JP2007171537A

JP2007171537A - アレイ導波路格子回路

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Publication number: JP2007171537A
Application number: JP2005368871A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Yamada; 智之山田; Mitsuru Nagano; 充永野; Mikitaka Itou; 幹隆井藤; Toshio Watanabe; 俊夫渡辺; Takayuki Mizuno; 隆之水野; Takashi Go; 隆司郷; Akemasa Kaneko; 明正金子
Original assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: EP1965236A4; CN101341430B; EP1965236B1; JP4456065B2; US20090263084A1; US7995876B2; WO2007072920A1; EP1965236A1; CN101341430A

Abstract

【課題】合分波機能における品質劣化を防ぎつつ、２つのＡＷＧ回路を集積する。
【解決手段】第１の入力導波路５１ａと複数の第２の出力導波路５５ｂとに接続された第１スラブ導波路５２と、複数の第１の出力導波路５５ａと第２の入力導波路５１ｂとに接続された第２スラブ導波路５４と、第１スラブ導波路５２と第２スラブ導波路５４との間を接続するアレイ導波路５３とを備え、入力導波路５１ａ，５１ｂは、波長に応じた間隔ｘで接続された一連の複数の第２の出力導波路５５ａ，５５ｂのうち、最も外側の第２の出力導波路と１．５ｘの間隔をおいてスラブ導波路５２，５４と接続されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、光合分波器として用いられているアレイ導波路格子回路に関する。

近年、光ファイバ伝送システムの普及に伴い、多数の光素子を高密度に集積する技術が求められており、その一つとして、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）が知られている。ＰＬＣは、シリコン基板または石英基板上に、光導波路、導波路型光素子を集積した光回路であり、生産性、信頼性が高く、集積化、高機能化の点で優れている。また、大容量の光ファイバ伝送システムを実現する方式として、波長分割多重伝送方式が用いられている。波長分割多重伝送方式の送受信装置において、異なる波長の複数の光信号を分割、多重するための光回路として、分波器、合波器が用いられる。ＰＬＣに組み込まれる合分波器として、典型的には、アレイ導波路格子（以下ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Gratingという）回路が用いられる。

図１に、従来のＡＷＧ回路の構成を示す。ＡＷＧ回路１０は、入力導波路１１に接続された第１スラブ導波路１２と、出力導波路１５に接続された第２スラブ導波路１４と、第１スラブ導波路１２および第２スラブ導波路１４の間を接続するアレイ導波路１３とから構成されている。アレイ導波路１３は、隣接する導波路が、一定の光路長差をもって配列されている。波長分割多重伝送方式において、例えば、３２波の光信号を扱う場合には、１００本前後のアレイ導波路１３が形成される。

特許第３４４１４３７号明細書

上述したＡＷＧ回路１０は、一定の光路長差を有する１００本のアレイ導波路１３を形成するために、ＰＬＣ基板に占めるＡＷＧ回路の面積は、他の導波路型光素子と比較して大きい。従って、回路の小型化の観点から様々な工夫がなされている。図２に、従来のＡＷＧ回路を適用した合分波器を示す。第１スラブ導波路２２ａ，２２ｂと第２スラブ導波路２４ａ，２４ｂとを同じ位置に重ねて形成することにより、分波器として用いるＡＷＧ回路２０ａと、合波器として用いるＡＷＧ回路２０ｂとを、同じＰＬＣ基板に実装することができる。しかしながら、２群のアレイ導波路２３ａ，２３ｂの間で、製造誤差等により、中心波長の偏差を有するという問題があった。

また、分波器に用いる１本の入力導波路と合波器に用いる出力導波路とを第１スラブ導波路に接続し、分波器に用いる出力導波路と合波器に用いる１本の入力導波路とを、第２スラブ導波路に接続し、アレイ導波路を共有することが行われている（例えば、特許文献１参照）。図３に、アレイ導波路を共有する従来のＡＷＧ回路の構成を示す。ＡＷＧ回路３０は、入力導波路３１ａと出力導波路３５ｂとに接続された第１スラブ導波路３２と、出力導波路３５ａと入力導波路３１ｂとに接続された第２スラブ導波路３４と、第１スラブ導波路３２および第２スラブ導波路３４の間を接続するアレイ導波路３３とから構成されている。このとき、１本の入力導波路を、アレイ導波路からスラブ導波路への入射光が集束する位置、すなわち複数の出力導波路の中心に設ける必要がある。

図４に、従来の入出力導波路とスラブ導波路との接続関係を示す。一般的に、入出力導波路とスラブ導波路との接続部分には、透過帯域のスペクトルを広くするために、入力導波路にパラボラ状の接続部を設け、出力導波路３５にテーパ状の接続部３７を設ける。しかしながら、従来のＡＷＧ回路では、波長間隔に応じた所定の間隔ｘで配置された出力導波路の間に、入力導波路を配置するために、パラボラ状の接続部およびテーパ状の接続部を設けることができない。従って、入出力導波路とスラブ導波路との接続部分における透過帯域のスペクトルが狭くなるという問題があった。また、パラボラ状の接続部およびテーパ状の接続部を重ねて設けると、入力導波路と隣接する出力導波路との間で、クロストークを生じてしまう。さらに、入力導波路と隣接する出力導波路を取り除くと、一連の波長が割り当てられたチャネルが欠けてしまい、波長分割多重伝送システムの運用上は実用的ではない。

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、合分波機能における品質劣化を防ぎつつ、２つのＡＷＧ回路を集積したアレイ導波路格子回路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、一方の面において、第１の入力導波路と複数の第２の出力導波路とに接続された第１スラブ導波路と、一方の面において、複数の第１の出力導波路と第２の入力導波路とに接続された第２スラブ導波路と、前記第１スラブ導波路の一方の面と対向する他方の面と、前記第２スラブ導波路の一方の面と対向する他方の面との間を接続するアレイ導波路とを備え、前記第１の入力導波路は、波長に応じた第１の間隔で一方の面に接続された一連の前記複数の第２の出力導波路のうち、最も外側の第２の出力導波路と第２の間隔をおいて前記第１スラブ導波路と接続され、前記第２の入力導波路は、波長に応じた第１の間隔で一方の面に接続された一連の前記複数の第１の出力導波路のうち、最も外側の第１の出力導波路と第２の間隔をおいて前記第２スラブ導波路と接続されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記第２の間隔は、前記第１の間隔の整数倍に前記第１の間隔の半分を加えた間隔であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の前記第２の間隔は、前記第１の間隔の１．５倍の間隔であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、入力導波路を、波長に応じた第１の間隔で接続された一連の出力導波路のうち、最も外側の出力導波路と第２の間隔をおいてスラブ導波路に接続するので、合分波機能における品質劣化を防ぎつつ、２つのＡＷＧ回路を集積することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図５に、本発明の一実施形態にかかるＡＷＧ回路の構成を示す。ＡＷＧ回路５０は、入力導波路５１ａと出力導波路５５ｂとに接続された第１スラブ導波路５２と、出力導波路５５ａと入力導波路５１ｂとに接続された第２スラブ導波路５４と、第１スラブ導波路５２および第２スラブ導波路５４の間を接続するアレイ導波路５３とから構成されている。本実施形態では、１本の入力導波路を、一連の出力導波路の列の外側に配置する。図５に向かって、入力導波路５１ａを上側に、出力導波路５５ｂを下側にして、第１スラブ導波路５２と接続しているが、出力導波路５５ｂを上側に、入力導波路５１ａを下側にして、第１スラブ導波路５２と接続してもよい。

図６に、入出力導波路とスラブ導波路との接続関係を示す。アレイ導波路５３から出射される光信号は、アレイ導波路５３で与えられた位相差により生じた角度分散により、波長ごとに異なる位置に集光する。この位置に出力導波路５５ａを接続することにより、波長の異なる光信号を波長ごとに異なる出力導波路５５ａから出力することができる。従って、出力導波路５５ａは、波長間隔に応じた所定の間隔ｘで、第２スラブ導波路５４に接続されている。

このような構成により、入出力導波路とスラブ導波路との接続部分には、入力導波路にパラボラ状の接続部５６を、出力導波路にテーパ状の接続部５７を設けることができる。従って、入力導波路と隣接する出力導波路との間のクロストークを生じることなく、入出力導波路とスラブ導波路との接続部分における透過帯域のスペクトルを広くすることができる。

本実施形態のＡＷＧ回路を、アレイ導波路５３中を入力導波路５１ａ，５１ｂから入力された光信号が対向して伝搬するように、異なる２つの分波器として用いてもよいし、逆方向に異なる２つの合波器として用いてもよいし、入力導波路５１ａと出力導波路５５ａとを分波器に用い、入力導波路５１ｂと出力導波路５５ｂとを合波器に用いることもできる。

入力導波路５１ｂは、所定の間隔ｘで配置された出力導波路５５ａの外側に配置される。入力導波路５１ｂから出射された光信号が、第２スラブ導波路５４で回折されて広がり、アレイ導波路に入射するように配置される。このとき、入力導波路５１ｂは、隣接する出力導波路５５ａに対して、１．５ｘの間隔で配置する。ここで、入力導波路５１の配置方法について、波長間隔の等しい８波（λ１〜λ８）の光信号を扱う場合を例にして説明する。

最初に、入力導波路５１ａを、隣接する出力導波路５５ｂに対して、ｘの間隔で配置し、入力導波路５１ｂを、隣接する出力導波路５５ａに対して、ｘの間隔で配置した場合について説明する。入力導波路５１ａに波長λ１〜λ８の光信号が多重された波長多重光信号を入力すると、出力導波路５５ａ−１から５５ａ−８まで、それぞれ波長λ１からλ８の光信号が出力される。ここで、波長間隔の等しい波長λ０の光信号、すなわち誤って入力された信号が入力導波路５１ａに入力されたとすると、この光信号は、入力導波路５１ｂに出力されてしまう。すなわち、光信号を入力するはずの導波路から光信号が出力されるという問題が生じる。

また、波長周回性を利用したＡＷＧ回路の場合、チャネル数と波長間隔の積がＡＷＧの自由スペクトル領域（ＦＳＲ）に一致している。入力導波路５１ａに波長λ１〜λ８の光信号が多重された波長多重光信号を入力すると、出力導波路５５ａ−１から５５ａ−８まで、それぞれ波長λ１からλ８の光信号が出力されるとともに、入力導波路５１ｂに波長λ８の光信号が出力されてしまう。入力導波路５１ｂに出力される光信号は、出力導波路５５ａ−８から出力される光信号とは異なる次数の光である。このように、波長周回性を利用したＡＷＧ回路の場合においても、光信号を入力するはずの導波路から光信号が出力されるという問題が生じる。

ＡＷＧ回路の出力導波路に、例えば、何も接続されていないコネクタ端子が接続されていると、フレネル反射による戻り光が発生する。上述したように、出力導波路５５ａ−１には、波長λ１の光信号が分波されるが、わずかなクロストークにより、波長λ２〜λ８の光信号も出力導波路５５ａ−１に分波される。出力導波路５５ａ−１に分波された波長λ１〜λ８の光信号は、コネクタ端子の端面で反射されて、再びＡＷＧ回路に入力される。この反射戻り光は、出力導波路５５ｂ−１から５５ｂ−８に出力される。すなわち、入力導波路５１ｂに光信号が入力されていないにも関わらず、出力導波路５５ｂから光信号が出力されるという問題が生じる。

そこで、入力導波路５１を、波長間隔に応じた所定の間隔ｘとは異なる間隔で、出力導波路５５の外側に配置する。このようにすれば、波長λ０の光信号が入力導波路５１ａに入力されても、入力導波路５１ｂに出力されることはない。また、波長周回性を利用したＡＷＧ回路の場合でも、波長λ８の光信号が入力導波路５１ｂに出力されることはない。さらに、反射戻り光が、出力導波路５５から出力されることを防ぐことができる。

入力導波路５１を、隣接する出力導波路５５に対して、１．５ｘの間隔で配置すれば、誤って入力された信号等は、入力導波路と出力導波路の間または隣接する出力導波路の間に到達するので、その影響を最小限に抑えることができる。

次に、入出力導波路とスラブ導波路との接続部分の構成について述べる。簡略化のために図５，６では示されていないが、入力導波路および出力導波路が接続されるスラブ導波路の一辺は、円弧を描いている。従って、入出力導波路は、スラブ導波路の一辺の接線に垂直に取り付けられている。一方、図７に、入出力導波路とスラブ導波路の他の接続方法を示す。出力導波路７５のうち中心の出力導波路は、接線に垂直に取り付けられるが、外側に向かうに従って、出力導波路を内側に傾けて取り付けている。入力導波路７１は、隣接する出力導波路７５に対して、１．５ｘの間隔で配置し、出力導波路７５と同様に内側に傾けて取り付ける。このようにして、入出力導波路を傾けることにより、スラブ導波路７４を伝搬した光信号の波形の傾きを低減することができる。

また、図８に示したように、出力導波路８５のうち中心の出力導波路は、接線に垂直に取り付け、外側に向かうに従って、出力導波路を外側に傾けて取り付けてもよい。入力導波路８１は、隣接する出力導波路８５に対して、１．５ｘの間隔で配置し、出力導波路８５と同様に外側に傾けて取り付ける。

本実施形態によれば、入力導波路を、隣接する出力導波路に対して、波長に応じた所定の間隔ｘの１．５倍で配置するので、合分波機能における品質劣化を防ぎつつ、２つのＡＷＧ回路を集積することができる。なお、入力導波路と隣接する出力導波路との間隔を、所定の間隔ｘの整数倍にｘ／２を加えた間隔であっても構わない。

従来のＡＷＧ回路の構成を示す図である。従来のＡＷＧ回路を適用した合分波器の構成を示す図である。アレイ導波路を共有する従来のＡＷＧ回路の構成を示す図である。従来の入出力導波路とスラブ導波路との接続関係を示す図である。本発明の一実施形態にかかるＡＷＧ回路の構成を示す図である。入出力導波路とスラブ導波路との接続関係を示す図である。入出力導波路とスラブ導波路との接続関係を示す図である。入出力導波路とスラブ導波路との接続関係を示す図である。

符号の説明

１０，２０，３０，５０ＡＷＧ回路
１１，２１，３１，５１，７１，８１入力導波路
１２，２２，３２，５２第１スラブ導波路
１３，２３，３３，５３アレイ導波路
１４，２４，３４，５４，７４，８４第２スラブ導波路
１５，２５，３５，５５，７５，８５出力導波路
５６パラボラ状の接続部
３７，５７テーパ状の接続部

Claims

一方の面において、第１の入力導波路と複数の第２の出力導波路とに接続された第１スラブ導波路と、
一方の面において、複数の第１の出力導波路と第２の入力導波路とに接続された第２スラブ導波路と、
前記第１スラブ導波路の一方の面と対向する他方の面と、前記第２スラブ導波路の一方の面と対向する他方の面との間を接続するアレイ導波路とを備え、
前記第１の入力導波路は、波長に応じた第１の間隔で一方の面に接続された一連の前記複数の第２の出力導波路のうち、最も外側の第２の出力導波路と第２の間隔をおいて前記第１スラブ導波路と接続され、
前記第２の入力導波路は、波長に応じた第１の間隔で一方の面に接続された一連の前記複数の第１の出力導波路のうち、最も外側の第１の出力導波路と第２の間隔をおいて前記第２スラブ導波路と接続されていることを特徴とするアレイ導波路格子回路。
前記第２の間隔は、前記第１の間隔の整数倍に前記第１の間隔の半分を加えた間隔であることを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路格子回路。
前記第２の間隔は、前記第１の間隔の１．５倍の間隔であることを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路格子回路。