JP2004133115A - 回折格子を用いた光合分波器 - Google Patents
回折格子を用いた光合分波器 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】回折格子と光導波路基板を用いた複数の波長の光を合分波する光合分波器において、安価で、小型で、偏波依存性が小さい光合分波器を提供すること。
【解決手段】平面内に直線状のグルーブ１が形成された回折格子２とスラブ状コア３を有する光導波路を含む光合分波器において、回折格子２が、スラブ状コア３の（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コア３の（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光するものである。
【選択図】 図１
【解決手段】平面内に直線状のグルーブ１が形成された回折格子２とスラブ状コア３を有する光導波路を含む光合分波器において、回折格子２が、スラブ状コア３の（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コア３の（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光するものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重の光信号を波長毎の光信号に分けたり、あるいはその逆に波長の異なる複数の光信号を１つの波長多重光信号にまとめるたりするのに用いられる光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このため、１本の光ファイバ内を複数の波長の光を通して信号を送る波長分割多重伝送（ＷＤＭ）技術が広まっている。遠距離の通信では、１本のファイバに出来るだけ多くの情報を載せるため、使用する波長間隔を１ｎｍ以下に狭くして、多くの波長の光を使った高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）伝送が用いられている。この場合の各波長における波長変動は０．１ｎｍ以下が必須であり、０．０１ｎｍ以下が求められている。一方、数ｋｍ〜数１０ｋｍの通信に対しては、１０ｎｍ程度の波長変動にも対応できるように波長波長間隔を２０ｎｍ以上に広げた低密度波長分割多重（ＣＷＤＭ）伝送が広まりつつある。この場合には、レーザ等の温度調節器が不要になり、コストの低減が可能になる。このようなＷＤＭ伝送を実現するには、複数の波長の光信号をまとめる光合波器及び波長ごとに光信号を分ける分波器が必要になる。
【０００３】
一般に光合分波器の波長選択素子として、光導波路、薄膜多層フィルタ、回折格子等が用いられている。光導波路を用いた光合分波器としては、例えばオプティカルファイバコンファレンス２００１テクニカルダイジェスト、ＷＢ１−１（２００１）に記載されているようなアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いた光合分波器がある。このようなＡＷＧを用いた光合分波器は、分解能が高く波長間隔１ｎｍ以下のＤＷＤＭ伝送にも対応できるが、導波路の大きな曲げ構造を必要とするためサイズを小さくできないという問題がある。
また、薄膜多層フィルタを用いた光合分波器としては、例えば特開平９−２６５２１に開示されているような薄膜多層フィルタとコリメータレンズとファイバを組合せたものがある。この場合分解能を上げるには、高精度に膜厚が制御された１００層前後の薄膜からなる高価で且つ量産性に乏しい薄膜多層フィルタを波長数分用いる必要があり、また、それらと高精度なレンズ及びそれらとファイバを高精度に位置合せするため、非常に高価な装置になってしまう。また、生産性も低いため、量産化が難しいという問題もある。
【０００４】
一方、回折格子を用いた光合分波器としては、特開平８−１２９１１４、特開平９−２３６７２、特開平９−２４３８５５に開示されているように回折格子とコリメータレンズとファイバを組合せたものがある。この場合もこの３つの部品を高精度に位置合わせする必要があるため、生産性が低く、高価になってしまう。この解決策として、ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳのｖｏｌ．２１、ｐ２１９５−ｐ２１９８（１９８２）に記載されているように、回折格子の周期を一定でなく、場所により徐々に変えることにより、回折格子に集光性を付与し、コリメータレンズを不要にすることが提案されている。しかしこの文献で提案されているスラブ状コアにおける波長多重信号の入射位置と波長毎に分割した信号の出射位置との関係では、波長間隔３０ｎｍの信号を分離するのに回折格子から出射位置までで１０ｍｍの距離を必要としており、入出力用のコア部まで含めた光導波路基板全体としては１３ｍｍ×２０ｍｍと大きくなっている。しかも入力用ファイバと出力用のファイバアレイが光導波路基板の異なる辺に接続する形態となっており、一括接続ができない。
また、この文献の回折格子のグルーブ断面形状は矩形であるが、この場合光の偏光状態により、回折効率が大きく変わるという問題があり、合分波特性の偏波依存性が大きく実用に適さない点も問題である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、回折格子を用いた光合分波器であって、安価で、小型で、偏波依存性が小さい光合分波器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の光合分波器を提供するものである。
（１）平面内に直線状のグルーブが形成された回折格子とスラブ状コアを有する光導波路を含む光合分波器において、回折格子平面内で、かつグルーブ形成領域内の１点を原点とし、回折格子平面に垂直方向をｘ軸、回折格子平面内でグルーブに垂直方向をｙ軸、回折格子平面内でグルーブに平行方向をｚ軸とした場合、スラブ状コアがｘ−ｙ平面を含むように形成されており、スラブ状コアの一部と接触または近接配置している回折格子が、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光することを特徴とする光合分波器。
【０００７】
（２）原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をθ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をδｉとした場合、θが１０度以上で、δｉの最小値δｍｉｎが５度以上であることを特徴とする上記１記載の光合分波器。
（３）スラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）、及び（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）の位置に入出力用の幅の狭いコアが接続しており、光導波路基板のある１箇所に全ての出力用コアの末端が近接して配置されていることを特徴とする上記１又は２記載の光合分波器。
【０００８】
（４）回折格子が反射型の回折格子であり、Ｘｏｕｔ（λ１）＞０、Ｘｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＞０であり、入力用コアの末端が、出力用コアの末端に近接して配置されていることを特徴ととする上記３記載の光合分波器。
（５）回折格子の各グルーブ断面形状が左右非対称で、グルーブの最深部がグルーブの中心を通るｘ−ｚ面に平行な面に対して、点（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）と同じ側にあることを特徴とする上記３又は４記載の光合分波器。
（６）回折格子が透過型の回折格子であり、かつそのグルーブ断面形状が左右対称の略サイン曲線状であり、Ｘｏｕｔ（λ１）＜０、Ｘｏｕｔ（λ２）＜０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＜０で、θ及びδｍｉｎが４０度以上であることを特徴とする上記２又は３記載の光合分波器。
【０００９】
（７）回折格子の主たる受光部に含まれる各グルーブから適当な１点づつを選び、そのｙ座標値を順次並べた数列を｛Ｇｊ｝、ｊ＝１〜ｎ、とした場合、数列｛Ｇｊ｝の各項の７０％以上が式（１）で決まる数列｛Ｈｋ｝、ｋ＝ｋ０〜（ｋ０＋ｎ−１）、の各項と一致することを特徴とする上記１〜６のいずれか１項記載の光合分波器。
Ｈｋ ＝ ｛−Ｂ−ＳＱＲ（Ｂ×Ｂ−４×Ａ×Ｃ）｝÷２÷Ａ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１）
注）関数ＳＱＲ（ｘ ）は、ｘの平方根を表す
ここで、
Ａ ＝ Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−（２）
Ｂ ＝ −｛Ｙｉｎ＋Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（３）
Ｃ ＝ （Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ）×｛Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）＋Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝−｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝÷４ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（４）
Ｕｋ ＝ ＳＱＲ［｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝×｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝＋｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝］＋ｋ×λｉ÷ｎｓｌａｂ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（５）
ｋは整数、ｎｓｌａｂはスラブ状コアの屈折率、λｉはスラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の位置から原点に向けて出射される光の中のある１波長である。
【００１０】
（８）回折格子とスラブ状コアを含む光導波路基板に位置合わせマークが形成されていることを特徴とする上記１〜７のいずれか１項記載の光合分波器。
（９）回折格子の一部のグルーブ端近傍に、そのグルーブが何番目のグルーブであるかを識別できるマークが形成されていることを特徴とする上記１〜８のいずれか１項記載の光合分波器。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、平面内に直線状のグルーブが形成された回折格子とスラブ状コアを有する光導波路を含む光合分波器において、回折格子平面内で、かつグルーブ形成領域内の１点を原点とし、回折格子平面に垂直方向をｘ軸、回折格子平面内でグルーブに垂直方向をｙ軸、回折格子平面内でグルーブに平行方向をｚ軸とした場合、スラブ状コアがｘ−ｙ平面を含むように形成されており、スラブ状コアの一部と接触または近接配置している回折格子が、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光することを特徴とする光合分波器である。出射光をこのような位置に集光することにより、回折格子での曲げ角度が大きくなり短い距離で波長毎の分離を大きくできるので、光合分波器のサイズを小さくできる。
【００１２】
特に請求項２に記載したように、原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をθ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をδｉとした場合、θが１０度以上で、δｉの最小値δｍｉｎが５度以上である場合には、波長間隔２０ｎｍの波長多重信号を、原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）との距離Ｌ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］との距離Ｆｉのすべてを８ｍｍ以下で分離可能にできる。
【００１３】
また請求項３に記載したように、スラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）、及び（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）の位置に入出力用の幅の狭いコアを接続し、光導波路基板のある１箇所に全ての出力用コアの末端が近接して配置することにより、出力用のファイバをひとつのファイバアレイにまとめて、出力用コアに一括接続することが可能になる。
回折格子には透過型と反射型があるが、反射型の場合には請求項４に記載したようにＸｏｕｔ（λ１）＞０、Ｘｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＞０とすることにより、入力用コアの末端も出力用コアの末端に近接して配置できるようになるので、入出力ファイバ全てを一括して入出力用コアに接続することが可能になる。
【００１４】
更に反射型の場合、請求項５に記載したように回折格子の各グルーブ断面形状を左右非対称で、グルーブの最深部がグルーブの中心を通るｘ−ｚ面に平行な面に対して、点（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）と同じ側にあるようにすることにより、偏光状態による回折格子の回折効率変化を抑制することができ、偏波依存性の小さい光合分波器ができる。
【００１５】
一方、透過型回折格子の場合は、請求項６に記載したようにグルーブ断面形状を左右対称にし、Ｘｏｕｔ（λ１）＜０、Ｘｏｕｔ（λ２）＜０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＜０で、θ及びδｍｉｎが４０度以上とすることにより、偏光状態による回折格子の回折効率変化を抑制することができ、偏波依存性の小さい光合分波器ができる。
【００１６】
請求項１〜６の光合分波器を実現する回折格子の具体的なグルーブ配置としては、請求項７に記載したように、回折格子の主たる受光部に含まれるｎ本のグルーブから適当な１点づつを選び、そのｙ座標値を順次並べた数列を｛Ｇｊ｝、ｊ＝１〜ｎ、とした場合、数列｛Ｇｊ｝の各項の７０％以上が式（６）で決まる数列｛Ｈｋ｝、ｋ＝ｋ０〜（ｋ０＋ｎ−１）、の各項と一致するようにすればよい。
Ｈｋ ＝ ｛−Ｂ−ＳＱＲ（Ｂ×Ｂ−４×Ａ×Ｃ）｝÷２÷Ａ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（６）
注）関数ＳＱＲ（ｘ ）は、ｘの平方根を表す
ここで、
Ａ ＝ Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−（７）
Ｂ ＝ −｛Ｙｉｎ＋Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（８）
Ｃ ＝ （Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ）×｛Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）＋Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝−｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝÷４ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（９）
Ｕｋ ＝ ＳＱＲ［｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝×｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝＋｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝］＋ｋ×λｉ÷ｎｓｌａｂ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１０）
ｋは整数、ｎｓｌａｂはスラブ状コアの屈折率、λｉはスラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の位置から原点に向けて出射される光の中のある１波長である。
【００１７】
請求項８に記載したように回折格子とスラブ状コアを含む光導波路基板に位置合わせマークを形成しておくことにより、実際に光信号の入出力を行わずに、回折格子をスラブ状コアに対して正確な位置に取り付けることが可能になる。
【００１８】
請求項９に記載したように回折格子の一部のグルーブ端近傍に、そのグルーブが何番目のグルーブであるかを識別できるマークを形成することにより、請求項７に記載したようなグルーブ配置で作製した回折格子の検査を原子間力顕微鏡やレーザー顕微鏡などで行う場合、グルーブ配置の適否判定が容易になる。
【００１９】
本発明の光合分波器は図１に示すように、平面内に直線状のグルーブ１が形成された回折格子２とスラブ状コア３を有する光導波路を含む光合分波器において、回折格子平面内で、かつグルーブ形成領域内の１点を原点とし、回折格子平面に垂直方向をｘ軸、回折格子平面内でグルーブに垂直方向をｙ軸、回折格子平面内でグルーブに平行方向をｚ軸とした場合、スラブ状コア３がｘ−ｙ平面を含むように形成されており、スラブ状コア３の一部と接触または近接配置している回折格子２が、スラブ状コア３の（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コア３の（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光することを特徴とするものである。
【００２０】
ここで、光合分波器のサイズを更に小型化するには、原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をθ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をδｉとした場合、θが１０度以上で、δｉの最小値δｍｉｎが５度以上であることが好ましく、θが１５度以上で、δｉの最小値δｍｉｎが７度以上がより好ましい。θを１０度以上で、δｉの最小値δｍｉｎを５度以上とすることにより波長間隔２０ｎｍの波長多重信号を、原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）との距離Ｌ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］との距離Ｆｉのすべてを８ｍｍ以下で分離可能にできる。
【００２１】
また回折格子は平面内に直線状のグルーブが形成されたものであれば、透過型でも反射型でもかまわない。なお、この回折格子は通常の回折格子と異なり波長分離機能以外に集光機能も合わせもつ必要があるので、各グルーブの幅は一定でなく、場所により少しづつ異なるという特徴を有する。
【００２２】
反射型の場合、グルーブが形成された面が（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）に近くなるようにスラブ状コアと接触または近接配置させるのが望ましい。反対に配置した場合、スラブ状コアから出射した光が、グルーブ形成面で反射されて再びスラブ状コアに戻るまでに回折格子の厚みの２倍の距離を伝播する必要があり、その間にｚ軸方向に光が拡がるため、再度スラブ状コアに入射できる光の割合が極端に低下してしまう。反射型回折格子をスラブ状コアの一部と接触または近接させる方法としては、スラブ状コアを光導波路基板の端まで形成しておき、その端面に回折格子を固定するか、スラブ状コアの一部に穴を開けて回折格子を取付けるかすればよい。どちらの場合も、回折格子のグルーブ形成面とそれに対向するスラブ状コア端面との距離は、１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。また隙間はスラブ状コアとほぼ同等の屈折率を有し、かつ合分波しようとする波長範囲で高透明な材料で埋めるのが好ましい。
【００２３】
透過型の場合は、グルーブ形成面を配置する方向はどちらでも良いが、スラブ状コアから出射した光が、回折格子を透過して反対側のスラブ状コアに入射するまでに回折格子の厚み分の距離を伝播する必要があり、その間にｚ軸方向に光が拡がるため、回折格子の厚みは２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。透過型回折格子をスラブ状コアの一部と接触または近接させる方法としては、スラブ状コアの一部に穴を開けて回折格子を取付けるか、回折格子の両面にスラブ状コアを光導波路基板の端まで形成したものを取り付けるかすればよい。どちらの場合も回折格子の両面の隙間は１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。また隙間はスラブ状コアとほぼ同等の屈折率を有し、かつ合分波しようとする波長範囲で高透明な材料で埋めるのが好ましい。
【００２４】
スラブ状コアは、マルチモード用、シングルモード用のどちらでもよく、材料も特に限定されず石英でもポリマでもよく、用途に応じて適宜選択すればよい。
【００２５】
本発明は、回折格子が、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光することを特徴としているが、（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域及び（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域とは、厚み方向はスラブ状コアの膜厚を最大とし、幅方向は５０μｍを最大とする領域である。
【００２６】
この微小領域を通して、合分波する光信号の入出力を行うことになるが、その方法としては、微小領域に直接ファイバや受発光素子を配置する方法と、図２に示すように幅の狭い入出力コア４をこの微小領域から光導波路基板５の端または、適当な場所まで設置し、その入出力コア４の末端にファイバや受発光素子を接続する方法とがある。入出力コア４の膜厚はスラブ状コア３と同じであり、入出力コア４の幅は、入出力信号のモード（シングルモードかマルチモード）に応じて適宜決めればよい。また出力コアの末端は、光導波路基板中にばらばらに配置せず１箇所にまとめて配置するのが好ましい。こうすることによりファイバアレイで一括接続が可能になり、自動接続が容易になる。この際、ファイバアレイの接続を容易にするため光導波路基板にＶ溝を形成しても良い。スラブ状コアとの接続部における入出力コアの引出し方向は、接続近傍での入出力コアの接線が（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）、（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）の各点と原点を結ぶ直線と平行になるようにするのが好ましい。
【００２７】
更に回折格子が反射型の場合は、短い長さの入出力コア４で、入力コアの末端も含めた全ての入出力コアの末端を１箇所にまとめて配置できる。こうすることにより入出力用のファイバを接続する際、１つのファイバアレイで一括接続が可能になる。
これは本発明が前記のＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳのｖｏｌ．２１、ｐ２１９５−ｐ２１９８（１９８２）に記載されている光合分波器と比較して、（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）の各点を（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）により近づけて配置している効果である。すなわち入出力コア４は損失を一定値以下に抑制しようとすると曲げの最大曲率が制限されるので、（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）の各点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）との距離が離れれば離れるほど、入出力コア４の末端を充分近づけるのに必要な曲げ角度が大きくなり、長い距離が必要となる。
【００２８】
スラブ状コア３及び入出力用コア４の上下にはコアより屈折率の低い上部クラッド及び下部クラッドを形成しても良い。この場合、上部クラッドと下部クラッドの屈折率は同じでも、異なっていても良い。
回折格子が反射型の場合、回折格子のグルーブ断面形状は、光合分波器の偏波依存性を小さくする観点から、図３に示すように左右非対称で、グルーブの最深部６がグルーブの中心を通るｘ−ｚ面に平行な面７に対して、点（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）と同じ側にあることが好ましい。
また回折格子が透過型の場合、光合分波器の偏波依存性を小さくする観点から、Ｘｏｕｔ（λ１）＜０、Ｘｏｕｔ（λ２）＜０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＜０で、θ及びδｍｉｎが４０度以上となるようにし、且つグルーブ断面形状を左右対称の略サイン曲線状とすることが好ましい。
【００２９】
反射型回折格子、透過型回折格子ともに、そのグルーブ配置は、回折格子の主たる受光部に含まれる各グルーブから適当な１点づつを選び、そのｙ座標値を順次並べた数列を｛Ｇｊ｝、ｊ＝１〜ｎ、とした場合、数列｛Ｇｊ｝を式（１１）で決まる数列｛Ｈｋ｝、ｋ＝ｋ０〜（ｋ０＋ｎ−１）、と一致するように配置することが好ましい。
Ｈｋ ＝ ｛−Ｂ−ＳＱＲ（Ｂ×Ｂ−４×Ａ×Ｃ）｝÷２÷Ａ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１１）
注）関数ＳＱＲ（ｘ ）は、ｘの平方根を表す
ここで、
Ａ ＝ Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−（１２）
Ｂ ＝ −｛Ｙｉｎ＋Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１３）
Ｃ ＝ （Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ）×｛Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）＋Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝−｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝÷４ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１４）
Ｕｋ ＝ ＳＱＲ［｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝×｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝＋｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝］＋ｋ×λｉ÷ｎｓｌａｂ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１５）
ｋは整数、ｎｓｌａｂはスラブ状コアの屈折率、λｉはスラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の位置から原点に向けて出射される光の中のある１波長である。
【００３０】
なお回折格子の主たる受光部は、図１に示すようにスラブ状コア３の（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された光がスラブ状コア３を伝播する際のｘ−ｙ平面方向への広がり角度ψで決まる部分である。ここで、ψはスラブ状光導波路のコアの屈折率をｎｃｏｒｅ、クラッドの屈折率をｎｃｌａｄとした場合、式（１６）で決まるものである。
ｓｉｎ（ψ）＝ＳＱＲ（ｎｃｏｒｅ×ｎｃｏｒｅ−ｎｃｌａｄ×ｎｃｌａｄ）÷ｎｃｏｒｅ −−−−−−−−−−−−−−−−（１６）
【００３１】
本発明に用いる回折格子は、機械加工、電子線描画、グレースケールマスク露光、ＲＩＥ（Ｒｉａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、フォトリソグラフィなどの微細加工法を単独または組合わせて作製することができる。加工基材は、ガラス、金属、ポリマなど加工方法に応じて適宜選択すればよい。また、作製した回折格子をマスタパターンとして、これから転写したものを用いることもできる。
反射型回折格子の場合は、グルーブ表面に反射率の高いアルミニウム、銀、銀合金、誘電多層膜などを形成するのが好ましい。
【００３２】
回折格子とスラブ状コアを含む光導波路基板を別々に作製してから一体化する場合、両者の位置合わせが必要となる。この位置合わせは、実際に使用する波長の信号を入力し、その出力信号をモニタしながら行ってもよいが、回折格子と光導波路基板に位置合わせマークを形成しておくことにより、光の入出力をしなくても正確に位置合わせすることが可能になる。位置合わせマークとしては、例えば半導体製造や液晶製造などのフォトリソプロセスなどで使われているマークなどが使用できる。
【００３３】
また作製した回折格子のグルーブ配置が、設計通りできているかの確認を原子間力顕微鏡などで行う場合、測定分解能を上げるとグルーブ形成領域全体を観測できないため、何本目のグルーブがどの位置にあるのかの確認が非常に困難になる。そこでこれを解決するためあらかじめ、回折格子のグルーブ端近傍に、そのグルーブが何番目のグルーブであるかを識別できるマークを形成しておくのが好ましい。マークは原子間力顕微鏡など使用を予定しているグルーブ観測手段で確認できるものであれば、数字でも何でもよい。また、マークは全てのグルーブにつける必要はなく、適当な間隔で形成すれば良い。
【００３４】
本発明の光合分波器を分波器として用いる場合は、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から波長λ１、λ２、・・・・、λｍの波長多重信号を入力し、スラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域から各波長の信号を取り出せばよい。
また、合波器として用いる場合は、スラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域から波長λ１、λ２、・・・・、λｍの各波長の信号を入力し、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から合波した信号を取り出せばよい。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
図４（ａ）のような構成で、波長λ１＝１．２７μｍ、λ２＝１．２９μｍ、λ３＝１．３１μｍ、λ４＝１．３３μｍ、の４波長の光多重信号を分波する光分波器を作製した。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’面における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’面における断面図である。 （Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０） ＝（５６３８．２， ２０５２．１， ０）であり、この点に入力用コア８が接続されている。また、（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）＝（６３２７．５， １０１０．６， ０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）＝（６１１２．５， １０２６．９， ０）、（Ｘｏｕｔ（λ３）、Ｙｏｕｔ（λ３）、０）＝（５９０８．８， １０４１．９， ０）、（Ｘｏｕｔ（λ４）、Ｙｏｕｔ（λ４）、０）＝（５７１５．６， １０５５．７， ０）であり、これらの点に出力ＣＨ１用コア９、出力ＣＨ２用コア１０、出力ＣＨ３用コア１１、出力ＣＨ４用コア１２が接続されている。なお、座標値の単位は全てμｍである。また、θ＝２０度、δ１＝９．０７度、δ２＝９．５４度、δ３＝１０．００度、δ４＝１０．４７度である。光導波路基板５としては、シリコン基板１３上に形成した石英導波路を用いた。光導波路基板５のサイズは縦６ｍｍ×横１３ｍｍである。コアの屈折率はｎｃｏｒｅ＝１．５２９１、クラッドの屈折率はｎｃｌａｄ＝１．５２２７、下部クラッド１４の膜厚は５．４μｍ、スラブ状コア３の膜厚は６．５μｍ、上部クラッド１５の膜厚は２２．５μｍとした。また、入力用コア８の幅は６．５μｍ、出力ＣＨ１用コア９、出力ＣＨ２用コア１０、出力ＣＨ３用コア１１、出力ＣＨ４用コア１２の幅は全て３０μｍである。また、スラブ状コア外のｙ＝−１０００μｍの位置に位置合わせマーク１６を形成した。
【００３６】
一方、回折格子２は、石英ガラスに電子線描画とＲＩＥでグルーブを形成し、その表面にアルミニウムをスパッタしたものを用いた。グルーブの断面形状は、深さ０．５μｍの略三角形で、グルーブ配置は、石英ガラスのある１点を原点とした場合に、グルーブ最深部のｙ座標値が、式（１１）〜（１５）で、λｉ＝１．３１μｍ、ｋ＝２１０〜８８０として得られる数列｛Ｈｋ｝の各項の値と一致するようにした。グルーブの長さは約１００μｍである。また、グルーブ形成領域の外側のｙ＝−１０００μｍの位置に位置合わせマークを形成した。図５に作製した回折格子２の断面形状を原子間力顕微鏡で測定した結果を示す。回折格子２を石英光導波路基板に取付ける場合、図５の右側に（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）が位置することになる。
【００３７】
作製した回折格子を可動ブロックに固定し、石英光導波路基板に導波路基板側の位置合わせマーク１６と回折格子側の位置合わせマークが一致するよう可動ブロックを移動した。導波路基板端と回折格子との距離は２μｍとし、隙間をコアと屈折率がほぼ等しいマッチングオイルで充填した。
こうして得られた光分波器にファイバアレイを通して、波長可変レーザで波長１２６０〜１３３８ｎｍのＴＭ偏光を入力した場合のＣＨ１からＣＨ４の出力信号の損失値を図６に示す。
これから、設計通り波長λ１＝１．２７μｍ、λ２＝１．２９μｍ、λ３＝１．３１μｍ、λ４＝１．３３μｍ、の４波長が損失約５ｄＢで分波できていることが分かる。なお、ＴＥ偏光を入力した場合も、図６とほぼ一致する分波特性が得られており、偏波依存性が小さいことも確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の光合分波器は、安価で、小型で、偏波依存性が小さく、波長分割多重伝送システムに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光合分波器の構成図である。
【図２】幅の狭い入出力コアを含む光合分波器の構成図である。
【図３】反射型回折格子のグルーブ断面図である。
【図４】実施例の光分波器の構成図である。
【図５】実施例で用いた回折格子の断面形状を原子間力顕微鏡で測定した結果を示す図面である。
【図６】実施例の光分波器の分波特性である。
【符号の説明】
１： グルーブ
２： 回折格子
３： スラブ状コア
４： 入出力コア
５： 光導波路基板
６： グルーブの最深部
７： グルーブの中心を通りｘｚ平面に平行な平面
８： 入力用コア
９： 出力ＣＨ１用コア
１０： 出力ＣＨ２用コア
１１： 出力ＣＨ３用コア
１２： 出力ＣＨ４用コア
１３： シリコン基板
１４： 下部クラッド
１５： 上部クラッド
１６： 位置合わせマーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重の光信号を波長毎の光信号に分けたり、あるいはその逆に波長の異なる複数の光信号を１つの波長多重光信号にまとめるたりするのに用いられる光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このため、１本の光ファイバ内を複数の波長の光を通して信号を送る波長分割多重伝送（ＷＤＭ）技術が広まっている。遠距離の通信では、１本のファイバに出来るだけ多くの情報を載せるため、使用する波長間隔を１ｎｍ以下に狭くして、多くの波長の光を使った高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）伝送が用いられている。この場合の各波長における波長変動は０．１ｎｍ以下が必須であり、０．０１ｎｍ以下が求められている。一方、数ｋｍ〜数１０ｋｍの通信に対しては、１０ｎｍ程度の波長変動にも対応できるように波長波長間隔を２０ｎｍ以上に広げた低密度波長分割多重（ＣＷＤＭ）伝送が広まりつつある。この場合には、レーザ等の温度調節器が不要になり、コストの低減が可能になる。このようなＷＤＭ伝送を実現するには、複数の波長の光信号をまとめる光合波器及び波長ごとに光信号を分ける分波器が必要になる。
【０００３】
一般に光合分波器の波長選択素子として、光導波路、薄膜多層フィルタ、回折格子等が用いられている。光導波路を用いた光合分波器としては、例えばオプティカルファイバコンファレンス２００１テクニカルダイジェスト、ＷＢ１−１（２００１）に記載されているようなアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いた光合分波器がある。このようなＡＷＧを用いた光合分波器は、分解能が高く波長間隔１ｎｍ以下のＤＷＤＭ伝送にも対応できるが、導波路の大きな曲げ構造を必要とするためサイズを小さくできないという問題がある。
また、薄膜多層フィルタを用いた光合分波器としては、例えば特開平９−２６５２１に開示されているような薄膜多層フィルタとコリメータレンズとファイバを組合せたものがある。この場合分解能を上げるには、高精度に膜厚が制御された１００層前後の薄膜からなる高価で且つ量産性に乏しい薄膜多層フィルタを波長数分用いる必要があり、また、それらと高精度なレンズ及びそれらとファイバを高精度に位置合せするため、非常に高価な装置になってしまう。また、生産性も低いため、量産化が難しいという問題もある。
【０００４】
一方、回折格子を用いた光合分波器としては、特開平８−１２９１１４、特開平９−２３６７２、特開平９−２４３８５５に開示されているように回折格子とコリメータレンズとファイバを組合せたものがある。この場合もこの３つの部品を高精度に位置合わせする必要があるため、生産性が低く、高価になってしまう。この解決策として、ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳのｖｏｌ．２１、ｐ２１９５−ｐ２１９８（１９８２）に記載されているように、回折格子の周期を一定でなく、場所により徐々に変えることにより、回折格子に集光性を付与し、コリメータレンズを不要にすることが提案されている。しかしこの文献で提案されているスラブ状コアにおける波長多重信号の入射位置と波長毎に分割した信号の出射位置との関係では、波長間隔３０ｎｍの信号を分離するのに回折格子から出射位置までで１０ｍｍの距離を必要としており、入出力用のコア部まで含めた光導波路基板全体としては１３ｍｍ×２０ｍｍと大きくなっている。しかも入力用ファイバと出力用のファイバアレイが光導波路基板の異なる辺に接続する形態となっており、一括接続ができない。
また、この文献の回折格子のグルーブ断面形状は矩形であるが、この場合光の偏光状態により、回折効率が大きく変わるという問題があり、合分波特性の偏波依存性が大きく実用に適さない点も問題である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、回折格子を用いた光合分波器であって、安価で、小型で、偏波依存性が小さい光合分波器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の光合分波器を提供するものである。
（１）平面内に直線状のグルーブが形成された回折格子とスラブ状コアを有する光導波路を含む光合分波器において、回折格子平面内で、かつグルーブ形成領域内の１点を原点とし、回折格子平面に垂直方向をｘ軸、回折格子平面内でグルーブに垂直方向をｙ軸、回折格子平面内でグルーブに平行方向をｚ軸とした場合、スラブ状コアがｘ−ｙ平面を含むように形成されており、スラブ状コアの一部と接触または近接配置している回折格子が、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光することを特徴とする光合分波器。
【０００７】
（２）原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をθ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をδｉとした場合、θが１０度以上で、δｉの最小値δｍｉｎが５度以上であることを特徴とする上記１記載の光合分波器。
（３）スラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）、及び（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）の位置に入出力用の幅の狭いコアが接続しており、光導波路基板のある１箇所に全ての出力用コアの末端が近接して配置されていることを特徴とする上記１又は２記載の光合分波器。
【０００８】
（４）回折格子が反射型の回折格子であり、Ｘｏｕｔ（λ１）＞０、Ｘｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＞０であり、入力用コアの末端が、出力用コアの末端に近接して配置されていることを特徴ととする上記３記載の光合分波器。
（５）回折格子の各グルーブ断面形状が左右非対称で、グルーブの最深部がグルーブの中心を通るｘ−ｚ面に平行な面に対して、点（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）と同じ側にあることを特徴とする上記３又は４記載の光合分波器。
（６）回折格子が透過型の回折格子であり、かつそのグルーブ断面形状が左右対称の略サイン曲線状であり、Ｘｏｕｔ（λ１）＜０、Ｘｏｕｔ（λ２）＜０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＜０で、θ及びδｍｉｎが４０度以上であることを特徴とする上記２又は３記載の光合分波器。
【０００９】
（７）回折格子の主たる受光部に含まれる各グルーブから適当な１点づつを選び、そのｙ座標値を順次並べた数列を｛Ｇｊ｝、ｊ＝１〜ｎ、とした場合、数列｛Ｇｊ｝の各項の７０％以上が式（１）で決まる数列｛Ｈｋ｝、ｋ＝ｋ０〜（ｋ０＋ｎ−１）、の各項と一致することを特徴とする上記１〜６のいずれか１項記載の光合分波器。
Ｈｋ ＝ ｛−Ｂ−ＳＱＲ（Ｂ×Ｂ−４×Ａ×Ｃ）｝÷２÷Ａ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１）
注）関数ＳＱＲ（ｘ ）は、ｘの平方根を表す
ここで、
Ａ ＝ Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−（２）
Ｂ ＝ −｛Ｙｉｎ＋Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（３）
Ｃ ＝ （Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ）×｛Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）＋Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝−｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝÷４ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（４）
Ｕｋ ＝ ＳＱＲ［｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝×｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝＋｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝］＋ｋ×λｉ÷ｎｓｌａｂ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（５）
ｋは整数、ｎｓｌａｂはスラブ状コアの屈折率、λｉはスラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の位置から原点に向けて出射される光の中のある１波長である。
【００１０】
（８）回折格子とスラブ状コアを含む光導波路基板に位置合わせマークが形成されていることを特徴とする上記１〜７のいずれか１項記載の光合分波器。
（９）回折格子の一部のグルーブ端近傍に、そのグルーブが何番目のグルーブであるかを識別できるマークが形成されていることを特徴とする上記１〜８のいずれか１項記載の光合分波器。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、平面内に直線状のグルーブが形成された回折格子とスラブ状コアを有する光導波路を含む光合分波器において、回折格子平面内で、かつグルーブ形成領域内の１点を原点とし、回折格子平面に垂直方向をｘ軸、回折格子平面内でグルーブに垂直方向をｙ軸、回折格子平面内でグルーブに平行方向をｚ軸とした場合、スラブ状コアがｘ−ｙ平面を含むように形成されており、スラブ状コアの一部と接触または近接配置している回折格子が、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光することを特徴とする光合分波器である。出射光をこのような位置に集光することにより、回折格子での曲げ角度が大きくなり短い距離で波長毎の分離を大きくできるので、光合分波器のサイズを小さくできる。
【００１２】
特に請求項２に記載したように、原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をθ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をδｉとした場合、θが１０度以上で、δｉの最小値δｍｉｎが５度以上である場合には、波長間隔２０ｎｍの波長多重信号を、原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）との距離Ｌ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］との距離Ｆｉのすべてを８ｍｍ以下で分離可能にできる。
【００１３】
また請求項３に記載したように、スラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）、及び（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）の位置に入出力用の幅の狭いコアを接続し、光導波路基板のある１箇所に全ての出力用コアの末端が近接して配置することにより、出力用のファイバをひとつのファイバアレイにまとめて、出力用コアに一括接続することが可能になる。
回折格子には透過型と反射型があるが、反射型の場合には請求項４に記載したようにＸｏｕｔ（λ１）＞０、Ｘｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＞０とすることにより、入力用コアの末端も出力用コアの末端に近接して配置できるようになるので、入出力ファイバ全てを一括して入出力用コアに接続することが可能になる。
【００１４】
更に反射型の場合、請求項５に記載したように回折格子の各グルーブ断面形状を左右非対称で、グルーブの最深部がグルーブの中心を通るｘ−ｚ面に平行な面に対して、点（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）と同じ側にあるようにすることにより、偏光状態による回折格子の回折効率変化を抑制することができ、偏波依存性の小さい光合分波器ができる。
【００１５】
一方、透過型回折格子の場合は、請求項６に記載したようにグルーブ断面形状を左右対称にし、Ｘｏｕｔ（λ１）＜０、Ｘｏｕｔ（λ２）＜０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＜０で、θ及びδｍｉｎが４０度以上とすることにより、偏光状態による回折格子の回折効率変化を抑制することができ、偏波依存性の小さい光合分波器ができる。
【００１６】
請求項１〜６の光合分波器を実現する回折格子の具体的なグルーブ配置としては、請求項７に記載したように、回折格子の主たる受光部に含まれるｎ本のグルーブから適当な１点づつを選び、そのｙ座標値を順次並べた数列を｛Ｇｊ｝、ｊ＝１〜ｎ、とした場合、数列｛Ｇｊ｝の各項の７０％以上が式（６）で決まる数列｛Ｈｋ｝、ｋ＝ｋ０〜（ｋ０＋ｎ−１）、の各項と一致するようにすればよい。
Ｈｋ ＝ ｛−Ｂ−ＳＱＲ（Ｂ×Ｂ−４×Ａ×Ｃ）｝÷２÷Ａ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（６）
注）関数ＳＱＲ（ｘ ）は、ｘの平方根を表す
ここで、
Ａ ＝ Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−（７）
Ｂ ＝ −｛Ｙｉｎ＋Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（８）
Ｃ ＝ （Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ）×｛Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）＋Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝−｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝÷４ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（９）
Ｕｋ ＝ ＳＱＲ［｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝×｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝＋｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝］＋ｋ×λｉ÷ｎｓｌａｂ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１０）
ｋは整数、ｎｓｌａｂはスラブ状コアの屈折率、λｉはスラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の位置から原点に向けて出射される光の中のある１波長である。
【００１７】
請求項８に記載したように回折格子とスラブ状コアを含む光導波路基板に位置合わせマークを形成しておくことにより、実際に光信号の入出力を行わずに、回折格子をスラブ状コアに対して正確な位置に取り付けることが可能になる。
【００１８】
請求項９に記載したように回折格子の一部のグルーブ端近傍に、そのグルーブが何番目のグルーブであるかを識別できるマークを形成することにより、請求項７に記載したようなグルーブ配置で作製した回折格子の検査を原子間力顕微鏡やレーザー顕微鏡などで行う場合、グルーブ配置の適否判定が容易になる。
【００１９】
本発明の光合分波器は図１に示すように、平面内に直線状のグルーブ１が形成された回折格子２とスラブ状コア３を有する光導波路を含む光合分波器において、回折格子平面内で、かつグルーブ形成領域内の１点を原点とし、回折格子平面に垂直方向をｘ軸、回折格子平面内でグルーブに垂直方向をｙ軸、回折格子平面内でグルーブに平行方向をｚ軸とした場合、スラブ状コア３がｘ−ｙ平面を含むように形成されており、スラブ状コア３の一部と接触または近接配置している回折格子２が、スラブ状コア３の（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コア３の（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光することを特徴とするものである。
【００２０】
ここで、光合分波器のサイズを更に小型化するには、原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をθ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をδｉとした場合、θが１０度以上で、δｉの最小値δｍｉｎが５度以上であることが好ましく、θが１５度以上で、δｉの最小値δｍｉｎが７度以上がより好ましい。θを１０度以上で、δｉの最小値δｍｉｎを５度以上とすることにより波長間隔２０ｎｍの波長多重信号を、原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）との距離Ｌ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］との距離Ｆｉのすべてを８ｍｍ以下で分離可能にできる。
【００２１】
また回折格子は平面内に直線状のグルーブが形成されたものであれば、透過型でも反射型でもかまわない。なお、この回折格子は通常の回折格子と異なり波長分離機能以外に集光機能も合わせもつ必要があるので、各グルーブの幅は一定でなく、場所により少しづつ異なるという特徴を有する。
【００２２】
反射型の場合、グルーブが形成された面が（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）に近くなるようにスラブ状コアと接触または近接配置させるのが望ましい。反対に配置した場合、スラブ状コアから出射した光が、グルーブ形成面で反射されて再びスラブ状コアに戻るまでに回折格子の厚みの２倍の距離を伝播する必要があり、その間にｚ軸方向に光が拡がるため、再度スラブ状コアに入射できる光の割合が極端に低下してしまう。反射型回折格子をスラブ状コアの一部と接触または近接させる方法としては、スラブ状コアを光導波路基板の端まで形成しておき、その端面に回折格子を固定するか、スラブ状コアの一部に穴を開けて回折格子を取付けるかすればよい。どちらの場合も、回折格子のグルーブ形成面とそれに対向するスラブ状コア端面との距離は、１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。また隙間はスラブ状コアとほぼ同等の屈折率を有し、かつ合分波しようとする波長範囲で高透明な材料で埋めるのが好ましい。
【００２３】
透過型の場合は、グルーブ形成面を配置する方向はどちらでも良いが、スラブ状コアから出射した光が、回折格子を透過して反対側のスラブ状コアに入射するまでに回折格子の厚み分の距離を伝播する必要があり、その間にｚ軸方向に光が拡がるため、回折格子の厚みは２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。透過型回折格子をスラブ状コアの一部と接触または近接させる方法としては、スラブ状コアの一部に穴を開けて回折格子を取付けるか、回折格子の両面にスラブ状コアを光導波路基板の端まで形成したものを取り付けるかすればよい。どちらの場合も回折格子の両面の隙間は１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。また隙間はスラブ状コアとほぼ同等の屈折率を有し、かつ合分波しようとする波長範囲で高透明な材料で埋めるのが好ましい。
【００２４】
スラブ状コアは、マルチモード用、シングルモード用のどちらでもよく、材料も特に限定されず石英でもポリマでもよく、用途に応じて適宜選択すればよい。
【００２５】
本発明は、回折格子が、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光することを特徴としているが、（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域及び（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域とは、厚み方向はスラブ状コアの膜厚を最大とし、幅方向は５０μｍを最大とする領域である。
【００２６】
この微小領域を通して、合分波する光信号の入出力を行うことになるが、その方法としては、微小領域に直接ファイバや受発光素子を配置する方法と、図２に示すように幅の狭い入出力コア４をこの微小領域から光導波路基板５の端または、適当な場所まで設置し、その入出力コア４の末端にファイバや受発光素子を接続する方法とがある。入出力コア４の膜厚はスラブ状コア３と同じであり、入出力コア４の幅は、入出力信号のモード（シングルモードかマルチモード）に応じて適宜決めればよい。また出力コアの末端は、光導波路基板中にばらばらに配置せず１箇所にまとめて配置するのが好ましい。こうすることによりファイバアレイで一括接続が可能になり、自動接続が容易になる。この際、ファイバアレイの接続を容易にするため光導波路基板にＶ溝を形成しても良い。スラブ状コアとの接続部における入出力コアの引出し方向は、接続近傍での入出力コアの接線が（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）、（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）の各点と原点を結ぶ直線と平行になるようにするのが好ましい。
【００２７】
更に回折格子が反射型の場合は、短い長さの入出力コア４で、入力コアの末端も含めた全ての入出力コアの末端を１箇所にまとめて配置できる。こうすることにより入出力用のファイバを接続する際、１つのファイバアレイで一括接続が可能になる。
これは本発明が前記のＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳのｖｏｌ．２１、ｐ２１９５−ｐ２１９８（１９８２）に記載されている光合分波器と比較して、（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）の各点を（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）により近づけて配置している効果である。すなわち入出力コア４は損失を一定値以下に抑制しようとすると曲げの最大曲率が制限されるので、（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）の各点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）との距離が離れれば離れるほど、入出力コア４の末端を充分近づけるのに必要な曲げ角度が大きくなり、長い距離が必要となる。
【００２８】
スラブ状コア３及び入出力用コア４の上下にはコアより屈折率の低い上部クラッド及び下部クラッドを形成しても良い。この場合、上部クラッドと下部クラッドの屈折率は同じでも、異なっていても良い。
回折格子が反射型の場合、回折格子のグルーブ断面形状は、光合分波器の偏波依存性を小さくする観点から、図３に示すように左右非対称で、グルーブの最深部６がグルーブの中心を通るｘ−ｚ面に平行な面７に対して、点（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）と同じ側にあることが好ましい。
また回折格子が透過型の場合、光合分波器の偏波依存性を小さくする観点から、Ｘｏｕｔ（λ１）＜０、Ｘｏｕｔ（λ２）＜０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＜０で、θ及びδｍｉｎが４０度以上となるようにし、且つグルーブ断面形状を左右対称の略サイン曲線状とすることが好ましい。
【００２９】
反射型回折格子、透過型回折格子ともに、そのグルーブ配置は、回折格子の主たる受光部に含まれる各グルーブから適当な１点づつを選び、そのｙ座標値を順次並べた数列を｛Ｇｊ｝、ｊ＝１〜ｎ、とした場合、数列｛Ｇｊ｝を式（１１）で決まる数列｛Ｈｋ｝、ｋ＝ｋ０〜（ｋ０＋ｎ−１）、と一致するように配置することが好ましい。
Ｈｋ ＝ ｛−Ｂ−ＳＱＲ（Ｂ×Ｂ−４×Ａ×Ｃ）｝÷２÷Ａ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１１）
注）関数ＳＱＲ（ｘ ）は、ｘの平方根を表す
ここで、
Ａ ＝ Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−（１２）
Ｂ ＝ −｛Ｙｉｎ＋Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１３）
Ｃ ＝ （Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ）×｛Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）＋Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝−｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝÷４ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１４）
Ｕｋ ＝ ＳＱＲ［｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝×｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝＋｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝］＋ｋ×λｉ÷ｎｓｌａｂ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１５）
ｋは整数、ｎｓｌａｂはスラブ状コアの屈折率、λｉはスラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の位置から原点に向けて出射される光の中のある１波長である。
【００３０】
なお回折格子の主たる受光部は、図１に示すようにスラブ状コア３の（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された光がスラブ状コア３を伝播する際のｘ−ｙ平面方向への広がり角度ψで決まる部分である。ここで、ψはスラブ状光導波路のコアの屈折率をｎｃｏｒｅ、クラッドの屈折率をｎｃｌａｄとした場合、式（１６）で決まるものである。
ｓｉｎ（ψ）＝ＳＱＲ（ｎｃｏｒｅ×ｎｃｏｒｅ−ｎｃｌａｄ×ｎｃｌａｄ）÷ｎｃｏｒｅ −−−−−−−−−−−−−−−−（１６）
【００３１】
本発明に用いる回折格子は、機械加工、電子線描画、グレースケールマスク露光、ＲＩＥ（Ｒｉａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、フォトリソグラフィなどの微細加工法を単独または組合わせて作製することができる。加工基材は、ガラス、金属、ポリマなど加工方法に応じて適宜選択すればよい。また、作製した回折格子をマスタパターンとして、これから転写したものを用いることもできる。
反射型回折格子の場合は、グルーブ表面に反射率の高いアルミニウム、銀、銀合金、誘電多層膜などを形成するのが好ましい。
【００３２】
回折格子とスラブ状コアを含む光導波路基板を別々に作製してから一体化する場合、両者の位置合わせが必要となる。この位置合わせは、実際に使用する波長の信号を入力し、その出力信号をモニタしながら行ってもよいが、回折格子と光導波路基板に位置合わせマークを形成しておくことにより、光の入出力をしなくても正確に位置合わせすることが可能になる。位置合わせマークとしては、例えば半導体製造や液晶製造などのフォトリソプロセスなどで使われているマークなどが使用できる。
【００３３】
また作製した回折格子のグルーブ配置が、設計通りできているかの確認を原子間力顕微鏡などで行う場合、測定分解能を上げるとグルーブ形成領域全体を観測できないため、何本目のグルーブがどの位置にあるのかの確認が非常に困難になる。そこでこれを解決するためあらかじめ、回折格子のグルーブ端近傍に、そのグルーブが何番目のグルーブであるかを識別できるマークを形成しておくのが好ましい。マークは原子間力顕微鏡など使用を予定しているグルーブ観測手段で確認できるものであれば、数字でも何でもよい。また、マークは全てのグルーブにつける必要はなく、適当な間隔で形成すれば良い。
【００３４】
本発明の光合分波器を分波器として用いる場合は、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から波長λ１、λ２、・・・・、λｍの波長多重信号を入力し、スラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域から各波長の信号を取り出せばよい。
また、合波器として用いる場合は、スラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域から波長λ１、λ２、・・・・、λｍの各波長の信号を入力し、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から合波した信号を取り出せばよい。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
図４（ａ）のような構成で、波長λ１＝１．２７μｍ、λ２＝１．２９μｍ、λ３＝１．３１μｍ、λ４＝１．３３μｍ、の４波長の光多重信号を分波する光分波器を作製した。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’面における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’面における断面図である。 （Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０） ＝（５６３８．２， ２０５２．１， ０）であり、この点に入力用コア８が接続されている。また、（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）＝（６３２７．５， １０１０．６， ０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）＝（６１１２．５， １０２６．９， ０）、（Ｘｏｕｔ（λ３）、Ｙｏｕｔ（λ３）、０）＝（５９０８．８， １０４１．９， ０）、（Ｘｏｕｔ（λ４）、Ｙｏｕｔ（λ４）、０）＝（５７１５．６， １０５５．７， ０）であり、これらの点に出力ＣＨ１用コア９、出力ＣＨ２用コア１０、出力ＣＨ３用コア１１、出力ＣＨ４用コア１２が接続されている。なお、座標値の単位は全てμｍである。また、θ＝２０度、δ１＝９．０７度、δ２＝９．５４度、δ３＝１０．００度、δ４＝１０．４７度である。光導波路基板５としては、シリコン基板１３上に形成した石英導波路を用いた。光導波路基板５のサイズは縦６ｍｍ×横１３ｍｍである。コアの屈折率はｎｃｏｒｅ＝１．５２９１、クラッドの屈折率はｎｃｌａｄ＝１．５２２７、下部クラッド１４の膜厚は５．４μｍ、スラブ状コア３の膜厚は６．５μｍ、上部クラッド１５の膜厚は２２．５μｍとした。また、入力用コア８の幅は６．５μｍ、出力ＣＨ１用コア９、出力ＣＨ２用コア１０、出力ＣＨ３用コア１１、出力ＣＨ４用コア１２の幅は全て３０μｍである。また、スラブ状コア外のｙ＝−１０００μｍの位置に位置合わせマーク１６を形成した。
【００３６】
一方、回折格子２は、石英ガラスに電子線描画とＲＩＥでグルーブを形成し、その表面にアルミニウムをスパッタしたものを用いた。グルーブの断面形状は、深さ０．５μｍの略三角形で、グルーブ配置は、石英ガラスのある１点を原点とした場合に、グルーブ最深部のｙ座標値が、式（１１）〜（１５）で、λｉ＝１．３１μｍ、ｋ＝２１０〜８８０として得られる数列｛Ｈｋ｝の各項の値と一致するようにした。グルーブの長さは約１００μｍである。また、グルーブ形成領域の外側のｙ＝−１０００μｍの位置に位置合わせマークを形成した。図５に作製した回折格子２の断面形状を原子間力顕微鏡で測定した結果を示す。回折格子２を石英光導波路基板に取付ける場合、図５の右側に（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）が位置することになる。
【００３７】
作製した回折格子を可動ブロックに固定し、石英光導波路基板に導波路基板側の位置合わせマーク１６と回折格子側の位置合わせマークが一致するよう可動ブロックを移動した。導波路基板端と回折格子との距離は２μｍとし、隙間をコアと屈折率がほぼ等しいマッチングオイルで充填した。
こうして得られた光分波器にファイバアレイを通して、波長可変レーザで波長１２６０〜１３３８ｎｍのＴＭ偏光を入力した場合のＣＨ１からＣＨ４の出力信号の損失値を図６に示す。
これから、設計通り波長λ１＝１．２７μｍ、λ２＝１．２９μｍ、λ３＝１．３１μｍ、λ４＝１．３３μｍ、の４波長が損失約５ｄＢで分波できていることが分かる。なお、ＴＥ偏光を入力した場合も、図６とほぼ一致する分波特性が得られており、偏波依存性が小さいことも確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の光合分波器は、安価で、小型で、偏波依存性が小さく、波長分割多重伝送システムに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光合分波器の構成図である。
【図２】幅の狭い入出力コアを含む光合分波器の構成図である。
【図３】反射型回折格子のグルーブ断面図である。
【図４】実施例の光分波器の構成図である。
【図５】実施例で用いた回折格子の断面形状を原子間力顕微鏡で測定した結果を示す図面である。
【図６】実施例の光分波器の分波特性である。
【符号の説明】
１： グルーブ
２： 回折格子
３： スラブ状コア
４： 入出力コア
５： 光導波路基板
６： グルーブの最深部
７： グルーブの中心を通りｘｚ平面に平行な平面
８： 入力用コア
９： 出力ＣＨ１用コア
１０： 出力ＣＨ２用コア
１１： 出力ＣＨ３用コア
１２： 出力ＣＨ４用コア
１３： シリコン基板
１４： 下部クラッド
１５： 上部クラッド
１６： 位置合わせマーク
Claims (9)
- 平面内に直線状のグルーブが形成された回折格子とスラブ状コアを有する光導波路を含む光合分波器において、回折格子平面内で、かつグルーブ形成領域内の１点を原点とし、回折格子平面に垂直方向をｘ軸、回折格子平面内でグルーブに垂直方向をｙ軸、回折格子平面内でグルーブに平行方向をｚ軸とした場合、スラブ状コアがｘ−ｙ平面を含むように形成されており、スラブ状コアの一部と接触または近接配置している回折格子が、スラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の点を含む微小領域から原点に向けて出射された波長λ１、λ２、・・・・、λｍの光を分光し、各波長毎にスラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）［ただしＹｏｕｔ（λ１）＞０、Ｙｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｙｏｕｔ（λｍ）＞０］の各点を含む微小領域に集光することを特徴とする光合分波器。
- 原点と（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をθ、原点と（Ｘｏｕｔ（λｉ）、Ｙｏｕｔ（λｉ）、０）［ただしｉ＝１，２，・・・，ｍ］とを結ぶ直線とｘ軸とがなす角度をδｉとした場合、θが１０度以上で、δｉの最小値δｍｉｎが５度以上であることを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
- スラブ状コアの（Ｘｏｕｔ（λ１）、Ｙｏｕｔ（λ１）、０）、（Ｘｏｕｔ（λ２）、Ｙｏｕｔ（λ２）、０）、・・・・（Ｘｏｕｔ（λｍ）、Ｙｏｕｔ（λｍ）、０）、及び（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）の位置に入出力用の幅の狭いコアが接続しており、光導波路基板のある１箇所に全ての出力用コアの末端が近接して配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光合分波器。
- 回折格子が反射型の回折格子であり、Ｘｏｕｔ（λ１）＞０、Ｘｏｕｔ（λ２）＞０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＞０であり、入力用コアの末端が、出力用コアの末端に近接して配置されていることを特徴ととする請求項３記載の光合分波器。
- 回折格子の各グルーブ断面形状が左右非対称で、グルーブの最深部がグルーブの中心を通るｘ−ｚ面に平行な面に対して、点（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）と同じ側にあることを特徴とする請求項３又は４記載の光合分波器。
- 回折格子が透過型の回折格子であり、かつそのグルーブ断面形状が左右対称の略サイン曲線状であり、Ｘｏｕｔ（λ１）＜０、Ｘｏｕｔ（λ２）＜０、・・・・Ｘｏｕｔ（λｍ）＜０で、θ及びδｍｉｎが４０度以上であることを特徴とする請求項２又は３記載の光合分波器。
- 回折格子の主たる受光部に含まれる各グルーブから適当な１点づつを選び、そのｙ座標値を順次並べた数列を｛Ｇｊ｝、ｊ＝１〜ｎ、とした場合、数列｛Ｇｊ｝の各項の７０％以上が式（１）で決まる数列｛Ｈｋ｝、ｋ＝ｋ０〜（ｋ０＋ｎ−１）、の各項と一致することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の光合分波器。
Ｈｋ ＝ ｛−Ｂ−ＳＱＲ（Ｂ×Ｂ−４×Ａ×Ｃ）｝÷２÷Ａ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１）
注）関数ＳＱＲ（ｘ ）は、ｘの平方根を表す
ここで、
Ａ ＝ Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−（２）
Ｂ ＝ −｛Ｙｉｎ＋Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×Ｕｋ×Ｕｋ−｛Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（３）
Ｃ ＝ （Ｘｉｎ×Ｘｉｎ＋Ｙｉｎ×Ｙｉｎ）×｛Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）＋Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝−｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｕｋ×Ｕｋ−Ｘｉｎ×Ｘｉｎ−Ｙｉｎ×Ｙｉｎ−Ｘｏｕｔ（λｉ）×Ｘｏｕｔ（λｉ）−Ｙｏｕｔ（λｉ）×Ｙｏｕｔ（λｉ）｝÷４ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（４）
Ｕｋ ＝ ＳＱＲ［｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝×｛Ｘｉｎ＋│Ｘｏｕｔ（λｉ）│｝＋｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝×｛Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ（λｉ）｝］＋ｋ×λｉ÷ｎｓｌａｂ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（５）
ｋは整数、ｎｓｌａｂはスラブ状コアの屈折率、λｉはスラブ状コアの（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）［ただしＸｉｎ＞０、Ｙｉｎ＞０］の位置から原点に向けて出射される光の中のある１波長である。 - 回折格子とスラブ状コアを含む光導波路基板に位置合わせマークが形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の光合分波器。
- 回折格子の一部のグルーブ端近傍に、そのグルーブが何番目のグルーブであるかを識別できるマークが形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の光合分波器。
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| JP2002296141A JP2004133115A (ja) | 2002-10-09 | 2002-10-09 | 回折格子を用いた光合分波器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN115421234A (zh) * | 2022-11-04 | 2022-12-02 | 北京驭光科技发展有限公司 | 衍射光波导及其光栅结构以及显示设备 |
-
2002
- 2002-10-09 JP JP2002296141A patent/JP2004133115A/ja active Pending
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