JP2005292365A - 導波路型光合分波器 - Google Patents

Abstract

【課題】使用する光回路の機能を選択できる導波路型光合分波回路を歩留まり良く形成することのできる導波路型光合分波器を提供する。
【解決手段】同一基板６上にスラブ導波路を含んだ２つの導波路型光合分波回路Ａ、Ｂが互いに交差して形成され、上記交差部分の少なくとも一箇所に溝７、８が設けられている。これにより、２つの導波路型光合分波回路Ａ、Ｂは、２つの入力部、２つのアレイ部、２つの出力部を備えた構成となり、これらの各部における組み合わせにより、２Ｘ２Ｘ２＝８通りの光回路構成が可能となる導波路型光合分波器１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、導波路型光合分波器に関するものである。

従来光通信に用いられる導波路型光合分波回路は、様々な波長成分を含んだ光を波長成分毎に分け出力する機能を有している（例えば、特許文献１参照）。

図２は、従来の典型的なＡＷＧ（Arrayed Waveguide grating）により形成された導波路型光合分波回路を示す。

導波路型光合分波回路１０は、光信号を入力するための入力導波路１１と、入力導波路１１に接続された入力側のスラブ導波路１２と、出力導波路１５に接続された出力側のスラブ導波路１４と、スラブ導波路１２、１４の間に接続されたアレイ導波路１３と、スラブ導波路１４からの光信号を出力するためにスラブ導波路１４に接続された出力導波路１５とによって基板１６上に構成されている。

入力導波路１１から入射された各波長成分を含んだ光は入力側スラブ導波路１２で拡大されてアレイ導波路１３へ入射され、アレイ導波路１３で位相が調整された後、出力側スラブ導波路１４で波長毎にそれぞれ異なる出力導波路１５へ集光され、出力導波路１５から出力される。

従来、導波路型光合分波回路の歩留まりを向上させるため、図３に示すように１つの基板２６上に２つの導波路型光合分波回路ＣＡ、ＣＢを線対称に配置していた。

これら２つの導波路型光合分波回路ＣＡ、ＣＢは、各々が図２に示す導波路型光合分波回路１０と同様の構造、構成となっている。

すなわち、導波路型光合分波回路ＣＡは、光信号を入力するための入力導波路２１ａと、入力導波路２１ａに接続された入力側のスラブ導波路２２ａと、出力導波路２５ａに接続された出力側のスラブ導波路２４ａと、スラブ導波路２２ａ、２４ａの間に接続されたアレイ導波路２３ａと、スラブ導波路２４ａからの光信号を出力するためにスラブ導波路２４ａに接続された出力導波路２５ａとによって基板２６上に構成されている。

導波路型光合分波回路ＣＢは、光信号を入力するための入力導波路２１ｂと、入力導波路２１ｂに接続された入力側のスラブ導波路２２ｂと、出力導波路２５ｂに接続された出力側のスラブ導波路２４ｂと、スラブ導波路２２ｂ、２４ｂの間に接続されたアレイ導波路２３ｂと、スラブ導波路２４ｂからの光信号を出力するためにスラブ導波路２４ｂに接続された出力導波路２５ｂとによって基板２６上に構成されている。

このように形成された導波路型光合分波回路１０（図２参照）は、例えば１つの導波路型光合分波回路１０の歩留まりが５０％の場合、図２のように１つの基板１６に導波路型光合分波回路１０を１回路のみ形成した場合には歩留まりが５０％である。これに対して、図３のように１つの基板２６に導波路型光合分波回路ＣＡ、ＣＢを２回路を形成した場合にはいずれかの回路が使用可能な歩留まりが７５％となり、歩留まりを向上させることが可能となっている。

特開２００１−５１１３６号公報

しかしながら、回路歩留まりが５０％を切るような製作の難しい導波路型光合分波回路の場合、１つの基板に２つの回路を収納させる従来の歩留まり改善策では、まだ充分とは言えない。

導波路型光合分波回路の製造効率を向上させ、製造コストを低減させるために、より高い歩留まり向上策が必要であるという問題がある。

また、従来の導波路型光合分波器は使用する光回路の機能を選択することができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、使用する光回路の機能を選択できる光合分波回路を歩留まり良く形成することのできる導波路型光合分波器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、同一基板上にスラブ導波路を含んだ２つの光合分波回路が互いに交差して形成され、上記交差部分の少なくとも一箇所に溝が設けられている導波路型光合分波器である。

第２の発明は、２つの上記導波路型光合分波回路が線対称に配置されているものである。

第３の発明は、上記溝には、空気が封入されているものである。

第４の発明は、上記溝の内壁面には、光を反射する金属からなる金属層が形成されているものである。

第５の発明は、上記溝には、上記各導波路を形成するコア材との屈折率差の小さなシリコーン樹脂等の透明材質が封入されているものである。

本発明によれば、使用する光回路の機能を選択できる光合分波回路を歩留まり良く形成することのできる導波路型光合分波器を得られる。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施の形態の一例である導波路型光合分波器を示す。

図示したように導波路型光合分波器１は、同一の基板６上に２系統の導波路型光合分波回路Ａ、Ｂが形成された光合分波器となっている。

これらの導波路型光合分波回路Ａ、Ｂの各構成部位は、屈折率が高く入力された光信号が伝搬する図示しないコア部分と、コア部分よりも屈折率が低くコア部分の周囲を覆っている図示しないクラッド部分とからなる導波路型の光部品である。

導波路型光合分波回路Ａは、光信号が入力される入力導波路１ａと、入力導波路１ａに接続された入力側スラブ導波路２ａと、入力側スラブ導波路２ａに接続され光の波長を調整するアレイ導波路３ａと、アレイ導波路３ａに接続された出力側スラブ導波路４ａと、入力された光信号を出力するための出力導波路５ａと備えて構成される。

入力導波路１ａは、波長分割多重光信号を導波路型光合分波回路Ａに入力する１本以上の導波路から成る光部品である。入力導波路１ａに入力された波長分割多重光信号は、接続されている入力側スラブ導波路２ａに供給される。

入力側スラブ導波路２ａは、扇型をした導波路型の光部品であり、後述する導波路型光合分波回路Ｂの入力側スラブ導波路２ｂと交差して配置されている。入力側スラブ導波路２ａは、入力側スラブ導波路２ｂと交差した部分に光信号を反射若しくは透過するための溝７が設けられた構造となっている。

入力側スラブ導波路２ａは、入力側スラブ導波路の入力部２ａｉ及び入力側スラブ導波路の出力部２ａｏに各々１本以上の導波路が設けられた構造となっている。

入力側スラブ導波路２ａは、入力側スラブ導波路の入力部２ａｉを入力導波路１ａの出力側に接続され、入力側スラブ導波路の出力部２ａｏをアレイ導波路３ａの入力側に接続されている。

入力側スラブ導波路２ａは、入力導波路１ａから供給された波長分割多重光信号を拡大し、設けられている複数のアレイ導波路３ａに入射させる機能を有している。

アレイ導波路３ａは、入力側スラブ導波路２ａに接続され、複数本の導波路を有している。アレイ導波路３ａの複数本の導波路は、各々の導波路が一定の導波路長差を有しており、入力された光信号の位相を調整することができる。

アレイ導波路３ａは、位相調整をした光信号を接続されている出力側スラブ導波路４ａに供給する。

出力側スラブ導波路４ａは、扇型をした導波路型の光部品であり、後述する導波路型光合分波回路Ｂの出力側スラブ導波路４ｂと交差して配置されている。出力側スラブ導波路４ａは、出力側スラブ導波路４ｂと交差した部分に光信号を反射若しくは透過するための溝８が設けられた構造となっている。

出力側スラブ導波路４ａは、出力側スラブ導波路の入力部４ａｉ及び出力側スラブ導波路の出力部４ａｏに各々１本以上の導波路が設けられた構造となっており、入力された光信号の波長毎に集光（分岐）する機能を有している。

出力側スラブ導波路４ａは、出力側スラブ導波路の入力部４ａｉをアレイ導波路３ａの出力側に接続され、出力側スラブ導波路の出力部４ａｏを出力導波路５ａの入力側に接続されている。

出力側スラブ導波路４ａは、アレイ導波路３ａの複数本の導波路から供給された光信号を波長毎にそれぞれ異なる導波路に集光し、集光した各光信号を出力導波路５ａへ出力する。

出力導波路５ａは、出力側スラブ導波路４ａに接続されており、出力側スラブ導波路４ａにより波長毎に集光された光信号を出力する１本以上の導波路から成る光部品である。

すなわち出力導波路５ａは、入力側スラブ導波路２ａ、アレイ導波路３ａ、出力側スラブ導波路４ａを順に介して合分波された波長分割多重光信号を導波路型光合分波回路Ａから外部に出力するための部位である。

導波路型光合分波回路Ｂは、光信号が入力される入力導波路１ｂと、入力導波路１ｂに接続された入力側スラブ導波路２ｂと、入力側スラブ導波路２ｂに接続され光の波長を調整するアレイ導波路３ｂと、アレイ導波路３ｂに接続された出力側スラブ導波路４ｂと、入力された光信号を出力するための出力導波路５ｂと備えて構成される。

２系統の導波路型光合分波回路Ａ、Ｂは、互いに線対称に形成され同様の構成、構造となっているので、導波路型光合分波回路Ｂの構成部位である入力導波路１ｂ、入力側スラブ導波路２ｂ、アレイ導波路３ｂ、出力側スラブ導波路４ｂ、出力側スラブ導波路の入力部４ａｉ、出力側スラブ導波路の出力部４ａｏ、出力導波路５ｂの各々の説明は省略する。

２系統の導波路型光合分波回路Ａ、Ｂには、入力側スラブ導波路２ａ、２ｂの交差した部分に設けられた溝７と、出力側スラブ導波路４ａ、４ｂの交差した部分に設けられた溝８とがあり、この溝７、８により分断された構造となっている。

この交差した部分では、各導波路型光合分波回路Ａ、Ｂを形成している導波路のコア部分が交差する構造となっている。

本実施の形態の導波路型光合分波器１を形成する導波路型光合分波回路Ａには、導波路型光合分波回路Ｂとの交差部分が溝７によって分断されることにより、入力導波路１ａと、溝７よりも入力側にあるスラブ導波路の入力部２ａｉの部分とから成る入力部１ａｙが形成されている。

また導波路型光合分波回路Ａには、入力側スラブ導波路の入力部２ａｉを除く他の部分である入力側スラブ導波路の出力部２ａｏと、アレイ導波路３ａと、アレイ導波路３ａに接続され溝８までの部分である出力側スラブ導波路の入力部４ａｉとから成るアレイ部３ａｙが形成されている。

さらに導波路型光合分波回路Ａには、導波路型光合分波回路Ｂとの交差部分が溝８によって分断されることにより、溝８から出力導波路５ａに接続された他の部分である出力側スラブ導波路の出力部４ａｏと、出力側スラブ導波路の出力部４ａｏに接続された出力導波路５ａとから成る出力部５ａｙが形成されている。

同様に導波路型光合分波回路Ｂには、導波路型光合分波回路Ａとの交差部分が溝７によって分断されることにより、入力導波路１ｂと、溝７よりも入力側にあるスラブ導波路の入力部２ｂｉの部分とから成る入力部１ｂｙが形成されている。

また導波路型光合分波回路Ｂには、入力側スラブ導波路の入力部２ｂｉを除く他の部分である入力側スラブ導波路の出力部２ｂｏと、アレイ導波路３ｂと、アレイ導波路３ｂに接続され溝８までの部分である出力側スラブ導波路の入力部４ｂｉとから成るアレイ部３ｂｙが形成されている。

さらに導波路型光合分波回路Ｂには、導波路型光合分波回路Ａとの交差部分が溝８によって分断されることにより、溝８から出力導波路５ｂに接続された他の部分である出力側スラブ導波路の出力部４ｂｏと、出力側スラブ導波路の出力部４ｂｏに接続された出力導波路５ｂとから成る出力部５ｂｙが形成されている。

入力部１ａｙ、１ｂｙ、アレイ部３ａｙ、３ｂｙ、出力部５ａｙ、５ｂｙの各部は、図示した軸Ｌに対して例えば上下対称に配置されている。

溝７、８は、決まった形状のものが最初から形成されていて、その溝を透過溝として作用させるか反射溝として作用させるかは、導波路型光合分波器１を評価してから決定する。透過溝として作用させる場合にはシリコーン樹脂などコアと屈折率の近い材料を溝に封入し、反射溝として作用させる場合には溝７、８の内壁面に銀などの金属層を形成するか、若しくは何も注入しないなどにより実現する。

溝７、８は、導波路型光合分波器１の形成された基板６の平面に対して垂直方向に形成されるとよく、光信号が反射した場合の損失を抑えることができる。

次に導波路型光合分波器１の作用について説明する。

導波路型光合分波器１の導波路型光合分波回路Ａには、入力導波路１ａから波長分割多重光信号が入力される。入力導波路１ａに入力された波長分割多重光信号は、入力側スラブ導波路２ａに供給される。

入力側スラブ導波路の入力部２ａｉに供給された波長分割多重光信号は、入力側スラブ導波路２ａに設けられている複数の導波路に拡大し、入力側スラブ導波路２ａに設けられている溝７に入射される。

溝７が、空気が封入され全反射層を形成しているか、若しくは溝７の内壁面に銀などの金属からなる金属層で光の反射層を形成している場合には、入射された波長分割多重光信号は、溝７において反射する。溝７において反射した波長分割多重光信号は、交差して設けられている導波路型光合分波回路Ｂの入力側スラブ導波路の出力部２ｂｏに供給される。導波路型光合分波回路Ｂの入力側スラブ導波路の出力部２ｂｏに供給された波長分割多重光信号は、導波路型光合分波回路Ｂのアレイ導波路３ｂに出力される。

溝７が、入力側スラブ導波路２ａ、２ｂを形成するコア材との屈折率差の小さなシリコーン樹脂等の透明材質を封入され、光の透過領域が形成される場合には、入力側スラブ導波路の入力部２ａｉに入射された波長分割多重光信号は溝７において透過する。溝７において透過した波長分割多重光信号は、入力側スラブ導波路の出力部２ａｏに接続されているアレイ導波路３ａに出力される。

アレイ導波路３ａを通過した波長分割多重光信号は、出力側スラブ導波路４ａに供給される。出力側スラブ導波路４ａにおいては溝８が設けられていることにより、入力側スラブ導波路２ａと同様に光信号の分波（若しくは、合波）を行う。

すなわち溝８が、空気が封入され全反射層が形成されているか溝の内壁面に銀などの光を反射する金属により反射層を形成されている場合には、入射された波長分割多重光信号は、溝８において反射する。溝８において反射した波長分割多重光信号は、光信号の波長毎に分岐すると共に、交差して設けられている導波路型光合分波回路Ｂの出力側スラブ導波路の出力部４ｂｏに供給される。導波路型光合分波回路Ｂの入力側スラブ導波路の出力部４ｂｏに供給された波長分割多重光信号は、導波路型光合分波回路Ｂの出力導波路５ｂに出力される。

溝８が、入力側スラブ導波路２ａ、２ｂを形成するコア材との屈折率差の小さなシリコーン樹脂等の透明材質を封入され、光の透過領域が形成される場合には、入射された波長分割多重光信号は溝８において透過する。溝８において透過した波長分割多重光信号は、光信号の幾つかの波長毎のグループに集光（分岐）して、出力側スラブ導波路の出力部４ａｏから接続されている出力導波路５ａに出力される。

このようにして、導波路型光合分波回路Ａに入力された波長分割多重光信号は、合分波されて、導波路型光合分波回路Ａまたは導波路型光合分波回路Ｂから外部に出力される。

この作用は、導波路型光合分波回路Ｂに波長分割多重光信号が入力された場合も、同様の作用を呈する。

導波路型光合分波器１は、透過溝として作用させるか反射溝として作用させるかを選択することにより、２つの入力部１ａｙ、１ｂｙ、２つの出力部５ａｙ、５ｂｙのそれぞれが良特性を示す光回路部品として使用できるため、大幅な歩留まり向上が可能になる。

例えば、入力部の歩留まりが８０％、アレイ部の歩留まりが８０％、出力部の歩留まりが８０％を実現できる導波路型光合分波回路２０の歩留まりを考えると、次のようになる。

図３に示すように従来技術では、１つの基板２６上に２つの導波路型光合分波回路ＣＡ、ＣＢを配置した場合、回路歩留まりが５１．２％となり、基板２６当たりの歩留まりは７６．２％である。

一方、図１の実施の形態における導波路型光合分波回路Ａ、Ｂは、２つの入力部１ａｙ、１ｂｙ、２つのアレイ部３ａｙ、３ｂｙ、２つの出力部５ａｙ、５ｂｙを備えた構造となっており、この各部における機能の組合せにより、２×２×２＝８通りの光回路構成が可能となる。

本発明の実施の形態である導波路型光合分波器１では、入力部１ａｙ、１ｂｙが２回路とも使用できない確率が４％となり、同様にアレイ部３ａｙ、３ｂｙが２回路とも使用できない確率が４％、出力部５ａｙ、５ｂｙが２回路とも使用できない確率が４％となり、トータル歩留まりは０．９６の３乗で８８．５％である。

このように従来は図３に示すように２通りの導波路型光合分波回路ＣＡ、ＣＢしか選択できため、いずれかの回路が使用可能でなければ廃棄されるが、本発明のように溝７、８を形成して各々の溝７、８に反射、透過の機能を選択させることにより、上記のように歩留まりが著しく向上する。

なお、以上説明したような実施の形態では、スラブ導波路に溝を形成した例を示したが、本発明においてはスラブ導波路に溝を形成することに限定されるものではない。適宜各構成部位すなわち入力導波路１ａ、１ｂ、アレイ導波路３ａ、３ｂ、出力導波路５ａ、５ｂにおいて交差させ、交差させた部分に溝を形成することでも上記作用と同様の作用効果を得られる。

導波路型光合分波器に限らず、光伝送路が交差して交差した部分において、入射された光信号が透過若しくは反射する部位を有する光部品に広く適用できる。

本発明の実施の形態を示す導波路型光合分波器の構成説明図である。 従来の一般的な導波路型光合分波回路の構成説明図である。 歩留まりを改善した従来の導波路型光合分波回路の構成説明図である。

符号の説明

１ 導波路型光合分波器
１ａ、１ｂ 入力導波路
１ａｙ、１ｂｙ 入力部
２ａ、２ｂ 入力側スラブ導波路
２ａｉ、２ｂｉ 入力側スラブ導波路の入力部
２ａｏ、２ｂｏ 入力側スラブ導波路の出力部
３ａ、３ｂ アレイ導波路
３ａｙ、３ｂｙ アレイ部
４ａ、４ｂ 出力側スラブ導波路
４ａｉ、４ｂｉ 出力側スラブ導波路の入力部
４ａｏ、４ｂｏ 出力側スラブ導波路の出力部
５ａ、５ｂ 出力導波路
５ａｙ、５ｂｙ 出力部
６ 基板
７、８ 溝
Ａ 導波路型光合分波回路
Ｂ 導波路型光合分波回路

Claims (5)

1. 同一基板上にスラブ導波路を含んだ２つの光合分波回路が互いに交差して形成され、上記交差部分の少なくとも一箇所に溝が設けられていることを特徴とする導波路型光合分波器。
2. ２つの上記導波路型光合分波回路が線対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光合分波器。
3. 上記溝には、空気が封入されていることを特徴とする請求項１又は２記載の導波路型光合分波器。
4. 上記溝の内壁面には、光を反射する金属からなる金属層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の導波路型光合分波器。
5. 上記溝には、上記各導波路を形成するコア材との屈折率差の小さなシリコーン樹脂等の透明材質が封入されていることを特徴とする請求項１又は２記載の導波路型光合分波器。
   

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