JP2003185858A

JP2003185858A - 波長分波器およびそれを用いた波長分波スイッチ

Info

Publication number: JP2003185858A
Application number: JP2001381961A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Shimomura; 和彦下村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化および低損失化が可能な波長分波器およ
びそれを用いた波長分波スイッチを提供する。【解決手段】半導体基板からなる基板１０の一表面上
に、入力用チャネル光導波路１と、複数本の出力用チャ
ネル光導波路５と、入力用チャネル光導波路１と複数本
の出力用チャネル光導波路５との間に介在するアレイ導
波路８と、入力用チャネル光導波路１とアレイ導波路８
との間に介在する入力側スラブ光導波路２と、アレイ導
波路８と複数本の出力用チャネル光導波路５との間に介
在する出力側スラブ光導波路４とが形成されている。ア
レイ導波路８は、同一長さ寸法の複数本の直線状のチャ
ネル光導波路８ａを配列することによって形成されてい
る。各チャネル光導波路８ａは、単一量子井戸構造を有
する。各チャネル光導波路８ａの厚さは位相差が生じる
ように異ならせてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高密度波長
分割多重通信において用いられる波長多重信号光を波長
ごとに分波する波長分波器およびそれを用いた波長分波
スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高密度波長分割多重通信に利
用される波長分波器として、アレイ導波路回折格子（Ar
rayed Waveguide Grating：ＡＷＧ）を用いたものが
知られている。この種の波長分波器は、図８（ａ）に示
すように、基板１０の一表面上に、入力用チャネル光導
波路１と、複数本の出力用チャネル光導波路５と、入力
用チャネル光導波路１と複数本の出力用チャネル光導波
路５との間に介在する複数本のチャネル光導波路からな
るＡＷＧ３とが形成されており、さらに入力用チャネル
光導波路１とＡＷＧ３との間に介在する入力側スラブ光
導波路２と、ＡＷＧ３と複数本の出力用チャネル光導波
路５との間に介在する出力側スラブ光導波路４とが形成
されている。

【０００３】この波長分波器では、入力用チャネル光導
波路１から入力された波長多重信号光が入力側スラブ光
導波路２にて回折により広げられてＡＷＧ３へ入射され
る。ここにおいて、この波長分波器では、ＡＷＧ３の各
チャネル光導波路を平面形状の湾曲した所謂曲がり導波
路により形成することで各チャネル光導波路の導波路長
を異ならせてあるので、ＡＷＧ３を伝搬することで導波
路長に応じた位相差が生じるから、出力側スラブ光導波
路４にて位相差により分散が生じて各波長に応じて異な
る出力用チャネル光導波路５に集光される。すなわち、
この波長分波器では、図８（ｂ）に示すように、異なる
波長λ₁，λ₂，…，λ_nの光に異なる信号をのせてＡＷ
Ｇ３へ導光することによって、ＡＷＧ３によりλ₁，
λ₂，…，λ _nの波長の光に分波することができる。

【０００４】ところで、多重波長信号光を波長ごとに分
波しかつ各波長と出力導波路との関係を切り替えること
ができるようにした波長分波スイッチとしては、光の情
報を電気信号に変換してから電子スイッチにより情報の
交換を行った後で電気信号を光に変えるように構成した
ものや、図９に示すようにＡＷＧ３とマトリクスの各格
子点にスイッチユニット６ａが配置されたマトリクス型
光スイッチ６とを直列に接続した構成のものなどが提案
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来構
成の波長分波器では、ＡＷＧ３の各チャネル光導波路で
導波路長を異ならせるために各チャネル光導波路を曲が
り導波路により形成しているので、多重波長信号光にお
ける波長間隔が狭くなるほど導波路長を大きくする必要
があり、チャンネル数が多くなるほど小型化が難しくな
るという不具合や、曲げ損失が発生して伝搬損失が大き
くなってしまうという不具合がある。

【０００６】また、上述のように光の情報を電気信号に
変換してから電子スイッチにより情報の交換を行った後
で電気信号を光に変えるように構成した波長分波スイッ
チでは、構成が複雑になるとともに、高密度波長多重光
通信システムに利用した場合に通信速度の高速化が難し
いという不具合があり、ＡＷＧ３とマトリクス型光スイ
ッチ６とを直列に接続した構成の波長分波スイッチで
は、小型化が難しい、伝搬損失が大きいなどの不具合が
あった。

【０００７】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、請求項１の発明の目的は、小型化および低損失化
が可能な波長分波器を提供することにあり、請求項２〜
９の発明の主目的は、小型化および低損失化が可能な波
長分波スイッチを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、基板
と、基板の一表面側に形成された入力用チャネル光導波
路と、基板の一表面側において入力用チャネル光導波路
と離間して形成された複数の出力用チャネル用導波路
と、基板の一表面側において入力用チャネル導波路と複
数の出力用チャネル導波路との間の部位で配列された複
数のチャネル光導波路を有するアレイ導波路と、基板の
一表面側において入力用チャネル光導波路とアレイ導波
路との間の部位に形成され入力用チャネル光導波路とア
レイ導波路とを光結合する入力側スラブ光導波路と、基
板の一表面側においてアレイ導波路と複数の出力用チャ
ネル光導波路との間に形成されアレイ導波路と複数の出
力用チャネル光導波路とを光結合する出力側スラブ光導
波路とを備え、アレイ導波路は、各チャネル光導波路が
直線状で同一長さ寸法に形成され且つ基板の厚み方向に
おける各チャネル光導波路の厚さをチャネル光導波路の
配列方向の一方向において単調に変化させてなることを
特徴とするものであり、アレイ導波路を伝搬する伝搬光
の等位相面がアレイ導波路への入射端面に平行な面に対
して波長ごとに異なる角度で傾くことになるから、従来
のような複数の曲がり導波路からなるアレイ導波路回折
格子を用いた波長分波器と同様の波長分波機能を持たせ
ながらも小型化および低損失化を図ることができる。な
お、ここにおいて、単調に変化させるとは単調に増加ま
たは単調に減少させることを意味している。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の波長分
波器に、前記アレイ導波路の各チャネル光導波路の屈折
率を制御することにより各波長と出力用チャネル光導波
路との関係を切り替える制御手段を付加してなることを
特徴とするものであり、制御手段によってアレイ導波路
の各チャネル光導波路の屈折率を制御することにより各
チャネル光導波路の位相差を調整できて各波長と出力用
チャネル光導波路との関係を切り替えることができるか
ら、従来のように光の情報を電気信号に変換してから電
子スイッチにより情報の交換を行った後で電気信号を光
に変えるように構成したものに比べて高速化を図ること
ができ、また、複数の曲がり導波路からなるアレイ導波
路回折格子とマトリクス光スイッチとを組み合わせて構
成したものに比べて小型化および低損失化を図ることが
できる。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記アレイ導波路の前記各チャネル光導波路が単一
量子井戸構造を有し、前記制御手段は、前記各チャネル
光導波路に電界を作用させる電界発生手段からなるの
で、前記制御手段が前記各チャネル光導波路に電界を作
用させるための電気信号により前記各チャネル光導波路
の屈折率を個別に制御することができ、各波長と出力用
チャネル光導波路との関係を容易に切り替えることがで
きる。

【００１１】請求項４の発明は、請求項２の発明におい
て、前記制御手段は、前記アレイ導波路の前記各チャネ
ル光導波路の屈折率を外部からの光により制御するの
で、各波長と出力用チャネル光導波路との関係を高速で
切り替えることができる。

【００１２】請求項５の発明は、請求項２の発明におい
て、前記制御手段は、前記アレイ導波路の前記各チャネ
ル光導波路の温度を調節する温度調節手段からなるの
で、前記制御手段が前記各チャネル光導波路の温度を調
節することにより前記各チャネル光導波路の屈折率を個
別に制御することができ、各波長と出力用チャネル光導
波路との関係を容易に切り替えることができる。

【００１３】請求項６の発明は、請求項２の発明におい
て、前記アレイ導波路の前記各チャネル光導波路が音響
光学材料により形成され、前記制御手段は、前記アレイ
導波路の前記各チャネル光導波路に超音波を作用させる
ことにより前記各チャネル光導波路の屈折率を制御する
ので、各波長と出力用チャネル光導波路との関係を高速
で切り替えることができる。

【００１４】請求項７の発明は、請求項２の発明におい
て、前記アレイ導波路の前記各チャネル光導波路が圧電
材料により形成され、前記制御手段は、前記各チャネル
導波路に圧力を与えることにより前記各チャネル光導波
路の屈折率を制御するので、各波長と出力用チャネル光
導波路との関係を容易に切り替えることができる。

【００１５】請求項８の発明は、請求項３の発明におい
て、前記電界発生手段は、前記基板の厚み方向において
前記アレイ導波路の前記各チャネル導波路よりも前記基
板の一表面側で前記各チャネル導波路に跨って形成され
た下部電極と、前記厚み方向において前記下部電極とと
もに前記各チャネル光導波路を挟む上部電極とを備え、
前記下部電極は前記各チャネル光導波路ごとに面積が前
記配列方向の一方向において単調に変化するような形状
に形成されているので、上部電極と下部電極との間に適
宜の電圧を印加することで各波長と出力用チャネル光導
波路との関係を切り替えることができる。

【００１６】請求項９の発明は、請求項５の発明におい
て、前記温度調節手段は、前記アレイ導波路の前記チャ
ネル光導波路ごとに設けた複数のヒータ電極を備え、各
ヒータ電極へ印加する電圧により各チャネル光導波路の
屈折率を制御するので、各ヒータ電極に印加する電圧を
制御する簡単な構成で各波長と出力用チャネル光導波路
との関係を切り替えることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態の波長
分波器は、図１（ａ）に示すように、半導体基板からな
る基板１０の一表面上に、入力用チャネル光導波路（入
力導波路）１と、複数本の出力用チャネル光導波路（出
力導波路）５と、入力用チャネル光導波路１と複数本の
出力用チャネル光導波路５との間に介在するアレイ導波
路８と、入力用チャネル光導波路１とアレイ導波路８と
の間に介在する入力側スラブ光導波路２と、アレイ導波
路８と複数本の出力用チャネル光導波路５との間に介在
する出力側スラブ光導波路４とが集積化して形成されて
いる。なお、図示していないが、基板１０の上記一表面
上において入力用チャネル光導波路１、出力用チャネル
光導波路５、アレイ導波路８、入力側スラブ導波路２、
出力側スラブ導波路４が形成されていない部位には、絶
縁膜が形成されている。

【００１８】本実施形態の波長分波器では、入力用チャ
ネル光導波路１から入力された光信号が入力側スラブ光
導波路２にて回折により広げられてアレイ導波路８へ入
射される。ここにおいて、アレイ導波路８は、同一長さ
寸法の複数本の直線状のチャネル光導波路８ａを配列す
ることによって形成されており、各チャネル光導波路８
ａへは入力用チャネル光導波路１から入力された波長多
重信号光が同位相で入力される。ただし、本実施形態に
おけるアレイ導波路８では、図１（ｂ）に示すように、
基板１０の厚み方向における各チャネル光導波路８ａの
厚さを位相差が生じるように異ならせてある。ここにお
いて、チャネル光導波路８ａの厚さはチャネル光導波路
８ａの配列方向の一方向において単調に変化している。
言い換えれば、チャネル光導波路８ａの配列方向の一方
向を図１（ｂ）の右方向とすれば、チャネル光導波路８
ａの厚さは単調に増加する（段階的に増加する）ことに
なり、チャネル光導波路８ａの配列方向の一方向を図１
（ｂ）の左方向とすれば、チャネル光導波路８ａの厚さ
は単調に減少する（段階的に減少する）ことになる。各
チャネル光導波路８ａは例えばＧａＡｓ系の化合物半導
体材料により形成され、単一量子井戸構造を有してい
る。ここに、各チャネル光導波路８ａは厚み方向の両側
に形成された障壁層８ｃ，８ｄ、および両障壁層８ｃ，
８ｄにより挟まれた井戸層８ｂの厚さはチャネル光導波
路８ａと同様にチャネル光導波路８ａの配列方向の一方
向において単調に変化している。

【００１９】したがって、アレイ導波路８の各チャネル
導波路８ａを伝搬する光には各チャネル光導波路８ａの
厚さに応じた位相差が生じるから、アレイ導波路を伝搬
する伝搬光の等位相面がアレイ導波路への入射端面に平
行な面に対して傾くことになり、しかも、位相差は波長
ごとに異なるので、等位相面の傾きも波長ごとに異なる
から、出力側スラブ光導波路４にて等位相面の傾きによ
り分散が生じて各波長ごとに異なる出力用チャネル光導
波路５に集光されることになる。

【００２０】しかして、本実施形態の波長分波器では、
アレイ導波路８を構成する各チャネル光導波路が直線状
に形成されているので、従来のように複数の曲がり導波
路を用いたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）３で問題と
なる曲げ損失が生じることがなく、従来のようなＡＷＧ
３を用いた波長分波器と同様の波長分波機能を持たせな
がらも小型化および低損失化を図ることができる。すな
わち、この波長分波器においても異なる波長λ₁，λ₂，
…，λ_nの光に異なる信号をのせてアレイ導波路８へ導
光することによって、アレイ導波路８によりλ₁，λ₂，
…，λ_nの波長の光に分波することができる。

【００２１】ところで、基板１の一表面側に上述のアレ
イ導波路８を形成するにあたっては、図２（ａ）に示す
ように基板１の一表面上に配列された複数の誘電体膜
（例えば、ＳｉＯ₂膜）９を形成し、その後、誘電体膜
９をマスクとして選択的に基板１の一表面上に断面台形
状のチャネル光導波路８ａを形成している。ここにおい
て、チャネル光導波路８ａを例えばＧａＡｓ系の化合物
半導体材料により形成する場合には、有機金属気相成長
（ＭＯＶＰＥ）法によって各チャネル光導波路８ａを基
板１の一表面上に選択成長することができ、大量生産が
容易になる。

【００２２】また、誘電体膜９を配列方向においてチャ
ネル光導波路８ａの幅に応じた所定間隔毎に形成し、誘
電体膜９の配列方向において両端の誘電体膜９の幅寸法
を図２に示すように異ならせておくことによって、すな
わち、図２（ａ）において、両端以外の誘電体膜９の幅
寸法を同じ寸法に設定し、右端の誘電体膜９の幅寸法を
その左隣りの誘電体膜９の幅寸法よりも大きく設定し、
左端の誘電体膜９の幅寸法をその右隣りの誘電体膜９の
幅寸法よりも小さく設定しておくことによって（このと
き、図２（ａ）の左右方向を左右方向とすれば誘電体膜
９のパターンは左右非対称となる）、ＭＯＶＰＥ法によ
り各チャネル光導波路８ａを選択成長した場合、各チャ
ネル光導波路８ａは図２（ｂ）に示すように、右端の誘
電体膜９に近いほど厚さが厚く左端の誘電体膜９に近い
ほど厚さが薄くなる。つまり、チャネル光導波路８ａの
厚さはチャネル光導波路８ａの配列方向の一方向におい
て単調に変化することになる。言い換えれば、チャネル
光導波路８ａの配列方向の一方向を図２（ｂ）の右方向
とすれば、チャネル光導波路８ａの厚さは単調に増加す
る（段階的に増加する）ことになり、チャネル光導波路
８ａの配列方向の一方向を図２（ｂ）の左方向とすれ
ば、チャネル光導波路８ａの厚さは単調に減少する（段
階的に減少する）ことになる。

【００２３】なお、チャネル光導波路８ａの配列方向に
おいてチャネル光導波路８ａの厚さが異なるのは、ＭＯ
ＶＰＥ法による成長条件を適宜設定することによって、
誘電体膜９上に飛来した原料は誘電体膜９上には結晶成
長することができず、誘電体膜９上から半導体基板１の
露出表面へマイグレーションし、また、誘電体膜９表面
近傍と半導体基板１の露出表面近傍とでは誘電体膜９表
面近傍の方が原料種の気相濃度が大きく気相濃度差によ
り拡散係数が異なるので、幅寸法の大きな右端の誘電体
膜９に近いほど原料種が供給される割合が高くなって成
長速度が速くなり、右端の誘電体膜９から遠ざかるほど
原料種が供給される割合が低くなって成長速度が遅くな
るからである。

【００２４】また、入力用チャネル光導波路１、入力側
スラブ光導波路２、出力側スラブ導波路４および出力用
チャネル光導波路５はアレイ導波路８の各チャネル光導
波路８ａの選択成長時にこれらを形成するためのマスク
（誘電体膜）を設けておきアレイ導波路８と一括して形
成してもよく、この場合には入力用チャネル光導波路１
と入力側スラブ光導波路２との境界近傍での両者の厚さ
を一致させることができるとともに、入力側スラブ光導
波路２とアレイ導波路８の各チャネル光導波路８ａとの
境界近傍での両者の厚さを一致させることができ、さら
に、アレイ導波路８の各チャネル光導波路８ａと出力側
スラブ光導波路４との境界近傍での両者の厚さを一致さ
せることができ、出力側スラブ光導波路４と出力用チャ
ネル光導波路５との境界近傍での両者の厚さを一致させ
ることができるので、上記各境界近傍で伝搬損失が生じ
るのを抑制することができる。

【００２５】また、入力用チャネル光導波路１、入力側
スラブ光導波路２、出力側スラブ導波路４および出力用
チャネル光導波路５はマスクを用いずに成長し、成長後
にフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いてパ
ターニングするようにしてもよい。いずれにしても、本
実施形態では、基板１０として半導体基板を採用してお
り、入力用チャネル光導波路１、入力側スラブ光導波路
２、出力側スラブ導波路４、出力用チャネル光導波路５
およびアレイ導波路８などを半導体プロセス技術を用い
て製造することができる。

【００２６】（実施形態２）本実施形態では、実施形態
１の波長分波器を用いた波長分波スイッチの一例を図３
に例示する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同
一の符号を付して説明を省略する。

【００２７】本実施形態の波長分波スイッチは、図３に
示すように、アレイ導波路８の各チャネル光導波路８ａ
上に上部電極２１が形成されるとともに、各チャネル光
導波路８ａ下に下部電極（図示せず）が形成されてお
り、上部電極２１からは入力側スラブ光導波路２上へ電
極端子２３が延長され、入力側スラブ光導波路２上の電
極端子２３が基板１０上のパッド１１とボンディングワ
イヤＷを介して電気的に接続されている。また、上記下
部電極は基板１０の上記一表面上に形成されたパッド１
２に図示しない配線によって接続されている。なお、図
示していないが、基板１０の表面であって各パッド１１
の周囲には実施形態１で説明した絶縁膜が形成されてい
る。

【００２８】ここに、上述のように各チャネル光導波路
８ａは実施形態１で説明したように単一量子井戸構造を
有しており、図示しない駆動手段（駆動回路）によって
各チャネル光導波路８ａに印加する電圧の大きさを変え
ることで各チャネル光導波路８ａの量子閉じ込めシュタ
ルク効果による屈折率変化を個々に制御することが可能
であり、また、各チャネル光導波路８ａに印加する電圧
の大きさを同じとしても各チャネル光導波路８ａの屈折
率を変化させることができる。したがって、アレイ導波
路８の各チャネル光導波路８ａの屈折率を制御すること
により各チャネル光導波路８ａの位相差を調整できて各
波長と出力用チャネル光導波路５との関係を切り替える
ことができるのである。

【００２９】なお、本実施形態では、上部電極２１と下
部電極と駆動手段とで各チャネル導波路８ａに電界を作
用させる電界発生手段を構成し、電界発生手段が、アレ
イ導波路８の各チャネル光導波路８ａの屈折率を制御す
ることにより各波長と出力用チャネル光導波路５との関
係を切り替える制御手段を構成している。要するに、制
御手段が各チャネル光導波路８ａに電界を作用させるた
めの電気信号により各チャネル光導波路８ａの屈折率を
個別に制御することができ、各波長と出力用チャネル光
導波路５との関係を容易に切り替えることができるので
ある。

【００３０】しかして、本実施形態の波長分波スイッチ
は、実施形態１で説明した波長分波器に、アレイ導波路
８の各チャネル光導波路８ａの屈折率を制御することに
より各波長と出力用チャネル光導波路５との関係を切り
替える制御手段を付加して構成されているので、制御手
段によってアレイ導波路８の各チャネル光導波路８ａの
屈折率を制御することにより各チャネル光導波路８ａの
位相差を調整できて各波長と出力用チャネル光導波路５
との関係を切り替えることができるから、従来のように
光の情報を電気信号に変換してから電子スイッチにより
情報の交換を行った後で電気信号を光に変えるように構
成したものに比べて高速化を図ることができ、また、図
９に示すように複数の曲がり導波路からなるＡＷＧ３と
マトリクス光スイッチ６とを組み合わせて構成したもの
に比べて小型化および低損失化を図ることができる。

【００３１】ところで、上記下部電極として図４に示す
ように平面形状が直角三角形状に形成された下部電極２
２を採用し、下部電極２２が図５（ａ）に示すようにア
レイ導波路８の全てのチャネル導波路８ａに跨って配置
するようにすれば、下部電極２２は各チャネル光導波路
８ａごとに面積が異なるような形状に形成されているこ
とになる。つまり、図５（ａ）において下部電極２２は
右端のチャネル光導波路８ａに重なる面積が最も大きく
且つ左端のチャネル導波路８ａに重なる面積が最も小さ
く、右から左へ順に面積が段階的に小さくなっている。
したがって、上部電極２１と下部電極２２との間に適宜
の電圧を印加することで各波長と出力用チャネル光導波
路５との関係を切り替えることができる。例えば、上部
電極２１と下部電極２２との間に電圧を印加していない
状態で、図５（ａ）の８本の出力用チャネル光導波路５
へ左から順にλ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆、λ₇、λ₈
の波長の光が集光されるような関係であっても、上部電
極２１と下部電極２２との間に適宜の電圧を印加するこ
とによって、図５（ｂ）のように８本の出力用チャネル
光導波路５へ左から順にλ₅、λ₆、λ₇、λ₈、λ₁、
λ₂、λ₃、λ₄の波長の光が集光されるような関係とな
るように制御することができる。

【００３２】一例として、アレイ導波路８を構成するチ
ャネル光導波路８ａの本数を８本、各チャネル光導波路
８ａの幅を２μｍ、チャネル光導波路８ａ間のピッチを
４μｍ、各チャネル光導波路８ａの長さ（導波路長）を
３１５０μｍ、後述の屈折率差を１％としたアレイ導波
路８についてアレイ導波路８に印加する電圧を適宜変化
させた場合の効果について確認した結果を図６に示す。
ここにおいて、屈折率差は図１（ｂ）における右端のチ
ャネル光導波路８ａの屈折率をｎ₁、左端のチャネル光
導波路８ａの屈折率をｎ₂として、（ｎ₁−ｎ₂）／ｎ₁×
１００［％］の演算式により求めた値である。

【００３３】図６の下側の横軸は上述の屈折率差を示
し、上側の横軸は電圧を印加した場合の屈折率差の変化
を示す。また、左側の縦軸は図５（ａ）における左端の
出力用チャネル光導波路５を第１出力ポート５₁、左か
ら２番目の出力用チャネル光導波路５を第２出力ポート
５₂、左から３番目の出力用チャネル光導波路５を第３
出力ポート５₃、左から４番目の出力用チャネル光導波
路５を第４出力ポート５₄とし（図６参照）、アレイ導
波路８のチャネル光導波路８ａの配列方向において第２
出力ポート５₂と出力側スラブ光導波路４との境界部分
の中心を基準位置としたときの上記配列方向（図５
（ａ）の左右方向）の一方向（図５の左方向）を正方向
として基準位置からの距離を示したものであり、距離が
０の位置（つまり基準位置）に第２出力ポート５₂と出
力側スラブ光導波路４との境界部分の中心位置が、距離
が５００μｍの位置に第１出力ポート５₁と出力側スラ
ブ光導波路４との境界部分の中心位置が、距離が−５０
０μｍの位置に第３出力ポート５₃と出力側スラブ光導
波路４との境界部分の中心位置が、距離が−１０００μ
ｍの位置に第４出力ポート５₄と出力側スラブ光導波路
４との境界部分の中心位置が、それぞれ存在しているこ
とを示している。つまり、出力側スラブ光導波路４近傍
では各出力ポート５₁〜５₄は５００μｍピッチで設けら
れている。また、図６中の「イ」は波長が１．５０μｍ
の光が集光される位置の上記基準位置からの距離、
「ロ」は波長が１．４６μｍの光が集光される位置の上
記基準位置からの距離、「ハ」は波長が１．５８μｍの
光が集光される位置の上記基準位置からの距離、「ニ」
は波長が１．５４μｍの光が集光される位置の上記基準
位置からの距離、をそれぞれ示している。

【００３４】図６から分かるように、アレイ導波路８に
電圧を印加していない状態（つまり、上述の屈折率差が
１％の状態）では、波長が１．５０μｍの光が第１出力
ポート５₁へ、波長が１．４６μｍの光が第２出力ポー
ト５₂へ、波長が１．５８μｍの光が第３出力ポート５₃
へ、波長が１．５４μｍの光が第４出力ポート５₄へ、
それぞれ集光され、電圧を印加することによって屈折率
差が変化する（屈折率変化が生じる）ことにより、各波
長の光が集光される出力ポートが切り替えらる。例え
ば、屈折率差が１．０２％になると、波長が１．５０μ
ｍの光が第２出力ポート５₂へ、波長が１．４６μｍの
光が第３出力ポート５₃へ、波長が１．５８μｍの光が
第４出力ポート５₄へ、波長が１．５４μｍの光が第１
出力ポート５₁へ、それぞれ集光され、屈折率差が１．
０５％になると、波長が１．５０μｍの光が第３出力ポ
ート５₃へ、波長が１．４６μｍの光が第４出力ポート
５₄へ、波長が１．５８μｍの光が第１出力ポート５
₁へ、波長が１．５４μｍの光が第２出力ポート５₂へ、
それぞれ集光される。

【００３５】（実施形態３）本実施形態では、実施形態
１の波長分波器を用いた波長分波スイッチの一例にを図
７に例示する。なお、実施形態１と同様の構成要素には
同一の符号を付して説明を省略する。

【００３６】本実施形態の波長分波スイッチは、図７に
示すように、アレイ導波路８の各チャネル光導波路８ａ
上に金属薄膜よりなる細長のヒータ電極３１が形成され
ており、各ヒータ電極３１の長手方向の一端は入力側ス
ラブ光導波路２上に形成された複数の電極端子３２にそ
れぞれ接続され、長手方向の他端は出力側スラブ光導波
路４上に形成された１つの電極端子３３に共通接続され
ている。また、入力側スラブ光導波路２上の各電極端子
３２は基板１０上のパッド１１とボンディングワイヤＷ
を介してそれぞれ電気的に接続され、出力側スラブ光導
波路４上の電極端子３３は基板１０上のパッド１２とボ
ンディングワイヤＷを介して電気的に接続されている。
なお、図示していないが、基板１０の表面であって各パ
ッド１１，１２の周囲には実施形態１で説明した絶縁膜
が形成されている。

【００３７】ここに、上述のように各チャネル光導波路
８ａは単一量子井戸構造を有しており、図示しない駆動
手段（駆動回路）によって各チャネル光導波路８ａ上の
ヒータ電極３１に印加する電圧の大きさを変えて各チャ
ネル光導波路８ａの温度を調節することにより各チャネ
ル光導波路８ａの屈折率を個々に制御することができ
る。したがって、アレイ導波路８の各チャネル光導波路
８ａの屈折率を制御することにより各チャネル光導波路
８ａの位相差を調整できて各波長と出力用チャネル光導
波路５との関係を切り替えることができるのである。

【００３８】なお、本実施形態では、ヒータ電極３１と
各電極端子３２，３３と上記駆動手段とで各チャネル光
導波路８ａの温度を調節する温度調節手段を構成し、温
度調節手段が、アレイ導波路８の各チャネル光導波路８
ａの屈折率を制御することにより各波長と出力用チャネ
ル光導波路５との関係を切り替える制御手段を構成して
いる。要するに、制御手段が各チャネル光導波路８ａの
温度を調節するための電気信号（電極端子３２，３３間
の印加電圧）により各チャネル光導波路８ａの屈折率を
個別に制御することができ、各ヒータ電極３１に印加す
る電圧を制御する簡単な構成で各波長と出力用チャネル
光導波路５との関係を容易に切り替えることができるの
である。

【００３９】しかして、本実施形態の波長分波スイッチ
は、実施形態１で説明した波長分波器に、アレイ導波路
８の各チャネル光導波路８ａの屈折率を制御することに
より各波長と出力用チャネル光導波路５との関係を切り
替える制御手段を付加して構成されているので、制御手
段によってアレイ導波路８の各チャネル光導波路８ａの
屈折率を制御することにより各チャネル光導波路８ａの
位相差を調整できて各波長と出力用チャネル光導波路５
との関係を切り替えることができるから、従来のように
光の情報を電気信号に変換してから電子スイッチにより
情報の交換を行った後で電気信号を光に変えるように構
成したものに比べて高速化を図ることができ、また、図
９に示すように複数の曲がり導波路からなるＡＷＧ３と
マトリクス光スイッチ６とを組み合わせて構成したもの
に比べて小型化および低損失化を図ることができる。

【００４０】ところで、実施形態２，３ではアレイ導波
路８の各チャネル光導波路８ａの屈折率を制御手段が電
気信号により制御しているが、制御手段がアレイ導波路
８の各チャネル光導波路８ａの屈折率を外部からの光に
より制御するようにしてもよく、外部からの光により制
御するようにすれば、各波長と出力用チャネル光導波路
５との関係を高速で切り替えることができ、また、アレ
イ導波路８の各チャネル光導波路８ａを音響光学材料に
より形成しておき、制御手段がアレイ導波路８の各チャ
ネル光導波路８ａに超音波を作用させることにより各チ
ャネル光導波路８ａの屈折率を制御するようにしてもよ
く、この場合にも、各波長と出力用チャネル光導波路５
との関係を高速で切り替えることができ、また、アレイ
導波路８の各チャネル光導波路８ａを圧電材料により形
成しておき、制御手段が各チャネル光導波路８ａに圧力
を与えることにより各チャネル光導波路８ａの屈折率を
制御するようにしてもよく、この場合にも、各波長と出
力用チャネル光導波路５との関係を容易に切り替えるこ
とができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１の発明は、基板と、基板の一表
面側に形成された入力用チャネル光導波路と、基板の一
表面側において入力用チャネル光導波路と離間して形成
された複数の出力用チャネル用導波路と、基板の一表面
側において入力用チャネル導波路と複数の出力用チャネ
ル導波路との間の部位で配列された複数のチャネル光導
波路を有するアレイ導波路と、基板の一表面側において
入力用チャネル光導波路とアレイ導波路との間の部位に
形成され入力用チャネル光導波路とアレイ導波路とを光
結合する入力側スラブ光導波路と、基板の一表面側にお
いてアレイ導波路と複数の出力用チャネル光導波路との
間に形成されアレイ導波路と複数の出力用チャネル光導
波路とを光結合する出力側スラブ光導波路とを備え、ア
レイ導波路は、各チャネル光導波路が直線状で同一長さ
寸法に形成され且つ基板の厚み方向における各チャネル
光導波路の厚さをチャネル光導波路の配列方向の一方向
において単調に変化させてなるものであり、アレイ導波
路を伝搬する伝搬光の等位相面がアレイ導波路への入射
端面に平行な面に対して波長ごとに異なる角度で傾くこ
とになるから、従来のような複数の曲がり導波路からな
るアレイ導波路回折格子を用いた波長分波器と同様の波
長分波機能を持たせながらも小型化および低損失化を図
ることができるという効果がある。なお、ここにおい
て、単調に変化させるとは単調に増加または単調に減少
させることを意味している。

【００４２】請求項２の発明は、請求項１記載の波長分
波器に、前記アレイ導波路の各チャネル光導波路の屈折
率を制御することにより各波長と出力用チャネル光導波
路との関係を切り替える制御手段を付加してなるもので
あり、制御手段によってアレイ導波路の各チャネル光導
波路の屈折率を制御することにより各チャネル光導波路
の位相差を調整できて各波長と出力用チャネル光導波路
との関係を切り替えることができるから、従来のように
光の情報を電気信号に変換してから電子スイッチにより
情報の交換を行った後で電気信号を光に変えるように構
成したものに比べて高速化を図ることができ、また、複
数の曲がり導波路からなるアレイ導波路回折格子とマト
リクス光スイッチとを組み合わせて構成したものに比べ
て小型化および低損失化を図ることができるという効果
がある。

【００４３】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記アレイ導波路の前記各チャネル光導波路が単一
量子井戸構造を有し、前記制御手段は、前記各チャネル
光導波路に電界を作用させる電界発生手段からなるの
で、前記制御手段が前記各チャネル光導波路に電界を作
用させるための電気信号により前記各チャネル光導波路
の屈折率を個別に制御することができ、各波長と出力用
チャネル光導波路との関係を容易に切り替えることがで
きるという効果がある。

【００４４】請求項４の発明は、請求項２の発明におい
て、前記制御手段は、前記アレイ導波路の前記各チャネ
ル光導波路の屈折率を外部からの光により制御するの
で、各波長と出力用チャネル光導波路との関係を高速で
切り替えることができるという効果がある。

【００４５】請求項５の発明は、請求項２の発明におい
て、前記制御手段は、前記アレイ導波路の前記各チャネ
ル光導波路の温度を調節する温度調節手段からなるの
で、前記制御手段が前記各チャネル光導波路の温度を調
節することにより前記各チャネル光導波路の屈折率を個
別に制御することができ、各波長と出力用チャネル光導
波路との関係を容易に切り替えることができるという効
果がある。

【００４６】請求項６の発明は、請求項２の発明におい
て、前記アレイ導波路の前記各チャネル光導波路が音響
光学材料により形成され、前記制御手段は、前記アレイ
導波路の前記各チャネル光導波路に超音波を作用させる
ことにより前記各チャネル光導波路の屈折率を制御する
ので、各波長と出力用チャネル光導波路との関係を高速
で切り替えることができるという効果がある。

【００４７】請求項７の発明は、請求項２の発明におい
て、前記アレイ導波路の前記各チャネル光導波路が圧電
材料により形成され、前記制御手段は、前記各チャネル
導波路に圧力を与えることにより前記各チャネル光導波
路の屈折率を制御するので、各波長と出力用チャネル光
導波路との関係を容易に切り替えることができるという
効果がある。

【００４８】請求項８の発明は、請求項３の発明におい
て、前記電界発生手段は、前記基板の厚み方向において
前記アレイ導波路の前記各チャネル導波路よりも前記基
板の一表面側で前記各チャネル導波路に跨って形成され
た下部電極と、前記厚み方向において前記下部電極とと
もに前記各チャネル光導波路を挟む上部電極とを備え、
前記下部電極は前記各チャネル光導波路ごとに面積が前
記配列方向の一方向において単調に変化するような形状
に形成されているので、上部電極と下部電極との間に適
宜の電圧を印加することで各波長と出力用チャネル光導
波路との関係を切り替えることができるという効果があ
る。

【００４９】請求項９の発明は、請求項５の発明におい
て、前記温度調節手段は、前記アレイ導波路の前記チャ
ネル光導波路ごとに設けた複数のヒータ電極を備え、各
ヒータ電極へ印加する電圧により各チャネル光導波路の
屈折率を制御するので、各ヒータ電極に印加する電圧を
制御する簡単な構成で各波長と出力用チャネル光導波路
との関係を切り替えることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示し、（ａ）は波長分波器の概略
構成図、（ｂ）はアレイ導波路の概略斜視図である。

【図２】同上の製造方法の説明図である。

【図３】実施形態２を示す波長分波スイッチの概略構成
図である。

【図４】同上における下部電極の平面図である。

【図５】同上の動作説明図である。

【図６】同上の動作説明図である。

【図７】実施形態３を示す波長分波スイッチの概略構成
図である。

【図８】従来例を示し、（ａ）は波長分波器の概略構成
図、（ｂ）はアレイ導波路回折格子の動作説明図であ
る。

【図９】他の従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１入力用チャネル光導波路２入力側スラブ光導波路４出力側スラブ光導波路５出力用チャネル光導波路８アレイ導波路８ａチャネル光導波路８ｂ井戸層１０基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/35 Ｇ０２Ｂ 6/12 ＦＦターム(参考） 2H047 KA03 KA12 LA19 NA02 RA08 TA05 TA12 2H079 AA02 AA04 AA06 AA07 AA08 AA12 BA03 CA05 CA07 CA24 DA16 EA03 EA05 EA07 EB01 EB02 EB21 EB24 EB27 GA03 HA07 2K002 AA02 AB01 AB04 AB40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、基板の一表面側に形成された入
力用チャネル光導波路と、基板の一表面側において入力
用チャネル光導波路と離間して形成された複数の出力用
チャネル用導波路と、基板の一表面側において入力用チ
ャネル導波路と複数の出力用チャネル導波路との間の部
位で配列された複数のチャネル光導波路を有するアレイ
導波路と、基板の一表面側において入力用チャネル光導
波路とアレイ導波路との間の部位に形成され入力用チャ
ネル光導波路とアレイ導波路とを光結合する入力側スラ
ブ光導波路と、基板の一表面側においてアレイ導波路と
複数の出力用チャネル光導波路との間に形成されアレイ
導波路と複数の出力用チャネル光導波路とを光結合する
出力側スラブ光導波路とを備え、アレイ導波路は、各チ
ャネル光導波路が直線状で同一長さ寸法に形成され且つ
基板の厚み方向における各チャネル光導波路の厚さをチ
ャネル光導波路の配列方向の一方向において単調に変化
させてなることを特徴とする波長分波器。
【請求項２】請求項１記載の波長分波器に、前記アレ
イ導波路の各チャネル光導波路の屈折率を制御すること
により各波長と出力用チャネル光導波路との関係を切り
替える制御手段を付加してなることを特徴とする波長分
波スイッチ。
【請求項３】前記アレイ導波路の前記各チャネル光導
波路が単一量子井戸構造を有し、前記制御手段は、前記
各チャネル光導波路に電界を作用させる電界発生手段か
らなることを特徴とする請求項２記載の波長分波スイッ
チ。
【請求項４】前記制御手段は、前記アレイ導波路の前
記各チャネル光導波路の屈折率を外部からの光により制
御することを特徴とする請求項２記載の波長分波スイッ
チ。
【請求項５】前記制御手段は、前記アレイ導波路の前
記各チャネル光導波路の温度を調節する温度調節手段か
らなることを特徴とする請求項２記載の波長分波スイッ
チ。
【請求項６】前記アレイ導波路の前記各チャネル光導
波路が音響光学材料により形成され、前記制御手段は、
前記アレイ導波路の前記各チャネル光導波路に超音波を
作用させることにより前記各チャネル光導波路の屈折率
を制御することを特徴とする請求項２記載の波長分波ス
イッチ。
【請求項７】前記アレイ導波路の前記各チャネル光導
波路が圧電材料により形成され、前記制御手段は、前記
各チャネル導波路に圧力を与えることにより前記各チャ
ネル光導波路の屈折率を制御することを特徴とする請求
項２記載の波長分波スイッチ。
【請求項８】前記電界発生手段は、前記基板の厚み方
向において前記アレイ導波路の前記各チャネル導波路よ
りも前記基板の一表面側で前記各チャネル導波路に跨っ
て形成された下部電極と、前記厚み方向において前記下
部電極とともに前記各チャネル光導波路を挟む上部電極
とを備え、前記下部電極は前記各チャネル光導波路ごと
に面積が前記配列方向の一方向において単調に変化する
ような形状に形成されてなることを特徴とする請求項３
記載の波長分波スイッチ。
【請求項９】前記温度調節手段は、前記アレイ導波路
の前記チャネル光導波路ごとに設けた複数のヒータ電極
を備え、各ヒータ電極へ印加する電圧により各チャネル
光導波路の屈折率を制御することを特徴とする請求項５
記載の波長分波スイッチ。