JP2007072133A - 導波路型バンドリジェクションフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】 遮断効率が大きく、後方散乱および後方反射を抑制することによりガードバンドを狭め、反射戻り光を抑制した導波路型バンドリジェクションフィルタを提供する。
【解決手段】 導波路型バンドリジェクションフィルタは、入射導波路１０１に入射された光のモードフィールド径を広げるモードフィールド径拡大導波路１０２、モードフィールドが拡大された光が入射される、スラントグレーティング１０７が形成された幅広導波路１０３、幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を縮小するモードフィールド径縮小導波路１０４、およびモードフィールド径が縮小された光を出力する出射導波路１０５を形成するコアと、コアを埋め込むクラッドとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は導波路型バンドリジェクションフィルタに関し、より詳細には、基板上に作製されたスラントグレーティングを有する光導波路を含む導波路型バンドリジェクションフィルタに関する。

通信の高速化・大容量化が進んでいる。このような高速化・大容量化を実現するひとつが光通信システムである。ＷＤＭ（Wavelength division multiplexing）通信システムをはじめとして複数の波長を合波・分波して扱う通信システムにおいては、特定の波長の光をフィルタするデバイスは通信のシステムを構成するためのキーデバイスである。

光フィルタの透過特性には主に４通りがあり、特定の波長領域のみを透過するバンドパスフィルタ、特定の波長領域のみを遮断するバンドリジェクションフィルタ、短い波長を通し長い波長を遮断するフィルタ、短い波長を遮断し長い波長を透過するフィルタ等がある。大概の光フィルタはこれらの特性またはこれらの特性を組み合わせたもので説明できる。

光フィルタのデバイス構成としては３タイプあり、バルクの光部品を組み合わしたバルク型光フィルタ、ファイバ型光フィルタ、導波路型光フィルタがある。この中で導波路型光フィルタは、フィルタが基板上に集積されているため量産性および耐久性に優れ実用上有望なフィルタである。

ここで、導波路型の光フィルタのバンドリジェクションフィルタの用途の例は、Ｎ波の光を用いた放送（broad-cast）型の通信において、ユーザＡが１波の光を利用しユーザＢが別の１波を利用する場合、ユーザＡおよびユーザＢの前にバンドリジェクションフィルタを備えることで１波の光を取り出すことができる。図１２は２波の光を放送型で配信し、バンドリジェクションフィルタを配置することで、λ１をユーザＡがλ２をユーザＢが使用する例を示している。

このように導波路型のバンドリジェクションフィルタは有用なデバイスである。

従来のバンドリジェクションフィルタの構成の１例を図１３に示す。図１３は導波路方向とグレーティングベクトルの方向（グレーティングの周期が繰り返される方向）が平行でないことを特徴としたスラントグレーティングを示している。ここで導波路方向とグレーティングベクトルのなす角度をθとする。

図１４にスラントグレーティングの作製方法を示す。図１４（ａ）は、導波路型のバンドリジェクションフィルタの側面から見た、スラントグレーティングの形成の様子を示す。図１４（ｂ）は、導波路型のバンドリジェクションフィルタ上部から見た、スラントグレーティングの形成の様子を示す。

図１４（ａ）に示したように、Ｓｉ基板１０上に形成された下部クラッド１６ａ、コア１３，および上部クラッド１６ｂよりなる導波路に、フェイズマスク２０を通して紫外線を照射することでスラントグレーティング１７が形成される。フェイズマスクの表面は凹凸の周期が繰り返されており、入射した紫外光が繰り返し周期により回折する。回折光の中で主に紫外線の＋１次光と−１次光が干渉し干渉縞が生じ、コアの中で干渉縞に対応した屈折率変調が形成される。これは、コア１３の屈折率をクラッド１６ａ，１６ｂの屈折率に比較して上昇させるために、コア１３にはＧｅがドープされている。また、Ｇｅがドープされた石英系ガラスに紫外線を照射すると、紫外線に誘起されて屈折率変化が生じ、これによりスラントグレーティングを形成することができるからである。このように、紫外線を照射することで作製されるグレーティングを光誘起グレーティングと呼ぶ。

紫外線の照射によって生じる屈折率変化の大きさは、照射する紫外線の強度に対応している。例えば、１パルスの光強度０．４mJ/cm^２、繰り返し２０［pulse/秒］で波長１９３ｎｍの紫外光を１５分間照射してグレーティングを作製することができる。

スラントグレーティングのグレーティングの傾き角θは、図１４（ｂ）に示したようにフェイズマスクの表面の凹凸の繰り返される方向を導波路に対して角度θだけ傾けることで実現している。なお、スラントグレーティングが形成されている導波路のパラメータは、導波路の比屈折率差Δは０．３％、導波路の厚みは８μｍ、導波路幅は８μｍである。以上で傾き角θ＝４（deg)のスラントグレーティングを作製した。

次に、スラントグレーティングの透過スペクトルを測定した。

入射した光は斜めのグレーティングに入射し、図１５に示した透過スペクトルのように主に３つの特徴を示す。以下、短い波長から順に述べていく。なお、各損失の波長はスラントグレーティングに入射する前後でのフォトンの運動量の保存則を考慮することで得られる。

図１５中の（ｉ）は、ブラッグ（Bragg）回折されて導波路の外側に出射することによる損失である。ブラッグ波長条件に合致した波長が導波路外ヘ回折される（数式１）。ここでn_effは基本モードの実効屈折率である。

なお、この回折光は２θの角度でコアとクラッドの界面に入射する。導波路の比屈折率差Δが０．３％のときの全反射の臨界角は４．６（deg)であるので、回折光が全反射をせずに導波路外に出るための条件は、数式（２）で表される。

図１５中の（ｉｉ）は、グレーティングの斜め方向の周期により光が導波路の高次モードまたはクラッド伝播光に結合することによる後方散乱による損失である。結合した光ははじめに光を入射した方向とは反対に進むが、（図では省略しているが）石英系導波路に接続している単一モード光ファイバには高次モードおよびクラッド伝播光は結合して伝播することはないので散乱損失となる。損失に対応する波長は数式（３）で表される。なお、ｎ_ｃはクラッドの屈折率または高次モードの実効屈折率である。

図１５中の（ｉｉｉ）は、グレーティングの斜め方向の周期により光が後方にブラッグ反射することによる損失である。損失に対応する波長は数式（４）で表される。

これらの損失の中で（ｉ）の損失を利用してバンドリジェクションフィルタを構成していた。

Raman Kashap 著，Fiber Bragg Gratings，Academic Press，１９９９年，ｐ．１５８

しかしながら、従来のバンドリジェクションフィルタを用いた場合、長さ６ｍｍに対しての遮断効率が１８ｄＢ程度と不十分であり、後方散乱および後方反射（図１５中の（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の損失）により透過すべき波長が損失を被ることになり、バンドリジェクションフィルタとしては使えない領域（ガードバンド）を広げ問題になっていた。

また、図１６に示すように、反射スペクトル上に−１ｄＢ程度の反射戻り光を生じバンドリジェクションフィルタとしては好ましくなかった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、同じ導波路の長さおよび同じ屈折率変調に対して遮断効率が３０ｄＢ以上と大きく、後方散乱および後方反射を抑制することによりガードバンドを狭め、反射戻り光（後方反射）を１０ｄＢ以上抑制した導波路型バンドリジェクションフィルタを提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に形成された導波路型バンドリジェクションフィルタにおいて、光が入射される入射導波路、前記入射導波路に入射された光のモードフィールド径を広げるモードフィールド径拡大導波路、前記モードフィールド径拡大導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射される、スラントグレーティングが形成された幅広導波路、前記幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を縮小するモードフィールド径縮小導波路、および前記モードフィールド径縮小導波路によってモードフィールド径が縮小された光を出力する出射導波路を形成するコアと、前記コアを埋め込むクラッドとを備え、前記幅広導波路のコアの幅は、前記入射導波路のコアの幅よりも広く、前記スラントグレーティングは、グレーティングの格子が繰り返される方向が光の伝播方向に対して傾いていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、基板上に形成された導波路型バンドリジェクションフィルタにおいて、波長選択性を有する薄膜フィルタと、前記薄膜フィルタにそれぞれ接続された入射導波路、第２の出射導波路、第３の出射導波路、および導波路、前記導波路から入射される光のモードフィールド径を広げるモードフィールド径拡大導波路、前記モードフィールド径拡大導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射される、スラントグレーティングが形成された幅広導波路、前記幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を縮小するモードフィールド径縮小導波路、および前記モードフィールド径縮小導波路によってモードフィールド径が縮小された光を出射する第１の出射導波路を形成するコアと、前記コアを埋め込むクラッドとを備え、前記幅広導波路のコアの幅は、前記導波路のコアの幅よりも広く、前記スラントグレーティングは、グレーティングの格子が繰り返される方向が光の伝播方向に対して傾いていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記モードフィールド径拡大導波路および前記モードフィールド径縮小導波路の少なくとも一方がテーパー導波路であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記モードフィールド径拡大導波路および前記モードフィールド径縮小導波路の少なくとも一方がパラボラ導波路であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の前記コアおよびクラッドは、石英系ガラスを主たる成分として作製されることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の前記スラントグレーティングは光誘起グレーティングであることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の前記コアの厚みは、数式（９）及び数式（１０）満たすことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の前記スラントグレーティングは前記クラッドにも形成されていることを特徴とする。

本発明に係る導波路型バンドリジェクションフィルタは、モードフィールド径が拡大された部分にスラントグレーティングが作製されているので通常幅の導波路上にスラントグレーティングが作製された場合に比較してグレーティングの作用領域が大きくなり同じ長さ・同じ屈折率変調のスラントグレーティングに比較して遮断効率が大きくなる。またモードフィールド径が広くなっているので斜めの周期を感じて反射する反射光および散乱光の反射点か導波路幅方向にずれることになり、それらの光が重なりあう際に位相がずれて重なり合うために打ち消しあい、反射光および散乱光が生じなくなる。このように同じ長さで遮断効率が大きく、後方反射や後方散乱が生じないスラントグレーティングを実現することができる。

本発明に係る導波路型バンドリジェクションフィルタは、基板上に形成された、光が入射される入射導波路、該入射導波路に入射された光のモードフィールド径を断熱的（adiabatic）に損失なく広げるモードフィールド径拡大導波路、該モードフィールド径拡大導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射されるスラントグレーティングを有する幅広導波路、該幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を断熱的に損失無くが縮小するモードフィールド径縮小導波路、および該モードフィールド径縮小導波路によってモードフィールド径が縮小された光が出力される出射導波路を形成するコアと、該コアを埋め込むクラッドとを備える。幅広導波路に形成されたスラントグレーティングは、グレーティングの格子が繰り返される方向が光の伝播方向（導波路方向）に対して傾いている。

以下、図面を参照して、本発明に係る導波路型バンドリジェクションフィルタの実施例を説明する。
［実施例１］
図１を参照して本発明の第一実施例を説明する。図１（ａ）に本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ１００の平面図を示す。導波路型バンドリジェクションフィルタ１００は、基板上に形成された、光が入射される入射導波路１０１、該入射導波路から入射された光のモードフィールド径を断熱的（adiabatic）に損失なく広げるテーパー導波路１０２、該テーパー導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射されるスラントグレーティング１０７を有する幅広導波路１０３、該幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を断熱的に損失無くが縮小するテーパー導波路１０４、および該テーパー導波路によってモードフィールド径が縮小された光が出力される出射導波路１０５を形成するコア、および該コアを埋め込むクラッド１０６を備える。

入射導波路１０１へ入射された光は、長さ１ｍｍ程度のテーパー導波路１０２で断熱的（adiabatic）に損失なくモードフィールド径が広がり、幅広導波路１０３へ入射される。幅広導波路１０３へ入射されたモードフィールドが拡大した光は、スラントグレーティング１０７において、一部の波長の光がブラッグ回折、後方散乱、または後方反射する。その他の波長の光はスラントグレーティングを通過し、テーパー導波路１０４で断熱的に損失無くモードフィールド径が狭まり出射導波路１０５から出射される。

通常は入射導波路１０１には単一モードファイバ（図示しない）から光軸を合わせて光が入射し、入射導波路１０１の基本モードのモードフィールド径と単一モードファイバ中の光のモードフィールド径が大体同じなので、入射導波路１０１（の断面）において基本モードの光が伝播する。テーパー導波路１０２により断熱的にモードフィールド径が拡大されるので幅広導波路１０３に入射する光はやはり基本モードのままである。まだテーパー導波路１０４により断熱的にモードフィールド径が縮小されるので出射導波路１０５を最終的に伝播する光も基本モードのままである。

幅広導波路１０３中にはピッチ０．５３μｍ、導波路方向からの傾き角４°、および長さ６ｍｍのスラントグレーティング１０７が作製されている。導波路型バンドリジェクションフィルタ１００において、導波路の比屈折率差（すなわち、導波路１０１，１０２，１０３，１０４，および１０５を形成するコアの非屈折率とクラッド１０６の非屈折率との差）Δは０．３％、導波路のコアの厚みは８μｍ、入射導波路１０１および出射導波路１０５のコアの幅は８μｍ、幅広導波路１０３のコアの幅は２８μｍである。ここで、長さとは導波路方向の長さをいい、厚みとは基板面に対して垂直方向の長さをいい、幅とは基板面に対して水平方向の長さをいう。

なお、図１（ａ）のテーパー導波路１０２は、コアの幅をｗ_１とすると、図１（ｂ）に示したように数式（５）で定義される導波路である。

ここでｚは光波の伝播軸、Ａ_１は係数、ｗ_１０は入射導波路１０１のコアの幅、ｚ_１０を入射導波路１０１とテーパー導波路１０２の境界から幅広導波路１０３の中心までの長さとしている。

また、なお、図１（ａ）のテーパー導波路１０４は、コアの幅をｗ_２とすると、図１（ｃ）に示したように数式（６）で定義される導波路である。

ここで、ｚは光波の伝播軸、Ａ_２は係数、ｗ_２０は出射導波路１０５のコアの幅、ｚ_２０を幅広導波路１０３の中心からテーパー導波路１０４と出射導波路１０５の境界までの長さとしている。

ここで、図２および図３を参照して、本発明に係る導波路型バンドリジェクションフィルタにおけるバンドリジェクションについて、本実施例に関連して説明する。

図２（ａ）は、通常幅の導波路上、すなわち入射導波路のコアの幅と同一のコアの幅を有する導波路１３上にスラントグレーティング１７が作製されている場合に、該スラントグレーティングにおける入射光に対するグレーティングの様子を示す。

図２（ｂ）は、本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ、すなわち幅広導波路１０３に作製されたスラントグレーティング１０７における入射光に対するグレーティングの様子を示す。

図２（ａ）と図２（ｂ）を比較すると、スラントグレーティング１７および１０７が同じ長さ・同じ屈折率変調であるとした場合、図２（ｂ）は、グレーティングが作用する領域が大きくなり、遮断効率が大きくなる。またモードフィールド径が広くなっているので斜めの周期を感じて反射する（入射したフォトンが斜めの周期のグレーティングに入射して運動量が保存されて反射される）反射光および散乱光の反射点か導波路のコアの幅方向にずれることになり、それらの光が重なりあう際に位相がずれて重なり合うために打ち消しあい、反射光および散乱光が生じなくなる。

図３を参照して、本発明に係る導波路型バンドリジェクションフィルタにおける後方反射光および後方散乱光の抑制について説明する。図３は、図２（ｂ）のスラントグレーティング１０７を含む幅広導波路１０３の一部を示す。なお、図３には導波路幅方向に仮想的に分割した領域が示されている。

図３に示すように、スラントグレーティング１０７はななめに傾いたグレーティングであるので各分割領域における反射点の位置が異なる。幅広導波路１０３のコアの幅を広げると反射点のずれは大きくなり、反射光の位相のずれが大きくなる。したがって、反射光が重なりあう際に位相がずれて重なるので反射光が弱め合い、後方反射が減少することになる。後方散乱の場合も同様に各分割領域で生じる後方散乱光が重なりあう際に位相がずれて重なりあうので減少する。

以上説明したように導波路幅が広くなっているところにスラントグレーティングが作製されていることにより、モードフィールド径がより広いところでグレーティングに作用するのでグレーティングの作用領域が大きくなり反射の多重度が大きくなるので（同じ長さ・同じ屈折率変調のスラントグレーティングで比較して）遮断効率が大きくなり、後方反射及び後方散乱が減少する。

図４に、本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ１００において、幅広導波路１０３のコアの幅を２８μｍとした場合の透過スペクトルを示す。図４から遮断量が４５ｄＢになっていることがわかる。

図５に、本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ１００における、幅広導波路１０３のコアの幅と遮断量との関係を示す。図５の結果から幅広導波路１０３のコアの幅を８μｍから２８μｍに拡大することで遮断量を１７ｄＢから４５ｄＢに改善できることがわかる。

図６に、本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ１００において、幅広導波路１０３のコアの幅を２８μｍとした場合の反射スペクトルを示す。図６から反射量が−１３ｄＢになっていることがわかる。

図７に、本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ１００における、幅広導波路１０３のコアの幅と後方反射との関係を示す。後方反射について、幅広導波路幅を８μｍから２８μｍに拡大することで反射量を−１ｄＢから−１３ｄＢに改善できることがわかる。

［実施例２］
図８を参照して本発明の第二実施例を説明する。図８（ａ）に本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ２００の平面図を示す。導波路型バンドリジェクションフィルタ２００は、基板上に形成された、光が入射される入射導波路２０１、該入射導波路から入射された光のモードフィールド径を広げるパラボラ導波路２０２、該パラボラ導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射されるスラントグレーティング２０７を有するスラブ導波路２０３、該スラブ導波路を通過した光のモードフィールド径を縮小するパラボラ導波路２０４、および該パラボラ導波路によってモードフィールド径が縮小された光が出力される出射導波路２０５を形成するコア、および該コアを埋め込むクラッド２０６を備える。

入射導波路２０１へ入射された光は、パラボラ導波路２０２によりモードフィールドが拡大され平行光となる。続いて、入射光はスラブ導波路２０３のスラントグレーティング２０７において、一部の波長の光がブラッグ回折、後方散乱、または後方反射する。残りの波長の光は、パラボラ導波路２０４によりモードフィールドが縮小され、出射導波路２０５から出射される。

通常は入射導波路２０１には単一モードファイバ（図示しない）から光軸を合わせて光が入射し、入射導波路２０１の基本モードのモードフィールド径と単一モードファイバ中の光のモードフィールド径が大体同じなので、入射導波路２０１において基本モードの光が伝播する。パラボラ導波路２０２により基本モード（０次モード）の他に２次モードが励起される。基本モードと２次モードが適切に干渉し合うことで平行ビームとなるように、パラボラ導波路２０２は、パラボラ導波路２０２の長さとコアの幅を適切に設計されている。パラボラ導波路２０２により平行ビームにされた光は、スラントグレーティング２０７が形成されたスラブ導波路２０３へ入射される。スラブ導波路２０３へ入射された光の一部は、スラントグレーティング２０７でブラッグ回折、後方散乱、または後方反射等される。スラントグレーティング２０７でブラッグ回折、後方散乱、または後方反射等されない光は、スラブ導波路２０３を通過し、パラボラ導波路２０４へ入射され基本モードに変換されて、出射導波路２０５を基本モードで伝播し、単一モードファイバ（図示しない）に出力される。

なお、パラボラ導波路においてサイズを適切に設計することで入射光が平行光になる（コリメートされる）理由については、文献、C.Wei, J.Haes, I,Moerman, R.Baets,and M.K.Smit, “Elliptic waveguide beam focusing and collimating elements in InP:analysis and experiment", Electron.Lett, vol31, no.25, pp.2168-2169,1995で述べられている。

スラブ導波路２０３にはピッチ０．５３μｍ、導波路方向からの傾き角４°、長さ６ｍｍのスラントグレーティング２０７が作製されている。導波路型バンドリジェクションフィルタ２００において、導波路の比屈折率差（すなわち、導波路２０１，２０２，２０３，２０４，および２０５を形成するコアの非屈折率とクラッド２０６の非屈折率との差）Δは０．３％、導波路の厚みは８μｍ、入射導波路２０１および出射導波路２０５のコアの幅は８μｍである。スラブ導波路のコアの幅は１０ｍｍである。ただし、スラブ導波路は一般的にコア幅が無限に広がっている幅広導波路であるので、スラブ導波路のコアの幅はこれに限定されるものではない。ここで、長さとは導波路方向の長さをいい、厚みとは基板面に対して垂直方向の長さをいい、幅とは基板面に対して水平方向の長さをいう。

なお、図８（ａ）のパラボラ導波路２０２は、コアの幅ｗ_３とすると、図８（ｂ）に示したように数式（７）で定義される導波路である。

ここでｚは光波の伝播軸、Ａ_３は係数、ｗ_３０は入射導波路２０１のコアの幅、ｚ_３０を入射導波路２０１とパラボラ導波路２０２の境界からスラブ導波路２０３の中心までの長さとしている。

また、図８（ａ）のパラボラ導波路２０４は、コアの幅ｗ_４とすると、図８（ｃ）に示したように数式（８）で定義される導波路である。

ここで、ｚは光波の伝播軸、Ａ_４は係数、ｗ_４０は出射光導波路２０５のコアの幅、ｚ_３０を出射導波路２０５とパラボラ導波路２０４の境界からスラブ導波路２０３の中心までの長さとしている。

なお、図８（ａ）に示したように、本実施形態の導波路型バンドリジェクションフィルタ２００は、伝播する光のモードフィールド径が拡大したところにスラントグレーティングが作製されているので、通常の幅（８μｍ）の導波路、すなわち入射導波路のコアの幅と同一のコアの幅を有する導波路上にスラントグレーティングが作製された従来の場合に比較して、グレーティングの作用領域が大きくなり回折光がグレーティングと交差している回数が多くなり、回折効率が大きくなるので（同じ長さ・同じ屈折率変調のスラントグレーティングで比較して）遮断効率が大きくなる。

本実施例の透過スペクトルを測定した結果、実施例１の結果と同様に遮断量を４５ｄＢに改善できた。また本実施例の反射スペクトルを測定した結果、後方反射量を−１３ｄＢと改善できた。これは、光のモードフィールドが大きくなりグレーティングの作用領域が大きくなったことによって、後方反射光および後方散乱光が互いに大きな位相ずれを有した状態で重なりあい打ち消しあい、後方散乱および後方反射が抑制されたからである。これは第一実施例における場合と同じ理由である。

なお、本実施例では光のモードフィールドを拡大する部分にパラボラ導波路２０２、光のモードフィールド径を縮小する部分にパラボラ導波路２０４を用いた。パラボラ導波路の代わりに導波路型レンズを用いてもモードフィールドを拡大および縮小という同じ効果を得ることができ、結果として同様に遮断効率の改善および後方散乱・後方反射の抑制の効果を得ることができる。

導波路レンズの例としては、導波路上に実効屈折率の異なるレンズ状の領域を作製したことを特徴とするモードインデックスレンズ、基板を加工してレンズ球面を作製したことを特徴とするジオデシックレンズ、周期構造における導波光の回折現象を利用したことを特徴とする回折型レンズ（フレネルレンズ、グレーティングレンズ等）等がある。なお、導波路型レンズについては、西原浩、春名正光、楢原敏明著「光集積回路」（１９８５年、オーム社）PP．２７９−PP．２９１ に詳しく述べられている。

また、本実施例では、スラントグレーティングを有するスラブ導波路を用いたが、スラブ導波路に代えて、第一実施例で説明した幅広導波路としてもよい。

［実施例３］
図９を参照して本発明の第三実施例を説明する。図９（ａ）に、本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ３００の平面図を示す。

導波路型バンドリジェクションフィルタ３００は、基板上に形成された、光が入射される入射導波路３０１、該入射導波路から入射された光のモードフィールド径を断熱的に損失なく広げるテーパー導波路３０２、該テーパー導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射されるスラントグレーティング３０７を有する幅広導波路３０３、該幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を断熱的に損失無くが縮小するテーパー導波路３０４、および該テーパー導波路によってモードフィールド径が縮小された光が出力される出射導波路３０５を形成するコア、および該コアを埋め込むクラッド３０６を備える。

図９（ｂ）は図９（ａ）の（１）または（３）における断面図で、図９（ｃ）は図９（ａ）の（２）における断面図である。ただし図９（ｃ）の断面図においてスラントグレーティングは図面から省略している。

図９（ｂ）および（ｃ）に示すように、本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ３００は、第一実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ１００と比較して、導波路（３０１，３０２，３０３，３０４，および３０５）のコアの厚みを１３μｍとした点で異なる。第一実施例と同様に、導波路におけるコアとクラッドの比屈折率差は０．３％である。

一般にコアの厚みが厚くなるとコア中に閉じ込められる基本モードの光のパワー比率が大きくなる。従って第一実施例の場合に比較して、より多くの量の光にスラントグレーティングが作用するので、回折される光量が増える。

透過スペクトルを測定した結果、遮断量を４７ｄＢに改善することができた。また後方反射光を考えると第一実施例に比較して導波路の厚み方向が広がっているのでより広い領域からの光が反射して重ね合わさることになり、重ね合わさる位相のずれは大きくなるので第一実施例に比較して後方反射量を抑制できる。反射スペクトルを測定した結果、−２０ｄＢに改善できた。

ただし、導波路のコアの厚みが１４μｍ以上になると厚み方向に高次モードが励起され易くなり、透過スペクトル上に好ましくない損失等が生じる。一般に比屈折率差Δが一定の場合、導波路のコアの厚みが厚くなると導波路中に存在しうるモードの数が増えるからである。また、モードフィールド径が石英系導波路に入力するファイバに比較してかなり大きくなるため接続損失の影響が大きくなるという問題も生じる。

要するに、厚み方向のサイズはモードが基底（０次）モードと１次モードの２つが立ちうる擬似シングルモードの状態が好ましいと考えられる。これは厚み方向の厚さを増やすことにより遮断量を増やし後方反射を抑制でき、かつ高次モードの影響が少ない状態である。

このような好ましい状態の厚み方向のサイズは、数式（９）で表されるＶ値が数式（１０）を満たすように決定することができる。

ここで、ａはコアの厚みの半分の値、λは入射導波路に入射される光の波長、ｎ_１はコアの屈折率、Δはコアとクラッドとの比屈折率差である。Ｖ値は導波路内に存在しうるモードの数を示す指標であり、導波路の幅方向および厚み方向の２つの方向について計算することができる。Ｖ値が大きいほど、基本モードがコアに閉じこめられることを意味し、またＶ値がπを超えると高次モードが励起され易くなることを意味する。

入射導波路に入射される光の波長λ、屈折率ｎ_１、及び比屈折率差Δを一定とすると、数式（９）により、コアの厚みの半分の値ａはＶ値と１対１に対応する。

入射導波路に入射される光の波長λが１．５５μｍ、石英系ガラスのコアの屈折率ｎ_１が１．４５、コアとクラッドとの比屈折率差Δが０．３％である場合、コアの厚み（２ａ）が約１４μｍのとき、Ｖ値がπを超え高次モードが励起され易くなる。本実施形態では、基底（０次）モードと１次モードの２つが立ちうる擬似シングルモードの状態とするために、コアの厚みを１３μｍとしている。

このようにして、導波路の厚み方向についてのＶ値を計算することで、厚み方向のサイズを決定することができる。なお、Ｖ値とモード数の関係について詳しくは岡本勝就著「光導波路の基礎」（１９９２年、コロナ社）PP. ２１の図２．３中に述べられている。

［実施例４］
図１０を参照して本発明の第四実施例を説明する。図１０（ａ）に、本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ４００の平面図を示す。導波路型バンドリジェクションフィルタ４００は、基板上に形成された、光が入射される入射導波路４０１、該入射導波路から入射された光のモードフィールド径を断熱的に損失なく広げるテーパー導波路４０２、該テーパー導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射される幅広導波路４０３、該幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を断熱的に損失無くが縮小するテーパー導波路４０４、および該テーパー導波路によってモードフィールド径が縮小された光が出力される出射導波路４０５を形成するコア、および該コアを埋め込むクラッド４０６を備える。さらに、導波路型バンドリジェクションフィルタ４００の幅広導波路４０３および該幅広導波路の周囲のコア４０６にはスラントグレーティング４０７が形成されている。

図１０（ｂ）は図１０（ａ）の（１）または（３）における断面図で、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の（２）における断面図である。ただし図９（ｃ）の断面図においてスラントグレーティングは図面から省略している。

本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ４００は、第一実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ１００と比較して、クラッド４０６にもグレーティングが形成される点で異なる。すなわち、導波路４０１，４０２，４０３，４０４，および４０５のコアのみならず、クラッド４０６にもＧｅがドープされているので、クラッドにおいても紫外線照射により屈折率変化が誘起され、クラッドにもグレーティングが形成されている。

入射導波路４０１へ入射された光のうち、コアに閉じ込められずにクラッドにしみ出した光もクラッド４０６に形成されたグレーティング４０７により回折される。したがって、第一実施例と比較して、より幅の広い領域で光がグレーティングにより回折されることになる。従って第一実施例と比較して、より多くの光にスラントグレーティングが作用するので、回折される光量が増える。透過したスペクトルを測定した結果、遮断量を５０ｄＢに改善されていた。また後方反射光を考えると第一実施例と比較して、光のモードフィールドが広がっているのでより広い領域からの光が反射して重ね合わさることになり、重ね合わさる位相のずれは大きくなる。したがって、本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタは、第一実施例と比較して、後方反射量をより抑制できる。反射スペクトルを測定した結果、反射量を−２３ｄＢに改善されていた。

［実施例５］
図１１を参照して本発明の第五実施例を説明する。図１１に本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ５００の平面図を示す。導波路型バンドリジェクションフィルタ５００は、基板上に形成された、波長選択する薄膜フィルタ５１１と、該薄膜フィルタに接続された入射導波路５０８，第２の出射導波路５０９，第３の出射導波路５１０および導波路５０１、該導波路５０１から入射された光のモードフィールド径を断熱的に損失なく広げるテーパー導波路５０２、該テーパー導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射されるスラントグレーティング５０７を有する幅広導波路５０３、該幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を断熱的に損失無くが縮小するテーパー導波路５０４、および該テーパー導波路によってモードフィールド径が縮小された光が出力される第１の出射導波路５０５を形成するコアと、該コアを埋め込むクラッド５０６とを備える。

薄膜フィルタ５１１は、波長λ３の光を第２の出射導波路５０９へ通過させ、波長λ１，λ２の光を導波路５０１の方向へ反射する波長選択性を有する。

入射導波路５０８へ入射された波長λ１，λ２，λ３の３波の光は、薄膜フィルタ５１１の波長選択性によって、λ３の光が出射導波路５０９へ出射され、波長λ１，λ２の光が反射され導波路５０１へ入射される。次いで、導波路５０１へ入射された波長λ１，λ２の光は、テーパー導波路５０２で断熱的に損失なくモードフィールド径が広がり、幅広導波路５０３へ入射される。幅広導波路５０３へ入射されたモードフィールドが拡大した波長λ１，λ２の光は、スラントグレーティング５０７において、波長λ２の光がブラッグ回折し、波長λ１の光がスラントグレーティング５０７を通過し、テーパー導波路５０４で断熱的に損失無くモードフィールド径が狭まり第１の出射導波路６０５から出射される。

本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタは、波長λ１およびλ２の波長を放送（broad-cast）型の通信サービスに用いることができる。例えば、あるユーザは波長λ１のみを必要とし、別のユーザは波長λ１およびλ２を必要とする場合、紫外線を照射してスラントグレーティング５０７を備えたチップ（本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタ５００）と、（紫外線を照射しないままの）スラントグレーティングを備えていないチップを用意するだけでサービスの実現ができる。本実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタは、他に新たな光部品を用意することなくサービスの実現ができるのという利点を有する。

（ａ）は第一実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタの構成図、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ第一実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタを構成するテーパー導波路を説明する図である。 （ａ）は、入射導波路のコアの幅と同一のコアの幅を有する導波路上にスラントグレーティングが作製されている場合に、該スラントグレーティングにおける入射光に対するグレーティングを説明するための図、（ｂ）は第一実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタのスラントグレーティングにおける入射光に対するグレーティングを説明するための図である。 本発明に係る導波路型バンドリジェクションフィルタにおける後方反射光および後方散乱光の抑制について説明するための図である。 第一実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタの透過スペクトルを示す図である。 第一実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタのスラントグレーティングにおける遮断量の導波路幅依存性を示す図である。 第一実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタの反射スペクトルを示す図である。 第一実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタのスラントグレーティングにおける後方反射量の導波路幅依存性を示す図である。 （ａ）は第二実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタの構成図、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ第二実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタを構成するパラボラ導波路を説明する図である。 （ａ）は第三実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタの構成図、（ｂ）は（ａ）の（１）または（３）における断面図、及び（ｃ）は（ａ）の（２）における断面図である。 （ａ）は第四実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタの構成図、（ｂ）は（ａ）の（１）または（３）における断面図、及び（ｃ）は（ａ）の（２）における断面図である。 第五実施例の導波路型バンドリジェクションフィルタの構成図である。 導波路型の光フィルタのバンドリジェクションフィルタの用途の例を説明するための図である。 従来のバンドリジェクションフィルタの構成図である。 （ａ）は導波路型のバンドリジェクションフィルタの側面から見たスラントグレーティング形成方法を説明するための図、（ｂ）は導波路型のバンドリジェクションフィルタ上部から見たスラントグレーティング形成方法を説明する図。 従来のバンドリジェクションフィルタの透過スペクトルを示す図である。 従来のバンドリジェクションフィルタの反射スペクトルを示す図である。

符号の説明

１３，１０１，２０１，３０１，４０１，５０８ 入射導波路
１０２，１０４，３０２，３０４，４０２，４０４，５０２，５０４ テーパー導波路
１０３，３０３，４０４，５０３ 幅広導波路
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，５０９，５１０ 出射導波路
１６，１６ａ，１６ｂ，１０６，２０６，３０６，４０６，５０６ クラッド
１７，１０７，２０７，３０７，４０７，５０７ スラントグレーティング
２０２，２０４ パラボラ導波路
２０３ スラブ導波路（幅広導波路）
５０１ 導波路
５１１ 薄膜フィルタ

Claims (8)

1. 基板上に形成された導波路型バンドリジェクションフィルタにおいて、
   光が入射される入射導波路、前記入射導波路に入射された光のモードフィールド径を広げるモードフィールド径拡大導波路、前記モードフィールド径拡大導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射される、スラントグレーティングが形成された幅広導波路、前記幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を縮小するモードフィールド径縮小導波路、および前記モードフィールド径縮小導波路によってモードフィールド径が縮小された光を出力する出射導波路を形成するコアと、
   前記コアを埋め込むクラッドとを備え、
   前記幅広導波路のコアの幅は、前記入射導波路のコアの幅よりも広く、
   前記スラントグレーティングは、グレーティングの格子が繰り返される方向が光の伝播方向に対して傾いていることを特徴とする導波路型バンドリジェクションフィルタ。
2. 基板上に形成された導波路型バンドリジェクションフィルタにおいて、
   波長選択性を有する薄膜フィルタと、
   前記薄膜フィルタにそれぞれ接続された入射導波路、第２の出射導波路、第３の出射導波路、および導波路、
   前記導波路から入射される光のモードフィールド径を広げるモードフィールド径拡大導波路、
   前記モードフィールド径拡大導波路によってモードフィールドが拡大された光が入射される、スラントグレーティングが形成された幅広導波路、
   前記幅広導波路を通過した光のモードフィールド径を縮小するモードフィールド径縮小導波路、および
   前記モードフィールド径縮小導波路によってモードフィールド径が縮小された光を出射する第１の出射導波路を形成するコアと、
   前記コアを埋め込むクラッドとを備え、
   前記幅広導波路のコアの幅は、前記導波路のコアの幅よりも広く、
   前記スラントグレーティングは、グレーティングの格子が繰り返される方向が光の伝播方向に対して傾いていることを特徴とする導波路型バンドリジェクションフィルタ。
3. 前記モードフィールド径拡大導波路および前記モードフィールド径縮小導波路の少なくとも一方がテーパー導波路であることを特徴とする請求項１または２に記載の導波路型バンドリジェクションフィルタ。
4. 前記モードフィールド径拡大導波路および前記モードフィールド径縮小導波路の少なくとも一方がパラボラ導波路であることを特徴とする請求項１または２に記載の導波路型バンドリジェクションフィルタ。
5. 前記コアおよびクラッドは、石英系ガラスを主たる成分として作製されることを特徴とする請求項３または４に記載の導波路型バンドリジェクションフィルタ。
6. 前記スラントグレーティングは光誘起グレーティングであることを特徴とする請求項５に記載の導波路型バンドリジェクションフィルタ。
7. 前記コアの厚みは、数式（１）及び数式（２）満たすことを特徴とする請求項６に記載の導波路型バンドリジェクションフィルタ。
   

   

   

   ａ：前記コアの厚みの半分の値、λ：前記入射導波路に入射される光の波長、ｎ_１：前記コアの屈折率、Δ：前記コアと前記クラッドとの比屈折率差
8. 前記スラントグレーティングは前記クラッドにも形成されていることを特徴とする請求項６に記載の導波路型バンドリジェクションフィルタ。
   

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