JP2001330739A

JP2001330739A - アレイ導波路型回折格子

Info

Publication number: JP2001330739A
Application number: JP2000149684A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Nekado; 昌伸根角; Tsuneaki Saito; 恒聡斎藤; 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: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】光透過中心波長が使用環境温度に依存せず、
損失や波長合分波特性が安定な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を単結
晶基板１上に形成する。基板１の結晶方位面に沿って劈
開形成した劈開分離面８０を第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して第１のスラブ導波路
３を劈開分離する。分離スラブ導波路３ｂ側はベース９
に固定し、分離スラブ導波路３ａ側は高熱膨張係数部材
７を介してベース９にスライド移動自在に固定する。使
用環境温度変化に応じて高熱膨張係数部材７をベース９
よりも大きく膨張収縮させ、分離スラブ導波路３ａ側を
劈開分離面８０に沿って矢印Ａ，Ｂ方向にスライド移動
させる。

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５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５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、例えば
図６に示すようになり、各光透過中心波長（例えばλ
１，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。なお、前記光
透過特性は、必ずしも１つの極大値を有するとは限ら
ず、２つ以上の極大値を有するものである場合もある。

【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５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】

【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。

【００１６】

【数１】

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】

【数２】

【００２０】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長波長側にシフトする
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。

【００２１】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。

【００２２】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、アレイ導波路型回折格子の温度
を一定に保つため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。この温度調節手段は、例
えば、ペルチェ素子やヒータなどを設けて構成されるも
のであり、いずれも、アレイ導波路型回折格子を予め定
めた設定温度（室温以上）に保つ制御を行なうものであ
る。

【００２３】図５に示したアレイ導波路型回折格子にお
いては、符号３０で示すペルチェ素子がアレイ導波路型
回折格子の基板１側に設けられており、サーミスタ３１
の検出温度に基づいてアレイ導波路型回折格子の温度を
一定に保つように調節する。また、ペルチェ素子の代わ
りにヒータを設けた構成のものは、ヒータで高温保持
し、アレイ導波路型回折格子の温度を一定に保つように
している。

【００２４】このように、アレイ導波路型回折格子の温
度を一定に保つと、温度に起因して基板１の膨張収縮や
前記コアの等価屈折率変化などが生じないため、上記光
透過中心波長の温度依存性の問題を解消することができ
る。

【００２５】また、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（膜厚、幅、屈折率等の誤
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も、光透過中心
波長が前記設定波長となる温度を（数２）を用いて算出
し、アレイ導波路型回折格子の温度がこの算出温度とな
るようにペルチェ素子やヒータ等を有する温度調節手段
によって温度調節すれば、前記光透過中心波長をグリッ
ド波長に合わせることができる。

【００２６】しかしながら、ペルチェ素子やヒータのよ
うな温度調節手段を用いてアレイ導波路型回折格子の温
度を一定に保つものは、温度調節のために、ペルチェ素
子やヒータに例えば１Ｗといった通電を常時行なわなけ
ればならず、コストがかかるといった問題があった。

【００２７】また、ペルチェ素子やヒータのような電気
部品を使用するためには、当然、コントローラーや制御
用サーミスター、熱電対等が必要となり、これらの部品
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。

【００２８】さらに、アレイ導波路型回折格子と光ファ
イバアレイとの接続は、一般に接着剤を用いて行なわれ
ており、ペルチェ素子やヒータによってアレイ導波路型
回折格子の温度を室温以上の温度に制御すると、アレイ
導波路回折格子と光ファイバーの接続面に介設された接
着剤が室温以上の温度によって例えば膨張したり、軟化
したりする。したがって、ペルチェ素子などを用いてア
レイ導波路型回折格子の温度を一定に保つ構成とした場
合に、前記接着剤の膨張や軟化によって、アレイ導波路
型回折格子の光入力導波路２や光出力導波路６と光ファ
イバとの接続損失が増加し、アレイ導波路型回折格子と
光ファイバとの接続の信頼性を損ねるといった問題があ
った。

【００２９】そこで、上記課題を解決するために、図４
に示すような構成のアレイ導波路型回折格子が提案され
た（特願平１１−２７０２０１号、特願２０００−２１
５３３に提案されているものであり、未だ公開になって
いない）。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】図４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４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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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３に基づいて述べる。

【００４１】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。

【００４２】

【数３】

【００４３】（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。

【００４４】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。

【００４５】

【数４】

【００４６】ところで、図３において、第１、第２のス
ラブ導波路３，５の光進行方向中心軸をＹ方向、このＹ
方向に直交する方向をＸ方向とする。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。

【００４７】

【数５】

【００４８】（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。

【００４９】

【数６】

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】

【数７】

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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４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８
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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】

【数８】

【００５９】（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。

【００６０】

【数９】

【００６１】したがって、図４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。

【００６２】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。

【００６３】ところで、図４に示したような構成のアレ
イ導波路回折格子を作製する場合、一般には、ダイシン
グソー等の刃物を用いて切断面８を形成することが考え
られる。すなわち、上記提案の実施形態例にも開示され
ているように、例えば第１のスラブ導波路３の切断分離
および、この切断に伴う導波路形成領域１０と基板１の
切断分離はダイシングソーを用いて切断することが考え
られる。

【００６４】しかしながら、ダイシングソー等の刃物を
用いて導波路形成領域１０を切断すると、切断刃の厚み
分の導波路形成領域１０が削れて消失してしまい、この
消失する部分の厚みが一般に２０μｍ〜数百μｍと厚
く、しかも、ダイシングソー等により形成される切断面
８の表面が滑らかでないために、ダイシングソー等によ
る切断前後でアレイ導波路型回折格子における波長合分
波特性が異なってしまうといった問題が生じる。

【００６５】すなわち、上記のように、切断面８におい
て、切断刃の厚み分の間隔が生じると、この間隔におけ
る屈折率の不整合が生じたり、切断されたスラブ導波路
（図４では第１のスラブ導波路３）の焦点距離が切断の
前後で変わってしまうといった問題が生じる。

【００６６】なお、切断面８における反射を防ぐため
に、石英系ガラスと屈折率の整合したマッチンググリー
ス等の屈折率整合剤を、切断面８によって形成された間
隔に設けることが考えられるが、切断幅が大きいことか
ら、例えばオイルが上記間隔に常に供給されるようなオ
イルだめなどの特別の機構が別途必要になる。また、仮
に屈折率整合が取れたとしても、上記間隔において２０
〜数百μｍの間に渡って光がコア（スラブ導波路）を導
波しないので、光損失が生じる。

【００６７】また、上記のように、切断面８の表面が滑
らかでないと、切断面８での光散乱などによる光損失が
生じるといった問題が生じる。さらに、ダイシング（切
削）切断においては、切削刃の摩耗や切削時の振動など
により、切断幅の再現性が十分でないといった問題もあ
る。

【００６８】また、ダイシング切断の代わりにレーザ切
断を適用することも考えられるが、この場合、切断面８
の熱によるダレや端面の変形等が生じ、スラブ導波路を
構成するコアサイズが変わってしまうといった問題が生
じる。

【００６９】したがって、切断面８による切断の前後で
前記波長合分波特性を同等に保つことは困難であり、ま
た、切断後の波長合分波特性変化の予測も容易でなかっ
た。

【００７０】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、しかも、波長合分波特
性や光損失特性が安定したアレイ導波路型回折格子を提
供することにある。

【００７１】

【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、本第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
成を基板上に形成し、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
を有するアレイ導波路型回折格子において、前記基板は
単結晶により形成されており、該単結晶基板の結晶方位
面に沿って劈開形成された劈開分離面により前記第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面で分離されてお
り、前記分離された分離スラブ導波路の少なくとも一方
側を前記劈開分離面に沿ってスライド移動させることに
より前記それぞれの光出力導波路から出力される出力光
の光透過中心波長をシフトさせる構成をもって課題を解
決する手段としている。

【００７２】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
劈開分離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。

【００７３】さらに、第３の発明は、上記第１又は第２
の発明の構成に加え、前記分離スラブ導波路同士の間隔
は約１μｍ以下と成している構成をもって課題を解決す
る手段としている。

【００７４】さらに、第４の発明は、上記第１又は第２
又は第３の発明の構成に加え、前記スライド移動機構
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。

【００７５】上記構成の本発明において、基板は単結晶
により形成されており、該単結晶基板の結晶方位面に沿
って劈開形成された劈開分離面により前記第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面で分離されている。

【００７６】周知の如く、劈開による分離は、切削によ
る切断面において切断する領域が削れて消失してしまう
場合と異なり、劈開分離面における消失が殆どなく、し
かも、分離した端面は非常に滑らかである。したがっ
て、本発明においては、分離し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できる範囲内で、分離ス
ラブ同士をサブμｍ〜数μｍ程度に限りなく近づけて接
合させることが可能となり、スラブ導波路の焦点距離の
ずれや光損失は殆ど無くなる。

【００７７】そして、本発明において、前記提案のアレ
イ導波路型回折格子と同様に、前記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劈開分離面に沿って
適宜の移動量スライド移動させることにより、前記それ
ぞれの光出力導波路から出力される出力光の光透過中心
波長をシフトさせて、例えばアレイ導波路型回折格子の
光透過中心波長ずれを解消することが可能となる。

【００７８】また、本発明においては、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、常時通電を必要とせず、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、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。

【００７９】

【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、従来例および提案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
面図によって模式的に示されている。

【００８０】同図に示すように、本実施形態例のアレイ
導波路型回折格子は図４に示した提案例のアレイ導波路
型回折格子とほぼ同様に構成されており、本実施形態例
が提案例と異なる特徴的なことは、基板１を単結晶のシ
リコン基板により形成し、該単結晶基板１の結晶方位面
に沿って劈開形成された劈開分離面８０により前記第１
のスラブ導波路３を、スラブ導波路３を通る光の経路と
交わる面で分離して分離スラブ導波路３ａ、３ｂとし、
分離スラブ導波路３ａ側の導波路形成領域１０ａを劈開
分離面８０に沿ってスライド移動させる構成としたこと
である。

【００８１】また、本実施形態例では、分離スラブ導波
路３ａ，３ｂ同士の劈開分離面８０を介しての間隔は、
約１μｍ以下（例えばサブμｍ〜１μｍ程度）と成して
いる。

【００８２】なお、本実施形態例でも、このスライド移
動によって、上記提案例と同様に、それぞれの光出力導
波路６から出力される出力光の光透過中心波長をシフト
させる構成と成しており、本実施形態例において、前記
導波路構成における各パラメータは、以下のように構成
されている。

【００８３】すなわち、第１のスラブ導波路３の焦点距
離Ｌ_ｆ’と第２のスラブ導波路５の焦点距離Ｌ_fは等し
く、その値は９ｍｍ（９０００μｍ）であり、また、２
５℃において、第１のスラブ導波路３の等価屈折率およ
び第２のスラブ導波路５の等価屈折率は共にｎ_ｓで、そ
の値は、波長１．５５μｍの光に対して１．４５３であ
る。さらに、アレイ導波路４の光路長差ΔＬは６５．２
μｍ、隣り合うアレイ導波路４同士の間隔は１５μｍ、
回折次数ｍは６１、アレイ導波路４の等価屈折率ｎ_ｃは
波長１．５５μｍの光に対して１．４５１、アレイ導波
路の群屈折率ｎ _ｇは波長１．５５μｍの光に対して１．
４７５である。

【００８４】したがって、本実施形態例のアレイ導波路
型回折格子において、回折角φ＝０となるところの光透
過中心波長λ₀は、前記（数４）から明らかなように、
λ₀=１５５０．９ｎｍである。

【００８５】また、本実施形態例においても、前記提案
例と同様に、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度変
化量Ｔと光入力導波路２の位置補正量ｄｘ’との関係は
前記（数９）により表わされるものであるため、本実施
形態例について、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
係が導かれる。

【００８６】

【数１０】

【００８７】したがって、本実施形態例においては、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３．８
３μｍ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。

【００８８】そこで、本実施形態例では、アレイ導波路
型回折格子の使用環境温度が１０℃上昇したときに、光
入力導波路２の出力端２０の位置が約３．８３μｍだ
け、矢印Ａ方向に移動し、その逆に、アレイ導波路型回
折格子の使用環境温度が１０℃下降したときに、光入力
導波路２の出力端２０の位置が約３．８３μｍだけ、矢
印Ｂ方向に移動するように、分離スラブ導波路３ａ側の
移動量を定めた。そして、この移動量が得られるように
高熱膨張係数部材７の大きさ等を形成し、前記スライド
移動機構によって、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ようにしている。

【００８９】なお、本実施形態例のアレイ導波路型回折
格子の作製に際し、本発明者は、まず、基板１上に上記
導波路構成の導波路形成領域１０を形成してアレイ導波
路型回折格子チップを形成した。次に、このチップ端面
（図１のＳ部）に、その表面から下側に傷を入れていっ
てシリコン基板１の表面側に一部傷を入れ、この傷に向
けてシリコン基板１の裏面から加えることによって、シ
リコン結晶方位面に沿ってシリコン基板１とシリコン基
板１上の導波路形成領域１０を劈開し、劈開分離面８０
を形成した。

【００９０】そして、この劈開分離によって導波路形成
領域１０を導波路形成領域１０ａ，１０ｂに分離して、
導波路形成領域１０ｂ側を石英板（熱膨張係数＝約０．
５×１０^−６Ｋ^−１）のベース９上に熱硬化性の接着剤
により固定し、導波路形成領域１０ａ側はＡｌの高熱膨
張係数部材７を介してベース９上に配置し、劈開分離面
８０に沿って移動自在とした。

【００９１】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、第１のスラブ導波路３を通る光の経路と交わる劈開
分離面８０で第１のスラブ導波路３が分離スラブ導波路
３ａ，３ｂに劈開分離されており、劈開分離面８０にお
ける分離スラブ３ａ，３ｂ同士の間隔は前記スライド移
動機構による導波路形成領域１０ａ側の移動ができる程
度のサブμｍ〜１μｍ程度の僅かな隙間であり、また、
劈開分離面８０は非常に滑らかであるために、分離前後
においてアレイ導波路型回折格子の波長合分波特性に劣
化がなく、アレイ導波路型回折格子の作製時のフォトリ
ソグラフィで用いるフォトマスクパターン通りの安定し
た波長合分波特性を得ることができる。

【００９２】なお、表１には、アレイ導波路型回折格子
の分離前の損失および中心波長特性と、本実施形態例に
おける劈開分離後の損失および中心波長特性と、図４の
提案例（表１において比較例として示している）におけ
る切断面８での切断分離後の損失および中心波長特性が
それぞれ示されている。

【００９３】

【表１】

【００９４】この表から明らかなように、比較例におい
ては、分離後の損失および中心波長が大きく変化してい
るのに対し、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子
は、その損失が分離前と殆ど変わらず、中心波長は分離
前と全く変わらないことが確認できた。

【００９５】また、本実施形態例において、アレイ導波
路型回折格子の使用環境温度が変化すると、前記スライ
ド移動機構によって、分離スラブ導波路３ａ側がアレイ
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（図１の矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向）
に、切断面８に沿ってスライド移動させられる。このス
ライド移動量は、前記（数１０）により求められる位置
補正量ｄｘ’であり、上記スライド移動によって、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。

【００９６】したがって、本実施形態例によれば、上記
提案の装置と同様に、たとえアレイ導波路型回折格子の
使用環境温度が変化しても、この温度変化に伴う光透過
中心波長ずれを解消することができ、使用環境温度に依
存しない、いわゆる温度無依存型のアレイ導波路型回折
格子とすることができる。

【００９７】本発明者が、実際に、０℃〜８０℃の環境
温度において、光透過中心波長の温度変化を測定したと
ころ、図２の特性線ａに示す結果が得られ、光透過中心
波長のずれ（シフト）量は約０．０１ｎｍ以下となり、
使用環境温度が０℃〜８０℃の範囲内で変化しても、光
透過中心波長は殆どずれないことが確認できた。

【００９８】なお、図２には、アレイ導波路型回折格子
における導波路構成の各パラメータを本実施形態例と同
様に形成し、第１のスラブ導波路３を分離していない従
来のアレイ導波路型回折格子において、０℃〜８０℃の
環境温度における光透過中心波長の温度変化を測定した
結果も示されている（図２の特性線ｂ）。特性線ａと特
性線ｂとを比較すると明らかなように、本実施形態例の
アレイ導波路型回折格子は、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であることが分か
る。

【００９９】さらに、本実施形態例によれば、前記スラ
イド移動機構は、高熱膨張係数部材７、ベース９、係止
部材１４を有して構成されており、ベース９に配置した
導波路形成部１０ａおよびその下の基板１の一端側を、
高熱膨張係数部材７を介してベース９に固定し、他端側
を係止部材１４により係止するといった簡単な構成であ
り、アレイ導波路型回折格子の構成の複雑化を避けるこ
とができる。

【０１００】さらに、本実施形態例によれば、上記のよ
うに導波路形成部１０ａおよびその下の基板１をベース
９にスライド移動自在に固定し、導波路形成部１０およ
びその下の基板をベース９に固定したものであるため、
容易に作製することができる。

【０１０１】さらに、本実施形態例によれば、ペルチェ
素子やヒータを用いる必要がないために、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
時通電を必要とせず、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、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。

【０１０２】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、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Ｃｕ等の材料により形成して
もよい。

【０１０３】また、上記実施形態例では、第１のスラブ
導波路３を劈開分離したが、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側を劈開分離して、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。

【０１０４】さらに、上記実施形態例では第１のスラブ
導波路３の劈開分離面８０はＸ軸とほぼ平行な面とした
が、第１のスラブ導波路３や第２のスラブ導波路５の劈
開分離面８０の形成方向は特に限定されるものでなく、
適宜設定されるものであり、例えばＸ軸に対して斜めの
面としてもよく、基板１の結晶方位面に沿って、スラブ
導波路をその光の経路と交わる劈開分離面８０で劈開分
離すればよい。

【０１０５】さらに、上記実施形態例では、分離スラブ
導波路３ａ側を劈開分離面８０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劈開分離
して形成した分離スラブ導波路の少なくとも一方側を、
前記劈開分離面８０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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】

【発明の効果】本第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、単結晶
基板の結晶方位面に沿って劈開形成された劈開分離面に
よりスラブ導波路を通る光の経路と交わる面で劈開分離
し、この分離したスラブ導波路の少なくとも一方を前記
劈開分離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
ることができる。

【０１０９】また、本第１の発明によれば、上記劈開に
よりスラブ導波路の分離面を形成しているために、例え
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
も一方を切断分離する場合と異なり、分離された分離ス
ラブ導波路間の間隔を例えば第３の発明のように約１μ
ｍ以下に狭くでき、分離面も非常に滑らかにすることが
できる。そのため、アレイ導波路型回折格子の損失特性
や中心波長特性を分離前とほぼ同等にすることができ、
これらの特性を安定したものとすることができる。

【０１１０】さらに、本第２の発明によれば、本第１の
発明に加えて、前記光透過中心波長をシフトさせるスラ
イド移動機構を設け、スライド移動機構による劈開分離
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、前記スライド移動量を適切な値とすることによ
って前記各光透過中心波長の温度依存変動（波長ずれ）
を解消することができる。

【０１１１】さらに、本第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。

【０１１２】したがって、本第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。

【０１１３】さらに、第４の発明によれば、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
物質を有しているために、この物質を適用して簡単な構
成のスライド移動機構を形成することができ、アレイ導
波路型回折格子の構成を簡単にできる。

【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】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従来のアレイ導波路
型回折格子における光透過中心波長の温度依存性と比較
して示すグラフである。

【図３】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４】従来提案されている、第１のスラブ導波路を切
断分離して形成してなるアレイ導波路型回折格子の構成
を示す平面説明図である。

【図５】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。

【図６】アレイ導波路型回折格子の１つの光出力導波路
から出力される光の光透過特性を示すグラフである。

【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９ベース１０，１０ａ，１０ｂ導波路形成部１４係止部材８０劈開分離面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奈良一孝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 (72)発明者柏原一久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 LA19 MA05 TA05 TA31 TA42 TA47

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基板上に形成し、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するアレイ導波路型回折格子に
おいて、前記基板は単結晶により形成されており、該単
結晶基板の結晶方位面に沿って劈開形成された劈開分離
面により前記第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
る面で分離されており、前記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劈開分離面に沿ってスライ
ド移動させることにより前記それぞれの光出力導波路か
ら出力される出力光の光透過中心波長をシフトさせるこ
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
劈開分離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】分離スラブ導波路同士の間隔は約１μｍ
以下と成していることを特徴とする請求項１又は請求項
２記載のアレイ導波路型回折格子。
【請求項４】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又は請求項３記載のアレイ導波路型回折
格子。