JP2005070469A

JP2005070469A - 光導波路

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Publication number: JP2005070469A
Application number: JP2003300682A
Authority: JP
Inventors: 浩 ▲高▼橋; Hiroshi Takahashi; Tsutomu Kito; 勤鬼頭; Shunichi Soma; 俊一相馬; Masayuki Okuno; 将之奥野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: JP4202212B2

Abstract

【課題】直線導波路と曲線導波路との接続部分の光損失を大幅に抑制しながらも光回路全体の小型化を図ることができる光導波路を提供する。
【解決手段】直線導波路１と曲線導波路３とが接続された光導波路において、局所的な曲率（半径の逆数）が、直線導波路１から曲線導波路３にかけて一定の割合で０から１／Ｒ（ただしＲは曲線導波路３の半径である）に連続的に変化する遷移導波路２を直線導波路１と曲線導波路３との間に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信システムや光信号処理装置等に用いられる光導波路に関し、特に、損失の低減やフィルタの波長精度向上等の光学特性の改善可能な光導波路に関する。

基板上に形成される光導波路からなる平面型の光回路は、従来のレンズや干渉膜フィルタ等の光学部品を組み立てるタイプと比較して、小型で量産性が高いだけでなく、長期信頼性にも優れているため、光通信システムや光信号処理装置における中心的な部品として用いられるようになってきた。

特に、熱光学効果を利用したマッハツェンダー干渉計（Mach−Zehnder Interferometer：ＭＺＩ）型の光スイッチやアレイ導波路回折格子（arrayed waveguide grating：ＡＷＧ）型の波長合分波器はすでに商用化されており、更なる特性の向上を目的に活発な研究開発が行われている。

図４にＭＺＩ型の光スイッチ素子の概略構造を示す。図４に示すように、ＭＺＩ型の光スイッチ素子１０は、二本の入力導波路１１ａ，１１ｂ、第一の方向性結合器１２、平行する二本の導波路１３ａ，１３ｂ、第二の方向性結合器１４、二本の出力導波路１５ａ，１５ｂを順次接続した構造となっている。また、平行する二本のうちの一方の導波路１３ａ上には、薄膜ヒータ１６が形成されている。

このような光スイッチ素子１０においては、薄膜ヒータ１６に電力を印加し、導波路１３ａを加熱して屈折率を変化させ、第二の方向性結合器１４で合流する際の光の位相を制御することにより、スイッチング（二つの出力導波路１５ａ，１５ｂのどちらから光を出力するかを選択すること）することができる。

このような２×２のＭＺＩ型の光スイッチ素子１０を基本構造として、例えば、図５に示すようにして１６×１６のマトリクスのように構成することにより大規模なスイッチが作製される（例えば、下記非特許文献１等参照）。このような大規模なスイッチにおいては、消光比を向上させるため、一対の上記光スイッチ素子１０でクロス／スルー切替用スイッチ２０を構成し、これらが１６×１６のメッシュ状に配置されて相互に接続された構造をなしている。

なお、図５においては、便宜上、光スイッチ素子１０の間の接続を折れ線で表わしているが、実際には緩やかな曲線状に接続されている。このような構造により、任意の１６個の入力光信号を任意の１６個の出力光信号に切り替えることができる。

また、図６にＡＷＧ型の波長合分波器の概略構造を示す。図６に示すように、ＡＷＧ型の波長合分波器３０は、入力導波路群３１、入力側スラブ導波路３２、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）３３、出力側スラブ導波路３４、出力導波路群３５を順次接続した構造となっている。波長多重光が伝搬する入力ファイバ３６は、入力導波路群３１のうちの一本の入力導波路に接続されている。

このような波長合分波器３０においては、上記入力ファイバ３６からの波長多重光が入力側スラブ導波路３２内で回折して、ＡＷＧ３３を構成する複数の導波路に同位相で入射する。これら導波路は、その長さが、隣接する導波路と一定の値だけ異なるように設計されており、ＡＷＧ３３の出口において波長に応じた位相差を生じさせることができるようになっている。

このため、ＡＷＧ３３からの放射光が、多重干渉により出力側スラブ導波路３４の入射端部で集光するものの、上述の位相差により集光位置が波長により異なるようになる。その結果、波長の異なる光を出力導波路群３５の異なる出力導波路から出力ファイバアレイ３７を介して取り出すことができる。

上記ＡＷＧ型の波長合分波器３０は、誘電体多層膜型や従来のグレーティング型の波長合分波器と比較して、波長間隔が狭く、高密度に多重された波長多重光も分波できるという特徴を有している。実験レベルでは、２５ＧＨｚ間隔、４００ｃｈ、商用レベルでは、５０ＧＨｚ間隔、６４ｃｈ程度のものが得られている。

特開平１１−１３３２５３号公報 T.Goh et al.,"Low loss and high extinction ratio strictly nonblocking 16 × 16 thermooptic matrix switch on ６−in wafer using silica-based planar lightwave circuit technology"，IEEE Jornal of Lighwave Technology，vol.19，No.3，pp371-379，2001 IEEE Journal of Quantum Electronics，vol.QE−18，No.10，p1802，1982

上述したような各種の光回路は、曲線導波路と直線導波路とを多数接続して構成されていることから、この接続部分における光の損失を極力小さくすることが極めて重要である。例えば、図４に示したＭＺＩ型の光スイッチ素子４の場合でさえ、入力から出力に到達するまでに、光は曲線導波路と直線導波路との接続部分を１６箇所通過しなければならない。

この光スイッチ素子４を多数集積した大規模なスイッチの場合にはさらに増え、図５に示したような１６×１６のマトリクスのように構成した大規模なスイッチの場合、光は曲線導波路と直線導波路との接続部分を４５０箇所も通過するようになってしまう。そのため、曲線導波路と直線導波路との接続部分の一箇所当りの光の損失が仮にわずか０．００４ｄＢだったとしても、合計で１．８ｄＢもの損失となってしまい、無視できない値となってしまう。

また、図６に示したようなＡＷＧ型の波長合分波器３０の場合、出力導波路群３５における曲線導波路と直線導波路との接続部分がスムーズでないと、そこで光の蛇行現象が発生してしまい、得られる波長特性にバラツキを生じるという問題がある（蛇行現象による波長特性バラツキの発生については、上記特許文献１等に詳しく記載されている）。

そこで、直線導波路と曲線導波路との接続をスムーズにするため、図７に示すような二つの手段が知られている。まず一つ目は、図７（ａ）に示すように、半径Ｒの円弧状の曲線導波路４３における光の強度分布が直線導波路４１の中心位置からずれることを補正するように、曲線導波路４３と直線導波路４１との中心位置をずらして接続するものであり、一般にオフセット接続と言われている。

直線導波路４１を横断する方向の光の強度の分布（図７（ａ）中、左側）は、強度の中心位置が直線導波路４１の中心位置と一致している。一方、曲線導波路４３を横断する方向の光の強度の分布（図７（ａ）中、右側）は、強度の中心位置が曲線導波路４３の中心位置よりも当該曲線導波路４３の湾曲中心から外側へずれている。

このずれによる損失を抑制するため、曲線導波路４３と直線導波路４１との強度分布の中心を一致させるように、曲線導波路４３と直線導波路４１との中心位置を接続部分４２においてずらして接続している。

ところが、上述したようにして中心位置をずらして接続しても、曲線導波路４３の強度分布が歪んでいる（左右非対称）ため、曲線導波路４３と直線導波路４１との強度分布形状にわずかな不一致を生じてしまう。そのため、直線導波路４１の０次モード伝搬光のエネルギーが曲線導波路４３の０次モード伝搬光に１００％結合せず、損失が発生してしまうだけでなく、結合しなかったエネルギーが高次モードや漏洩モードを励振して蛇行現象を誘発してしまっていた。

なお、現在広く用いられている比屈折率差０．７５％の石英系ガラス導波路においては、この損失が一接続箇所当たり約０．００４ｄＢ程度である。この損失は、先に説明したように、近年、４５０箇所もの接続箇所を通過するような大規模な光回路が作製されるようになって初めて定量的に明らかになったものであり、小規模の光回路では測定誤差に埋もれて観測されなかったため、現在まで問題視されていなかった。

また、二つ目は、図７（ｂ）に示すように、直線導波路５１と半径Ｒの曲線導波路５３との間を、ｙ＝Ｈ／Ｌ・ｘ−ｓｉｎ（２π／Ｌ・ｘ）の関数で表わされるＳ字型曲線の一部分の形状をなす遷移導波路５２により接続するものである。この遷移導波路５２の局所的な曲率ｋ（ｘ）は、近似的にｋ（ｘ）≒ｙ″（ｘ）＝２πＨ／Ｌ²・ｓｉｎ（２π／Ｌ・ｘ）で表わされることが知られている（例えば、上記非特許文献２等参照）。

上記遷移導波路５２は、その形状を上述したような比較的簡単な数式で表わすことができるため、光回路の設計を容易に行うことができるものの、曲率の増加がｓｉｎ関数的であるため、一様な増加ではない。光が曲線上を伝搬する際の放射損失特性は曲率で決まると考えられるため、曲率の増加が一様でない場合には、放射損失がわずかながらも発生してしまう。

また、自由なパラメータであるＨとＬとの比率Ｈ／Ｌが小さくなるように当該ＨとＬとを設定した場合、曲率の変化がｓｉｎ関数であるものの非常に緩やかであるため、上述した放射損失を抑制できる可能性がある。しかしながら、そのような場合には、遷移導波路５２の長さが非常に長くなってしまい、光回路全体の小型化を図ることが難しくなってしまう。

このようなことから、本発明は、直線導波路と曲線導波路との接続部分の光損失を大幅に抑制しながらも光回路全体の小型化を図ることができる光導波路を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、本発明による光導波路は、直線導波路と曲線導波路とが接続された光導波路において、局所的な曲率（半径の逆数）が、前記直線導波路から前記曲線導波路にかけて一定の割合で０から１／Ｒ（ただしＲは前記曲線導波路の半径である）に連続的に変化する遷移導波路を当該直線導波路と当該曲線導波路との間に設けたことを特徴とする。

また、本発明による光導波路は、半径の異なる曲線導波路が接続された光導波路において、局所的な曲率（半径の逆数）が、一方の前記曲線導波路から他方の前記曲線導波路にかけて一定の割合で１／Ｒ１（ただしＲ１は一方の前記曲線導波路の半径である）から１／Ｒ２（ただしＲ２は他方の前記曲線導波路の半径である）に連続的に変化する遷移導波路を一方の当該曲線導波路と他方の当該曲線導波路との間に設けたことを特徴とする。

また、本発明による光導波路は、上述した光導波路において、前記遷移導波路が、所定の長さΔＬの微小直線を連続させたものであることを特徴とする。

また、本発明による光導波路は、上述した光導波路において、前記微小直線の前記長さΔＬが、放射損失を生じさせない範囲の最長の大きさであることを特徴とする。

また、本発明による光導波路は、上述した光導波路において、高次モード伝搬光又は漏洩モード伝搬光と基本モード伝搬光との位相差が２ｎπ（ただしｎは１〜４の整数）となるように、前記遷移導波路の長さが設定されていることを特徴とする。

本発明による光導波路においては、遷移導波路の長さを必要最小限にとどめ、かつ、直線導波路と曲線導波路との接続部分における光の損失を低減することができる。

まず、遷移導波路における局所的な曲率を一定の割合で変化させた場合、光は伝搬しながらその強度分布の中心が一定の割合で進行方向と直交する方向に移動して、最終的に、曲線導波路における強度分布の中心（先に説明したように、これは導波路の中心からずれている。）に一致する。そのため、光の伝搬がスムーズになり放射損失を誘発しなくなる。これは、背景技術で説明した図７（ａ）の右側に示した強度分布のずれ量が曲率に比例するという理由による（第１の作用）。

また、一般にフォトマスクのデータ量を減らすため、円弧状の曲線導波路を多数の微小直線で近似させることはよく知られており、その際には、円弧状の曲線導波路を等角度で分割する方法が行われている。例えば、比屈折率差が０．７５％の石英導波路で円弧状の曲線を作製する場合、損失を生じない最小半径が５ｍｍとなり、これを０．２度で分割する方法が行われている。この場合、微小直線の長さは１７．４５μｍとなる。

しかしながら、このような従来の等角度分割による手段を上述した「局所的に曲率が変化する遷移導波路」に適用してしまうと、前記微小直線の長さも変化してしまうため、「光は伝搬しながらその強度分布の中心が一定の割合で進行方向と直交する方向に移動する」という作用が得られなくなってしまう。

これに対し、遷移導波路を多数の微小直線で近似的に構成する際に、すべての微小直線の長さΔＬを放射損失を生じさせない範囲の最長の大きさにすると、「光は伝搬しながらその強度分布の中心が一定の割合で進行方向と直交する方向に移動する」という作用が得られるので、放射損失を抑制することができる。つまり、過剰損失を生じさせることなくフォトマスクのデータ量を小さくすることが可能になるのである（第２の作用）。

さらに、接続部分で発生した高次モード伝搬光又は漏洩モード伝搬光が導波路で再結合した際の基本モード伝搬光との位相差が２ｎπ（ただしｎは１〜４の整数）となるように前記遷移導波路の長さを設定することにより、わずかに発生した高次モード伝搬光や漏洩モード伝搬光が基本モード伝搬光に再結合することを促すことが可能になるので、損失を一段と低減することができる（第３の作用）。

したがって、本発明によれば、直線導波路と曲線導波路との間の接続部分における光の伝搬をスムーズにすることができ、接続損失の低減及び蛇行現象の発生を防止することができる。

本発明に係る光導波路の実施形態を図面を用いて以下に説明するが、本発明に係る光導波路は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は本発明に係る光導波路の説明図である。図１（ａ）は直線導波路と曲線導波路との接続部分の拡大図である。図１（ａ）に示すように、直線導波路１と曲線導波路３との間は、遷移導波路２で接続されている。すべての導波路１〜３の幅は７μｍである。

図１（ｂ）は遷移導波路２を構成する複数の連続した微小直線２αの位置や傾きを示す図である。なお、円弧状の曲線導波路３の放射損失を無視できる最小の曲率半径をＲ_minとし、微小直線２αを多数繋げて半径Ｒ_minの曲線導波路３に近似させる際の、放射損失を生じさせない範囲の最長の微小直線２αの長さをΔＬとする。図１（ｂ）に示すように、遷移導波路２は、長さΔＬの微小直線２αを底辺とした二等辺三角形を隣接させるように当該微小直線２αを連続させて配置した形状をなしている。

ここで、第ｉ番目に位置する二等辺三角形の等辺の長さをＲ_iとし、Ｒ_iと比較してΔＬを非常に小さい値とすると、この二等辺三角形は、開き角（頂角）が非常に小さい扇形とみなすことができるので、第ｉ番目に位置する微小直線２α_iにおける局所的な曲率Ｋ_iは近似的にＫ_i＝１／Ｒ_iと表わすことができる。

曲線導波路３の半径がＲ_minであることから、遷移導波路２の曲線導波路３に最も近い部分においては、曲率が１／Ｒ_minである必要がある。従って、微小直線の総数をＮとすると、Ｋ_i＝１／Ｒ_i＝（1／Ｒ_min）・（ｉ／Ｎ）を満足するように微小直線２αの位置が定められている。

図１（ｃ）は本発明の効果を確認するために試験用に作製した多数の曲線導波路及び直線導波路を有する光導波路の全体概略図である。図１（ｃ）に示すように、光導波路は、波状をなしており、直線導波路１と曲線導波路３との接続部分（遷移導波路２）を１２０箇所設け、接続損失を１２０倍にして精度よく測定できるようにする。そして、遷移導波路２の微小直線２αの数による影響を求めるため、遷移導波路２の微小直線２αの数を変えた各光導波路をそれぞれ作製して比較試験を行うようにした。

上記光導波路は、以下の手順に従って作製した。まず、シリコン基板上に火炎加水分解堆積（Flame Hydrolysis Deposition：ＦＨＤ）法により石英系ガラス膜を形成し、引き続き、ゲルマニウムをドープした石英系ガラス膜を同様に形成し、次に、図１（ｃ）に示した構造をなすパターンの描かれたフォトマスクを用いて、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによりコアを形成した後、ＦＨＤ法により石英系ガラス膜を堆積して、コアを石英系ガラスで包囲する。完成した光導波路は、コアの断面サイズが７μm×７μm、コアの比屈折率差が０．７５%であった。

このようにして作製した光導波路を用いて直線導波路１と曲線導波路３との接続部分（遷移導波路２）一箇所当たりの損失を測定した。その結果を図２に示す。図２において、横軸は遷移導波路２中の微小直線２αの数を表わし、縦軸は接続損失を表わす。図２からわかるように、微小直線２αの数が増加するにしたがって、接続損失がうねりながら減少する傾向が見られた。

これは、前述の第３の作用で説明した高次モード伝搬光又は漏洩モード伝搬光が基本モード伝搬光と干渉し、遷移導波路２の長さが特定の距離となって、位相が整合（位相差が２ｎπ（ｎは整数））するときに損失が減少することを示している。

全体的に見れば、微小直線２αの数を多くすることにより、接続損失を限りなく０に近づけることが可能である。しかしながら、微小直線２αの数を非常に多くしてしまうと（例えば２００以上）、遷移導波路２が非常に長くなってしまい、光回路の小型化が困難となってしまう。よって、実用的な範囲を考慮すると、微小直線２αの数を１３０（位相差を８π）程度までとすることが好ましい。

特に、微小直線２αの数が３０（位相差が２π）以外の極小値においては、接続損失値に大差がないので、微小直線２αの数が７０（位相差が４π）のときが最も好ましく、最も現実的である。なお、このときの接続部分一箇所当たりの接続損失値は０．０００５５ｄＢであった。

また、図１（ｃ）に示した光導波路において、直線導波路１と曲線導波路３との接続部分の構造を、背景技術で説明した図７（ａ）のオフセット接続構造としたものも作製して評価したところ、接続部分一箇所当たりの接続損失値が０．００４５７ｄＢであった。よって、本実施形態に係る光導波路によれば、接続部分一箇所当たりの接続損失を大幅に低減できる（約１／８）ことが確認された。

また、本発明に係る光導波路の効果を実際の大規模な光回路で確認するため、背景技術で説明した図５に示した１６×１６のマトリクスの大規模なスイッチを作製した。この大規模なスイッチは、合計５１２個のＭＺＩ型の光スイッチ素子４から構成されており、一つの光スイッチ素子４の構造は、背景技術で説明した図４に示したものと同様である。なお、上記スイッチの機能、動作原理、パターン構造、ヒータ寸法等の設計事項は、前記非特許文献１に記載されているものと同様である。

１６×１６のマトリクスの大規模なスイッチは、入力ポート及び出力ポートがそれぞれ１６あり、任意の入力ポートから任意の出力ポートに到達するまでの間、直線導波路１と曲線導波路３との接続部分が４５０箇所ある。これらすべての直線導波路１と曲線導波路３との間を上述した遷移導波路２で接続している。また、先に説明した実験結果に基づき、遷移導波路２を構成する微小直線２αの数を７０とした。

入力ポート及び出力ポートがそれぞれ１６あるため、経路が合計２５６となる。これら各経路における接続損失は平均で３．８ｄＢであった。背景技術で説明した図７（ａ）のオフセット接続構造による１６×１６のマトリクスの大規模なスイッチの場合、各経路における接続損失が平均で５．６ｄＢであった。よって、本実施形態に係る大規模なスイッチによれば、接続損失を大幅に低減できる（１．８ｄＢ）ことが確認された。

なお、背景技術で説明した図７（ｂ）に示した接続構造は、遷移導波路５２の長さが長く、１６×１６のマトリクスの大規模なスイッチを６インチのウェハに作製することができなかった。

さらに、本発明に係る光導波路における蛇行抑制効果を確認するため、背景技術で説明した図６に示したＡＷＧ型の波長合分波器の作製を行った。ただし、図６における出力導波路群３５の各出力導波路は、図３に示すような形状とした。

具体的には、図６に示すように、出力側スラブ導波路３４と接続する出力導波路群６５の各出力導波路６８は、その接続部分が当該出力側スラブ導波路３４側ほど広がるテーパ状をなすテーパ導波路６８ｊとなっている。この各出力導波路６８のテーパ導波路６８ｊの開口端部の幅が２０μｍ（一般的なＡＷＧ型の波長合分波器で適用されている大きさ）であるため、当該出力側スラブ導波路３４と接続する出力導波路群６５の各出力導波路６８のピッチ間隔は２０μｍとなっている。

一方、出力ファイバアレイ３７の間隔が２５０μｍ（一般的な大きさ）であるため、当該出力ファイバアレイ３７と接続する出力導波路群６５の各出力導波路６８の隣り合う間隔（チップ端部側間隔）は、２５０μｍとなっている。

そして、出力側スラブ導波路３４と出力ファイバアレイ３７との間の接続距離をできるだけ短くして全体面積を小さくするため、出力ファイバアレイ３７側（チップ端部側）に凸状となる、言い換えれば、出力側スラブ導波路３４側に凹状となる曲線導波路６８ａと、出力側スラブ導波路３４側に凸状となる、言い換えれば、出力ファイバアレイ３７側（チップ端部側）に凹状となる曲線導波路６８ｂとをそれぞれ一箇所ずつ用い、これら曲線導波路６８ａ，６８ｂと直線導波路６８ｃ〜６８ｅとの間を本発明に係る遷移導波路６８ｆ〜６８ｉ（微小直線の数：７０）で接続した。

このようにして波長間隔１００ＧＨｚ（１５５０ｎｍ帯において約０．８ｎｍ）、出力ポート数４０のＡＷＧ型の波長合分波器を作製し、各ポートにおける通過中心波長をそれぞれ測定して、設計値からの誤差を求めた。その結果、誤差は±０．０１ｎｍ以下であった。また、背景技術で説明した図７（ａ）のオフセット接続構造によるＡＷＧ型の波長合分波器の場合、誤差は±０．０３ｎｍであった。

なぜなら、背景技術で説明した図７（ａ）のオフセット接続構造によるＡＷＧ型の波長合分波器の場合、曲率の向きが逆となる曲線導波路を遷移導波路なしで接続しているため、急激な曲率変化によって蛇行が発生して、波長精度が低下してしまうものの、本実施形態に係るＡＷＧ型の波長合分波器の場合、曲線導波路６８ａ，６８ｂと直線導波路６８ｃ〜６８ｅとの間を遷移導波路６８ｆ〜６８ｉで接続しているため、曲率の向きが逆の２つの曲線導波路６８ａ，６８ｂがあるにもかかわらず蛇行の発生を抑制することができるからである。

よって、本実施形態に係る光導波路によれば、波長誤差を低減（１／３）することができると同時に、光回路の小型化も図ることができる。

なお、本実施形態においては、直線導波路と円弧状の曲線導波路との接続を中心に説明したが、本発明に係る光導波路は、これに限らず、半径の異なる曲線導波路同士の接続の場合にも適用することがもちろんできる。

具体的には、二つの曲線導波路の曲がる向き（光の進行方向に対して右か左か）が同じ場合には、遷移導波路の局所的な曲率を一方の曲線導波路から他方の曲線導波路にかけて一定の割合で１／Ｒ１（ただしＲ１は一方の曲線導波路の半径である）から１／Ｒ２（ただしＲ２は他方の曲線導波路の半径である）に連続的に変化させるのである。これは、本実施形態における遷移導波路（局所的な曲率を直線導波路から曲線導波路にかけて一定の割合で０から１／Ｒに連続的に変化させる）の一部に相当するものである。

他方、二つの曲線導波路の曲がる向きが異なる場合には、遷移導波路の局所的な曲率を一方の曲線導波路から他方の曲線導波路にかけて一定の割合で−（１／Ｒ１）から＋（１／Ｒ２）又は＋（１／Ｒ１）から−（１／Ｒ２）に連続的に変化させる。なお、上記符号は、曲線導波路の曲がる向きを表わしている。これは、本実施形態における遷移導波路を２つ（ただし曲がる向きを異ならせたもの）接続したものに相当する。

すなわち、前者は、−（１／Ｒ１）から０と、０から＋（１／Ｒ２）との２つを併せたものであり、後者は、＋（１／Ｒ１）から０と、０から−（１／Ｒ２）との２つを併せたものである。

ここで、記述を一般化するため、右曲がり又は左曲がりのいずれか一方の半径を正、他方の半径を負で表わせば、二つの曲線導波路を接続する遷移導波路について、局所的な曲率の変化を「１／Ｒ１から１／Ｒ２」と表わすことができる。

また、本実施形態では、光導波路の材料として石英系ガラスを用いて、ＦＨＤ法及びドライエッチングにより作製するようにしたが、本発明に係る光導波路は、このような材料や作製法に限らず、他の材料や作製法による光導波の場合にも適用することができる。なお、その場合の遷移導波路における微小直線の数は、コアの比屈折率差や断面寸法等の各種条件により、本実施形態の場合と異なる最適値となるため、当該条件に応じて適宜選定すればよい。

また、本実施形態では、具体的な応用例として、１６×１６のマトリクスのスイッチや４０ｃｈのＡＷＧ型の波長合分波器に適用した場合について説明したが、本発明に係る光導波路は、これらに限らず、直線導波路と曲線導波路とが接続された場合や、半径の異なる曲線導波路が接続された光導波路を含む光回路であれば、本実施形態の場合と同様にして適用することができる。

本発明の光導波路によれば、大規模な光回路（例えば、１６×１６のマトリクスのスイッチ等）の損失低減や、ＡＷＧ型の波長合分波器の波長誤差低減が、作製工程を新たに追加することなく設計を変更するだけで、簡便かつ効果的に行うことができる。その結果、高性能な光導波回路デバイスを低コストで提供することが可能となり、光通信や光信号処理の分野に多大な貢献が期待できる。

本発明に係る光導波路の実施形態の説明図であり、（ａ）は直線導波路と曲線導波路との接続部分の拡大図、（ｂ）は遷移導波路を構成する複数の連続した微小直線の位置や傾きを示す図、（ｃ）は光導波路の全体概略図である。図１の光導波路における遷移導波路の微小直線の数と接続損失との関係を表わすグラフである。本発明に係る光導波路を適用したアレイ導波路回折格子型の波長合分波器の要部の概略構成図である。マッハツェンダ干渉計型の２×２の光スイッチ素子の概略構成図である。１６×１６マトリクススイッチの概略構成図である。アレイ導波路回折格子型の波長合分波器の概略構成図である。直線導波路と曲線導波路との従来の接続手段の説明図であり、（ａ）はオフセット接続、（ｂ）はＳ字関数による遷移導波路接続である。

符号の説明

１直線導波路
２曲線導波路
２α 微小直線
３遷移導波路
１０光スイッチ素子
１１ａ，１１ｂ入力導波路
１２第一の方向性結合器
１３ａ，１３ｂ導波路
１４第二の方向性結合器
１５ａ，１５ｂ出力導波路
１６薄膜ヒータ
２０クロス／スルー切替用スイッチ
３０波長合分波器
３１入力導波路群
３２入力側スラブ導波路
３３アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）
３４出力側スラブ導波路
３５出力導波路群
３６入力ファイバ
３７出力ファイバアレイ
４１直線導波路
４２接続部
４３曲線導波路
５１直線導波路
５２遷移導波路
５３曲線導波路
６５出力導波路群
６８出力導波路
６８ａ，６８ｂ曲線導波路
６８ｃ〜６８ｅ直線導波路
６８ｆ〜６８ｉ遷移導波路
６８ｊテーパ導波路

Claims

直線導波路と曲線導波路とが接続された光導波路において、
局所的な曲率が、前記直線導波路から前記曲線導波路にかけて一定の割合で０から１／Ｒ（ただしＲは前記曲線導波路の半径である）に連続的に変化する遷移導波路を当該直線導波路と当該曲線導波路との間に設けた
ことを特徴とする光導波路。
半径の異なる曲線導波路が接続された光導波路において、
局所的な曲率が、一方の前記曲線導波路から他方の前記曲線導波路にかけて一定の割合で１／Ｒ１（ただしＲ１は一方の前記曲線導波路の半径である）から１／Ｒ２（ただしＲ２は他方の前記曲線導波路の半径である）に連続的に変化する遷移導波路を一方の当該曲線導波路と他方の当該曲線導波路との間に設けた
ことを特徴とする光導波路。
請求項１及び請求項２において、
前記遷移導波路が、所定の長さΔＬの微小直線を連続させたものである
ことを特徴とする光導波路。
請求項３において、
前記微小直線の前記長さΔＬが、放射損失を生じさせない範囲の最長の大きさである
ことを特徴とする光導波路。
請求項１から請求項４のいずれかにおいて、
高次モード伝搬光又は漏洩モード伝搬光と基本モード伝搬光との位相差が２ｎπ（ただしｎは１〜４の整数）となるように、前記遷移導波路の長さが設定されている
ことを特徴とする光導波路。