JP2002090561A - 光合分波器 - Google Patents
光合分波器Info
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Abstract
れる製造トレランスを高める構造を備えた光合分波器を
提供する。 【解決手段】 入力導波路(110)と第1スラブ導波路(12
0)との間には、透過波長特性を改善するための自由伝搬
領域(160)が設けられている。この自由伝搬領域(160)
は、入力導波路(110)から第1スラブ導波路(120)に向か
って幅が増加している第1部分(161)と、入力導波路(11
0)よりも大きい幅を有する第2部分(162)を備え、入力
導波路(110)から第1スラブ導波路(120)へ向かう光の電
界強度分布は第1部分(161)によって一旦拡げられる
が、逆に第2部分(162)によりその拡がりが制限され
る。これにより、該電界強度分布の変化は導波路幅の変
化に影響されにくくなり、結果的に微細加工の要求精度
が緩和される。
Description
(WDM:Wavelength Division Multiplexing)伝送シ
ステムに波長選択素子として適用可能なアレイ導波路回
折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)型の光
合分波器に関するものである。
路という)は、干渉による特定波長の取り出しあるいは
挿入を可能にする波長フィルタとしてWDM伝送システ
ムにおける波長選択素子に広く利用されている。また、
AWG回路は、回折格子ほどの精密な機械加工や、干渉
膜ほどの精密な多層膜形成が不要で、リソグラフィやエ
ッチングなどの一般的な微細加工プロセスで実現できる
ことから、他の光導波路素子との集積の可能性とも併せ
て今後のWDM伝送システムの中心的な光学部品として
その発展が期待されている。
入力導波路、入力用スラブ導波路、それぞれ長さの異な
るチャネル導波路(フェーズドアレイ)、出力用スラブ
導波路、出力導波路が一体的に作り込まれた構造を備え
る。
改良が提案されており、例えば信号チャネル間の損失バ
ラツキを低減するため(透過帯域の平坦化)、M.R.Amer
sfoort, et al.,"Passband broadening of integrated
arrayed waveguide filtersusing multimode interfere
nce couplers", ELECTRONICS LETTERS 29th Feb., 199
6, Vol. 32, No. 5には、入力導波路と入力側スラブ導
波路との接続部分に図12(a)に示されたような形状
のマルチモード干渉型カプラ(MMI coupler: MultiMode
Interference coupler、以下MMIカプラという)が
設けられたAWG回路(第1従来例)が開示されてい
る。特開平9−297228号には、入力導波路と入力
側スラブ導波路との接続部分に図13(a)に示された
ようなパラボリック形状導波路が設けられたAWG回路
(第2従来例)が開示されている。さらに、日本国特許
第3039491号には、入力導波路と入力側スラブ導
波路との接続部分にテーパー形状導波路とパラボリック
形状導波路とを組み合わせた構造の導波路が設けられた
AWG回路(第3従来例)が開示されている。
えた従来のAWG回路(第1〜第3従来例)について検
討した結果、発明者は以下のような課題を発見した。す
なわち、第1従来例に係るAWG回路は、入力導波路と
入力用スラブ導波路との接続部分に図12(a)に示さ
れたような矩形形状のMMIカプラが設けられている。
この第1従来例に係るAWG回路において、入力導波路
を伝搬してきた光の電界強度分布は、図12(b)に示
されたように、上記MMIカプラが精密に加工された場
合であっても該MMIカプラ中を伝搬している間に著し
く乱れてしまう。この電界強度分布の乱れは、主にMM
Iカプラ内での多重反射に起因しているが、製造される
AWG回路それぞれで安定した光学特性を得るために
は、該MMIカプラの幅や長さなどの加工にはより厳し
い精度が要求される。
は、いずれも図13(a)に示されたようなパラボリッ
ク形状導波路が設けられている。このAWG回路におい
て、該パラボリック形状導波路中を伝搬する光の電界強
度分布は、図13(b)に示されたように、当該パラボ
リック形状導波路内での多重反射の影響が低減されてい
るため、ほとんど乱れることはない。しかしながら、当
該パラボリック形状導波路内を伝搬するに従って伝搬光
の電界強度分布は拡がっていく(電界強度分布のピーク
間隔が徐々に拡がる)。このように、パラボリック形状
導波路は、その光出力端面付近でも側面の傾きdy/d
x(図12(a)ではパラボリック形状導波路の長手方
向をy軸とし、該長手方向に対して垂直方向をx軸とし
ている)が小さいので、この第2従来例においても十分
な加工精度等が達成されていなければ製造されるAWG
回路それぞれに光学特性のバラツキが生じる可能性があ
る。このことは、同様のパラボリック形状導波路を備え
た第3従来例に係るAWG回路についても言える。
ためになされたものであり、信号チャネル間における損
失バラツキの低減等、透過波長特性の改善を実現するた
めに要求される加工精度等を緩和する構造、すなわち製
造トレランスを高める構造を備えた光合分波器を提供す
ることを目的としている。
器は、基板と、該基板上にそれぞれ設けられた、1又は
それ以上の入力導波路、第1スラブ導波路、複数のチャ
ネル導波路、第2スラブ導波路、及び各信号チャネルご
とに設けられた複数の出力導波路とを備え、WDM伝送
システムに波長選択素子として適用可能なAWG型の光
合分波器である。
第1及び第2スラブ導波路は、それぞれ所定のスラブ長
を有する。なお、スラブ長は、一般的に各スラブ導波路
のレンズ面として機能する光入力端の焦点距離に相当す
る。また、上記入力導波路は、信号チャネルとして所定
波長間隔ごとに設定されたチャネル波長を有する信号そ
れぞれを第1スラブ導波路に導くための導波路であっ
て、第1スラブ導波路の光入力端面にその光出力端が接
続されている。上記チャネル導波路は、互いに異なる長
さを有する導波路であって、入力導波路とともに第1ス
ラブ導波路を挟むように該第1スラブ導波路の光出力端
面にそれぞれの光入力端が接続される一方、出力導波路
とともに第2スラブ導波路を挟むように該第2スラブ導
波路の光入力端面にそれぞれの光出力端が接続された状
態で基板上に平面的に配列されている。さらに、上記出
力導波路は、第2スラブ導波路の光出力端面にそれぞれ
の光入力端が接続された状態で基板上に平面的に配列さ
れた導波路であって、所定波長間隔ごとに設定されたチ
ャネル波長を有する信号それぞれを個別に取り出すため
の導波路である。
入力導波路と第1スラブ導波路との間に設けられた導波
路であって、該入力導波路を伝搬してきた光の基底モー
ドの一部を高次モードに結合させるための自由伝搬領域
を備える。この自由伝搬領域は、入力導波路の光出力端
から該第1スラブ導波路の光入力端面に向かって幅が増
加するよう所定の曲線に沿って伸びた側面を有する第1
部分と、該第1部分と該第1スラブ導波路との間に設け
られかつ該入力導波路よりも大きい幅を有する第2部分
から構成されている。したがって、第1部分は、回折効
果により該入力導波路の光出力端から第1スラブ導波路
の光入力端面に向かって伝搬する光の電界強度分布を拡
げるよう機能する。一方、第2部分は、互いに略平行な
側面を有する導波路であり、該第1部分を通過した光の
電界強度分布の拡がりを制限するよう機能する。入力導
波路と第1スラブ導波路との間に配置される自由伝搬領
域を以上のような構造を有する第1及び第2部分で構成
することにより、所望の光学特性、例えば透過波長特性
の改善(信号チャネル間における損失バラツキの低減)
を実現するために要求される製造誤差の許容範囲がより
広くなり、微細加工等の要求精度が緩和される。
れる曲線であることが好ましい。特に、上記第2部分も
この曲線に沿って側面が伸びるよう加工すれば、上記自
由伝搬領域を連続した側面を有する導波路として形成す
ることができるからである。この場合、該自由伝搬領域
の側面は、該自由伝搬領域の光入力端面から離れるに従
って略平行な関係により近づくため、該自由伝搬領域に
おける入力導波路側が上記第1部分として機能し、該自
由伝搬領域における第1スラブ導波路側が上記第2部分
として機能する。
によって与えられる。すなわち、基板表面に一致するx
−z座標系において、x軸に平行な面である第1部分の
光入力端面及び光出力端面における各中心点(xs,
zs)、(xe,ze)を通過する基準線Xp(z)は、
は、
2部分のいずれも以上のように定義された曲線に沿って
側面が伸びるよう、自由伝搬領域が一体的に加工される
場合、すなわち、weが該自由伝搬領域の光出力端面の
幅である場合、幅が(1−Δ)we〜weである部分(第
1スラブ導波路の光入力端面の法線方向とz軸が一致す
る場合には上記曲線の傾きdz/dxの絶対値がwe/
λ0以上となる部分)が第2部分として機能する。ただ
し、Δはスカラ量λ0/weで与えられる微小変化率であ
って、λ0は中心チャネル波長である。
て、上記基板上に設けられた導波路(上述の入力導波
路、自由伝搬領域、第1及び第2スラブ導波路、チャネ
ル導波路、出力導波路などを含む)に相当するコアと、
該コアを覆うように該基板上に設けられたクラッドとの
比屈折率差は1%以上であることが好ましい。加えて、
上記入力導波路、上記チャネル導波路、上記出力導波路
は、いずれも5.5μm以下の幅(コア幅)を有するの
が好ましい。コア(各導波路に相当)への光の閉じ込め
効果が大きくなり、自由伝搬領域などの微細加工等の要
求精度がより緩和されるからである。また、光の閉じ込
め効果の向上によりコア幅をより小さくすることが可能
になるため、より多くのチャネル導波路を基板上に設け
ることができるからである。いわゆる「埋め込み限界」
と呼ばれる製造プロセス上の制約として、隣接するコア
の理論上の最小間隔をより小さくすることができるの
で、光学特性の優れた光合分波器が得られる。
波路の光出力端と上記自由伝搬領域における第1部分の
光入力端との間に設けられたMMIカプラをさらに備え
てもよい。このような構造は、従来の光合分波器と比較
して微細加工等の要求精度をより緩和させることを可能
にするとともに、当該光合分波器の透過波長特性をさら
に改善させることを可能にする。
間に自由伝搬領域が設けられた構造、及び該自由伝搬領
域とともにMMIカプラが設けられた構造のいずれにお
いても、上記入力導波路の光出力端は、上記第1スラブ
導波路の光入力端面から2.0μm以上離間しているこ
と、すなわち、該自由伝搬領域あるいは該自由伝搬領域
とMMIカプラのいずれかの全長が2.0μm以上であ
るのが好ましい。これにより、自由伝搬領域と第1スラ
ブ導波路との接続部分に生じ易い加工なまり(この接続
部分を構成する自由伝搬領域の光出力端面近傍及び第1
スラブ導波路の光入力端面近傍の両方で形状がなまって
しまう)を抑制すると同時に、CVD(Chemical Vapor
Deposition)技術やFHD(Flame Hydrolysis Deposi
tion)技術を利用してコア隙間へのクラッド埋め込み性
の良好な自由伝搬領域を製造することができるからであ
る。
の各実施形態を、図1〜図11を参照しながら説明す
る。なお、各図において、同一部分には同一の番号を付
して重複する説明は省略する。
を示す平面図である。この図1に示されたように、当該
光合分波器は、石英ガラス基板100上に光導波路部分
が一体的に形成された光部品である。すなわち、基板1
00上には、1又はそれ以上の入力導波路110、第1
スラブ導波路120(入力用スラブ導波路)、複数のチ
ャネル導波路130、第2スラブ導波路140(出力用
スラブ導波路)及び複数の出力導波路150が設けられ
ている。特に、この発明に係る光合分波器では、入力導
波路110と第1スラブ導波路120との間に特殊な形
状を有する自由伝搬領域160が設けられていることを
特徴としている。
分波器へ入力される光の入射角度に対して角度θをなす
よう配置されており、また、第1及び第2スラブ導波路
120、140は、スラブ長fを有する。なお、スラブ
長は、第1及び第2スラブ導波路120、140おのお
のにおける光入力端面に位置する凸レンズ面の焦点距離
に相当する。また、上記入力導波路110は、信号チャ
ネルとして所定波長間隔ごとに設定されたチャネル波長
を有する各信号を第1スラブ導波路120に導くための
導波路であって、この入力導波路110の光出力端は第
1スラブ導波路120に光入力端面に接続されている。
上記チャネル導波路130は、互いに異なる長さを有す
る導波路であって、基板100上に平面的に配列されて
いる。これらチャネル導波路130は、入力導波路11
0とともに第1スラブ導波路120を挟むように該第1
スラブ導波路120の光出力端面にそれぞれの光入力端
が間隔dごとに離間した状態で接続される一方、出力導
波路150とともに第2スラブ導波路140を挟むよう
に該第2スラブ導波路140の光入力端面140aにそ
れぞれの光出力端が間隔dごとに離間した状態で接続さ
れている。さらに、上記出力導波路150は、第2スラ
ブ導波路140の光出力端面に光入力端が接続された状
態で上記基板100上に平面的に配列された導波路であ
って、所定波長間隔ごとに設定されたチャネル波長を有
する各信号に対応して、すなわち各信号チャネルに対応
して設けられている。なお、図1に示された光合分波器
は、入力導波路110、第1スラブ導波路120、チャ
ネル導波路130、第2スラブ導波路140及び出力導
波路150の順に光が伝搬する40チャネルの信号分離
を可能にするAWG回路として説明されているが、各信
号チャネルに対応して複数の入力導波路を設けることに
より、信号合波を可能にするAWG回路も実現できる。
光合分波器の第1実施形態における光出力部分(図1の
光出力部分に相当)の導波路構成を示す平面図である。
この第1実施形態に係る光合分波器において、自由伝搬
領域160は、入力導波路110中を伝搬してきた光の
基底モードの一部を高次モードに結合するための導波路
として機能する。また、自由伝搬領域160は、入力導
波路110を伝搬してきた光の電界強度分布を拡げるた
めの第1部分161と、この第1部分を伝搬してきた光
の電界強度分布の拡がりを制限するための第2部分16
2により構成されている。
の形状は、第1スラブ導波路120の光入力端面に対し
て法線方向をz軸とし、該法線に直交する方向をx軸と
したx−z座標平面(基板100の表面に一致)上に投
影されている。第1部分161は、入力導波路110の
光出力端面に面した幅wsの光入力端面(当該自由伝搬
領域160の光入力端面160aと一致)と幅weの光
出力端面を有するとともに、その側面は幅w(z)が増
加するよう所定の曲線に沿って伸びている。一方、第2
部分162は、第1部分161の光出力端面に面した光
入力端面と第1スラブ導波路120の光入力端面に面し
た光出力端面(当該自由伝搬領域160の光出力端面1
60bと一致)とを有し、その側面は幅weで互いに略
平行に伸びている。このように、自由伝搬領域160が
上記第1及び第2部分161、162で構成されること
により、所望の光学特性、例えば透過波長特性の改善
(信号チャネル間における損失バラツキの低減)を実現
するために要求される製造誤差の許容範囲がより広くな
り、微細加工等の要求精度が緩和される。
当該光合分波器、特に自由伝搬領域160近傍の断面構
造を示す図であり、石英ガラス基板100上には入力導
波路110、第1スラブ導波路120、チャネル導波路
130、第2スラブ導波路140、出力導波路150、
及び自由伝搬領域160などに相当するコア、該コアを
覆うクラッド102が設けられている。導波路として機
能するコアにはGeO 2が添加されており、該GeO2の
添加量は、チャネル導波路130の曲率半径の低減及び
導波路間隔の低減を可能にするため(光の閉じ込め効率
の向上)、コアとクラッドとの比屈折率差は1%以上で
ある。基板100は、石英ガラス基板に代え、シリコン
基板と該シリコン基板上に成膜されたガラス層とを備え
た構造であってもよい。このガラス層の上にGeO2が
添加されたコア(導波路)を形成することによっても同
様の作用・効果が得られる。
1とともに上記第2部分162も指数関数で表される曲
線に沿って側面が伸びるよう加工することで、上記自由
伝搬領域160が連続した側面を有する導波路として形
成されている。この場合、該自由伝搬領域160の側面
は、該自由伝搬領域160の光入力端面160aから離
れるに従って略平行な関係により近づくため、該自由伝
搬領域160における入力導波路110側が上記第1部
分161として機能するとともに、該自由伝搬領域16
0における第1スラブ導波路120側が上記第2部分1
62として機能する。
図である。この図に示された自由伝搬領域160の形状
は、第1スラブ導波路120の光入力端面に対して法線
方向をz軸とし、該法線に直交する方向をx軸としたx
−z座標平面(基板100の表面に一致)上に投影され
ている。また、図4に示された自由伝搬領域160は、
その中心軸が第1スラブ導波路120の光入力端面に対
して所定角度だけ傾いている。なお、図2には、その中
心軸と第1スラブ導波路120の光入力端面とが直交す
る自由伝搬領域160が示されている。
−z座標系において、x軸に平行な面である自由伝搬領
域160の光入力端面160a(第1部分161の光入
力端面に一致)及び光出力端面160b(第2部分16
2の光出力端面に一致)における各中心点(xs,
zs)、(xe,ze)を通過する基準線Xp(z)は、
行な幅w(z)は、
定する曲線は
光入力端面160aからx軸方向の幅が(1−Δ)we
となる領域までが第1部分161に相当し、x軸方向の
幅が(1−Δ)we〜weの領域が第2部分162に相当
する。また、第1スラブ導波路120の光入力端面の法
線方向とz軸が一致する場合は、上記曲線Xl(z)及
びXu(z)の各傾きdz/dxの絶対値がwe/λ0ま
での領域が第1部分161に相当し、傾きdz/dxの
絶対値がwe/λ0以上となる領域が第2部分に相当す
る。ただし、Δはスカラ量λ0/weで与えられる微小変
化率であって、λ0は中心チャネル波長(μm)であ
る。
GHz、中心チャネル波長(CH20)が1.5305
μmである40チャネル信号分離を可能にするAWG回
路を設計した。
0と各導波路部分との比屈折率差は1.5%、スラブ長
fは8000μm、各導波路の幅(コア幅)は4.3μ
m、第1及び第2スラブ導波路120、140のスラブ
長は8000μm、基板100のサイズは20mm×2
0mm、基板100の厚みは0.5mm、チャネル導波
路130の端部間隔dは12.0μm、チャネル導波路
130の本数は180、第1スラブ導波路120の設置
角度θは80゜、各チャネル導波路130間の長さの差
ΔLは36.702μmに設定されている。
G回路の第1サンプルにおける自由伝搬領域160は、
図5(a)に示されたような平面形状を有しており、そ
の側面は、指数係数αが+1.4、光入力端面160a
の幅wsが4.3μm、光出力端面160bの幅weが2
0μm、全長が180μmであるとき数式9で与えられ
る曲線Xl(z)及びXu(z)それぞれに沿って伸びる
形状を有する。ただし、weは20μm、中心チャネル
波長は1.5305μmであることから、Δ=λ0/we
は0.076525となる。したがって、この第1サン
プルにおいて、幅ws(=4.3μm)の光入力端面1
60aから幅(1−0.076525)×20μmとな
る領域までが当該自由伝搬領域160の第1部分161
に相当し、幅(1−0.076525)×20μmとな
る位置から幅20μmの光出力端面160b間での領域
が当該自由伝搬領域160の第2部分162に相当す
る。
の第2サンプルは、図5(b)に示されたように、自由
伝搬領域が存在せず、幅4.3μmの入力導波路110
が直接第1スラブ導波路120に接続された構造を備え
る。
プルについて、第20番目の出力導波路(CH20)を
中心とした各出力導波路における損失スペクトルの測定
結果を示している。また、図7は、上述のように設計さ
れた第2サンプルについて、第20番目の出力導波路
(CH20)を中心とした各出力導波路における損失ス
ペクトルの測定結果を示している。これら図6及び図7
を比較すると、第1実施形態に係る第1サンプルの方
が、各チャネル波長間の損失バラツキが低下しているこ
とが分かる。
失バラツキの低減など透過波長特性が改善される構造を
備えた第1実施形態に係る光合分波器について、製造誤
差と特性変化の関係を説明する。
ソグラフィ工程やエッチング工程などで寸法誤差(加工
誤差)が生じたり、また、膜付け工程で導波路であるコ
アとクラッドとの比屈折率差Δnの設計値からのずれが
生じ、得られたAWG回路の光学特性が劣化する可能性
がある。このことは、定性的に図8(a)〜図8(c)
により説明される。
よりも狭くなりかつ比屈折率差Δnが適正値よりも低く
なったAWG回路では、あるCHの出力導波路における
透過スペクトルには、図8(a)に示されたように、い
くつかのピークが現れる。また、コアの幅及び比屈折率
差Δnとの適正値であるAWG回路では、あるCHの出
力導波路における透過スペクトルは、図8(b)に示さ
れたように、ピーク付近が平坦になる。逆に、コアの幅
が適正値よりも広くなりかつ比屈折率差Δnが適正値よ
りも高くなったAWG回路では、あるCHの出力導波路
における透過スペクトルは、図8(c)に示されたよう
に、よりピークが高くなる。
路であっても、実際の製造では製造誤差をなくすことは
現実的ではない。むしろ、加工精度等の許容度を高くす
る方がより現実的である。
8号公報に示されたパラボリック形状導波路を有するA
WG回路と、この従来のAWG回路と同じ条件で製造さ
れた第1実施形態に係るAWG回路の各製造トレランス
について検証した。なお、従来のAWG回路におけるパ
ラボリック形状導波路は、上記特開平9−297228
号公報の図6に示されたような平面形状を有しており、
その構造パラメータは、光入力端面の幅が7μm、パラ
ボリック形状を規定するパラメータAが1.0、全長が
250μmである。一方、第1実施形態に係るAWG回
路において、自由伝搬領域は、図5(a)に示されたよ
うな平面形状を有しており、その側面は、指数係数αが
+2.1、光入力端面の幅が7μm、光出力端面の幅が
32μm、全長が500μmであるとき数式9で与えら
れる曲線Xl(z)及びXu(z)それぞれに沿って伸び
る形状を有する。
と第1実施形態に係るAWG回路についての測定結果が
図9に示されている。この図9中の横軸は、導波路であ
るコア幅の誤差(μm)を示し、縦軸は、CHの出力導
波路における透過スペクトルのピーク平坦度(dB)を
示している。なお、透過スペクトルの平坦度は、図8
(a)に示された透過強度aとbの差によって与えられ
る。また、図9中、グラフG100は、第1実施形態に
係るAWG回路についての測定結果、グラフG200
は、従来のAWG回路についての測定結果をそれぞれ示
している。
に、グラフG200と比較してグラフ200の方がより
平坦な範囲が広く、すなわち製造トレランスが高いこと
は明らかである。
状導波路の場合、図10(a)に示されたように、該導
波路部の幅が入力導波路と接続された光入力端面からス
ラブ導波路に接続された光出力端面に向かって大きくな
っているため、入力導波路を伝搬した光の電界強度分布
は、該光の伝搬とともに拡がってしまう。このことか
ら、従来のAWG回路におけるパラボリック形状導波路
は、導波路幅の誤差変動の影響をより受けやすい構造で
あることが分かる。
は、入力導波路110を伝搬した光の電界強度分布は、
自由伝搬領域160の第1部分161において一旦拡が
るものの、第2部分162においてその拡がりが制限さ
れている。このように、第2部分ではもともと伝搬光の
電界強度分布の変動が起こり難くなっているので、導波
路幅の誤差変動の影響は受けにくい。このことからも、
この発明に係る光合分波器によれば、従来技術よりも遥
かに微細加工等の要求精度が緩和されることが分かる。
明に係る光合分波器の第2実施形態における光出力部分
(図1の光出力部分に相当)の導波路構成を示す平面図
である。
実施形態と同じであるが、入力導波路110の光出力端
と自由伝搬領域160における第1部分161の光入力
端(自由伝搬領域160の光入力端面160aに一致)
との間に、MMIカプラ170が設けられた点で異なっ
ている。このような構造が図1に示されたようなAWG
回路に採用されることにより、従来のAWG回路よりも
製造トレランスが高く、また、透過波長特性もさらに改
善可能なAWG回路が得られる。
長特性を改善するための導波路であって、入力導波路か
ら第1スラブ導波路に向かって幅が増加するよう所定の
曲線に沿って伸びた側面を有する第1部分と、該第1部
分と第1スラブ導波路との間に設けられかつ入力導波路
よりも大きい幅を有する第2部分とを備えた自由伝搬領
域が、入力導波路と第1スラブ導波路)との間に設けら
れている。入力導波路から第1スラブ導波路へ向かう光
の電界強度分布は第1部分により一旦拡げられるが、逆
に第2部分により該伝搬光の電界強度分布の拡がりは制
限されるため、該電界強度分布の変化は導波路幅の変化
に影響されにくくなり、結果的に微細加工の要求精度が
緩和されるという効果がある。
である。
て主に光入力部分における導波路構造を示す平面図であ
る。
波器の断面構造を示す図である。
である。
て製造されたサンプル(a)及び比較例として製造され
たサンプル(b)それぞれの、光入力部分の導波路構造
を示す平面図である。
実施形態に係る光合分波器の損失スペクトルである。
例である光合分波器の損失スペクトルである。
折率差の違いによる製造プロセスにおける加工誤差の影
響度の違いを説明するためのグラフである。
波器のそれぞれについて、透過波長特性への加工誤差の
影響度(測定結果)を示すグラフである。
明するための図である。
して主に光入力部分における導波路構造を示す平面図で
ある。
強度分布を立体的に示す図である。
強度分布を立体的に示す図である。
路、120…入力側スラブ導波路、130…チャネル導
波路、140…出力側スラブ導波路、160…自由伝搬
領域、160a…自由伝搬領域の光入力端面(第1部分
の光入力端面に一致)、160b…自由伝搬領域の光出
力端面(第2部分の光出力端面及び第2スラブ導波路の
光入力端面に一致)、161…第1部分、162…第2
部分、170…マルチモード干渉型カプラ。
光合分波器の第1実施形態における光入力部分(図1の
光入力部分に相当)の導波路構成を示す平面図である。
この第1実施形態に係る光合分波器において、自由伝搬
領域160は、入力導波路110中を伝搬してきた光の
基底モードの一部を高次モードに結合するための導波路
として機能する。また、自由伝搬領域160は、入力導
波路110を伝搬してきた光の電界強度分布を拡げるた
めの第1部分161と、この第1部分を伝搬してきた光
の電界強度分布の拡がりを制限するための第2部分16
2により構成されている。
に、グラフG200と比較してグラフG100の方がよ
り平坦な範囲が広く、すなわち製造トレランスが高いこ
とは明らかである。
は、図10(b)に示されたように、入力導波路110
を伝搬した光の電界強度分布は、自由伝搬領域160の
第1部分161において一旦拡がるものの、第2部分1
62においてその拡がりが制限されている。このよう
に、第2部分ではもともと伝搬光の電界強度分布の変動
が起こり難くなっているので、導波路幅の誤差変動の影
響は受けにくい。このことからも、この発明に係る光合
分波器によれば、従来技術よりも遥かに微細加工等の要
求精度が緩和されることが分かる。
明に係る光合分波器の第2実施形態における光入力部分
(図1の光入力部分に相当)の導波路構成を示す平面図
である。
Claims (8)
- 【請求項1】 基板と、 前記基板上に設けられた、それぞれ所定のスラブ長を有
する第1及び第2スラブ導波路と、 前記基板上に設けられた導波路であって、前記第1スラ
ブ導波路内に光を導くための1又はそれ以上の入力導波
路と、 前記第2スラブ導波路の光出力端面にそれぞれの光入力
端が接続された状態で前記基板上に平面的に配列された
導波路であって、信号チャネルとして所定波長間隔ごと
に設定されたチャネル波長を有する信号それぞれに対応
して設けられた複数の出力導波路と、 前記入力導波路とともに前記第1スラブ導波路を挟むよ
うに該第1スラブ導波路の光出力端面にそれぞれの光入
力端が接続される一方、前記出力導波路とともに前記第
2スラブ導波路を挟むように該第2スラブ導波路の光入
力端面にそれぞれの光出力端が接続された状態で前記基
板上に平面的に配列された導波路であって、互いに長さ
の異なる複数のチャネル導波路と、 前記入力導波路と前記第1スラブ導波路との間に設けら
れた導波路であって、該入力導波路の光出力端から該第
1スラブ導波路の光入力端面に向かって幅が増加するよ
う所定の曲線に沿って伸びた側面を有する第1部分と、
該第1部分と該第1スラブ導波路との間に設けられかつ
該入力導波路よりも大きい幅を有する第2部分から構成
された自由伝搬領域とを備えた光合分波器。 - 【請求項2】 基板と、 前記基板上に設けられた、それぞれ所定のスラブ長を有
する第1及び第2スラブ導波路と、 前記基板上に設けられた導波路であって、前記第1スラ
ブ導波路内に光を導くための1又はそれ以上の入力導波
路と、 前記第2スラブ導波路の光出力端面にそれぞれの光入力
端が接続された状態で前記基板上に平面的に配列された
導波路であって、信号チャネルとして所定波長間隔ごと
に設定されたチャネル波長を有する信号それぞれに対応
して設けられた複数の出力導波路と、 前記入力導波路とともに前記第1スラブ導波路を挟むよ
うに該第1スラブ導波路の光出力端面にそれぞれの光入
力端が接続される一方、前記出力導波路とともに前記第
2スラブ導波路を挟むように該第2スラブ導波路の光入
力端面にそれぞれの光出力端が接続された状態で前記基
板上に平面的に配列された導波路であって、互いに長さ
の異なる複数のチャネル導波路と、 前記入力導波路と前記第1スラブ導波路との間に設けら
れかつ該入力導波路を伝搬してきた光の基底モードの一
部を高次モードに結合させるための導波路であって、回
折効果により該入力導波路の光出力端から前記第1スラ
ブ導波路の光入力端面に向かって伝搬する光の電界強度
分布を拡げるための第1部分と、該第1部分を通過した
光の電界強度分布の拡がりを制限するための第2部分か
ら構成された自由伝搬領域とを備える光合分波器。 - 【請求項3】 前記所定の曲線は、指数関数で表される
曲線であることを特徴とする請求項1記載の光合分波
器。 - 【請求項4】 前記基板表面に一致するx−z座標系に
おいて、x軸に平行な面である前記第1部分の光入力端
面及び光出力端面における各中心点(xs,zs)、(x
e,ze)を通過する基準線Xp(z)は、 【数1】 なる式で与えられ、前記第1部分のx軸に平行な幅w
(z)は、 【数2】 ws:前記第1部分の光入力端面の幅 we:前記第1部分の光出力端面の幅 α :指数係数 なる式で与えられ、前記第1部分の側面は、 【数3】 なる式で与えられる曲線に沿って伸びていることを特徴
とする請求項3記載の光合分波器。 - 【請求項5】 前記基板上に設けられた導波路に相当す
るコアと、該コアを覆うように該基板上に設けられたク
ラッドとの比屈折率差は1%以上であることを特徴とす
る請求項1〜4のいずれか一項記載の光合分波器。 - 【請求項6】 前記入力導波路、前記チャネル導波路、
前記出力導波路は、いずれも5.5μm以下の幅を有す
ることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の
光合分波器。 - 【請求項7】 前記入力導波路の光出力端と前記自由伝
搬領域における第1部分の光入力端との間に設けられた
マルチモード干渉型カプラをさらに備えたことを特徴と
する請求項1〜6のいずれか一項記載の光合分波器。 - 【請求項8】 前記入力導波路の光出力端は、少なくと
も前記自由伝搬領域を介して前記第1スラブ導波路の光
入力端面から2.0μm以上離間していることを特徴と
する請求項1〜7記載の光合分波器。
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-
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