JP2004126131A - 光合分波器 - Google Patents
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Abstract
【課題】界分布のピークが平坦化された広帯域な波長特性を得ることができる光合分波器を提供する。
【解決手段】入力導波路１２と、第１のスラブ導波路１３と、チャネル導波路アレイ１４と、第２のスラブ導波路１５と、出力導波路１６とを備えたアレイ導波路回折格子型の光合分波器１０において、第２のスラブ導波路１５内のチャネル導波路アレイ１４との境界近傍に、スラブ導波路１５とは屈折率が異なる一対の異屈折率部４０が形成されている。異屈折率部４０は、スラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂから半島状に突き出ている。チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから出て出力導波路１６に向かう光がこの異屈折率部４０を通ることにより、第２のスラブ導波路１５と出力導波路１６との境界において、界分布のピークが平坦化された光分布が形成される。
【選択図】 図１
【解決手段】入力導波路１２と、第１のスラブ導波路１３と、チャネル導波路アレイ１４と、第２のスラブ導波路１５と、出力導波路１６とを備えたアレイ導波路回折格子型の光合分波器１０において、第２のスラブ導波路１５内のチャネル導波路アレイ１４との境界近傍に、スラブ導波路１５とは屈折率が異なる一対の異屈折率部４０が形成されている。異屈折率部４０は、スラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂから半島状に突き出ている。チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから出て出力導波路１６に向かう光がこの異屈折率部４０を通ることにより、第２のスラブ導波路１５と出力導波路１６との境界において、界分布のピークが平坦化された光分布が形成される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重光信号の合波あるいは分波に使用されるアレイ導波路回折格子型の光分岐器に係り、特に、広帯域な光波長特性を有する光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野において、複数の信号を別々の波長の光にのせ、１本の光ファイバで伝送することによって情報容量を拡大する波長分割多重伝送方式が研究されている。この伝送方式においては、互いに異なる複数種類の波長の光を合波あるいは分波するための光合分波器が重要な役割を果たす。各種の光合分波器のうちアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いる光合分波器は、狭い波長間隔で波長の多重数を大きくすることができるため、有望視されている。
【０００３】
従来のアレイ導波路回折格子は、基板上に形成された入力導波路と、出力導波路と、湾曲した多数の導波路からなるチャネル導波路アレイと、前記入力導波路と前記チャネル導波路アレイとの間に形成された入力側の扇形スラブ導波路と、前記チャネル導波路アレイと前記出力導波路との間に形成された出力側の扇形スラブ導波路とを備えている。前記チャネル導波路アレイは、互いに隣り合う導波路どうしが所定の光路長差を有するよう、湾曲の内側から外側に向かって光路長を順次長くしている。
【０００４】
このため、チャネル導波路アレイの各導波路の一端側に入射した波長分割多重光信号は、周波数ごとに光の位相にずれを生じながら、各導波路の他端側に向かって伝播する。この位相ずれ量は光の波長に依存し、集束光の波面が波長に応じて傾いているため、出力側の扇形スラブ導波路内での各光の集光位置が各光の波長に応じて異なることになる。こうして分波された波長の異なる光は、各波長に応じて、互いに異なる位置の出力導波路に集光する。
【０００５】
従来のように扇形スラブ導波路の屈折率が一様な場合、入力界分布がガウシアンタイプであれば、集光点ではそのままガウシアン分布の界分布を作り出すことになる。この結果、波長特性は従来のような各チャネルの中心波長の１点でピークをもつようなものとなる。
【０００６】
図１０は、前記従来のアレイ導波路回折格子において、出力側の扇形スラブ導波路と出力導波路との境界における電界分布を示している。この電界分布はビームの中心に鋭いピークを有している。このため電界のピークを所定の出力導波路の中心に正確に当てることができれば、効率良く光を伝達することができる。
【０００７】
図１１は従来のアレイ導波路回折格子の波長特性を示している。図１１の横軸は波長、縦軸は損失を示している。このように従来のアレイ導波路回折格子では、各導波路ごとに、中心波長にピークをもつ放物線状の波長特性をなしている。
【０００８】
このため従来のアレイ導波路回折格子は、温度変化などによって、レ−ザ光源の波長が各導波路の中心光波長から僅かでも変化すると、損失が大幅に増大してしまうという問題があった。
【０００９】
このような問題は、図１２に示すアレイ導波路回折格子１によってある程度解決することができる。このアレイ導波路回折格子１は、入力導波路２と扇形スラブ導波路３との境界に、入力導波路２のコアがスラブ導波路３に向かって広がる二次関数形状のパラボリック部４を有している。このスラブ導波路３にはチャネル導波路アレイ５が接続されている。
【００１０】
上記従来例では、パラボリック部４を設けることにより、各入力導波路２からスラブ導波路３内に伝播した光がマルチモード化し、高次モードが発生する。これによりダブルピークをもつ界分布が作り出され、ある程度の広帯域特性を得ることが可能となる。（例えば下記特許文献１，２，３を参照）
【００１１】
【特許文献１】
特開平７ー３３３４４７号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平９ー２９７２２８号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平１０ー１９７７３５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしパラボリック部４を有するアレイ導波路回折格子１は、パラボリック部４を設ける分だけ光路長が長くなるため、全体寸法が大きくなってしまうという欠点がある。また、隣り合う複数の導波路２に形成されたパラボリック部４どうしが互いに接近するため、アレイ導波路回折格子１を製造する際に、パラボリック部４のコア間にクラッド層を充分に埋め込むことが困難になるという問題もある。
【００１５】
従って本発明の目的は、製造が困難化することなく、広帯域な光波長特性が得られる光合分波器を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光合分波器は、基板上に形成された入力導波路と、湾曲した複数の導波路からなり湾曲の内側から外側に向かって隣り合う前記導波路どうしで光路長が順次長くなるように設けられたチャネル導波路アレイと、基板上に形成された出力導波路と、前記入力導波路と前記チャネル導波路アレイとの間に形成された第１のスラブ導波路と、前記チャネル導波路アレイと前記出力導波路との間に形成された第２のスラブ導波路と、を具備する光合分波器において、前記第２のスラブ導波路内の長さ方向中央部よりも前記チャネル導波路アレイ寄りの位置に、前記第２のスラブ導波路とは屈折率が異なり、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に延びる異屈折率部を形成している。
このような異屈折率部を設けることにより、光の集光位置をずらすことができる。
【００１７】
前記異屈折率部の屈折率は、例えば第２のスラブ導波路のコアの屈折率よりも低く、望ましくは第２のスラブ導波路のクラッド層の屈折率と同じ値である。この場合、前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の中央に向かって幅が小さくなるようなテーパ状をなしているとよい。
【００１８】
場合によっては、前記異屈折率部の屈折率が第２のスラブ導波路のコアの屈折率よりも高くてもよい。この場合、前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の中央に向かって幅が大きくなるような逆テーパ状をなしているとよい。
【００１９】
本発明の好ましい形態では、前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の両側部から該スラブ導波路の中央に向かって突出する一対の半島状に形成されているとよい。この場合、チャネル導波路アレイから第２のスラブ導波路に入った光の集光位置を半分づつ対称にずらすことになり、第２のスラブ導波路と出力導波路との境界において複数の電界分布が重なったフラットな光分布が形成される。なお、前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の両側部から離れていてもよい。
【００２０】
本発明では、前記異屈折率部の幅、または屈折率が、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に変化していてもよい。
【００２１】
本発明の好ましい形態では、前記第１のスラブ導波路内のチャネル導波路アレイ寄りの位置と、前記第２のスラブ導波路内のチャネル導波路アレイ寄りの位置との少なくも一方に、前記異屈折率部とは別に、前記各スラブ導波路とは屈折率の異なる島状領域が形成されているとよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態について図１から図８を参照して説明する。 図１は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型の光合分波器１０を示している。この光合分波器１０は、基板１１上に形成された複数の入力導波路１２と、第１の扇形スラブ導波路１３と、湾曲した多数の導波路１４ａからなるチャネル導波路アレイ１４と、第２の扇形スラブ導波路１５と、複数の出力導波路１６などを備えている。入力導波路１２と出力導波路１６には光ファイバ（図示せず）等が接続されるようになっている。
【００２３】
第１のスラブ導波路１３は、入力導波路１２とチャネル導波路アレイ１４との間に形成され、入力導波路１２とチャネル導波路アレイ１４とを光学的に接続している。
【００２４】
第２のスラブ導波路１５は、チャネル導波路アレイ１４と出力導波路１６との間に形成され、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａと出力導波路１６とを光学的に接続している。
【００２５】
これらのスラブ導波路１３，１５は、図３に示すように、例えば石英ガラスあるいはシリコンなどからなる基板１１と、基板１１上に平面状に広がるコア２０と、コア２０を覆うクラッド層２１を備えている。
【００２６】
チャネル導波路アレイ１４は、互いに長さが異なる湾曲した形状の複数の導波路１４ａを有している。各導波路１４ａは、互いに隣り合うものどうしで、所定の光路長差ΔＬを有するよう、湾曲の内側に位置するものから湾曲の外側に向かって、光路長を順次長くしている。
【００２７】
このため、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａの一端側から入射した波長分割多重光信号は、周波数ごとに光の位相にずれを生じながら、各導波路１４ａの他端側に向かって伝播する。この位相ずれ量は光の波長に依存し、集束光の波面が波長に応じて傾いているため、第２のスラブ導波路１５内での各光の集光位置が、各光の波長に応じて異なる。こうして分波された波長の異なる光が、各波長に応じた位置にある出力導波路１６に集光することになる。
【００２８】
この明細書では、便宜上、光が入射する側（例えば一方の導波路１２）を入力導波路と称し、光が出射する側（他方の導波路１６）を出力導波路と称しているが、光が逆方向から入射する場合には、一方の導波路１２が出力導波路、他方の導波路１６が入力導波路となる。
【００２９】
この光合分波器１０は、第１のスラブ導波路１３と第２のスラブ導波路１５の少なくとも一方に、複数の島状領域３０（図１と図２に模式的に示す）が形成されている。なお、図１と図２は、各導波路１２，１４ａ，１６および島状領域３０の全数のうち、一部のみを模式的に示している。
【００３０】
図４に示すように島状領域３０は、例えば石英ガラス等からなる基板１１上にクラッド層２１と一体に形成されている。島状領域３０の屈折率は、その周りのコア２０の屈折率よりも低い。
【００３１】
これらの島状領域３０は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａと関連した位置に形成されている。例えば第１のスラブ導波路１３内において、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａと入力導波路１２とを結ぶそれぞれの軸線の間に、島状領域３０が形成されている。島状領域３０は、光合分波器１０の使い方に応じて、第１のスラブ導波路１３と第２のスラブ導波路１５の双方に設ける場合もあるし、いずれか一方のみに設ける場合もありえる。
【００３２】
図２に示されるように、チャネル導波路アレイ１４と第２のスラブ導波路１５との境界近傍に、一対の異屈折率部４０が形成されている。これらの異屈折率部４０は、第２のスラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂからスラブ導波路１５の中央に向かって突き出るように、半島状に形成されている。
【００３３】
異屈折率部４０は、第２のスラブ導波路１５内のチャネル導波路アレイ１４寄りの位置、すなわちスラブ導波路１５の長手方向中間位置よりもチャネル導波路アレイ１４に近い位置に形成されている。異屈折率部４０の屈折率は第２のスラブ導波路１５とは異なっている。本実施形態の場合、異屈折率部４０の屈折率は第２のスラブ導波路１５のコア２０よりも低い値としている。
【００３４】
好ましくは、異屈折率部４０の屈折率をクラッド層２１の屈折率と同等にすることにより、クラッド層２１と異屈折率部４０とを同一材料によって、一体に成膜できるようにしている。この異屈折率部４０は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａが並ぶ方向、すなわちスラブ導波路１５の幅方向（図２に矢印Ｘで示す方向）に延びている。
【００３５】
異屈折率部４０の幅Ｗ（図５に示す）は、スラブ導波路１５の中央から両側部１５ａ，１５ｂに向かってテーパ状に広くなってゆくように、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａが並ぶ方向（矢印Ｘ方向）に変化している。すなわち異屈折率部４０の屈折率がスラブ導波路１５のコア２０よりも低い場合、異屈折率部４０の形状は、スラブ導波路１５の中央に向かって幅が小さくなるようなテーパ状をなしている。異屈折率部４０のテーパ形状は、光合分波器１０の比屈折率差、スラブ導波路１５の長さ、入出力導波路１２，１６のコアサイズなどの関係によって、最適な形状が決定される。
【００３６】
また、異屈折率部４０の屈折率がスラブ導波路１５のコア２０よりも高くてもよい。この場合、異屈折率部４０の形状は、スラブ導波路１５の中央に向かって幅が大きくなるような逆テーパ形状をなしているとよい。
【００３７】
なお、異屈折率部４０の屈折率が、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａが並ぶ方向（矢印Ｘ方向）に変化するよう、異屈折率部４０の屈折率を調整してもよい。
【００３８】
次に、上記光合分波器１０の製造方法について説明する。
基板１１には石英ガラスを用いる。スラブ導波路１３，１５のコア２０と、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａは、ゲルマニウムを添加した石英ガラスによって６μｍの厚さで一体に形成した。ガラスの形成方法は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、火炎堆積法（ＦＨＤ法）、蒸着法などを利用できる。クラッド層２１の屈折率（ｎｃ１）＝１．４５７４、コア２０とチャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａの屈折率（ｎｃ０）＝１．４６８４、比屈折率差Δ＝０．７５％、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａの断面は６×６μｍ２とした。
【００３９】
コア２０と島状領域３０と異屈折率部４０の各パターンは、リアクティブイオンエッチング法により同時に形成した。パターン形成後にクラッド層２１を所定の厚さに形成した。島状領域３０と異屈折率部４０を形成する個所において、コア２０が部分的にえぐられ、その後、クラッド層２１を所定の厚さに形成することにより、コア２０の上記えぐられた部分にクラッド層２１の一部が入り込む。なお、基板１１にシリコンを用いる場合には、基板１１とコア２０との間に下部クラッド層（図示せず）が形成される。
【００４０】
次に、前記光合分波器１０の作用について説明する。
入力導波路１２から第１のスラブ導波路１３に入射した波長分割多重信号光はシングルモードであり、一般にガウス分布型のパワー分布をもつ。第１のスラブ導波路１３に入射した光は、第１のスラブ導波路１３のコア２０において、スラブ導波路１３の横方向（幅方向）に広がる。そしてチャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａに入射する。
【００４１】
チャネル導波路アレイ１４を構成している湾曲した形状の各導波路１４ａは、湾曲の内側から外側に向かって光路長が順次長くなっている。このため、各導波路１４ａに入射した波長分割多重光信号は、周波数ごとに光の位相にずれが生じた状態で、第２のスラブ導波路１５に入射する。
【００４２】
第２のスラブ導波路１５内を伝播した波長多重信号の各光は、第２のスラブ導波路１５と出力導波路１６との境界において、波長によって互いに異なる集光点に向かう。そして各波長の光が出力導波路１６に向かう途中で、半島状の異屈折率部４０を通ることにより、第２のスラブ導波路１５と出力導波路１６との境界において、以下に述べるような収束状態が発生する。
【００４３】
すなわち、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから出て第２のスラブ導波路１５に入った光は、出力導波路１６に向かう途中で、図５に示すように半島状の異屈折率部４０に到達する。これらの光Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、異屈折率部４０を横切る距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が互いに異なるため、位相の差を生じる。
【００４４】
このため、異屈折率部４０の屈折率がスラブ導波路１５よりも低い場合、スラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂに近い光ほど、異屈折率部４０において、界が加速されることになる。このため図５に示すように等位相面が傾き、本来の集光点よりも内側にシフトした位置が集光点となる。
【００４５】
異屈折率部４０を設けない場合には、集光点（同位相点）は１点となる。しかし異屈折率部４０を設けた場合、図６にＬ´，Ｌ”で示すように、集光点（同位相点）が広がる。すなわち、Ｌ´，Ｌ”はＬよりも長いが、異屈折率部４０を通る光は速く進む。このため、Ｌ´，Ｌ”を通る光の位相が従来の集光点と同位相になる点が、矢印Ｚ１，Ｚ２で示す方向にずれる。その結果、集光点での界分布が広がる。
【００４６】
よってチャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから出た各々の光の集光点は、左右半分づつがそれぞれスラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂに向かってシフトする。このため、界分布はダブルピ−クのように広がり、図７に示すようにフラットに近い界分布が得られる。
【００４７】
なお、上記位相差は、理論上は導波路アレイ１４の光路差を少しずつ変化させることでも可能である。しかし現実には、非常に微少な光路距離の制御が必要になるため、製造が困難である。これに対し異屈折率部４０を形成することは、製造上、困難なことではない。
【００４８】
これらの効果を確認するために、以下のパラメータのもとで光合分波器１０のビーム伝搬解析によるシミュレ−ションを行った。パラメータの一例は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａの断面寸法６×６μｍ、比屈折率差Δ０．７５％、スラブ導波路１３，１５の各々の長さ９３８１μｍ、入力導波路１２と出力導波路１６のピッチ２５μｍ、チャネル導波路アレイ１４の導波路１４ａのピッチ２５μｍ、各導波路１４ａの光路長差１２６μｍである。
【００４９】
この実施形態では、光合分波器１０の低損失化を図るために、第１のスラブ導波路１３と第２のスラブ導波路１５に島状領域３０を形成した。島状領域３０の形状は台形とし、台形底辺の幅１２．６４μｍ、上辺３．６２μｍ、長さ（台形の高さ）６４．５７μｍ、島状領域３０からチャネル導波路アレイ１４までの距離を１２３．４３μｍとした。
【００５０】
シミュレ−ションの結果を図８に示す。
島状領域３０を設けたことにより、光合分波器１０全体の挿入損失を１．３ｄＢ程度に抑制することができた。分波される波長の間隔は周波数換算値で１００ＧＨｚ間隔であった。
【００５１】
広帯域化を実現するための半島状の異屈折率部４０は、第２のスラブ導波路１５のみに形成すればよい。異屈折率部４０の出力導波路１６側の面４０ａ（出力導波路１６と対向する面４０ａ）は、島状領域３０が並ぶ方向に沿って僅かに湾曲した形状をなしている。
【００５２】
異屈折率部４０のチャネル導波路アレイ１４側の面４０ｂ（チャネル導波路アレイ１４と対向する面４０ｂ）は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから本来の集光点に向かう光（一例として図５に示す光Ａ１〜Ａ４）が異屈折率部４０を横切る長さ（距離Ｌ１〜Ｌ４）が、スラブ導波路１５の中央から両側部１５ａ，１５ｂに向かって、３．３μｍづつ延びていくような点を結んだ線分によって形成される。
【００５３】
異屈折率部４０の頂点４０ｃ（図２に示す）は、第２のスラブ導波路１５のチャネル導波路アレイ１４側の端から１１５μｍの位置にある。この異屈折率部４０により、スラブ導波路１５の光の集光位置を左右半分ずつずらすことが可能となった。
【００５４】
ビーム伝搬解析によりシミュレ−ションを行ったところ、この実施形態の光合分波器１０は、従来のアレイ導波路回折格子と同様に１００ＧＨｚ間隔の波長分波特性を示していた。そしてこの光合分波器１０は、１００ＧＨｚの波長間隔において、６２．５ＧＨｚの１ｄＢ帯域幅、８７．５ＧＨｚの３ｄＢ帯域幅といった広い帯域幅を有することが確認された。
【００５５】
これに対し、異屈折率部４０を形成しない従来のアレイ導波路回折格子では、１００ＧＨｚの波長間隔において、１２．５ＧＨｚの１ｄＢ帯域幅、２５ＧＨｚの３ｄＢ帯域幅という、狭い帯域幅であった。
【００５６】
異屈折率部４０の位置をスラブ導波路１５の長さ方向（図２に矢印Ｙで示す方向）に移動させ、シミュレ−ションを行った。異屈折率部４０の形状は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから出た光が異屈折率部４０を横切る長さが、隣り合う導波路１４ａどうしで同じ変化量になる形状とした。このような形状の異屈折率部４０では、異屈折率部４０の位置に関わらず同様の界分布を得ることができた。
【００５７】
一例として、異屈折率部４０の頂点４０ｃの位置が、第２のスラブ導波路１５の端（チャネル導波路アレイ１４との境界）から１１０μｍ、１１５μｍ、１２０μｍの３種類の場合についてシミュレ−ションを行ったところ、３種類の界分布が互いに重なることが判った。すなわち異屈折率部４０を設ける位置に関わらず、同一の界分布が得られた。
【００５８】
なお前記実施形態では、損失特性向上のために島状領域３０を形成したが、島状領域３０のないアレイ導波路回折格子においても、異屈折率部４０を設けることにより、前記実施形態と同様に広帯域化を実現することができる。
【００５９】
図９に示す第２の実施形態の光合分波器１０のように、異屈折率部４０が第２のスラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂから離れていてもよい。それ以外の構成と作用効果について、この第２の実施形態の光合分波器１０は、前記第１の実施形態の光合分波器１０と同様であるから、第１の実施形態と共通の個所に同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、第２のスラブ導波路内に異屈折率部を設けたことにより、例えば１ｄＢ帯域幅あるいは３ｄＢ帯域幅等を大幅に増大でき、平坦化された電界分布をもつ広帯域の光波長特性が得られる。このため本発明によれば、レーザ等の光源の波長が温度変化等によって各信号チャネルの中心波長から変動した場合でも、通過損失の増加が抑制される。
【００６１】
請求項２の発明によれば、スラブ導波路のコアよりも屈折率の低い材料を用いて異屈折率部を形成することができる。
請求項３の発明によれば、スラブ導波路のクラッド層と同じ屈折率の材料を用いて異屈折率部を容易に形成することができる。
【００６２】
請求項４の発明によれば、テーパ形状の異屈折率部によって、本発明の目的を果たすことができる。
請求項５の発明によれば、スラブ導波路よりも屈折率の高い異屈折率部によって、本発明の目的を果たすことができる。
請求項６の発明によれば、逆テーパ形状の異屈折率部によって、本発明の目的を果たすことができる。
【００６３】
請求項７の発明によれば、第２のスラブ導波路の両側部から半島状に突出する一対の異屈折率部を形成することにより、チャネル導波路アレイの各導波路から出た光の集光点が、半分づつ対称にずれることになり、フラットな界分布を得やすく、より広帯域な光分布が得られる。
請求項８の発明によれば、第２のスラブ導波路の両側部から離れている島状の異屈折率部によって、本発明の目的を果たすことができる。
【００６４】
請求項９の発明によれば、異屈折率部の幅を、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に変化させることにより、各光がこの異屈折率部を横切る長さを各光ごとに変化させることができ、集光位置を所望量だけシフトさせることができる。
【００６５】
請求項１０の発明によれば、異屈折率部の屈折率を、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に変化させることにより、異屈折率部を横切る各光に位相差をもたせることができ、集光位置を所望量だけシフトさせることができる。
【００６６】
請求項１１の発明によれば、スラブ導波路内に前記異屈折率部とは別に島状領域を設けることにより、請求項１による効果に加えて、光合分波器全体の低損失化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す光合分波器の平面図。
【図２】図１に示された光合分波器の第２のスラブ導波路等を拡大して模式的に示す図。
【図３】図２中のＦ３−Ｆ３線に沿う光合分波器の一部の断面図。
【図４】図２中のＦ４−Ｆ４線に沿う光合分波器の一部の断面図。
【図５】図１に示された光合分波器において、異屈折率部を通る光の等位相面が傾く様子を模式的に示す図。
【図６】図１に示された光合分波器において、異屈折率部を通る光の集光点がシフトする様子を模式的に示す図。
【図７】図１に示された光合分波器において、第２のスラブ導波路と出力導波路との境界における電界分布を示す図。
【図８】図１に示された光合分波器の波長特性の一例を示す図。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す光合分波器の平面図。
【図１０】従来のアレイ導波路回折格子において、第２のスラブ導波路と出力導波路との境界における電界分布を示す図。
【図１１】従来のアレイ導波路回折格子の波長特性を示す図。
【図１２】パラボリック部を有する従来のアレイ導波路回折格子の一例を示す平面図。
【符号の説明】
１０…光合分波器（アレイ導波路回折格子）
１１…基板
１２…入力導波路
１３…第１のスラブ導波路
１４…チャネル導波路アレイ
１４ａ…導波路
１５…第２のスラブ導波路
１６…出力導波路
２０…コア
２１…クラッド層
３０…島状領域
４０…異屈折率部
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重光信号の合波あるいは分波に使用されるアレイ導波路回折格子型の光分岐器に係り、特に、広帯域な光波長特性を有する光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野において、複数の信号を別々の波長の光にのせ、１本の光ファイバで伝送することによって情報容量を拡大する波長分割多重伝送方式が研究されている。この伝送方式においては、互いに異なる複数種類の波長の光を合波あるいは分波するための光合分波器が重要な役割を果たす。各種の光合分波器のうちアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いる光合分波器は、狭い波長間隔で波長の多重数を大きくすることができるため、有望視されている。
【０００３】
従来のアレイ導波路回折格子は、基板上に形成された入力導波路と、出力導波路と、湾曲した多数の導波路からなるチャネル導波路アレイと、前記入力導波路と前記チャネル導波路アレイとの間に形成された入力側の扇形スラブ導波路と、前記チャネル導波路アレイと前記出力導波路との間に形成された出力側の扇形スラブ導波路とを備えている。前記チャネル導波路アレイは、互いに隣り合う導波路どうしが所定の光路長差を有するよう、湾曲の内側から外側に向かって光路長を順次長くしている。
【０００４】
このため、チャネル導波路アレイの各導波路の一端側に入射した波長分割多重光信号は、周波数ごとに光の位相にずれを生じながら、各導波路の他端側に向かって伝播する。この位相ずれ量は光の波長に依存し、集束光の波面が波長に応じて傾いているため、出力側の扇形スラブ導波路内での各光の集光位置が各光の波長に応じて異なることになる。こうして分波された波長の異なる光は、各波長に応じて、互いに異なる位置の出力導波路に集光する。
【０００５】
従来のように扇形スラブ導波路の屈折率が一様な場合、入力界分布がガウシアンタイプであれば、集光点ではそのままガウシアン分布の界分布を作り出すことになる。この結果、波長特性は従来のような各チャネルの中心波長の１点でピークをもつようなものとなる。
【０００６】
図１０は、前記従来のアレイ導波路回折格子において、出力側の扇形スラブ導波路と出力導波路との境界における電界分布を示している。この電界分布はビームの中心に鋭いピークを有している。このため電界のピークを所定の出力導波路の中心に正確に当てることができれば、効率良く光を伝達することができる。
【０００７】
図１１は従来のアレイ導波路回折格子の波長特性を示している。図１１の横軸は波長、縦軸は損失を示している。このように従来のアレイ導波路回折格子では、各導波路ごとに、中心波長にピークをもつ放物線状の波長特性をなしている。
【０００８】
このため従来のアレイ導波路回折格子は、温度変化などによって、レ−ザ光源の波長が各導波路の中心光波長から僅かでも変化すると、損失が大幅に増大してしまうという問題があった。
【０００９】
このような問題は、図１２に示すアレイ導波路回折格子１によってある程度解決することができる。このアレイ導波路回折格子１は、入力導波路２と扇形スラブ導波路３との境界に、入力導波路２のコアがスラブ導波路３に向かって広がる二次関数形状のパラボリック部４を有している。このスラブ導波路３にはチャネル導波路アレイ５が接続されている。
【００１０】
上記従来例では、パラボリック部４を設けることにより、各入力導波路２からスラブ導波路３内に伝播した光がマルチモード化し、高次モードが発生する。これによりダブルピークをもつ界分布が作り出され、ある程度の広帯域特性を得ることが可能となる。（例えば下記特許文献１，２，３を参照）
【００１１】
【特許文献１】
特開平７ー３３３４４７号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平９ー２９７２２８号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平１０ー１９７７３５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしパラボリック部４を有するアレイ導波路回折格子１は、パラボリック部４を設ける分だけ光路長が長くなるため、全体寸法が大きくなってしまうという欠点がある。また、隣り合う複数の導波路２に形成されたパラボリック部４どうしが互いに接近するため、アレイ導波路回折格子１を製造する際に、パラボリック部４のコア間にクラッド層を充分に埋め込むことが困難になるという問題もある。
【００１５】
従って本発明の目的は、製造が困難化することなく、広帯域な光波長特性が得られる光合分波器を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光合分波器は、基板上に形成された入力導波路と、湾曲した複数の導波路からなり湾曲の内側から外側に向かって隣り合う前記導波路どうしで光路長が順次長くなるように設けられたチャネル導波路アレイと、基板上に形成された出力導波路と、前記入力導波路と前記チャネル導波路アレイとの間に形成された第１のスラブ導波路と、前記チャネル導波路アレイと前記出力導波路との間に形成された第２のスラブ導波路と、を具備する光合分波器において、前記第２のスラブ導波路内の長さ方向中央部よりも前記チャネル導波路アレイ寄りの位置に、前記第２のスラブ導波路とは屈折率が異なり、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に延びる異屈折率部を形成している。
このような異屈折率部を設けることにより、光の集光位置をずらすことができる。
【００１７】
前記異屈折率部の屈折率は、例えば第２のスラブ導波路のコアの屈折率よりも低く、望ましくは第２のスラブ導波路のクラッド層の屈折率と同じ値である。この場合、前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の中央に向かって幅が小さくなるようなテーパ状をなしているとよい。
【００１８】
場合によっては、前記異屈折率部の屈折率が第２のスラブ導波路のコアの屈折率よりも高くてもよい。この場合、前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の中央に向かって幅が大きくなるような逆テーパ状をなしているとよい。
【００１９】
本発明の好ましい形態では、前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の両側部から該スラブ導波路の中央に向かって突出する一対の半島状に形成されているとよい。この場合、チャネル導波路アレイから第２のスラブ導波路に入った光の集光位置を半分づつ対称にずらすことになり、第２のスラブ導波路と出力導波路との境界において複数の電界分布が重なったフラットな光分布が形成される。なお、前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の両側部から離れていてもよい。
【００２０】
本発明では、前記異屈折率部の幅、または屈折率が、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に変化していてもよい。
【００２１】
本発明の好ましい形態では、前記第１のスラブ導波路内のチャネル導波路アレイ寄りの位置と、前記第２のスラブ導波路内のチャネル導波路アレイ寄りの位置との少なくも一方に、前記異屈折率部とは別に、前記各スラブ導波路とは屈折率の異なる島状領域が形成されているとよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態について図１から図８を参照して説明する。 図１は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型の光合分波器１０を示している。この光合分波器１０は、基板１１上に形成された複数の入力導波路１２と、第１の扇形スラブ導波路１３と、湾曲した多数の導波路１４ａからなるチャネル導波路アレイ１４と、第２の扇形スラブ導波路１５と、複数の出力導波路１６などを備えている。入力導波路１２と出力導波路１６には光ファイバ（図示せず）等が接続されるようになっている。
【００２３】
第１のスラブ導波路１３は、入力導波路１２とチャネル導波路アレイ１４との間に形成され、入力導波路１２とチャネル導波路アレイ１４とを光学的に接続している。
【００２４】
第２のスラブ導波路１５は、チャネル導波路アレイ１４と出力導波路１６との間に形成され、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａと出力導波路１６とを光学的に接続している。
【００２５】
これらのスラブ導波路１３，１５は、図３に示すように、例えば石英ガラスあるいはシリコンなどからなる基板１１と、基板１１上に平面状に広がるコア２０と、コア２０を覆うクラッド層２１を備えている。
【００２６】
チャネル導波路アレイ１４は、互いに長さが異なる湾曲した形状の複数の導波路１４ａを有している。各導波路１４ａは、互いに隣り合うものどうしで、所定の光路長差ΔＬを有するよう、湾曲の内側に位置するものから湾曲の外側に向かって、光路長を順次長くしている。
【００２７】
このため、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａの一端側から入射した波長分割多重光信号は、周波数ごとに光の位相にずれを生じながら、各導波路１４ａの他端側に向かって伝播する。この位相ずれ量は光の波長に依存し、集束光の波面が波長に応じて傾いているため、第２のスラブ導波路１５内での各光の集光位置が、各光の波長に応じて異なる。こうして分波された波長の異なる光が、各波長に応じた位置にある出力導波路１６に集光することになる。
【００２８】
この明細書では、便宜上、光が入射する側（例えば一方の導波路１２）を入力導波路と称し、光が出射する側（他方の導波路１６）を出力導波路と称しているが、光が逆方向から入射する場合には、一方の導波路１２が出力導波路、他方の導波路１６が入力導波路となる。
【００２９】
この光合分波器１０は、第１のスラブ導波路１３と第２のスラブ導波路１５の少なくとも一方に、複数の島状領域３０（図１と図２に模式的に示す）が形成されている。なお、図１と図２は、各導波路１２，１４ａ，１６および島状領域３０の全数のうち、一部のみを模式的に示している。
【００３０】
図４に示すように島状領域３０は、例えば石英ガラス等からなる基板１１上にクラッド層２１と一体に形成されている。島状領域３０の屈折率は、その周りのコア２０の屈折率よりも低い。
【００３１】
これらの島状領域３０は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａと関連した位置に形成されている。例えば第１のスラブ導波路１３内において、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａと入力導波路１２とを結ぶそれぞれの軸線の間に、島状領域３０が形成されている。島状領域３０は、光合分波器１０の使い方に応じて、第１のスラブ導波路１３と第２のスラブ導波路１５の双方に設ける場合もあるし、いずれか一方のみに設ける場合もありえる。
【００３２】
図２に示されるように、チャネル導波路アレイ１４と第２のスラブ導波路１５との境界近傍に、一対の異屈折率部４０が形成されている。これらの異屈折率部４０は、第２のスラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂからスラブ導波路１５の中央に向かって突き出るように、半島状に形成されている。
【００３３】
異屈折率部４０は、第２のスラブ導波路１５内のチャネル導波路アレイ１４寄りの位置、すなわちスラブ導波路１５の長手方向中間位置よりもチャネル導波路アレイ１４に近い位置に形成されている。異屈折率部４０の屈折率は第２のスラブ導波路１５とは異なっている。本実施形態の場合、異屈折率部４０の屈折率は第２のスラブ導波路１５のコア２０よりも低い値としている。
【００３４】
好ましくは、異屈折率部４０の屈折率をクラッド層２１の屈折率と同等にすることにより、クラッド層２１と異屈折率部４０とを同一材料によって、一体に成膜できるようにしている。この異屈折率部４０は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａが並ぶ方向、すなわちスラブ導波路１５の幅方向（図２に矢印Ｘで示す方向）に延びている。
【００３５】
異屈折率部４０の幅Ｗ（図５に示す）は、スラブ導波路１５の中央から両側部１５ａ，１５ｂに向かってテーパ状に広くなってゆくように、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａが並ぶ方向（矢印Ｘ方向）に変化している。すなわち異屈折率部４０の屈折率がスラブ導波路１５のコア２０よりも低い場合、異屈折率部４０の形状は、スラブ導波路１５の中央に向かって幅が小さくなるようなテーパ状をなしている。異屈折率部４０のテーパ形状は、光合分波器１０の比屈折率差、スラブ導波路１５の長さ、入出力導波路１２，１６のコアサイズなどの関係によって、最適な形状が決定される。
【００３６】
また、異屈折率部４０の屈折率がスラブ導波路１５のコア２０よりも高くてもよい。この場合、異屈折率部４０の形状は、スラブ導波路１５の中央に向かって幅が大きくなるような逆テーパ形状をなしているとよい。
【００３７】
なお、異屈折率部４０の屈折率が、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａが並ぶ方向（矢印Ｘ方向）に変化するよう、異屈折率部４０の屈折率を調整してもよい。
【００３８】
次に、上記光合分波器１０の製造方法について説明する。
基板１１には石英ガラスを用いる。スラブ導波路１３，１５のコア２０と、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａは、ゲルマニウムを添加した石英ガラスによって６μｍの厚さで一体に形成した。ガラスの形成方法は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、火炎堆積法（ＦＨＤ法）、蒸着法などを利用できる。クラッド層２１の屈折率（ｎｃ１）＝１．４５７４、コア２０とチャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａの屈折率（ｎｃ０）＝１．４６８４、比屈折率差Δ＝０．７５％、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａの断面は６×６μｍ２とした。
【００３９】
コア２０と島状領域３０と異屈折率部４０の各パターンは、リアクティブイオンエッチング法により同時に形成した。パターン形成後にクラッド層２１を所定の厚さに形成した。島状領域３０と異屈折率部４０を形成する個所において、コア２０が部分的にえぐられ、その後、クラッド層２１を所定の厚さに形成することにより、コア２０の上記えぐられた部分にクラッド層２１の一部が入り込む。なお、基板１１にシリコンを用いる場合には、基板１１とコア２０との間に下部クラッド層（図示せず）が形成される。
【００４０】
次に、前記光合分波器１０の作用について説明する。
入力導波路１２から第１のスラブ導波路１３に入射した波長分割多重信号光はシングルモードであり、一般にガウス分布型のパワー分布をもつ。第１のスラブ導波路１３に入射した光は、第１のスラブ導波路１３のコア２０において、スラブ導波路１３の横方向（幅方向）に広がる。そしてチャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａに入射する。
【００４１】
チャネル導波路アレイ１４を構成している湾曲した形状の各導波路１４ａは、湾曲の内側から外側に向かって光路長が順次長くなっている。このため、各導波路１４ａに入射した波長分割多重光信号は、周波数ごとに光の位相にずれが生じた状態で、第２のスラブ導波路１５に入射する。
【００４２】
第２のスラブ導波路１５内を伝播した波長多重信号の各光は、第２のスラブ導波路１５と出力導波路１６との境界において、波長によって互いに異なる集光点に向かう。そして各波長の光が出力導波路１６に向かう途中で、半島状の異屈折率部４０を通ることにより、第２のスラブ導波路１５と出力導波路１６との境界において、以下に述べるような収束状態が発生する。
【００４３】
すなわち、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから出て第２のスラブ導波路１５に入った光は、出力導波路１６に向かう途中で、図５に示すように半島状の異屈折率部４０に到達する。これらの光Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、異屈折率部４０を横切る距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が互いに異なるため、位相の差を生じる。
【００４４】
このため、異屈折率部４０の屈折率がスラブ導波路１５よりも低い場合、スラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂに近い光ほど、異屈折率部４０において、界が加速されることになる。このため図５に示すように等位相面が傾き、本来の集光点よりも内側にシフトした位置が集光点となる。
【００４５】
異屈折率部４０を設けない場合には、集光点（同位相点）は１点となる。しかし異屈折率部４０を設けた場合、図６にＬ´，Ｌ”で示すように、集光点（同位相点）が広がる。すなわち、Ｌ´，Ｌ”はＬよりも長いが、異屈折率部４０を通る光は速く進む。このため、Ｌ´，Ｌ”を通る光の位相が従来の集光点と同位相になる点が、矢印Ｚ１，Ｚ２で示す方向にずれる。その結果、集光点での界分布が広がる。
【００４６】
よってチャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから出た各々の光の集光点は、左右半分づつがそれぞれスラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂに向かってシフトする。このため、界分布はダブルピ−クのように広がり、図７に示すようにフラットに近い界分布が得られる。
【００４７】
なお、上記位相差は、理論上は導波路アレイ１４の光路差を少しずつ変化させることでも可能である。しかし現実には、非常に微少な光路距離の制御が必要になるため、製造が困難である。これに対し異屈折率部４０を形成することは、製造上、困難なことではない。
【００４８】
これらの効果を確認するために、以下のパラメータのもとで光合分波器１０のビーム伝搬解析によるシミュレ−ションを行った。パラメータの一例は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａの断面寸法６×６μｍ、比屈折率差Δ０．７５％、スラブ導波路１３，１５の各々の長さ９３８１μｍ、入力導波路１２と出力導波路１６のピッチ２５μｍ、チャネル導波路アレイ１４の導波路１４ａのピッチ２５μｍ、各導波路１４ａの光路長差１２６μｍである。
【００４９】
この実施形態では、光合分波器１０の低損失化を図るために、第１のスラブ導波路１３と第２のスラブ導波路１５に島状領域３０を形成した。島状領域３０の形状は台形とし、台形底辺の幅１２．６４μｍ、上辺３．６２μｍ、長さ（台形の高さ）６４．５７μｍ、島状領域３０からチャネル導波路アレイ１４までの距離を１２３．４３μｍとした。
【００５０】
シミュレ−ションの結果を図８に示す。
島状領域３０を設けたことにより、光合分波器１０全体の挿入損失を１．３ｄＢ程度に抑制することができた。分波される波長の間隔は周波数換算値で１００ＧＨｚ間隔であった。
【００５１】
広帯域化を実現するための半島状の異屈折率部４０は、第２のスラブ導波路１５のみに形成すればよい。異屈折率部４０の出力導波路１６側の面４０ａ（出力導波路１６と対向する面４０ａ）は、島状領域３０が並ぶ方向に沿って僅かに湾曲した形状をなしている。
【００５２】
異屈折率部４０のチャネル導波路アレイ１４側の面４０ｂ（チャネル導波路アレイ１４と対向する面４０ｂ）は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから本来の集光点に向かう光（一例として図５に示す光Ａ１〜Ａ４）が異屈折率部４０を横切る長さ（距離Ｌ１〜Ｌ４）が、スラブ導波路１５の中央から両側部１５ａ，１５ｂに向かって、３．３μｍづつ延びていくような点を結んだ線分によって形成される。
【００５３】
異屈折率部４０の頂点４０ｃ（図２に示す）は、第２のスラブ導波路１５のチャネル導波路アレイ１４側の端から１１５μｍの位置にある。この異屈折率部４０により、スラブ導波路１５の光の集光位置を左右半分ずつずらすことが可能となった。
【００５４】
ビーム伝搬解析によりシミュレ−ションを行ったところ、この実施形態の光合分波器１０は、従来のアレイ導波路回折格子と同様に１００ＧＨｚ間隔の波長分波特性を示していた。そしてこの光合分波器１０は、１００ＧＨｚの波長間隔において、６２．５ＧＨｚの１ｄＢ帯域幅、８７．５ＧＨｚの３ｄＢ帯域幅といった広い帯域幅を有することが確認された。
【００５５】
これに対し、異屈折率部４０を形成しない従来のアレイ導波路回折格子では、１００ＧＨｚの波長間隔において、１２．５ＧＨｚの１ｄＢ帯域幅、２５ＧＨｚの３ｄＢ帯域幅という、狭い帯域幅であった。
【００５６】
異屈折率部４０の位置をスラブ導波路１５の長さ方向（図２に矢印Ｙで示す方向）に移動させ、シミュレ−ションを行った。異屈折率部４０の形状は、チャネル導波路アレイ１４の各導波路１４ａから出た光が異屈折率部４０を横切る長さが、隣り合う導波路１４ａどうしで同じ変化量になる形状とした。このような形状の異屈折率部４０では、異屈折率部４０の位置に関わらず同様の界分布を得ることができた。
【００５７】
一例として、異屈折率部４０の頂点４０ｃの位置が、第２のスラブ導波路１５の端（チャネル導波路アレイ１４との境界）から１１０μｍ、１１５μｍ、１２０μｍの３種類の場合についてシミュレ−ションを行ったところ、３種類の界分布が互いに重なることが判った。すなわち異屈折率部４０を設ける位置に関わらず、同一の界分布が得られた。
【００５８】
なお前記実施形態では、損失特性向上のために島状領域３０を形成したが、島状領域３０のないアレイ導波路回折格子においても、異屈折率部４０を設けることにより、前記実施形態と同様に広帯域化を実現することができる。
【００５９】
図９に示す第２の実施形態の光合分波器１０のように、異屈折率部４０が第２のスラブ導波路１５の両側部１５ａ，１５ｂから離れていてもよい。それ以外の構成と作用効果について、この第２の実施形態の光合分波器１０は、前記第１の実施形態の光合分波器１０と同様であるから、第１の実施形態と共通の個所に同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、第２のスラブ導波路内に異屈折率部を設けたことにより、例えば１ｄＢ帯域幅あるいは３ｄＢ帯域幅等を大幅に増大でき、平坦化された電界分布をもつ広帯域の光波長特性が得られる。このため本発明によれば、レーザ等の光源の波長が温度変化等によって各信号チャネルの中心波長から変動した場合でも、通過損失の増加が抑制される。
【００６１】
請求項２の発明によれば、スラブ導波路のコアよりも屈折率の低い材料を用いて異屈折率部を形成することができる。
請求項３の発明によれば、スラブ導波路のクラッド層と同じ屈折率の材料を用いて異屈折率部を容易に形成することができる。
【００６２】
請求項４の発明によれば、テーパ形状の異屈折率部によって、本発明の目的を果たすことができる。
請求項５の発明によれば、スラブ導波路よりも屈折率の高い異屈折率部によって、本発明の目的を果たすことができる。
請求項６の発明によれば、逆テーパ形状の異屈折率部によって、本発明の目的を果たすことができる。
【００６３】
請求項７の発明によれば、第２のスラブ導波路の両側部から半島状に突出する一対の異屈折率部を形成することにより、チャネル導波路アレイの各導波路から出た光の集光点が、半分づつ対称にずれることになり、フラットな界分布を得やすく、より広帯域な光分布が得られる。
請求項８の発明によれば、第２のスラブ導波路の両側部から離れている島状の異屈折率部によって、本発明の目的を果たすことができる。
【００６４】
請求項９の発明によれば、異屈折率部の幅を、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に変化させることにより、各光がこの異屈折率部を横切る長さを各光ごとに変化させることができ、集光位置を所望量だけシフトさせることができる。
【００６５】
請求項１０の発明によれば、異屈折率部の屈折率を、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に変化させることにより、異屈折率部を横切る各光に位相差をもたせることができ、集光位置を所望量だけシフトさせることができる。
【００６６】
請求項１１の発明によれば、スラブ導波路内に前記異屈折率部とは別に島状領域を設けることにより、請求項１による効果に加えて、光合分波器全体の低損失化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す光合分波器の平面図。
【図２】図１に示された光合分波器の第２のスラブ導波路等を拡大して模式的に示す図。
【図３】図２中のＦ３−Ｆ３線に沿う光合分波器の一部の断面図。
【図４】図２中のＦ４−Ｆ４線に沿う光合分波器の一部の断面図。
【図５】図１に示された光合分波器において、異屈折率部を通る光の等位相面が傾く様子を模式的に示す図。
【図６】図１に示された光合分波器において、異屈折率部を通る光の集光点がシフトする様子を模式的に示す図。
【図７】図１に示された光合分波器において、第２のスラブ導波路と出力導波路との境界における電界分布を示す図。
【図８】図１に示された光合分波器の波長特性の一例を示す図。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す光合分波器の平面図。
【図１０】従来のアレイ導波路回折格子において、第２のスラブ導波路と出力導波路との境界における電界分布を示す図。
【図１１】従来のアレイ導波路回折格子の波長特性を示す図。
【図１２】パラボリック部を有する従来のアレイ導波路回折格子の一例を示す平面図。
【符号の説明】
１０…光合分波器（アレイ導波路回折格子）
１１…基板
１２…入力導波路
１３…第１のスラブ導波路
１４…チャネル導波路アレイ
１４ａ…導波路
１５…第２のスラブ導波路
１６…出力導波路
２０…コア
２１…クラッド層
３０…島状領域
４０…異屈折率部
Claims (11)
- 基板上に形成された入力導波路と、
湾曲した複数の導波路からなり湾曲の内側から外側に向かって隣り合う前記導波路どうしで光路長が順次長くなるように設けられたチャネル導波路アレイと、
基板上に形成された出力導波路と、
前記入力導波路と前記チャネル導波路アレイとの間に形成された第１のスラブ導波路と、
前記チャネル導波路アレイと前記出力導波路との間に形成された第２のスラブ導波路と、
を具備する光合分波器において、
前記第２のスラブ導波路内の前記チャネル導波路アレイ寄りの位置に、前記第２のスラブ導波路とは屈折率が異なり、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に延びる異屈折率部を形成したことを特徴とする光合分波器。 - 前記異屈折率部の屈折率が、前記第２のスラブ導波路のコアよりも低いことを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
- 前記異屈折率部の屈折率が、前記第２のスラブ導波路のクラッド層と同じ値であることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
- 前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の中央に向かって幅が小さくなるようなテーパ形状をなしていることを特徴とする請求項２に記載の光合分波器。
- 前記異屈折率部の屈折率が、前記第２のスラブ導波路のコアよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
- 前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の中央に向かって幅が広がる逆テーパ形状をなしていることを特徴とする請求項５に記載の光合分波器。
- 前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の両側部から該スラブ導波路の中央に向かって突出する一対の半島状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
- 前記異屈折率部が、前記第２のスラブ導波路の両側部から離れていることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
- 前記異屈折率部の幅が、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に変化していることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
- 前記異屈折率部の屈折率が、前記チャネル導波路アレイの各導波路が並ぶ方向に変化していることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
- 前記第１のスラブ導波路内の前記チャネル導波路アレイ寄りの位置と、前記第２のスラブ導波路内の前記チャネル導波路アレイ寄りの位置との少なくも一方に、前記異屈折率部とは別に、前記各スラブ導波路とは屈折率の異なる島状領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
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