischen Signale zu verzweigen, mehrere Array-Wellenleiter (54), die mit einer anderen Seite des ersten Plattenwellenleiters gekoppelt sind, um jedes der optischen Signale mit einer Phasendifferenz zu versehen, einen zweiten Plattenwellenleiter (56), der mit einer anderen Seite der Array-Wellenleiter gekoppelt ist, um die optischen Signale zu verzweigen und auszugeben, mehrere Ausgangswellenleiter (53), die mit einer anderen Seite des zweiten Plattenwellenleiters gekoppelt sind, um die optischen Signale auszugeben, und Wellenleiterwege (63) zum Verbinden benachbarter (62₁ , 62₁₀ ) der Array-Wellenleiter (54), wobei die Wellenleiterwege (63) in der Nähe von einem oder beiden von dem ersten und dem zweiten Plattenwellenleiter angeordnet sind, wobei die Wellenleiterwege (63) angrenzend an jeden der Array-Wellenleiter in voneinander verschiedenen Abständen von dem ersten oder dem zweiten Plattenwellenleiter angeordnet sind, wobei die Wellenleiterwege (63) die Array-Wellenleiter (54) in gleichen Intervallen L verbinden, wobei das Intervall L eine Länge zwischen den Mitten der benachbarten Wellenleiterwege (63) in Bezug auf eine Längsrichtung der Array-Wellenleiter (54) ist, und wobei die Wellenleiterwege (63) mit der Trennung von dem ersten oder dem zweiten Plattenwellenleiter schmaler werden.
Optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters nach Anspruch 1, wobei die Wellenleiterwege einen bestimmten der Array-Wellenleiter mit den abwechselnd rechts und links daran angrenzenden Array-Wellenleitern verbinden.
Optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters nach Anspruch 1 oder 2, wobei benachbarte Wellenleiterwege in Längsrichtung der Array-Wellenleiter gegeneinander versetzt sind.
Optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei benachbarte Wellenleiterwege durch ein Intervall L/n (n ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) gegeneinander versetzt sind.
Optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wellenleiterwege benachbarte der Array-Wellenleiter an Positionen verbinden, deren Abstände vom ersten oder vom zweiten Plattenwellenleiter gleich sind.
Optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wellenleiterwege benachbarte der Array-Wellenleiter an Positionen verbinden, deren Abstände vom ersten oder vom zweiten Plattenwellenleiter verschieden sind.
Optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wellenleiterwege in Bezug auf die Array-Wellenleiter geneigt sind.
Optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Breiten von jedem der Wellenleiterwege zwischen den benachbarten Array-Wellenleitern, welche die jeweiligen Wellenleiterwege verbinden, konstant sind.
Optischer Wellenlängenmultiplexer vom Typ eines Array-Wellenleitergitters nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich die Breiten von jedem der Wellenleiterwege zwischen den benachbarten Array-Wellenleitern, welche die jeweiligen Wellenleiterwege verbinden, ändern.