JP2002071980A - 波長ルータ - Google Patents
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- G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 接続導波路間の間隔を最小化することで分散
を拡大して、小型で高波長分解能の素子を実現する。 【解決手段】 基板１０上に平面導波路１２ａ、１２ｂ
と接続導波路１４とチャネル導波路１６ａ、１６ｂとが
設けられる。各平面導波路は接続端面１２ａＥ、１２ｂ
Ｅと入出力端面１２ａＳ、１２ｂＳとを備える。両者の
接続端面の間は接続導波路で接続される。各平面導波路
の入出力端面にはチャネル導波路が接続される。各平面
導波路では、入出力端面の光入出力部から接続端面と接
続導波路との接続部までの距離が接続導波路ごとにそれ
ぞれ異なる。各平面導波路では、接続導波路との接続部
に光路変換器２２ａおよび２２ｂが設けられる。この光
路変換器は平面導波路中の光伝搬方向から接続導波路中
の光伝搬方向への変換、またはこの変換の逆変換を行う
ものである。
を拡大して、小型で高波長分解能の素子を実現する。 【解決手段】 基板１０上に平面導波路１２ａ、１２ｂ
と接続導波路１４とチャネル導波路１６ａ、１６ｂとが
設けられる。各平面導波路は接続端面１２ａＥ、１２ｂ
Ｅと入出力端面１２ａＳ、１２ｂＳとを備える。両者の
接続端面の間は接続導波路で接続される。各平面導波路
の入出力端面にはチャネル導波路が接続される。各平面
導波路では、入出力端面の光入出力部から接続端面と接
続導波路との接続部までの距離が接続導波路ごとにそれ
ぞれ異なる。各平面導波路では、接続導波路との接続部
に光路変換器２２ａおよび２２ｂが設けられる。この光
路変換器は平面導波路中の光伝搬方向から接続導波路中
の光伝搬方向への変換、またはこの変換の逆変換を行う
ものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、波長多重された
光信号を波長ごとに方路設定するための波長ルータに関
する。
光信号を波長ごとに方路設定するための波長ルータに関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、波長ルータとして、アレイ導波路
回折格子素子やグレーティングを用いた素子など、様々
なタイプのものが知られている。
回折格子素子やグレーティングを用いた素子など、様々
なタイプのものが知られている。
【０００３】文献１「オプトロニクスＮｏ．２１８ ｐ
ｐ．１３９−１４３，２０００年２月」には、アレイ導
波路回折格子素子の例が記載されている。アレイ導波路
回折格子素子は、複数の入力ポートを設定できること
や、単一段で使用可能なことから最も盛んに研究されて
いる。
ｐ．１３９−１４３，２０００年２月」には、アレイ導
波路回折格子素子の例が記載されている。アレイ導波路
回折格子素子は、複数の入力ポートを設定できること
や、単一段で使用可能なことから最も盛んに研究されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】アレイ導波路回折格子
素子は、スターカプラ状の平面導波路を二つ用い、その
間を長さがそれぞれ異なるチャネル導波路（接続導波
路）で接続した構成となっている。入出力ポートは、ス
ターカプラのこの接続導波路とは反対側のポートに接続
されている。
素子は、スターカプラ状の平面導波路を二つ用い、その
間を長さがそれぞれ異なるチャネル導波路（接続導波
路）で接続した構成となっている。入出力ポートは、ス
ターカプラのこの接続導波路とは反対側のポートに接続
されている。
【０００５】素子の性能を測る指数として、波長分散特
性がある。これは波長の変化に対して光ビームの方向が
どれだけ変化するかを示すものである。ビームの偏向方
向は、隣接する接続導波路間の光路長差と導波路間の幅
との関係で決まる。光路長差が大きいほど、導波路間の
幅ｄが小さいほど、偏向角ｄΘr は大きくなる。分散は
次式（ａ）で示されるものとなる。
性がある。これは波長の変化に対して光ビームの方向が
どれだけ変化するかを示すものである。ビームの偏向方
向は、隣接する接続導波路間の光路長差と導波路間の幅
との関係で決まる。光路長差が大きいほど、導波路間の
幅ｄが小さいほど、偏向角ｄΘr は大きくなる。分散は
次式（ａ）で示されるものとなる。
【０００６】 λｄΘr ／ｄλ＝−ΔＬ／ｄ ・・・（ａ） ここでΔＬは隣接する接続導波路間の光路長差である。
アレイ導波路回折格子では、接続導波路間の光結合が生
じるとクロストーク特性が悪化するため、接続導波路間
に２０μｍ以上の間隔ｄを必要とする。また、フィルタ
透過域幅ΔλFを基準として考えると、次式（ｂ）の関
係が成立する。
アレイ導波路回折格子では、接続導波路間の光結合が生
じるとクロストーク特性が悪化するため、接続導波路間
に２０μｍ以上の間隔ｄを必要とする。また、フィルタ
透過域幅ΔλFを基準として考えると、次式（ｂ）の関
係が成立する。
【０００７】 ΔＬ＝２λ2 ／（ＮΔλF ） ・・・（ｂ） ここでＮは接続導波路の本数である。したがって、次式
（ｃ）が成立する。
（ｃ）が成立する。
【０００８】 ｄΘr ／ｄλ＝−２λ／（ＮｄΔλF ） ・・・（ｃ） クロストーク特性を良くするためには、Ｎを１００本以
上程度とするため、分散はあまり大きく取れない。しか
し、（ｃ）式より、ｄを小さくすれば分散を高めること
が可能である。
上程度とするため、分散はあまり大きく取れない。しか
し、（ｃ）式より、ｄを小さくすれば分散を高めること
が可能である。
【０００９】参考までに、スターカプラの長さＬは以下
の式（ｄ）より算出される。
の式（ｄ）より算出される。
【００１０】 Ｌ＝（ΔλF ／ΔλC ）（ＮＤｄ）／（２λ） ・・・（ｄ） ここでＤは出力ポートの間隔であり、ΔλC は波長チャ
ネル間の波長差である。導波路間の幅ｄが大きいこと
は、スターカプラの長さＬの拡大につながることが理解
される。例えば、ΔλF ／ΔλC ＝１、ｄ／λ＝２０、
Ｄ＝３０μｍ、Ｎ＝１００とすればＬ＝３０ｍｍ程度と
なる。
ネル間の波長差である。導波路間の幅ｄが大きいこと
は、スターカプラの長さＬの拡大につながることが理解
される。例えば、ΔλF ／ΔλC ＝１、ｄ／λ＝２０、
Ｄ＝３０μｍ、Ｎ＝１００とすればＬ＝３０ｍｍ程度と
なる。
【００１１】この発明は以上のような点に鑑みなされた
ものであり、したがってこの発明は、接続導波路間の間
隔ｄを最小化することで分散を拡大して、小型で高波長
分解能の素子を提供することを目的とする。
ものであり、したがってこの発明は、接続導波路間の間
隔ｄを最小化することで分散を拡大して、小型で高波長
分解能の素子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願に係る
発明の波長ルータによれば、複数の入出力部及び複数の
接続部を備え、各入出力部から入射した光が各接続部に
向かって拡散する構造を有する２つの第１の導波路と、
複数の第２の導波路と、光を第１の導波路から第２の導
波路へ導く、または光を第２の導波路から第１の導波路
へ導く光路変換器とからなり、２つの第１の導波路の各
接続部は、複数の第２の導波路を介して互いに接続さ
れ、複数の光の入出力部から、各接続部までの距離がそ
れぞれ異なり、光路変換器は、接続部に設けられている
ことを特徴とする。
発明の波長ルータによれば、複数の入出力部及び複数の
接続部を備え、各入出力部から入射した光が各接続部に
向かって拡散する構造を有する２つの第１の導波路と、
複数の第２の導波路と、光を第１の導波路から第２の導
波路へ導く、または光を第２の導波路から第１の導波路
へ導く光路変換器とからなり、２つの第１の導波路の各
接続部は、複数の第２の導波路を介して互いに接続さ
れ、複数の光の入出力部から、各接続部までの距離がそ
れぞれ異なり、光路変換器は、接続部に設けられている
ことを特徴とする。
【００１３】この構成によれば、光路変換器を設けるこ
とによって、従来構成に比べて第２の導波路間の幅を小
さくすることができる。そのため、波長分散特性が向上
する。したがって、第１の導波路の長さを短縮化するこ
とが可能になる。
とによって、従来構成に比べて第２の導波路間の幅を小
さくすることができる。そのため、波長分散特性が向上
する。したがって、第１の導波路の長さを短縮化するこ
とが可能になる。
【００１４】この発明の波長ルータにおいて、好ましく
は、基板上に堆積されたクラッドを有し、２つの第１の
導波路及び複数の第２の導波路を、クラッド中に、所定
パタンのコアを埋め込むことで形成してあり、光路変換
器は、全反射面であると良い。
は、基板上に堆積されたクラッドを有し、２つの第１の
導波路及び複数の第２の導波路を、クラッド中に、所定
パタンのコアを埋め込むことで形成してあり、光路変換
器は、全反射面であると良い。
【００１５】また、この発明の波長ルータにおいて、好
ましくは、クラッドに設けた開口部を有し、全反射面
は、開口部とクラッドとの境界面であると良い。
ましくは、クラッドに設けた開口部を有し、全反射面
は、開口部とクラッドとの境界面であると良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。なお、図は、この発明を理
解できる程度に形状、大きさおよび配置関係を概略的に
示すものに他ならない。よって、この発明は、図示例に
何ら限定されることがない。
実施の形態につき説明する。なお、図は、この発明を理
解できる程度に形状、大きさおよび配置関係を概略的に
示すものに他ならない。よって、この発明は、図示例に
何ら限定されることがない。
【００１７】図１は、この実施の形態の波長ルータの構
成を示す平面図である。この波長ルータは、基板１０上
に形成された光導波路によって構成される。基板１０
は、石英、シリコン、化合物半導体、有機物などの基板
である。光導波路は、基板１０上に堆積したクラッド中
に、所定パタンのコアを埋め込んで形成される。コアの
屈折率はクラッドの屈折率よりも高い。図１では、基板
１０上のコアのパタンを黒塗り領域で示してあり、クラ
ッドの図示は省略している。
成を示す平面図である。この波長ルータは、基板１０上
に形成された光導波路によって構成される。基板１０
は、石英、シリコン、化合物半導体、有機物などの基板
である。光導波路は、基板１０上に堆積したクラッド中
に、所定パタンのコアを埋め込んで形成される。コアの
屈折率はクラッドの屈折率よりも高い。図１では、基板
１０上のコアのパタンを黒塗り領域で示してあり、クラ
ッドの図示は省略している。
【００１８】上述の光導波路として、この波長ルータ
は、２個の平面導波路１２ａおよび１２ｂと、複数個の
接続導波路１４と、一方の平面導波路１２ａに接続され
る複数個のチャネル導波路１６ａと、他方の平面導波路
１２ｂに接続される複数個のチャネル導波路１６ｂとを
備える。接続導波路およびチャネル導波路の個数は、入
力される光信号の波長多重度などに応じて適宜選択され
る。
は、２個の平面導波路１２ａおよび１２ｂと、複数個の
接続導波路１４と、一方の平面導波路１２ａに接続され
る複数個のチャネル導波路１６ａと、他方の平面導波路
１２ｂに接続される複数個のチャネル導波路１６ｂとを
備える。接続導波路およびチャネル導波路の個数は、入
力される光信号の波長多重度などに応じて適宜選択され
る。
【００１９】上述の平面導波路１２ａは、互いに対向す
る接続端面１２ａＥおよび入出力端面１２ａＳを備えて
いる。同様に、もう一つの平面導波路１２ｂも、互いに
対向する接続端面１２ｂＥおよび入出力端面１２ｂＳを
備えている。一方の平面導波路１２ａの接続端面１２ａ
Ｅと、他方の平面導波路１２ｂの接続端面１２ｂＥとの
間は、接続導波路１４のアレイによって接続されてい
る。この例では、各接続導波路１４の長さが異なってい
るが、同一でも良い。
る接続端面１２ａＥおよび入出力端面１２ａＳを備えて
いる。同様に、もう一つの平面導波路１２ｂも、互いに
対向する接続端面１２ｂＥおよび入出力端面１２ｂＳを
備えている。一方の平面導波路１２ａの接続端面１２ａ
Ｅと、他方の平面導波路１２ｂの接続端面１２ｂＥとの
間は、接続導波路１４のアレイによって接続されてい
る。この例では、各接続導波路１４の長さが異なってい
るが、同一でも良い。
【００２０】このように構成してあるので、平面導波路
１２ａの接続端面１２ａＥから出力された光信号は、接
続導波路１４によって、他方の平面導波路１２ｂの接続
端面１２ｂＥに導かれる。
１２ａの接続端面１２ａＥから出力された光信号は、接
続導波路１４によって、他方の平面導波路１２ｂの接続
端面１２ｂＥに導かれる。
【００２１】また、平面導波路１２ａの入出力端面１２
ａＳにはチャネル導波路１６ａが接続されている。この
例では、このチャネル導波路１６ａの端部が入力ポート
１８として用いられる。同様に、平面導波路１２ｂの入
出力端面１２ｂＳにはチャネル導波路１６ｂが接続され
ている。この例では、このチャネル導波路１６ｂの端部
が出力ポート２０として用いられる。
ａＳにはチャネル導波路１６ａが接続されている。この
例では、このチャネル導波路１６ａの端部が入力ポート
１８として用いられる。同様に、平面導波路１２ｂの入
出力端面１２ｂＳにはチャネル導波路１６ｂが接続され
ている。この例では、このチャネル導波路１６ｂの端部
が出力ポート２０として用いられる。
【００２２】したがって、いずれかの入力ポート１８に
入力された光信号は、チャネル導波路１６ａによって平
面導波路１２ａの入出力端面１２ａＳに導かれる。ま
た、平面導波路１２ｂの入出力端面１２ｂＳから出力さ
れた光信号は、チャネル導波路１６ｂによって出力ポー
ト２０に導かれる。
入力された光信号は、チャネル導波路１６ａによって平
面導波路１２ａの入出力端面１２ａＳに導かれる。ま
た、平面導波路１２ｂの入出力端面１２ｂＳから出力さ
れた光信号は、チャネル導波路１６ｂによって出力ポー
ト２０に導かれる。
【００２３】また、平面導波路１２ａでは、入出力端面
１２ａＳにおける光の入出力部（入出力端面１２ａＳと
チャネル導波路１６ａとの接続部）から、入出力端面１
２ａＳに対向する接続端面１２ａＥと各接続導波路１４
との接続部までの距離が、接続導波路１４ごとにそれぞ
れ異なっている。同様に、平面導波路１２ｂでは、入出
力端面１２ｂＳにおける光の入出力部（入出力端面１２
ｂＳとチャネル導波路１６ｂとの接続部）から、入出力
端面１２ｂＳに対向する接続端面１２ｂＥと各接続導波
路１４との接続部までの距離が、接続導波路１４ごとに
それぞれ異なっている。
１２ａＳにおける光の入出力部（入出力端面１２ａＳと
チャネル導波路１６ａとの接続部）から、入出力端面１
２ａＳに対向する接続端面１２ａＥと各接続導波路１４
との接続部までの距離が、接続導波路１４ごとにそれぞ
れ異なっている。同様に、平面導波路１２ｂでは、入出
力端面１２ｂＳにおける光の入出力部（入出力端面１２
ｂＳとチャネル導波路１６ｂとの接続部）から、入出力
端面１２ｂＳに対向する接続端面１２ｂＥと各接続導波
路１４との接続部までの距離が、接続導波路１４ごとに
それぞれ異なっている。
【００２４】さらに、平面導波路１２ａでは、接続端面
１２ａＥと接続導波路１４との接続部に光路変換器（光
路変換部）２２ａが設けられている。この光路変換器２
２ａは、平面導波路１２ａ中における光の伝搬方向から
接続導波路１４中における光の伝搬方向への変換、また
はこの変換の逆変換を行うものである。光路変換器２２
ａの構成について、図２を参照して説明する。
１２ａＥと接続導波路１４との接続部に光路変換器（光
路変換部）２２ａが設けられている。この光路変換器２
２ａは、平面導波路１２ａ中における光の伝搬方向から
接続導波路１４中における光の伝搬方向への変換、また
はこの変換の逆変換を行うものである。光路変換器２２
ａの構成について、図２を参照して説明する。
【００２５】図２は、平面導波路１２ａの接続端面１２
ａＥ近傍を拡大して示した図である。この例では、接続
導波路１４を構成するコアの、上述した接続部における
側面が全反射面になっていて、この側面が光路変換器２
２ａを構成している。この側面を全反射面とするには、
この側面をクラッドと非接触の状態にすれば良い。この
非接触の状態は、クラッドにドライエッチングで開口２
４ａ（図２中の三角形状の領域）を掘り込むことで実現
される。このようにすると、開口２４ａ内の空気とコア
との間の屈折率差により、コアの側面を全反射面として
得ることができる。
ａＥ近傍を拡大して示した図である。この例では、接続
導波路１４を構成するコアの、上述した接続部における
側面が全反射面になっていて、この側面が光路変換器２
２ａを構成している。この側面を全反射面とするには、
この側面をクラッドと非接触の状態にすれば良い。この
非接触の状態は、クラッドにドライエッチングで開口２
４ａ（図２中の三角形状の領域）を掘り込むことで実現
される。このようにすると、開口２４ａ内の空気とコア
との間の屈折率差により、コアの側面を全反射面として
得ることができる。
【００２６】なお、接続導波路１４がリッジ型であれ
ば、コアの側面はクラッドで覆われてなく、すなわち、
コアの側面はクラッドと非接触の状態であるから、特に
開口を形成する必要はない。
ば、コアの側面はクラッドで覆われてなく、すなわち、
コアの側面はクラッドと非接触の状態であるから、特に
開口を形成する必要はない。
【００２７】同様に、他方の平面導波路１２ｂにあって
も、接続端面１２ｂＥと接続導波路１４との接続部に光
路変換器２２ｂが設けられている。この光路変換器２２
ｂは、平面導波路１２ｂ中における光の伝搬方向から接
続導波路１４中における光の伝搬方向への変換、または
この変換の逆変換を行うものである。光路変換器２２ｂ
の構成は、図２を参照して説明した光路変換器２２ａの
構成と同じである。
も、接続端面１２ｂＥと接続導波路１４との接続部に光
路変換器２２ｂが設けられている。この光路変換器２２
ｂは、平面導波路１２ｂ中における光の伝搬方向から接
続導波路１４中における光の伝搬方向への変換、または
この変換の逆変換を行うものである。光路変換器２２ｂ
の構成は、図２を参照して説明した光路変換器２２ａの
構成と同じである。
【００２８】したがって、図２中に矢印ａで示すよう
に、平面導波路１２ａ中を進行して接続端面１２ａＥに
達した光信号は、光路変換器２２ａにより偏向され、接
続導波路１４中に入力される。このときの光路変換器２
２ａの動作は上述の「変換」に相当する。また、接続導
波路１４を通って他方の平面導波路１２ｂの接続端面１
２ｂＥに達した光信号は、光路変換器２２ｂにより偏向
され、平面導波路１２ｂ中に入力される。このときの光
路変換器２２ｂの動作は上述の「逆変換」に相当する。
に、平面導波路１２ａ中を進行して接続端面１２ａＥに
達した光信号は、光路変換器２２ａにより偏向され、接
続導波路１４中に入力される。このときの光路変換器２
２ａの動作は上述の「変換」に相当する。また、接続導
波路１４を通って他方の平面導波路１２ｂの接続端面１
２ｂＥに達した光信号は、光路変換器２２ｂにより偏向
され、平面導波路１２ｂ中に入力される。このときの光
路変換器２２ｂの動作は上述の「逆変換」に相当する。
【００２９】図３は、平面導波路１２ａを拡大して示し
た図である。図３に示すように、この平面導波路１２ａ
の接続端面１２ａＥは、光路変換器２２ａを設けたこと
により、光の伝搬軸に対して傾けられている。このた
め、各接続導波路１４間の間隔Ｇが大きくても、実質的
な間隔（隣接する接続導波路１４にそれぞれ入力される
光ビーム間の間隔）ｇ（＝ｄ）はＧよりもかなり小さな
値にすることが可能である。また、このことは平面導波
路１２ｂについても同様である。
た図である。図３に示すように、この平面導波路１２ａ
の接続端面１２ａＥは、光路変換器２２ａを設けたこと
により、光の伝搬軸に対して傾けられている。このた
め、各接続導波路１４間の間隔Ｇが大きくても、実質的
な間隔（隣接する接続導波路１４にそれぞれ入力される
光ビーム間の間隔）ｇ（＝ｄ）はＧよりもかなり小さな
値にすることが可能である。また、このことは平面導波
路１２ｂについても同様である。
【００３０】次に、この実施の形態の波長ルータの動作
につき図１を参照して説明する。
につき図１を参照して説明する。
【００３１】入力ポート１８に入力された光信号は、チ
ャネル導波路１６ａによって平面導波路１２ａの入出力
端面１２ａＳに導かれる。平面導波路１２ａ内では、横
方向の閉じ込めが無いために、光は回折により平面導波
路１２ａ内を広がりながら伝搬していく。平面導波路１
２ａの接続端面１２ａＥに達した光は、光路変換器２２
ａによって偏向され、接続導波路１４に入力される。接
続導波路１４を伝搬後、平面導波路１２ｂの接続端面１
２ｂＥに達した光は、光路変換器２２ｂによって偏向さ
れ、平面導波路１２ｂ内を入出力端面１２ｂＳ方面へと
向かって伝搬される。複数の接続導波路１４からの光
は、入出力端面１２ｂＳにおいて干渉し、チャネル導波
路１６ｂ中に焦点を結ぶ。
ャネル導波路１６ａによって平面導波路１２ａの入出力
端面１２ａＳに導かれる。平面導波路１２ａ内では、横
方向の閉じ込めが無いために、光は回折により平面導波
路１２ａ内を広がりながら伝搬していく。平面導波路１
２ａの接続端面１２ａＥに達した光は、光路変換器２２
ａによって偏向され、接続導波路１４に入力される。接
続導波路１４を伝搬後、平面導波路１２ｂの接続端面１
２ｂＥに達した光は、光路変換器２２ｂによって偏向さ
れ、平面導波路１２ｂ内を入出力端面１２ｂＳ方面へと
向かって伝搬される。複数の接続導波路１４からの光
は、入出力端面１２ｂＳにおいて干渉し、チャネル導波
路１６ｂ中に焦点を結ぶ。
【００３２】図３に示す平面導波路１２ａを例にとって
説明すると、入出力端面１２ａＳにおける回折位置（集
光点）２６と各光路変換器２２ａとの距離の差、および
各接続導波路１４の長さは相違している。このため、光
がどの経路をとるかで位相が異なってくる。さらにこの
位相差が波長に応じて異なる。これにより、平面導波路
１２ｂにおける集光位置が波長ごとに変化し、波長に応
じた光の分離が可能となる。
説明すると、入出力端面１２ａＳにおける回折位置（集
光点）２６と各光路変換器２２ａとの距離の差、および
各接続導波路１４の長さは相違している。このため、光
がどの経路をとるかで位相が異なってくる。さらにこの
位相差が波長に応じて異なる。これにより、平面導波路
１２ｂにおける集光位置が波長ごとに変化し、波長に応
じた光の分離が可能となる。
【００３３】次に、この実施の形態の波長ルータの波長
分散特性につき図３を参照して説明する。
分散特性につき図３を参照して説明する。
【００３４】まず、平面導波路１２ａ内での光路長差を
求める。このため、ある光路変換器２２ａと、これに隣
接する光路変換器２２ａと、入出力端面１２ａＳ上の集
光点２６とで構成される三角形の頂角をｄΘとする。ま
た、この三角形中に含まれる二等辺三角形の辺の長さ
（一方の光路変換器２２ａと集光点２６との距離）をＬ
で表す。また、光路変換器２２ａの双方を結ぶ辺と上述
の二等辺三角形の底辺との角度をΦで表す。さらに、一
方の光路変換器２２ａと集光点２６との距離と、他方の
光路変換器２２ａと集光点２６との距離との差をｄＬで
表す。
求める。このため、ある光路変換器２２ａと、これに隣
接する光路変換器２２ａと、入出力端面１２ａＳ上の集
光点２６とで構成される三角形の頂角をｄΘとする。ま
た、この三角形中に含まれる二等辺三角形の辺の長さ
（一方の光路変換器２２ａと集光点２６との距離）をＬ
で表す。また、光路変換器２２ａの双方を結ぶ辺と上述
の二等辺三角形の底辺との角度をΦで表す。さらに、一
方の光路変換器２２ａと集光点２６との距離と、他方の
光路変換器２２ａと集光点２６との距離との差をｄＬで
表す。
【００３５】良好なクロストーク特性を得るためには、
角度ｄΘが各光路変換器２２ａの組に対して一定である
必要がある。また、上述したＬは平面導波路１２ａ中で
の光経路の光路長を表し、ｄＬは平面導波路１２ａ中で
の光経路間の光路長差を表している。
角度ｄΘが各光路変換器２２ａの組に対して一定である
必要がある。また、上述したＬは平面導波路１２ａ中で
の光経路の光路長を表し、ｄＬは平面導波路１２ａ中で
の光経路間の光路長差を表している。
【００３６】下式（１）および（２）が成立する。
【００３７】 ｔａｎ（ｄΘ／２）＝［Ｇ／（２Ｌ）］ｃｏｓΦ／｛１＋［Ｇ／（２Ｌ）］ｓ ｉｎΦ｝ ・・・（１） ｄＬ＝ＧｓｉｎΦ／ｃｏｓ（ｄΘ／２） ・・・（２） 回折位置あるいは集光点２６の位置ずれＳによる光路長
Ｌの変化δ（ｄＬ）は、Φ（＝Ｓ／Ｌ）の変化になるた
め、（２）式より次式（３）で示す関係が導かれる。
Ｌの変化δ（ｄＬ）は、Φ（＝Ｓ／Ｌ）の変化になるた
め、（２）式より次式（３）で示す関係が導かれる。
【００３８】 δ（ｄＬ）＝［ＧｃｏｓΦ／ｃｏｓ（ｄΘ／２）］Ｓ／Ｌ ・・・（３） また、（１）式からは次式（４）の関係が導かれる。
【００３９】 Ｇ／Ｌ＝２ｔａｎ（ｄΘ／２）／｛ｃｏｓΦ［１−２ｔａｎ（ｄΘ／２）ｔａ ｎΦ］｝ ・・・（４） よって、（３）および（４）式からδ（ｄＬ）を導くと
次の式（５）が得られる。
次の式（５）が得られる。
【００４０】 δ（ｄＬ）＝２ｔａｎ（ｄΘ／２）Ｓ／｛ｃｏｓ（ｄΘ／２）［１−２ｔａｎ （ｄΘ／２）ｔａｎΦ］｝ ・・・（５） Ａを下式（６）で定義すると、δ（ｄＬ）はＡＳで表さ
れる。
れる。
【００４１】 Ａ＝２ｔａｎ（ｄΘ／２）／｛ｃｏｓ（ｄΘ／２）［１−２ｔａｎ（ｄΘ／２ ）ｔａｎΦ］｝ ・・・（６） 角度ｄΘが充分小さければ、Ａ〜ｄΘ（すなわちＡはほ
ぼｄΘに等しい。）である。Ｌによる依存性が（５）式
には無いので、すべての経路での光路長変化はｄΘおよ
びΦの調整により一定となり、特性を悪化させる位相チ
ャープは生じない。光経路間の総合光路長差をΔＬとす
ると、位相項はｉを経路番号として、ｉｋ（ΔＬ＋Ａ
Ｓ）で与えられる。ここでｋは光の波数である。ｍを干
渉の次数とすれば、光は、ｋ（ΔＬ＋ＡＳ）／２＝ｍπ
の位置で焦点を結ぶ。したがって、焦点を結ぶ波長λは
λ＝（ΔＬ＋ＡＳ）／ｍで表される。これより分散ｄＳ
／ｄλが下式（７）のように求められる。
ぼｄΘに等しい。）である。Ｌによる依存性が（５）式
には無いので、すべての経路での光路長変化はｄΘおよ
びΦの調整により一定となり、特性を悪化させる位相チ
ャープは生じない。光経路間の総合光路長差をΔＬとす
ると、位相項はｉを経路番号として、ｉｋ（ΔＬ＋Ａ
Ｓ）で与えられる。ここでｋは光の波数である。ｍを干
渉の次数とすれば、光は、ｋ（ΔＬ＋ＡＳ）／２＝ｍπ
の位置で焦点を結ぶ。したがって、焦点を結ぶ波長λは
λ＝（ΔＬ＋ＡＳ）／ｍで表される。これより分散ｄＳ
／ｄλが下式（７）のように求められる。
【００４２】 ｄＳ／ｄλ＝ｍ／Ａ〜ΔＬ／（λｄΘ） ・・・（７） すなわち、分散ｄＳ／ｄλは、ΔＬ／（λｄΘ）にほぼ
等しい。（７）式より、偏向角ｄΘr をｄΘr ＝ｄＳ／
Ｌavで表示すると、ＬavｄΘ＝ｇavの関係を用いて下式
（８）のように波長分散が求められる。
等しい。（７）式より、偏向角ｄΘr をｄΘr ＝ｄＳ／
Ｌavで表示すると、ＬavｄΘ＝ｇavの関係を用いて下式
（８）のように波長分散が求められる。
【００４３】 λｄΘr ／ｄλ＝−ΔＬ／ｇav ・・・（８） ここで、ＬavはＬの平均値を示し、ｇavはｇの平均値を
示している。上述したように、従来はｄ＝Ｇであったも
のがｄ＝ｇ＝ＧｃｏｓΦとなり、各接続導波路１４間の
実質的な間隔ｇはＧよりも小さくなる。したがって、波
長分散特性は１／ｃｏｓΦ程度改善される。つまり、同
じ特性であれば平面導波路の長さはｃｏｓΦだけ短縮さ
れることになる。例えば、Φを７５度とすれば、波長分
散特性は約４倍向上する。
示している。上述したように、従来はｄ＝Ｇであったも
のがｄ＝ｇ＝ＧｃｏｓΦとなり、各接続導波路１４間の
実質的な間隔ｇはＧよりも小さくなる。したがって、波
長分散特性は１／ｃｏｓΦ程度改善される。つまり、同
じ特性であれば平面導波路の長さはｃｏｓΦだけ短縮さ
れることになる。例えば、Φを７５度とすれば、波長分
散特性は約４倍向上する。
【００４４】以下、Φを７５度とした場合の具体的な計
算例を示す。
算例を示す。
【００４５】すでに説明したように、下式（９）の関係
が成立する。
が成立する。
【００４６】 ｄΘr ／ｄλ＝−２λ／（ＮｄΔλF ） ・・・（９） ここで、ΔλF はフィルタ透過域幅、Ｎは接続導波路の
本数、ｄは接続導波路間の間隔である。
本数、ｄは接続導波路間の間隔である。
【００４７】また、平面導波路の長さＬavは下式（１
０）により算出される。
０）により算出される。
【００４８】 Ｌav＝（ΔλF ／ΔλC ）（ＮＤｄ）／（２λ） ・・・（１０） ここで、ΔλC は波長チャネル間の波長差、Ｄは平面導
波路の入出力端面におけるチャネル導波路の間隔であ
る。
波路の入出力端面におけるチャネル導波路の間隔であ
る。
【００４９】（９）式において、λ／ｄ＝０．０５、Ｎ
＝１００、ΔλF ＝０．０００１とし、ｄがｃｏｓΦ倍
になることを考慮すると、従来はｄΘr ／ｄλ＝−１０
程度であったものが、この実施の形態の波長ルータでは
ｄΘr ／ｄλ＝−４０となる。つまり、波長差ｄλ＝
０．０１に対して、ｄΘr ＝０．４ｒａｄ（２２度）が
達成される。
＝１００、ΔλF ＝０．０００１とし、ｄがｃｏｓΦ倍
になることを考慮すると、従来はｄΘr ／ｄλ＝−１０
程度であったものが、この実施の形態の波長ルータでは
ｄΘr ／ｄλ＝−４０となる。つまり、波長差ｄλ＝
０．０１に対して、ｄΘr ＝０．４ｒａｄ（２２度）が
達成される。
【００５０】また、（１０）式において、ΔλF ／Δλ
C ＝１、ｄ／λ＝２０、Ｄ＝３０μｍ、Ｎ＝１００と
し、ｄがｃｏｓΦ倍になることを考慮すると、従来はＬ
av＝３０ｍｍ程度であったものが、この実施の形態の波
長ルータではＬav＝８ｍｍ程度となる。
C ＝１、ｄ／λ＝２０、Ｄ＝３０μｍ、Ｎ＝１００と
し、ｄがｃｏｓΦ倍になることを考慮すると、従来はＬ
av＝３０ｍｍ程度であったものが、この実施の形態の波
長ルータではＬav＝８ｍｍ程度となる。
【００５１】また、入出力部においても同様に、チャネ
ル導波路間の間隔を低減させると、さらに平面導波路長
の短縮化が図れる。例えば、Ｄ＝１０μｍとすればさら
に３倍改善され、Ｌav＝３ｍｍ程度にすることができ
る。
ル導波路間の間隔を低減させると、さらに平面導波路長
の短縮化が図れる。例えば、Ｄ＝１０μｍとすればさら
に３倍改善され、Ｌav＝３ｍｍ程度にすることができ
る。
【００５２】以上説明したように、この実施の形態の波
長ルータによれば、光路変換器２２ａおよび２２ｂを設
けることによって、従来構成に比べ接続導波路１４間の
幅を小さくすることができる。したがって、波長分散特
性が向上する。よって、平面導波路の長さを短縮化する
ことが可能になる。
長ルータによれば、光路変換器２２ａおよび２２ｂを設
けることによって、従来構成に比べ接続導波路１４間の
幅を小さくすることができる。したがって、波長分散特
性が向上する。よって、平面導波路の長さを短縮化する
ことが可能になる。
【００５３】また、従来は平面導波路内で広がった光が
接続導波路間に漏れてしまう分を拾うために、接続導波
路の接続端面との接続部にテーパ構造を設ける必要があ
った（例えば文献１参照）。一方、この実施の形態の波
長ルータでは、光路変換器を備えているため、テーパ構
造を設ける必要はない。よって、この実施の形態の波長
ルータによれば、接続導波路１４から平面導波路１２ｂ
へ光が入射する際、接続導波路１４の接続部の幅に反比
例する光の回折角を大きくすることができる。このた
め、平面導波路１２ｂの長さを特に長くしなくても、回
折光を入出力端面１２ｂＳ全体に十分行き渡らせること
ができる。よって、出力光のパワーの均一性を比較的短
い平面導波路で実現できる。
接続導波路間に漏れてしまう分を拾うために、接続導波
路の接続端面との接続部にテーパ構造を設ける必要があ
った（例えば文献１参照）。一方、この実施の形態の波
長ルータでは、光路変換器を備えているため、テーパ構
造を設ける必要はない。よって、この実施の形態の波長
ルータによれば、接続導波路１４から平面導波路１２ｂ
へ光が入射する際、接続導波路１４の接続部の幅に反比
例する光の回折角を大きくすることができる。このた
め、平面導波路１２ｂの長さを特に長くしなくても、回
折光を入出力端面１２ｂＳ全体に十分行き渡らせること
ができる。よって、出力光のパワーの均一性を比較的短
い平面導波路で実現できる。
【００５４】なお、この実施の形態では、図１に示すよ
うに、接続導波路に関して左右対称な配置の構造にした
が、必ずしもこの配置に限られない。また、この実施の
形態では、図１に示すように、各接続導波路を曲線状に
延在させたが、光路変換器の向きを変更するなどによ
り、各接続導波路を直線状に延在させることも可能であ
る。また、光路変換器には反射の原理を用いたが、屈折
の原理を用いることも可能である。例えば、平面導波路
１２ａと接続導波路１４を屈折率の異なる材料で斜めの
境界面で接続する方法がある。
うに、接続導波路に関して左右対称な配置の構造にした
が、必ずしもこの配置に限られない。また、この実施の
形態では、図１に示すように、各接続導波路を曲線状に
延在させたが、光路変換器の向きを変更するなどによ
り、各接続導波路を直線状に延在させることも可能であ
る。また、光路変換器には反射の原理を用いたが、屈折
の原理を用いることも可能である。例えば、平面導波路
１２ａと接続導波路１４を屈折率の異なる材料で斜めの
境界面で接続する方法がある。
【００５５】
【発明の効果】この発明の波長ルータによれば、複数の
入出力部及び複数の接続部を備え、各入出力部から入射
した光が各接続部に向かって拡散する構造を有する２つ
の第１の導波路と、複数の第２の導波路と、光を第１の
導波路から第２の導波路へ導く、または光を第２の導波
路から第１の導波路へ導く光路変換器とからなり、２つ
の第１の導波路の各接続部は、複数の第２の導波路を介
して互いに接続され、複数の光の入出力部から、各接続
部までの距離がそれぞれ異なり、光路変換器は、接続部
に設けられている。
入出力部及び複数の接続部を備え、各入出力部から入射
した光が各接続部に向かって拡散する構造を有する２つ
の第１の導波路と、複数の第２の導波路と、光を第１の
導波路から第２の導波路へ導く、または光を第２の導波
路から第１の導波路へ導く光路変換器とからなり、２つ
の第１の導波路の各接続部は、複数の第２の導波路を介
して互いに接続され、複数の光の入出力部から、各接続
部までの距離がそれぞれ異なり、光路変換器は、接続部
に設けられている。
【００５６】この構成によれば、光路変換器を設けるこ
とによって、従来構成に比べて第２の導波路間の幅を小
さくすることができる。そのため、波長分散特性が向上
する。したがって、第１の導波路の長さを短縮化するこ
とが可能になる。
とによって、従来構成に比べて第２の導波路間の幅を小
さくすることができる。そのため、波長分散特性が向上
する。したがって、第１の導波路の長さを短縮化するこ
とが可能になる。
【図１】実施の形態の波長ルータの構成を示す図であ
る。
る。
【図２】平面導波路の接続端面近傍の構成を示す図であ
る。
る。
【図３】平面導波路の構成を示す図である。
１０：基板 １２ａ，１２ｂ：平面導波路 １２ａＳ，１２ｂＳ：入出力端面 １２ａＥ，１２ｂＥ：接続端面 １４：接続導波路 １６ａ，１６ｂ：チャネル導波路 １８：入力ポート ２０：出力ポート ２２ａ，２２ｂ：光路変換部 ２４ａ：開口 ２６：回折位置（集光点）
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の入出力部及び複数の接続部を備
え、前記各入出力部から入射した光が前記各接続部に向
かって拡散する構造を有する２つの第１の導波路と、 複数の第２の導波路と、 光を前記第１の導波路から前記第２の導波路へ導く、ま
たは光を前記第２の導波路から前記第１の導波路へ導く
光路変換器とからなり、 前記２つの第１の導波路の前記各接続部は、前記複数の
第２の導波路を介して互いに接続され、 前記複数の光の入出力部から、前記各接続部までの距離
がそれぞれ異なり、 前記光路変換器は、前記接続部に設けられていることを
特徴とする波長ルータ。 - 【請求項２】 基板上に堆積されたクラッドを有し、 前記２つの第１の導波路及び前記複数の第２の導波路
を、前記クラッド中に、所定パタンのコアを埋め込むこ
とで形成してあり、 前記光路変換器は、全反射面であることを特徴とする請
求項１記載の波長ルータ。 - 【請求項３】 前記クラッドに設けた開口部を有し、 前記全反射面は、前記開口部と前記クラッドとの境界面
であることを特徴とする請求項２記載の波長ルータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263933A JP2002071980A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 波長ルータ |
| US09/821,047 US6496613B2 (en) | 2000-08-31 | 2001-03-30 | Wavelength router |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263933A JP2002071980A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 波長ルータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002071980A true JP2002071980A (ja) | 2002-03-12 |
Family
ID=18751418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000263933A Withdrawn JP2002071980A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 波長ルータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6496613B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002071980A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0125260D0 (en) * | 2001-10-20 | 2001-12-12 | Qinetiq Ltd | Optical multiplexer and demultiplexer |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2222891B (en) * | 1988-09-17 | 1992-01-08 | Stc Plc | Diffraction grating |
| US6069990A (en) * | 1997-11-27 | 2000-05-30 | Hitachi Cable Ltd. | Optical wavelength multiplexer/demultiplexer |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000263933A patent/JP2002071980A/ja not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-03-30 US US09/821,047 patent/US6496613B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6496613B2 (en) | 2002-12-17 |
| US20020025102A1 (en) | 2002-02-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071106 |