JP2001215348A

JP2001215348A - アレイ導波路型回折格子

Info

Publication number: JP2001215348A
Application number: JP2000026142A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Nara; 一孝奈良; Kazuhisa Kashiwabara; 一久柏原
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-08-10
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: JP4316088B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光透過中心波長が使用環境温度に依存しない
アレイ導波路型回折格子を提供する。【解決手段】光入力導波路２と、第１のスラブ導波路
３と、互いに異なる長さの複数の並設したアレイ導波路
４と、第２のスラブ導波路５と、複数の並設した光出力
導波路６とを順に接続してなる導波路形成領域１０を基
板１上に形成する。第１のスラブ導波路３を通る光の経
路と交わる切断面８で第１のスラブ導波路３を分離スラ
ブ導波路３ａ，３ｂに切断分離する。切断面８は、前記
光の経路の長手方向中心よりもアレイ導波路４側の位置
において光の経路と交わる面とする。分離スラブ導波路
３ｂを固定し、使用環境温度変化に応じた高熱膨張係数
部材７の膨張収縮を利用して分離スラブ導波路３ａ側を
前記切断面８に沿って矢印Ａ，Ｂ方向にスライド移動さ
せ、アレイ導波路型回折格子の各光透過中心波長の温度
依存変動を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば波長多重光
通信において光合分波器として用いられるアレイ導波路
型回折格子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信においては、その伝送容量
を飛躍的に増加させる方法として、光波長多重通信の研
究開発が盛んに行なわれ、実用化が進みつつある。光波
長多重通信は、例えば互いに異なる波長を有する複数の
光を多重して伝送させるものであり、このような光波長
多重通信のシステムにおいては、伝送される多重光か
ら、光受信側で波長ごとの光を取り出すために、予め定
められた波長の光のみを透過する光透過デバイス等を、
システム内に設けることが不可欠である。

【０００３】光透過デバイスの一例として、図９に示す
ような平板光導波路回路（ＰＬＣ；ＰｌａｎａｒＬｉ
ｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）のアレイ導波路型回
折格子（ＡＷＧ；ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅ
Ｇｒａｔｉｎｇ）がある。アレイ導波路型回折格子
は、シリコンなどの基板１上に、同図に示すような導波
路構成を石英系ガラス等のコアにより形成したものであ
る。

【０００４】アレイ導波路型回折格子の導波路構成は、
１本以上の並設された光入力導波路２の出射側に、第１
のスラブ導波路３が接続され、第１のスラブ導波路３の
出射側には複数の並設されたアレイ導波路４が接続さ
れ、アレイ導波路４の出射側には第２のスラブ導波路５
が接続され、第２のスラブ導波路５の出射側には複数の
並設された光出力導波路６が接続されて形成されてい
る。

【０００５】前記アレイ導波路４は、第１のスラブ導波
路３から導出された光を伝搬するものであり、互いに異
なる長さに形成され、隣り合うアレイ導波路４の長さは
互いにΔＬ異なっている。なお、光入力導波路２や光出
力導波路６は、例えばアレイ導波路型回折格子によって
分波あるいは合波される互いに異なる波長の信号光の数
に対応させて設けられるものであり、アレイ導波路４
は、通常、例えば１００本といったように多数設けられ
るが、同図においては、図の簡略化のために、これらの
光入力導波路２、アレイ導波路４、光出力導波路６の各
々の本数を簡略的に示してある。

【０００６】光入力導波路２には、例えば送信側の光フ
ァイバ（図示せず）が接続されて、波長多重光が導入さ
れるようになっており、光入力導波路２を通って第１の
スラブ導波路３に導入された光は、その回折効果によっ
て広がって各アレイ導波路４に入射し、アレイ導波路４
を伝搬する。

【０００７】このアレイ導波路４を伝搬した光は、第２
のスラブ導波路５に達し、さらに、光出力導波路６に集
光されて出力されるが、全てのアレイ導波路４の長さが
互いに異なることから、アレイ導波路４を伝搬した後に
個々の光の位相にずれが生じ、このずれ量に応じて集束
光の波面が傾き、この傾き角度により集光する位置が決
まる。

【０００８】そのため、波長の異なった光の集光位置は
互いに異なることになり、その位置に光出力導波路６を
形成することによって、波長の異なった光（分波光）を
各波長ごとに異なる光出力導波路６から出力できる。

【０００９】すなわち、アレイ導波路型回折格子は、光
入力導波路２から入力される互いに異なる複数の波長を
もった多重光から１つ以上の波長の光を分波して各光出
力導波路６から出力する光分波機能を有しており、分波
される光の中心波長は、アレイ導波路４の長さの差（Δ
Ｌ）及びアレイ導波路４の実効屈折率ｎ_ｃに比例する。

【００１０】アレイ導波路型回折格子は、上記のような
特性を有するために、アレイ導波路型回折格子を波長多
重伝送用の波長多重分波器として用いることができ、例
えば図１０に示すように、１本の光入力導波路２から波
長λ１，λ２，λ３，・・・λｎ（ｎは２以上の整数）
の波長多重光を入力させると、これらの各波長の光は、
第１のスラブ導波路３で広げられ、アレイ導波路４に到
達し、第２のスラブ導波路５を通って、前記の如く、波
長によって異なる位置に集光され、互いに異なる光出力
導波路６に入射し、それぞれの光出力導波路６を通っ
て、光出力導波路６の出射端から出力される。

【００１１】そして、各光出力導波路６の出射端に光出
力用の光ファイバ（図示せず）を接続することにより、
この光ファイバを介して、前記各波長の光が取り出され
る。なお、各光出力導波路６や前述の光入力導波路２に
光ファイバを接続するときには、例えば光ファイバを１
次元アレイ状に配列固定した光ファイバアレイを用意
し、この光ファイバアレイを光出力導波路６や光入力導
波路２の接続端面側に固定して光ファイバと光出力導波
路６及び光入力導波路２を接続する。

【００１２】上記アレイ導波路型回折格子において、各
光出力導波路６から出力される光の光透過特性（アレイ
導波路型回折格子の透過光強度の波長特性）は、各光透
過中心波長（例えばλ１，λ２，λ３，・・・λｎ）を
中心とし、それぞれの対応する光透過中心波長から波長
がずれるにしたがって光透過率が小さくなる光透過特性
を示す。

【００１３】また、アレイ導波路型回折格子は、光の相
反性（可逆性）の原理を利用しているため、光分波器と
しての機能と共に、光合波器としての機能も有してい
る。すなわち、図９とは逆に、互いに異なる複数の波長
の光をそれぞれの波長ごとにそれぞれの光出力導波路６
から入射させると、これらの光は、上記と逆の伝搬経路
を通り、アレイ導波路４によって合波され、１本の光入
力導波路２から出射される。

【００１４】このようなアレイ導波路型回折格子におい
ては、前記の如く、回折格子の波長分解能が回折格子を
構成するアレイ導波路４の長さの差（ΔＬ）に比例する
ために、ΔＬを大きく設計することにより、従来の回折
格子では実現できなかった波長間隔の狭い波長多重光の
光合分波が可能となり、高密度の光波長多重通信の実現
に必要とされている、複数の信号光の光合分波機能、す
なわち、波長間隔が１ｎｍ以下の複数の光信号を分波ま
たは合波する機能を果たすことができる。

【００１５】上記のようなアレイ導波路型回折格子を作
製するときには、例えば、まず、火炎加水分解堆積法を
用いて、シリコン基板上にアンダークラッド膜、コア膜
を順に形成し、その後、アレイ導波路回折格子の導波路
構成が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフ
ィー、反応性イオンエッチング法を用い、コア膜にアレ
イ導波路回折格子パターンを転写する。その後、再度、
火炎加水分解堆積法を用いてオーバークラッド膜を形成
することにより、アレイ導波路回折格子が作製される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のアレ
イ導波路型回折格子は、元来、石英系ガラス材料を主と
するために、この石英系ガラス材料の温度依存性に起因
してアレイ導波路型回折格子の前記光透過中心波長が温
度に依存してシフトする。この温度依存性は、１つの光
出力導波路６からそれぞれ出力される光の透過中心波長
をλ、前記アレイ導波路４を形成するコアの等価屈折率
をｎ_c、基板（例えばシリコン基板）１の熱膨張係数を
α_s、アレイ導波路型回折格子の温度変化量をＴとした
ときに、（数１）により示されるものである。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、従来の一般的なアレイ導波路型回
折格子において、（数１）から前記光透過中心波長の温
度依存性を求めてみる。従来の一般的なアレイ導波路型
回折格子においては、ｄｎ_ｃ／ｄＴ＝１×１０^−５（℃
^−１）、α_ｓ＝３．０×１０ ^−６（℃^−１）、ｎ_ｃ＝
１．４５１（波長１．５５μｍにおける値）であるか
ら、これらの値を（数１）に代入する。

【００１９】また、波長λは、各光出力導波路６につい
てそれぞれ異なるが、各波長λの温度依存性は等しい。
そして、現在用いられているアレイ導波路型回折格子
は、波長１５５０ｎｍを中心とする波長帯の波長多重光
を分波したり合波したりするために用いられることが多
いので、ここでは、λ＝１５５０ｎｍを（数１）に代入
する。そうすると、従来の一般的なアレイ導波路型回折
格子の前記光透過中心波長の温度依存性は、（数２）に
示す値となる。

【００２０】

【数２】

【００２１】なお、ｄλ／ｄＴの単位は、ｎｍ／℃であ
る。例えばアレイ導波路型回折格子の使用環境温度が２
０℃変化したとすると、各光出力導波路６から出力され
る光透過中心波長は０．３０ｎｍシフトするものであ
り、前記使用環境温度変化が７０℃以上になると、前記
光透過中心波長のシフト量が１ｎｍ以上になってしま
う。

【００２２】アレイ導波路型回折格子は１ｎｍ以下の非
常に狭い間隔で波長を分波または合波できることが特徴
であり、この特長を生かして波長多重光通信用に適用さ
れるものであるため、上記のように、使用環境温度変化
によって光透過中心波長が上記シフト量だけ変化するこ
とは致命的である。

【００２３】そこで、従来から温度により光透過中心波
長が変化しないように、図９に示したように、サーミス
タ３１の検出温度に基づき、アレイ導波路型回折格子の
温度を一定に保つペルチェ素子３０等の温度調節手段を
設けたアレイ導波路型回折格子が提案されているが、上
記温度調節手段を用いてアレイ導波路型回折格子の温度
を一定に保つためには、ペルチェ素子等に例えば１Ｗと
いった通電を常時行なわなければならず、コストがかか
り、しかも、ペルチェ素子やその制御機構を形成する部
品の組立ずれ等に起因して、光透過中心波長シフトを正
確に抑制できないことがあった。

【００２４】そこで、上記課題を解決するために、本発
明者は、図７に示すような構成のアレイ導波路型回折格
子を提案した（特願平１１−２７０２０１号、特願２０
００−０２１５３３に提案されているものであり、未だ
公開になっていない）。

【００２５】同図に示すアレイ導波路回折格子は、基板
１上に石英系ガラスによって形成された導波路形成領域
１０を形成している。導波路形成領域１０には従来例と
同様に、１本の光入力導波路２、第１のスラブ導波路
３、複数のアレイ導波路４、第２のスラブ導波路５、複
数の光出力導波路６が設けられており、前記アレイ導波
路４、光出力導波路６は、それぞれ予め定められた導波
路間隔を介して並設されているが、同図に示すアレイ導
波路回折格子においては、第１のスラブ導波路３が、第
１のスラブ導波路３を通る光の経路と交わる切断面８で
切断分離されている。

【００２６】なお、同図では、切断面８は、図のＸ方向
と成しており、切断面８によって、前記導波路形成領域
１０は、導波路形成領域１０ａと導波路形成領域１０ｂ
とに切断分離されている。

【００２７】図７に示すアレイ導波路回折格子の特徴的
なことは、前記の如く、第１のスラブ導波路３が第１の
スラブ導波路３を通る光の経路と交わる切断面８で分離
スラブ導波路３ａ，３ｂに切断分離されており、この分
離された分離スラブ導波路３ａ側を前記切断面８に沿っ
てスライド移動させることにより前記光透過中心波長を
シフトさせるようにしたことであり、図７のアレイ導波
路型回折格子には、上記スライド移動を行なうスライド
移動機構が設けられている。

【００２８】このスライド移動機構は、アレイ導波路回
折格子の各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方
向に、分離スラブ導波路３ａ側を切断面８に沿ってスラ
イド移動させる機構であり、同図に示す構成において
は、高熱膨張係数部材７、ベース９、係止部材１４を設
けて上記スライド移動機構を構成している。

【００２９】分離スラブ導波路３ｂとアレイ導波路４と
第２のスラブ導波路５と光出力導波路６が形成されてい
る側の導波路形成領域１０ｂおよびその下の基板１は、
石英ガラスやＩｎｖａｒロットなどの低熱膨張率の材料
により形成されたベース９に固定されている。

【００３０】また、分離スラブ導波路３ａと光入力導波
路２が形成されている側の導波路形成領域１０ａおよび
その下の基板１は、前記ベース９に対してスライド移動
自在に設けられている。導波路形成領域１０ａの一端側
は接着剤１３を介して高熱膨張係数部材７に固定されて
おり、他端側は係止部材１４に係止されている。

【００３１】高熱膨張係数部材７は、導波路形成領域１
０ａの上面に沿って設けられた上板部７ａと導波路形成
領域１０ａの側面に沿って設けられた側板部（図示され
ていない）とを有するＬ字形状の部材であり、側板部が
固定部１１でベース９に固定されている。高熱膨張係数
部材７は、例えば熱膨張係数が２．３１×１０^−５（１
／Ｋ）のＡｌ（アルミニウム）により形成されている。

【００３２】前記係止部材１４は、導波路形成領域１０
ａの上面に沿って設けられた上板部１４ａと導波路形成
領域１０ａの側面に沿って設けられた側板部（図示され
ていない）とを有するＬ字形状の部材であり、側板部が
固定部１２でベース９に固定されている。係止部材１４
の上板部の内壁と導波路形成領域１０ａの上面とは当接
しており、導波路形成領域１０ａのスライド移動時に、
導波路形成領域１０ａがベース９に対して上方側（ＸＹ
平面に垂直なＺ軸方向）に変位しないようになってい
る。また、側板部の内壁と導波路形成領域１０ａの側面
とは間隔を介しており、導波路形成領域１０ａのスライ
ド移動が支障なく行なえるようになっている。

【００３３】同図に示すアレイ導波路回折格子におい
て、アレイ導波路回折格子の使用環境温度が変化する
と、高熱膨張部材７が導波路形成領域１０よりも大きく
膨張または収縮するので、ベースに固定されていない側
の導波路形成領域１０ａおよびその基板１が、前記切断
面８に沿って、図の矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向にスラ
イド移動し、それにより、分離スラブ導波路３ａ及び光
入力導波路２がスライド移動する。

【００３４】そして、前記切断面８に沿っての移動は、
アレイ導波路回折格子の各光透過中心波長の温度依存変
動を低減する方向に行われるため、この提案のアレイ導
波路回折格子においては、アレイ導波路回折格子の使用
環境温度変化に伴う各光透過中心波長の温度依存性が補
償される。

【００３５】なお、上記提案は、アレイ導波路型回折格
子の線分散特性に着目して成されたものであり、以下、
上記提案における光透過中心波長の温度依存性補償原理
について、図８に基づいて述べる。

【００３６】アレイ導波路型回折格子において光入力導
波路２から入射された光は、第１のスラブ導波路（入力
側スラブ導波路）３で回折し、アレイ導波路４を励振す
る。なお、前記の如く、隣接するアレイ導波路４の長さ
は互いにΔＬずつ異なっている。そこで、アレイ導波路
４を伝搬した光は、（数３）を満たし、第２のスラブ導
波路（出力側スラブ導波路）５の出力端に集光される。

【００３７】

【数３】

【００３８】（数３）において、ｎ_sは第１のスラブ導
波路３および第２のスラブ導波路５の等価屈折率、ｎ_c
はアレイ導波路４の等価屈折率、φは回折角、ｍは回折
次数、ｄは隣り合うアレイ導波路４同士の間隔であり、
λは、前記の如く、各光出力導波路６から出力される光
の透過中心波長である。

【００３９】ここで、回折角φ=０となるところの光透
過中心波長をλ_０とすると、λ_０は（数４）で表され
る。なお、波長λ_０は、一般に、アレイ導波路型回折格
子の中心波長と呼ばれる。

【００４０】

【数４】

【００４１】ところで、図８において、回折角φ=０と
なるアレイ導波路型回折格子の集光位置を点Ｏとする
と、回折角φ＝φ_pを有する光の集光位置（第２のスラ
ブ導波路５の出力端における位置）は、例えば点Ｐの位
置（点ＯからＸ方向にずれた位置）となる。ここで、Ｏ
−Ｐ間のＸ方向の距離をｘとすると波長λとの間に（数
５）が成立する。

【００４２】

【数５】

【００４３】（数５）において、Ｌ_fは第２のスラブ導
波路５の焦点距離であり、ｎ_gはアレイ導波路４の群屈
折率である。なお、アレイ導波路４の群屈折率ｎ_gは、
アレイ導波路４の等価屈折率ｎ_cにより、（数６）で与
えられる。

【００４４】

【数６】

【００４５】前記（数５）は、第２のスラブ導波路５の
焦点ＯからＸ方向の距離ｄｘ離れた位置に光出力導波路
６の入力端を配置形成することにより、ｄλだけ波長の
異なった光を取り出すことが可能であることを意味す
る。

【００４６】また、（数５）の関係は、第１のスラブ導
波路３に関しても同様に成立する。すなわち、例えば第
１のスラブ導波路３の焦点中心を点Ｏ’とし、この点
Ｏ’からＸ方向に距離ｄｘ’ずれた位置にある点を点
Ｐ’とすると、この点Ｐ’に光を入射した場合に、出力
の波長がｄλ’ずれることになる。この関係を式により
表わすと、（数７）のようになる。

【００４７】

【数７】

【００４８】なお、（数７）において、Ｌ_ｆ’は第１の
スラブ導波路３の焦点距離である。この（数７）は、第
１のスラブ導波路３の焦点Ｏ’とＸ方向の距離ｄｘ’離
れた位置に光入力導波路２の出力端を配置形成すること
により、前記焦点Ｏに形成した光出力導波路に６おいて
ｄλ’だけ波長の異なった光を取り出すことが可能であ
ることを意味する。

【００４９】したがって、アレイ導波路型回折格子の使
用環境温度変動によってアレイ導波路型回折格子の光出
力導波路から出力される光透過中心波長がΔλずれたと
きに、ｄλ’＝Δλとなるように、光入力導波路６の出
力端位置を前記Ｘ方向に距離ｄｘ’だけずらせば、例え
ば焦点Oに形成した光出力導波路６において、波長ずれ
のない光を取り出すことができ、他の光出力導波路６に
関しても同様の作用が生じるため、前記光透過中心波長
ずれΔλを補正（解消）できることになる。

【００５０】前記提案例は、第１のスラブ導波路３と第
２のスラブ導波路５の少なくとも一方がスラブ導波路５
を通る光の経路と交わる切断面８で切断分離したもので
あり、図７に示したように、第１のスラブ導波路３が切
断分離されていると仮定して議論すると、この分離され
た第１のスラブ導波路のうち、例えば光入力導波路２に
接続されている分離スラブ導波路３ａ側（光入力導波路
２も含む）を、スライド移動機構によって前記切断面に
沿ってスライド移動させれば、前記各光透過中心波長を
シフトさせることが可能となる。

【００５１】また、前記スライド移動機構によって、前
記各光透過中心波長の温度依存変動（波長ずれ）Δλが
ｄλと等しくなるようにして、前記各光透過中心波長の
温度依存変動を低減する方向に分離スラブ導波路３ａ及
び光入力導波路２を前記切断面８に沿って移動させれ
ば、前記光透過中心波長ずれを解消することが可能とな
る。

【００５２】また、温度変化量と光入力導波路２の位置
補正量の関係は以下のようにして導かれる。前記光透過
中心波長の温度依存性（温度による光透過中心波長のず
れ量）は、前記（数２）で表されるので、温度変化量Ｔ
を用いて光透過中心波長ずれ量Δλを（数８）により表
わすことができる。

【００５３】

【数８】

【００５４】（数７）、（数８）から、温度変化量Ｔと
光入力導波路の位置補正量ｄｘ’を求めると、（数９）
が導かれる。

【００５５】

【数９】

【００５６】したがって、図７に示した構成において、
（数９）により示される位置補正量ｄｘ’だけ、前記ス
ライド移動機構によって切断面８に沿って第１のスラブ
導波路３の分離スラブ導波路３ａ及び光入力導波路２を
スライド移動させることにより、前記光透過中心波長ず
れを解消することが可能となる。

【００５７】例えば、従来の一般的なアレイ導波路型回
折格子の導波路構成の各パラメータと（数９）に基づ
き、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度の変化量Ｔ
と光入力導波路２の位置補正量ｄｘ’の関係を求める
と、（数１０）に示す関係となる。この場合、アレイ導
波路型回折格子の使用環境温度が１０℃変化した際、光
入力導波路２の出力端の位置をＸ方向に約３．８３μｍ
補正（移動）すれば、温度による中心波長すれが補正で
きる計算になる。

【００５８】

【数１０】

【００５９】なお、前記の如く、アレイ導波路型回折格
子は光の相反性を利用して形成されているものであり、
第２のスラブ導波路５側を切断分離して、分離された分
離スラブ導波路の少なくとも一方側を、スライド移動機
構によって前記切断面に沿って前記各光透過中心波長の
温度依存変動を低減する方向にスライド移動させれば、
同様の効果が得られ、前記各光透過中心波長の温度依存
変動を解消することが可能となる。

【００６０】しかしながら、図７に示したような構成の
アレイ導波路回折格子を多数作製し、それぞれのアレイ
導波路型回折格子において、前記スライド移動機構によ
って分離導波路３ａ側を図７の矢印Ａ，Ｂ方向にスライ
ド移動させてアレイ導波路型回折格子の光透過中心波長
の温度依存性低減効果を調べたところ、十分な効果を発
揮できないものが存在することが分かった。

【００６１】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的は、光透過中心波長の温度依存
性を正確に抑制することができる安価なアレイ導波路型
回折格子を提供することにある。

【００６２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、第１の発明は、１本以
上の並設された光入力導波路の出射側に第１のスラブ導
波路が接続され、該第１のスラブ導波路の出射側には該
第１のスラブ導波路から導出された光を伝搬する互いに
異なる長さの複数の並設されたアレイ導波路が接続さ
れ、該複数のアレイ導波路の出射側には第２のスラブ導
波路が接続され、該第２のスラブ導波路の出射側には複
数の並設された光出力導波路が接続されて成る導波路構
成を有し、前記光入力導波路から入力される互いに異な
る複数の波長をもった光から１つ以上の波長の光を分波
して各光出力導波路から出力する光分波機能を有し、前
記各光出力導波路から出力される各光の光透過率が少な
くとも予め定められた波長領域においては分波光の互い
に異なる光透過中心波長を中心としてそれぞれ対応する
光透過中心波長から波長がずれるにしたがって小さくな
るアレイ導波路回折格子において、前記第１のスラブ導
波路と第２のスラブ導波路の少なくとも一方がスラブ導
波路を通る光の経路と交わる切断面で切断分離されてお
り、この分離された分離スラブ導波路の少なくとも一方
側を前記切断面に沿ってスライド移動させることにより
前記光透過中心波長をシフトさせる構成と成し、前記切
断面はスラブ導波路内を通る光の経路の長手方向中心位
置よりもアレイ導波路側の位置において前記光の経路と
交わる面とした構成をもって課題を解決する手段として
いる。

【００６３】また、第２の発明は、上記第１の発明の構
成に加え、前記分離スラブ導波路の少なくとも一方側を
切断面に沿って移動させるスライド移動機構が設けられ
て該スライド移動機構が光透過中心波長をシフトさせる
機構と成しており、該スライド移動機構は各光透過中心
波長の温度依存変動を低減する方向に分離スラブ導波路
をスライド移動させる構成とした構成をもって課題を解
決する手段としている。

【００６４】さらに、本第３の発明は、上記第２の発明
の構成に加え、スライド移動機構は、光透過中心波長の
シフトに応じた分離スラブ導波路移動量に対応する熱膨
張係数による伸縮が生じる物質を有している構成をもっ
て課題を解決する手段としている。

【００６５】本発明者が、図７に示したような上記提案
のアレイ導波路回折格子の構成を有していながら、光透
過中心波長の温度依存性低減効果を十分に発揮できない
ものが存在する原因を解明するために、アレイ導波路型
回折格子を解体してみたところ、上記温度依存性低減効
果を十分に発揮できないものは、図２に示すように、切
断面８における切断部分で導波路形成領域１０ａの端面
（切断面８ａ）と導波路形成領域１０ｂの端面（切断面
８ｂ）との角度θが生じている（切断面８ａと切断面８
ｂとが完全に一致した状態で上記スライド移動が行なわ
れない）ことが分かった。なお、図２には、図の簡略化
のために、アレイ導波路型回折格子の導波路構成のう
ち、光入力導波路２と第１のスラブ導波路３のみが示さ
れている。

【００６６】したがって、この角度θを零に近づけるよ
うにすることが重要であるが、角度θは、実際には図２
に示すような大きなものではなく、せいぜい０．５度程
度であり（図２においては説明を分かりやすくするため
にθを大きく示した）、アレイ導波路型回折格子の作製
上の誤差によってこの程度の大きさの角度θが生じてし
まうことは裂けられない。

【００６７】そこで、本発明者は、前記切断面８の形成
位置に着目した。その結果、第１のスラブ導波路３内を
通る光の経路の長手方向中心位置よりも光入力導波路２
側の位置において、前記光の経路と交わる切断面８で第
１のスラブ導波路３を切断したときに、上記角度θとの
兼ね合いによって上記アレイ導波路型回折格子における
各光透過中心波長の温度依存変動低減効果を十分に発揮
できないことが分かった。

【００６８】そこで、本発明者は、上記角度θと、アレ
イ導波路型回折格子における光透過中心波長シフト量と
の関係を以下のように考察した。

【００６９】すなわち、図２に示すように、アレイ導波
路型回折格子における光入力導波路２の出力端２０が、
第１のスラブ導波路３の幅方向の中心に形成されている
（Ｗ１＝Ｗ２である）とする。光入力導波路２の出力端
２０から第１のスラブ導波路３に入力された光は、アレ
イ導波路４側に向かって広がりながら第１のスラブ導波
路３を伝搬するが、光入力導波路２の出力端２０（同図
におけるＣ）から、第１のスラブ導波路３の出力端にお
ける幅方向の中心位置（Ｗ１＝Ｗ２となる位置）Ｂに向
かって直進する光の強度が最も大きい。

【００７０】そのため、切断面８によって切断された導
波路形成領域１０ａの端面（切断面８ａ）と導波路形成
領域１０ｂの端面（切断面８ｂ）との角度θが０の場
合、すなわち、切断面８ａと切断面８ｂの角度ずれが生
じていない理想的な場合には、第１のスラブ導波路３を
伝搬する光の強度中心は、前記位置Ｂに向かう。

【００７１】ここで、導波路形成領域１０ａの端面（切
断面８ａ）と導波路形成領域１０ｂの端面（切断面８
ｂ）との角度が、切断面８（８ａ，８ｂ）の端部Ａを支
点として角度θずれた場合を考える。

【００７２】なお、分離スラブ導波路３ａの長さ（光の
経路方向の長さ）をＬ_ｆ１とし、分離スラブ導波路３ｂ
の長さ（光の経路方向の長さ）をＬ_ｆ２とし、アレイ導
波路型回折格子の端面Ｅから光入力導波路２の出力端２
０（同図におけるＣ）までの長さをＬ_０とする。また、
切断面８ａと切断面８ｂとの間には屈折率整合剤が塗布
されているので、切断面８ａ，８ｂの間の隙間によって
光の反射が生じないものとする。

【００７３】切断面８ａと切断面８ｂの角度がθの場
合、図のＣの位置から入力された光強度の中心は、第１
のスラブ導波路３内を、図のＢの位置から上方側にｄｘ
ｇだけずれた点に向かって直進するので、この光の焦点
距離Ｌ_ｆｇ’は、ＣＢ間の距離で近似できるものであ
る。なお、同図において、点Ａと点Ｃ、点Ａと点Ｂをそ
れぞれ接続し、γ_１＝ｔａｎ^−１（Ｌ_ｆ１／Ｌ_０）、γ
_２＝ｔａｎ^−１（Ｌ_ｆ２／Ｌ_０）を考えると、Ｌ_ＡＢ＝
（Ｌ_０ ^２＋Ｌ_ｆ２ ^２）^１／２、Ｌ_ＡＤ＝（Ｌ_０ ^２＋Ｌ
_ｆ２ ^２）^１／２・ｃｏｓ（θ＋γ_２）となり、ｄｘｇ
は、（数１１）で表わされる。また、Ｌ_ＢＤ＝（Ｌ_０ ^２
＋Ｌ_ｆ２ ^２）^１／２・ｓｉｎ（θ＋γ_２）となり、前記
焦点距離Ｌ_ｆｇ’は、（数１２）により近似できる。

【００７４】

【数１１】

【００７５】

【数１２】

【００７６】また、図２において、角度θは大きく示し
てあるが、前記の如く、θは、実際には非常に小さい値
なので、アレイ導波路型回折格子の線分散特性が成り立
つと仮定してもなんら差し障りが無く、したがって、以
下の式（数１３）が成り立つ。

【００７７】

【数１３】

【００７８】ここで、ΔＬは、アレイ導波路の光路長
差、ｎ_ｓは第１のスラブ導波路３の等価屈折率、ｄは隣
り合うアレイ導波路４同士の間隔、λ_０はアレイ導波路
型回折格子の回折角φ＝０となるところの光透過中心波
長（一般に、アレイ導波路型回折格子の中心波長と呼ぶ
ことがある）、ｎ_ｇはアレイ導波路４の群屈折率であ
る。また、波長λ_０は、前記（数４）により表わされる
ものであり、アレイ導波路４の群屈折率ｎ_ｇは、前記
（数６）により表わされるものである。

【００７９】そこで、第１のスラブ導波路３を通る光の
経路と交わるように形成する切断面８を、光入力導波路
２に近い側に形成した場合とアレイ導波路４に近い側に
形成した場合の両方において、上記（数４）、（数
６）、（数１１）、（数１２）、（数１３）を用いて、
アレイ導波路型回折格子における角度θと前記光透過中
心波長シフト量との関係をそれぞれ算出した。この算出
結果が、図３、４に示されている。

【００８０】なお、上記算出結果は、上記第１実施形態
例と同様の、以下のパラメータに基づいて算出した。す
なわち、回折次数ｍは６１、隣り合うアレイ導波路４同
士の長さの差ΔＬは６５．２μｍ、アレイ導波路４のピ
ッチｄは１５μｍ、アレイ導波路４の等価屈折率ｎ_ｃは
１．４５１、アレイ導波路群屈折率ｎ_ｇは１．４７５、
第１、第２のスラブ導波路３，５の等価屈折率ｎ_ｓはそ
れぞれ１．４５３とした。なお、これらの等価屈折率値
は、波長１．５５μｍの光に対する値であり、２５℃に
おける値である。

【００８１】また、上記切断面８を光入力導波路２に近
い側に形成した場合（図３に示す算出結果）は、Ｌ_ｆ１
＝１０００μｍ、Ｌ_ｆ２＝８０００μｍとし、上記切断
面８をアレイ導波路４に近い側に形成した場合（図４に
示す算出結果）は、Ｌ_ｆ１＝８０００μｍ、Ｌ_ｆ２＝１
０００μｍとして求めた。

【００８２】図３、４から明らかなように、角度θが大
きくなるほど光透過中心波長シフト量も大きくなり、光
透過中心波長シフト量は角度θにほぼ比例している。こ
のことは、前記スライド移動機構によって分離スラブ導
波路３ａ側を切断面８に沿ってスライド移動させたとき
に、このスライド移動によってシフトさせる適切な光透
過中心波長シフト量（光透過中心波長シフト量の設計
値）に加えて、角度θに対応する大きさだけアレイ導波
路型回折格子の光透過中心波長が余分にシフトすること
を意味する。

【００８３】したがって、角度θが大きくなると、設計
通り前記光透過中心波長をシフトさせることができなく
なる。例えば、図３に示すように、切断面８を光入力導
波路２に近い側に形成した場合は、角度θが０．１度の
ときに光透過中心波長シフト量が０．５ｎｍになってい
るので、光透過中心波長が０．５ｎｍ余分にシフトして
しまうことになり、アレイ導波路型回折格子によって、
波長多重光を波長０．８ｎｍ間隔で分離しようとする場
合には問題である。

【００８４】一方、切断面８をアレイ導波路４に近い側
に形成した場合は、図４に示すように、角度θが０．１
度のときに光透過中心波長シフト量が０．１ｎｍになっ
ており、アレイ導波路４に近い側に切断面８を形成する
ことで、角度θに依存する光透過中心波長シフト量を５
分の１程度に小さくできることが分かった。なお、この
光透過中心波長シフト量（設計値からのずれ量）が０．
１ｎｍであることは許容範囲である。

【００８５】なお、アレイ導波路型回折格子は光回路の
相反性を利用したものであるため、以上のような結果は
第２のスラブ導波路側においても同様に成り立つ。

【００８６】本発明は、上記考察結果に基づいて、第１
のスラブ導波路と第２のスラブ導波路の少なくとも一方
を切断する切断面を、アレイ導波路側に近い側で切断す
る切断面とし、かつ、図７に示したような提案例の構成
と同様のスライド機構を設けてアレイ導波路型回折格子
を構成したために、光透過中心波長の温度依存性を正確
に抑制することができる安価なアレイ導波路型回折格子
とすることが可能となる。

【００８７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明におい
て、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重
複説明は省略する。図１には、本発明に係るアレイ導波
路型回折格子の一実施形態例の概略図が平面図により示
されている。本実施形態例は図７に示した上記提案例と
ほぼ同様に構成されており、本実施形態例が上記提案例
と異なる特徴的なことは、切断面８を、第１のスラブ導
波路３内を通る光の経路の長手方向中心位置よりもアレ
イ導波路４側の位置（アレイ導波路寄りの位置）におい
て前記光の経路と交わる面としたことである。

【００８８】すなわち、本実施形態例において、切断面
８は、第１のスラブ導波路３を、光入力導波路２側より
もアレイ導波路４側に近い側で切断する面と成してお
り、具体的には、同図における長さＬ_ｆ１＝８０００μ
ｍ、Ｌ_ｆ２＝１０００μｍと成している。

【００８９】前記の如く、図７に示した提案例のアレイ
導波路型回折格子において、各光透過中心波長の温度依
存変動低減効果を十分に発揮できないものは、第１のス
ラブ導波路３内を通る光の経路の長手方向中心位置より
も光入力導波路２側の位置において、前記光の経路と交
わる切断面８で第１のスラブ導波路３を切断し、かつ、
図２に示した、切断面８における切断部分で導波路形成
領域１０ａの端面（切断面８ａ）と導波路形成領域１０
ｂの端面（切断面８ｂ）との角度θが比較的大きいこと
が分かった。

【００９０】そして、本発明者は、上記角度θと、アレ
イ導波路型回折格子における光透過中心波長シフト量と
の関係を前記のように考察し、この考察結果に基づき、
前記の如く、第１のスラブ導波路３を、光入力導波路２
側よりもアレイ導波路４側に近い側に切断面８を形成し
て本実施形態例のアレイ導波路型回折格子を形成した。

【００９１】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子において、
前記角度θを実際に測定したところ、θ＝約０．０５度
であり、図６に示すように、アレイ導波路型回折格子の
使用環境温度０℃〜８０℃において、光透過中心波長が
殆ど変動しないアレイ導波路型回折格子となることが分
かった。

【００９２】なお、図５には、本実施形態例のアレイ導
波路型回折格子において、前記角度θを故意に大きくし
て、角度θに対するアレイ導波路型回折格子の光透過中
心波長シフト量を測定した実測結果が、図４に示した光
透過中心波長シフト量の計算値と共に示されており、図
５からも明らかなように、本実施形態例のように、第１
のスラブ導波路３に形成する切断面８をアレイ導波路４
に近い側に形成することにより、たとえ切断面８におけ
る前記角度θが多少大きくても、光透過中心波長を設計
通りシフトすることができ、アレイ導波路型回折格子に
おける光透過中心波長の温度依存性を効率的に低減でき
ることが分かった。

【００９３】なお、図５において、○が実測値、特性線
が計算値であり、計算値と実測値はほぼ一致した。

【００９４】本実施形態例によれば、アレイ導波路型回
折格子の光透過中心波長の温度依存性を低減できるよう
に図７に示した提案例とほぼ同様の構成とし、ただし、
前記考察に基づき、図１に示すように、第１のスラブ導
波路３を、光入力導波路２側よりもアレイ導波路４側に
近い側に切断面８を形成して本実施形態例のアレイ導波
路型回折格子を形成したので、光透過中心波長の温度依
存性をほぼ設計通り正確に抑制することができるアレイ
導波路型回折格子とすることができる。

【００９５】また、本実施形態例によれば、図７に示し
た提案例と同様に、高熱膨張係数部材７、ベース９、係
止部材１４を有して構成される簡単な構成のスライド移
動機構を設けることによりアレイ導波路型回折格子の各
光透過中心波長の温度依存性を効率的に低減できるもの
であり、アレイ導波路型回折格子の構成の複雑化を避け
ることができ、作製も容易にできる。

【００９６】さらに、本実施形態例によれば、第１のス
ラブ導波路３を切断面８で切断しているために、例えば
アレイ導波路型回折格子を構成するアレイ導波路部の作
製誤差に起因して、前記光透過中心波長がＩＴＵグリッ
ド波長等の設定波長からずれている場合には、その分だ
け分離スラブ導波路３ａと分離スラブ導波路３ｂの相対
位置をずらして、光入力導波路２のＸ方向の位置をずら
すことにより、設定温度において、前記光透過中心波長
をグリッド波長等の設定波長とすることができる。

【００９７】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、
上記実施形態例では、長手方向の長さが９０００μｍの
第１のスラブ導波路３を、図１に示したように、Ｌ_ｆ１
＝８０００μｍ、Ｌ_ｆ２＝１０００μｍとなるように切
断面８を切断したが、Ｌ_ｆ１やＬ_ｆ２の長さは特に限定
されるものではなく、適宜設定されるものであり、Ｌ
_ｆ１>Ｌ_ｆ２となるように切断面８を形成することによ
り、上記実施形態例と同様の効果を奏することができ
る。

【００９８】また、上記実施形態例では、高熱膨張係数
部材７としてＡｌの板を用いたが、高熱膨張係数部材７
は必ずしもＡｌとするとは限らず、Ａｌ以外の材料によ
り形成してもよい。

【００９９】また、上記実施形態例では、第１のスラブ
導波路３を切断分離したが、アレイ導波路型回折格子は
光の相反性を利用して形成されているものであり、第２
のスラブ導波路５側を切断分離して、分離された分離ス
ラブ導波路の少なくとも一方側を、スライド移動機構に
よって前記切断面に沿って前記各光透過中心波長の温度
依存変動を低減する方向にスライド移動させても、上記
実施形態例と同様の効果が得られ、前記各光透過中心波
長の温度依存変動を解消することができる。

【０１００】なお、この場合は、第２のスラブ導波路５
を通る光の経路の長手方向中心位置よりもアレイ導波路
４側の位置において前記光の経路と交わる切断面８で、
第２のスラブ導波路５を切断する（光出力導波路６より
もアレイ導波路４に近い側に切断面８を形成する）こと
になる。

【０１０１】さらに、第１のスラブ導波路３や第２のス
ラブ導波路５の切断面８は上記実施形態例のようにＸ軸
とほぼ平行な面とするとは限らず、Ｘ軸に対して斜めの
面としてもよく、切断するスラブ導波路を通る光の経路
と交わる切断面で切断分離すればよい。

【０１０２】さらに、上記実施形態例では、分離スラブ
導波路３ａ側を切断面８に沿ってスライド移動させるス
ライド移動機構を、高熱膨張係数部材７を設けて形成し
たが、スライド移動機構の構成は特に限定されるもので
はなく、適宜設定されるものである。すなわち、上記ス
ライド移動機構は、第１のスラブ導波路３と第２のスラ
ブ導波路５の少なくとも一方を切断面で切断分離して形
成した分離スラブ導波路の少なくとも一方側を、前記切
断面８に沿ってスライド移動させることにより、アレイ
導波路型回折格子の光透過中心波長をシフトできる機能
を有していればよい。

【０１０３】特に、上記スライド移動機構は、上記実施
形態例のように、アレイ導波路型回折格子の各光透過中
心波長の温度依存変動を低減する方向にスライド移動さ
せる機能を有していれば望ましく、スライド移動機構を
このように構成することにより、上記実施形態例のよう
に、従来のアレイ導波路型回折格子において問題であっ
た光透過中心波長の温度依存性を解消することができ、
光波長多重通信用などの実用に適した優れたアレイ導波
路型回折格子とすることができる。

【０１０４】さらに、本発明のアレイ導波路型回折格子
を構成する各導波路２，３，４，５，６の等価屈折率や
本数、大きさなどの詳細な値は特に限定されるものでは
なく、適宜設定されるものである。

【０１０５】

【発明の効果】第１の発明によれば、第１のスラブ導波
路と第２のスラブ導波路の少なくとも一方を、スラブ導
波路を通る光の経路と交わる切断面で切断分離し、この
分離したスラブ導波路の少なくとも一方を、前記切断面
に沿ってスライド移動させることにより、アレイ導波路
型回折格子の各光透過中心波長をシフトさせることがで
き、しかも、前記切断面を前記光の経路の長手方向中心
位置よりもアレイ導波路側に形成したので、前記分離ス
ラブ導波路同士の角度に依存する光透過中心波長シフト
変位量を小さくすることができるため、ほぼ設計通り光
透過中心波長シフトを行なうことができる。

【０１０６】また、第２の発明によれば、第１の発明に
加えて、前記スライド移動機構による切断面に沿っての
移動により、前記各光透過中心波長の温度依存変動を低
減する方向にスライド移動させるものであるから、アレ
イ導波路型回折格子の各光透過中心波長を非常に適切な
量だけシフトさせることができ、前記各光透過中心波長
の温度依存変動（波長ずれ）を解消することができる。

【０１０７】また、第２の発明によれば、ペルチェ素子
やヒータを用いなくてもアレイ導波路型回折格子の使用
環境温度による光透過中心波長ずれを抑制し、光透過中
心波長の温度無依存化を行うことができるために、ペル
チェ素子やヒータを含む温度調節手段を設ける場合のよ
うに、常時通電を必要とすることもないし、部品の組立
誤差による温度補正誤差が生じることもなく、さらに、
室温以上の温度でアレイ導波路型回折格子を保つことに
よるアレイ導波路型回折格子と光ファイバとの接続損失
増加の虞もない。

【０１０８】したがって、第２の発明のアレイ導波路型
回折格子は、接続相手側の光ファイバとの接続信頼性が
高く、確実に光透過中心波長の温度依存性を解消でき、
コストが安い優れたアレイ導波路型回折格子とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアレイ導波路型回折格子の一実施
形態例を平面図により示す要部構成図である。

【図２】アレイ導波路型回折格子の第１のスラブ導波路
を切断したときの導波路形成領域端面角度θに対応する
光透過中心波長シフトを説明する説明図である。

【図３】第１のスラブ導波路を光入力導波路に近い側で
切断したときの、図２に示した角度θとアレイ導波路型
回折格子における光透過中心波長シフト量との関係の算
出結果を示すグラフである。

【図４】第１のスラブ導波路をアレイ導波路に近い側で
切断したときの、図２に示した角度θとアレイ導波路型
回折格子における光透過中心波長シフト量との関係の算
出結果を示すグラフである。

【図５】第１のスラブ導波路をアレイ導波路に近い側で
切断したときの、図２に示した角度θとアレイ導波路型
回折格子における光透過中心波長シフト量との関係の算
出結果と実測値とを比較して示すグラフである。

【図６】上記実施形態例のアレイ導波路型回折格子にお
ける光透過中心波長の温度依存性を示すグラフである。

【図７】従来提案されている第１のスラブ導波路を切断
して形成したアレイ導波路型回折格子の構成を示す説明
図である。

【図８】アレイ導波路型回折格子における光透過中心波
長シフトと光入力導波路および光出力導波路の位置との
関係を示す説明図である。

【図９】ペルチェ素子を設けて構成した従来のアレイ導
波路型回折格子を示す説明図である。

【符号の説明】

１基板２光入力導波路３第１のスラブ導波路３ａ，３ｂ分離スラブ導波路４アレイ導波路５第２のスラブ導波路６光出力導波路７高熱膨張係数部材８，８ａ，８ｂ切断面９ベース１０，１０ａ，１０ｂ導波路形成領域１４係止部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１本以上の並設された光入力導波路の出
射側に第１のスラブ導波路が接続され、該第１のスラブ
導波路の出射側には該第１のスラブ導波路から導出され
た光を伝搬する互いに異なる長さの複数の並設されたア
レイ導波路が接続され、該複数のアレイ導波路の出射側
には第２のスラブ導波路が接続され、該第２のスラブ導
波路の出射側には複数の並設された光出力導波路が接続
されて成る導波路構成を有し、前記光入力導波路から入
力される互いに異なる複数の波長をもった光から１つ以
上の波長の光を分波して各光出力導波路から出力する光
分波機能を有し、前記各光出力導波路から出力される各
光の光透過率が少なくとも予め定められた波長領域にお
いては分波光の互いに異なる光透過中心波長を中心とし
てそれぞれ対応する光透過中心波長から波長がずれるに
したがって小さくなるアレイ導波路回折格子において、
前記第１のスラブ導波路と第２のスラブ導波路の少なく
とも一方がスラブ導波路を通る光の経路と交わる切断面
で切断分離されており、この分離された分離スラブ導波
路の少なくとも一方側を前記切断面に沿ってスライド移
動させることにより前記光透過中心波長をシフトさせる
構成と成し、前記切断面はスラブ導波路内を通る光の経
路の長手方向中心位置よりもアレイ導波路側の位置にお
いて前記光の経路と交わる面としたことを特徴とするア
レイ導波路型回折格子。
【請求項２】分離スラブ導波路の少なくとも一方側を
切断面に沿って移動させるスライド移動機構が設けられ
て該スライド移動機構が光透過中心波長をシフトさせる
機構と成しており、該スライド移動機構は各光透過中心
波長の温度依存変動を低減する方向に分離スラブ導波路
をスライド移動させる構成としたことを特徴とする請求
項１記載のアレイ導波路型回折格子。
【請求項３】スライド移動機構は、光透過中心波長の
シフトに応じた分離スラブ導波路移動量に対応する熱膨
張係数による伸縮が生じる物質を有していることを特徴
とする請求項２記載のアレイ導波路型回折格子。