JP2002014243A - アレイ導波路格子およびアレイ導波路格子を使用した光通信システム - Google Patents

アレイ導波路格子およびアレイ導波路格子を使用した光通信システム

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JP2002014243A JP2000195858A JP2000195858A JP2002014243A JP 2002014243 A JP2002014243 A JP 2002014243A JP 2000195858 A JP2000195858 A JP 2000195858A JP 2000195858 A JP2000195858 A JP 2000195858A JP 2002014243 A JP2002014243 A JP 2002014243A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フラットな光周波数特性を有するアレイ導波
路素子およびこのようなアレイ導波路素子を使用した光
通信システムを実現する。 【解決手段】 アレイ導波路素子131は、基板132
上に入力用チャネル導波路133と出力用チャネル導波
路134と、チャネル導波路アレイ135と、入力用チ
ャネル導波路133とチャネル導波路アレイ135を接
続する第1の扇型スラブ導波路136と、出力用チャネ
ル導波路134とチャネル導波路アレイ135を接続す
る第2の扇型スラブ導波路137を形成している。出力
用チャネル導波路134が第2の扇型スラブ導波路13
7と接続する導波路部分152はパラボラ形状となって
おり、フラットな光周波数特性が実現されている。また
個々のパラボラ形状を波長に応じて調整することも可能
であり光信号の広帯域化に対応できる。

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格子お
よびアレイ導波路格子を使用した光通信システムに係わ
り、特に光波長合分波素子としてのアレイ導波路格子お
よびこれを使用した波長分割多重伝送方式の光通信シス
テムに関する。
【0002】
【従来の技術】インターネットや電子メールの普及等に
よって通信ネットワークの利用が大幅に増加しており、
大容量の情報伝送を可能にする光通信システムが注目さ
れている。光通信における波長多重度を現状よりも更に
向上させることは重要な意味を持っており、光波長合分
波素子がキーデバイスの1つと考えられている。アレイ
格子型の光導波路構造を有する光波長合分波素子は、パ
ッシブな構成で、狭い透過幅と高い消光比を有してい
る。また、多数の光信号を合分波することができるとい
った特徴も備えている。
【0003】図13は、従来のアレイ導波路格子の構成
を示したものである。アレイ導波路格子10は、基板1
1上に入力用チャネル導波路12と出力用チャネル導波
路13と、全体にU字状に曲がったチャネル導波路アレ
イ14と、入力用チャネル導波路12とチャネル導波路
アレイ14を接続する第1の扇型スラブ導波路15と、
出力用チャネル導波路13とチャネル導波路アレイ14
を接続する第2の扇型スラブ導波路16を形成してい
る。チャネル導波路アレイ14はこれを構成する各導波
路の長さが所定の導波路長差ΔLで順次長くなるように
構成されている。
【0004】図14は第1の扇型スラブ導波路の入力側
および出力側の構成を表わしたものである。入力用チャ
ネル導波路12の各導波路のコアは第1の扇型スラブ導
波路15との境界近傍で直線状に広がるテーパ形状をし
ている。第1の扇型スラブ導波路15との境界近傍にお
けるチャネル導波路アレイ14の各導波路のコアも、直
線状に広がるテーパ形状をしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のアレ
イ導波路格子10についてその光周波数特性を調べてみ
ると、各導波路の中心光周波数の近傍で放物線状の損失
特性がある。このため温度変化等によってレーザ光源の
波長が中心光周波数から変動すると、損失が大幅に増加
するという問題があった。このような温度変化等による
出力レベルの急変を防止すると共に、アレイ導波路格子
を多段に接続した際に透過幅が狭くなって変調成分がカ
ットされないようにするために、光周波数に対してピー
クレベルが平坦な透過特性を実現することが求められて
いる。
【0006】また、このようなアレイ導波路格子10を
通信網に複数段使用した構成の従来の光通信システムで
は、1つのアレイ導波路格子を通過する際の光周波数に
対する損失特性(あるいは光透過特性)が複数段のアレ
イ導波路格子で繰り返され、中心周波数近傍での光周波
数に対する損失特性がより急峻な放物線状となる。この
ため、レーザ光源の波長が中心光周波数から変動した際
の影響を受けやすくなったり、変調成分がカットされや
すくなったりするといった問題があった。このため、ア
レイ導波路格子による放物線状の損失特性を改善するた
めに各種の努力が行われているものの、現状よりも向上
させることが難しかった。
【0007】そこで本発明の目的は、フラットな光周波
数特性を有するアレイ導波路格子を提供することにあ
る。
【0008】本発明の他の目的は、フラットな光周波数
特性を有するアレイ導波路格子を使用した光通信システ
ムを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、(イ)基板と、(ロ)この基板上に配置された第1
のチャネル導波路と、(ハ)基板上に配置され、各導波
路の長さが所定の導波路長差で順次長くなるように構成
されたチャネル導波路アレイと、(ニ)基板上に配置さ
れ、第1のチャネル導波路とチャネル導波路アレイを接
続する第1のスラブ導波路と、(ホ)基板上に配置さ
れ、チャネル導波路アレイにおける第1のスラブ導波路
の接続されていない側の端部と一端部を接続する第2の
スラブ導波路と、(へ)基板上に配置され、第2のスラ
ブ導波路の他端と接続されこの接続箇所の導波路部分が
パラボラ形状をなしている第2のチャネル導波路とをア
レイ導波路格子に具備させる。
【0010】すなわち請求項1記載の発明では、アレイ
導波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と接続する第
2のチャネル導波路の導波路部分をパラボラ形状とする
ことでフラットな光周波数特性を実現している。
【0011】請求項2記載の発明では、(イ)基板と、
(ロ)この基板上に配置された第1のチャネル導波路
と、(ハ)基板上に配置され、各導波路の長さが所定の
導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル導
波路アレイと、(ニ)基板上に配置され、第1のチャネ
ル導波路とチャネル導波路アレイを接続する第1のスラ
ブ導波路と、(ホ)基板上に配置され、チャネル導波路
アレイにおける第1のスラブ導波路の接続されていない
側の端部と一端部を接続する第2のスラブ導波路と、
(へ)基板上に配置され、第2のスラブ導波路の他端と
接続されこの接続箇所の導波路部分がステップ関数的に
不連続に光導波路幅が変化するマルチモード干渉器とし
ての形状をなしている第2のチャネル導波路とをアレイ
導波路格子に具備させる。
【0012】すなわち請求項2記載の発明では、アレイ
導波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と接続する第
2のチャネル導波路の導波路部分をステップ関数的に不
連続に光導波路幅が変化するマルチモード干渉器として
の形状とすることでフラットな光周波数特性を実現して
いる。
【0013】請求項3記載の発明では、(イ)基板と、
(ロ)この基板上に配置された第1のチャネル導波路
と、(ハ)基板上に配置され、各導波路の長さが所定の
導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル導
波路アレイと、(ニ)基板上に配置され、第1のチャネ
ル導波路とチャネル導波路アレイを接続する第1のスラ
ブ導波路と、(ホ)基板上に配置され、チャネル導波路
アレイにおける第1のスラブ導波路の接続されていない
側の端部と一端部を接続する第2のスラブ導波路と、
(へ)基板上に配置され、第2のスラブ導波路の他端と
接続されこの接続箇所の導波路部分が矩形の界分布を励
起する矩形界分布励起形状をなしている第2のチャネル
導波路とをアレイ導波路格子に具備させる。
【0014】すなわち請求項3記載の発明では、アレイ
導波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と接続する第
2のチャネル導波路の導波路部分を矩形の界分布を励起
する矩形界分布励起形状とすることでフラットな光周波
数特性を実現している。
【0015】請求項4記載の発明では、請求項1記載の
アレイ導波路格子で、パラボラ形状が第1のチャネル導
波路に入力する多重化された光信号の各波長に応じて個
別に調整されていることを特徴としている。
【0016】すなわち請求項4記載の発明では、パラボ
ラ形状を第1のチャネル導波路に入力する多重化された
光信号の各波長に応じて個別に調整することで、アレイ
導波路格子に使用する波長広帯域化を実現している。
【0017】請求項5記載の発明では、請求項2記載の
アレイ導波路格子で、マルチモード干渉器としての形状
が第1のチャネル導波路に入力する多重化された光信号
の各波長に応じて個別に調整されているされていること
を特徴としている。
【0018】すなわち請求項5記載の発明では、マルチ
モード干渉器としての形状が第1のチャネル導波路に入
力する多重化された光信号の各波長に応じて個別に調整
されることで、アレイ導波路格子に使用する波長広帯域
化を実現している。
【0019】請求項6記載の発明では、請求項3記載の
アレイ導波路格子で、矩形界分布励起形状が第1のチャ
ネル導波路に入力する多重化された光信号の各波長に応
じて個別に調整されているされていることを特徴として
いる。
【0020】すなわち請求項6記載の発明では、、矩形
界分布励起形状が第1のチャネル導波路に入力する多重
化された光信号の各波長に応じて個別に調整されされる
ことで、アレイ導波路格子に使用する波長広帯域化を実
現している。
【0021】請求項7記載の発明では、請求項3記載の
アレイ導波路格子で、矩形界分布励起形状は、導波路の
幅変化開始点における出力用チャネル導波路の境界部分
と導波路の中心軸のなす角度θWが、0度よりも大きく
90度よりも小さい値となるような形状であり、このう
ちテーパ形状を除外した形状となっていることを特徴と
している。
【0022】すなわち請求項7記載の発明では、矩形界
分布励起形状は、導波路の幅変化開始点における出力用
チャネル導波路の境界部分と導波路の中心軸のなす角度
θWが、0度よりも大きく90度よりも小さい値となる
ような形状であることを明確にし、このうち機能しない
テーパ形状を除いている。
【0023】請求項8記載の発明では、(イ)各波長の
光信号をパラレルに送出する光送信手段と、(ロ)この
光送信手段の送出した各波長の光信号を波長分割多重す
るアレイ導波路格子からなるマルチプレクサと、(ハ)
このマルチプレクサから出力される波長分割多重された
光信号を伝送する光伝送路と、(ニ)この光伝送路の途
中に適宜配置されたアレイ導波路格子を備えたノード
と、(ホ)光伝送路をノードを経由して送られてきた光
信号を入力し各波長の光信号に分離するアレイ導波路格
子からなるデマルチプレクサと、(へ)このデマルチプ
レクサによって分離された各波長の光信号を受信する光
受信機とを備え、(ト)各アレイ導波路格子は、基板
と、この基板上に配置された第1のチャネル導波路と、
基板上に配置され、各導波路の長さが所定の導波路長差
で順次長くなるように構成されたチャネル導波路アレイ
と、基板上に配置され、第1のチャネル導波路とチャネ
ル導波路アレイを接続する第1のスラブ導波路と、基板
上に配置され、チャネル導波路アレイにおける第1のス
ラブ導波路の接続されていない側の端部と一端部を接続
する第2のスラブ導波路と、基板上に配置され、第2の
スラブ導波路の他端と接続されこの接続箇所の導波路部
分が矩形の界分布を励起する矩形界分布励起形状をなし
ている第2のチャネル導波路とを具備していることを特
徴としている。
【0024】すなわち請求項8記載の発明では、光送信
手段と、この光送信手段の送出した各波長の光信号を波
長分割多重するアレイ導波路格子からなるマルチプレク
サと、このマルチプレクサから出力される波長分割多重
された光信号を伝送する光伝送路と、この光伝送路の途
中に適宜配置されたアレイ導波路格子を備えたノードと
光伝送路をノードを経由して送られてきた光信号を入力
し各波長の光信号に分離するアレイ導波路格子からなる
デマルチプレクサと、このデマルチプレクサによって分
離された各波長の光信号を受信する光受信機とを備えた
ライン状の通信システムで、これを構成する各アレイ導
波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と接続する第2
のチャネル導波路の導波路部分を矩形の界分布を励起す
る矩形界分布励起形状とすることでフラットな光周波数
特性を実現している。
【0025】請求項9記載の発明では、(イ)複数のノ
ードを伝送路によって環状に接続し、これらの伝送路に
波長分割多重された光信号を伝送する環状伝送路を有
し、それぞれのノードが波長分割多重された光信号を各
波長の光信号に分離するアレイ導波路格子と、各波長の
光信号に分離された光信号を波長分割多重するアレイ導
波路格子を備えており、(ロ)これらの各アレイ導波路
格子は、基板と、この基板上に配置された第1のチャネ
ル導波路と、基板上に配置され、各導波路の長さが所定
の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル
導波路アレイと、基板上に配置され、第1のチャネル導
波路とチャネル導波路アレイを接続する第1のスラブ導
波路と、基板上に配置され、チャネル導波路アレイにお
ける第1のスラブ導波路の接続されていない側の端部と
一端部を接続する第2のスラブ導波路と、基板上に配置
され、第2のスラブ導波路の他端と接続されこの接続箇
所の導波路部分が矩形の界分布を励起する矩形界分布励
起形状をなしている第2のチャネル導波路とを具備して
いることを特徴としている。
【0026】すなわち請求項9記載の発明では、複数の
ノードを伝送路によって環状に接続し、これらの伝送路
に波長分割多重された光信号を伝送する環状伝送路を有
し、それぞれのノードが波長分割多重された光信号を各
波長の光信号に分離するアレイ導波路格子と、各波長の
光信号に分離された光信号を波長分割多重するアレイ導
波路格子を備えた環状の通信システムで、これを構成す
る各アレイ導波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と
接続する第2のチャネル導波路の導波路部分を矩形の界
分布を励起する矩形界分布励起形状とすることでフラッ
トな光周波数特性を実現している。
【0027】
【発明の実施の形態】
【0028】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【0029】図1は本発明の一実施例における光通信シ
ステムの構成の概要を表わしたものである。この光通信
システムで、送信側に配置されたSONET(Synchron
ousOptical Network)装置(光送信機)101から送り
出された波長λ1〜λNのNチャネル分の光信号は光マル
チプレクサ(MUX)102で多重された後、ブースタ
アンプ103で増幅されて光伝送路104に送り出され
る。光マルチプレクサ102は、アレイ導波路格子(A
WG:arrayed waveguide)で構成されている。多重化
された光信号105はインラインアンプ106で適宜増
幅された後、プリアンプ107を経て光デマルチプレク
サ(DMUX)108で元の波長λ1〜λNに分離され、
SONET装置(光受信機)109で受信されるが、そ
の途中の光伝送路104に適宜の数のノード(OAD
M)1111〜111Mが配置されている。これらのノー
ド1111〜111Mでは、所望の波長の光信号が入出力
されることになる。
【0030】図2は、ノードの構成の概要を示したもの
である。ここでは第1のノード1111を示している
が、第2〜第Mのノード1112〜111Mも原理的には
同一の構成となっている。図1に示した光伝送路104
は、第1のノード1111の入力側アレイ導波路格子
(AWG)121に入力されて波長λ1〜λNのNチャネ
ル分の光信号に分波され、各波長λ1〜λNごとに設けら
れた2入力2出力の光スイッチ1221〜122Nによっ
て、それぞれの波長λ1〜λNの光信号のノード側受信部
126に取り込む(drop)と共に、ノード側送信部12
4から送信した光信号を挿入する(Add)。2入力2出
力の光スイッチ1221〜122Nの出力側はそれぞれに
対応して設けられたアッテネータ(ATT)1271
127Nによってゲインを調整された後に出力側アレイ
導波路格子128に入力されるようになっている。出力
側アレイ導波路格子128は入力側アレイ導波路格子1
21と逆の構成の素子であり、波長λ1〜λNのNチャネ
ル分の光信号を多重して光伝送路104に光信号105
として送り出すことになる。
【0031】このように図2に示した第1のノード11
1を始めとして、図1に示した第2〜第Mのノード1
112〜111Mおよび光マルチプレクサ102ならびに
光デマルチプレクサ108は共にアレイ導波路格子を使
用している。したがって、光信号105のチャネル数N
が多くなる要請の下で、アレイ導波路格子のよりフラッ
トな光周波数特性が求められることになる。
【0032】図3は、本実施例で使用されるアレイ導波
路格子の外観を表わしたものである。本実施例のアレイ
導波路格子131は、基板132上に入力用チャネル導
波路133と出力用チャネル導波路134と、放物線状
に曲がったチャネル導波路アレイ135と、入力用チャ
ネル導波路133とチャネル導波路アレイ135を接続
する第1の扇型スラブ導波路136と、出力用チャネル
導波路134とチャネル導波路アレイ135を接続する
第2の扇型スラブ導波路137を形成している。チャネ
ル導波路アレイ135はこれを構成する各導波路の長さ
が所定の導波路長差ΔLで順次長くなるように構成され
ている。入力用チャネル導波路133には波長λ1〜λN
の多重化された光信号141が入力され、出力用チャネ
ル導波路134から各波長λ1〜λNに分離された光信号
142が出力されるようになっている。
【0033】本実施例のアレイ導波路格子131は、基
板132として半導体(シリコン)基板を使用してい
る。そして、下層クラッド層としてリン、ゲルマニウ
ム、チタン、ボロン、フッ素などを添加した石英系材料
を、火炎堆積法、CVD法、スパッタ法、スピンコート
法、電子ビーム蒸着法などの手法を使用して厚さ数十μ
m堆積している。次に下層クラッド層よりも屈折率が高
くなるように不純物を添加した石英のコア層を3〜8μ
m程度堆積して、図3に示すような光導波路形状のコア
層を作製する。コア層の作製には、フォトリソグラフィ
を用いて微細領域を適切なマスク材に転写し、続いて反
応性イオンエッチング(RIE)装置や反応性イオンビ
ームエッチング(RIBE)装置等のドライエッチング
法によって不用領域を除去して行う。最後に、再び屈折
率をコア層よりも低く設定した前記した石英系材料を用
いて、厚さ数十μmの上層クラッド層を堆積する。
【0034】図4は、第1の扇型スラブ導波路とこれに
接続する入力用チャネル導波路およびチャネル導波路ア
レイの接続部分の構成を表わしたものである。入力用チ
ャネル導波路133は第1の扇型スラブ導波路136に
接続する側が長さd1にわたってテーパ状に広がってい
る。入力用チャネル導波路133のコア開口幅(光導波
路幅)はWtであり、第1の扇型スラブ導波路136の
曲率半径はR1である。第1の扇型スラブ導波路136
に接続するチャネル導波路アレイ135はコア幅がWc
で第1の扇型スラブ導波路136に向かう側が長さd2
にわたってそれぞれテーパ状に広まっている。チャネル
導波路アレイのコア開口幅はDで、チャネル導波路アレ
イ135の間隔はS2である。このような第1の扇型ス
ラブ導波路の入力側および出力側の構成は、図14に示
した従来の構成と特に異なるところはない。
【0035】図5は、第2の扇型スラブ導波路とこれに
接続するチャネル導波路アレイおよび出力用チャネル導
波路の接続部分の構成を表わしたものである。チャネル
導波路アレイ135は第2の扇型スラブ導波路137に
接続する側が長さd3にわたってテーパ状に広がってい
る。このテーパ状に広がる前のチャネル導波路アレイ1
35のコア幅はWcであり、コア開口幅はDである。第
2の扇型スラブ導波路136の曲率半径はR2である。
チャネル導波路アレイ135の間隔はS3である。
【0036】第2の扇型スラブ導波路137に接続する
出力用チャネル導波路134の導波路部分は、長さd4
にわたってパラボラ形状となっている。パラボラ形状の
導波路部分151と接続されたコア幅はWcであり、コ
ア開口幅はWpである。本実施例ではパラボラ形状の導
波路部分151が図3で示した光信号142の各波長λ
1〜λNに応じてその形状を変化させている。長さd4
便宜的に長さLで表わすことにする。
【0037】図3に示したアレイ導波路格子131の入
力用チャネル導波路133に入射された光は、図4に示
したそのテーパ状の導波路部分を通過する際に、ほぼガ
ウシアン分布の界分布をなしたまま第1の扇型スラブ導
波路136方向に進行する。この界分布の広がりは、テ
ーパ終端の光導波路幅Wtで決定する。この界分布を持
った光は、第1の扇型スラブ導波路136で横方向に広
がって進み、チャネル導波路アレイ135の各導波路を
励振する。そして、第2の扇型スラブ導波路137にお
いて出力用チャネル導波路134の光周波数fあるいは
長λ1〜λNに対応した位置にそれぞれ集光することにな
る。このとき、相反の定理によって、第2の扇型スラブ
導波路137と出力用チャネル導波路134との境界に
おける光分布もガウシアン分布となる。
【0038】図6は、パラボラ形状の導波路部分を具体
的に表わしたものである。パラボラ形状の導波路部分1
51は、図5で説明したようにコア開口幅がWp、長さ
がLでパラボラ形状の導波路部分151と接続されたコ
ア幅はWcとなっている。導波路部分151の任意の位
置の幅をW(z)とすると、これは次の(1)式で表わ
すことができる。
【0039】 W(z)={2αλ/neff(L−Z)+Wc21/2 ……(1) ここでαは定数、λは光波長、neffは実効屈折率、L
はパラボラ部分の長さ、Wcは出力用チャネル光導波路
134の幅である。
【0040】この(1)式でコア開口幅Wpは、第2の
扇型スラブ導波路137と出力用チャネル導波路134
との境界で生じるガウシアン分布の幅に比べて1〜5倍
の幅となるように大きく設定されている。したがって、
温度変化等によってレーザ光源の周波数fが多少変動し
ても出力用チャネル導波路134へ結合する光の量はほ
ぼ一定に保たれる。このため、光源の周波数fが変化し
ても分波出力がほぼ一定となるような平坦な光周波数特
性を実現することができる。
【0041】ところで本実施例のアレイ導波路格子で
は、分波した各光周波数fに対応して、既に説明したよ
うに各出力用チャネル光導波路134のパラボラ形状の
パラメータを補正することで、各チャネル間で差異の僅
差な透過光周波数特性を実現している。
【0042】図7は、パラボラ形状の係数αに対する透
過幅と挿入損失の変化の計算を、光周波数特性の平坦化
を行っていないものと比較して示したものである。縦軸
は係数αを変化させてパラボラ形状を変えていったとき
の透過特性の平坦性と過剰損失を表わしており、パラボ
ラ形状の係数αが1.10近傍で最も平坦な特性が得ら
れる。アレイ導波路格子131では、次に説明するよう
に入力用チャネル導波路133の第1の扇型スラブ導波
路136との接続箇所をパラボラ形状の導波路部分とす
ることで平坦性を確保する提案もあるが、本実施例のよ
うに出力用チャネル導波路134が第2の扇型スラブ導
波路137と接続する導波路部分152(図3)をパラ
ボラ形状とすることで同様の効果を得ることがわかる。
【0043】図8は、入力用チャネル導波路の第1の扇
型スラブ導波路との接続箇所をパラボラ形状の導波路部
分とする提案のその接続部分の構成を表わしたものであ
る。この図8では本発明の実施例と区別するために図1
3と同一部分には図13と同一の符号を付している。特
開平9−297228号公報に開示されたこの提案で
は、第1の扇型スラブ導波路15との境界近傍における
入力用チャネル導波路12の各導波路のコアがパラボラ
形状をしている。これに対して、第1の扇型スラブ導波
路15との境界近傍におけるチャネル導波路アレイ14
の各導波路のコアは、直線状に広がるテーパ形状をして
いる。ここで、第1の扇型スラブ導波路15の曲率半径
は符号Rで示しており、入力用チャネル導波路12のパ
ラボラ状の導波路のコア開口幅は符号Wで示している。
入力用チャネル導波路12の間隔は符号S1で示してお
り、パラボラ形状の導波路部分の長さはl1で示してい
る。チャネル導波路アレイ14のテーパ形状の導波路の
コア開口幅は符号Dで示しており、チャネル導波路部分
のコア幅は符号Wcで示している。チャネル導波路アレ
イ14の間隔は符号S2で示しており、テーパ形状の導
波路の長さを符号d2で示している。この図8に示す提
案でも、光周波数に対してピークレベルが平坦な透過特
性を実現することができるとされている。
【0044】しかしながらこの図8に示した提案では、
大容量の情報伝送を可能にするために波長多重度を更に
向上させようとしても限界がある。これを次に説明す
る。図8に示した提案のアレイ導波路格子では、入射側
にパラボラ状の導波路部分がある。したがって、チャネ
ル導波路アレイ14側のテーパ幅としてのコア開口幅D
を波長に応じて個別設定が可能であるとしても、パラボ
ラ状の導波路のコア開口幅Wはそれぞれの波長に共通し
た1つのパラボラ状の導波路部分を使用しているので、
共通にならざるを得ない。また、先の(1)式で示した
係数αも一定となる。
【0045】これに対して本実施例のように各波長λ1
〜λNに対応する位置に個別にパラボラ形状の導波路部
分151が存在する場合には、コア開口幅(光導波路
幅)Wtが共通であるが、コア開口幅Wpを各波長λ1
〜λNに合わせて設定可能である。また、係数αもこれ
らに応じて個別設定が可能である。このため、図8に示
した提案と比べると、設計の自由度が大きい。したがっ
て、光周波数fに対して透過光周波数特性の微妙な調整
を行うことが可能になる。
【0046】このような光周波数fに対する透過光周波
数特性の微妙な調整について、説明を補足する。アレイ
導波路格子の光透過特性の波長依存性は、従来から使用
されている波長範囲では小さいが広帯域化の進展と共に
波長依存性が大きくなって特性差を無視することができ
なくなっている。波長依存性の傾向としては、一般に短
波長側に行くに従って高次モードが励振されやすくな
り、また長波長側に行くに従って導波しにくくなり、カ
ットオフという問題が生じる。アレイ導波路格子では高
次モードである矩形界分布の励起を用いている。従っ
て、短波長側に行くほど矩形界分布は励起されやすくな
り、光透過特性における平坦性は増加する。逆に長波長
側に行くほど光透過特性における平坦性は減少する。挿
入損失の一要因である伝搬損失については長波長側ほど
増加する。短波長側については、高次モードが励起され
ないある波長域までは減少する。
【0047】以上のような特性の波長依存性を解消する
ためには、短波長領域で、平坦性の僅かな増加と損失の
僅かな減少(更に短波長側に進むと反対に増加傾向にな
る。)を補正するように係数α、コア開口幅Wt、Wp
を調整するようにすればよい。また、長波長側では平坦
性が僅かな減少と損失の僅かな増加を補正するようにこ
れらの係数α、コア開口幅Wt、Wpを調整するように
すればよい。
【0048】図9は、透過周波数特性の各種計算結果を
示したものである。この図で曲線161は図13および
図14で説明した平坦化を行っていない無平坦化の場合
の各光波長に対する光出力を示したものである。また、
曲線162は係数αを0.95とした場合の各光波長に
対する光出力を示し、曲線163は係数αを1.1とし
た場合の各光波長に対する光出力を示し、曲線164は
係数αを1.2とした場合の各光波長に対する光出力を
示している。
【0049】係数αを1.1とした場合の曲線163を
基準にして考察する。係数αを0.95とした曲線16
2は、透過幅が同一のままで損失を変化させたものであ
る。一方、曲線163で示した透過特性に対して損失が
同一のままで透過幅を変化させたものが、係数αを1.
2とした曲線164で示した透過特性となる。このよう
に本実施例のアレイ導波路格子131(図3)の場合に
は、適切なパラメータに調整することで、各チャネル間
における透過周波数特性の差異を補正して僅差に追い込
むことができる。
【0050】したがって、図8で提案されたアレイ導波
路格子よりも広帯域動作性を向上したアレイ導波路格子
を実現することができるだけでなく、図1に示したよう
な光通信システムでノード111を多段に使用しても透
過幅が狭くなったり変調成分がカットされるという不都
合を解消することができる。
【0051】変形例
【0052】図10は、本発明の変形例としてMMI光
導波路を使用したアレイ導波路格子の要部を示したもの
である。この図10に示した部分は、図3における出力
用チャネル導波路134が第2の扇型スラブ導波路13
7と接続する導波路部分152と同一範囲を示してい
る。MMI(Multi-Mode Interference:マルチモード
干渉器)光導波路は、ステップ関数的に不連続に光導波
路幅が変化するような形状をなしている。したがって、
第2の扇型スラブ導波路137に接続する出力用チャネ
ル導波路134の導波路部分201をMMI光導波路と
することで、同様にこの導波路部分をテーパ状とした場
合の不都合を解消することができる。
【0053】ここで導波路部分201はコア開口幅がW
mであり、長さがLmである。これらの値は各波長λ1
〜λNに合わせて設定可能であり、これにより図8で提
案されたアレイ導波路格子よりも波長多重度を向上させ
ることができる。
【0054】発明の変形可能性
【0055】図11は、第2の扇型スラブ導波路に接続
する出力用チャネル導波路の形状の可能性を考察したも
のである。この図で実線は図10で説明したMMI光導
波路の形状を示している。このMMI光導波路211
で、出力用チャネル導波路134は光導波路幅の変化開
始位置から外側に直角に折れ曲がっている。これに対し
て図4等に示した従来の第1の扇型スラブ導波路136
に接続する入力用チャネル導波路の場合には、図11で
2点鎖線214で示したように90度よりも小さい所定
の角度θTだけ外側に折れ曲がったテーパ状となってい
る。
【0056】既に説明したように、出力用チャネル導波
路134の第2の扇型スラブ導波路137と接続する導
波路部分がテーパ状となっている場合には光分布がガウ
シアン分布となる。したがって、このように導波路部分
がテーパ状となっているような形状を除いた曲線、たと
えば曲線215、216は同様に光源の周波数fが変化
しても分波出力がほぼ一定となるような平坦な光周波数
特性を実現することができる。徐々に幅が1次関数に変
化する形状としてのテーパ形状は、高次モードでの励振
が起こらない。このようにテーパ形状は断熱的な変化を
行うために、矩形界分布励起形状としては不適切であ
り、除外している。
【0057】したがって、3次、4次等の高次関数ある
いはハミング関数等の関数で、上記した角度条件を満足
する形状を実現することにより、平坦な光周波数特性を
得ることが同様に可能になる。一般にこのような矩形界
分布励起形状は、導波路の幅変化開始点における出力用
チャネル導波路134の境界部分と導波路の中心軸とな
す角度θWが、次の角度範囲となるような形状である。
ただし、テーパ形状は除外する。 0゜<θW<90゜
【0058】ここで下限の0゜<θWの条件は、高次モ
ードの励振が必要なことから光導波路を広くとる必要が
あることに起因する。また、上限のθW<90゜につい
ては幅変化領域に到達する前で不必要な結合を防ぐ主旨
である。
【0059】また実施例および変形例では出力用チャネ
ル導波路134の第2の扇型スラブ導波路137と接続
する導波路部分が1種類の曲線あるいは直線形状と接続
する場合を示したがこれに限るものではない。この例を
次に説明する。
【0060】図12は、出力用チャネル導波路が第2の
扇型スラブ導波路と接続する部分が第1〜第3の領域を
連結した形状を有している場合を示したものである。こ
のうち第1の領域231は一定の幅W1からなる導波路
部分であり、第2の領域232は幅W1からこれよりも
広い幅W2にテーパ状に広がる導波路部分である。第3
の領域233は第2の領域232と幅W2で接続し、こ
れよりも大きな幅W3にまで拡大する形状となってお
り、この形状は矩形界分布を励起する矩形界分布励起形
状となっている。なおこの図では出力用チャネル導波路
の幅W1とW2は後者の方が大きくなる場合を示したが、
これに限るものではない。すなわち、幅W1とW2が等し
くてもよいし、幅W1の方が幅W2よりも大きい場合であ
ってもよい。また、第2の領域232は必ずしも直線的
な変化を示す形状である必要はなく、第1の領域231
と第2の領域232を滑らかに接続する曲線形状であっ
てもよいことは当然である。
【0061】なお、以上説明した実施例および変形例で
は図1に示したように光送信機と光受信機の間を結ぶ伝
送路上に複数のアレイ導波路格子を配置した光通信シス
テムを説明した。このような直線的な伝送路を使用した
光通信システムに本発明を適用することができるだけで
なく、複数のノードあるいはアレイ導波路格子を環状に
配置した光通信システムに対しても本発明を適用するこ
とができることは当然である。
【0062】更に実施例ではスラブ導波路として扇型ス
ラブ導波路を使用した例について説明したが、その形状
が扇型に限るものでないことも当然である。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように請求項1および請求
項4記載の発明によれば、アレイ導波路格子の第2のス
ラブ導波路の出力側と接続する第2のチャネル導波路の
導波路部分をパラボラ形状とすることでフラットな光周
波数特性を実現している。しかもパラボラ形状はアレイ
導波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と接続する第
2のチャネル導波路の導波路部分なので、これらのパラ
ボラ形状を対応する波長に応じて調整しておくことがで
き、光信号の広帯域化に対応することができるという優
れた効果がある。
【0064】また、請求項2および請求項5記載の発明
によれば、アレイ導波路格子の第2のスラブ導波路の出
力側と接続する第2のチャネル導波路の導波路部分をス
テップ関数的に不連続に光導波路幅が変化するマルチモ
ード干渉器としての形状とすることでフラットな光周波
数特性を実現している。しかもマルチモード干渉器とし
ての形状はアレイ導波路格子の第2のスラブ導波路の出
力側と接続する第2のチャネル導波路の導波路部分なの
で、これらのマルチモード干渉器としての形状を対応す
る波長に応じて調整しておくことができ、光信号の広帯
域化に対応することができるという優れた効果がある。
【0065】更に請求項3、請求項6および請求項7記
載の発明によれば、アレイ導波路格子の第2のスラブ導
波路の出力側と接続する第2のチャネル導波路の導波路
部分を矩形の界分布を励起する矩形界分布励起形状とす
ることでフラットな光周波数特性を実現している。しか
も矩形の界分布を励起する矩形界分布励起形状はアレイ
導波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と接続する第
2のチャネル導波路の導波路部分なので、これらの矩形
界分布励起形状を対応する波長に応じて調整しておくこ
とができ、光信号の広帯域化に対応することができると
いう優れた効果がある。
【0066】また請求項8記載の発明によれば、光送信
手段と、この光送信手段の送出した各波長の光信号を波
長分割多重するアレイ導波路格子からなるマルチプレク
サと、このマルチプレクサから出力される波長分割多重
された光信号を伝送する光伝送路と、この光伝送路の途
中に適宜配置されたアレイ導波路格子を備えたノードと
光伝送路をノードを経由して送られてきた光信号を入力
し各波長の光信号に分離するアレイ導波路格子からなる
デマルチプレクサと、このデマルチプレクサによって分
離された各波長の光信号を受信する光受信機とを備えた
ライン状の通信システムで、これを構成する各アレイ導
波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と接続する第2
のチャネル導波路の導波路部分を矩形の界分布を励起す
る矩形界分布励起形状とすることでフラットな光周波数
特性を実現することができるだけでなく、アレイ導波路
格子の第2のスラブ導波路の出力側と接続する第2のチ
ャネル導波路の導波路部分なので、これらの矩形界分布
励起形状を対応する波長に応じて調整しておくことがで
き、光信号の広帯域化に対応することができるという優
れた効果がある。
【0067】更に請求項9記載の発明によれば、複数の
ノードを伝送路によって環状に接続し、これらの伝送路
に波長分割多重された光信号を伝送する環状伝送路を有
し、それぞれのノードが波長分割多重された光信号を各
波長の光信号に分離するアレイ導波路格子と、各波長の
光信号に分離された光信号を波長分割多重するアレイ導
波路格子を備えた環状の通信システムで、これを構成す
る各アレイ導波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と
接続する第2のチャネル導波路の導波路部分を矩形の界
分布を励起する矩形界分布励起形状とすることでフラッ
トな光周波数特性を実現することができるだけでなく、
アレイ導波路格子の第2のスラブ導波路の出力側と接続
する第2のチャネル導波路の導波路部分なので、これら
の矩形界分布励起形状を対応する波長に応じて調整して
おくことができ、光信号の広帯域化に対応することがで
きるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における光通信システムの構
成の概要を表わしたシステム構成図である。
【図2】本実施例の光通信システムに使用されるノード
の構成の概要を示したブロック図である。
【図3】本実施例のアレイ導波路格子の外観を表わした
斜視図である。
【図4】本実施例で第1の扇型スラブ導波路とこれに接
続する入力用チャネル導波路およびチャネル導波路アレ
イの接続部分の構成を表わした平面図である。
【図5】本実施例で第2の扇型スラブ導波路とこれに接
続するチャネル導波路アレイおよび出力用チャネル導波
路の接続部分の構成を表わした要部平面図である。
【図6】本実施例のパラボラ形状の導波路部分を具体的
に表わした説明図である。
【図7】パラボラ形状の係数αに対する透過幅と挿入損
失の変化の計算を、光周波数特性の平坦化を行っていな
いものと比較して示した特性図である。
【図8】入力用チャネル導波路の第1の扇型スラブ導波
路との接続個所をパラボラ形状の導波路部分とする提案
の接続部分の構成を表わした要部平面図である。
【図9】透過周波数特性の各種計算結果を示した特性図
である。
【図10】本発明の変形例としてMMI光導波路を第2
の扇型スラブ導波路の出力側に使用したアレイ導波路格
子の要部を示した要部平面図である。
【図11】第2の扇型スラブ導波路に接続する出力用チ
ャネル導波路の形状の変形可能性を示した説明図であ
る。
【図12】出力用チャネル導波路が第2の扇型スラブ導
波路と接続する部分が第1〜第3の領域を連結した形状
を有している場合を変形例として示した説明図である。
【図13】従来のアレイ導波路格子の構成を示した斜視
図である。
【図14】図13に示したアレイ導波路格子における第
1の扇型スラブ導波路の入力側および出力側の構成を表
わしたものである。
【符号の説明】
101 SONET装置(光送信機) 102 光マルチプレクサ 108 光デマルチプレクサ 109 SONET装置(光受信機) 111 ノード 121 入力側アレイ導波路格子(AWG) 128 出力側アレイ導波路格子 133 入力用チャネル導波路 134 出力用チャネル導波路 135 チャネル導波路アレイ 136 第1の扇型スラブ導波路 137 第2の扇型スラブ導波路 141 波長λ1〜λNの多重化された光信号 142 各波長λ1〜λNに分離された光信号 151 パラボラ形状の導波路部分 152、201 導波路部分

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、 この基板上に配置された第1のチャネル導波路と、 前記基板上に配置され、各導波路の長さが所定の導波路
    長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路ア
    レイと、 前記基板上に配置され、前記第1のチャネル導波路とチ
    ャネル導波路アレイを接続する第1のスラブ導波路と、 前記基板上に配置され、前記チャネル導波路アレイにお
    ける第1のスラブ導波路の接続されていない側の端部と
    一端部を接続する第2のスラブ導波路と、 前記基板上に配置され、第2のスラブ導波路の他端と接
    続されこの接続箇所の導波路部分がパラボラ形状をなし
    ている第2のチャネル導波路とを具備することを特徴と
    するアレイ導波路格子。
  2. 【請求項2】 基板と、 この基板上に配置された第1のチャネル導波路と、 前記基板上に配置され、各導波路の長さが所定の導波路
    長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路ア
    レイと、 前記基板上に配置され、前記第1のチャネル導波路とチ
    ャネル導波路アレイを接続する第1のスラブ導波路と、 前記基板上に配置され、前記チャネル導波路アレイにお
    ける第1のスラブ導波路の接続されていない側の端部と
    一端部を接続する第2のスラブ導波路と、 前記基板上に配置され、第2のスラブ導波路の他端と接
    続されこの接続箇所の導波路部分がステップ関数的に不
    連続に光導波路幅が変化するマルチモード干渉器として
    の形状をなしている第2のチャネル導波路とを具備する
    ことを特徴とするアレイ導波路格子。
  3. 【請求項3】 基板と、 この基板上に配置された第1のチャネル導波路と、 前記基板上に配置され、各導波路の長さが所定の導波路
    長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路ア
    レイと、 前記基板上に配置され、前記第1のチャネル導波路とチ
    ャネル導波路アレイを接続する第1のスラブ導波路と、 前記基板上に配置され、前記チャネル導波路アレイにお
    ける第1のスラブ導波路の接続されていない側の端部と
    一端部を接続する第2のスラブ導波路と、 前記基板上に配置され、第2のスラブ導波路の他端と接
    続されこの接続箇所の導波路部分が矩形の界分布を励起
    する矩形界分布励起形状をなしている第2のチャネル導
    波路とを具備することを特徴とするアレイ導波路格子。
  4. 【請求項4】 前記パラボラ形状が前記第1のチャネル
    導波路に入力する多重化された光信号の各波長に応じて
    個別に調整されていることを特徴とする請求項1記載の
    アレイ導波路格子。
  5. 【請求項5】 前記マルチモード干渉器としての形状が
    前記第1のチャネル導波路に入力する多重化された光信
    号の各波長に応じて個別に調整されていることを特徴と
    する請求項2記載のアレイ導波路格子。
  6. 【請求項6】 前記矩形界分布励起形状が前記第1のチ
    ャネル導波路に入力する多重化された光信号の各波長に
    応じて個別に調整されていることを特徴とする請求項3
    記載のアレイ導波路格子。
  7. 【請求項7】 前記矩形界分布励起形状は、導波路の幅
    変化開始点における出力用チャネル導波路の境界部分と
    導波路の中心軸のなす角度θWが、0度よりも大きく9
    0度よりも小さい値となるような形状であり、このうち
    テーパ形状を除外した形状となっていることを特徴とす
    る請求項3記載のアレイ導波路格子。
  8. 【請求項8】 各波長の光信号をパラレルに送出する光
    送信手段と、 この光送信手段の送出した各波長の光信号を波長分割多
    重するアレイ導波路格子からなるマルチプレクサと、 このマルチプレクサから出力される波長分割多重された
    光信号を伝送する光伝送路と、 この光伝送路の途中に適宜配置されたアレイ導波路格子
    を備えたノードと、 前記光伝送路を前記ノードを経由して送られてきた光信
    号を入力し各波長の光信号に分離するアレイ導波路格子
    からなるデマルチプレクサと、 このデマルチプレクサによって分離された各波長の光信
    号を受信する光受信機とを備え、 前記各アレイ導波路格子は、基板と、この基板上に配置
    された第1のチャネル導波路と、前記基板上に配置さ
    れ、各導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くなる
    ように構成されたチャネル導波路アレイと、前記基板上
    に配置され、前記第1のチャネル導波路とチャネル導波
    路アレイを接続する第1のスラブ導波路と、前記基板上
    に配置され、前記チャネル導波路アレイにおける第1の
    スラブ導波路の接続されていない側の端部と一端部を接
    続する第2のスラブ導波路と、前記基板上に配置され、
    第2のスラブ導波路の他端と接続されこの接続箇所の導
    波路部分が矩形の界分布を励起する矩形界分布励起形状
    をなしている第2のチャネル導波路とを具備しているこ
    とを特徴とする光通信システム。
  9. 【請求項9】 複数のノードを伝送路によって環状に接
    続し、これらの伝送路に波長分割多重された光信号を伝
    送する環状伝送路を有し、それぞれのノードが波長分割
    多重された光信号を各波長の光信号に分離するアレイ導
    波路格子と、各波長の光信号に分離された光信号を波長
    分割多重するアレイ導波路格子を備えており、 これらの各アレイ導波路格子は、基板と、この基板上に
    配置された第1のチャネル導波路と、前記基板上に配置
    され、各導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くな
    るように構成されたチャネル導波路アレイと、前記基板
    上に配置され、前記第1のチャネル導波路とチャネル導
    波路アレイを接続する第1のスラブ導波路と、前記基板
    上に配置され、前記チャネル導波路アレイにおける第1
    のスラブ導波路の接続されていない側の端部と一端部を
    接続する第2のスラブ導波路と、前記基板上に配置さ
    れ、第2のスラブ導波路の他端と接続されこの接続箇所
    の導波路部分が矩形の界分布を励起する矩形界分布励起
    形状をなしている第2のチャネル導波路とを具備してい
    ることを特徴とする光通信システム。
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