JP2001042271A - アレイ導波路回折格子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電力で応答性よく高精度かつ均一にアレイ
導波路を温度制御することができ、光ファイバ等との接
合部における機械的強度の低下や接着剤の劣化による光
学的ロスの増大を抑えることで接合部の信頼性に優れた
アレイ導波路回折格子を提供する。 【解決手段】 複数の導波路を有する第１の導波路部２
ａ、第１のスラブ導波路部２ｂ、複数のアレイ導波路を
有するアレイ導波路部２ｃ、第２のスラブ導波路部２ｄ
及び複数の導波路を有する第２の導波路部２ｅが基板上
に形成されたアレイ導波路回折格子１。アレイ導波路部
２ｃに温度制御素子３が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アレイ導波路回折
格子に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光導波
路モジュールにおいて光信号の合波や分波に使用される
光導波路基板には、例えば、シリコン基板上に石英から
なる複数のアレイ導波路を蒸着形成したアレイ導波路回
折格子が知られている。このようなアレイ導波路回折格
子は、シリコンと石英という２種類の材料の線膨張率の
差から、温度が変化するとアレイ導波路の歪み量が内部
的に変化する。この内部歪みは、アレイ導波路回折格子
における波長特性を大きな影響を及ぼす。例えば、アレ
イ導波路回折格子の温度が１℃変化すると、この温度変
化によって複数のアレイ導波路の光路長が変化し、分波
される光信号の波長が0.０１ｎｍシフトする。また、ア
レイ導波路は、一般的に断面積が長方形であるが、上記
内部歪みが生じると断面形状が歪んで長方形を維持する
ことができなくなり、偏波依存性ロス(PDL：polarizati
on dependentloss）が生じる。

【０００３】更に、このような光信号の合波や分波を行
う光導波路モジュールにおいて、波長変動の温度依存性
は、外気温が−２０℃から７０℃まで変化した場合でも
0.００３ｎｍ以内に、またPDLロスは0.２ｄＢ以内に、
それぞれ収まることが要求されている。従って、このよ
うな仕様に基づくと、光導波路モジュール内に配置され
るアレイ導波路回折格子は、全体を温度分布が±0.１℃
以内となるように均一に温度制御する必要がある。

【０００４】このとき、温度制御の対象となるアレイ導
波路回折格子は、通常、縦横数ｃｍで、厚さ数ｍｍの熱
伝導率が比較的小さなチップである。このため、アレイ
導波路回折格子は、縦横数１０ｍｍ程度のペルチエ素子
やヒータ等の温度制御素子でアレイ導波路が形成された
面全体を温度制御するには、熱勾配が生じるので、５Ｗ
以下の小さな消費電力で、応答性良く温度分布が±0.１
℃以内で高精度かつ均一に温度制御するには困難であっ
た。

【０００５】また、一方で、アレイ導波路回折格子と光
ファイバや光コネクタ等との接合には、一般に接着剤が
使用されている。このため、光導波路モジュールにおい
ては、例えば、ヒータを用いてアレイ導波路回折格子全
体を７０℃前後に加熱して使用すると、アレイ導波路回
折格子と光ファイバ等との接合部における機械的強度の
低下や接着剤の劣化による光学的ロスの増大が考えられ
る。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、低電力で応答性よく高精度かつ均一にアレイ導波路
を温度制御することができ、光ファイバ等との接合部に
おける機械的強度の低下や接着剤の劣化による光学的ロ
スの増大を抑えることで接合部の信頼性に優れたアレイ
導波路回折格子を提供することを目的とする。

【０００７】

【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、複数の導波路を有する第１の導波路
部、第１のスラブ導波路部、複数のアレイ導波路を有す
るアレイ導波路部、第２のスラブ導波路部及び複数の導
波路を有する第２の導波路部が基板上に形成されたアレ
イ導波路回折格子において、前記アレイ導波路部に温度
制御素子が配置されている構成としたのである。

【０００８】好ましくは、前記基板は、前記複数の導波
路を有する第１の導波路部、前記第１のスラブ導波路
部、前記複数のアレイ導波路を有するアレイ導波路部、
前記第２のスラブ導波路部及び前記複数の導波路を有す
る第２の導波路部のみに存在し、他の部分が削除されて
いる構成とする。また好ましくは、前記温度制御素子を
前記アレイ導波路部に直接配置する。

【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。アレイ導波路回折
格子１は、図１及び図２に示すように、基板２上に入力
導波路部２ａ、第１スラブ導波路部２ｂ、アレイ導波路
部２ｃ、第２スラブ導波路部２ｄ及び出力導波路部２ｅ
がこの順序で形成された合分波器で、アレイ導波路部２
ｃ上に温度制御素子３が直接配置されている。

【００１０】基板２は、シリコン製で、その上に石英系
の導波路である入力導波路部２ａ、第１スラブ導波路部
２ｂ、アレイ導波路部２ｃ、第２スラブ導波路部２ｄ及
び出力導波路部２ｅが形成されている。ここで、入力導
波路部２ａ及び出力導波路部２ｅには、例えば、多重波
長の光を入力あるいは出力する光コネクタや光ファイバ
（共に図示せず）が接続される。

【００１１】入力導波路部２ａは、複数の導波路を有す
る第１の導波路部で、複数の導波路の一端は基板２の左
端面に露出し、他端は第１スラブ導波路部２ｂと光学的
に接続されている。第１スラブ導波路部２ｂは、スラブ
導波路で、入力導波路部２ａからの光を回折により広げ
てアレイ導波路部２ｃに出力する。

【００１２】アレイ導波路部２ｃは、回折によって広が
った入力光をすべて受光できるのに十分な数のチャンネ
ル導波路を有し、複数のチャンネル導波路は、隣り合う
導波路の光路長差が僅かに異なるように形成されてい
る。このとき、前記複数のチャンネル導波路は、第１ス
ラブ導波路２ｂとの接続部ではテーパ状に拡大されて損
失の低減が図られ、図示しない１／２波長板等の位相板
が配置されている。

【００１３】第２スラブ導波路部２ｄは、スラブ導波路
で、アレイ導波路部２ｃ内を伝搬された光を出力導波路
部２ｅに集光する。出力導波路部２ｅは、複数の導波路
を有する第２の導波路部で、複数の導波路の一端は基板
２の右端面に露出し、他端は第２スラブ導波路部２ｄと
光学的に接続されている。ここで、入力導波路部２ａ及
び出力導波路部２ｅは、第１スラブ導波路部２ｂ側及び
第２スラブ導波路部２ｄ側における複数の導波路端がロ
ーランド円上に配置されている。

【００１４】温度制御素子３は、アレイ導波路部２ｃ
を、例えば、５Ｗ以下の小さな消費電力で加熱あるいは
冷却することで、低電力で応答性よく高精度かつ均一な
所定温度に温度制御する。温度制御素子３は、図３に示
すように、本体３ａ上部の裏面に発熱や冷却によってア
レイ導波路部２ｃの温度を制御する制御面３ｂが、制御
面３ｂの略中央には開口３ｃが、それぞれ形成され、２
本の電線３ｄによって制御電力が供給される。ここで、
開口３ｃは、アレイ導波路部２ｃに位相板等を配置する
場合には１／２波長板の逃げを設けるために必要である
が、必ずしも必要なものではない。温度制御素子３とし
ては、例えば、面状のヒータやペルチエ素子等が使用さ
れる。

【００１５】温度制御素子３は、アレイ導波路部２ｃ上
に単に置くだけの上置きにより、または接着剤で接着し
てアレイ導波路部２ｃに配置される。ここで、温度制御
素子３は、アレイ導波路部２ｃに接着によって配置する
ときには、接着硬化時の歪みがアレイ導波路部２ｃの複
数のチャンネル導波路に影響を及ぼさないように、シリ
コン系のような低いガラス転移点を有する接着剤を使用
することが望ましい。

【００１６】以上のように構成されるアレイ導波路回折
格子１は、最も温度管理を必要とするアレイ導波路部２
ｃ上に、図１及び図２に示すように、温度制御素子３が
直接配置されている。従って、アレイ導波路回折格子１
は、アレイ導波路部２ｃにおける熱勾配の発生を抑え、
５Ｗ以下の小さな消費電力で応答性よく高精度かつ均一
にアレイ導波路部２ｃを温度制御することができる。ま
た、アレイ導波路回折格子１は、アレイ導波路部２ｃ上
に温度制御素子３が直接配置されている。このため、ア
レイ導波路回折格子１は、均熱板を用いる従来のアレイ
導波路回折格子に比べて厚さが小さくなって小型化が可
能となり、光導波路モジュールに組み込んで使用する場
合の設計上の自由度が増す。

【００１７】しかも、アレイ導波路回折格子１は、アレ
イ導波路部２ｃのみを温度制御素子３によって選択的に
温度制御する構造である。このため、アレイ導波路回折
格子１は、アレイ導波路部２ｃの温度制御に伴う光ファ
イバ等との接合部となる入力導波路部２ａや出力導波路
部２ｅが形成された基板２両側部への過剰な熱移動が最
小限に抑えられる。従って、アレイ導波路回折格子１
は、基板２と光ファイバ等との接合部における機械的強
度の低下や接着剤の劣化による光学的ロスの増大を抑え
られるので信頼性が格段に向上する。

【００１８】ここで、本発明のアレイ導波路回折格子
は、最も温度管理を必要とするアレイ導波路部上に温度
制御素子が配置されていることに特徴がある。従って、
本発明のアレイ導波路回折格子は、図４に示すアレイ導
波路回折格子１のように、基板２が入力導波路部２ａ、
第１スラブ導波路部２ｂ、アレイ導波路部２ｃ、第２ス
ラブ導波路部２ｄ及び出力導波路部２ｅのみに存在し、
他の部分の基板２が削除されているように構成しても良
い。図４のように構成すると、アレイ導波路回折格子１
は、基板２の面積が小さくなるので、温度制御素子３に
対する熱的な負荷が減少し、アレイ導波路部２ｃの温度
制御に必要な電力を削減することができる。

【００１９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、低電力で応答
性よく高精度かつ均一にアレイ導波路を温度制御するこ
とができ、光ファイバ等との接合部における機械的強度
の低下や接着剤の劣化による光学的ロスの増大を抑える
ことで接合部の信頼性に優れたアレイ導波路回折格子を
提供することができる。

【００２０】請求項２の発明によれば、温度制御素子に
対する熱的な負荷が減少し、アレイ導波路部２ｃの温度
制御に必要な電力を削減したアレイ導波路回折格子を提
供することができる。請求項３の発明によれば、従来の
アレイ導波路回折格子に比べて厚さが小さくなって小型
化が可能となり、光導波路モジュールに組み込んで使用
する場合の設計上の自由度が増したアレイ導波路回折格
子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアレイ導波路回折格子の平面図であ
る。

【図２】図１のアレイ導波路回折格子の正面図である。

【図３】図１のアレイ導波路回折格子で用いる温度制御
素子の平面図である。

【図４】本発明のアレイ導波路回折格子の変形例を示す
平面図である。

【符号の説明】

１ アレイ導波路回折格子 ２ 基板 ２ａ 入力導波路部（第１の導波路部） ２ｂ 第１スラブ導波路部 ２ｃ アレイ導波路部 ２ｄ 第２スラブ導波路部 ２ｅ 出力導波路部（第２の導波路部） ３ 温度制御素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H047 KA02 KA03 KA12 LA18 NA01 QA04 RA08 2H079 AA06 AA12 BA03 CA07 DA01 DA22 EA02 EA03 EA08 EB27 KA08 KA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の導波路を有する第１の導波路部、
   第１のスラブ導波路部、複数のアレイ導波路を有するア
   レイ導波路部、第２のスラブ導波路部及び複数の導波路
   を有する第２の導波路部が基板上に形成されたアレイ導
   波路回折格子において、前記アレイ導波路部に温度制御
   素子が配置されていることを特徴とするアレイ導波路回
   折格子。
2. 【請求項２】 前記基板は、前記複数の導波路を有する
   第１の導波路部、前記第１のスラブ導波路部、前記複数
   のアレイ導波路を有するアレイ導波路部、前記第２のス
   ラブ導波路部及び前記複数の導波路を有する第２の導波
   路部のみに存在し、他の部分が削除されている、請求項
   １のアレイ導波路回折格子。
3. 【請求項３】 前記温度制御素子が、前記アレイ導波路
   部に直接配置されている、請求項１のアレイ導波路回折
   格子。