JP2001124944A - Optical multiplexing/demultiplexing circuit - Google Patents

Optical multiplexing/demultiplexing circuit

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JP2001124944A
JP2001124944A JP30309099A JP30309099A JP2001124944A JP 2001124944 A JP2001124944 A JP 2001124944A JP 30309099 A JP30309099 A JP 30309099A JP 30309099 A JP30309099 A JP 30309099A JP 2001124944 A JP2001124944 A JP 2001124944A
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JP
Japan
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waveguide
refractive index
demultiplexing circuit
circuit
diffraction grating
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JP30309099A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichiro Asano
健一郎 浅野
Hideyuki Hosoya
英行 細谷
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and accurately manufacture a quartz base array waveguide diffraction grating type optical multiplexing/demultiplexing circuit, and to miniaturize the circuit. SOLUTION: The refractive index of a part of the element waveguides of an array waveguide diffraction grating type optical multiplexing/demultiplexing circuit provided with an array waveguide composed of the plural element waveguides is made higher than remaining parts, and the length of a high refractive index part or the refractive index is made so as to be different in the respective element waveguides. When photorefractive effect is to be used, the high refractive index part can be prepared with satisfactory controllability.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、波長分割多重(Wa
velength Division Multiplexing)光伝送方式において
用いられる光合分波回路に関する。
The present invention relates to a wavelength division multiplexing (Wa)
The present invention relates to an optical multiplexing / demultiplexing circuit used in an optical transmission system.

【0002】[0002]

【従来の技術】波長分割多重光伝送方式においては、1
本の光ファイバに複数の異なる波長の光信号を多重伝送
するため、異なる波長の光を合波したり、また、波長多
重光を分波したりする光合分波回路が重要なデバイスで
ある。
2. Description of the Related Art In a wavelength division multiplexing optical transmission system, 1
In order to multiplex and transmit a plurality of optical signals of different wavelengths to the optical fiber, an optical multiplexing / demultiplexing circuit that multiplexes light of different wavelengths and demultiplexes wavelength multiplexed light is an important device.

【0003】光合分波回路としては、図6に示す様な基
板型アレイ導波路回折格子型合分波回路が用いられてい
る。この光合分波回路は基板1上に第1の入/出力導波
路2、第1のスラブ導波路3、アレイ導波路回折格子
4、第2のスラブ導波路5および第2の入/出力導波路
6で構成されており、第1の入/出力導波路2のひとつ
へ入射した波長多重光は第1のスラブ導波路3とアレイ
導波路回折格子4と第2のスラブ導波路5を経て第2の
入/出力導波路6から出射する。このとき、出射光は波
長毎に第2の入/出力導波路6の異なる導波路から出射
される。すなわち、分波されることになる。
As an optical multiplexing / demultiplexing circuit, a substrate type arrayed waveguide diffraction grating type multiplexing / demultiplexing circuit as shown in FIG. 6 is used. This optical multiplexing / demultiplexing circuit includes a first input / output waveguide 2, a first slab waveguide 3, an arrayed waveguide diffraction grating 4, a second slab waveguide 5, and a second input / output waveguide on a substrate 1. Wavelength multiplexed light, which is constituted by a waveguide 6 and enters one of the first input / output waveguides 2, passes through a first slab waveguide 3, an arrayed waveguide diffraction grating 4, and a second slab waveguide 5. The light exits from the second input / output waveguide 6. At this time, the emitted light is emitted from different waveguides of the second input / output waveguide 6 for each wavelength. That is, it is split.

【0004】また、第2の入/出力導波路6のそれぞれ
に、異なる波長の光を入射すると前記と逆の経路を経て
第1の入/出力導波路2のひとつから波長多重光が出射
する。つまり、合波することができる。
When light of different wavelengths enters each of the second input / output waveguides 6, wavelength multiplexed light is emitted from one of the first input / output waveguides 2 through a path opposite to the above. . That is, they can be multiplexed.

【0005】さらにこの光回路には対称性があり、第2
の入/出力導波路6のひとつに波長多重光を入れても、
第1の入/出力導波路2の個々の導波路から、独立に波
長の異なる光を取り出すことができる。
Further, this optical circuit has symmetry,
Even if wavelength multiplexed light is put into one of the input / output waveguides 6 of
Light having different wavelengths can be independently extracted from the individual waveguides of the first input / output waveguide 2.

【0006】合分波するときの入力導波路と出力導波路
の組み合わせは、アレイ導波路回折格子4部分での個々
の導波光に位相差を与えて決定できる。具体的には導波
路の長さをかえて位相差を与えている。
The combination of an input waveguide and an output waveguide for multiplexing / demultiplexing can be determined by giving a phase difference to each of the guided lights in the arrayed waveguide diffraction grating 4. Specifically, a phase difference is given by changing the length of the waveguide.

【0007】アレイ導波路回折格子型光合分波回路の機
能について図5(a)、(b)を用いてさらに詳しく説
明する。
The function of the arrayed waveguide grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit will be described in more detail with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b).

【0008】図5(a)はレンズと回折格子を用いた合
分波回路の概略図である。説明のために2波長多重光を
分波する回路を例示する。入射ファイバ7から出射した
2波長多重光8はコリメートレンズ9を経て平行光10
となり回折格子11で波長に応じた回折角で回折され、
回折光12a、12bとなる。回折光12a、12bは
波長毎に異なる角度で集光レンズ13に入射し、その結
果、光は波長によってレンズ13の焦点面14上の異な
る位置14a、14bに集光される。位置14a、14
bに配置した出力導波路15a、15bによって2つの
波長の光を別々に取り出すことができる。
FIG. 5A is a schematic diagram of a multiplexing / demultiplexing circuit using a lens and a diffraction grating. A circuit for splitting two-wavelength multiplexed light will be described for the sake of explanation. The two-wavelength multiplexed light 8 emitted from the incident fiber 7 passes through a collimator lens 9 to form a parallel light 10.
And is diffracted by the diffraction grating 11 at a diffraction angle corresponding to the wavelength,
It becomes the diffracted lights 12a and 12b. The diffracted lights 12a, 12b are incident on the condenser lens 13 at different angles for each wavelength, and as a result, the light is condensed at different positions 14a, 14b on the focal plane 14 of the lens 13 depending on the wavelength. Positions 14a, 14
b, the light of two wavelengths can be separately extracted by the output waveguides 15a and 15b.

【0009】図5(b)はアレイ導波路回折格子型光合
分波回路の概略図である。4波長多重光を分波する回路
を例示した。第1の入/出射導波路2を経て第1のスラ
ブ導波路3内へ出射した波長多重光16は、アレイ導波
路4にほぼ均等に分配される。すなわち、第1のスラブ
導波路3の働きはコリメートレンズ9の働きと同じであ
る。アレイ導波路4はその素導波路4a、4b、4c、
4dの長さが異なっている。このため、アレイ導波路4
a、4b、4c、4dを導波して第2のスラブ導波路5
内に出射する光はスラブ導波路入射端5aでは位相差が
あり、さらに、この位相差は波長によっても違うので、
この位相差と波長に対応して回折される角度は波長毎に
かわることになる。すなわち、アレイ導波路4の働きは
回折格子11の働きと同じである。第2のスラブ導波路
入射端5aで回折した回折光17a、17b、17c、
17dは、第2のスラブ導波路の出射端5bで集光され
るように第2のスラブ導波路端5a、5bの形状が決め
られている。すなわち、第2のスラブ導波路の働きは集
光レンズ13の働きと同じである。
FIG. 5B is a schematic view of an arrayed waveguide diffraction grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit. The circuit for demultiplexing the four-wavelength multiplexed light has been illustrated. The wavelength division multiplexed light 16 emitted into the first slab waveguide 3 via the first input / output waveguide 2 is distributed to the array waveguide 4 almost uniformly. That is, the function of the first slab waveguide 3 is the same as the function of the collimator lens 9. The array waveguide 4 has its elementary waveguides 4a, 4b, 4c,
4d are different in length. Therefore, the array waveguide 4
a, 4b, 4c, and 4d, and the second slab waveguide 5
There is a phase difference at the slab waveguide entrance end 5a, and the phase difference differs depending on the wavelength.
The angle diffracted according to the phase difference and the wavelength changes for each wavelength. That is, the function of the array waveguide 4 is the same as the function of the diffraction grating 11. The diffracted lights 17a, 17b, 17c diffracted at the second slab waveguide incident end 5a,
17d, the shapes of the second slab waveguide ends 5a and 5b are determined so that the light is condensed at the emission end 5b of the second slab waveguide. That is, the function of the second slab waveguide is the same as the function of the condenser lens 13.

【0010】アレイ導波路回折格子部分の機能について
まとめると、第1のスラブ導波路3で波長多重光がアレ
イ導波路4の素導波路に分配され、アレイ導波路を導波
することによって、波長多重光の個々の光に波長に対応
した位相差が与えられる。その結果、第2のスラブ導波
路5で波長ごとに出力位置が異なるため、所望の波長の
出力位置に出力導波路6を配置することによって個別の
波長を取り出すことができるのである。
To summarize the function of the arrayed waveguide diffraction grating portion, the wavelength multiplexed light is distributed to the elementary waveguides of the arrayed waveguide 4 by the first slab waveguide 3 and guided by the arrayed waveguide to obtain a wavelength. A phase difference corresponding to the wavelength is given to each light of the multiplexed light. As a result, since the output position differs for each wavelength in the second slab waveguide 5, individual wavelengths can be extracted by arranging the output waveguide 6 at an output position of a desired wavelength.

【0011】波の回折現象を利用したこの作用は回折格
子と同じ原理に基づくものであり、このような作用をも
つアレイ導波路をアレイ導波路回折格子と呼ぶ。アレイ
導波路の回折機能は導波路の比屈折率と導波路間隔など
の導波パラメータに依存し、隣接する導波路の位相差が
一定となるように設計する。代表的な例としては、コア
の比屈折率差が0.3%の石英系導波路でアレイ導波路
の導波路間隔が25μmの場合、波長間隔0.8nmの
波長多重光を分離するために必要な隣接導波路の導波路
長差は、約30μmである。
This function utilizing the wave diffraction phenomenon is based on the same principle as that of a diffraction grating, and an array waveguide having such a function is called an array waveguide diffraction grating. The diffraction function of the arrayed waveguide depends on waveguide parameters such as the relative refractive index of the waveguide and the waveguide interval, and is designed so that the phase difference between adjacent waveguides is constant. As a typical example, in the case of a silica-based waveguide in which the relative refractive index difference of the core is 0.3% and the waveguide spacing of the arrayed waveguide is 25 μm, wavelength-division multiplexed light having a wavelength spacing of 0.8 nm is separated. The required waveguide length difference between adjacent waveguides is about 30 μm.

【0012】次に、石英系アレイ導波路回折格子型光合
分波回路の製造方法について説明する。まず、シリコン
基板上に火炎加水分解堆積法(FHD法:Flame Hydrol
ysisDeposition)によって石英ガラスの下部クラッドと
なる下部クラッド層を堆積し、続いて屈折率を高めるた
めにゲルマニウムなどをドーパントとして添加した石英
ガラスのコアとなるコア層を堆積して、電気炉で加熱し
て透明ガラス化する。次に、ホトリソグラフ法と反応性
イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)を
用いてコア層をエッチングして、余分なコア部分を除去
して導波回路パターンが得られる。さらに、火炎加水分
解堆積法によって上部クラッド層を堆積して光合分波回
路を得ることができる。
Next, a method of manufacturing a quartz-based arrayed waveguide diffraction grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit will be described. First, a flame hydrolysis deposition method (FHD method: Flame Hydrol
ysisDeposition) to deposit a lower cladding layer that becomes the lower cladding of quartz glass, and then deposit a core layer that becomes the core of quartz glass doped with germanium or the like as a dopant to increase the refractive index, and heat it in an electric furnace. To become transparent glass. Next, the core layer is etched using photolithography and reactive ion etching (RIE) to remove an extra core portion, thereby obtaining a waveguide circuit pattern. Furthermore, an optical multiplexing / demultiplexing circuit can be obtained by depositing the upper cladding layer by the flame hydrolysis deposition method.

【0013】この製造方法の問題は、コア層やクラッド
層の堆積時や電気炉で加熱して透明化の際にドーパント
材料の偏析や密度揺らぎによって屈折率に揺らぎが生じ
たり、フォトマスクのパターン幅の精度やフォトリソグ
ラフと反応性イオンエッチングの再現性などから導波回
路寸法に揺らぎができて設計値どおりに作成することが
難しく、特にアレイ導波路回折格子に所望の特性を持た
せることが困難な点にある。
The problem of this manufacturing method is that the refractive index fluctuates due to the segregation of the dopant material and the fluctuation of the density when the core layer or the clad layer is deposited or when the transparent material is heated in an electric furnace, and the pattern of the photomask is changed. Due to the accuracy of the width and the reproducibility of photolithography and reactive ion etching, the waveguide circuit dimensions fluctuate, making it difficult to fabricate as designed.In particular, it is necessary to provide the arrayed waveguide grating with the desired characteristics. It is in a difficult point.

【0014】また、精度良くできたとしても、屈折率の
温度変化などにより所望の合分波特性を維持することが
難しい。つまり、温度が変化したときにガラスの屈折率
が変化し、アレイ導波路回折格子では設計した位相差が
得られず、結果として目的とする出力導波路から目的の
波長の光を得ることができなくなる。このため、基板型
アレイ導波路回折格子型合分波回路を使用する場合に
は、ヒーターなどの温度制御装置を付加し、合分波特性
の温度依存性を利用して合分波特性の調整を行い、ま
た、温度の安定化によって特性の安定化を図っている。
[0014] Even if it can be performed with high accuracy, it is difficult to maintain desired multiplexing / demultiplexing characteristics due to a change in refractive index with temperature. In other words, when the temperature changes, the refractive index of the glass changes, and the designed phase difference cannot be obtained with the arrayed waveguide diffraction grating. As a result, light of the desired wavelength can be obtained from the desired output waveguide. Disappears. For this reason, when using a substrate-type arrayed waveguide diffraction grating type multiplexing / demultiplexing circuit, a temperature control device such as a heater is added, and the temperature dependence of the multiplexing / demultiplexing characteristics is utilized. And the characteristics are stabilized by stabilizing the temperature.

【0015】ところが、基板型アレイ導波路型合分波回
路は、通常の電子回路が数mmの小片であるのに比べて
数10mm〜数100mmと極めて大きなものであるた
め、この温度を制御するヒーターなどの制御回路は、消
費電力が大きく均一な温度を保持することが難しいの
で、これらを一体としたものは大型になる等の問題があ
った。
However, the substrate-type array waveguide type multiplexing / demultiplexing circuit is very large, several tens of mm to several hundreds of mm, compared to a normal electronic circuit having a small piece of several mm, so that the temperature is controlled. Since a control circuit such as a heater consumes a large amount of power and it is difficult to maintain a uniform temperature, there is a problem that an integrated circuit becomes large in size.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、石英系アレイ導波路回折格子型光合分波回
路を簡便に精度よく製造することと、その回路を小型に
することである。
The problem to be solved by the present invention is to easily and accurately manufacture a quartz-based arrayed waveguide diffraction grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit and to reduce the size of the circuit. .

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、複数の素導波路から成るアレイ導波路を有するアレ
イ導波路回折格子型光合分波回路の素導波路の一部を残
部よりも高屈折率とし、各素導波路において長さまたは
屈折率が異なるようにした。
In order to solve the above-mentioned problems, a part of the elementary waveguide of the arrayed waveguide grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit having an arrayed waveguide composed of a plurality of elementary waveguides is made smaller than the rest. The refractive index was made high, and the length or the refractive index was different in each elementary waveguide.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1は、本発明の光
合分波回路の第1の例で4波長光合分波回路の要部を示
すものである。光導波路はコア部がその周囲をクラッド
で覆われた断面構造であるが、この図では説明の為に光
導波回路の回路パターンを図示している。また、アレイ
導波路22以外の部分は従来技術と同一であるため説明
を省略する。この例でのアレイ導波路22は屈曲導波路
であり、各素導波路22a、22b、22c、22d
は、順次その長さが長くなっており、かつ、その隣接す
る素導波路の長さの差は一定となっている。素導波路2
2a、22b、22c、22dの一部は高屈折率として
あり、長さが同一となっていている。高屈折率部の屈折
率は、アレイ導波路22が回折格子として適正に機能す
るように個々の屈折率が異なっている。この高屈折率部
は、後述するホトリフラクティブ効果によって形成され
ている。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a first example of an optical multiplexing / demultiplexing circuit according to the present invention, showing a main part of a four-wavelength optical multiplexing / demultiplexing circuit. Although the optical waveguide has a cross-sectional structure in which a core portion is covered with a clad, a circuit pattern of the optical waveguide circuit is illustrated in FIG. The other parts than the array waveguide 22 are the same as those in the prior art, and the description is omitted. The arrayed waveguide 22 in this example is a bent waveguide, and each elementary waveguide 22a, 22b, 22c, 22d
Are sequentially longer in length, and the difference in length between adjacent elementary waveguides is constant. Elementary waveguide 2
Some of 2a, 22b, 22c and 22d have a high refractive index and the same length. The refractive indices of the high refractive index portions are different from each other so that the arrayed waveguide 22 functions properly as a diffraction grating. This high refractive index portion is formed by a photorefractive effect described later.

【0019】(実施例2)図2は、本発明の光合分波回
路の第2の例で4波長光合分波回路の要部を示すもので
ある。光導波路はコア部がその周囲をクラッドで覆われ
た断面構造であるが、この図では説明の為に光導波回路
の回路パターンを図示している。また、アレイ導波路2
4以外の部分は従来技術と同一であるため説明を省略す
る。この例でのアレイ導波路24は、直線導波路25と
2つの屈曲導波路26で構成されている。高屈折率部は
直線導波路25の一部として形成されており、その屈折
率は同一である。個々の高屈折率部の長さは、アレイ導
波路24が回折格子として適正に機能するように異なっ
ている。
(Embodiment 2) FIG. 2 shows a main part of a four-wavelength optical multiplexing / demultiplexing circuit according to a second example of the optical multiplexing / demultiplexing circuit of the present invention. Although the optical waveguide has a cross-sectional structure in which a core portion is covered with a clad, a circuit pattern of the optical waveguide circuit is illustrated in FIG. In addition, array waveguide 2
Parts other than 4 are the same as in the prior art, and a description thereof will be omitted. The arrayed waveguide 24 in this example includes a straight waveguide 25 and two bent waveguides 26. The high refractive index portion is formed as a part of the linear waveguide 25, and has the same refractive index. The lengths of the individual high refractive index portions are different so that the arrayed waveguide 24 properly functions as a diffraction grating.

【0020】なお、この実施例では、直線導波路23を
設けその一部を高屈折率としたが、屈曲導波路24だけ
でアレイ導波路を構成し、その一部に高屈折率部を設け
てより小型とすることができる。
In this embodiment, the linear waveguide 23 is provided and a part thereof has a high refractive index. However, an arrayed waveguide is constituted only by the bent waveguide 24, and a high refractive index part is provided in a part thereof. Can be made smaller.

【0021】(実施例3)図3は本発明の光合分波回路
の第3の例の要部を図示したものである。光導波路はコ
ア部がその周囲をクラッドで覆われた断面構造である
が、この図では説明の為に光導波回路の回路パターンを
図示している。また、アレイ導波路以外の部分は従来技
術と同一であるため説明を省略する。アレイ導波路の素
導波路の高屈折率部分が第1の高屈折率導波路29と第
2の高屈折率導波路30で構成されている。第1の高屈
折率部分と第2の高屈折率部分の屈折率は同一で、それ
らの長さの合計はアレイ導波路が回折格子として適正に
動作するように調整されている。
(Embodiment 3) FIG. 3 shows a main part of a third embodiment of the optical multiplexing / demultiplexing circuit according to the present invention. Although the optical waveguide has a cross-sectional structure in which a core portion is covered with a clad, a circuit pattern of the optical waveguide circuit is illustrated in FIG. In addition, portions other than the array waveguide are the same as those in the prior art, and thus description thereof is omitted. The high-refractive-index portion of the elementary waveguide of the arrayed waveguide includes a first high-refractive-index waveguide 29 and a second high-refractive-index waveguide 30. The first high refractive index portion and the second high refractive index portion have the same refractive index, and the sum of their lengths is adjusted so that the arrayed waveguide operates properly as a diffraction grating.

【0022】次に、本発明における高屈折率部の作用に
ついて述べる。一般に、光導波路の長さを光路長と称
し、2つの導波路の長さの差を光路長差と称する。前述
したようにアレイ導波路は、その素導波路中を伝播する
光の位相関係によって回折格子の機能を有することにな
るが、アレイ導波路の回折格子の特性である第2のスラ
ブ導波路5での集光位置の波長依存性dx/dλは、隣
接する素導波路の光路長差ΔLを用いて下記式で表すこ
とができる。
Next, the operation of the high refractive index portion in the present invention will be described. Generally, the length of an optical waveguide is called an optical path length, and the difference between the lengths of two waveguides is called an optical path length difference. As described above, the array waveguide has a function of a diffraction grating depending on the phase relationship of light propagating in the elementary waveguide. However, the second slab waveguide 5 which is a characteristic of the diffraction grating of the array waveguide is used. The wavelength dependence dx / dλ of the light condensing position can be expressed by the following equation using the optical path length difference ΔL between adjacent elementary waveguides.

【0023】[0023]

【数1】 (Equation 1)

【0024】ここで、fはスラブ導波路の焦点距離、n
c は素導波路の実効屈折率、ns はスラブ導波路の実効
屈折率、dは素導波路の中心間隔、λ0 は分波する波長
帯の中心波長である。
Where f is the focal length of the slab waveguide, n
c is the effective refractive index of the elementary waveguide, ns is the effective refractive index of the slab waveguide, d is the center interval of the elementary waveguide, and λ0 is the center wavelength of the wavelength band to be split.

【0025】この式の意味するところは、導波路の屈折
率が一定である場合に、その光路長差ΔLによって回折
格子の特性を表現したものである。本発明では、この光
路長差ΔLを素導波路と高屈折率部によって与えてい
る。すなわち、素導波路を伝播する光の位相差が隣接導
波路において、式1のΔLで与えられる位相差となるよ
うに、素導波路の長さだけでなく、高屈折率部の屈折率
とその長さで与えている。このようにすることで、回折
格子機能を素導波路の長さだけでなく高屈折率部の屈折
率と長さで制御することができる。後述するように、高
屈折率部はホトリフラクティブ効果を利用して作製する
ことができ、FHDとRIEとホトリソグラフ法によっ
て回路を形成した後に、波長特性をモニタしながら作製
できるため、精密に制御性よく回路を構成できる。
This expression means that when the refractive index of the waveguide is constant, the characteristic of the diffraction grating is expressed by the optical path length difference ΔL. In the present invention, this optical path length difference ΔL is given by the elementary waveguide and the high refractive index portion. That is, not only the length of the elemental waveguide but also the refractive index of the high-refractive-index portion so that the phase difference of light propagating through the elementary waveguide becomes the phase difference given by ΔL in Expression 1 in the adjacent waveguide. Give in that length. In this way, the diffraction grating function can be controlled not only by the length of the elementary waveguide but also by the refractive index and length of the high refractive index portion. As will be described later, the high refractive index portion can be manufactured using the photorefractive effect, and can be manufactured while monitoring the wavelength characteristics after forming a circuit by FHD, RIE, and photolithographic methods. A circuit can be configured efficiently.

【0026】ホトリフラクティブ効果は、光を物質に照
射すると物質を構成する原子の結合状態や配列状態が変
化して屈折率が変化することである。本発明の実施例で
は、GeやB等をドープした石英ガラスに紫外線を照射
すると照射部位の石英ガラスの屈折率が上昇する現象を
利用した。この効果は石英中に水素が含有されると顕著
になり、また、経時安定性も高くなることが知られてい
る。このため、石英ガラスを高圧水素雰囲気下に静置
し、石英ガラス中へ水素含浸する処置を施した後に紫外
線照射を行うと効果的にホトリフラクティブ効果を利用
することができる。
The photorefractive effect is that when light is irradiated on a substance, the bonding state and the arrangement state of the atoms constituting the substance change to change the refractive index. In the embodiment of the present invention, a phenomenon is used in which when a quartz glass doped with Ge, B, or the like is irradiated with ultraviolet rays, the refractive index of the quartz glass at the irradiated portion increases. It is known that this effect becomes remarkable when hydrogen is contained in quartz, and that the stability over time is also enhanced. For this reason, if the quartz glass is allowed to stand in a high-pressure hydrogen atmosphere and subjected to a treatment for impregnating the quartz glass with hydrogen, and then subjected to ultraviolet irradiation, the photorefractive effect can be effectively used.

【0027】ホトリフラクティブ効果を利用した屈折率
制御は次のようにおこなう。まず、石英系ガラス導波路
を150気圧の加圧水素雰囲気で10時間保持し、引き
続き図4に示すように、このアレイ導波路回折格子型光
合分波回路18に波長多重光源19を接続して、出力側
には4×1光路切替器20を介して光スペクトラムアナ
ライザ21を接続して波長分波特性を測定し、設計値と
のずれを計測する。分波特性を観測しながら、アレイ導
波路回折格子型光合分波回路18のアレイ導波路の素導
波路部分の一部に紫外線を照射することによって屈折率
を制御し、、目的となる分波特性となった時点で照射を
停止する。紫外線源としては、フッ化クリプトン(Kr
F)レーザー、フッ化キセノン(XeF)や倍振動発振
させたArレーザーなど紫外域で実用的な照射強度をも
つ紫外線源をもちいることができる。また、素導波路の
部分を選択照射するためには、レンズ等を利用して紫外
線を集束して照射する方法などを用いても良いし、透過
窓を有する遮光板(ホトマスク)を介して紫外線を一括
照射し領域選択照射を行ってもよい。収束紫外線を用い
る方法は装置が高価となるが、必要部位だけに照射を行
うため照射時間が短くてすむ。一方、遮光板を用いる方
法は、照射時間はかかるが装置構成が簡便である。光合
分波回路の用途と目的に応じて、照射ではこれらのいず
れか、あるいはこれらの組み合わせが適当に選択される
べきである。
The refractive index control utilizing the photorefractive effect is performed as follows. First, the quartz glass waveguide is held in a pressurized hydrogen atmosphere of 150 atm for 10 hours, and then, as shown in FIG. 4, a wavelength multiplexing light source 19 is connected to the arrayed waveguide diffraction grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit 18. An optical spectrum analyzer 21 is connected to the output side via a 4 × 1 optical path switch 20, and the wavelength demultiplexing characteristics are measured to measure a deviation from a design value. While observing the demultiplexing characteristic, the refractive index is controlled by irradiating a part of the elementary waveguide portion of the arrayed waveguide of the arrayed waveguide diffraction grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit 18 with the refractive index, thereby obtaining the target wavelength. The irradiation is stopped when the wave characteristic is reached. Krypton fluoride (Kr
F) An ultraviolet light source having a practical irradiation intensity in the ultraviolet region, such as a laser, xenon fluoride (XeF) or a double-oscillation Ar laser, can be used. In order to selectively irradiate the portion of the elementary waveguide, a method of focusing and irradiating ultraviolet rays using a lens or the like may be used, or the ultraviolet rays may be irradiated through a light shielding plate (photomask) having a transmission window. May be collectively irradiated to perform region selection irradiation. The method using convergent ultraviolet rays requires an expensive apparatus, but the irradiation time is short because only the necessary parts are irradiated. On the other hand, the method using a light shielding plate requires a long irradiation time, but has a simple apparatus configuration. Depending on the application and purpose of the optical multiplexing / demultiplexing circuit, any one of these or a combination thereof should be appropriately selected for irradiation.

【0028】遮光板の材料としては紫外線を透過しな
い、すなわち吸収や反射する材料ならばよく、吸収材料
としては、Si、Crなどの金属が、また、反射材料と
しては金やアルミニウムや、種々の多層反射膜が利用で
きる。
The light-shielding plate may be made of any material that does not transmit, that is, absorbs or reflects ultraviolet light. Examples of the absorbing material include metals such as Si and Cr, and examples of the reflecting material include gold and aluminum, and various materials. Multilayer reflective films can be used.

【0029】本発明ではホトリフラクティブ効果を高屈
折率部の作製に利用しているが、次に、紫外線照射量と
光の位相関係について説明する。紫外線の照射によって
与えられる光の位相変化は、高屈折率部の素導波路に対
する屈折率変化量と長さの積で定まる。屈折率変化量は
紫外線照射量に相関があるので、言い換えれば、光の位
相差は紫外線照射量と照射部の長さの積で定まる。従っ
て、位相差の精度は紫外線照射量精度と照射部の長さ精
度の積で定まるため、位相変化の精度は屈折率変化領域
(紫外線照射領域)が長いほど高くなり、屈折率変化を
大きくするほど高くすることができる。
In the present invention, the photorefractive effect is used for producing a high refractive index portion. Next, the phase relationship between the amount of irradiation of ultraviolet rays and light will be described. The phase change of the light given by the irradiation of the ultraviolet rays is determined by the product of the length of the change in the refractive index of the high refractive index portion with respect to the elementary waveguide and the length. Since the amount of change in the refractive index has a correlation with the amount of ultraviolet irradiation, in other words, the phase difference of light is determined by the product of the amount of ultraviolet irradiation and the length of the irradiated portion. Therefore, the accuracy of the phase difference is determined by the product of the accuracy of the amount of ultraviolet irradiation and the accuracy of the length of the irradiation part. Can be higher.

【0030】実施例1では、個々の高屈折率部の屈折率
が異なるようにして素導波路の光の位相差を与えてい
る。また、高屈折率であるため、屈曲導波路の回路曲率
を小さくでき、アレイ導波路22を短くすることができ
る。さらに、ホトリフラクティブ効果を利用して屈折率
を制御することで個々の素導波路間の位相差を制御性よ
く調整できる。
In the first embodiment, the phase difference of the light of the elementary waveguide is given by making the refractive indexes of the individual high refractive index portions different. Further, since the refractive index is high, the circuit curvature of the bent waveguide can be reduced, and the array waveguide 22 can be shortened. Furthermore, by controlling the refractive index using the photorefractive effect, the phase difference between individual element waveguides can be adjusted with good controllability.

【0031】実施例2では、照射部位での紫外線照射量
が一定となるようにして高屈折率部の長さによって素導
波路間に位相差を与えているので、高屈折率部で余分に
位相差を与え、かつ、高屈折率部の長さの違いによって
アレイ導波路を小型にすることができる。さらに、ホト
リフラクティブ効果を用いると制御性よく高屈折率部を
作製することができる。また、ホトリフラクティブ効果
と遮光板を併用すると、遮光板によって素導波路間の照
射部の長さの差は一定の値となっていても、照射量が多
いほどこの照射部の長さの差によって与えられる位相差
は大きくなるため、照射量を調整することで回折格子の
特性の微調整が可能である。
In the second embodiment, a phase difference is given between the elementary waveguides by the length of the high refractive index portion so that the amount of ultraviolet irradiation at the irradiated portion is constant, so that the extra high refractive index portion causes The array waveguide can be miniaturized by providing a phase difference and by changing the length of the high refractive index portion. Further, when the photorefractive effect is used, a high refractive index portion can be manufactured with good controllability. In addition, when the photorefractive effect and the light-shielding plate are used together, even if the light-shielding plate has a constant difference in the length of the irradiated portion between the elementary waveguides, the larger the irradiation amount, the larger the difference in the length of the irradiated portion. Since the phase difference given by the diffraction grating becomes large, the characteristics of the diffraction grating can be finely adjusted by adjusting the irradiation amount.

【0032】また、紫外レーザーの一般的なものは出力
安定性が悪く、出力安定性の高いものは設備が高価にな
るという問題がある。前述したように高屈折率部の精度
は紫外線照射量精度と長さ精度の積によって定まるた
め、実施例3では屈折率部の長さを実施例1や実施例2
に比べて長くし、出力安定性に乏しい紫外レーザーでも
制御性よく光合分波回路を製造することができる。
Further, a general ultraviolet laser has poor output stability, and a laser with high output stability has a problem that equipment becomes expensive. As described above, since the accuracy of the high refractive index portion is determined by the product of the ultraviolet radiation dose accuracy and the length accuracy, in the third embodiment, the length of the refractive index portion is set in the first and second embodiments.
An optical multiplexing / demultiplexing circuit can be manufactured with good controllability even with an ultraviolet laser having a poor output stability.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明では複数の素導波路からなるアレ
イ導波路に、その素導波路の一部が残部よりも高屈折率
となる導波路を設けた。この屈折率を精度よく制御する
ことで、目的とする合分波特性が精度よく得られる。ま
た、素導波路を短くすることができて回路の小型化を図
ることができ、温度制御が容易で回路の消費電力が小さ
くて済む光合分波回路を得る事ができる。さらに、高屈
折率部をホトリフラクティブ効果を用いて作成すると、
作製時の屈折率や回路のゆらぎによる特性偏差を回路形
成後に補正することができるので簡便に精度良く製造す
ることができる。
According to the present invention, an arrayed waveguide composed of a plurality of elementary waveguides is provided with a waveguide in which a part of the elementary waveguide has a higher refractive index than the rest. By precisely controlling the refractive index, the desired multiplexing / demultiplexing characteristic can be obtained with high accuracy. Further, the length of the elementary waveguide can be shortened, the circuit can be reduced in size, and an optical multiplexing / demultiplexing circuit can be obtained in which temperature control is easy and power consumption of the circuit is small. Furthermore, if a high refractive index part is created using the photorefractive effect,
Since the characteristic deviation due to the refractive index and the fluctuation of the circuit at the time of fabrication can be corrected after the circuit is formed, it is possible to easily and accurately manufacture the circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の例の要部を示す概略構成図で
ある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a main part of a first example of the present invention.

【図2】 本発明の第2の例の要部を示す概略構成図で
ある。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a main part of a second example of the present invention.

【図3】 本発明の第3の例の要部を示す概略構成図で
ある。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a main part of a third example of the present invention.

【図4】 本発明の製法で使用した波長分波特性の測定
系の構成ブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a measurement system of wavelength demultiplexing characteristics used in the manufacturing method of the present invention.

【図5】 (a)は、従来のレンズと回折格子を用いた
合分波回路の機能を説明するための概略図で(b)は、
従来のアレイ導波路回折格子型光合分波回路の機能を説
明する概略図である。
FIG. 5A is a schematic diagram for explaining the function of a multiplexing / demultiplexing circuit using a conventional lens and a diffraction grating, and FIG.
It is the schematic explaining the function of the conventional array waveguide diffraction grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit.

【図6】 従来のアレイ導波路回折格子型光合分波回路
の概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of a conventional arrayed waveguide diffraction grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 第1のスラブ導波路 5 第2のスラブ導波路 22 アレイ導波路 22a 素導波路 22b 素導波路 22c 素導波路 22d 素導波路 3 1st slab waveguide 5 2nd slab waveguide 22 array waveguide 22a element waveguide 22b element waveguide 22c element waveguide 22d element waveguide

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の素導波路から成るアレイ導波路を有
するアレイ導波路回折格子型光合分波回路において、上
記素導波路にはその一部が残部よりも高屈折率とされた
高屈折率部が形成され、各素導波路において高屈折率部
の長さまたは屈折率が異なることを特徴とする光合分波
回路。
1. An arrayed waveguide grating type optical multiplexing / demultiplexing circuit having an arrayed waveguide composed of a plurality of elementary waveguides, wherein the elemental waveguide has a high refractive index, a part of which has a higher refractive index than the rest. An optical multiplexing / demultiplexing circuit, wherein a refractive index portion is formed, and a length or a refractive index of the high refractive index portion is different in each elementary waveguide.
【請求項2】請求項1の光合分波回路の高屈折率部がホ
トリフラクティブ効果を用いて形成されたものであるこ
とを特徴とする光合分波回路
2. The optical multiplexing / demultiplexing circuit according to claim 1, wherein the high refractive index portion is formed using a photorefractive effect.
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