JP2004013076A - アレイ導波路型波長分波装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アレイ導波路型波長分波装置において、Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｅがドープされない場合にも適用でき、且つ、経時変化が小さく、しかも、偏波依存性を低減して光結合損失を更に低減できるようにする。
【解決手段】入力導波路２と、入力スラブ導波路３と、複数のチャネル導波路４から成る位相格子導波路と、出力スラブ導波路５と、複数の出力導波路６とがそれぞれコア層により所定パターンとして形成するとともに、入力スラブ導波路３に、少なくともコア層１０３又はクラッド層１０２の厚みを上記の各チャネル導波路４の配置に応じて局所的に変化させることにより、チャネル導波路４近傍において他領域よりも相対的に屈折率を高くした高屈折率領域を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】入力導波路２と、入力スラブ導波路３と、複数のチャネル導波路４から成る位相格子導波路と、出力スラブ導波路５と、複数の出力導波路６とがそれぞれコア層により所定パターンとして形成するとともに、入力スラブ導波路３に、少なくともコア層１０３又はクラッド層１０２の厚みを上記の各チャネル導波路４の配置に応じて局所的に変化させることにより、チャネル導波路４近傍において他領域よりも相対的に屈折率を高くした高屈折率領域を形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）通信において、波長の異なる複数の光を多重化して一本の光ファイバで伝送した光を個々の波長の光に分離するために用いられる波長分波装置に関し、特に、基板上にクラッド層とこのクラッド層で取り囲まれたクラッド層よりも屈折率の高いコア層とによって構成される光導波路を用いるアレイ導波路型波長分波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０に、従来のＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）光導波路を用いるアレイ導波路型波長合分波装置の構成を示す。なお、この図２０において、（ａ）は波長合分波装置の平面図、（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ（ａ）におけるＡ−Ａ断面図，Ｂ−Ｂ断面図及びＤ−Ｄ断面図である。
【０００３】
そして、この波長合分波装置の光導波路は、図２０（ｂ）に例示するように、基板１０１と、この基板１０１上に形成されたクラッド層（以下、単に「クラッド」という）１０２と、コア層（以下、単に「コア」という）１０３とにより構成される。なお、コア１０３は、クラッド１０２よりも屈折率が高く、且つ、周囲をクラッド１０２で取り囲まれている。
【０００４】
また、図２０（ａ）において、２，３，４，５及び６はいずれもコア１０３によって形成されたパターン（コアパターン）を示し、パターン２は入力導波路、パターン３は入力スラブ導波路（以下、単に「入力スラブ」と略記する）、パターン４は位相格子導波路（アレイ導波路）、パターン５は出力スラブ導波路（以下、単に「出力スラブ」と略記する）、パターン６は出力導波路として機能する。
【０００５】
さらに、図２０（ｂ）において、ｔは入力導波路２を構成するコア１０３の厚さ、ｗ２は入力導波路２を構成するコア１０３の幅を示す。また、図２０（ａ）及び図２０（ｄ）において、Ｐ１は入力スラブ３側の位相格子導波路間隔、ｗ４は位相格子導波路４を構成するコア１０３の幅、Ｐ２は出力スラブ５側の位相格子導波路間隔をそれぞれ表している。
【０００６】
加えて、図２０（ａ）において、４０３は位相格子導波路４の入力開口及び結節点、４０４は位相格子導波路４の出力開口及び結節点、３０１は入力導波路２と入力スラブ３との接続部分（以下、「接続点」という）、３０２は入力スラブ３と位相格子導波路４との境界面、５０２は出力スラブ５と位相格子導波路４との境界面、５０４は出力スラブ５と出力導波路６との境界面、５０１は境界面５０２の描画中心、５０３は境界面５０４の描画中心をそれぞれ示す。
【０００７】
ここで、境界面３０２は接続点３０１を中心とする半径ｒ１の円弧状境界面、境界面５０２は接続点５０１を中心とする半径ｒ２の円弧状境界面となっており半径ｒ１＝半径ｒ２である。即ち、位相格子導波路４の入力開口４０３と出力開口４０４とは等しい半径の円弧３０２及び円弧５０２上に配置されている。また、入力スラブ３側の位相格子導波路間隔Ｐ１と出力スラブ５側の位相格子導波路間隔Ｐ２も等しい。
【０００８】
さらに、５０４ａは描画中心５０３を中心とするｒ２の二分の一の半径の円を表し、この円５０４ａを位相格子導波路４の出力開口４０４の配置を決める円（半径ｒ２の円）のローランド円という。なお、境界面５０４は円弧５０２のローランド円に相当する円５０４ａの一部を切り取ったもので、出力導波路６はこのローランド円５０４ａ上に配列され、このローランド円５０４ａ上のどの位置に配置するかによって出力される光の波長が異なることになる。
【０００９】
また、各位相格子導波路４は、図２０（ａ）の紙面下側から上側に向かって徐々にその長さが長くなっており、それぞれ隣接するコアパターンの入力スラブ３から出力スラブ５までの光路差が一定になるよう長さが調節されている。
以上のような構成を有する波長合分波装置に対して、例えば、波長λ１，λ２，λ３の光が（波長領域で）多重化された光を入力導波路２に入力すると、出力導波路６には各波長λ１，λ２，λ３の光が（波長領域で）分離されて出力される。逆に、複数の出力導波路６のそれぞれに波長λ１，λ２，λ３の光を入射すると、入力導波路２には波長λ１，λ２，λ３の光が（波長領域で）多重化されて出力される。
【００１０】
かかる波長合分波動作の詳細は、次のとおりである。
即ち、入力導波路２の左端に入力された光は、入力導波路２に導かれ入力導波路２と入力スラブ３との接続点３０１に到達する。この接続点３０１に到達した光は、もはや基板２の面方向〔図２０（ａ）の紙面方向〕には閉じ込めを受けないため、入力スラブ３を自由に広がりながら（拡散しながら）伝搬する。このため、入力スラブ３を「自由伝搬部３」と称する場合がある。また、入力導波路２と入力スラブ３との接続点３０１を「光の拡散中心３０１」あるいは単に「拡散中心３０１」と表現する。
【００１１】
さて、拡散中心３０１から拡散した光は、位相格子導波路４の入力開口４０３に達し、位相格子導波路４に入力される。このとき、複数の位相格子導波路４の入力開口４０３はそれぞれ拡散中心３０１から等しい距離にあるので、入射する光の位相は等しい。
次に、上記位相格子導波路４の働きについて図２１を参照しながら説明する。なお、図２１（ａ），図２１（ｂ）にはそれぞれ図２０に示す波長合分波装置を構成する複数の位相格子導波路４のうち隣接する３本の位相格子導波路４１，４２，４２が示されており、図２１（ｃ）にはこれら３本の位相格子導波路４の出力スラブ５との境界面近傍が示されている。
【００１２】
そして、この図２１において、位相格子導波路４の入力開口４０３は入力スラブ３と位相格子導波路４との境界面（以下、「境界線」ともいう）３０２に等しく、位相格子導波路４の出力開口４０４は出力スラブ５と位相格子導波路４との境界面５０２に等しい。
また、●印は光の波を正弦波（サイン）関数で表したときに、位相が円周率πの偶数倍になる位置、○印は位相がπだけずれた位相になる位置を示している。例えば、図２１（ａ）は入射光の波長が予め設計した（ＷＤＭ通信の使用波長域の）中心波長λ０の場合、図２１（ｂ）は入射光の波長が中心波長λ０よりも短い波長λ１の場合、図２１（ｃ）は入射光の波長が中心波長λ０よりも長い波長λ２の場合の光の位相状態を示している。
【００１３】
前述したように、位相格子導波路４の入力開口４０３には等位相の光が入射されるので、各位相格子導波路４の入力開口４０３において光の位相は揃っている〔図２１（ａ）及び図２１（ｂ）の入力開口４０３における●印参照；図２１（ｃ）では図示省略〕。ここで、各位相格子導波路４の長さは、それぞれ、中心波長λ０の光が正確に正数個入るような長さに設計される。
【００１４】
例えば、図２１（ａ）の場合、位相格子導波路４１に９個、位相格子導波路４２に１０個、位相格子導波路４３に１１個の波がそれぞれ入るように設計されている。このとき位相格子導波路４１，４２，４３の出力開口４０４においても出力光の位相が一致し、等位相面５５０が正確に位相格子導波路４に対して垂直になる。したがって、出力開口４０４における光は正確に水平方向（位相格子導波路４に平行な方向）に回折されることになる。
【００１５】
これに対して、位相格子導波路（以下、単に「位相格子」ともいう）４への入射光の波長がλ１（中心波長λ０よりもΔλ１だけ短い）の場合には、図２２の（ｂ）に示すように、位相格子導波路４の出力開口４０４における等位相面５５１が上側に傾く。そのため、位相格子４の出力開口４０４から出力スラブ５に出力される光は上側に回折することになる。
【００１６】
逆に、位相格子４への入射光の波長がλ２（中心波長λ０よりもΔλ２だけ長い）の場合には、図２１（ｃ）に示すように、位相格子４の出力開口４０４における等位相面５５２が下側に傾き、出力スラブ５に出力される光は下側に回折することになる。
次に、図２２に、上述のごとく出力開口４０４において回折された光が出力スラブ５で集光される様子を示す。ここで、図２２（ａ），図２２（ｃ），図２２（ｅ）には、それぞれ図２１（ａ），図２１（ｂ），図２１（ｃ）と同様に、波長による回折方向の違いが示されている。つまり、位相格子４の出力開口４０４が一直線上に配列されている場合はこのような方向に回折され、回折光は平行光になる。
【００１７】
ところが、実際の波長合分波装置では位相格子４の出力開口４０４は、図２２（ｂ），図２２（ｄ），図２２（ｆ）に示すように、円弧上に配置されているため、回折光は１点に集光される。即ち、位相格子４を通過する光の波長が中心波長λ０に等しい場合は図２２（ａ）に示すように、位相格子４の出力開口４０４が配置された円弧の中心（Ｏ０）に集光され、中心波長λ０よりも短い場合は上側（中心Ｏ１）に、中心波長λ０よりも長い場合は下側（中心Ｏ２）に集光される。
【００１８】
いずれの場合にも集光位置は、位相格子４の出力開口４０４が配置された円弧のローランド円５０４ａ上になる。そこで、図２０（ａ）に示すように当該ローランド円５０４ａ上に出力導波路６の一端を配置すれば、異なる波長毎に分離した光を出力することができることになる。
次に、本波長合分波装置の挿入損失要因の一つについて説明する。上述した構造を有する波長合分波装置では、図２３（ａ），図２３（ｂ），図２３（ｃ）に例示するように、位相格子４と出力スラブ５との接続部分にギャップＧが存在する。かかるギャップＧは、入力導波路３から入射され入力スラブ３を伝搬して位相格子４に結合する光の損失要因となる。
【００１９】
例えば、図２３（ｃ）において、８０１は位相格子４に入射された光の成分、８０２はギャップＧで散乱され損失となる成分を示しており、かかる損失成分８０２を低減するにはギャップＧをできるだけ小さくすることが望ましい。一方、位相格子４では各々の導波路を通過する光に位相差を形成する必要があるので、それぞれの導波路間で干渉が起こらないことが必要である。
【００２０】
そのために、位相格子導波路４は、入力スラブ３側の結節点４０３以外では一定以上の間隔を保つように形成されなければならない。従来は、結節点４０３における位相格子４の間隔Ｐ１を一定に保つことにより、それ以外の部分の間隔も一定になるようにしている。
このように隣接する位相格子導波路４の間隔Ｐ１を一定以上に保ったままギャップＧを小さくする方法の一つに、図２３（ａ）に例示するように、入力スラブ３と位相格子導波路４との接続部分にテーパ部４０１を形成するとともに、位相格子導波路４と出力スラブ５との接続部分にテーパ部４０２を形成する方法がある。従来の波長合分波装置では、このようにしてテーパ部４０１，４０２を設けることにより、導波路間隔Ｐ１を一定以上に保ったままギャップＧを小さくして、入力スラブ３と位相格子導波路４との接続部分及び位相格子導波路４と出力スラブ５との接続部分での光結合損失を低下させている。
【００２１】
しかしながら、例えばコアの厚さ〔図２０（ｂ）に示すｔで、入力導波路２，入力スラブ３，位相格子導波路４，出力スラブ５及び出力導波路６のコアは全て同じ厚さである〕が７μｍ（マイクロメートル）の導波路を用いるとすると、入力スラブ３側の位相格子導波路４の間隔Ｐ１はおよそ１８μｍ以上にする必要があるが、加工のためのフォトマスクの幅及び加工の際の横方向のオーバーエッチング等により、ギャップＧを３μｍ以下にすることが困難になる。そのため、テーパ部４０１，４０２を形成した場合でも、入力スラブ３と位相格子導波路４との接続部分で１ｄＢ（デシベル）以上の損失が生じてしまう。また、ギャップＧを小さくすると、その部分へのオーバクラッドの埋め込みが困難になるという課題もある。
【００２２】
そこで、従来は、例えば特開２００２−６２４４４号公報（以下、公知文献という）により提案されているように、入力スラブの出力部のモード形状を位相格子導波路の入力部のモード形状に合わせることで、チャネル導波路（位相格子）間隔に依存せずに低損失化を図ることも試みられている。
即ち、この公知文献により提案されている技術（以下、公知技術という）では、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すように、入力側スラブ導波路４０の出力部４０Ａに屈折率が他の部分に比べて高い屈折率変化領域６０を設けている。この屈折率変化領域６０は、本公知技術によれば、Ｇｅ及びＧｅとＰあるいはＧｅとＢ等のドーパントを入力側スラブ導波路４０（コア）にドープしておき、形成すべき屈折率変化領域６０以外の部分をマスクした上で、ＡｒＦエキシマレーザ等の紫外線レーザを照射してその照射部分のコアの屈折率を変化させることで、出力部４０Ａでの光伝搬のモード形状（屈折率分布）が位相格子導波路５０のモード形状と略一致するように形成される。
【００２３】
これにより、入力側スラブ導波路４０の上記屈折率変化領域６０に光が入射すると、上記屈折率分布に応じてその位相が変化して、モード形状が位相格子導波路５０のモード形状と略一致した状態で位相格子導波路５０へ伝搬することになる。その結果、位相格子導波路５０の間隔Ｌ２〔図２４（ｂ）参照〕に依存せずに、入力側スラブ導波路４０と位相格子導波路５０との接続部分での結合損失を低減することができ、オーバクラッドの埋め込みが容易に行なえるだけの導波路間隔（ギャップＧ）を確保しながら、結合損失の低減化を図ることができるのである。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知技術については、例えば次のような三つの課題がある。第一の課題は、コアにＧｅがドープされていない場合には適用できないことである。即ち、ＡｒＦレーザ発振光（１９３ｎｍ）やＫｒＦレーザ発振光（２４５ｎｍ）を照射して屈折率が変化する現象は、Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｅがドープされた場合に現れることが、例えば、特開平４−２９８７０２号公報第８頁第１行目から第２行目に記載されている。
【００２５】
なお、ＧｅとＢあるいはＧｅとＰを同時にドープすると、その感度が上昇することが例えば特開２０００−１５５２３１号公報の段落［０００３］から段落［０００４］や文献「ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ， ＶＯＬ．７， ＮＯ．９， ｐｐ．１０４８−１０５０ （１９９５）」等に記載されている。つまり、ＢやＰ等はＧｅがドープされたガラスの紫外線照射に対する屈折率変化の感度を上げるための増感剤として用いられる。しかし、本願発明者は、ＭＯＶＰＥ法により製作した、ＢやＰ単独あるいはＢとＰを同時にドープしたシリカガラスにＡｒＦレーザ発振光（１９３ｎｍ）を照射しても屈折率変化が観測できないことを確認している。
【００２６】
従って、上述した公知技術は、上記Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｅがドープされない場合には適用できない。本願発明者は、屈折率と線膨張係数及び製膜中のクラック防止を同時に満足させようとすると、コアに上記Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｅをドープできない場合があることを確認しており、上述した公知技術はこの場合にも適用できない。
【００２７】
第二の課題は、紫外線照射によって付与された屈折率変化が、加熱により小さくなったり消失したりすることである。これは、例えば、文献「Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．７６（１）， ｐｐ．７３ （１９９４）」や、文献「１９９６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集（１−１４２ページ；講演番号Ｃ−１４２）」等に記載されている。即ち、最高保管雰囲気温度が８０°Ｃ以上、最高使用雰囲気温度が６０°Ｃ以上に達する光通信用部品に使用すると、時間とともに特性が変化する（屈折率が徐々に緩和される）。このため、長期間の使用に耐えられないおそれがあり、また、屈折率が経時変化するため光の強度分布も経時変化し装置の挿入損失が経時変化する。
【００２８】
第三の課題は、紫外線レーザの照射部分と非照射部分とで体積の差が生じ、入力側スラブ導波路４０（出力部４０Ａ）に不要な応力が生じてしまう。これは、出力部４０Ａでの偏波依存性損失（ＰＤＬ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）を大きくし、結果的に、波長合分波装置の特性を劣化させるおそれがある。なお、本願発明者は、紫外線レーザの照射により屈折率を変化させると、屈折率の変化が大きいほどＰＤＬも大きくなることを確認している。
【００２９】
本発明は、かかる課題に鑑み創案されたもので、紫外線レーザの照射による屈折率の変化を利用することなく（Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｅがドープされない場合にも適用でき）、且つ、経時変化が小さく、しかも、偏波依存性を低減して光結合損失を更に低減させることのできる、アレイ導波路型波長分波装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のアレイ導波路型波長分波装置（請求項１）は、基板上にクラッド層と所定パターンのコア層とを積層して形成される導波路を有する波長分波装置であって、
複数チャネルの光が波長多重された光を伝搬する入力導波路と、
該入力導波路から入力された光を自由伝搬させる入力スラブ導波路と、
所定の導波路長差を有し、該入力スラブ導波路から入力される光をそれぞれ伝搬する複数のチャネル導波路から成る位相格子導波路と、
該位相格子導波路の該複数のチャネル導波路を伝搬してくる各光を自由伝搬させて波長の違いに応じて異なる位置に集光させる出力スラブ導波路と、
該出力スラブ導波路にて集光された光を伝搬する複数の出力導波路とがそれぞれ該コア層により該所定パターンとして形成されるとともに、
該入力スラブ導波路に、少なくとも該コア層又は該クラッド層の厚みを上記の各チャネル導波路の配置に応じて局所的に変化させることにより、該チャネル導波路近傍において他領域よりも相対的に屈折率を高くした高屈折率領域が形成されていることを特徴としている。
【００３１】
ここで、上記の高屈折率領域は、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該コア層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成してもよいし（請求項２）、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該クラッド層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成してもよい（請求項３）。
【００３２】
そして、上記の凹部は、該チャネル導波路に向けて窪み幅の広がる楔形状を有しているのが好ましい（請求項４）。
なお、上記の高屈折率領域は、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分近傍の該コア層に凸部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成してもよい（請求項５）。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（Ａ）第１実施形態の説明
（Ａ１）構成及び動作説明
図１は本発明の第１実施形態を説明するための図で、（ａ）は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧ波長合分波装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００３４】
そして、図１（ａ）に示すように、本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１も、入力導波路２，入力スラブ導波路（以下、単に「入力スラブ」という）３，位相格子導波路（以下、単に「位相格子」ともいう）４，出力スラブ導波路（以下、単に「出力スラブ」という）５及び出力導波路６をそなえて構成されており、これらは、それぞれ、図１（ｂ）〜図１（ｅ）に示すように、シリコン基板１０１上に積層された、石英ガラス製のクラッド層１０２及びコア層１０３により形成されている。
【００３５】
ここで、本実施形態では、コア層（以下、単に「コア」という）１０３とクラッド層（以下、単に「クラッド」という）１０２の比屈折率差は０．５％、コア１０３の厚さｔ〔図１（ｂ）参照〕は７μｍ（マイクロメートル）、クラッド１０２の厚さはコア１０３を挟む上下ともに２０μｍとしている。また、コア１０３の厚さは、後述するクサビ（楔）形状の窪み３０４を除いて全領域で同じである。入力導波路２，出力導波路６及びテーパ形状部４０２を除く位相格子導波路４のコア幅は７μｍである。
【００３６】
さらに、入力スラブ３の半径ｒ１は４０ｍｍ（ミリメートル）、この入力スラブ３側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ１〔図１（ａ）及び図１（ｅ）参照〕は２０μｍ、ギャップＧ〔図１（ｅ）参照〕は３．５μｍ、出力スラブ５の半径ｒ２は４０ｍｍ、この出力スラブ５側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ２〔図１（ａ）参照〕は２０μｍ、ギャップは３．５μｍとしている。
【００３７】
そして、本実施形態において、入力スラブ３を構成するコア１０３の表面には、図１（ａ）及び図１（ｄ）に例示するように、位相格子４間近傍の位置に、位相格子４へ向けて窪み幅の広がるクサビ（楔）形状を有する複数の窪み（凹部；コア厚ｔが薄くなる部分）３０４が形成されている。具体的には、例えば、位相格子４側の幅が４．５μｍ、入力導波路２側の幅が２μｍ、長さ１ｍｍ、深さ３μｍの窪み３０４がそれぞれ形成されている。なお、この窪み３０４は、図１（ａ）に示すように、隣接する２つの窪み３０４間の（幾何学的）中心線３０７を位相格子導波路４側（光の伝搬方向）へ延長した線３０７が位相格子導波路４の（幾何学的）中心線４０５と重なるように形成されている。
【００３８】
以下、上述のごとく構成された本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１の動作、特に、上記窪み３０４を設けることにより作用・効果について詳述する。
まず、入力導波路２，入力スラブ３及び位相格子導波路４内の光の伝搬について説明する。
図２は上述したＡＷＧ波長合分波装置１の入力導波路２及び入力スラブ３を伝搬する光（電界）の強度分布を例示する図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置１と対応させた強度分布変化を模式的に示す図である。この図２（ａ）において、Ｑ１〜Ｑ１１は位置を、Ｅ１〜Ｅ１１はこれらの位置Ｑ１〜Ｑ１１での光（電界）強度分布を示している。なお、ここでは、図２（ａ）に例示するように、ＡＷＧ波長合分波装置１の面方向をＸ軸、当該面方向と直交する方向をＹ軸（つまり、Ｘ軸とＹ軸は直行座標）としている。したがって、入力導波路２に入射した光は、Ｘ軸とＹ軸の両方に直行する軸であるＺ軸方向（入射導波路２が伸びている方向）に伝搬することになる。
【００３９】
これに対し、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す位置Ｑ１〜Ｑ１０での光（電界）強度の分布形状を示す図である。この図２（ｂ）において、「Ｘ−Ｙ面内ビーム形状」とは、Ｘ−Ｙ面上で見た光（電界）の分布形状〔通常は等高線分布図となるが図２（ｂ）では等高線を省略している〕、「ビームのＸ−Ｘ上強度分布」とは、前記「Ｘ−Ｙ面内ビーム形状」を示す図を線Ｘ−Ｘで切って、その断面を、例えば紙面の下側から見たときの光（電界）強度分布（中央ほど強度が大なので、この図２（ｂ）に例示するような山形の分布になる）のことをいう。
【００４０】
これらの図２（ａ）及び図２（ｂ）から分かるように、入力導波路２の位置Ｑ１及び入力導波路２と入力スラブ３との境界（接続）部である位置Ｑ２では、幅が狭く高さが高い尖った光（電界）強度分布Ｅ１及びＥ２となり、入力スラブ３では、光は回折によって広がりながら自由伝搬（拡散伝搬）するため、位置Ｑ３，Ｑ４，・・・，Ｑ１０と進むに従って光（電解）強度分布の幅が広がり、それぞれの位置での強度分布はＥ３，Ｅ４，・・・，Ｅ１０のように変化する。そして、光は位相格子導波路４に入射し位相格子導波路４に光結合する。
【００４１】
このとき、入力スラブ３を自由伝搬して広がった光（電界）強度分布Ｅ１０の形状と、位相格子導波路４内に励振される光（電界）強度分布Ｅ１１の形状との類似性が高いほど結合効率が高くなる。
図３に、例えば上記の窪み３０４を設けない入力スラブ３から位相格子導波路４に伝搬する光の電界分布の一例を模式的に示す。なお、この図３において、３０１は光の拡散中心、８０は拡散中心３０１を開始点として拡散する光の軌跡、８は入力スラブ３を伝搬する光電界強度分布の変化、８０１は入力スラブ３から出力された光のうち位相格子導波路４に結合した成分、８０２は入力スラブ３から出力された光のうちギャップＧで拡散され損失になる成分をそれぞれ示している。この図３に示すように、入力スラブ３に窪み３０４を設けない構成では比較的多くの散乱成分８０２が生じることになる。
【００４２】
ここで、図４を参照しながら、入力スラブ３を伝搬し位相格子導波路４に結合する光の損失を、電界の重ね合わせを用いて定性的に説明する。ただし、図４（ａ）は図１（ａ）及び図３におけるＣ−Ｃ断面、図４（ｂ）は図４（ａ）における線Ｘｃ−Ｘｃ上の光（電界）強度分布、図４（ｃ）は図１（ａ）及び図３におけるＤ−Ｄ断面、図４（ｄ）は図４（ｃ）における線Ｘｄ−Ｘｄ上の光（電界）強度分布をそれぞれ示す図である。なお、図４（ｂ）に示すＥ１０は図２に示すＥ１０に等しく、図４（ｄ）に示すＥ１１は図２に示すＥ１１に等しい。
【００４３】
また、図４（ｄ）において、Ｅ１１ａは複数の位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１が重なり合って形成される光（電界）強度分布を示し、Ｆ１は重なり合った光（電界）強度分布の谷と山の高さの差を示す。このような入力スラブ３の光（電界）Ｅ１０と位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１ａのうち、Ｅ１０とＥ１１ａが重なり合う部分のパワーが位相格子導波路４に引き渡されることになる。
【００４４】
即ち、例えば図４（ｅ）に模式的に示すように、入力スラブ３の光（電界）Ｅ１０と、位相格子導波路の光（電界）Ｅ１１ａとの重ね合わせにより、Ｅ１２で示す部分が位相格子導波路４に結合し、Ｅ１３で示す部分が結合せずに損失となる。したがって、図４（ｅ）における損失となる部分Ｅ１３の面積を小さくすれば入力スラブ３と位相格子導波路４との間の結合損失を小さくすることができる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、図１により上述したように、入力スラブ３を構成するコア１０３に部分的に薄い部分（窪み）３０４を設ける（つまり、コア１０３の厚みを各位相格子導波路４の配置に応じて局所的に変化させる）ことにより、個々の位相格子導波路４近傍において他領域よりも屈折率を高くした領域（高屈折率領域）を入力スラブ３に形成している。
【００４６】
このようにすると、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、光拡散中心３０１を始点として軌跡８０に沿って拡散した光は、クサビ状の窪み３０４の部分にさしかかると、隣接する窪み３０４で挟まれた領域（高屈折率領域）に光が集中する。なぜなら、窪み３０４の設けられたコア１０３の薄い部分は他の部分よりも相対的に屈折率が低く、窪み３０４の無いコア１０３の厚い部分は相対的に屈折率が高いからである。
【００４７】
つまり、上記の隣接する窪み３０４で挟まれた領域は、各位相格子導波路４へ光を導波する光導波路として機能するのである。この結果、入力スラブ３から位相格子４に向かって進む光のうち、ギャップＧで散乱される成分が少なくなり、結合損失が低減されるのである。
図６に、この場合の入力スラブ３と位相格子導波路４の光（電界）強度分布とその結合の状態を示す。ここで、図６（ａ）は図１（ａ）及び図５（ａ）におけるＣ−Ｃ断面、図６（ｂ）は図６（ａ）の線Ｘｃ−Ｘｃ上の光（電界）強度分布、図６（ｃ）は図１（ａ）及び図５（ａ）におけるＤ−Ｄ断面、図６（ｄ）は図６（ｃ）における線Ｘｄ−Ｘｄ上の光（電界）強度分布をそれぞれ示す図である。また、図６（ｄ）におけるＥ１１ａは複数の位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１が重なり合って形成される光（電界）強度分布を示す。
【００４８】
これらの図６（ａ）〜図６（ｅ）から分かるように、本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１では、入力スラブ３に部分的にコア１０３の薄い部分３０４が設けられているため、例えば図１（ａ）又は図５（ａ）の線Ｃ−Ｃ上の電界強度分布Ｅ１０（これは例えば図５（ａ）の電界強度分布８に対応する）が、図６（ａ）に模式的に示すように凹凸をもつようになる。
【００４９】
この電界強度分布Ｅ１０の凹凸の凹の位置が位相格子導波路４のギャップＧの位置に対応し、且つ、凸の位置が位相格子導波路４の位置に対応している。したがって、図６（ｄ）に示す電解強度分布Ｅ１０と、位相格子導波路４に励振される電界Ｅ１１ａ〔図６（ｄ）参照〕とを重ね合わせると、図６（ｅ）に示すように、損失となる部分Ｅ１３（斜線部）が減少する。その結果、入力スラブ３と位相格子導波路４との間の光結合損失が、窪み３０４を設けない場合に比して、大幅に低減される。
【００５０】
特に、本例では、窪み３０４の形状を位相格子４に近づくにつれて（光の伝搬方向へ）その幅が広がるクサビ形状としているので、光が窪み３０４にさしかかったときの当該窪み３０４自体による散乱光の発生も抑制することが可能であり、上記の電解強度分布Ｅ１０の形状をより位相格子導波路４に励振される電界Ｅ１１ａに近似させることができ、単純な方形形状とする場合に比して、より大きな光結合損失低減効果が得られる。
【００５１】
（Ａ２）製造手順の説明
次に、上述したように入力スラブ３に窪み３０４を設けたＡＷＧ波長合分波装置１の製造手順について、図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照しながら説明する。なお、これらの図７（ａ）〜図７（ｄ）は、いずれも、図１（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に相当する図である。
【００５２】
まず、図７（ａ）に例示するように、シリコン基板１０１上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により、石英ガラスによる下側のクラッド１０２ａとコア１０３とを堆積（積層）する。ここで、それぞれの厚さは、例えばクラッド１０２ａが２０μｍ、コア１０３が７μｍである。
次いで、図７（ｂ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、所定位置に複数のクサビ状の窪み３０４を形成する。なお、この図７（ｂ）において、７１は反応性イオンエッチングの際に用いられるマスクを示し、いわゆるフォトレジストと呼ばれる感光性有機材料を示す。
【００５３】
さらに、上記フォトレジスト７１の除去後、図７（ｃ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、入力スラブ３のパターン（コアパターン３）を形成する。なお、この図７（ｃ）においても、７２は反応性イオンエッチングの際に用いられるマスク（フォトレジスト）を示す。また、この工程で、入力導波路２，位相格子導波路４，出力スラブ５，出力導波路６もそれぞれ同時にコアパターンにより形成される。
【００５４】
そして、フォトレジスト７２の除去後、最終的に、図７（ｄ）に例示するように、コア１０３を覆う上側のクラッド層（オーバクラッド）１０２ｂを埋め込むことにより、ＡＷＧ波長合分波装置１が形成される。
以上のように、本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１によれば、入力スラブ３の位相格子４との接続部分近傍のコア１０３に、各位相格子導波路４の配置に対応して複数のクサビ状の窪み３０４を設けて、隣接する窪み３０４に挟まれた部分の屈折率を他の部分よりも相対的に高くしているので、入力スラブ３から位相格子４に進む光が、隣接する窪み３０４に挟まれた部分に集中して位相格子４へ導波されて位相格子４に結合される。したがって、ギャップＧに起因する光結合損失が大幅に低減される効果を奏する。
【００５５】
特に、本実施形態では、入力スラブ３の位相格子４との接続部分近傍における屈折率分布を、従来のように紫外線レーザ照射によらずに、コア１０３の厚みを位相格子４の配置に応じて変化させることで変化させているので、ＧｅやＴｉ，Ｃｅ等がコアやクラッドにドープされない場合にも適用できる。また、周囲温度に依存して付与した屈折率が経時変化することも防止できるので、本装置の耐性を向上できるとともに、本装置の挿入損失の経時変化を大幅に低減することができる。更には、紫外線レーザ照射によるコア１０３の体積変化に起因する偏波依存性損失（ＰＤＬ）の発生も確実に抑制することができる。
【００５６】
また、上述した例では、窪み３０４の形状を位相格子４に近づくにつれて（つまり、光の伝搬方向へ）その幅の広がるクサビ状にしているので、光が窪み３０４にさしかかったときの当該窪み３０４自体による散乱光の発生を抑制することができ、より位相格子４での光結合損失を低減することも可能である。
なお、窪み３０４の深さを変えることにより、窪み３０４の部分と窪み３０４で挟まれた部分の屈折率差を変化させることができる。例えば、窪み３０４を深くするほど屈折率差が大きくなる。したがって、例えば、１本の位相格子導波路４の幅が狭い場合には、隣接する窪み３０４間の幅もそれに応じて狭くするとともに、あるいは、当該幅は変えずに、窪み３０４の深さを深くして窪み３０４の部分と窪み３０４で挟まれた部分の屈折率差を大きくすることにより、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光の強度分布がより細くなるようにすれば、光結合損失を同様に低減することができる。
【００５７】
また、上記の窪み３０４の深さは、必ずしも一定である必要はなく、例えば、位相格子４に向けて深くなるように（つまり、窪み３０４の位相格子４方向の断面もクサビ形状を有するように）変えてもよい。このようにすれば、入力スラブ３から位相格子４へ向かう光が、窪み３０４で挟まれた部分で位相格子４に近づくにつれて緩やかに集中して伝搬することになるので、窪み３０４の深さを変えない場合に比して、より位相格子４での光結合効率を高めることが可能である。
【００５８】
（Ｂ）第２実施形態の説明
（Ｂ１）構成及び動作説明
図８は本発明の第２実施形態を説明するための図で、図１と同様に、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００５９】
そして、図８（ａ）においても、１はＡＷＧ波長合分波装置、２は入力導波路、３は入力スラブ、４は位相格子導波路、５は出力スラブ、６は出力導波路をそれぞれ示し、図８（ｂ）〜図８（ｅ）においても、１０１はシリコン基板、１０２は石英ガラスで構成されたクラッド、１０３は石英ガラスで構成されたコアをそれぞれ示す。
【００６０】
また、本実施形態においても、コア１０３とクラッド１０２の比屈折率差は０．５％、コア１０３の厚さｔは７μｍ、クラッド１０２の厚さはコア１０３を挟む上下とも２０μｍである。さらに、コア１０３の厚さは全領域で同じである。また、入力導波路２，出力導波路６及びテーパ形状部４０１及び４０２を除く位相格子導波路４のコア幅は７μｍである。
【００６１】
また、入力スラブの半径ｒ１は４０ｍｍ、入力スラブ３側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ１は２０μｍ、ギャップＧは３．５μｍ、出力スラブの半径ｒ２は４０ｍｍ、出力スラブ５側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ２は２０μｍ、ギャップは３．５μｍである。なお、以降、既述の符号と同一符号を付すものは、特に断らない限り、既述のものと同一もしくは同様のものとする。
【００６２】
そして、本第２実施形態においては、図８（ａ）及び図８（ｄ）に示すように、入力スラブ３を構成するコア１０３を覆うクラッド１０２の表面に、位相格子４側の幅が５μｍ、入力導波路２側の幅が２．５μｍで、長さ１ｍｍ、深さ１５μｍのクサビ（楔）状の窪み（クラッド厚が薄くなる部分）３０５が形成されている。
【００６３】
このクサビ（楔）状の窪み（クラッド厚が薄くなる部分）３０５は、図８（ａ）に示すように、隣接する２つの窪み３０５間の（幾何学的）中心線３０８を位相格子導波路４側（光の伝搬方向）に延長した線３０８が位相格子導波路４の中心線４０５に重なるように（第１実施形態のコア１０３の窪み３０４と同等の位置に）形成されている。
【００６４】
つまり、本第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１は、第１実施形態にて前述したものに比して、入力スラブ３を構成するコア１０３は平坦であって、そのコア１０３を覆うクラッド１０２に複数の窪み３０５が形成されている点が異なる。ここで、コア１０３上のクラッド１０２は、空気よりも屈折率が大きいので、クラッド１０２が薄い窪み３０５の部分はクラッド１０２が厚い他の部分に比べて屈折率が相対的に低くなる。
【００６５】
したがって、光は屈折率が高い部分に集まる性質をもつので、図９に模式的に示すように、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かって進む光８はクラッド１０２が薄い部分（窪み）３０５間（高屈折率領域）に集められた後、位相格子４に入射することになる。なお、図９の８０１はクラッド１０２が薄くなった窪み３０５で挟まれた部分に集められた後、位相格子４に入射した光の電界強度分布を模式的に示している。
【００６６】
そして、図１０はこの場合の入力スラブ３と位相格子導波路４の光（電界）強度分布とその結合の状態を示す図である。なお、この場合も、第１実施形態の図４と同様に、図１０（ａ）は図８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における線Ｘｃ−Ｘｃ上の光（電界）強度分布、図１０（ｃ）は図８（ａ）におけるＤ−Ｄ断面、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）の線Ｘｄ−Ｘｄ上の光（電界）強度分布をそれぞれ示す図である。また、図１０（ｄ）のＥ１１ａは複数の位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１が重なり合って形成される光（電界）強度分布を示す。
【００６７】
以上の図９及び図１０から分かるように、本第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１では、入力スラブ３上のクラッド１０２に薄い部分（窪み）３０５が設けられているために、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光（電界）強度分布が、図１０（ａ）のＥ１０で示すように凹凸をもつ分布になる。
ここで、クラッド１０２の窪み３０５の部分と位相格子導波路４の位置関係を調節しているため、入力スラブ３上の電界分布Ｅ１０〔図１０（ａ）参照〕と位相格子導波路４上の電界分布Ｅ１１ａ〔図１０（ｄ）参照〕の凹凸の位置とが一致する。そのため、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かって進む光８のうちギャップＧで散乱される成分、即ち、図１０（ｅ）に示すように、重ね合わせ後の損失成分Ｅ１３が小さくなり、結合損失が低減される。
【００６８】
（Ｂ２）製造手順の説明
次に、入力スラブ３のクラッド１０２に上記の窪み３０５を形成する手順について、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）を参照しながら説明する。なお、これらの図１１（ａ）〜図１１（ｃ）はいずれも図８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に相当する図である。
【００６９】
まず、図１１（ａ）に例示するように、この場合も、シリコン基板１０１上に、ＣＶＤ法等により石英ガラスによるコア１０３及びクラッド１０２を積層形成する。この工程で、入力導波路２，位相格子導波路４，出力スラブ５及び出力導波路６が形成される。また、コア１０３の厚さは７μｍ、コア１０３の下側に位置するクラッド１０２の厚さは２０μｍ、コア１０３の上側に位置するクラッド１０２の厚さは２０μｍである。
【００７０】
次いで、図１１（ｂ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて上記の複数の窪み３０５を形成する。なお、この図１１（ｂ）においても、７３は反応性イオンエッチングの際に用いるマスク（フォトレジスト（感光性有機材料））を示す。そして、図１１（ｃ）に例示するように、フォトレジスト７３を除去することにより、図８に示すＡＷＧ波長合分波装置１が形成される。
【００７１】
以上のように、本第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１によれば、入力スラブ３のクラッド１０２に、位相格子導波路４の配置に応じて複数のクサビ状の窪み３０５を形成しているので、隣接する窪み３０５に挟まれた部分の屈折率が他の部分よりも相対的に高くなり、入力スラブ３から位相格子導波路４に進む光が隣接する窪み３０５に挟まれた部分に集中して位相格子導波路４へ導波され、位相格子導波路４に結合する。したがって、この場合も、ギャップＧに起因する結合損失が大幅に低減される。
【００７２】
特に、本実施形態では、入力スラブ３のクラッド１０２の表面に窪み３０５を形成するので、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）により上述したように、第１実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１よりも、簡単な工程で入力スラブ３に所望の屈折率分布を精度良くもたせることが可能である。なお、勿論、この場合も、第１実施形態と同様に、偏波依存性損失の発生も確実に抑制することができる。また、この場合も、窪み３０５の形状を、第１実施形態と同様に、クサビ形状としているので、窪み３０５自体による散乱光の発生を抑制して、光結合損失をより低減することが可能である。
【００７３】
さらに、上述した例においても、クサビ状の窪み３０５の深さを調節することにより、窪み３０５を形成した部分と隣接する窪み３０５間の部分との屈折率差を変化させることができる。大きな屈折率差を得たい場合には、窪み３０５を深くする。例えば、１本の位相格子導波路４の幅がより狭い場合等には、屈折率差を大きくして光強度分布をより細くすると結合損失を低減できるので、窪み３０５の深さを必要な屈折率差に応じて深くすれば良い。
【００７４】
この場合、例えば図１２（ｄ）に示すように、窪み３０５（３０５ａ）がコア１０３の表面に達するまでその深さを深くしてもよいし、コア１０３の表面よりも深く、即ち、例えば図１３（ｄ）に示すように、コア１０３内に窪み３０５（３０５ｂ）が達するまで（コア１０３の一部も除去するように）その深さを更に深くしてもよい。なお、図１２（ａ）〜図１２（ｃ），図１２（ｅ）と図１３（ａ）〜図１３（ｃ），図１３（ｅ）は、それぞれ、図８（ａ）〜図８（ｃ），図８（ｅ）に対応し、既述の構成と同様である。
【００７５】
このようにすれば、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光がより強く隣接する窪み３０５ａ間又は窪み３０５ｂ間に閉じ込められ、光強度分布の幅が狭くなる効果が得られる。したがって、窪み３０５の形成位置を変えることなく、１本の位相格子導波路４の幅がより狭い場合等においても、必要な屈折率差を容易に得て、光結合効率を向上することができる。
【００７６】
また、この場合も、窪み３０５（３０５ａ，３０５ｂ）の深さは、必ずしも一定である必要はなく、例えば、位相格子４に向けて深くなるように（つまり、窪み３０５の位相格子４方向の断面もクサビ形状を有するように）変えてもよい。このようにすれば、入力スラブ３から位相格子４へ向かう光が、窪み３０５で挟まれた部分で位相格子４に近づくにつれて緩やかに集中して伝搬することになるので、光強度分布が非常に細くなっても、位相格子４での光結合効率を容易に高めることが可能である。
【００７７】
（Ｃ）第３実施形態の説明
（Ｃ１）構成及び動作説明
図１４は本発明の第３実施形態を説明するための図で、図１や図８，図１２，図１３と同様に、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００７８】
ここで、図１４（ａ）においても、１はＡＷＧ合分波装置、２は入力導波路、３は入力スラブ、４は位相格子導波路、５は出力スラブ、６は出力導波路を示し、図１４（ｂ）〜図１４（ｅ）においても、１０１はシリコン基板、１０２は石英ガラスで構成されたクラッド、１０３は石英ガラスで構成されたコアを示す。また、コア１０３とクラッド１０２との比屈折率差は０．５％、コア１０３の厚さｔは７μｍ、クラッド１０２の厚さはコア１０３を挟む上下とも２０μｍである。さらに、後述する突起３０６を除くコア１０３の厚さは全領域で同じである。また、入力導波路２，出力導波路６及びテーパ形状部４０２を除く位相格子導波路４のコア幅は７μｍである。
【００７９】
さらに、入力スラブ３の半径ｒ１は４０ｍｍ、入力スラブ３側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ１は２０μｍ、ギャップＧは３．５μｍ、出力スラブ５の半径ｒ２は４０ｍｍ、出力スラブ５側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ２は２０μｍ、ギャップは３．５μｍである。なお、以下においても、既述の符号と同一符号を付すものは、いずれも特に断らない限り、既述のものと同一もしくは同様のものである。
【００８０】
そして、本第３実施形態においては、図１４（ａ）及び図１４（ｄ）に例示するように、入力スラブ３を構成するコア１０３の表面に、位相格子４側の幅が１０μｍ、入力導波路２側の幅が１μｍで、長さ１ｍｍ、高さ３μｍのクサビ（楔）状の突起（凸部；コア厚の厚い部分）３０６が複数形成されている。これらのクサビ（楔）状の突起３０６は、それぞれ、個々の位相格子４の配置に対応して設けられており、当該突起３０６の（幾何学的）中心線３０９を位相格子４側（光の伝搬方向）へ延長した線３０９が位相格子導波路４の中心線４０５と重なるように形成されている。
【００８１】
つまり、本第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１は、第２実施形態にて上述したものに比して、入力スラブ３を構成するコア１０３に複数の突起３０６を形成するとともに、当該突起３０６の中心線３０９を位相格子導波路４側に延長した線３０９と位相格子導波路４の中心線４０５とが重なるような位置関係で当該突起３０６を形成している点が異なる。
【００８２】
このようにすると、コア厚の厚い部分３０６の屈折率が他の部分に比べて相対的に大きくなる。光は屈折率が高い部分に集まる性質をもつので、図１５に例示するように、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かって進む光８はコア厚の厚い部分３０６（高屈折率領域）に集められた後、位相格子４に入射することになる。なお、図１５において、８０１はコア厚の厚い部分３０６に挟まれた領域に集められた後、位相格子４に入射した光の電界強度分布を示している。
【００８３】
そして、図１６はこの場合の入力スラブ３と位相格子導波路４の光（電界）強度分布と、その結合の状態を示す図で、図１６（ａ）は図１４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面、図１６（ｂ）は図１６（ａ）における線Ｘｃ−Ｘｃ上の光（電界）強度分布、図１６（ｃ）は図１４（ａ）におけるＤ−Ｄ断面、図１６（ｄ）は図１６（ｃ）における線Ｘｄ−Ｘｄ上の光（電界）強度分布をそれぞれ示す図である。なお、図１６（ｄ）において、Ｅ１１ａは複数の位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１が重なり合って形成される光（電界）強度分布を示している。
【００８４】
これらの図１５及び図１６から分かるように、本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１では、入力スラブ３に、コア厚の厚い部分３０６が設けられているために、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光（電界）強度分布が、図１６（ａ）にＥ１０で示すように凹凸をもつ分布になる。そして、コア厚の厚い部分３０６と位相格子導波路４の位置関係を調節しているため、入力スラブ３上の電界分布Ｅ１０（図１６（ａ））と位相格子導波路４上の電界分布Ｅ１１ａ（図１６（ｄ））の凹凸の位置が略一致する。その結果、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かって進む光のうちギャップＧで散乱される成分が少なくなり、図１６（ｅ）に示すように、両分布の重ね合わせ後の損失成分Ｅ１３が小さくなり、光結合損失が低減される。
【００８５】
（Ｃ２）製造手順の説明
次に、入力スラブ３のコア１０３に上記の突起（コア厚の厚い部分）３０６を形成する手順について、図１７（ａ）〜図１７（ｄ）を参照しながら説明する。なお、これらの図１７（ａ）〜図１７（ｄ）は、いずれも、図１４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に相当する図である。
【００８６】
まず、図１７（ａ）に例示するように、シリコン基板１０１上に、ＣＶＤ法等により、石英ガラス製の下側のクラッド１０２ａとコア１０３となる層を堆積（積層）する。なお、クラッド１０２ａの厚さは例えば２０μｍ、コア１０３の厚さは例えば１０μｍである。
次いで、図１７（ｂ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、上述した突起３０６を形成する。なお、この図１７（ｂ）においても、７１は反応性イオンエッチングの際のマスク（フォトレジスト（感光性有機材料））を示す。
【００８７】
このフォトレジストを除去後、図１７（ｃ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、コアパターン３を形成する。なお、この工程で、入力導波路２，位相格子導波路４，出力スラブ５，出力導波路６も形成される。そして、最終的に、図１７（ｄ）に例示するように、上側のクラッド（オーバクラッド）１０２ｂを埋め込むことにより、図１４に示すＡＷＧ波長合分波装置１が形成される。
【００８８】
以上のように、本第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１によれば、入力スラブ３の位相格子４近傍に、位相格子４の配置に応じて複数のクサビ状の突起３０６を設けてその部分３０６の屈折率を他の部分よりも相対的に高くしているので、入力スラブ３から位相格子４に進む光を突起３０６に集中させながら位相格子４へ導波させて位相格子４に結合させることができる。
【００８９】
したがって、この場合も、第１及び第２実施形態と同様に、ギャップＧに起因する光結合損失が大幅に低減される。そして、第１及び第２実施形態と同様に、偏波依存性損失の発生も確実に抑制することができる。また、突起３０６の形状を、第１及び第２実施形態と同様に、クサビ形状としているので、突起３０６自体による散乱光の発生も抑制して、光結合損失をより低減することが可能である。
【００９０】
なお、上記の突起３０６の高さ（隆起高さ）を変えることにより、突起３０６がある部分と無い部分との屈折率差を変化させることができる。例えば、突起３０６を高くするほど屈折率差は大きくなる。したがって、この場合も、１本の位相格子導波路４の幅が狭い場合には、それに応じて、例えば、突起３０６の面方向の幅を狭くするとともに、あるいは、当該幅は変えずに、突起３０６の高さを高くして、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光の強度分布をより細くすることで、結合効率を向上することができる。
【００９１】
また、この場合も、突起３０６の高さは、必ずしも一定である必要はなく、例えば、位相格子４に向けて高くなるように（つまり、突起３０６の位相格子４方向の断面もクサビ形状を有するように）変えてもよい。このようにすれば、入力スラブ３から位相格子４へ向かう光が、突起３０６の設けられた部分で位相格子４に近づくにつれて緩やかに集中して伝搬することになるので、光強度分布が非常に細くなっても、位相格子４での光結合効率を容易に高めることが可能である。
【００９２】
ところで、上述した例では、クサビ状の突起３０６をコア１０３の表面に形成している〔図１４（ｄ）参照〕が、例えば、図１８（ｂ）に示すように、コア１０３の裏面（シリコン基板１０１側の面）に形成してもよいし、図１８（ｃ）に示すように、コア１０３の両面に形成してもよい。いずれの場合にも、上述した例と同様の作用効果が得られる。なお、図１８（ａ）は図１４（ａ）と同じものであり、上記の図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）はいずれも図１８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。また、これらの図１８（ａ）〜図１８（ｃ）においても、既述の符号と同一符号を付したものは、いずれも、既述のものと同一もしくは同様のものである。
【００９３】
ここで、上述のごとくコア１０３の裏面に突起３０６を形成する場合の製造手順について、図１９（ａ）〜図１９（ｅ）を参照しながら説明する。なお、これらの図１９（ａ）〜図１９（ｅ）はいずれも図１８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に相当する図である。
まず、図１９（ａ）に例示するように、シリコン基板１０１上に、ＣＶＤ法等により、石英ガラスによる厚さ２０μｍの下側のクラッド１０２ａを堆積（積層）する。次いで、図１９（ｂ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、上記クサビ上の窪み３０６ａを形成する。なお、この図１９（ｂ）においても、７１は反応性イオンエッチングの際に用いるマスク（フォトレジスト（感光性有機材料））を示す。
【００９４】
次に、図１９（ｃ）に例示するように、厚さ７μｍのコア１０３を堆積（積層）した後、図１９（ｄ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、コアパターン３を形成する。これにより、上記クサビ状の窪み３０６ａの部分が、上記突起３０６となる。なお、この図１９（ｄ）においても、７２は反応性イオンエッチングの際に用いるマスク（フォトレジスト（感光性有機材料））を示す。また、この工程で、入力導波路２，位相格子導波路４、出力スラブ５及び出力導波路６も形成される。
【００９５】
そして、上記フォトレジスト除去後、最終的に、図１９（ｅ）に例示するように、コアパターン３の上からクラッド１０２ｂ（このクラッド１０２ａと上記クラッド１０２ｂとでクラッド１０２が形成される）を埋め込むことにより、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すＡＷＧ波長合分波装置１が形成される。
なお、入力スラブ３を構成するコア１０３の両面に突起３０６を形成する場合は、図１９（ｃ）に示す状態の後、図１７（ｂ）〜図１７（ｄ）により前述した工程を実施すればよい。
【００９６】
また、上記の場合も、突起３０６の高さを変えることにより、突起３０６がある部分と無い部分との屈折率差を変化させることができる。突起３０６をコア１０３の両面に設けた場合は、一方の面の突起３０６の高さと他方の面の突起３０６の高さとを変えてもよいし、同じにしてもよい。
（Ｄ）その他
上述した各実施形態では、いずれも、クサビ状の窪み３０４，３０５又は突起３０６を入力スラブ３のみに形成しているが、同様に、出力スラブ５にも形成してもよい。また、上述した実施形態では、いずれも、ＡＷＧ波長合分波装置１の分波機能に着目した動作を説明したが、基本的な合波機能は従来のものと同様である。
【００９７】
また、上述した例で使用したコア１０３やクラッド１０２等の寸法や材質等については、あくまでも一例であり、勿論、それらに限定されるものではない。さらに、上述した例では、窪み３０４，３０５又は突起３０６の形状をクサビ形状としているが、勿論、これに限定されるものではなく、窪み３０４，３０５や突起３０６自体による散乱光の発生を抑制しうる形状であれば、多少の変形は許容される。
【００９８】
そして、本発明は、上述した各実施形態に限定されず、これら以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができることはいうまでもない。
（Ｅ）付記
（付記１） 基板上にクラッド層と所定パターンのコア層とを積層して形成される導波路を有する波長分波装置であって、
複数チャネルの光が波長多重された光を伝搬する入力導波路と、
該入力導波路から入力された光を自由伝搬させる入力スラブ導波路と、
所定の導波路長差を有し、該入力スラブ導波路から入力される光をそれぞれ伝搬する複数のチャネル導波路から成る位相格子導波路と、
該位相格子導波路の該複数のチャネル導波路を伝搬してくる各光を自由伝搬させて波長の違いに応じて異なる位置に集光させる出力スラブ導波路と、
該出力スラブ導波路にて集光された光を伝搬する複数の出力導波路とがそれぞれ該コア層により該所定パターンとして形成されるとともに、
該入力スラブ導波路に、少なくとも該コア層又は該クラッド層の厚みを上記の各チャネル導波路の配置に応じて局所的に変化させることにより、該チャネル導波路近傍において他領域よりも相対的に屈折率を高くした高屈折率領域が形成されていることを特徴とする、アレイ導波路型波長分波装置。
【００９９】
（付記２） 該高屈折率領域が、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該コア層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成されていることを特徴とする、付記１記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１００】
（付記３） 該高屈折率領域が、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該クラッド層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成されていることを特徴とする、付記１記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０１】
（付記４） 該凹部が、任意の隣接する２つの該凹部間の幾何学的中心線を光の伝搬方向に延長すると、当該幾何学的中心線が該チャネル導波路の中心線と重なるように形成されていることを特徴とする、付記２又は付記３に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記５） 該クラッド層の凹部が、該入力スラブ導波路を構成する該コア層の表面にまで達していることを特徴とする、付記３又は付記４に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０２】
（付記６） 該クラッド層の凹部が、該入力スラブ導波路を構成する該コア層の内部にまで達していることを特徴とする、付記３又は付記４に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記７） 該凹部が、該チャネル導波路に向けて窪み幅の広がる楔形状を有していることを特徴とする、付記３〜６のいずれか１項に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０３】
（付記８） 該凹部が、該チャネル導波路に向けて窪み深さの深くなる楔形状を有していることを特徴とする、付記３〜７のいずれか１項に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記９） 該高屈折率領域が、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分近傍の該コア層に凸部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成されていることを特徴とする、付記１記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０４】
（付記１０） 該凸部が、当該凸部の幾何学的中心線を光の伝搬方向に延長すると、当該幾何学的中心線が該チャネル導波路の中心線と重なるように形成されたことを特徴とする、付記９記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記１１） 該凸部が、該コア層の一方の面に設けられたことを特徴とする、付記９又は付記１０に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０５】
（付記１２） 該凸部が、該コア層の両方の面にそれぞれ設けられたことを特徴とする、付記９又は付記１０に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記１３） 該凸部が、該チャネル導波路に向けて隆起幅の広がる楔形状を有していることを特徴とする、付記９〜１２のいずれか１項に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０６】
（付記１４） 該凸部が、該チャネル導波路に向けて隆起高さの高くなる楔形状を有していることを特徴とする、付記９〜１３のいずれか１項に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のアレイ導波路型波長分波装置によれば、次のような効果ないし利点が得られる。
（１）入力スラブ導波路に、各チャネル導波路の配置に応じて少なくともコア又はクラッドの厚みを局所的に変える（凹部又は凸部を設ける）ことによりチャネル導波路近傍において高屈折率領域を設けているので、入力スラブ導波路からチャネル導波路に進む光が当該高屈折率領域に集中して位相格子導波路へ導波されて位相格子導波路に結合される。したがって、入力スラブ導波路と位相格子導波路との接続部分に存在するギャップに起因する光結合損失が大幅に低減される。
【０１０８】
（２）特に、本発明では、入力スラブ導波路のチャネル導波路との接続部分近傍における高屈折率領域を、コア又はクラッドの厚みをチャネル導波路の配置に応じて変化させることで形成しているので、ＧｅやＴｉ，Ｃｅ等がコアやクラッドにドープされない場合にも適用できる。また、周囲温度に依存して付与した屈折率が経時変化することも防止できるので、本装置の耐性を向上できるとともに、本装置の挿入損失の経時変化を大幅に低減することができる。更には、紫外線照射によるコア又はクラッドの体積変化に起因する偏波依存性損失の発生も確実に抑制することができる。
【０１０９】
（３）また、本発明では、凹部や凸部の形状をチャネル導波路に近づくにつれて（光の伝搬方向へ）その幅の広がるクサビ状にしているので、光が凹部や凸部にさしかかったときの当該凹部や凸部自体による散乱光の発生を抑制することができ、よりチャネル導波路での光結合損失を低減することも可能である。
（４）さらに、上記の凹部の窪み深さや凸部の隆起高さを、チャネル導波路に向けて広がるように（つまり、凹部又は凸部のチャネル導波路方向の断面もクサビ形状を有するように）すれば、入力スラブ導波路からチャネル導波路へ向かう光が、高屈折率領域でチャネル導波路４に近づくにつれて緩やかに集中して伝搬することになるので、凹部の窪み深さ又は凸部の隆起高さを一定にする場合に比して、よりチャネル導波路での光結合効率を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するための図で、（ａ）は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧ波長合分波装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はＡＷＧ波長合分波装置の入力導波路及び入力スラブを伝搬する光（電界）の強度分布を例示する図である。
【図３】入力スラブから位相格子導波路に伝搬する光の電界分布の一例を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は入力スラブを伝搬し位相格子導波路に結合する光の損失要因を定性的に説明するための図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブから位相格子導波路に向かう光の光（電界）強度分布を説明するための図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は第１実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブと位相格子導波路の光（電界）強度分布とその結合の状態を説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は第１実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブ（コア）に窪みを形成する工程を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態を説明するための図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図９】第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブから位相格子導波路に向かう光の光（電界）強度分布を説明するための図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブと位相格子導波路の光（電界）強度分布とその結合の状態を説明するための図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブ（クラッド）に窪みを形成する工程を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の第１変形例を説明するための図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の第２変形例を説明するための図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態を説明するための図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図１５】第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブから位相格子導波路に向かう光の光（電界）強度分布を説明するための図である。
【図１６】（ａ）〜（ｅ）は第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブと位相格子導波路の光（電界）強度分布とその結合の状態を説明するための図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブ（コア）に突起を形成する工程を説明するための図である。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は第３実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１９】（ａ）〜（ｅ）は図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブ（コア）に突起を形成する工程を説明するための図である。
【図２０】従来のＡＷＧ光導波路を用いるアレイ導波路型波長合分波装置の構成を示す図で、（ａ）は波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は従来の波長合分波装置の分光原理を説明するための図である。
【図２２】（ａ）〜（ｆ）は従来の波長合分波装置の出力スラブでの集光作用を説明するための図である。
【図２３】（ａ）〜（ｃ）は従来の波長合分波装置の入力スラブと位相格子導波路との接続部に存在するギャップにより発生する損失を説明するための図である。
【図２４】（ａ）及び（ｂ）は従来の他の波長合分波装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ＡＷＧ波長合分波装置
２ 入力導波路
３ 入力スラブ導波路
３０１ 接続点（光の拡散中心）
３０２ 半径ｒ１の円弧状境界面
３０４，３０５，３０５ａ，３０５ｂ クサビ状の窪み
３０６ クサビ状の突起
３０７ 隣接する２つの窪み（コア厚が薄い部分）間の（幾何学的）中心線
３０８ 隣接する２つの窪み（クラッド厚が薄い部分）間の（幾何学的）中心線
３０９ 突起（コア厚が厚い部分）の（幾何学的）中心線
４ 位相格子導波路（チャネル導波路）
４０１，４０２ テーパ形状部
４０３，４０４ 結節点
４０５ 位相格子導波路の中心線
５ 出力スラブ導波路
５０２ 半径ｒ２の円弧状境界面
５０４ 半径ｒ２の円弧のローランド円に相当する円弧
６ 出力導波路
８ 光
７１，７２ マスク（フォトレジスト（感光性有機材料））
８０ 光の軌跡
８０１ 位相格子導波路に結合した成分
８０２ 損失になる成分
１０１ シリコン基板
１０２，１０２ａ，１０２ｂ クラッド層
１０３ コア層
Ｐ１，Ｐ２ 結節点における位相格子導波路間隔
Ｇ ギャップ
ｗ２，ｗ４ コア幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）通信において、波長の異なる複数の光を多重化して一本の光ファイバで伝送した光を個々の波長の光に分離するために用いられる波長分波装置に関し、特に、基板上にクラッド層とこのクラッド層で取り囲まれたクラッド層よりも屈折率の高いコア層とによって構成される光導波路を用いるアレイ導波路型波長分波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０に、従来のＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）光導波路を用いるアレイ導波路型波長合分波装置の構成を示す。なお、この図２０において、（ａ）は波長合分波装置の平面図、（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ（ａ）におけるＡ−Ａ断面図，Ｂ−Ｂ断面図及びＤ−Ｄ断面図である。
【０００３】
そして、この波長合分波装置の光導波路は、図２０（ｂ）に例示するように、基板１０１と、この基板１０１上に形成されたクラッド層（以下、単に「クラッド」という）１０２と、コア層（以下、単に「コア」という）１０３とにより構成される。なお、コア１０３は、クラッド１０２よりも屈折率が高く、且つ、周囲をクラッド１０２で取り囲まれている。
【０００４】
また、図２０（ａ）において、２，３，４，５及び６はいずれもコア１０３によって形成されたパターン（コアパターン）を示し、パターン２は入力導波路、パターン３は入力スラブ導波路（以下、単に「入力スラブ」と略記する）、パターン４は位相格子導波路（アレイ導波路）、パターン５は出力スラブ導波路（以下、単に「出力スラブ」と略記する）、パターン６は出力導波路として機能する。
【０００５】
さらに、図２０（ｂ）において、ｔは入力導波路２を構成するコア１０３の厚さ、ｗ２は入力導波路２を構成するコア１０３の幅を示す。また、図２０（ａ）及び図２０（ｄ）において、Ｐ１は入力スラブ３側の位相格子導波路間隔、ｗ４は位相格子導波路４を構成するコア１０３の幅、Ｐ２は出力スラブ５側の位相格子導波路間隔をそれぞれ表している。
【０００６】
加えて、図２０（ａ）において、４０３は位相格子導波路４の入力開口及び結節点、４０４は位相格子導波路４の出力開口及び結節点、３０１は入力導波路２と入力スラブ３との接続部分（以下、「接続点」という）、３０２は入力スラブ３と位相格子導波路４との境界面、５０２は出力スラブ５と位相格子導波路４との境界面、５０４は出力スラブ５と出力導波路６との境界面、５０１は境界面５０２の描画中心、５０３は境界面５０４の描画中心をそれぞれ示す。
【０００７】
ここで、境界面３０２は接続点３０１を中心とする半径ｒ１の円弧状境界面、境界面５０２は接続点５０１を中心とする半径ｒ２の円弧状境界面となっており半径ｒ１＝半径ｒ２である。即ち、位相格子導波路４の入力開口４０３と出力開口４０４とは等しい半径の円弧３０２及び円弧５０２上に配置されている。また、入力スラブ３側の位相格子導波路間隔Ｐ１と出力スラブ５側の位相格子導波路間隔Ｐ２も等しい。
【０００８】
さらに、５０４ａは描画中心５０３を中心とするｒ２の二分の一の半径の円を表し、この円５０４ａを位相格子導波路４の出力開口４０４の配置を決める円（半径ｒ２の円）のローランド円という。なお、境界面５０４は円弧５０２のローランド円に相当する円５０４ａの一部を切り取ったもので、出力導波路６はこのローランド円５０４ａ上に配列され、このローランド円５０４ａ上のどの位置に配置するかによって出力される光の波長が異なることになる。
【０００９】
また、各位相格子導波路４は、図２０（ａ）の紙面下側から上側に向かって徐々にその長さが長くなっており、それぞれ隣接するコアパターンの入力スラブ３から出力スラブ５までの光路差が一定になるよう長さが調節されている。
以上のような構成を有する波長合分波装置に対して、例えば、波長λ１，λ２，λ３の光が（波長領域で）多重化された光を入力導波路２に入力すると、出力導波路６には各波長λ１，λ２，λ３の光が（波長領域で）分離されて出力される。逆に、複数の出力導波路６のそれぞれに波長λ１，λ２，λ３の光を入射すると、入力導波路２には波長λ１，λ２，λ３の光が（波長領域で）多重化されて出力される。
【００１０】
かかる波長合分波動作の詳細は、次のとおりである。
即ち、入力導波路２の左端に入力された光は、入力導波路２に導かれ入力導波路２と入力スラブ３との接続点３０１に到達する。この接続点３０１に到達した光は、もはや基板２の面方向〔図２０（ａ）の紙面方向〕には閉じ込めを受けないため、入力スラブ３を自由に広がりながら（拡散しながら）伝搬する。このため、入力スラブ３を「自由伝搬部３」と称する場合がある。また、入力導波路２と入力スラブ３との接続点３０１を「光の拡散中心３０１」あるいは単に「拡散中心３０１」と表現する。
【００１１】
さて、拡散中心３０１から拡散した光は、位相格子導波路４の入力開口４０３に達し、位相格子導波路４に入力される。このとき、複数の位相格子導波路４の入力開口４０３はそれぞれ拡散中心３０１から等しい距離にあるので、入射する光の位相は等しい。
次に、上記位相格子導波路４の働きについて図２１を参照しながら説明する。なお、図２１（ａ），図２１（ｂ）にはそれぞれ図２０に示す波長合分波装置を構成する複数の位相格子導波路４のうち隣接する３本の位相格子導波路４１，４２，４２が示されており、図２１（ｃ）にはこれら３本の位相格子導波路４の出力スラブ５との境界面近傍が示されている。
【００１２】
そして、この図２１において、位相格子導波路４の入力開口４０３は入力スラブ３と位相格子導波路４との境界面（以下、「境界線」ともいう）３０２に等しく、位相格子導波路４の出力開口４０４は出力スラブ５と位相格子導波路４との境界面５０２に等しい。
また、●印は光の波を正弦波（サイン）関数で表したときに、位相が円周率πの偶数倍になる位置、○印は位相がπだけずれた位相になる位置を示している。例えば、図２１（ａ）は入射光の波長が予め設計した（ＷＤＭ通信の使用波長域の）中心波長λ０の場合、図２１（ｂ）は入射光の波長が中心波長λ０よりも短い波長λ１の場合、図２１（ｃ）は入射光の波長が中心波長λ０よりも長い波長λ２の場合の光の位相状態を示している。
【００１３】
前述したように、位相格子導波路４の入力開口４０３には等位相の光が入射されるので、各位相格子導波路４の入力開口４０３において光の位相は揃っている〔図２１（ａ）及び図２１（ｂ）の入力開口４０３における●印参照；図２１（ｃ）では図示省略〕。ここで、各位相格子導波路４の長さは、それぞれ、中心波長λ０の光が正確に正数個入るような長さに設計される。
【００１４】
例えば、図２１（ａ）の場合、位相格子導波路４１に９個、位相格子導波路４２に１０個、位相格子導波路４３に１１個の波がそれぞれ入るように設計されている。このとき位相格子導波路４１，４２，４３の出力開口４０４においても出力光の位相が一致し、等位相面５５０が正確に位相格子導波路４に対して垂直になる。したがって、出力開口４０４における光は正確に水平方向（位相格子導波路４に平行な方向）に回折されることになる。
【００１５】
これに対して、位相格子導波路（以下、単に「位相格子」ともいう）４への入射光の波長がλ１（中心波長λ０よりもΔλ１だけ短い）の場合には、図２２の（ｂ）に示すように、位相格子導波路４の出力開口４０４における等位相面５５１が上側に傾く。そのため、位相格子４の出力開口４０４から出力スラブ５に出力される光は上側に回折することになる。
【００１６】
逆に、位相格子４への入射光の波長がλ２（中心波長λ０よりもΔλ２だけ長い）の場合には、図２１（ｃ）に示すように、位相格子４の出力開口４０４における等位相面５５２が下側に傾き、出力スラブ５に出力される光は下側に回折することになる。
次に、図２２に、上述のごとく出力開口４０４において回折された光が出力スラブ５で集光される様子を示す。ここで、図２２（ａ），図２２（ｃ），図２２（ｅ）には、それぞれ図２１（ａ），図２１（ｂ），図２１（ｃ）と同様に、波長による回折方向の違いが示されている。つまり、位相格子４の出力開口４０４が一直線上に配列されている場合はこのような方向に回折され、回折光は平行光になる。
【００１７】
ところが、実際の波長合分波装置では位相格子４の出力開口４０４は、図２２（ｂ），図２２（ｄ），図２２（ｆ）に示すように、円弧上に配置されているため、回折光は１点に集光される。即ち、位相格子４を通過する光の波長が中心波長λ０に等しい場合は図２２（ａ）に示すように、位相格子４の出力開口４０４が配置された円弧の中心（Ｏ０）に集光され、中心波長λ０よりも短い場合は上側（中心Ｏ１）に、中心波長λ０よりも長い場合は下側（中心Ｏ２）に集光される。
【００１８】
いずれの場合にも集光位置は、位相格子４の出力開口４０４が配置された円弧のローランド円５０４ａ上になる。そこで、図２０（ａ）に示すように当該ローランド円５０４ａ上に出力導波路６の一端を配置すれば、異なる波長毎に分離した光を出力することができることになる。
次に、本波長合分波装置の挿入損失要因の一つについて説明する。上述した構造を有する波長合分波装置では、図２３（ａ），図２３（ｂ），図２３（ｃ）に例示するように、位相格子４と出力スラブ５との接続部分にギャップＧが存在する。かかるギャップＧは、入力導波路３から入射され入力スラブ３を伝搬して位相格子４に結合する光の損失要因となる。
【００１９】
例えば、図２３（ｃ）において、８０１は位相格子４に入射された光の成分、８０２はギャップＧで散乱され損失となる成分を示しており、かかる損失成分８０２を低減するにはギャップＧをできるだけ小さくすることが望ましい。一方、位相格子４では各々の導波路を通過する光に位相差を形成する必要があるので、それぞれの導波路間で干渉が起こらないことが必要である。
【００２０】
そのために、位相格子導波路４は、入力スラブ３側の結節点４０３以外では一定以上の間隔を保つように形成されなければならない。従来は、結節点４０３における位相格子４の間隔Ｐ１を一定に保つことにより、それ以外の部分の間隔も一定になるようにしている。
このように隣接する位相格子導波路４の間隔Ｐ１を一定以上に保ったままギャップＧを小さくする方法の一つに、図２３（ａ）に例示するように、入力スラブ３と位相格子導波路４との接続部分にテーパ部４０１を形成するとともに、位相格子導波路４と出力スラブ５との接続部分にテーパ部４０２を形成する方法がある。従来の波長合分波装置では、このようにしてテーパ部４０１，４０２を設けることにより、導波路間隔Ｐ１を一定以上に保ったままギャップＧを小さくして、入力スラブ３と位相格子導波路４との接続部分及び位相格子導波路４と出力スラブ５との接続部分での光結合損失を低下させている。
【００２１】
しかしながら、例えばコアの厚さ〔図２０（ｂ）に示すｔで、入力導波路２，入力スラブ３，位相格子導波路４，出力スラブ５及び出力導波路６のコアは全て同じ厚さである〕が７μｍ（マイクロメートル）の導波路を用いるとすると、入力スラブ３側の位相格子導波路４の間隔Ｐ１はおよそ１８μｍ以上にする必要があるが、加工のためのフォトマスクの幅及び加工の際の横方向のオーバーエッチング等により、ギャップＧを３μｍ以下にすることが困難になる。そのため、テーパ部４０１，４０２を形成した場合でも、入力スラブ３と位相格子導波路４との接続部分で１ｄＢ（デシベル）以上の損失が生じてしまう。また、ギャップＧを小さくすると、その部分へのオーバクラッドの埋め込みが困難になるという課題もある。
【００２２】
そこで、従来は、例えば特開２００２−６２４４４号公報（以下、公知文献という）により提案されているように、入力スラブの出力部のモード形状を位相格子導波路の入力部のモード形状に合わせることで、チャネル導波路（位相格子）間隔に依存せずに低損失化を図ることも試みられている。
即ち、この公知文献により提案されている技術（以下、公知技術という）では、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すように、入力側スラブ導波路４０の出力部４０Ａに屈折率が他の部分に比べて高い屈折率変化領域６０を設けている。この屈折率変化領域６０は、本公知技術によれば、Ｇｅ及びＧｅとＰあるいはＧｅとＢ等のドーパントを入力側スラブ導波路４０（コア）にドープしておき、形成すべき屈折率変化領域６０以外の部分をマスクした上で、ＡｒＦエキシマレーザ等の紫外線レーザを照射してその照射部分のコアの屈折率を変化させることで、出力部４０Ａでの光伝搬のモード形状（屈折率分布）が位相格子導波路５０のモード形状と略一致するように形成される。
【００２３】
これにより、入力側スラブ導波路４０の上記屈折率変化領域６０に光が入射すると、上記屈折率分布に応じてその位相が変化して、モード形状が位相格子導波路５０のモード形状と略一致した状態で位相格子導波路５０へ伝搬することになる。その結果、位相格子導波路５０の間隔Ｌ２〔図２４（ｂ）参照〕に依存せずに、入力側スラブ導波路４０と位相格子導波路５０との接続部分での結合損失を低減することができ、オーバクラッドの埋め込みが容易に行なえるだけの導波路間隔（ギャップＧ）を確保しながら、結合損失の低減化を図ることができるのである。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知技術については、例えば次のような三つの課題がある。第一の課題は、コアにＧｅがドープされていない場合には適用できないことである。即ち、ＡｒＦレーザ発振光（１９３ｎｍ）やＫｒＦレーザ発振光（２４５ｎｍ）を照射して屈折率が変化する現象は、Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｅがドープされた場合に現れることが、例えば、特開平４−２９８７０２号公報第８頁第１行目から第２行目に記載されている。
【００２５】
なお、ＧｅとＢあるいはＧｅとＰを同時にドープすると、その感度が上昇することが例えば特開２０００−１５５２３１号公報の段落［０００３］から段落［０００４］や文献「ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ， ＶＯＬ．７， ＮＯ．９， ｐｐ．１０４８−１０５０ （１９９５）」等に記載されている。つまり、ＢやＰ等はＧｅがドープされたガラスの紫外線照射に対する屈折率変化の感度を上げるための増感剤として用いられる。しかし、本願発明者は、ＭＯＶＰＥ法により製作した、ＢやＰ単独あるいはＢとＰを同時にドープしたシリカガラスにＡｒＦレーザ発振光（１９３ｎｍ）を照射しても屈折率変化が観測できないことを確認している。
【００２６】
従って、上述した公知技術は、上記Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｅがドープされない場合には適用できない。本願発明者は、屈折率と線膨張係数及び製膜中のクラック防止を同時に満足させようとすると、コアに上記Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｅをドープできない場合があることを確認しており、上述した公知技術はこの場合にも適用できない。
【００２７】
第二の課題は、紫外線照射によって付与された屈折率変化が、加熱により小さくなったり消失したりすることである。これは、例えば、文献「Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．７６（１）， ｐｐ．７３ （１９９４）」や、文献「１９９６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集（１−１４２ページ；講演番号Ｃ−１４２）」等に記載されている。即ち、最高保管雰囲気温度が８０°Ｃ以上、最高使用雰囲気温度が６０°Ｃ以上に達する光通信用部品に使用すると、時間とともに特性が変化する（屈折率が徐々に緩和される）。このため、長期間の使用に耐えられないおそれがあり、また、屈折率が経時変化するため光の強度分布も経時変化し装置の挿入損失が経時変化する。
【００２８】
第三の課題は、紫外線レーザの照射部分と非照射部分とで体積の差が生じ、入力側スラブ導波路４０（出力部４０Ａ）に不要な応力が生じてしまう。これは、出力部４０Ａでの偏波依存性損失（ＰＤＬ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）を大きくし、結果的に、波長合分波装置の特性を劣化させるおそれがある。なお、本願発明者は、紫外線レーザの照射により屈折率を変化させると、屈折率の変化が大きいほどＰＤＬも大きくなることを確認している。
【００２９】
本発明は、かかる課題に鑑み創案されたもので、紫外線レーザの照射による屈折率の変化を利用することなく（Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｅがドープされない場合にも適用でき）、且つ、経時変化が小さく、しかも、偏波依存性を低減して光結合損失を更に低減させることのできる、アレイ導波路型波長分波装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のアレイ導波路型波長分波装置（請求項１）は、基板上にクラッド層と所定パターンのコア層とを積層して形成される導波路を有する波長分波装置であって、
複数チャネルの光が波長多重された光を伝搬する入力導波路と、
該入力導波路から入力された光を自由伝搬させる入力スラブ導波路と、
所定の導波路長差を有し、該入力スラブ導波路から入力される光をそれぞれ伝搬する複数のチャネル導波路から成る位相格子導波路と、
該位相格子導波路の該複数のチャネル導波路を伝搬してくる各光を自由伝搬させて波長の違いに応じて異なる位置に集光させる出力スラブ導波路と、
該出力スラブ導波路にて集光された光を伝搬する複数の出力導波路とがそれぞれ該コア層により該所定パターンとして形成されるとともに、
該入力スラブ導波路に、少なくとも該コア層又は該クラッド層の厚みを上記の各チャネル導波路の配置に応じて局所的に変化させることにより、該チャネル導波路近傍において他領域よりも相対的に屈折率を高くした高屈折率領域が形成されていることを特徴としている。
【００３１】
ここで、上記の高屈折率領域は、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該コア層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成してもよいし（請求項２）、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該クラッド層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成してもよい（請求項３）。
【００３２】
そして、上記の凹部は、該チャネル導波路に向けて窪み幅の広がる楔形状を有しているのが好ましい（請求項４）。
なお、上記の高屈折率領域は、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分近傍の該コア層に凸部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成してもよい（請求項５）。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（Ａ）第１実施形態の説明
（Ａ１）構成及び動作説明
図１は本発明の第１実施形態を説明するための図で、（ａ）は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧ波長合分波装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００３４】
そして、図１（ａ）に示すように、本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１も、入力導波路２，入力スラブ導波路（以下、単に「入力スラブ」という）３，位相格子導波路（以下、単に「位相格子」ともいう）４，出力スラブ導波路（以下、単に「出力スラブ」という）５及び出力導波路６をそなえて構成されており、これらは、それぞれ、図１（ｂ）〜図１（ｅ）に示すように、シリコン基板１０１上に積層された、石英ガラス製のクラッド層１０２及びコア層１０３により形成されている。
【００３５】
ここで、本実施形態では、コア層（以下、単に「コア」という）１０３とクラッド層（以下、単に「クラッド」という）１０２の比屈折率差は０．５％、コア１０３の厚さｔ〔図１（ｂ）参照〕は７μｍ（マイクロメートル）、クラッド１０２の厚さはコア１０３を挟む上下ともに２０μｍとしている。また、コア１０３の厚さは、後述するクサビ（楔）形状の窪み３０４を除いて全領域で同じである。入力導波路２，出力導波路６及びテーパ形状部４０２を除く位相格子導波路４のコア幅は７μｍである。
【００３６】
さらに、入力スラブ３の半径ｒ１は４０ｍｍ（ミリメートル）、この入力スラブ３側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ１〔図１（ａ）及び図１（ｅ）参照〕は２０μｍ、ギャップＧ〔図１（ｅ）参照〕は３．５μｍ、出力スラブ５の半径ｒ２は４０ｍｍ、この出力スラブ５側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ２〔図１（ａ）参照〕は２０μｍ、ギャップは３．５μｍとしている。
【００３７】
そして、本実施形態において、入力スラブ３を構成するコア１０３の表面には、図１（ａ）及び図１（ｄ）に例示するように、位相格子４間近傍の位置に、位相格子４へ向けて窪み幅の広がるクサビ（楔）形状を有する複数の窪み（凹部；コア厚ｔが薄くなる部分）３０４が形成されている。具体的には、例えば、位相格子４側の幅が４．５μｍ、入力導波路２側の幅が２μｍ、長さ１ｍｍ、深さ３μｍの窪み３０４がそれぞれ形成されている。なお、この窪み３０４は、図１（ａ）に示すように、隣接する２つの窪み３０４間の（幾何学的）中心線３０７を位相格子導波路４側（光の伝搬方向）へ延長した線３０７が位相格子導波路４の（幾何学的）中心線４０５と重なるように形成されている。
【００３８】
以下、上述のごとく構成された本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１の動作、特に、上記窪み３０４を設けることにより作用・効果について詳述する。
まず、入力導波路２，入力スラブ３及び位相格子導波路４内の光の伝搬について説明する。
図２は上述したＡＷＧ波長合分波装置１の入力導波路２及び入力スラブ３を伝搬する光（電界）の強度分布を例示する図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置１と対応させた強度分布変化を模式的に示す図である。この図２（ａ）において、Ｑ１〜Ｑ１１は位置を、Ｅ１〜Ｅ１１はこれらの位置Ｑ１〜Ｑ１１での光（電界）強度分布を示している。なお、ここでは、図２（ａ）に例示するように、ＡＷＧ波長合分波装置１の面方向をＸ軸、当該面方向と直交する方向をＹ軸（つまり、Ｘ軸とＹ軸は直行座標）としている。したがって、入力導波路２に入射した光は、Ｘ軸とＹ軸の両方に直行する軸であるＺ軸方向（入射導波路２が伸びている方向）に伝搬することになる。
【００３９】
これに対し、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す位置Ｑ１〜Ｑ１０での光（電界）強度の分布形状を示す図である。この図２（ｂ）において、「Ｘ−Ｙ面内ビーム形状」とは、Ｘ−Ｙ面上で見た光（電界）の分布形状〔通常は等高線分布図となるが図２（ｂ）では等高線を省略している〕、「ビームのＸ−Ｘ上強度分布」とは、前記「Ｘ−Ｙ面内ビーム形状」を示す図を線Ｘ−Ｘで切って、その断面を、例えば紙面の下側から見たときの光（電界）強度分布（中央ほど強度が大なので、この図２（ｂ）に例示するような山形の分布になる）のことをいう。
【００４０】
これらの図２（ａ）及び図２（ｂ）から分かるように、入力導波路２の位置Ｑ１及び入力導波路２と入力スラブ３との境界（接続）部である位置Ｑ２では、幅が狭く高さが高い尖った光（電界）強度分布Ｅ１及びＥ２となり、入力スラブ３では、光は回折によって広がりながら自由伝搬（拡散伝搬）するため、位置Ｑ３，Ｑ４，・・・，Ｑ１０と進むに従って光（電解）強度分布の幅が広がり、それぞれの位置での強度分布はＥ３，Ｅ４，・・・，Ｅ１０のように変化する。そして、光は位相格子導波路４に入射し位相格子導波路４に光結合する。
【００４１】
このとき、入力スラブ３を自由伝搬して広がった光（電界）強度分布Ｅ１０の形状と、位相格子導波路４内に励振される光（電界）強度分布Ｅ１１の形状との類似性が高いほど結合効率が高くなる。
図３に、例えば上記の窪み３０４を設けない入力スラブ３から位相格子導波路４に伝搬する光の電界分布の一例を模式的に示す。なお、この図３において、３０１は光の拡散中心、８０は拡散中心３０１を開始点として拡散する光の軌跡、８は入力スラブ３を伝搬する光電界強度分布の変化、８０１は入力スラブ３から出力された光のうち位相格子導波路４に結合した成分、８０２は入力スラブ３から出力された光のうちギャップＧで拡散され損失になる成分をそれぞれ示している。この図３に示すように、入力スラブ３に窪み３０４を設けない構成では比較的多くの散乱成分８０２が生じることになる。
【００４２】
ここで、図４を参照しながら、入力スラブ３を伝搬し位相格子導波路４に結合する光の損失を、電界の重ね合わせを用いて定性的に説明する。ただし、図４（ａ）は図１（ａ）及び図３におけるＣ−Ｃ断面、図４（ｂ）は図４（ａ）における線Ｘｃ−Ｘｃ上の光（電界）強度分布、図４（ｃ）は図１（ａ）及び図３におけるＤ−Ｄ断面、図４（ｄ）は図４（ｃ）における線Ｘｄ−Ｘｄ上の光（電界）強度分布をそれぞれ示す図である。なお、図４（ｂ）に示すＥ１０は図２に示すＥ１０に等しく、図４（ｄ）に示すＥ１１は図２に示すＥ１１に等しい。
【００４３】
また、図４（ｄ）において、Ｅ１１ａは複数の位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１が重なり合って形成される光（電界）強度分布を示し、Ｆ１は重なり合った光（電界）強度分布の谷と山の高さの差を示す。このような入力スラブ３の光（電界）Ｅ１０と位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１ａのうち、Ｅ１０とＥ１１ａが重なり合う部分のパワーが位相格子導波路４に引き渡されることになる。
【００４４】
即ち、例えば図４（ｅ）に模式的に示すように、入力スラブ３の光（電界）Ｅ１０と、位相格子導波路の光（電界）Ｅ１１ａとの重ね合わせにより、Ｅ１２で示す部分が位相格子導波路４に結合し、Ｅ１３で示す部分が結合せずに損失となる。したがって、図４（ｅ）における損失となる部分Ｅ１３の面積を小さくすれば入力スラブ３と位相格子導波路４との間の結合損失を小さくすることができる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、図１により上述したように、入力スラブ３を構成するコア１０３に部分的に薄い部分（窪み）３０４を設ける（つまり、コア１０３の厚みを各位相格子導波路４の配置に応じて局所的に変化させる）ことにより、個々の位相格子導波路４近傍において他領域よりも屈折率を高くした領域（高屈折率領域）を入力スラブ３に形成している。
【００４６】
このようにすると、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、光拡散中心３０１を始点として軌跡８０に沿って拡散した光は、クサビ状の窪み３０４の部分にさしかかると、隣接する窪み３０４で挟まれた領域（高屈折率領域）に光が集中する。なぜなら、窪み３０４の設けられたコア１０３の薄い部分は他の部分よりも相対的に屈折率が低く、窪み３０４の無いコア１０３の厚い部分は相対的に屈折率が高いからである。
【００４７】
つまり、上記の隣接する窪み３０４で挟まれた領域は、各位相格子導波路４へ光を導波する光導波路として機能するのである。この結果、入力スラブ３から位相格子４に向かって進む光のうち、ギャップＧで散乱される成分が少なくなり、結合損失が低減されるのである。
図６に、この場合の入力スラブ３と位相格子導波路４の光（電界）強度分布とその結合の状態を示す。ここで、図６（ａ）は図１（ａ）及び図５（ａ）におけるＣ−Ｃ断面、図６（ｂ）は図６（ａ）の線Ｘｃ−Ｘｃ上の光（電界）強度分布、図６（ｃ）は図１（ａ）及び図５（ａ）におけるＤ−Ｄ断面、図６（ｄ）は図６（ｃ）における線Ｘｄ−Ｘｄ上の光（電界）強度分布をそれぞれ示す図である。また、図６（ｄ）におけるＥ１１ａは複数の位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１が重なり合って形成される光（電界）強度分布を示す。
【００４８】
これらの図６（ａ）〜図６（ｅ）から分かるように、本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１では、入力スラブ３に部分的にコア１０３の薄い部分３０４が設けられているため、例えば図１（ａ）又は図５（ａ）の線Ｃ−Ｃ上の電界強度分布Ｅ１０（これは例えば図５（ａ）の電界強度分布８に対応する）が、図６（ａ）に模式的に示すように凹凸をもつようになる。
【００４９】
この電界強度分布Ｅ１０の凹凸の凹の位置が位相格子導波路４のギャップＧの位置に対応し、且つ、凸の位置が位相格子導波路４の位置に対応している。したがって、図６（ｄ）に示す電解強度分布Ｅ１０と、位相格子導波路４に励振される電界Ｅ１１ａ〔図６（ｄ）参照〕とを重ね合わせると、図６（ｅ）に示すように、損失となる部分Ｅ１３（斜線部）が減少する。その結果、入力スラブ３と位相格子導波路４との間の光結合損失が、窪み３０４を設けない場合に比して、大幅に低減される。
【００５０】
特に、本例では、窪み３０４の形状を位相格子４に近づくにつれて（光の伝搬方向へ）その幅が広がるクサビ形状としているので、光が窪み３０４にさしかかったときの当該窪み３０４自体による散乱光の発生も抑制することが可能であり、上記の電解強度分布Ｅ１０の形状をより位相格子導波路４に励振される電界Ｅ１１ａに近似させることができ、単純な方形形状とする場合に比して、より大きな光結合損失低減効果が得られる。
【００５１】
（Ａ２）製造手順の説明
次に、上述したように入力スラブ３に窪み３０４を設けたＡＷＧ波長合分波装置１の製造手順について、図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照しながら説明する。なお、これらの図７（ａ）〜図７（ｄ）は、いずれも、図１（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に相当する図である。
【００５２】
まず、図７（ａ）に例示するように、シリコン基板１０１上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により、石英ガラスによる下側のクラッド１０２ａとコア１０３とを堆積（積層）する。ここで、それぞれの厚さは、例えばクラッド１０２ａが２０μｍ、コア１０３が７μｍである。
次いで、図７（ｂ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、所定位置に複数のクサビ状の窪み３０４を形成する。なお、この図７（ｂ）において、７１は反応性イオンエッチングの際に用いられるマスクを示し、いわゆるフォトレジストと呼ばれる感光性有機材料を示す。
【００５３】
さらに、上記フォトレジスト７１の除去後、図７（ｃ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、入力スラブ３のパターン（コアパターン３）を形成する。なお、この図７（ｃ）においても、７２は反応性イオンエッチングの際に用いられるマスク（フォトレジスト）を示す。また、この工程で、入力導波路２，位相格子導波路４，出力スラブ５，出力導波路６もそれぞれ同時にコアパターンにより形成される。
【００５４】
そして、フォトレジスト７２の除去後、最終的に、図７（ｄ）に例示するように、コア１０３を覆う上側のクラッド層（オーバクラッド）１０２ｂを埋め込むことにより、ＡＷＧ波長合分波装置１が形成される。
以上のように、本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１によれば、入力スラブ３の位相格子４との接続部分近傍のコア１０３に、各位相格子導波路４の配置に対応して複数のクサビ状の窪み３０４を設けて、隣接する窪み３０４に挟まれた部分の屈折率を他の部分よりも相対的に高くしているので、入力スラブ３から位相格子４に進む光が、隣接する窪み３０４に挟まれた部分に集中して位相格子４へ導波されて位相格子４に結合される。したがって、ギャップＧに起因する光結合損失が大幅に低減される効果を奏する。
【００５５】
特に、本実施形態では、入力スラブ３の位相格子４との接続部分近傍における屈折率分布を、従来のように紫外線レーザ照射によらずに、コア１０３の厚みを位相格子４の配置に応じて変化させることで変化させているので、ＧｅやＴｉ，Ｃｅ等がコアやクラッドにドープされない場合にも適用できる。また、周囲温度に依存して付与した屈折率が経時変化することも防止できるので、本装置の耐性を向上できるとともに、本装置の挿入損失の経時変化を大幅に低減することができる。更には、紫外線レーザ照射によるコア１０３の体積変化に起因する偏波依存性損失（ＰＤＬ）の発生も確実に抑制することができる。
【００５６】
また、上述した例では、窪み３０４の形状を位相格子４に近づくにつれて（つまり、光の伝搬方向へ）その幅の広がるクサビ状にしているので、光が窪み３０４にさしかかったときの当該窪み３０４自体による散乱光の発生を抑制することができ、より位相格子４での光結合損失を低減することも可能である。
なお、窪み３０４の深さを変えることにより、窪み３０４の部分と窪み３０４で挟まれた部分の屈折率差を変化させることができる。例えば、窪み３０４を深くするほど屈折率差が大きくなる。したがって、例えば、１本の位相格子導波路４の幅が狭い場合には、隣接する窪み３０４間の幅もそれに応じて狭くするとともに、あるいは、当該幅は変えずに、窪み３０４の深さを深くして窪み３０４の部分と窪み３０４で挟まれた部分の屈折率差を大きくすることにより、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光の強度分布がより細くなるようにすれば、光結合損失を同様に低減することができる。
【００５７】
また、上記の窪み３０４の深さは、必ずしも一定である必要はなく、例えば、位相格子４に向けて深くなるように（つまり、窪み３０４の位相格子４方向の断面もクサビ形状を有するように）変えてもよい。このようにすれば、入力スラブ３から位相格子４へ向かう光が、窪み３０４で挟まれた部分で位相格子４に近づくにつれて緩やかに集中して伝搬することになるので、窪み３０４の深さを変えない場合に比して、より位相格子４での光結合効率を高めることが可能である。
【００５８】
（Ｂ）第２実施形態の説明
（Ｂ１）構成及び動作説明
図８は本発明の第２実施形態を説明するための図で、図１と同様に、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００５９】
そして、図８（ａ）においても、１はＡＷＧ波長合分波装置、２は入力導波路、３は入力スラブ、４は位相格子導波路、５は出力スラブ、６は出力導波路をそれぞれ示し、図８（ｂ）〜図８（ｅ）においても、１０１はシリコン基板、１０２は石英ガラスで構成されたクラッド、１０３は石英ガラスで構成されたコアをそれぞれ示す。
【００６０】
また、本実施形態においても、コア１０３とクラッド１０２の比屈折率差は０．５％、コア１０３の厚さｔは７μｍ、クラッド１０２の厚さはコア１０３を挟む上下とも２０μｍである。さらに、コア１０３の厚さは全領域で同じである。また、入力導波路２，出力導波路６及びテーパ形状部４０１及び４０２を除く位相格子導波路４のコア幅は７μｍである。
【００６１】
また、入力スラブの半径ｒ１は４０ｍｍ、入力スラブ３側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ１は２０μｍ、ギャップＧは３．５μｍ、出力スラブの半径ｒ２は４０ｍｍ、出力スラブ５側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ２は２０μｍ、ギャップは３．５μｍである。なお、以降、既述の符号と同一符号を付すものは、特に断らない限り、既述のものと同一もしくは同様のものとする。
【００６２】
そして、本第２実施形態においては、図８（ａ）及び図８（ｄ）に示すように、入力スラブ３を構成するコア１０３を覆うクラッド１０２の表面に、位相格子４側の幅が５μｍ、入力導波路２側の幅が２．５μｍで、長さ１ｍｍ、深さ１５μｍのクサビ（楔）状の窪み（クラッド厚が薄くなる部分）３０５が形成されている。
【００６３】
このクサビ（楔）状の窪み（クラッド厚が薄くなる部分）３０５は、図８（ａ）に示すように、隣接する２つの窪み３０５間の（幾何学的）中心線３０８を位相格子導波路４側（光の伝搬方向）に延長した線３０８が位相格子導波路４の中心線４０５に重なるように（第１実施形態のコア１０３の窪み３０４と同等の位置に）形成されている。
【００６４】
つまり、本第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１は、第１実施形態にて前述したものに比して、入力スラブ３を構成するコア１０３は平坦であって、そのコア１０３を覆うクラッド１０２に複数の窪み３０５が形成されている点が異なる。ここで、コア１０３上のクラッド１０２は、空気よりも屈折率が大きいので、クラッド１０２が薄い窪み３０５の部分はクラッド１０２が厚い他の部分に比べて屈折率が相対的に低くなる。
【００６５】
したがって、光は屈折率が高い部分に集まる性質をもつので、図９に模式的に示すように、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かって進む光８はクラッド１０２が薄い部分（窪み）３０５間（高屈折率領域）に集められた後、位相格子４に入射することになる。なお、図９の８０１はクラッド１０２が薄くなった窪み３０５で挟まれた部分に集められた後、位相格子４に入射した光の電界強度分布を模式的に示している。
【００６６】
そして、図１０はこの場合の入力スラブ３と位相格子導波路４の光（電界）強度分布とその結合の状態を示す図である。なお、この場合も、第１実施形態の図４と同様に、図１０（ａ）は図８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における線Ｘｃ−Ｘｃ上の光（電界）強度分布、図１０（ｃ）は図８（ａ）におけるＤ−Ｄ断面、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）の線Ｘｄ−Ｘｄ上の光（電界）強度分布をそれぞれ示す図である。また、図１０（ｄ）のＥ１１ａは複数の位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１が重なり合って形成される光（電界）強度分布を示す。
【００６７】
以上の図９及び図１０から分かるように、本第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１では、入力スラブ３上のクラッド１０２に薄い部分（窪み）３０５が設けられているために、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光（電界）強度分布が、図１０（ａ）のＥ１０で示すように凹凸をもつ分布になる。
ここで、クラッド１０２の窪み３０５の部分と位相格子導波路４の位置関係を調節しているため、入力スラブ３上の電界分布Ｅ１０〔図１０（ａ）参照〕と位相格子導波路４上の電界分布Ｅ１１ａ〔図１０（ｄ）参照〕の凹凸の位置とが一致する。そのため、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かって進む光８のうちギャップＧで散乱される成分、即ち、図１０（ｅ）に示すように、重ね合わせ後の損失成分Ｅ１３が小さくなり、結合損失が低減される。
【００６８】
（Ｂ２）製造手順の説明
次に、入力スラブ３のクラッド１０２に上記の窪み３０５を形成する手順について、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）を参照しながら説明する。なお、これらの図１１（ａ）〜図１１（ｃ）はいずれも図８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に相当する図である。
【００６９】
まず、図１１（ａ）に例示するように、この場合も、シリコン基板１０１上に、ＣＶＤ法等により石英ガラスによるコア１０３及びクラッド１０２を積層形成する。この工程で、入力導波路２，位相格子導波路４，出力スラブ５及び出力導波路６が形成される。また、コア１０３の厚さは７μｍ、コア１０３の下側に位置するクラッド１０２の厚さは２０μｍ、コア１０３の上側に位置するクラッド１０２の厚さは２０μｍである。
【００７０】
次いで、図１１（ｂ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて上記の複数の窪み３０５を形成する。なお、この図１１（ｂ）においても、７３は反応性イオンエッチングの際に用いるマスク（フォトレジスト（感光性有機材料））を示す。そして、図１１（ｃ）に例示するように、フォトレジスト７３を除去することにより、図８に示すＡＷＧ波長合分波装置１が形成される。
【００７１】
以上のように、本第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１によれば、入力スラブ３のクラッド１０２に、位相格子導波路４の配置に応じて複数のクサビ状の窪み３０５を形成しているので、隣接する窪み３０５に挟まれた部分の屈折率が他の部分よりも相対的に高くなり、入力スラブ３から位相格子導波路４に進む光が隣接する窪み３０５に挟まれた部分に集中して位相格子導波路４へ導波され、位相格子導波路４に結合する。したがって、この場合も、ギャップＧに起因する結合損失が大幅に低減される。
【００７２】
特に、本実施形態では、入力スラブ３のクラッド１０２の表面に窪み３０５を形成するので、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）により上述したように、第１実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１よりも、簡単な工程で入力スラブ３に所望の屈折率分布を精度良くもたせることが可能である。なお、勿論、この場合も、第１実施形態と同様に、偏波依存性損失の発生も確実に抑制することができる。また、この場合も、窪み３０５の形状を、第１実施形態と同様に、クサビ形状としているので、窪み３０５自体による散乱光の発生を抑制して、光結合損失をより低減することが可能である。
【００７３】
さらに、上述した例においても、クサビ状の窪み３０５の深さを調節することにより、窪み３０５を形成した部分と隣接する窪み３０５間の部分との屈折率差を変化させることができる。大きな屈折率差を得たい場合には、窪み３０５を深くする。例えば、１本の位相格子導波路４の幅がより狭い場合等には、屈折率差を大きくして光強度分布をより細くすると結合損失を低減できるので、窪み３０５の深さを必要な屈折率差に応じて深くすれば良い。
【００７４】
この場合、例えば図１２（ｄ）に示すように、窪み３０５（３０５ａ）がコア１０３の表面に達するまでその深さを深くしてもよいし、コア１０３の表面よりも深く、即ち、例えば図１３（ｄ）に示すように、コア１０３内に窪み３０５（３０５ｂ）が達するまで（コア１０３の一部も除去するように）その深さを更に深くしてもよい。なお、図１２（ａ）〜図１２（ｃ），図１２（ｅ）と図１３（ａ）〜図１３（ｃ），図１３（ｅ）は、それぞれ、図８（ａ）〜図８（ｃ），図８（ｅ）に対応し、既述の構成と同様である。
【００７５】
このようにすれば、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光がより強く隣接する窪み３０５ａ間又は窪み３０５ｂ間に閉じ込められ、光強度分布の幅が狭くなる効果が得られる。したがって、窪み３０５の形成位置を変えることなく、１本の位相格子導波路４の幅がより狭い場合等においても、必要な屈折率差を容易に得て、光結合効率を向上することができる。
【００７６】
また、この場合も、窪み３０５（３０５ａ，３０５ｂ）の深さは、必ずしも一定である必要はなく、例えば、位相格子４に向けて深くなるように（つまり、窪み３０５の位相格子４方向の断面もクサビ形状を有するように）変えてもよい。このようにすれば、入力スラブ３から位相格子４へ向かう光が、窪み３０５で挟まれた部分で位相格子４に近づくにつれて緩やかに集中して伝搬することになるので、光強度分布が非常に細くなっても、位相格子４での光結合効率を容易に高めることが可能である。
【００７７】
（Ｃ）第３実施形態の説明
（Ｃ１）構成及び動作説明
図１４は本発明の第３実施形態を説明するための図で、図１や図８，図１２，図１３と同様に、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００７８】
ここで、図１４（ａ）においても、１はＡＷＧ合分波装置、２は入力導波路、３は入力スラブ、４は位相格子導波路、５は出力スラブ、６は出力導波路を示し、図１４（ｂ）〜図１４（ｅ）においても、１０１はシリコン基板、１０２は石英ガラスで構成されたクラッド、１０３は石英ガラスで構成されたコアを示す。また、コア１０３とクラッド１０２との比屈折率差は０．５％、コア１０３の厚さｔは７μｍ、クラッド１０２の厚さはコア１０３を挟む上下とも２０μｍである。さらに、後述する突起３０６を除くコア１０３の厚さは全領域で同じである。また、入力導波路２，出力導波路６及びテーパ形状部４０２を除く位相格子導波路４のコア幅は７μｍである。
【００７９】
さらに、入力スラブ３の半径ｒ１は４０ｍｍ、入力スラブ３側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ１は２０μｍ、ギャップＧは３．５μｍ、出力スラブ５の半径ｒ２は４０ｍｍ、出力スラブ５側の位相格子導波路４の間隔（ピッチ）Ｐ２は２０μｍ、ギャップは３．５μｍである。なお、以下においても、既述の符号と同一符号を付すものは、いずれも特に断らない限り、既述のものと同一もしくは同様のものである。
【００８０】
そして、本第３実施形態においては、図１４（ａ）及び図１４（ｄ）に例示するように、入力スラブ３を構成するコア１０３の表面に、位相格子４側の幅が１０μｍ、入力導波路２側の幅が１μｍで、長さ１ｍｍ、高さ３μｍのクサビ（楔）状の突起（凸部；コア厚の厚い部分）３０６が複数形成されている。これらのクサビ（楔）状の突起３０６は、それぞれ、個々の位相格子４の配置に対応して設けられており、当該突起３０６の（幾何学的）中心線３０９を位相格子４側（光の伝搬方向）へ延長した線３０９が位相格子導波路４の中心線４０５と重なるように形成されている。
【００８１】
つまり、本第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１は、第２実施形態にて上述したものに比して、入力スラブ３を構成するコア１０３に複数の突起３０６を形成するとともに、当該突起３０６の中心線３０９を位相格子導波路４側に延長した線３０９と位相格子導波路４の中心線４０５とが重なるような位置関係で当該突起３０６を形成している点が異なる。
【００８２】
このようにすると、コア厚の厚い部分３０６の屈折率が他の部分に比べて相対的に大きくなる。光は屈折率が高い部分に集まる性質をもつので、図１５に例示するように、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かって進む光８はコア厚の厚い部分３０６（高屈折率領域）に集められた後、位相格子４に入射することになる。なお、図１５において、８０１はコア厚の厚い部分３０６に挟まれた領域に集められた後、位相格子４に入射した光の電界強度分布を示している。
【００８３】
そして、図１６はこの場合の入力スラブ３と位相格子導波路４の光（電界）強度分布と、その結合の状態を示す図で、図１６（ａ）は図１４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面、図１６（ｂ）は図１６（ａ）における線Ｘｃ−Ｘｃ上の光（電界）強度分布、図１６（ｃ）は図１４（ａ）におけるＤ−Ｄ断面、図１６（ｄ）は図１６（ｃ）における線Ｘｄ−Ｘｄ上の光（電界）強度分布をそれぞれ示す図である。なお、図１６（ｄ）において、Ｅ１１ａは複数の位相格子導波路４の光（電界）Ｅ１１が重なり合って形成される光（電界）強度分布を示している。
【００８４】
これらの図１５及び図１６から分かるように、本実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１では、入力スラブ３に、コア厚の厚い部分３０６が設けられているために、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光（電界）強度分布が、図１６（ａ）にＥ１０で示すように凹凸をもつ分布になる。そして、コア厚の厚い部分３０６と位相格子導波路４の位置関係を調節しているため、入力スラブ３上の電界分布Ｅ１０（図１６（ａ））と位相格子導波路４上の電界分布Ｅ１１ａ（図１６（ｄ））の凹凸の位置が略一致する。その結果、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かって進む光のうちギャップＧで散乱される成分が少なくなり、図１６（ｅ）に示すように、両分布の重ね合わせ後の損失成分Ｅ１３が小さくなり、光結合損失が低減される。
【００８５】
（Ｃ２）製造手順の説明
次に、入力スラブ３のコア１０３に上記の突起（コア厚の厚い部分）３０６を形成する手順について、図１７（ａ）〜図１７（ｄ）を参照しながら説明する。なお、これらの図１７（ａ）〜図１７（ｄ）は、いずれも、図１４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に相当する図である。
【００８６】
まず、図１７（ａ）に例示するように、シリコン基板１０１上に、ＣＶＤ法等により、石英ガラス製の下側のクラッド１０２ａとコア１０３となる層を堆積（積層）する。なお、クラッド１０２ａの厚さは例えば２０μｍ、コア１０３の厚さは例えば１０μｍである。
次いで、図１７（ｂ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、上述した突起３０６を形成する。なお、この図１７（ｂ）においても、７１は反応性イオンエッチングの際のマスク（フォトレジスト（感光性有機材料））を示す。
【００８７】
このフォトレジストを除去後、図１７（ｃ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、コアパターン３を形成する。なお、この工程で、入力導波路２，位相格子導波路４，出力スラブ５，出力導波路６も形成される。そして、最終的に、図１７（ｄ）に例示するように、上側のクラッド（オーバクラッド）１０２ｂを埋め込むことにより、図１４に示すＡＷＧ波長合分波装置１が形成される。
【００８８】
以上のように、本第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置１によれば、入力スラブ３の位相格子４近傍に、位相格子４の配置に応じて複数のクサビ状の突起３０６を設けてその部分３０６の屈折率を他の部分よりも相対的に高くしているので、入力スラブ３から位相格子４に進む光を突起３０６に集中させながら位相格子４へ導波させて位相格子４に結合させることができる。
【００８９】
したがって、この場合も、第１及び第２実施形態と同様に、ギャップＧに起因する光結合損失が大幅に低減される。そして、第１及び第２実施形態と同様に、偏波依存性損失の発生も確実に抑制することができる。また、突起３０６の形状を、第１及び第２実施形態と同様に、クサビ形状としているので、突起３０６自体による散乱光の発生も抑制して、光結合損失をより低減することが可能である。
【００９０】
なお、上記の突起３０６の高さ（隆起高さ）を変えることにより、突起３０６がある部分と無い部分との屈折率差を変化させることができる。例えば、突起３０６を高くするほど屈折率差は大きくなる。したがって、この場合も、１本の位相格子導波路４の幅が狭い場合には、それに応じて、例えば、突起３０６の面方向の幅を狭くするとともに、あるいは、当該幅は変えずに、突起３０６の高さを高くして、入力スラブ３から位相格子導波路４に向かう光の強度分布をより細くすることで、結合効率を向上することができる。
【００９１】
また、この場合も、突起３０６の高さは、必ずしも一定である必要はなく、例えば、位相格子４に向けて高くなるように（つまり、突起３０６の位相格子４方向の断面もクサビ形状を有するように）変えてもよい。このようにすれば、入力スラブ３から位相格子４へ向かう光が、突起３０６の設けられた部分で位相格子４に近づくにつれて緩やかに集中して伝搬することになるので、光強度分布が非常に細くなっても、位相格子４での光結合効率を容易に高めることが可能である。
【００９２】
ところで、上述した例では、クサビ状の突起３０６をコア１０３の表面に形成している〔図１４（ｄ）参照〕が、例えば、図１８（ｂ）に示すように、コア１０３の裏面（シリコン基板１０１側の面）に形成してもよいし、図１８（ｃ）に示すように、コア１０３の両面に形成してもよい。いずれの場合にも、上述した例と同様の作用効果が得られる。なお、図１８（ａ）は図１４（ａ）と同じものであり、上記の図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）はいずれも図１８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。また、これらの図１８（ａ）〜図１８（ｃ）においても、既述の符号と同一符号を付したものは、いずれも、既述のものと同一もしくは同様のものである。
【００９３】
ここで、上述のごとくコア１０３の裏面に突起３０６を形成する場合の製造手順について、図１９（ａ）〜図１９（ｅ）を参照しながら説明する。なお、これらの図１９（ａ）〜図１９（ｅ）はいずれも図１８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に相当する図である。
まず、図１９（ａ）に例示するように、シリコン基板１０１上に、ＣＶＤ法等により、石英ガラスによる厚さ２０μｍの下側のクラッド１０２ａを堆積（積層）する。次いで、図１９（ｂ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、上記クサビ上の窪み３０６ａを形成する。なお、この図１９（ｂ）においても、７１は反応性イオンエッチングの際に用いるマスク（フォトレジスト（感光性有機材料））を示す。
【００９４】
次に、図１９（ｃ）に例示するように、厚さ７μｍのコア１０３を堆積（積層）した後、図１９（ｄ）に例示するように、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術等を用いて、コアパターン３を形成する。これにより、上記クサビ状の窪み３０６ａの部分が、上記突起３０６となる。なお、この図１９（ｄ）においても、７２は反応性イオンエッチングの際に用いるマスク（フォトレジスト（感光性有機材料））を示す。また、この工程で、入力導波路２，位相格子導波路４、出力スラブ５及び出力導波路６も形成される。
【００９５】
そして、上記フォトレジスト除去後、最終的に、図１９（ｅ）に例示するように、コアパターン３の上からクラッド１０２ｂ（このクラッド１０２ａと上記クラッド１０２ｂとでクラッド１０２が形成される）を埋め込むことにより、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すＡＷＧ波長合分波装置１が形成される。
なお、入力スラブ３を構成するコア１０３の両面に突起３０６を形成する場合は、図１９（ｃ）に示す状態の後、図１７（ｂ）〜図１７（ｄ）により前述した工程を実施すればよい。
【００９６】
また、上記の場合も、突起３０６の高さを変えることにより、突起３０６がある部分と無い部分との屈折率差を変化させることができる。突起３０６をコア１０３の両面に設けた場合は、一方の面の突起３０６の高さと他方の面の突起３０６の高さとを変えてもよいし、同じにしてもよい。
（Ｄ）その他
上述した各実施形態では、いずれも、クサビ状の窪み３０４，３０５又は突起３０６を入力スラブ３のみに形成しているが、同様に、出力スラブ５にも形成してもよい。また、上述した実施形態では、いずれも、ＡＷＧ波長合分波装置１の分波機能に着目した動作を説明したが、基本的な合波機能は従来のものと同様である。
【００９７】
また、上述した例で使用したコア１０３やクラッド１０２等の寸法や材質等については、あくまでも一例であり、勿論、それらに限定されるものではない。さらに、上述した例では、窪み３０４，３０５又は突起３０６の形状をクサビ形状としているが、勿論、これに限定されるものではなく、窪み３０４，３０５や突起３０６自体による散乱光の発生を抑制しうる形状であれば、多少の変形は許容される。
【００９８】
そして、本発明は、上述した各実施形態に限定されず、これら以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができることはいうまでもない。
（Ｅ）付記
（付記１） 基板上にクラッド層と所定パターンのコア層とを積層して形成される導波路を有する波長分波装置であって、
複数チャネルの光が波長多重された光を伝搬する入力導波路と、
該入力導波路から入力された光を自由伝搬させる入力スラブ導波路と、
所定の導波路長差を有し、該入力スラブ導波路から入力される光をそれぞれ伝搬する複数のチャネル導波路から成る位相格子導波路と、
該位相格子導波路の該複数のチャネル導波路を伝搬してくる各光を自由伝搬させて波長の違いに応じて異なる位置に集光させる出力スラブ導波路と、
該出力スラブ導波路にて集光された光を伝搬する複数の出力導波路とがそれぞれ該コア層により該所定パターンとして形成されるとともに、
該入力スラブ導波路に、少なくとも該コア層又は該クラッド層の厚みを上記の各チャネル導波路の配置に応じて局所的に変化させることにより、該チャネル導波路近傍において他領域よりも相対的に屈折率を高くした高屈折率領域が形成されていることを特徴とする、アレイ導波路型波長分波装置。
【００９９】
（付記２） 該高屈折率領域が、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該コア層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成されていることを特徴とする、付記１記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１００】
（付記３） 該高屈折率領域が、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該クラッド層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成されていることを特徴とする、付記１記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０１】
（付記４） 該凹部が、任意の隣接する２つの該凹部間の幾何学的中心線を光の伝搬方向に延長すると、当該幾何学的中心線が該チャネル導波路の中心線と重なるように形成されていることを特徴とする、付記２又は付記３に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記５） 該クラッド層の凹部が、該入力スラブ導波路を構成する該コア層の表面にまで達していることを特徴とする、付記３又は付記４に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０２】
（付記６） 該クラッド層の凹部が、該入力スラブ導波路を構成する該コア層の内部にまで達していることを特徴とする、付記３又は付記４に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記７） 該凹部が、該チャネル導波路に向けて窪み幅の広がる楔形状を有していることを特徴とする、付記３〜６のいずれか１項に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０３】
（付記８） 該凹部が、該チャネル導波路に向けて窪み深さの深くなる楔形状を有していることを特徴とする、付記３〜７のいずれか１項に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記９） 該高屈折率領域が、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分近傍の該コア層に凸部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成されていることを特徴とする、付記１記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０４】
（付記１０） 該凸部が、当該凸部の幾何学的中心線を光の伝搬方向に延長すると、当該幾何学的中心線が該チャネル導波路の中心線と重なるように形成されたことを特徴とする、付記９記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記１１） 該凸部が、該コア層の一方の面に設けられたことを特徴とする、付記９又は付記１０に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０５】
（付記１２） 該凸部が、該コア層の両方の面にそれぞれ設けられたことを特徴とする、付記９又は付記１０に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
（付記１３） 該凸部が、該チャネル導波路に向けて隆起幅の広がる楔形状を有していることを特徴とする、付記９〜１２のいずれか１項に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０６】
（付記１４） 該凸部が、該チャネル導波路に向けて隆起高さの高くなる楔形状を有していることを特徴とする、付記９〜１３のいずれか１項に記載のアレイ導波路型波長分波装置。
【０１０７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のアレイ導波路型波長分波装置によれば、次のような効果ないし利点が得られる。
（１）入力スラブ導波路に、各チャネル導波路の配置に応じて少なくともコア又はクラッドの厚みを局所的に変える（凹部又は凸部を設ける）ことによりチャネル導波路近傍において高屈折率領域を設けているので、入力スラブ導波路からチャネル導波路に進む光が当該高屈折率領域に集中して位相格子導波路へ導波されて位相格子導波路に結合される。したがって、入力スラブ導波路と位相格子導波路との接続部分に存在するギャップに起因する光結合損失が大幅に低減される。
【０１０８】
（２）特に、本発明では、入力スラブ導波路のチャネル導波路との接続部分近傍における高屈折率領域を、コア又はクラッドの厚みをチャネル導波路の配置に応じて変化させることで形成しているので、ＧｅやＴｉ，Ｃｅ等がコアやクラッドにドープされない場合にも適用できる。また、周囲温度に依存して付与した屈折率が経時変化することも防止できるので、本装置の耐性を向上できるとともに、本装置の挿入損失の経時変化を大幅に低減することができる。更には、紫外線照射によるコア又はクラッドの体積変化に起因する偏波依存性損失の発生も確実に抑制することができる。
【０１０９】
（３）また、本発明では、凹部や凸部の形状をチャネル導波路に近づくにつれて（光の伝搬方向へ）その幅の広がるクサビ状にしているので、光が凹部や凸部にさしかかったときの当該凹部や凸部自体による散乱光の発生を抑制することができ、よりチャネル導波路での光結合損失を低減することも可能である。
（４）さらに、上記の凹部の窪み深さや凸部の隆起高さを、チャネル導波路に向けて広がるように（つまり、凹部又は凸部のチャネル導波路方向の断面もクサビ形状を有するように）すれば、入力スラブ導波路からチャネル導波路へ向かう光が、高屈折率領域でチャネル導波路４に近づくにつれて緩やかに集中して伝搬することになるので、凹部の窪み深さ又は凸部の隆起高さを一定にする場合に比して、よりチャネル導波路での光結合効率を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するための図で、（ａ）は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧ波長合分波装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はＡＷＧ波長合分波装置の入力導波路及び入力スラブを伝搬する光（電界）の強度分布を例示する図である。
【図３】入力スラブから位相格子導波路に伝搬する光の電界分布の一例を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は入力スラブを伝搬し位相格子導波路に結合する光の損失要因を定性的に説明するための図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブから位相格子導波路に向かう光の光（電界）強度分布を説明するための図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は第１実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブと位相格子導波路の光（電界）強度分布とその結合の状態を説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は第１実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブ（コア）に窪みを形成する工程を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態を説明するための図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図９】第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブから位相格子導波路に向かう光の光（電界）強度分布を説明するための図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブと位相格子導波路の光（電界）強度分布とその結合の状態を説明するための図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は第２実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブ（クラッド）に窪みを形成する工程を説明するための図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の第１変形例を説明するための図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の第２変形例を説明するための図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態を説明するための図で、（ａ）はＡＷＧ波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｅ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図１５】第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブから位相格子導波路に向かう光の光（電界）強度分布を説明するための図である。
【図１６】（ａ）〜（ｅ）は第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブと位相格子導波路の光（電界）強度分布とその結合の状態を説明するための図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は第３実施形態のＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブ（コア）に突起を形成する工程を説明するための図である。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は第３実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１９】（ａ）〜（ｅ）は図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すＡＷＧ波長合分波装置の入力スラブ（コア）に突起を形成する工程を説明するための図である。
【図２０】従来のＡＷＧ光導波路を用いるアレイ導波路型波長合分波装置の構成を示す図で、（ａ）は波長合分波装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は従来の波長合分波装置の分光原理を説明するための図である。
【図２２】（ａ）〜（ｆ）は従来の波長合分波装置の出力スラブでの集光作用を説明するための図である。
【図２３】（ａ）〜（ｃ）は従来の波長合分波装置の入力スラブと位相格子導波路との接続部に存在するギャップにより発生する損失を説明するための図である。
【図２４】（ａ）及び（ｂ）は従来の他の波長合分波装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ＡＷＧ波長合分波装置
２ 入力導波路
３ 入力スラブ導波路
３０１ 接続点（光の拡散中心）
３０２ 半径ｒ１の円弧状境界面
３０４，３０５，３０５ａ，３０５ｂ クサビ状の窪み
３０６ クサビ状の突起
３０７ 隣接する２つの窪み（コア厚が薄い部分）間の（幾何学的）中心線
３０８ 隣接する２つの窪み（クラッド厚が薄い部分）間の（幾何学的）中心線
３０９ 突起（コア厚が厚い部分）の（幾何学的）中心線
４ 位相格子導波路（チャネル導波路）
４０１，４０２ テーパ形状部
４０３，４０４ 結節点
４０５ 位相格子導波路の中心線
５ 出力スラブ導波路
５０２ 半径ｒ２の円弧状境界面
５０４ 半径ｒ２の円弧のローランド円に相当する円弧
６ 出力導波路
８ 光
７１，７２ マスク（フォトレジスト（感光性有機材料））
８０ 光の軌跡
８０１ 位相格子導波路に結合した成分
８０２ 損失になる成分
１０１ シリコン基板
１０２，１０２ａ，１０２ｂ クラッド層
１０３ コア層
Ｐ１，Ｐ２ 結節点における位相格子導波路間隔
Ｇ ギャップ
ｗ２，ｗ４ コア幅
Claims (5)
- 基板上にクラッド層と所定パターンのコア層とを積層して形成される導波路を有する波長分波装置であって、
複数チャネルの光が波長多重された光を伝搬する入力導波路と、
該入力導波路から入力された光を自由伝搬させる入力スラブ導波路と、
所定の導波路長差を有し、該入力スラブ導波路から入力される光をそれぞれ伝搬する複数のチャネル導波路から成る位相格子導波路と、
該位相格子導波路の該複数のチャネル導波路を伝搬してくる各光を自由伝搬させて波長の違いに応じて異なる位置に集光させる出力スラブ導波路と、
該出力スラブ導波路にて集光された光を伝搬する複数の出力導波路とがそれぞれ該コア層により該所定パターンとして形成されるとともに、
該入力スラブ導波路に、少なくとも該コア層又は該クラッド層の厚みを上記の各チャネル導波路の配置に応じて局所的に変化させることにより、該チャネル導波路近傍において他領域よりも相対的に屈折率を高くした高屈折率領域が形成されていることを特徴とする、アレイ導波路型波長分波装置。 - 該高屈折率領域が、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該コア層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成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型波長分波装置。
- 該高屈折率領域が、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分間近傍の該クラッド層に凹部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成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型波長分波装置。
- 該凹部が、該チャネル導波路に向けて窪み幅の広がる楔形状を有していることを特徴とする、請求項３記載のアレイ導波路型波長分波装置。
- 該高屈折率領域が、該入力スラブ導波路における上記各チャネル導波路との接続部分近傍の該コア層に凸部をそれぞれ設けることにより、上記各チャネル導波路との接続部分近傍において他領域よりも相対的に高い屈折率をもつように形成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型波長分波装置。
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