JP2002196162A - 光合分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣接する信号チャネル間のクロストークを効
果的に低減し、優れた波長合分波特性を実現するための
構造を備えた光合分波器を提供する。 【解決手段】 互いに隣接するチャネル導波路(130)の
光路長差が異なることを許す一方、スラブ導波路(120,1
40)を含めたＰ１〜Ｐ２までの光路全体としては、互い
に隣接するチャネル導波路(130)を経由する光路間にお
ける実効的な光路長差が一定になるよう設計されるた
め、スラブ導波路(120,140)の平坦な接続端面(120a,140
a)に対する各チャネル導波路の接続構造が波長合分波条
件によって制限されることなく任意に変更できる。この
結果、各チャネル導波路(130)の配列設計が容易になる
とともにそのレイアウトの自由度が増し、隣接する信号
チャネル間でのクロストークを効果的に低減する構造設
計が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、波長分割多重
（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。

【０００２】

【従来の技術】ＡＷＧ型の光合分波器（以下、ＡＷＧ回
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デバイスと
してその発展が期待されている。

【０００３】このようなＡＷＧ回路は、単一基板上に、
入力導波路、入力用スラブ導波路、それぞれ長さの異な
る複数のチャネル導波路（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。

【０００４】特に、米国特許第５，００２，３５０（特
公平７−１１７６１２号公報）には、複数のチャネル導
波路のうち互いに隣接するもの同士の光路長差が一定で
ある光合分波器が開示されている。なお、この光合分波
器の入力用及び出力用スラブ導波路とチャネル導波路の
各接続部分では、波長合分波性能を向上させるため、該
チャネル導波路の各端部が所定半径の円弧に沿って等間
隔に配列されるか、あるいは該入力用及び出力用スラブ
導波路おのおのの、チャネル導波路の各端部が等間隔に
接続される端面が該所定半径の円弧に一致するよう加工
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、従来の光
合分波器について検討した結果、以下のような課題を発
見した。すなわち、チャネル導波路それぞれの端部が円
弧状に配列された場合、チャネル導波路のうち中心付近
に位置しているものからスラブ導波路へ出力された光の
収束性は十分に保持される一方、周辺部に位置するもの
からスラブ導波路へ出力された光の収束性は収差等の影
響により悪化してしまう。加えて、チャネル導波路それ
ぞれの端部が円弧に沿って等間隔に配列されると、互い
に隣接するチャネル導波路間の相互作用により、特に、
該チャネル導波路のうち周辺部に位置するのもからスラ
ブ導波路へ出力された光の収束性はさらに悪化してしま
う。この結果、従来の光合分波器では、信号チャネルそ
れぞれに対応して設けられた出力導波路のうち特に周辺
に位置する出力導波路において、隣接する信号チャネル
間のクロストークが顕著になる一方、該クロストークを
低減させるにも技術的な限界があった。

【０００６】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたものであって、信号チャネルそれぞれに
対応して設けられた出力導波路のうち特に周辺に位置す
る出力導波路において、隣接する信号チャネル間のクロ
ストークを効果的に低減し、優れた波長合分波特性を実
現するための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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光合分波
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、ｎ（≧３）
本のチャネル導波路、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、Ｗ
ＤＭ伝送システムに波長選択素子として適用可能なＡＷ
Ｇ型の光合分波器である。

【０００８】この発明に係る光合分波器において、上記
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ｎ本のチャネル導波路は、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。

【０００９】特に、この発明に係る光合分波器は、上記
ｎ本のチャネル導波路とそれぞれ接続された第１スラブ
導波路の光出力端面及び第２スラブ導波路の光入力端面
のうち少なくとも一方が、該ｎ本のチャネル導波路と交
差する直線に沿って伸びるよう平坦に加工されている。
これにより、上記ｎ本のチャネル導波路のうち互いに隣
接するもの同士の光路長差がそれぞれ異なっている。

【００１０】具体的には、上記ｎ本のチャネル導波路に
おける全ての隣接チャネル導波路間の光路長差から得ら
れる平均値に対して、上記ｎ本のチャネル導波路におけ
る隣接チャネル導波路間の光路長差の最大偏差が３％以
上になるよう設定されるのが好ましい。これは、隣接チ
ャネル導波路間の各光路差をΔＬ_k、（ｋ＝１〜（ｎ−
１））、隣接チャネル導波路間の最大光路長差（最小光
路長差でもよい）をΔＬ_MAX、光路長差の平均値をΔＬ
_AVEとするとき、該平均値ΔＬ_AVEに対して少なくとも最
大光路長差ΔＬ_MAXの偏差η（最大偏差）が

【００１１】

【数３】 なる条件を満たすことを意味する。

【００１２】ただし、この発明に係る合分波器では、隣
接するチャネル導波路間の光路長差はそれぞれ異なって
いるが、全体として波長合分波機能を実現するために
は、互いに隣接するチャネル導波路を経由して第１スラ
ブ導波路の光入力端面中心から第２スラブ導波路の光出
力端面中心に至る光路間において、それぞれの実効的な
光路長差が一定になるよう設計されている。すなわち、
この発明に係る光合分波器では、図４に示されたよう
に、その波長合分波条件として、第１スラブ導波路の光
入力端面の中心Ｐ１から第ｍ（２≦ｍ≦ｎ）番目のチャ
ネル導波路を経て第２スラブ導波路の光出力端面の中心
Ｐ２へ至る物理光路長をＬ（ｍ）、該第ｍ番目のチャネ
ル導波路の実効屈折率をｎ_eff（ｍ）、第１スラブ導波
路の光入力端面の中心Ｐ１から第（ｍ−１）番目のチャ
ネル導波路を経て第２スラブ導波路の光出力端面の中心
Ｐ２へ至る物理光路長をＬ（ｍ＋１）、該第（ｍ−１）
番目のチャネル導波路の実効屈折率をｎ_eff（ｍ―１）
とするとき、Ｐ１〜Ｐ２に至る光路に沿った物理光路長
及び実効屈折率の積の積分値が、互いに隣接する該第ｍ
番目及び第（ｍ−１）番目のチャネル導波路間で、

【００１３】

【数４】 なる条件を満たしている。なお、上記ｎ本のチャネル導
波路のうち、互いに隣接するもの同士の光路長差ΔＬ_n
は、

【００１４】

【数５】 ここで、 ΔＬ₀：チャネル導波路が回折格子として作用するため
の最大光路長差の理論値 ｆ₀：第１スラブ導波路の光入力端面中心からチャネル
導波路の光入射端までの最大距離あるいはチャネル導波
路の光出力端から第２スラブ導波路の光出力端面中心ま
での最大距離 θ_P：第Ｐ（＝１、２、…、ｎ）番目のチャネル導波路
が第１スラブ導波路の光出力端面及び第２スラブ導波路
の光入力端面のいずれかとなす角度 なる式で与えられる。

【００１５】上述のように、この発明に係る光合分波器
は、互いに隣接するチャネル導波路の光路長差が異なる
ことを許す一方、スラブ導波路を含めた光路全体として
は、互いに隣接するチャネル導波路を経由する光路間に
おける実効的な光路長差が一定になるよう設計される。
これは、平坦な接続端面（第１スラブ導波路の光出力端
面及び第２スラブ導波路の光入力端面の少なくとも一
方）に対するチャネル導波路の接続構造が合分波条件に
よって制限されることなく任意に変更できることを意味
する。この結果、チャネル導波路の配列設計が容易にな
るとともにそのレイアウトの自由度が増し、信号チャネ
ルそれぞれに対応して設けられた出力導波路のうち特に
周辺に位置する出力導波路において、隣接する信号チャ
ネル間のクロストークを効果的に低減する構造設計が可
能になる。

【００１６】なお、この発明に係る光合分波器では、第
１スラブ導波路における焦点位置を調節するため、該第
１スラブ導波路の光出力端面に接続されたチャネル導波
路は、それらの光入力端が該第１スラブ導波路の光入力
端面の中心に向くよう配置されるのが好ましい。また、
第２スラブ導波路においても焦点位置を調節するため、
該第２スラブ導波路の光入力端面に接続されたチャネル
導波路は、それらの光出力端が該第２スラブ導波路の光
出力端面の中心に向くよう配置されるのが好ましい。す
なわち、この発明に係る光合分波器において、第１スラ
ブ導波路の光出力端面及び第２スラブ導波路の光入力端
面うち少なくとも平坦な端面を有する一方と、該一方に
接続されたチャネル導波路とのなす角度は、それぞれ異
なっている。換言すれば、上記チャネル導波路は、光入
力端を含むそれらの先端部分のうち互いに隣接するもの
同士の間隔が異なるよう基板上に配置される。また、上
記チャネル導波路は、光出力端を含むそれらの先端部分
のうち互いに隣接するもの同士の間隔が異なるよう基板
上に配置される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る光合分波器
の実施形態を、図１〜図９を用いて詳細に説明する。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。

【００１８】図１は、この発明に係る光合分波器として
のＡＷＧ回路の構成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１０
０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１００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）、ｎ（≧３）本のチャネル導波路１３０、第
２スラブ導波路１４０（出力用スラブ導波路）及び信号
チャネルＣＨ１、ＣＨ２、…、ＣＨ１５、ＣＨ１６にそ
れぞれ対応した出力導波路１５０が設けられている。

【００１９】上記各導波路部分にはＧｅＯ₂が添加され
ており、該ＧｅＯ₂の添加量は、チャネル導波路１３０
の曲率半径の低減を可能にするため（光の閉じ込め効率
の向上）、基板１００と導波路部分との比屈折率差は
０．５％以上である。なお、基板１００は、石英ガラス
基板に限らず、シリコン基板と該シリコン基板上に成膜
された１０〜数１０μｍのガラス層とにより構成されて
もよい。このガラス層上にＧｅＯ₂が添加された導波路
を形成しても同様の作用・効果が得られる。また、図２
は、図１中のＩ−Ｉ線に沿ったＡＷＧ回路の断面構造を
示す図であり、基板１００上には、導波路となるべきコ
ア１０１（幅Ｗ、厚み（高さ）Ｈを有する）と、該コア
１０１を覆うクラッド１０２とが設けられている。

【００２０】上記第１スラブ導波路１２０は、当該光合
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
よう配置されるとともに、チャネル導波路１３０の光入
力端が接続される平坦な光出力端面１２０ａと、入力導
波路１１０の光出力端が接続される光入力端面１２０ｂ
とを有する。一方、上記第２スラブ導波路１４０は、チ
ャネル導波路１３０の光出力端が接続される平坦な光入
力端面１４０ａと、出力導波路１５０の光入力端が接続
される光出力端面１４０ｂとを有する。また、これら第
１及び第２スラブ導波路１２０、１４０は、それぞれス
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。

【００２１】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１１０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、すなわち信号チャネルそれぞ
れに対応して設けられている。

【００２２】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１５
０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、波
長合波を可能にするＡＷＧ回路も実現できる。

【００２３】図３は、この発明に係る光導波路の構造を
説明するための図であって、主に光出力部分の導波路構
造を示す平面図である。なお、この図３では、第２スラ
ブ導波路１４０近傍の導波路構造が示されているが、第
１スラブ導波路１２０近傍の導波路も同様の構造を備え
てもよい。

【００２４】この発明に係る光合分波器では、第２スラ
ブ導波路１４０における焦点位置を調節するため、該第
２スラブ導波路１４０の光入力端面１４０ａに接続され
たチャネル導波路１３０は、それらの光出力端が該第２
スラブ導波路１４０の光出力端面１４０ｂの中心Ｏに向
くよう配置される。このとき、第２スラブ導波路１４０
の光入力端面１４０ａは平坦に加工されているため、接
続されたチャネル導波路１３０の光出力端における接続
角度（チャネル導波路１３０と光入力端面１４０ａとの
なす角度）は、それぞれ異なっている。なお、第１スラ
ブ導波路１２０の光出力端面１２０ａに接続されたチャ
ネル導波路１３０も同様に、それらの光入力端が該第１
スラブ導波路１２０の光入力端面１２０ｂの中心に向く
よう配置されるのが好ましい。

【００２５】換言すれば、この発明に係る光合分波器に
おいて、上記チャネル導波路１３０うち互いに隣接する
もの同士は、光入力端を含むそれらの先端部分の間隔が
異なるよう基板上に配置される。また、上記チャネル導
波路１３０のうち互いに隣接するもの同士が、光出力端
を含むそれらの先端部分の間隔が異なるよう基板上に配
置されてもよい。

【００２６】この発明に係る合分波器では、互いに隣接
するチャネル導波路間の光路長差はそれぞれ異なってい
るが、全体として波長合分波機能を実現するためには、
図４に示されたように、該互いに隣接するチャネル導波
路１３０を経由して第１スラブ導波路１２０の光入力端
面１２０ｂ中心Ｐ１から第２スラブ導波路１４０の光出
力端面１４０ｂ中心Ｐ２に至る光路間において、それぞ
れの実効的な光路長差が一定になるよう設計されてい
る。すなわち、この発明に係る光合分波器では、その波
長合分波条件として、第１スラブ導波路１２０の光入力
端面１２０ｂの中心Ｐ１から第ｍ（２≦ｍ≦ｎ）番目の
チャネル導波路を経て第２スラブ導波路１４０の光出力
端面１４０ｂの中心Ｐ２へ至る物理光路長をＬ（ｍ）、
該第ｍ番目のチャネル導波路の実効屈折率をｎ
_eff（ｍ）、第１スラブ導波路１２０の光入力端面１２
０ｂの中心Ｐ１から第（ｍ−１）番目のチャネル導波路
を経て第２スラブ導波路１４０の光出力端面１４０ｂの
中心Ｐ２へ至る物理光路長をＬ（ｍ＋１）、該第（ｍ−
１）番目のチャネル導波路の実効屈折率をｎ_eff（ｍ―
１）とするとき、Ｐ１〜Ｐ２に至る光路に沿った物理光
路長及び実効屈折率の積の積分値が、互いに隣接する該
第ｍ番目及び第（ｍ−１）番目のチャネル導波路間で、

【００２７】

【数６】 なる条件を満たしている。なお、上記ｎ本のチャネル導
波路のうち、互いに隣接するもの同士の光路長差ΔＬ_n
は、

【００２８】

【数７】 ここで、 ΔＬ₀：チャネル導波路が回折格子として作用するため
の最大光路長差の理論値 ｆ₀：第１スラブ導波路の光入力端面中心からチャネル
導波路の光入射端までの最大距離あるいはチャネル導波
路の光出力端から第２スラブ導波路の光出力端面中心ま
での最大距離 θ_P：第Ｐ（＝１、２、…、ｎ）番目のチャネル導波路
が第１スラブ導波路の光出力端面及び第２スラブ導波路
の光入力端面のいずれかの法線となす角度 なる式で与えられる。

【００２９】上述のようにこの発明に係る光導波路によ
れば、互いに隣接するチャネル導波路の光路長差が異な
ることを許す一方、上記第１及び第２スラブ導波路１２
０、１４０を含めた光路全体としては、波長合分波機能
を実現するため、互いに隣接するチャネル導波路を経由
する光路間における実効的な光路長差が一定になるよう
設計される。これは、第１スラブ導波路１２０の光出力
端面１２０ａ及び第２スラブ導波路１４０の光入力端面
１４０ａの少なくとも一方の平坦な接続端面に対してチ
ャネル導波路１３０の接続構造を合分波条件によって制
限されることなく任意に変更できることを意味する。こ
の結果、チャネル導波路１３０の配列設計が容易になる
とともにそのレイアウトの自由度が増し、信号チャネル
それぞれに対応して設けられた出力導波路のうち特に周
辺に位置する出力導波路において、隣接する信号チャネ
ル間でのクロストークを効果的に低減する構造設計が可
能なる。

【００３０】次に、発明者らは信号波長間隔Δλが１０
０ＧＨｚ、中心チャネル波長（ＣＨ８）が１５５０．９
１８μｍである１６チャネル信号分離を可能にするＡＷ
Ｇ回路を設計した。

【００３１】設計されたＡＷＧ回路において、基板１０
０と各導波路部分との比屈折率差は０．７５％、各導波
路のコア幅Ｗは６．０μｍ、各導波路のコア厚みＨは
６．０μｍ、第１及び第２スラブ導波路１２０、１４０
のスラブ長ｆはそれぞれ９０８６．１７μｍ、基板１０
０のサイズは２０ｍｍ×２０ｍｍ、基板１００の厚みは
０．５ｍｍ、チャネル導波路１３０の間隔は１５．０μ
ｍ、チャネル導波路１３０の本数は８０、第１スラブ導
波路１２０の設置角度θは８０゜、出力導波路１５０の
間隔は２０μｍに設定されている。なお、第１スラブ導
波路１２０の光入力端面１２０ａの中心Ｐ１からチャネ
ル導波路１３０を経由して第２スラブ導波路１４０の光
出力端面１４０ｂの光出力端面１４０ｂの中心Ｐ２に至
る光路間において、実効的な光路長差ΔＬは６３．０μ
ｍに設定されている。

【００３２】また、この発明に係るＡＷＧ回路として設
計された第１サンプルにおいて、第２スラブ導波路１４
０の光出力端面１４０ａは、図５（ａ）に示されたよう
に、平坦に加工されている（なお、第１スラブ導波路１
２０の光入力端面１２０ａも同様）。

【００３３】一方、比較例として設計されたＡＷＧ回路
の第２サンプルは、図５（ｂ）に示されたように、チャ
ネル導波路に接続される接続端面が円弧状に加工されて
いる。

【００３４】まず、発明者らは、上記第１サンプルにつ
いて、信号チャネルＣＨ１〜ＣＨ１６にそれぞれ対応し
て設けられた出力導波路１５０のうち特に周辺に位置す
る出力導波路から取り出される信号チャネルＣＨ１２〜
ＣＨ１５の損失スペクトルを測定した。図６は、周辺部
分に位置する出力導波路から取り出される信号チャネル
ＣＨ１２〜ＣＨ１５の損失スペクトルである。図６から
も分かるように、各信号チャネルＣＨ１２〜ＣＨ１５の
中心チャネル波長において、対応する出力導波路ごとに
測定された損失Ａのバラツキは低減される一方、隣接信
号チャネルからのクロストーク成分の損失（Ａ＋Ｂ）は
十分に低減される。

【００３５】次に、発明者らは、上記第１サンプルにつ
いて、図５（ａ）に示されたように、第２スラブ導波路
１４０におけるチャネル導波路１３０との接続端面１４
０ａを、対向する接続端面１４０ｂからのスラブ長ｆ分
離れた位置を基準（ｄ＝０）にして、幅ｄ（０μｍ〜１
０００μｍ）だけ変化させたときの信号チャネルＣＨ１
５についての接続損失（図７）と、出力導波路１５０間
（出力チャネル間）のクロストーク（ｄＢ）を示すグラ
フである。なお、図７及び図８には、それぞれ図５
（ｂ）に示された構造のスラブ導波路を備えた上記第２
サンプルのデータが従来レベルとして示されている。

【００３６】図７から分かるように、第１サンプルの場
合、幅ｄが２００μｍ以下であれば、従来レベルと遜色
ない接続損失に抑えることができる一方、幅ｄが２００
μｍを越えるとチャネル導波路１３０と第２スラブ導波
路１４０とのでカップリングの影響により著しく接続損
失が増加してしまう。このことから、製造トレランスと
して、幅ｄの変動は２００μｍ以下であれば実用上問題
ない。

【００３７】一方、図８から分かるように、隣接チャネ
ル間のクロストークは、幅ｄの変化に関係なく第２サン
プルの従来レベルよりも低減していることが分かる。

【００３８】さらに発明者らは、隣接チャネル導波路間
の光路長差のバラツキの程度（偏差）を変えたときのク
ロストークを測定した。なお、基本的な測定条件は上述
の測定の場合と同様である。用意されたサンプルは、図
５（ａ）に示された構造を有するとともに幅ｄが１００
μｍに設定された第３サンプルと、図５（ａ）に示され
た構造を有するとともに幅ｄが１０００μｍに設定され
た第４サンプルと、比較例として用意された上記第２サ
ンプルである。隣接チャネル導波路間の光路長差のバラ
ツキ（最大偏差ηで定義）は、チャネル導波路１３０に
おける全ての隣接チャネル導波路間の光路長差ΔＬ
_k（ｋ＝１〜（ｎ−１））から得られる平均値ΔＬ_AVEに
対して、以下の式で与えられる。

【００３９】

【数８】 ここで、ΔＬ_MAXは最大光路長差（最小光路長差であっ
てもよい）である。

【００４０】用意された上記第３サンプルにおける最大
偏差は０．０４２（＝４．２％）、第４サンプルにおけ
る最大偏差は０．０４６（＝４．６％）である。また、
比較例である第２サンプルの場合、その最大偏差は、隣
接チャネル導波路間の光路長差が一定であるため、必然
的に０％である。

【００４１】図９は、上記第２〜第４サンプルにおける
クロクトークの測定結果を示すグラフである。このグラ
フからも分かるようにクロストークは最大偏差ηが０．
００３（＝３％）を越えた辺りから著しく低下する。こ
のことから、この発明に係る光合分波器では、チャネル
導波路１３０における全ての隣接チャネル導波路間の光
路長差から得られる平均値に対して、該チャネル導波路
１３０における隣接チャネル導波路間の光路長差の最大
偏差が３％以上に設定される。

【００４２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、互いに
隣接するチャネル導波路の光路長差が異なることを許す
一方、スラブ導波路を含めた光路全体としては、該互い
に隣接するチャネル導波路を経由する光路間における実
効的な光路長差が一定になるよう設計される。したがっ
て、スラブ導波路の平坦な接続端面に対するチャネル導
波路の接続構造を波長合分波条件によって制限されるこ
となく任意に変更できる。この結果、チャネル導波路の
配列設計が容易になるとともにそのレイアウトの自由度
が増し、信号チャネルそれぞれに対応して設けられた出
力導波路のうち特に周辺に位置する出力導波路におい
て、隣接する信号チャネル間のクロストークをさらに低
減する構造設計が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る光合分波器の概略構成を示す平
面図である。

【図２】図１中に示されたＩ−Ｉ線に沿った光合分波器
の断面構造を示す図である。

【図３】この発明に係る光合分波器の構造的特徴を説明
するための図であって、主に光出力部分の導波路構造を
示す平面図である。

【図４】この発明に係る光合分波器の構造的特徴を説明
するための図であって、光入力部分から光出力部分まで
の導波路構造を概略的に示す平面図である。

【図５】この発明に係る光合分波器の一実施形態として
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）おのおのの、スラブ導波路近傍の構成を
示す平面図である。

【図６】この発明に係る光合分波器の一実施形態として
製造されたサンプル（図５（ａ））の各出力導波路（出
力チャネル）ごとに測定された損失スペクトルである。

【図７】この発明に係る光合分波器の一実施形態として
製造されたサンプルにおけるスラブ導波路（図５
（ａ））について、接続端面間の距離がスラブ長ｆと一
致する位置を基準（ｄ＝０）として幅ｄ（μｍ）だけ変
化させたときの接続損失（ｄＢ）を示すグラフである。

【図８】この発明に係る光合分波器の一実施形態として
製造されたサンプルにおけるスラブ導波路（図５
（ａ））について、接続端面間の距離がスラブ長ｆと一
致する位置を基準（ｄ＝０）として、幅ｄ（μｍ）だけ
変化させたときの各出力導波路間（出力チャネル間）の
クロストーク（ｄＢ）を示すグラフである。

【図９】この発明に係る光合分波器の一実施形態として
製造されたサンプルにおけるスラブ導波路（図５
（ａ））について、隣接チャネル導波路間の光路長差の
最大偏差ηを変化させたときの各出力導波路間（出力チ
ャネル間）のクロストーク（ｄＢ）を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１００…基板、１１０、１５０…導波路群、１２０、１
４０…スラブ導波路、１３０…チャネル導波路（フェー
ズドアレイ）、１２０ａ、１４０ａ…光入力端面、１２
０ｂ、１４０ｂ…光出力端面。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月１日（２００１．３．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項９

【補正方法】変更

【補正内容】

【数１】 なる条件を満たしていることを特徴とする請求項１記載
の光合分波器。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】このようなＡＷＧ回路は、単一基板上に、
入力導波路、入力用スラブ導波路、それぞれ長さの異な
る複数のチャネル導波路（フェーズドアレイ）、出力用
スラブ導波路、複数の出力導波路が一体的に作り込まれ
た構造を備える。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】ただし、この発明に係る合分波器では、隣
接するチャネル導波路間の光路長差はそれぞれ異なって
いるが、全体として波長合分波機能を実現するために
は、互いに隣接するチャネル導波路を経由して第１スラ
ブ導波路の光入力端面中心から第２スラブ導波路の光出
力端面中心に至る光路間において、それぞれの実効的な
光路長差が一定になるよう設計されている。すなわち、
この発明に係る光合分波器では、図４に示されたよう
に、その波長合分波条件として、第１スラブ導波路の光
入力端面の中心Ｐ１から第ｍ（２≦ｍ≦ｎ）番目のチャ
ネル導波路を経て第２スラブ導波路の光出力端面の中心
Ｐ２へ至る物理光路長をＬ（ｍ）、該第ｍ番目のチャネ
ル導波路の実効屈折率をｎ_eff（ｍ）、第１スラブ導波
路の光入力端面の中心Ｐ１から第（ｍ−１）番目のチャ
ネル導波路を経て第２スラブ導波路の光出力端面の中心
Ｐ２へ至る物理光路長をＬ（ｍ−１）、該第（ｍ−１）
番目のチャネル導波路の実効屈折率をｎ_eff（ｍ―１）
とするとき、Ｐ１〜Ｐ２に至る光路に沿った物理光路長
及び実効屈折率の積の積分値が、互いに隣接する該第ｍ
番目及び第（ｍ−１）番目のチャネル導波路間で、

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】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１２０ｂ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
１１０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１２０ａに接続さ
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１４
０ｂ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、
すなわち信号チャネルそれぞれに対応して設けられてい
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】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１５
０の順に光が伝搬する１６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、波
長合波を可能にするＡＷＧ回路も実現できる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】この発明に係る合分波器では、互いに隣接
するチャネル導波路間の光路長差はそれぞれ異なってい
るが、全体として波長合分波機能を実現するためには、
図４に示されたように、該互いに隣接するチャネル導波
路１３０を経由して第１スラブ導波路１２０の光入力端
面１２０ｂ中心Ｐ１から第２スラブ導波路１４０の光出
力端面１４０ｂ中心Ｐ２に至る光路間において、それぞ
れの実効的な光路長差が一定になるよう設計されてい
る。すなわち、この発明に係る光合分波器では、その波
長合分波条件として、第１スラブ導波路１２０の光入力
端面１２０ｂの中心Ｐ１から第ｍ（２≦ｍ≦ｎ）番目の
チャネル導波路を経て第２スラブ導波路１４０の光出力
端面１４０ｂの中心Ｐ２へ至る物理光路長をＬ（ｍ）、
該第ｍ番目のチャネル導波路の実効屈折率をｎ
_eff（ｍ）、第１スラブ導波路１２０の光入力端面１２
０ｂの中心Ｐ１から第（ｍ−１）番目のチャネル導波路
を経て第２スラブ導波路１４０の光出力端面１４０ｂの
中心Ｐ２へ至る物理光路長をＬ（ｍ−１）、該第（ｍ−
１）番目のチャネル導波路の実効屈折率をｎ_eff（ｍ―
１）とするとき、Ｐ１〜Ｐ２に至る光路に沿った物理光
路長及び実効屈折率の積の積分値が、互いに隣接する該
第ｍ番目及び第（ｍ−１）番目のチャネル導波路間で、

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】次に、図７及び図８は、上記第１サンプル
について、図５（ａ）に示されたように、第２スラブ導
波路１４０におけるチャネル導波路１３０との接続端面
１４０ａを、対向する接続端面１４０ｂからのスラブ長
ｆ分離れた位置を基準（ｄ＝０）にして、幅ｄ（０μｍ
〜１０００μｍ）だけ変化させたときの信号チャネルＣ
Ｈ１５についての接続損失（図７）と、出力導波路１５
０間（出力チャネル間）のクロストーク（図８）を示す
グラフである。なお、図７及び図８には、それぞれ図５
（ｂ）に示された構造のスラブ導波路を備えた上記第２
サンプルのデータが従来レベルとして示されている。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】図９は、上記第２〜第４サンプルにおける
クロクトークの測定結果を示すグラフである。このグラ
フからも分かるようにクロストークは最大偏差ηが０．
０３（＝３％）を越えた辺りから著しく低下する。この
ことから、この発明に係る光合分波器では、チャネル導
波路１３０における全ての隣接チャネル導波路間の光路
長差から得られる平均値に対して、該チャネル導波路１
３０における隣接チャネル導波路間の光路長差の最大偏
差が３％以上に設定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 茂 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KA12 LA19 MA05 QA04 RA08 TA11

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   ブ導波路の光入力端面にその光出力端が接続された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、互いに異なる波長の信号チャネルそれ
   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ｎ（≧３）本のチャネル導波路とを備え、 前記ｎ本のチャネル導波路のうちから選択された第１チ
   ャネル導波路及び該第１チャネル導波路の一方の側に隣
   接する第２チャネル導波路間の光路長差と、該第１チャ
   ネル導波路及び該第１チャネル導波路の他方の側に隣接
   する第３チャネル導波路間の光路長差とが異なっている
   光合分波器。
2. 【請求項２】 前記ｎ本のチャネル導波路における全て
   の隣接チャネル導波路間の光路長差から得られる平均値
   に対して、該ｎ本のチャネル導波路における隣接チャネ
   ル導波路間の光路長差の最大偏差は３％以上であること
   を特徴とする請求項１記載の光合分波器。
3. 【請求項３】 前記ｎ本のチャネル導波路と接続された
   前記第１スラブ導波路の光出力端面及び前記第２スラブ
   導波路の光入力端面のうち少なくとも一方は、該ｎ本の
   チャネル導波路と交差する直線に沿って伸びた形状を有
   することを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
4. 【請求項４】 前記第１スラブ導波路の光出力端面及び
   前記第２スラブ導波路の光入力端面うち少なくとも一方
   と、該一方に接続された前記第１〜第３チャネル導波路
   とのなす角度は、それぞれ異なっていることを特徴とす
   る請求項１記載の光合分波器。
5. 【請求項５】 前記第１スラブ導波路の光出力端面に接
   続された前記ｎ本のチャネル導波路は、それらの光入力
   端が該第１スラブ導波路の光入力端面の中心に向くよう
   配置されていることを特徴とする請求項４記載の光合分
   波器。
6. 【請求項６】 前記第２スラブ導波路の光入力端面に接
   続された前記ｎ本のチャネル導波路は、それらの光出力
   端が該第２スラブ導波路の光出力端面の中心に向くよう
   配置されていることを特徴とする請求項４記載の光合分
   波器。
7. 【請求項７】 前記ｎ本のチャネル導波路は、光入力端
   を含むそれらの先端部分のうち互いに隣接するもの同士
   の間隔が異なるよう前記基板上に配置されていることを
   特徴とする請求項５記載の光合分波器。
8. 【請求項８】 前記ｎ本のチャネル導波路は、光出力端
   を含むそれらの先端部分のうち互いに隣接するもの同士
   の間隔が異なるよう前記基板上に配置されていることを
   特徴とする請求項６記載の光合分波器。
9. 【請求項９】 波長合分波条件として、前記第１スラブ
   導波路の光入力端面の中心Ｐ１から第ｍ（２≦ｍ≦ｎ）
   番目のチャネル導波路を経て前記第２スラブ導波路の光
   出力端面の中心Ｐ２へ至る物理光路長をＬ（ｍ）、該第
   ｍ番目のチャネル導波路の実効屈折率をｎ_eff（ｍ）、
   前記第１スラブ導波路の光入力端面の中心Ｐ１から第
   （ｍ−１）番目のチャネル導波路を経て前記第２スラブ
   導波路の光出力端面の中心Ｐ２へ至る物理光路長をＬ
   （ｍ＋１）、該第（ｍ−１）番目のチャネル導波路の実
   効屈折率をｎ_eff（ｍ―１）とするとき、Ｐ１〜Ｐ２に
   至る光路に沿った物理光路長及び実効屈折率の積の積分
   値が、互いに隣接する該第ｍ番目及び第（ｍ−１）番目
   のチャネル導波路間で、 【数１】 なる条件を満たしていることを特徴とする請求項１記載
   の光合分波器。
10. 【請求項１０】 前記ｎ本のチャネル導波路のうち、互
    いに隣接するもの同士の光路長差ΔＬ_nは、 【数２】 ここで、 ΔＬ₀：チャネル導波路が回折格子として作用するため
    の最大光路長差の理論値 ｆ₀：第１スラブ導波路の光入力端面中心からチャネル
    導波路の光入射端までの最大距離あるいはチャネル導波
    路の光出力端から第２スラブ導波路の光出力端面中心ま
    での最大距離 θ_P：第Ｐ（＝１、２、…、ｎ）番目のチャネル導波路
    が第１スラブ導波路の光出力端面及び第２スラブ導波路
    の光入力端面のいずれかの法線となす角度 なる式で与えられることを特徴とする請求項１記載の光
    合分波器。