JP2000131540A - 光合分波器 - Google Patents
光合分波器Info
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- JP2000131540A JP2000131540A JP10300684A JP30068498A JP2000131540A JP 2000131540 A JP2000131540 A JP 2000131540A JP 10300684 A JP10300684 A JP 10300684A JP 30068498 A JP30068498 A JP 30068498A JP 2000131540 A JP2000131540 A JP 2000131540A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
- G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
- G02B6/12016—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the input or output waveguides, e.g. tapered waveguide ends, coupled together pairs of output waveguides
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アレイ導波路回折格子を用いても適正に中心
波長のずれを補正して波長多重光を合波あるいは分波す
ることが可能で、歩留まりよく安価に作製することがで
きる光合分波器を提供する。 【解決手段】 複数の第1の導波路3、第1のスラブ導
波路4、複数の導波路を有するアレイ導波路回折格子
5、第2のスラブ導波路6及び複数の第2の導波路7を
備え、各導波路が記載順に接続形成された光合分波器
1。第1のスラブ導波路4との接続部における複数の第
1の導波路3の間隔と、第2のスラブ導波路6との接続
部における複数の第2の導波路7の間隔との比が、第1
のスラブ導波路4の焦点距離と、第2のスラブ導波路6
の焦点距離との比と異なる。
波長のずれを補正して波長多重光を合波あるいは分波す
ることが可能で、歩留まりよく安価に作製することがで
きる光合分波器を提供する。 【解決手段】 複数の第1の導波路3、第1のスラブ導
波路4、複数の導波路を有するアレイ導波路回折格子
5、第2のスラブ導波路6及び複数の第2の導波路7を
備え、各導波路が記載順に接続形成された光合分波器
1。第1のスラブ導波路4との接続部における複数の第
1の導波路3の間隔と、第2のスラブ導波路6との接続
部における複数の第2の導波路7の間隔との比が、第1
のスラブ導波路4の焦点距離と、第2のスラブ導波路6
の焦点距離との比と異なる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アレイ導波路回折
格子を用いた光合分波器に関する。
格子を用いた光合分波器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光通信においては、伝送容量を飛
躍的に増大させる手段として、光周波数多重通信の研究
開発が盛んに行われている。光通信において伝送容量を
飛躍的に増大させるには、波長間隔が可能な限り小さい
多数の波長成分を有する光を合分波することができる光
デバイスが必要で、その1つの手段としてアレイ導波路
回折格子を用いた光合分波器が知られている(例えば、
特開平9−49936号公報等)。
躍的に増大させる手段として、光周波数多重通信の研究
開発が盛んに行われている。光通信において伝送容量を
飛躍的に増大させるには、波長間隔が可能な限り小さい
多数の波長成分を有する光を合分波することができる光
デバイスが必要で、その1つの手段としてアレイ導波路
回折格子を用いた光合分波器が知られている(例えば、
特開平9−49936号公報等)。
【0003】この光合分波器は、複数の入力導波路、入
力側スラブ導波路、複数の導波路を有するアレイ導波路
回折格子、出力側スラブ導波路及び複数の出力導波路を
当該順に接続したものである。そして、この光合分波器
は、例えば、入力導波路の特定の1つの導波路に入射さ
せた波長多重光(中心波長λ1〜λ8,波長間隔Δλ)を
入力側スラブ導波路→複数の導波路を有するアレイ導波
路回折格子→出力側スラブ導波路と伝送して中心波長λ
1〜λ8のそれぞれの光に分波し、複数の出力導波路の対
応する個々の導波路へと出力する。
力側スラブ導波路、複数の導波路を有するアレイ導波路
回折格子、出力側スラブ導波路及び複数の出力導波路を
当該順に接続したものである。そして、この光合分波器
は、例えば、入力導波路の特定の1つの導波路に入射さ
せた波長多重光(中心波長λ1〜λ8,波長間隔Δλ)を
入力側スラブ導波路→複数の導波路を有するアレイ導波
路回折格子→出力側スラブ導波路と伝送して中心波長λ
1〜λ8のそれぞれの光に分波し、複数の出力導波路の対
応する個々の導波路へと出力する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、アレイ導波
路回折格子は、導波路の加工に際し、作製される導波路
の幅,高さ,屈折率がばらつき、出力側スラブ導波路で
分波される光の中心波長が設計値からずれ易い。このと
き、光の中心波長の設計値からの前記ずれが、アレイ導
波路回折格子が異なっても予め設計した所定の中心波長
であれば、設計時に対応することによって補正可能で、
問題とはならない。しかし、前記中心波長のずれが、予
め設計した所定の中心波長と異なる場合には、補正する
ことができない。しかも、このような前記中心波長のず
れは、アレイ導波路回折格子ごとに異なるのが普通であ
る。
路回折格子は、導波路の加工に際し、作製される導波路
の幅,高さ,屈折率がばらつき、出力側スラブ導波路で
分波される光の中心波長が設計値からずれ易い。このと
き、光の中心波長の設計値からの前記ずれが、アレイ導
波路回折格子が異なっても予め設計した所定の中心波長
であれば、設計時に対応することによって補正可能で、
問題とはならない。しかし、前記中心波長のずれが、予
め設計した所定の中心波長と異なる場合には、補正する
ことができない。しかも、このような前記中心波長のず
れは、アレイ導波路回折格子ごとに異なるのが普通であ
る。
【0005】このため、アレイ導波路回折格子を用いた
光合分波器においては、作製後における中心波長のずれ
を予め見積もることが困難で、これが光合分波器の作製
歩留まりを著しく低下させる原因となっていた。本発明
は上記の点に鑑みてなされたもので、アレイ導波路回折
格子を用いても適正に中心波長のずれを補正して波長多
重光を合波あるいは分波することが可能で、歩留まりよ
く安価に作製することができる光合分波器を提供するこ
とを目的とする。
光合分波器においては、作製後における中心波長のずれ
を予め見積もることが困難で、これが光合分波器の作製
歩留まりを著しく低下させる原因となっていた。本発明
は上記の点に鑑みてなされたもので、アレイ導波路回折
格子を用いても適正に中心波長のずれを補正して波長多
重光を合波あるいは分波することが可能で、歩留まりよ
く安価に作製することができる光合分波器を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明においては上記目
的を達成するため、複数の第1の導波路、第1のスラブ
導波路、複数の導波路を有するアレイ導波路回折格子、
第2のスラブ導波路及び複数の第2の導波路を備え、前
記各導波路が前記の順に接続形成された光合分波器にお
いて、前記第1のスラブ導波路との接続部における前記
複数の第1の導波路の間隔と、前記第2のスラブ導波路
との接続部における前記複数の第2の導波路の間隔との
比が、前記第1のスラブ導波路の焦点距離と、前記第2
のスラブ導波路の焦点距離との比と異なるように構成し
たのである。
的を達成するため、複数の第1の導波路、第1のスラブ
導波路、複数の導波路を有するアレイ導波路回折格子、
第2のスラブ導波路及び複数の第2の導波路を備え、前
記各導波路が前記の順に接続形成された光合分波器にお
いて、前記第1のスラブ導波路との接続部における前記
複数の第1の導波路の間隔と、前記第2のスラブ導波路
との接続部における前記複数の第2の導波路の間隔との
比が、前記第1のスラブ導波路の焦点距離と、前記第2
のスラブ導波路の焦点距離との比と異なるように構成し
たのである。
【0007】好ましくは、前記第1のスラブ導波路との
接続部における前記複数の第1の導波路の間隔と、前記
第2のスラブ導波路との接続部における前記複数の第2
の導波路の間隔とが等しく、前記第1のスラブ導波路の
焦点距離と、前記第2のスラブ導波路の焦点距離とが異
なるように構成する。また好ましくは、前記第1のスラ
ブ導波路との接続部における前記複数の第1の導波路の
間隔と、前記第2のスラブ導波路との接続部における前
記複数の第2の導波路の間隔とが異なり、前記第1のス
ラブ導波路の焦点距離と、前記第2のスラブ導波路の焦
点距離とが等しくなるように構成する。
接続部における前記複数の第1の導波路の間隔と、前記
第2のスラブ導波路との接続部における前記複数の第2
の導波路の間隔とが等しく、前記第1のスラブ導波路の
焦点距離と、前記第2のスラブ導波路の焦点距離とが異
なるように構成する。また好ましくは、前記第1のスラ
ブ導波路との接続部における前記複数の第1の導波路の
間隔と、前記第2のスラブ導波路との接続部における前
記複数の第2の導波路の間隔とが異なり、前記第1のス
ラブ導波路の焦点距離と、前記第2のスラブ導波路の焦
点距離とが等しくなるように構成する。
【0008】ここで、本明細書で使用する中心波長と
は、波長多重光から分波された光における中心波長をい
う。
は、波長多重光から分波された光における中心波長をい
う。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
乃至図4に基づいて詳細に説明する。光合分波器1は、
シリコン,ガラス等の基板2の上に石英系ガラス導波路
からなる複数の入力導波路3、入力側スラブ導波路4、
アレイ導波路回折格子5、出力側スラブ導波路6及び複
数の出力導波路7が当該順に接続形成されている。
乃至図4に基づいて詳細に説明する。光合分波器1は、
シリコン,ガラス等の基板2の上に石英系ガラス導波路
からなる複数の入力導波路3、入力側スラブ導波路4、
アレイ導波路回折格子5、出力側スラブ導波路6及び複
数の出力導波路7が当該順に接続形成されている。
【0010】複数の入力導波路3は、一端がシリコン基
板2の端面に露出し、他端は入力側スラブ導波路4と、
図2(a)に示すように、導波路相互の間に間隔ΔX1
をおいて接続されている。このとき、複数の入力導波路
3は、いずれか1つに光ファイバ等の光導波路を介して
分波すべき波長多重光が入射される。入力側スラブ導波
路4は、F1の焦点距離を有する凹面型のスラブ導波路
で、特定の入力導波路3から入射した波長多重光を回折
させてアレイ導波路回折格子5へと出射する。
板2の端面に露出し、他端は入力側スラブ導波路4と、
図2(a)に示すように、導波路相互の間に間隔ΔX1
をおいて接続されている。このとき、複数の入力導波路
3は、いずれか1つに光ファイバ等の光導波路を介して
分波すべき波長多重光が入射される。入力側スラブ導波
路4は、F1の焦点距離を有する凹面型のスラブ導波路
で、特定の入力導波路3から入射した波長多重光を回折
させてアレイ導波路回折格子5へと出射する。
【0011】アレイ導波路回折格子5は、複数の導波路
を有し、隣り合う導波路間の長さの差ΔL(=光路長差)
を利用した回折格子で、入力側スラブ導波路4における
回折で広がった入射光をすべて受光するのに十分な数の
複数のチャンネル導波路を有している。アレイ導波路回
折格子5は、入力側スラブ導波路4側と出力側スラブ導
波路6側との両端における複数の導波路の間隔が等しく
設定されている。ここで、アレイ導波路回折格子5を構
成する複数の導波路は、接続損失を低減するため、入力
側スラブ導波路4や出力側スラブ導波路6との接続部を
テーパ状に拡大している。
を有し、隣り合う導波路間の長さの差ΔL(=光路長差)
を利用した回折格子で、入力側スラブ導波路4における
回折で広がった入射光をすべて受光するのに十分な数の
複数のチャンネル導波路を有している。アレイ導波路回
折格子5は、入力側スラブ導波路4側と出力側スラブ導
波路6側との両端における複数の導波路の間隔が等しく
設定されている。ここで、アレイ導波路回折格子5を構
成する複数の導波路は、接続損失を低減するため、入力
側スラブ導波路4や出力側スラブ導波路6との接続部を
テーパ状に拡大している。
【0012】出力側スラブ導波路6は、F2の焦点距離
を有する凹面型のスラブ導波路で、アレイ導波路回折格
子5を伝搬した波長多重光を複数の出力導波路7に集光
させる。このとき、波長多重光は、アレイ導波路回折格
子5における角分散によって複数の出力導波路7への集
光位置が波長毎に異なり、波長毎に別々の出力導波路7
へ出射される。
を有する凹面型のスラブ導波路で、アレイ導波路回折格
子5を伝搬した波長多重光を複数の出力導波路7に集光
させる。このとき、波長多重光は、アレイ導波路回折格
子5における角分散によって複数の出力導波路7への集
光位置が波長毎に異なり、波長毎に別々の出力導波路7
へ出射される。
【0013】複数の出力導波路7は、一端がシリコン基
板2の端面に露出し、他端は出力側スラブ導波路6と、
図2(b)に示すように、導波路相互の間に間隔ΔX2
をおいて接続されている。このとき、複数の入力導波路
3及び複数の出力導波路7は、入力側スラブ導波路4及
び出力側スラブ導波路6との接続部がローランド円上に
配置される。ここで、ローランド円とは、オウ面格子の
中央に立てた垂線を直径とし、その長さがオウ面の曲率
半径に等しく、しかも格子の刻線に垂直な面内にある円
をいう(共立出版株式会社発行「化学大辞典9」参
照)。
板2の端面に露出し、他端は出力側スラブ導波路6と、
図2(b)に示すように、導波路相互の間に間隔ΔX2
をおいて接続されている。このとき、複数の入力導波路
3及び複数の出力導波路7は、入力側スラブ導波路4及
び出力側スラブ導波路6との接続部がローランド円上に
配置される。ここで、ローランド円とは、オウ面格子の
中央に立てた垂線を直径とし、その長さがオウ面の曲率
半径に等しく、しかも格子の刻線に垂直な面内にある円
をいう(共立出版株式会社発行「化学大辞典9」参
照)。
【0014】光合分波器1は、以上のように構成され、
入力側スラブ導波路4との接続部における複数の入力導
波路3の間隔ΔX1と、出力側スラブ導波路6との接続
部における複数の出力導波路7の間隔ΔX2との比が、
入力側スラブ導波路4の焦点距離F1と、出力側スラブ
導波路6の焦点距離F2との比と異なることを特徴とす
る。
入力側スラブ導波路4との接続部における複数の入力導
波路3の間隔ΔX1と、出力側スラブ導波路6との接続
部における複数の出力導波路7の間隔ΔX2との比が、
入力側スラブ導波路4の焦点距離F1と、出力側スラブ
導波路6の焦点距離F2との比と異なることを特徴とす
る。
【0015】即ち、光合分波器1は、入力側スラブ導波
路4との接続部における複数の入力導波路3の間隔ΔX
1と、出力側スラブ導波路6との接続部における複数の
出力導波路7の間隔ΔX2とが等しく、入力側スラブ導
波路4の焦点距離F1と、出力側スラブ導波路6の焦点
距離F2とが異なるように構成する。また、光合分波器
1は、入力側スラブ導波路4との接続部における複数の
入力導波路3の間隔ΔX1と、出力側スラブ導波路6と
の接続部における複数の出力導波路7の間隔ΔX2とが
異なり、入力側スラブ導波路4の焦点距離F1と、出力
側スラブ導波路6の焦点距離F2とが等しくなるように
構成する。
路4との接続部における複数の入力導波路3の間隔ΔX
1と、出力側スラブ導波路6との接続部における複数の
出力導波路7の間隔ΔX2とが等しく、入力側スラブ導
波路4の焦点距離F1と、出力側スラブ導波路6の焦点
距離F2とが異なるように構成する。また、光合分波器
1は、入力側スラブ導波路4との接続部における複数の
入力導波路3の間隔ΔX1と、出力側スラブ導波路6と
の接続部における複数の出力導波路7の間隔ΔX2とが
異なり、入力側スラブ導波路4の焦点距離F1と、出力
側スラブ導波路6の焦点距離F2とが等しくなるように
構成する。
【0016】上記のように構成される光合分波器1は、
図5に示す凹面回折格子10を用いて以下のように作動
原理を説明することができる。先ず、凹面回折格子10
は、ピッチdで格子が形成され、曲率半径をRとする。
そして、凹面回折格子10の表面に回折格子10の中心
Oで接するローランド円11(半径=R/2)を考え
る。このとき、図5において、点Fは凹面回折格子10
の焦点である。
図5に示す凹面回折格子10を用いて以下のように作動
原理を説明することができる。先ず、凹面回折格子10
は、ピッチdで格子が形成され、曲率半径をRとする。
そして、凹面回折格子10の表面に回折格子10の中心
Oで接するローランド円11(半径=R/2)を考え
る。このとき、図5において、点Fは凹面回折格子10
の焦点である。
【0017】ローランド円11上の任意の位置に入力ス
リット12を置き、入力スリット12から光を入射させ
ると、この入射光は凹面回折格子10で次の回折方程式
を満たす角度に回折され、ローランド円11上の点に集
光する。 nRd(sinθi+sinθo)=mλ……………(式1) ここで、θiは入射角、θoは出射角、nRはローランド
円11内の媒体13の屈折率、mは回折次数、λは波
長、dは回折格子のピッチである。
リット12を置き、入力スリット12から光を入射させ
ると、この入射光は凹面回折格子10で次の回折方程式
を満たす角度に回折され、ローランド円11上の点に集
光する。 nRd(sinθi+sinθo)=mλ……………(式1) ここで、θiは入射角、θoは出射角、nRはローランド
円11内の媒体13の屈折率、mは回折次数、λは波
長、dは回折格子のピッチである。
【0018】従って、前記集光位置に出力スリット14
を形成すれば、特定波長λ、特定次数mの回折光だけを
出力することができる。ここで、光合分波器1は、前記
のように複数の入力導波路3及び複数の出力導波路7
は、入力側スラブ導波路4及び出力側スラブ導波路6と
の接続部がローランド円上に配置されている。
を形成すれば、特定波長λ、特定次数mの回折光だけを
出力することができる。ここで、光合分波器1は、前記
のように複数の入力導波路3及び複数の出力導波路7
は、入力側スラブ導波路4及び出力側スラブ導波路6と
の接続部がローランド円上に配置されている。
【0019】従って、光合分波器1は、複数の入力導波
路3,入力側スラブ導波路4,入力側スラブ導波路4と
アレイ導波路回折格子5との接続部が、凹面回折格子1
0のそれぞれ入力スリット12,媒体13,格子面と対
応することになる。同様に、複数の出力導波路7,出力
側スラブ導波路6,アレイ導波路回折格子5と出力側ス
ラブ導波路6との接続部が、凹面回折格子10のそれぞ
れ出力スリット14,媒体13,格子面と対応する。ま
た、入力側スラブ導波路4及び出力側スラブ導波路6の
焦点距離F1,F2は、凹面回折格子10の焦点距離と対
応する。
路3,入力側スラブ導波路4,入力側スラブ導波路4と
アレイ導波路回折格子5との接続部が、凹面回折格子1
0のそれぞれ入力スリット12,媒体13,格子面と対
応することになる。同様に、複数の出力導波路7,出力
側スラブ導波路6,アレイ導波路回折格子5と出力側ス
ラブ導波路6との接続部が、凹面回折格子10のそれぞ
れ出力スリット14,媒体13,格子面と対応する。ま
た、入力側スラブ導波路4及び出力側スラブ導波路6の
焦点距離F1,F2は、凹面回折格子10の焦点距離と対
応する。
【0020】ところで、光合分波器1は、アレイ導波路
回折格子5が複数のチャンネル導波路を有し、これら複
数のチャンネル導波路はN番目と(N+1)番目の導波路
(Nは自然数)の光路長差ΔLが一定に設定されている。
このため、アレイ導波路回折格子5は、入力側スラブ導
波路4との接続部から出力側スラブ導波路6との接続部
に至る全長を波長多重光が伝搬することで、凹面回折格
子10と同一の回折作用をする。
回折格子5が複数のチャンネル導波路を有し、これら複
数のチャンネル導波路はN番目と(N+1)番目の導波路
(Nは自然数)の光路長差ΔLが一定に設定されている。
このため、アレイ導波路回折格子5は、入力側スラブ導
波路4との接続部から出力側スラブ導波路6との接続部
に至る全長を波長多重光が伝搬することで、凹面回折格
子10と同一の回折作用をする。
【0021】従って、光合分波器1は、図1において、
例えば、入力導波路3の4番目の導波路3dに入射した
波長多重光(中心波長λ1〜λ8,波長間隔Δλ)を、入
力側スラブ導波路4→アレイ導波路回折格子5→出力側
スラブ導波路6と伝送し、中心波長λ1〜λ8のそれぞれ
の光を分波して複数の出力導波路7へと出力する。この
とき、中心波長λ1の光は導波路7aに、中心波長λ2の
光は導波路7bに、…………、中心波長λ8の光は導波
路7hに、それぞれ出力する。
例えば、入力導波路3の4番目の導波路3dに入射した
波長多重光(中心波長λ1〜λ8,波長間隔Δλ)を、入
力側スラブ導波路4→アレイ導波路回折格子5→出力側
スラブ導波路6と伝送し、中心波長λ1〜λ8のそれぞれ
の光を分波して複数の出力導波路7へと出力する。この
とき、中心波長λ1の光は導波路7aに、中心波長λ2の
光は導波路7bに、…………、中心波長λ8の光は導波
路7hに、それぞれ出力する。
【0022】このとき、本発明の光合分波器1において
は、入力側スラブ導波路4との接続部における複数の入
力導波路3の間隔ΔX1と、出力側スラブ導波路6との
接続部における複数の出力導波路7の間隔ΔX2との比
が、入力側スラブ導波路4の焦点距離F1と、出力側ス
ラブ導波路6の焦点距離F2との比と異なることを特徴
とする。
は、入力側スラブ導波路4との接続部における複数の入
力導波路3の間隔ΔX1と、出力側スラブ導波路6との
接続部における複数の出力導波路7の間隔ΔX2との比
が、入力側スラブ導波路4の焦点距離F1と、出力側ス
ラブ導波路6の焦点距離F2との比と異なることを特徴
とする。
【0023】このとき、光合分波器1は、2種類のロー
ランド円に基づいて、以下のように中心波長のずれを補
正して波長多重光を合波あるいは分波する機能を説明す
ることができる。先ず、複数の入力導波路3及び複数の
出力導波路7は、入力側スラブ導波路4及び出力側スラ
ブ導波路6との接続部が、図3に示す模式図において、
ローランド円21上に配置されている場合を考える。
ランド円に基づいて、以下のように中心波長のずれを補
正して波長多重光を合波あるいは分波する機能を説明す
ることができる。先ず、複数の入力導波路3及び複数の
出力導波路7は、入力側スラブ導波路4及び出力側スラ
ブ導波路6との接続部が、図3に示す模式図において、
ローランド円21上に配置されている場合を考える。
【0024】凹面回折格子20のローランド円21に関
し、円21上の点B1から波長λ、回折次数mの光を入
射させ、この入射光が凹面回折格子20で回折されて円
21上の他の点Cに集光するとき(この場合をケース1
とする)、回折方程式は前記式1の左辺にアレイ導波路
回折格子5で生じる位相差ncΔLを加えた次式で示さ
れる。 nRd(sinθi+sinθo)+ncΔL=mλ………………(式2)
し、円21上の点B1から波長λ、回折次数mの光を入
射させ、この入射光が凹面回折格子20で回折されて円
21上の他の点Cに集光するとき(この場合をケース1
とする)、回折方程式は前記式1の左辺にアレイ導波路
回折格子5で生じる位相差ncΔLを加えた次式で示さ
れる。 nRd(sinθi+sinθo)+ncΔL=mλ………………(式2)
【0025】ここで、ncはアレイ導波路回折格子5の
実効屈折率、ΔLはアレイ導波路回折格子5の隣り合う
導波路間の光路長差である。また、点B1からnΔX2
(nは整数)だけ離れたローランド円21上の点B2から
波長λB2、回折次数mの光を入射させ、この入射光が凹
面回折格子20で回折されて点Cに集光するとき(この
場合をケース2とする)、入射角をθB2とすると、上記
と同様にして、回折方程式は次式で示される。 nRd(sinθB2+sinθo)+ncΔL=mλB2………………(式3)
実効屈折率、ΔLはアレイ導波路回折格子5の隣り合う
導波路間の光路長差である。また、点B1からnΔX2
(nは整数)だけ離れたローランド円21上の点B2から
波長λB2、回折次数mの光を入射させ、この入射光が凹
面回折格子20で回折されて点Cに集光するとき(この
場合をケース2とする)、入射角をθB2とすると、上記
と同様にして、回折方程式は次式で示される。 nRd(sinθB2+sinθo)+ncΔL=mλB2………………(式3)
【0026】従って、式2及び式3より次の式4が得ら
れる。 λB2−λ=nRd/m(sinθB2−sinθi)……………………(式4) 次に、図3において、複数の入力導波路3と入力側スラ
ブ導波路4との接続部が凹面回折格子25のローランド
円26上に、複数の出力導波路7と出力側スラブ導波路
6との接続部が、ローランド円21上に配置されている
場合を考える。
れる。 λB2−λ=nRd/m(sinθB2−sinθi)……………………(式4) 次に、図3において、複数の入力導波路3と入力側スラ
ブ導波路4との接続部が凹面回折格子25のローランド
円26上に、複数の出力導波路7と出力側スラブ導波路
6との接続部が、ローランド円21上に配置されている
場合を考える。
【0027】ここで、凹面回折格子20,25は共通の
中点Oを有し、ローランド円26上の点A1は、OB1の
延長上にある。このとき、ローランド円26上の点A1
から波長λ、回折次数mの光を入射させ、この入射光が
凹面回折格子25で回折されて点Cに集光するとき(こ
の場合をケース3とする)、ケース3はケース1と入射
角、出射角共に同じであるから、回折方程式は前記式2
と同一に表現される。 nRd(sinθi+sinθo)+ncΔL=mλ………………(式5)
中点Oを有し、ローランド円26上の点A1は、OB1の
延長上にある。このとき、ローランド円26上の点A1
から波長λ、回折次数mの光を入射させ、この入射光が
凹面回折格子25で回折されて点Cに集光するとき(こ
の場合をケース3とする)、ケース3はケース1と入射
角、出射角共に同じであるから、回折方程式は前記式2
と同一に表現される。 nRd(sinθi+sinθo)+ncΔL=mλ………………(式5)
【0028】また、点A1からnΔX1(nは整数)だけ離
れたローランド円26上の点A2から波長λA2、回折次
数mの光を入射させ、この入射光が点Cに集光するとき
(この場合をケース4とする)、入射角をθA2とする
と、上記と同様にして、回折方程式は次式で示される。 nRd(sinθA2+sinθo)+ncΔL=mλA2……………(式6)
れたローランド円26上の点A2から波長λA2、回折次
数mの光を入射させ、この入射光が点Cに集光するとき
(この場合をケース4とする)、入射角をθA2とする
と、上記と同様にして、回折方程式は次式で示される。 nRd(sinθA2+sinθo)+ncΔL=mλA2……………(式6)
【0029】従って、式5及び式6より次の式7が得ら
れる。 λA2−λ=nRd/m(sinθA2−sinθi)…………………(式7) このとき、θは十分に小さいのでsinθ≒θとし、λA2
−λ=ΔλA、λB2−λ=ΔλB、θA2−θi=ΔθA、θ
B2−θi=ΔθBとすると、式4及び式7は以下のように
書き換えられる。 ΔλB=(nRd/m)・ΔθB………………(式8) ΔλA=(nRd/m)・ΔθA………………(式9)
れる。 λA2−λ=nRd/m(sinθA2−sinθi)…………………(式7) このとき、θは十分に小さいのでsinθ≒θとし、λA2
−λ=ΔλA、λB2−λ=ΔλB、θA2−θi=ΔθA、θ
B2−θi=ΔθBとすると、式4及び式7は以下のように
書き換えられる。 ΔλB=(nRd/m)・ΔθB………………(式8) ΔλA=(nRd/m)・ΔθA………………(式9)
【0030】ところで、入力側スラブ導波路4は焦点距
離がF1、出力側スラブ導波路6は焦点距離がF2である
から、図3より、次式が導かれる。 nΔX2≒F2ΔθB…………………………(式10) nΔX1≒F1ΔθA…………………………(式11) 従って、式10,式11を式8,式9にそれぞれ代入し
て得た式に基づいて、ΔλAとΔλBとの比を求めこれを
整理することにより、次式が得られる。 ΔλA=(ΔX1/ΔX2)(F2/F1)ΔλB………………(式12)
離がF1、出力側スラブ導波路6は焦点距離がF2である
から、図3より、次式が導かれる。 nΔX2≒F2ΔθB…………………………(式10) nΔX1≒F1ΔθA…………………………(式11) 従って、式10,式11を式8,式9にそれぞれ代入し
て得た式に基づいて、ΔλAとΔλBとの比を求めこれを
整理することにより、次式が得られる。 ΔλA=(ΔX1/ΔX2)(F2/F1)ΔλB………………(式12)
【0031】この式12を元に、入力側スラブ導波路4
の焦点距離F1、出力側スラブ導波路6の焦点距離F2、
ΔX1,ΔX2の関係について検討する。先ず、次に示す
式13が成立する場合、 F1:F2=ΔX1:ΔX2………………(式13) ΔλA=ΔλB……………………………(式14) となる。
の焦点距離F1、出力側スラブ導波路6の焦点距離F2、
ΔX1,ΔX2の関係について検討する。先ず、次に示す
式13が成立する場合、 F1:F2=ΔX1:ΔX2………………(式13) ΔλA=ΔλB……………………………(式14) となる。
【0032】即ち、式14は、複数の入力導波路3から
ローランド円21に入射する光の位置に関し、入力導波
路3をn本、即ち、nΔX2ずらしたときの出力導波路
7での中心波長のずれ量と、ローランド円26に入射さ
せる光の位置に関し、入力導波路3をn本、即ち、nΔ
X1ずらしたときの出力導波路7での中心波長のずれ量
とが同じであることを示している。
ローランド円21に入射する光の位置に関し、入力導波
路3をn本、即ち、nΔX2ずらしたときの出力導波路
7での中心波長のずれ量と、ローランド円26に入射さ
せる光の位置に関し、入力導波路3をn本、即ち、nΔ
X1ずらしたときの出力導波路7での中心波長のずれ量
とが同じであることを示している。
【0033】従って、式13の関係を満たす限り、入力
導波路3をn本ずらしたときの出力導波路7での中心波
長ずれ量は、アレイ導波路回折格子を用いた従来の光合
分波器と同じである。一方、次の式15が成立する場合
には、 F1:F2≠ΔX1:ΔX2………………(式15) ΔλA≠ΔλB……………………………(式16) となる。
導波路3をn本ずらしたときの出力導波路7での中心波
長ずれ量は、アレイ導波路回折格子を用いた従来の光合
分波器と同じである。一方、次の式15が成立する場合
には、 F1:F2≠ΔX1:ΔX2………………(式15) ΔλA≠ΔλB……………………………(式16) となる。
【0034】即ち、式16は、複数の入力導波路3から
ローランド円21に入射する光の位置に関し、入力導波
路3をn本ずらしたとき(nΔX2ずらしたとき)の出
力導波路7での中心波長のずれ量と、ローランド円26
に入射させる光の位置に関し、入力導波路3をn本ずら
したとき(nΔX1ずらしたとき)の出力導波路7での
中心波長のずれ量とが異なることを示している。
ローランド円21に入射する光の位置に関し、入力導波
路3をn本ずらしたとき(nΔX2ずらしたとき)の出
力導波路7での中心波長のずれ量と、ローランド円26
に入射させる光の位置に関し、入力導波路3をn本ずら
したとき(nΔX1ずらしたとき)の出力導波路7での
中心波長のずれ量とが異なることを示している。
【0035】従って、ローランド円26上の入力導波路
3をn本ずらしたときのローランド円21上の出力導波
路7における中心波長のずれ量は、アレイ導波路回折格
子を用した従来の光合分波器と異なり、式12から明ら
かなように、(ΔX1/ΔX2)(F2/F1)倍ずれること
になる。以上から、本発明の光合分波器1は、入力側ス
ラブ導波路4の焦点距離F1、出力側スラブ導波路6の
焦点距離F2、ΔX1,ΔX2を適切に設定すれば、作製
中に生じた中心波長のずれの度合いに応じて、複数の入
力導波路3のうち、波長多重光を入射させる入力導波路
3の位置をずらすことにより、目的とする中心波長の光
を複数の出力導波路7中の特定の出力導波路7に集光さ
せることができ、作製段階で生じた中心波長のばらつき
を補正することができる。
3をn本ずらしたときのローランド円21上の出力導波
路7における中心波長のずれ量は、アレイ導波路回折格
子を用した従来の光合分波器と異なり、式12から明ら
かなように、(ΔX1/ΔX2)(F2/F1)倍ずれること
になる。以上から、本発明の光合分波器1は、入力側ス
ラブ導波路4の焦点距離F1、出力側スラブ導波路6の
焦点距離F2、ΔX1,ΔX2を適切に設定すれば、作製
中に生じた中心波長のずれの度合いに応じて、複数の入
力導波路3のうち、波長多重光を入射させる入力導波路
3の位置をずらすことにより、目的とする中心波長の光
を複数の出力導波路7中の特定の出力導波路7に集光さ
せることができ、作製段階で生じた中心波長のばらつき
を補正することができる。
【0036】ここで、光合分波器1は、複数の出力導波
路7側から個々の波長の光を入射させ、出力側スラブ導
波路6→アレイ導波路回折格子5→入力側スラブ導波路
4を伝搬させることによって波長多重光に合波させて複
数の入力導波路3の特定の導波路に出射させることもで
きる。
路7側から個々の波長の光を入射させ、出力側スラブ導
波路6→アレイ導波路回折格子5→入力側スラブ導波路
4を伝搬させることによって波長多重光に合波させて複
数の入力導波路3の特定の導波路に出射させることもで
きる。
【0037】実施例1 図1に示す光合分波器1において、入力側スラブ導波路
4との接続部における複数の入力導波路3の間隔ΔX1
と、出力側スラブ導波路6との接続部における複数の出
力導波路7の間隔ΔX2とを20μmに設定し(ΔX1
=ΔX2=20μm)、入力側スラブ導波路4の焦点距
離F1=10032μm、出力側スラブ導波路6の焦点
距離F2=8778μm(F1:F2=8:7)に設定
し、動作波長域1.55μm帯で、波長間隔100GHz(=
約0.8nm)の下に、作動特性を以下のように測定し
た。
4との接続部における複数の入力導波路3の間隔ΔX1
と、出力側スラブ導波路6との接続部における複数の出
力導波路7の間隔ΔX2とを20μmに設定し(ΔX1
=ΔX2=20μm)、入力側スラブ導波路4の焦点距
離F1=10032μm、出力側スラブ導波路6の焦点
距離F2=8778μm(F1:F2=8:7)に設定
し、動作波長域1.55μm帯で、波長間隔100GHz(=
約0.8nm)の下に、作動特性を以下のように測定し
た。
【0038】光合分波器1は、他の設計諸元を、多重チ
ャンネル数Nch=16、線分散=25μm/nm、アレ
イ導波路回折格子5の導波路ピッチ=15μm、導波路
数=100本、光路長差ΔL=65.3μm、回折次数m
=61、FSR(Free SpectralRange)=25nmとした。
ここで、光合分波器1は、F1:F2=8:7としたの
で、式13よりΔX1:ΔX2=8:7であれば、前記従
来の光合分波器と同一の特性を示すことになる。
ャンネル数Nch=16、線分散=25μm/nm、アレ
イ導波路回折格子5の導波路ピッチ=15μm、導波路
数=100本、光路長差ΔL=65.3μm、回折次数m
=61、FSR(Free SpectralRange)=25nmとした。
ここで、光合分波器1は、F1:F2=8:7としたの
で、式13よりΔX1:ΔX2=8:7であれば、前記従
来の光合分波器と同一の特性を示すことになる。
【0039】しかし、光合分波器1は、ΔX1=ΔX2
としたので、前記従来の光合分波器とは特性が異なる。
そこで、光合分波器1において、波長多重光を入射する
入力導波路3を4番目の導波路3dから5番目の導波路
3eに1つずらしたとき、特定の出力導波路7dに出射
される光の波長特性を測定した。その結果を図4示す。
としたので、前記従来の光合分波器とは特性が異なる。
そこで、光合分波器1において、波長多重光を入射する
入力導波路3を4番目の導波路3dから5番目の導波路
3eに1つずらしたとき、特定の出力導波路7dに出射
される光の波長特性を測定した。その結果を図4示す。
【0040】図4において、点線は、波長多重光を4番
目の導波路3dに入射させたとき、出力導波路7dで測
定された出射光の波長特性、実線は、波長多重光を5番
目の導波路3eに入射させたとき、出力導波路7dで測
定された出射光の波長特性である。図4から明らかなよ
うに、光合分波器1は、入力導波路3を1つずらすこと
で、出力導波路7へ出射される光の中心波長が、前記し
た従来の光合分波器では0.8nmであるのに対し、0.7
nm長波長側へずれたことが分かる。
目の導波路3dに入射させたとき、出力導波路7dで測
定された出射光の波長特性、実線は、波長多重光を5番
目の導波路3eに入射させたとき、出力導波路7dで測
定された出射光の波長特性である。図4から明らかなよ
うに、光合分波器1は、入力導波路3を1つずらすこと
で、出力導波路7へ出射される光の中心波長が、前記し
た従来の光合分波器では0.8nmであるのに対し、0.7
nm長波長側へずれたことが分かる。
【0041】この結果は、使用した波長多重光の波長間
隔0.8nmに対し、式12より計算される1×7/8×
0.8=0.7nmと一致した。このことから、本実施例の
光合分波器1は、波長補正が可能であることが確認され
た。ここで、本実施例の光合分波器1は、入力導波路3
における導波路を変更することで中心波長のずれを補正
した。しかし、光合分波器1は、出力導波路における導
波路を同様に変更することで、中心波長のずれを補正す
ることもできる。
隔0.8nmに対し、式12より計算される1×7/8×
0.8=0.7nmと一致した。このことから、本実施例の
光合分波器1は、波長補正が可能であることが確認され
た。ここで、本実施例の光合分波器1は、入力導波路3
における導波路を変更することで中心波長のずれを補正
した。しかし、光合分波器1は、出力導波路における導
波路を同様に変更することで、中心波長のずれを補正す
ることもできる。
【0042】また、光合分波器1は、アレイ導波路回折
格子5において、入力側スラブ導波路4側と出力側スラ
ブ導波路6側との両端における複数の導波路の間隔を等
しく設定したが異ならせてもよいことは言うまでもな
い。更に、入力導波路3や出力導波路7の導波路の数
は、使用する波長多重光の数とは関係なく、設計に応じ
て適宜変更することができる。
格子5において、入力側スラブ導波路4側と出力側スラ
ブ導波路6側との両端における複数の導波路の間隔を等
しく設定したが異ならせてもよいことは言うまでもな
い。更に、入力導波路3や出力導波路7の導波路の数
は、使用する波長多重光の数とは関係なく、設計に応じ
て適宜変更することができる。
【0043】実施例2 図1に示す光合分波器1において、入力側スラブ導波路
4との接続部における複数の入力導波路3の間隔ΔX1
と、出力側スラブ導波路6との接続部における複数の出
力導波路7の間隔ΔX2とを、それぞれΔX1=15μ
m,ΔX2=20μm(ΔX1:ΔX2=3:4)とし、
入力側スラブ導波路4の焦点距離F1と、出力側スラブ
導波路6の焦点距離F2とを等しく設定し、他の設計諸
元を実施例1と同じに設定した。
4との接続部における複数の入力導波路3の間隔ΔX1
と、出力側スラブ導波路6との接続部における複数の出
力導波路7の間隔ΔX2とを、それぞれΔX1=15μ
m,ΔX2=20μm(ΔX1:ΔX2=3:4)とし、
入力側スラブ導波路4の焦点距離F1と、出力側スラブ
導波路6の焦点距離F2とを等しく設定し、他の設計諸
元を実施例1と同じに設定した。
【0044】このとき、本実施例の光合分波器1におい
て、波長多重光を入射する入力導波路3を4番目の導波
路3dから5番目の導波路3eに1つずらすと、出力導
波路7へ出射される光の中心波長のずれ量は、前記従来
の光合分波器において入力導波路を1つずらしたときの
出力導波路での中心波長のずれ量に対し、式12より3
/4となる。
て、波長多重光を入射する入力導波路3を4番目の導波
路3dから5番目の導波路3eに1つずらすと、出力導
波路7へ出射される光の中心波長のずれ量は、前記従来
の光合分波器において入力導波路を1つずらしたときの
出力導波路での中心波長のずれ量に対し、式12より3
/4となる。
【0045】そこで、本実施例の光合分波器1におい
て、入力導波路3を1つずらしたときの特定の1つの出
力導波路7における中心波長のずれを測定したところ、
0.61nmであった。この結果は、使用した波長多重光
の波長間隔0.8nmの式12に基づく3/4の値である
0.6nmとほぼ一致した。このことから、本実施例の光
合分波器1においても、波長補正が可能であることが確
認された。
て、入力導波路3を1つずらしたときの特定の1つの出
力導波路7における中心波長のずれを測定したところ、
0.61nmであった。この結果は、使用した波長多重光
の波長間隔0.8nmの式12に基づく3/4の値である
0.6nmとほぼ一致した。このことから、本実施例の光
合分波器1においても、波長補正が可能であることが確
認された。
【0046】
【発明の効果】本発明によれば、アレイ導波路回折格子
を用いても適正に中心波長のずれを補正して波長多重光
を合波あるいは分波することが可能な光合分波器を歩留
まりよく安価に提供することができる。
を用いても適正に中心波長のずれを補正して波長多重光
を合波あるいは分波することが可能な光合分波器を歩留
まりよく安価に提供することができる。
【図1】本発明の光合分波器の平面図である。
【図2】複数の入力導波路の入力側スラブ導波路側にお
ける間隔ΔX1(a)と、複数の出力導波路の出力側ス
ラブ導波路側における間隔ΔX2(b)とを示す拡大平
面図である。
ける間隔ΔX1(a)と、複数の出力導波路の出力側ス
ラブ導波路側における間隔ΔX2(b)とを示す拡大平
面図である。
【図3】図1の光合分波器の機能を説明する模式図であ
る。
る。
【図4】図1の光合分波器において、波長多重光を入射
させる入力導波路を1つずらしたときに特定の出力導波
路で測定された出射光の波長特性図である。
させる入力導波路を1つずらしたときに特定の出力導波
路で測定された出射光の波長特性図である。
【図5】図1の光合分波器の作動原理を凹面回折格子を
用いて説明する模式図である。
用いて説明する模式図である。
1 光合分波器 2 基板 3 複数の入力導波路(複数の第1の導波
路) 4 入力側スラブ導波路(第1のスラブ導波
路) 5 アレイ導波路回折格子 6 出力側スラブ導波路(第2のスラブ導波
路) 7 複数の出力導波路(複数の第2の導波
路) 10 凹面回折格子 11 ローランド円 12 入力スリット 13 媒体 14 出力スリット 20,25 凹面回折格子 21,26 ローランド円 θi 入射角 θo 出射角
路) 4 入力側スラブ導波路(第1のスラブ導波
路) 5 アレイ導波路回折格子 6 出力側スラブ導波路(第2のスラブ導波
路) 7 複数の出力導波路(複数の第2の導波
路) 10 凹面回折格子 11 ローランド円 12 入力スリット 13 媒体 14 出力スリット 20,25 凹面回折格子 21,26 ローランド円 θi 入射角 θo 出射角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 完二 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA03 KA12 KA13 LA01 LA19 QA04 TA42
Claims (3)
- 【請求項1】 複数の第1の導波路、第1のスラブ導波
路、複数の導波路を有するアレイ導波路回折格子、第2
のスラブ導波路及び複数の第2の導波路を備え、前記各
導波路が前記の順に接続形成された光合分波器におい
て、 前記第1のスラブ導波路との接続部における前記複数の
第1の導波路の間隔と、前記第2のスラブ導波路との接
続部における前記複数の第2の導波路の間隔との比が、 前記第1のスラブ導波路の焦点距離と、前記第2のスラ
ブ導波路の焦点距離との比と異なることを特徴とする光
合分波器。 - 【請求項2】 前記第1のスラブ導波路との接続部にお
ける前記複数の第1の導波路の間隔と、前記第2のスラ
ブ導波路との接続部における前記複数の第2の導波路の
間隔とが等しく、 前記第1のスラブ導波路の焦点距離と、前記第2のスラ
ブ導波路の焦点距離とが異なる、請求項1の光合分波
器。 - 【請求項3】 前記第1のスラブ導波路との接続部にお
ける前記複数の第1の導波路の間隔と、前記第2のスラ
ブ導波路との接続部における前記複数の第2の導波路の
間隔とが異なり、 前記第1のスラブ導波路の焦点距離と、前記第2のスラ
ブ導波路の焦点距離とが等しい、請求項1の光合分波
器。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10300684A JP2000131540A (ja) | 1998-10-22 | 1998-10-22 | 光合分波器 |
EP99947957A EP1045264A4 (en) | 1998-10-22 | 1999-10-19 | OPTICAL MULTIPLEXER / DEMULTIPLEXER |
US09/582,084 US6393170B1 (en) | 1998-10-22 | 1999-10-19 | Optical multiplexer/demultiplexer |
PCT/JP1999/005749 WO2000023837A1 (fr) | 1998-10-22 | 1999-10-19 | Multiplexeur/demultiplexeur optique |
Applications Claiming Priority (1)
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