JP2008058562A

JP2008058562A - アレイ導波路格子型合分波器

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Publication number: JP2008058562A
Application number: JP2006234969A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Nara; 一孝奈良
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP4748524B2; US7555175B2; US20080131053A1

Abstract

【課題】低波長分散で、低損失かつフラットな光周波数特性を有する狭光周波数スペーシングを有する小型のアレイ導波路格子型合分波器を提供する。
【解決手段】アレイ導波路格子型合分波器１０は、入力導波路２１，２２と出力導波路２３，２４を２つずつ有する一つのアレイ導波路格子（ＡＷＧ）２０とマッハツェンダー干渉計型インターリーバ３０とを組み合わせた構成を有する。ＡＷＧ２０の各入力導波路２１，２２は、ＡＷＧ２０の光周波数スペーシングと同じ自由スペクトル領域を有するマッハツェンダー干渉計で構成されている。この干渉計は、インターリーバ３０の3dBカプラ３２に接続された3dBカプラ５１と100%カプラ５２の間に形成した光路長差ΔL=4.1mmの位相部分５３と、πの位相シフタ５４と、ＡＷＧ２０の第１スラブ導波路２５に接続された3dBカプラ５５と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、平面光波回路として構成され、アレイ導波路回折格子を有するアレイ導波路格子型合分波器に関する。

狭光周波数スペーシングのアレイ導波路格子（アレイ導波路回折格子：ＡＷＧ）を作製すると、その作製時のアレイ導波路内に発生する位相誤差により、波長分散の劣化が発生する。この波長分散の劣化はおおよそ光周波数スペーシングをΔｆとするとΔｆ²に反比例するため、例えば100GHzのＡＷＧに対して、25GHzのＡＷＧでは１６倍もの大きな波長分散が発生する（非特許文献１参照）。

そこで、例えば25GHz/50GHzのマッハツェンダー干渉計型インターリーバ（ＭＺＩ型インターリーバ）と２つの25GHzスペーシングのＡＷＧ（光周波数スペーシングがそれぞれ25GHzである２つのＡＷＧ）を組み合わせたデバイスが提案されている（非特許文献２参照）。

一方、ＡＷＧにはその通過帯域の拡大のためのフラット化技術が重要であり、既にフィールドでも使用されている。一般にＡＷＧでフラット化を行うと原理的に損失増加が生じることが知られている（非特許文献３参照）。

そこで、前記２段ラティス構成ＭＺＩ型インターリーバとＡＷＧとを組み合わせることにより低損出化とフラット化を実現する方法が提案されている（非特許文献４参照）。
2002年電子情報通信学会ソサイエティ大会C-3-61 2000年電子情報通信学会ソサイエティ大会C-3-10 K.Okamoto, et al, "Flat spectrum response arrayed waveguide grating multiplexer with parabolic horns", Electron. Lett., Vol.32, pp.166-1662, 1996 M.Oguma. et al, "Passband-width broading design for WDM filter with lattice-form interleave filter and arrayed-waveguide gratings", Photonics Technol. Lett., Vol.14, no.3, pp.328-330, 2002

ところで、上記非特許文献３に記載された従来技術では、ＭＺＩ型インターリーバに２段ラティス構成を用いるため原理的に波長分散が発生する。

また、上記非特許文献１及び２に共通する問題としてＭＺＩ型インターリーバの後段にＡＷＧを２つ配置する必要があることである。なぜならば、これら２つのＡＷＧの中心波長がＭＺＩ型インターリーバのそれぞれのポートから出力される中心波長と正確に合っていないとスペクトル特性の劣化を招くためである。

このように、従来、低波長分散、低損失化、フラット化に対して様々な方法が提案されているが、低波長分散、低損失、及びフラット化の全てを同時に満たす小型の狭光周波数スペーシングのアレイ導波路格子型合分波器は存在していなかった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、低波長分散で、低損失かつフラットな光周波数特性を有する狭光周波数スペーシングを有する小型のアレイ導波路格子型合分波器を提供することにある。

本発明の第１の態様に係るアレイ導波路格子型合分波器は、入力導波路と出力導波路群を２つずつ有する一つのアレイ導波路回折格子と導波路型インターリーバとを組み合わせた構成を有することを特徴とする。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子型合分波器は、前記導波路型インターリーバは少なくとも一つのマッハツェンダー干渉計を含むマッハツェンダー干渉計型インターリーバであることを特徴とする。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子型合分波器は、前記アレイ導波路格子の２つの出力導波路群のうち、一方の出力導波路群が他方の出力導波路群に対し、前記アレイ導波路格子で合分波される光周波数スペーシングの半分だけずれた光を出力するように配置されていることを特徴とする。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子型合分波器は、前記アレイ導波路格子の２つの入力導波路のうち、一方の入力導波路が他方の入力導波路に対し、前記アレイ導波路格子で合分波される光周波数スペーシングの半分だけずれた光を入力するように配置されていることを特徴とする。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子型合分波器は、前記アレイ導波路格子の２つの前記入力導波路の各々が、該アレイ導波路格子の光周波数スペーシングと同じ自由スペクトル領域を有するマッハツェンダー干渉計で構成されていることを特徴とする。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子型合分波器は、前記マッハツェンダー干渉計型インターリーバは、２つの前記入力導波路にそれぞれ接続され、複数の波長の光信号が多重された波長多重光信号を波長間隔が２倍の二組の光信号系列に分波し或いは二組の波長多重光信号を波長間隔が半分の一つの光信号系列に合波することを特徴とする。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子型合分波器は、前記２つの入力導波路をそれぞれ構成するマッハツェンダー干渉計は、前記インターリーバの前記3dBカプラに接続された位相部分と、100%カプラと、πの位相シフタと、前記アレイ導波路格子のスラブ導波路に接続された3dBカプラと、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係るアレイ導波路格子型合分波器は、複数の波長の光信号が多重された波長多重光信号を波長間隔が２倍の二組の光信号系列に分波し或いは二組の波長多重光信号を波長間隔が半分の一つの光信号系列に合波するマッハツェンダー干渉計型インターリーバと、マッハツェンダー干渉計でそれぞれ構成された第１入力導波路及び第２入力導波路の２つの入力導波路と、第１出力導波路及び第２出力導波路の２つの出力導波路と有する一つのアレイ導波路格子と、を備え、前記第１入力導波路及び第２入力導波路が前記インターリーバに接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、低波長分散で、低損失かつフラットな光周波数特性を有する狭光周波数スペーシングを有する小型のアレイ導波路格子型合分波器が作製できる。

本発明の一実施態様に係るアレイ導波路格子型合分波器１０を図１〜図６に基づいて説明する。

このアレイ導波路格子型合分波器１０は、入力導波路２１，２２と出力導波路２３，２４を２つずつ有する一つのアレイ導波路格子（ＡＷＧ）２０と導波路型インターリーバとしてのマッハツェンダー干渉計型インターリーバ３０とを組み合わせた構成を有する。

アレイ導波路回折格子２０は、第１入力導波路２１及び第１出力導波路２３に接続された第１スラブ導波路２５と、第２入力導波路２２及び第２出力導波路２４に接続された第２スラブ導波路２６と、これら２つのスラブ導波路２５，２６間を接続し光路長差を持たせるアレイ導波路２７とを備える。

アレイ導波路格子型合分波器１０は、石英系基板４０上に光ファイバ製造技術と半導体微細加工技術を組み合わせ作製された平面光波回路（ＰＬＣ）として構成されている。

アレイ導波路格子型合分波器１０は、アレイ導波路格子２０の２つの出力導波路群２３，２４のうち、第１出力導波路群（一方の出力導波路群）２３が第２出力導波路群（他方の出力導波路群）２４に対し、アレイ導波路格子２０で合分波される光周波数スペーシング（本例では50GHz）の半分（25GHz）だけずれた光を出力するように配置されている。

また、アレイ導波路格子型合分波器１０は、アレイ導波路格子２０の２つの入力導波路２１，２２のうち、第１入力導波路（一方の入力導波路）２１が第２入力導波路（他方の入力導波路）２２に対し、アレイ導波路格子２０で合分波される光周波数スペーシングの半分だけずれた光を入力するように配置されている。

つまり、マッハツェンダー干渉計型インターリーバ３０は、２つの入力導波路２１，２２にそれぞれ接続され、複数の波長（λ１〜λｎ）の光信号が多重された波長多重光信号を波長間隔が２倍の二組の光信号系列に分波し或いは二組の波長多重光信号を波長間隔が半分の一つの光信号系列に合波するように構成されている。

具体的には、マッハツェンダー干渉計型インターリーバ３０は、25GHz/50GHzのインターリーバであり、２つの３dBカプラ３１，３２の間に光路長差ΔL=4.1mmの位相部分を形成した構成を有し、アレイ導波路格子２０は、光周波数スペーシングが50GHzでチャネル数が32(32ch)のアレイ導波路格子である。

アレイ導波路格子２０の２つの入力導波路２１，２２の各々は、アレイ導波路格子２０の光周波数スペーシング（50GHz）と同じ自由スペクトル領域(Free spectral range)を有するマッハツェンダー干渉計で構成されている。

第１入力導波路２１を構成するマッハツェンダー干渉計は、マッハツェンダー干渉計型インターリーバ３０の3dBカプラ３２に接続された3dBカプラ５１と100%カプラ５２の間に形成した光路長差ΔL=4.1mmの位相部分（非対称マッハツェンダー干渉計）５３と、πの位相シフタ５４と、アレイ導波路格子２０の第１スラブ導波路２５に接続された3dBカプラ５５と、を備える。同様に、第２入力導波路２２を構成するマッハツェンダー干渉計は、マッハツェンダー干渉計型インターリーバ３０の3dBカプラ３２に接続され、3dBカプラ６１と100%カプラ６２の間に形成した光路長差ΔL=4.1mmの位相部分（非対称マッハツェンダー干渉計）６３と、πの位相シフタ６４と、アレイ導波路格子２０の第２スラブ導波路２６に接続された3dBカプラ６５と、を備える。

このように、アレイ導波路格子型合分波器１０は、複数の波長の光信号が多重された波長多重光信号を波長間隔が２倍の二組の光信号系列に分波し或いは二組の波長多重光信号を波長間隔が半分の一つの光信号系列に合波するマッハツェンダー干渉計型インターリーバ３０を備える。さらに、アレイ導波路格子型合分波器１０は、マッハツェンダー干渉計でそれぞれ構成された第１入力導波路２１及び第２入力導波路２２の２つの入力導波路と、第１出力導波路２３及び第２出力導波路２４の２つの出力導波路と有する一つのアレイ導波路格子２０と、を備え、第１入力導波路２１及び第２入力導波路２２がインターリーバ３０に接続されている。

なお、以下の説明では、マッハツェンダー干渉計型インターリーバ３０を「ＭＺＩ３０」という。また、２つの入力導波路２１，２２の各々が上記マッハツェンダー干渉計で構成されているアレイ導波路格子２０を、「ＭＺＩ−ＡＷＧ２０」という。

アレイ導波路格子型合分波器１０では、3dBカプラ３１に接続された２つの導波路の一方に、複数の波長の光信号が多重された波長多重光信号が入力されると、その波長多重光信号は、ＭＺＩ３０により波長間隔が２倍の二組の光信号系列に分波される。分波された二組の光信号系列の一方はアレイ導波路格子２０の第１入力導波路２１内を、その他方は第２入力導波路２２内を通過する。

第１入力導波路２１から第１スラブ導波路２５に入射した入射光（一方の組の光信号系列）は、第１スラブ導波路２５内で回折により広がり、アレイ導波路２７に同位相で周期的に分割される。周期的に分割された入射光は、アレイ導波路２７の各導波路内を伝播する間に、各々の導波路長に応じた位相差が与えられる。アレイ導波路２７の各導波路から出射する光は、第２スラブ導波路２６内でお互いに干渉して第２出力導波路群２４に集光する。そのとき、アレイ導波路２７で与えられた位相差により角度分散が生じるため、その分散により波長ごとに分けられた各周波数の波が、対応する第２出力導波路群２４の一つにそれぞれ集光する。これにより、第２出力導波路群２４の各導波路からは、波長ごとに分けられた異なる波長の光が出射される（出力２）。

第２入力導波路２２から第２スラブ導波路２６に入射した入射光（他方の組の光信号系列）は、アレイ導波路格子２０内を第１入力導波路２１から第１スラブ導波路２５に入射した一方の組の光信号系列とは逆方向に進んだ後、第１出力導波路群２３の各導波路から、波長ごとに分けられた異なる波長の光が出射される（出力１）。

また、各出力導波路群２３，２４に二組の波長多重光信号の各々を入射させた場合には、二組の波長多重光信号が合波されて波長間隔が半分の一つの光信号系列が図１の入力にある２つの導波路の一方から得られる。

以上のように構成された第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○上記従来技術では、ＭＺＩ型インターリーバの後段にＡＷＧを２つ配置する必要があった。本実施形態によれば、ＭＺＩ型インターリーバ（ＭＺＩ３０）に接続されるＡＷＧ（ＭＺＩ−ＡＷＧ２０）を一つにすることができる。ＭＺＩ−ＡＷＧ２０が一つになるため、従来のように２つのＡＷＧ間の相対的な中心波長の制御をする必要がないと共に、小型のアレイ導波路格子型合分波器１０を作製できる。
○図２に示すようにアレイ導波路格子２０の入力導波路２１，２２の各々がアレイ導波路格子２０の光周波数スペーシングと同じ自由スペクトル領域を有するマッハツェンダー干渉計で構成されていることにより、原理的にほとんど分散が発生しない。
○前段に配置したＭＺＩ３０も原理的にほとんど分散が発生しないためＭＺＩ３０とＭＺＩ−ＡＷＧ２０とを通過させた場合も分散が発生しない。その結果を図３及び図４に示す。図３では、ＭＺＩ３０を通過して分波された上記二組の光信号系列の一方の波長分散計算結果を（イ）の曲線で示し、その光信号系列がＭＺＩ−ＡＷＧ２０を通過した場合の波長分散計算結果を（ロ）の曲線で示している。図４は、その光信号系列がＭＺＩ３０とＭＺＩ−ＡＷＧ２０を通過した場合の波長分散計算結果を示している。
○ＭＺＩ３０とＭＺＩ−ＡＷＧ２０のスペクトル計算結果を図５及び図６に示す。図５では、ＭＺＩ−ＡＷＧ２０のスペクトル計算結果を（ニ）の曲線で示し、ＭＺＩ３０のスペクトル計算結果を（ホ）の曲線で示している。図６は、ＭＺＩ３０とＭＺＩ−ＡＷＧ２０とのスペクトル合成したスペクトル計算結果を示している。

図３〜図６に示す結果から明らかなように、本実施形態に係るアレイ導波路格子型合分波器１０では、ほとんど波長分散が発生せず、低損失かつフラットなスペクトル特性が得られたことがわかる。従って、本実施形態によれば、低波長分散で、低損失かつフラットな光周波数特性を有する狭光周波数スペーシングを有する小型のアレイ導波路格子型合分波器１０が作製できる。
（実施例）
上記実施形態で説明したアレイ導波路格子型合分波器１０の一例として、火炎堆積法・反応性イオンエッチング法によりΔ＝0.8%、T=W＝6.5μｍの石英系ＰＬＣを用いて、図１の光回路構成を有する25GHz-64chのアレイ導波路格子型合分波器を作製した。

25GHz/50GHzのＭＺＩ型インターリーバ（ＭＺＩ）３０は、２つの3dBカプラ３１，３２の間に光路長差ΔL=4.1mmの位相部分（非対称マッハツェンダー干渉計）３３を形成した。50GHz-32chのＭＺＩ−ＡＷＧ２０については、各入力導波路２１，２２として用いるＭＺＩ部分（マッハツェンダー干渉計）は３ｄＢカプラ５１の後に光路長差ΔＬ＝４．１ｍｍの位相部分５３、100%カプラ５２、πの位相シフタ５４、3dBカプラ５５から構成した。さらに、ＭＺＩ−ＡＷＧ２０は、各スラブ導波路２５，２６の焦点距離LfをLf=14mm、アレイ導波路２７の光路長差ΔLをΔL=79μｍとした。

このように構成した本実施例に係るアレイ導波路格子型合分波器１０のスペクトル計算結果を図７の曲線（ト）で示してあり、その波長分散測定結果を図８の曲線（チ）で示してある。

このように、本実施例に係るアレイ導波路格子型合分波器は、25GHz-64chのアレイ導波路格子型合分波器であり、
前記マッハツェンダー干渉計型インターリーバは、25GHz/50GHzのインターリーバであり、２つの３dBカプラの間に光路長差ΔL=4.1mmの位相部分を形成した構成を有し、
前記アレイ導波路格子は、光周波数スペーシングが50GHzでチャネル数が32(32ch)のアレイ導波路格子である。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記一実施形態において、ＭＺＩ−ＡＷＧ（アレイ導波路格子）２０の部分で、各スラブ導波路２５，２６と各出力導波路群２３，２４の間のテーパ幅の変化により、波長分散特性を変化させずに容易にスペクトルのディピング（Dipping）量を調整でき、クロストークの劣化もない。このような構成のアレイ導波路格子型合分波器における波長分散特性を示している。

図９は、25GHz-64chのアレイ導波路格子型合分波器におけるＭＺＩ型インターリーバのスペクトル計算結果と、波長10um〜15umの５種類の波長の光信号に対するスペクトル計算結果とを示している。

図１０は、25GHz-64chのアレイ導波路格子型合分波器におけるＭＺＩ型インターリーバのスペクトル計算結果と、波長10um〜15umの５種類の波長の光信号に対するスペクトル計算結果とを示している。

図１１は、25GHz-64chのアレイ導波路格子型合分波器における波長10um〜15umの５種類の波長の光信号に対するスペクトル計算結果を示している。

図１２は、25GHz-64chのアレイ導波路格子型合分波器における波長10um〜15umの５種類の波長の光信号に対するスペクトル計算結果を示している。

本発明の一実施形態に係るアレイ導波路格子型合分波器を示す概略構成図。同合分波器におけるアレイ導波路格子を示す拡大平面図。同合分波器におけるＭＺＩ型インターリーバ（ＭＺＩ）の波長分散計算結果とＭＺＩ−ＡＷＧの波長分散計算結果を示すグラフ。同合分波器全体の波長分散計算結果を示すグラフ。同合分波器におけるＭＺＩ型インターリーバのスペクトル計算結果とＭＺＩ−ＡＷＧのスペクトル計算結果を示すグラフ。同合分波器全体のスペクトル計算結果を示すグラフ。同合分波器全体のスペクトル測定結果を示すグラフ。同合分波器全体の波長分散測定結果を示すグラフ。 25GHz-64chのアレイ導波路回折格子型波長合分波器におけるＭＺＩ型インターリーバのスペクトル計算結果と、波長10um〜15umの５種類の波長の光信号に対するスペクトル計算結果とを示すグラフ。同合分波器におけるＭＺＩ型インターリーバのスペクトル計算結果と、波長10um〜15umの５種類の波長の光信号に対するスペクトル計算結果とを示すグラフ。同合分波器における波長10um〜15umの５種類の波長の光信号に対するスペクトル計算結果を示すグラフ。同合分波器における波長10um〜15umの５種類の波長の光信号に対するスペクトル計算結果を示すグラフ。

符号の説明

１０：アレイ導波路格子型合分波器１０、２０：アレイ導波路格子（ＡＷＧ）、
２１，２２：入力導波路２１，２２、２３，２４：出力導波路、
２５，２６：スラブ導波路、３０：マッハツェンダー干渉計型インターリーバ、
３２： 3dBカプラ、５１，６１：3dBカプラ、５２，６２：100%カプラ、
５３，６３：位相部分（非対称マッハツェンダー干渉計）、
５４，６４：πの位相シフタ、５５，６５： 3dBカプラ。

Claims

入力導波路と出力導波路群を２つずつ有する一つのアレイ導波路回折格子と導波路型インターリーバとを組み合わせた構成を有することを特徴とするアレイ導波路格子型合分波器。
前記導波路型インターリーバは少なくとも一つのマッハツェンダー干渉計を含むマッハツェンダー干渉計型インターリーバ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型合分波器。
前記アレイ導波路格子の２つの出力導波路群のうち、一方の出力導波路群が他方の出力導波路群に対し、前記アレイ導波路格子で合分波される光周波数スペーシングの半分だけずれた光を出力するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアレイ導波路格子型合分波器。
前記アレイ導波路格子の２つの入力導波路のうち、一方の入力導波路が他方の入力導波路に対し、前記アレイ導波路格子で合分波される光周波数スペーシングの半分だけずれた光を入力するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のアレイ導波路格子型合分波器。
前記アレイ導波路格子の２つの前記入力導波路の各々が、該アレイ導波路格子の光周波数スペーシングと同じ自由スペクトル領域を有するマッハツェンダー干渉計で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のアレイ導波路格子型合分波器。
前記マッハツェンダー干渉計型インターリーバは、２つの前記入力導波路にそれぞれ接続され、複数の波長の光信号が多重された波長多重光信号を波長間隔が２倍の二組の光信号系列に分波し或いは二組の波長多重光信号を波長間隔が半分の一つの光信号系列に合波することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一つに記載のアレイ導波路格子型合分波器。
前記２つの入力導波路をそれぞれ構成するマッハツェンダー干渉計は、前記インターリーバの前記3dBカプラに接続された3dBカプラと100%カプラの間に形成した位相部分と、100%カプラと、πの位相シフタと、前記アレイ導波路格子のスラブ導波路に接続された3dBカプラと、を備えることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一つに記載のアレイ導波路格子型合分波器。
複数の波長の光信号が多重された波長多重光信号を波長間隔が２倍の二組の光信号系列に分波し或いは二組の波長多重光信号を波長間隔が半分の一つの光信号系列に合波するマッハツェンダー干渉計型インターリーバと、
マッハツェンダー干渉計でそれぞれ構成された第１入力導波路及び第２入力導波路の２つの入力導波路と、第１出力導波路及び第２出力導波路の２つの出力導波路と有する一つのアレイ導波路格子と、を備え、
前記第１入力導波路及び第２入力導波路が前記インターリーバに接続されていることを特徴とするアレイ導波路格子型合分波器。