JP2009265419A - Optical wavelength multiplexing/demultiplexing circuit - Google Patents

Optical wavelength multiplexing/demultiplexing circuit Download PDF

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Arata Kamei
新 亀井
Yasuyuki Inoue
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical wavelength multiplexing/demultiplexing circuit with an excellent reflection characteristic, which improves a reflection attenuation amount and a directivity characteristic, in an athermal array waveguide grid (AWG) of a structure in which a thermal compensation material is inserted in a slab waveguide path. <P>SOLUTION: The groove disposed in a first slab waveguide path 102 is divided into six parts 106A to 106F, and they are arranged respectively to have the same width in a progressing direction of the light wave, arranged with a constant interval, that is 60 μm here, of the center line of each groove. In the athermal AWG of the embodiment, ϕ>0 for all net angles ϕ in which each of the grooves 106A to 106F makes to an axis line vertical to a progressing direction of the light wave transmitted from an array waveguide path 103. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光波長合分波回路に関し、より詳細には、アレイ導波路回折格子型の光波長合分波回路に関する。   The present invention relates to an optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit, and more particularly to an arrayed waveguide diffraction grating type optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit.

シリコン基板上に形成した石英系ガラス導波路によって構成されたプレーナ光波回路(PlC)の研究開発が盛んに行われている。かかるPLC技術を利用した、アレイ導波路回折格子(AWG)は、光波長合分波を実現する回路であり、光通信用の部品として重要な役割を果たしている。   Research and development of a planar lightwave circuit (PlC) composed of a silica-based glass waveguide formed on a silicon substrate has been actively conducted. An arrayed waveguide diffraction grating (AWG) using such PLC technology is a circuit that realizes optical wavelength multiplexing / demultiplexing, and plays an important role as a component for optical communication.

AWGは合分波される光の透過波長に温度依存性を有する。これは、AWGを構成する石英系ガラス導波路の実効屈折率が温度依存性を有する故である。そのため通常のAWGにおいては、波長透過特性を一定に保持するために、温度調節装置を付加する必要があった。   The AWG has temperature dependency on the transmission wavelength of the light to be multiplexed / demultiplexed. This is because the effective refractive index of the silica-based glass waveguide constituting the AWG has temperature dependence. Therefore, in a normal AWG, it is necessary to add a temperature adjusting device in order to keep the wavelength transmission characteristic constant.

AWGに付加的に必要とされた温度調節装置を省略するため、AWGの透過波長の温度依存性を低減する方法が開発されている。この方法について、特許文献1および2に開示されている。透過波長の温度依存性を低減したAWGは、「温度無依存AWG」または「アサーマルAWG」と呼ばれる。アサーマルAWGは、AWG内の各光路(アレイ導波路またはスラブ導波路)の一部分断した溝を形成し、その溝に導波路の実効屈折率の温度係数とは異なる屈折率温度係数を有する材料(以下「温度補償材料」という。)を挿入することによって実現される。温度補償材料は、アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化を相殺する。特にスラブ導波路に溝を形成する構成は、非アサーマルAWGに比較して、回路面積の増大が無いという長所を有する。   In order to omit the temperature control device additionally required for the AWG, a method for reducing the temperature dependence of the transmission wavelength of the AWG has been developed. This method is disclosed in Patent Documents 1 and 2. An AWG with reduced temperature dependence of the transmission wavelength is called “temperature-independent AWG” or “athermal AWG”. The athermal AWG is a material having a refractive index temperature coefficient different from the temperature coefficient of the effective refractive index of the waveguide by forming a partially cut groove in each optical path (array waveguide or slab waveguide) in the AWG. This is realized by inserting a “temperature compensation material” hereinafter. The temperature compensation material cancels the optical path length difference change caused by the temperature change in the arrayed waveguide. In particular, the configuration in which the groove is formed in the slab waveguide has an advantage that the circuit area does not increase as compared with the non-athermal AWG.

図9は、スラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルAWGの構成を示す平面図である。ここで、901は第1の入出力導波路、902は第1のスラブ導波路、903はアレイ導波路、904は第2のスラブ導波路、905は第2の入出力導波路、906は溝であり、溝906には温度補償材料が充填されている。図9(A)は、第1のスラブ導波路902に溝を形成する場合、図9(B)は、第2のスラブ導波路904に溝を形成する場合、図9(C)は、両方のスラブ導波路に溝を形成する場合を示している。また図10は図9(A)のアサーマルAWGのX−X線に沿った断面図である。ここで、906は同様に溝であり、908はシリコン基板、909は導波路コア、910はクラッドである。溝906は導波路コア909およびクラッド910の一部を取り除いて形成されており、導波路コア909を分断している。図9(B)及び図9(C)に示す構成のアサーマルAWGにおいても、溝906の断面の構成は図10に示されたものと同一である。   FIG. 9 is a plan view showing a configuration of an athermal AWG of a type in which grooves are formed in the slab waveguide. Here, 901 is a first input / output waveguide, 902 is a first slab waveguide, 903 is an arrayed waveguide, 904 is a second slab waveguide, 905 is a second input / output waveguide, and 906 is a groove. The groove 906 is filled with a temperature compensation material. 9A shows a case where a groove is formed in the first slab waveguide 902, FIG. 9B shows a case where a groove is formed in the second slab waveguide 904, and FIG. The case where a groove is formed in the slab waveguide is shown. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX of the athermal AWG in FIG. Here, 906 is also a groove, 908 is a silicon substrate, 909 is a waveguide core, and 910 is a clad. The groove 906 is formed by removing a part of the waveguide core 909 and the clad 910 and divides the waveguide core 909. Also in the athermal AWG having the configuration shown in FIGS. 9B and 9C, the cross-sectional configuration of the groove 906 is the same as that shown in FIG.

また、各溝は複数の溝に分割されている。これは、単一の溝よりも、放射損失を低減することが可能だからである。図9(A)〜(C)においてi番目のアレイ導波路の光路長Liは、Li=Li+(i−1)・ΔLと表され、一定量ΔLずつ順次長くなるよう設計されている。これに応じて、各アレイ導波路を通過する光波が、溝906によって第1のスラブ導波路902および第2のスラブ導波路904において分断される長さLi’はLi’=Li’+(i−1)・ΔL’と表され、ΔLに比例した量ΔL’ずつ順次長くなるような形状をしている。これらのAWGにおける透過中心波長λoは、
λo={na・ΔL−ns・ΔL’+n’・ΔL’}/M
と表される。ここで、naはアレイ導波路の実効屈折率、nsはスラブ導波路の実効屈折率、n’は温度補償材料の屈折率であり、MはAWGの回折次数である。このとき、n’はnsに近く、溝における光波の屈折角は十分小さいと仮定している。アサーマルAWGではΔL’/(ΔL−ΔL’)=−α/α’すなわちΔL’=ΔL/(1−α’/α)と設計されており、透過中心波長の温度依存性が補償されている。ここでαはアレイ導波路およびスラブ導波路の実効屈折率温度係数(α=dna/dT=dns/dT)、α’は温度補償材料の屈折率温度係数(α’=dn’/dT)である。
Each groove is divided into a plurality of grooves. This is because radiation loss can be reduced more than a single groove. In FIGS. 9A to 9C, the optical path length L i of the i -th arrayed waveguide is expressed as L i = L i + (i−1) · ΔL, and is designed to be sequentially increased by a certain amount ΔL. ing. Accordingly, the length L i ′ in which the light wave passing through each arrayed waveguide is divided by the groove 906 in the first slab waveguide 902 and the second slab waveguide 904 is L i ′ = L i ′. It is expressed as + (i−1) · ΔL ′, and is shaped so as to become longer sequentially by an amount ΔL ′ proportional to ΔL. The transmission center wavelength λ o in these AWGs is
λ o = {n a · ΔL−n s · ΔL ′ + n ′ · ΔL ′} / M
It is expressed. Here, n a is the effective refractive index of the arrayed waveguide, n s is the effective refractive index of the slab waveguide, n ′ is the refractive index of the temperature compensation material, and M is the diffraction order of the AWG. At this time, n 'is close to n s, the refraction angle of light wave in the groove is assumed to be sufficiently small. In the athermal AWG, ΔL ′ / (ΔL−ΔL ′) = − α / α ′, that is, ΔL ′ = ΔL / (1−α ′ / α) is designed, and the temperature dependence of the transmission center wavelength is compensated. . Where α is the effective refractive index temperature coefficient of the arrayed waveguide and slab waveguide (α = dn a / dT = dn s / dT), and α ′ is the refractive index temperature coefficient of the temperature compensation material (α ′ = dn ′ / dT). ).

温度補償材料としては、特にα’がαと異符号であり、かつ|α’|が|α|に比較して十分大きいような材料が好ましい。このような条件の材料としては、例えば光学樹脂であるシリコーン樹脂があり、α’〜−35×αである。   As the temperature compensation material, a material in which α ′ has a different sign from α and | α ′ | is sufficiently larger than | α | is particularly preferable. As a material under such conditions, there is, for example, a silicone resin which is an optical resin, and α ′ to −35 × α.

国際公開第WO98/36299号パンフレットInternational Publication No. WO 98/36299 Pamphlet 特許第3498650号公報Japanese Patent No. 3498650

波長合分波回路を実際の伝送システムにおいて動作させる場合には、その透過特性が所定の仕様を満たすとともに、回路における反射を所定レベル以下に抑える必要がある。これは、波長合分波回路に隣接して設置される光送信器や光増幅器に反射光が進入することで、それら装置の動作が不安定になることを防ぐためである。波長合分波回路において、ある入出力導波路から光波を入力した場合に、回路内の反射によって自らの導波路に戻る光波パワーの割合は「反射減衰量」と呼ばれ、他の並列する入出力導波路に出力する光波パワーの割合は「ディレクティビティ」と称される。一般的なWDM伝送システムにおいては反射減衰量、ディレクティビティともに40ないし45dBの減衰が必要とされる。しかしながら、従来のアサーマルAWGにおいては、これら反射減衰量、ディレクティビティの要求仕様を満足できない場合があった。   When the wavelength multiplexing / demultiplexing circuit is operated in an actual transmission system, it is necessary that the transmission characteristics satisfy a predetermined specification and the reflection in the circuit is suppressed to a predetermined level or less. This is to prevent the operation of these devices from becoming unstable due to the reflected light entering an optical transmitter or optical amplifier installed adjacent to the wavelength multiplexing / demultiplexing circuit. In a wavelength multiplexing / demultiplexing circuit, when a light wave is input from a certain input / output waveguide, the ratio of the light wave power that returns to its own waveguide due to reflection in the circuit is called “reflection loss”. The ratio of the light wave power output to the output waveguide is called “directivity”. In a general WDM transmission system, attenuation of 40 to 45 dB is required for both return loss and directionality. However, in the conventional athermal AWG, there are cases where the required specifications for the return loss and the directivity cannot be satisfied.

図11は、AWGを構成する石英系ガラス導波路の実効屈折率の温度依存性、および温度補償材料の屈折率の温度依存性を示すグラフである。ここで導波路は比屈折率差(Δ)1.5%、コア厚4.5μmのスラブ導波路、温度補償材料は屈折率が石英系ガラスに近く(室温付近で1.4程度)、屈折率の温度係数が石英系ガラスの約−35倍であるシリコーン樹脂を用いている。図12は、図11の導波路および光学樹脂の境界面にて生じるフレネル反射の計算結果を示したグラフである。両者の屈折率差につれて、より反射量が増大する傾向にある。図9(A)〜(C)の従来のアサーマルAWGにおいて、シリコーン樹脂が充填された溝とスラブ導波路との界面においては、アサーマルAWGを−40〜80℃の広い温度範囲で使用する場合には、最大−31dBのフレネル反射が生じる。   FIG. 11 is a graph showing the temperature dependence of the effective refractive index of the silica-based glass waveguide constituting the AWG and the temperature dependence of the refractive index of the temperature compensation material. Here, the waveguide is a slab waveguide with a relative refractive index difference (Δ) of 1.5% and a core thickness of 4.5 μm, and the temperature compensation material has a refractive index close to that of quartz glass (approximately 1.4 at room temperature) and is refracted. A silicone resin having a rate temperature coefficient of about -35 times that of quartz glass is used. FIG. 12 is a graph showing the calculation results of Fresnel reflection occurring at the interface between the waveguide and the optical resin in FIG. As the refractive index difference between the two, the amount of reflection tends to increase. In the conventional athermal AWG of FIGS. 9A to 9C, when the athermal AWG is used in a wide temperature range of −40 to 80 ° C. at the interface between the groove filled with the silicone resin and the slab waveguide. Causes a maximum of -31 dB Fresnel reflection.

ここで図9(A)にあるように、第1のスラブ導波路902に溝906を形成したアサーマルAWGの反射特性について、具体的に考察する。アサーマルAWGはΔ1.5%、コア幅×コア厚4.5μm×4.5μmの導波路によって作製された、波長チャネル数40、波長チャネル間隔0.8nm(100GHz)の設計であるとする。このときアレイ導波路903の本数は150本であり、ΔLは約30μmで、ΔL’は1μmである。また溝906は複数の溝部分に分割している。これは、分割した各溝においてそれぞれ放射される光波が干渉し、全体として放射損失を抑制する効果があるためである。ここでこのアサーマルAWGの第2の入出力導波路905のあるポートから入力した光波が、自ポートまたは他の波長チャネルのポートに戻る反射の主経路は、第2のスラブ導波路904、アレイ導波路903を経て第1のスラブ導波路902に達し、分割された溝の各界面においてフレネル反射を生じ、再度アレイ導波路903に結合し、第2のスラブ導波路904を経て第2の入出力導波路905に到達するものである。上述のように、アサーマルAWGを−40〜80℃の広い温度範囲で使用する場合には、溝の各界面において最大−31dBのフレネル反射が生じるため、他の経路上の損失を4dB程度と勘案しても、およそ最大35dBの反射減衰量、またはディレクティビティ特性となる。   Here, as shown in FIG. 9A, the reflection characteristics of the athermal AWG in which the groove 906 is formed in the first slab waveguide 902 will be specifically considered. It is assumed that the athermal AWG is designed with a wavelength channel number of 40 and a wavelength channel interval of 0.8 nm (100 GHz) manufactured by a waveguide of Δ1.5%, core width × core thickness 4.5 μm × 4.5 μm. At this time, the number of arrayed waveguides 903 is 150, ΔL is about 30 μm, and ΔL ′ is 1 μm. The groove 906 is divided into a plurality of groove portions. This is because the light waves radiated in each of the divided grooves interfere with each other and have an effect of suppressing radiation loss as a whole. Here, the main path of reflection in which the light wave input from a port of the second input / output waveguide 905 of the athermal AWG returns to its own port or the port of another wavelength channel is the second slab waveguide 904, the array waveguide. The first slab waveguide 902 is reached via the waveguide 903, Fresnel reflection is generated at each interface of the divided grooves, and the second input / output is coupled to the arrayed waveguide 903 again via the second slab waveguide 904. It reaches the waveguide 905. As described above, when the athermal AWG is used in a wide temperature range of −40 to 80 ° C., Fresnel reflection of up to −31 dB occurs at each interface of the groove, so that the loss on the other path is considered to be about 4 dB. Even so, the return loss or directivity characteristic is approximately 35 dB at maximum.

従来のアサーマルAWGにおけるこのような反射特性は、場合によっては伝送システム内の光送信器や光増幅器の動作を不安定にするため、伝送システムの設計に大きな制約を与える可能性があった。それゆえアサーマルAWGにおいては、その反射減衰量、およびディレクティビティ特性の改善が望まれてきた。   Such reflection characteristics in the conventional athermal AWG may make the operation of the optical transmitter and the optical amplifier in the transmission system unstable in some cases, which may greatly restrict the design of the transmission system. Therefore, it has been desired to improve the return loss and the directivity characteristics of the athermal AWG.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スラブ導波路に温度補償材料を挿入する構成のアサーマルAWGにおいて、反射減衰量およびディレクティビティ特性を改善し、反射特性に優れた波長合分波回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to improve the reflection attenuation amount and the directivity characteristic in the athermal AWG having a configuration in which the temperature compensation material is inserted into the slab waveguide. An object of the present invention is to provide an excellent wavelength multiplexing / demultiplexing circuit.

本発明では、温度補償材料とスラブ導波路との界面で反射した光波が、再度アレイ導波路に結合する際の結合効率に着目した。スラブ導波路を伝播する平面波は、ある結合効率でチャネル導波路である各アレイ導波路に結合する。図13は、図9(A)のアサーマルAWGにおける第1のスラブ導波路902とアレイ導波路903との接続部分を拡大した図である。また図14は、このスラブ導波路を伝播する平面波のアレイ導波路への結合効率と、平面波の傾きθとの関係性を示したグラフである。ここで、導波路はΔ1.5%、コア厚4.5μmである。隣接するアレイ導波路の間隔は9μm、スラブ導波路との接続部のコア幅は7μmとし、テーパ導波路によってコア幅4.5μmに変換されているとする。平面波がアレイ導波路に対して傾いているほど結合効率は劣化することが分かる。よって、上述の反射した光波がアレイ導波路に対して傾いていれば、アレイ導波路へ結合が抑制され、結果として反射減衰量およびディレクティビティが改善すると考えられる。   In the present invention, attention is paid to the coupling efficiency when the light wave reflected at the interface between the temperature compensation material and the slab waveguide is coupled to the array waveguide again. A plane wave propagating through the slab waveguide is coupled to each arrayed waveguide which is a channel waveguide with a certain coupling efficiency. FIG. 13 is an enlarged view of a connection portion between the first slab waveguide 902 and the arrayed waveguide 903 in the athermal AWG of FIG. 9A. FIG. 14 is a graph showing the relationship between the coupling efficiency of the plane wave propagating through the slab waveguide to the arrayed waveguide and the slope θ of the plane wave. Here, the waveguide has Δ1.5% and a core thickness of 4.5 μm. Assume that the interval between adjacent arrayed waveguides is 9 μm, the core width of the connecting portion with the slab waveguide is 7 μm, and the core width is converted to 4.5 μm by the tapered waveguide. It can be seen that the coupling efficiency deteriorates as the plane wave is inclined with respect to the arrayed waveguide. Therefore, if the reflected light wave is inclined with respect to the arrayed waveguide, coupling to the arrayed waveguide is suppressed, and as a result, the return loss and the directivity are considered to be improved.

図15(A)〜(C)は、図9(A)にあるように、第1のスラブ導波路902に溝906を形成した従来のアサーマルAWGにおいて、複数に分割した溝の配置方法について、3つの例を示したものである。ここで溝は6つの部分906A〜906Fに分割されているとする。図15(A)は光波の進行方向に対して各溝が等幅で、かつ各溝の中心線の間隔が一定であるように配置する方法であり、特許文献2に開示されている配置方法である。ここで各溝の中心線の間隔は60μmとしている。図15(B)は、図15(A)と同様に各溝は等幅で、各溝の間に残された導波路の幅が一定であるように配置する方法で、図15(A)の配置より、干渉による放射損失の抑制効果がより顕著な配置と考えられている。ここで各溝の間に残された導波路の幅は30μmとしている。図15(C)は、図15(B)と同様に各溝の間に残された導波路の幅が一定で、端に位置する溝ほど溝幅が狭くなるよう配置する方法で、干渉の効果が小さい端の溝では比較的放射を小さくすることで、図15(B)の配置より、さらに放射損失を低減できる配置であると考えられている。ここで各溝の間に残された導波路の幅は30μmとし、6つの溝幅の比率は1:1.5:2:2:1.5:1としている。また図15(A)〜(C)の配置方法においては、溝906は第1のスラブ導波路902の中央付近に配置されているとする。   FIGS. 15A to 15C show a method for arranging a plurality of divided grooves in a conventional athermal AWG in which a groove 906 is formed in the first slab waveguide 902 as shown in FIG. 9A. Three examples are shown. Here, it is assumed that the groove is divided into six portions 906A to 906F. FIG. 15A shows a method of arranging the grooves so that each groove has an equal width with respect to the traveling direction of the light wave, and the interval between the center lines of each groove is constant. The arrangement method disclosed in Patent Document 2 It is. Here, the interval between the center lines of the grooves is 60 μm. FIG. 15B shows a method in which each groove has the same width as in FIG. 15A and the width of the waveguide left between the grooves is constant. It is considered that the effect of suppressing the radiation loss due to interference is more remarkable than the above arrangement. Here, the width of the waveguide left between the grooves is 30 μm. FIG. 15C shows a method in which the width of the waveguide left between the grooves is constant, as in FIG. It is considered that the radiation loss can be further reduced compared to the arrangement shown in FIG. 15B by making the radiation relatively small at the end groove where the effect is small. Here, the width of the waveguide left between the grooves is 30 μm, and the ratio of the six groove widths is 1: 1.5: 2: 2: 1.5: 1. 15A to 15C, it is assumed that the groove 906 is disposed near the center of the first slab waveguide 902.

図16(A)〜16(C)は、図15(A)〜(C)の配置における溝906A〜906Fの各界面の、アレイ導波路903から伝播する光波に対する傾きφをそれぞれ示したものである。ここで傾きφは、図15(A)〜(C)に示すように、光波の進行方向に垂直な軸線に対する角度であり、アレイ導波路903側に傾いていればφ>0、第1の入出力導波路901側に傾いていればφ<0としている。また各界面は、該当する溝の第1の入出力導波路901側の界面を(1)、アレイ導波路903側の界面を(2)と表している。図16(A)〜16(B)には、各界面で反射した光波が再度アレイ導波路903に結合する際の結合効率についても併せて示している。ここで傾きφの溝界面で反射した光波は、アレイ導波路903に対してθ=|2φ|傾いて入射する平面波と考えられるので、図14の結果から結合効率を導いている。図15(A)の配置においては、全ての溝界面から反射する光波のアレイ導波路への結合効率が66%と大きく、図15(B)及び図15(C)の配置においては、一部結合効率の小さい界面もあるが、溝906Cの界面(2)と溝906Dの界面(1)においては、結合効率が76%と大きい。このように従来のアサーマルAWGにおいては、少なくとも一部の溝界面において反射した光波のアレイ導波路への結合効率が大きい。これは、溝配置の特性上φの最大最小の差が大きくなることは無く、かつφが0度を跨いで正負に分布しているためである。また図15(B)及び図15(C)のように比較的広い範囲で各界面のφが分布している場合でも、アサーマルAWGの反射減衰量およびディレクティビティ特性を決定づけるのは、最もアレイ導波路への結合効率が高い、すなわち最も|φ|の小さい界面で反射する光波である。したがって、アサーマルAWGの反射特性を改善するためには、反射が生じる全ての界面に対しての|φ|が大きな値になるようにすることが効果的であると考えられる。   FIGS. 16A to 16C show the inclinations φ of the interfaces of the grooves 906A to 906F in the arrangements of FIGS. 15A to 15C with respect to the light wave propagating from the arrayed waveguide 903, respectively. is there. Here, as shown in FIGS. 15A to 15C, the inclination φ is an angle with respect to an axis perpendicular to the traveling direction of the light wave. If the inclination φ is inclined toward the arrayed waveguide 903 side, φ> 0, If it is inclined toward the input / output waveguide 901, φ <0. In each interface, the interface on the first input / output waveguide 901 side of the corresponding groove is represented by (1), and the interface on the arrayed waveguide 903 side is represented by (2). FIGS. 16A to 16B also show the coupling efficiency when the light wave reflected at each interface is coupled to the arrayed waveguide 903 again. Here, since the light wave reflected at the groove interface with the inclination φ is considered to be a plane wave incident on the arrayed waveguide 903 with an inclination of θ = | 2φ |, the coupling efficiency is derived from the result of FIG. In the arrangement shown in FIG. 15A, the coupling efficiency of light waves reflected from all groove interfaces to the arrayed waveguide is as high as 66%. In the arrangement shown in FIGS. Although there are interfaces with low coupling efficiency, the coupling efficiency is as high as 76% at the interface (2) of the groove 906C and the interface (1) of the groove 906D. Thus, in the conventional athermal AWG, the coupling efficiency of the light wave reflected at at least a part of the groove interface to the arrayed waveguide is high. This is because the maximum / minimum difference of φ does not increase due to the characteristics of the groove arrangement, and φ is distributed positively and negatively across 0 degree. Further, even when φ at each interface is distributed over a relatively wide range as shown in FIGS. 15B and 15C, the most important thing to determine the return loss and directivity characteristics of the athermal AWG is the array guide. It is a light wave that is reflected at the interface having the highest coupling efficiency to the waveguide, that is, the smallest | φ |. Therefore, in order to improve the reflection characteristics of the athermal AWG, it is considered effective to make | φ | large for all the interfaces where reflection occurs.

以上の考察を踏まえ、請求項1に記載の発明は、予め定めた光路長差で順次長くなる導波路を有するアレイ導波路と、前記アレイ導波路の両端部に接続された第1のスラブ導波路および第2のスラブ導波路と、前記第1のスラブ導波路に接続された第1の入出力導波路と、前記第2のスラブ導波路に接続された第2の入出力導波路とを備えるアレイ導波路回折格子型の波長合分波回路であって、前記第1のスラブ導波路および前記第2のスラブ導波路の少なくとも一方に、前記アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化を相殺する温度補償材料が、光波の進行方向に交差して配置され、前記温度補償材料が配置されたスラブ導波路面内において、前記温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜していることを特徴とする。   Based on the above considerations, the invention according to claim 1 is directed to an arrayed waveguide having waveguides that become longer sequentially with a predetermined optical path length difference, and a first slab guide connected to both ends of the arrayed waveguide. A waveguide and a second slab waveguide; a first input / output waveguide connected to the first slab waveguide; and a second input / output waveguide connected to the second slab waveguide. An arrayed waveguide diffraction grating type wavelength multiplexing / demultiplexing circuit comprising: at least one of the first slab waveguide and the second slab waveguide, a change in optical path length caused by a temperature change in the arrayed waveguide The temperature compensation material that cancels out the wave is disposed so as to intersect the traveling direction of the light wave, and the boundary line of the temperature compensation material is perpendicular to the traveling direction of the light wave in the slab waveguide surface where the temperature compensation material is disposed. Same for axis And characterized in that it finite angle inclined orientation.

また、請求項2に記載の発明は、予め定めた光路長差で順次長くなる導波路を有するアレイ導波路と、前記アレイ導波路の両端部に接続される第1のスラブ導波路および第2のスラブ導波路と、前記第1のスラブ導波路に接続される第1の入出力導波路と、前記第2のスラブ導波路に接続される第2の入出力導波路とを備えるアレイ導波路回折格子型の波長合分波回路であって、前記第1のスラブ導波路および前記第2のスラブ導波路の少なくとも一方に、光波の進行方向に交差して導波路を分断する溝が配置され、前記溝には、前記溝が配置されたスラブ導波路の実効屈折率の温度係数とは異なる屈折率温度係数を有する温度補償材料が充填されて、前記アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化が相殺され、前記溝が配置されたスラブ導波路面内において、前記溝の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜していることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an arrayed waveguide having waveguides that become longer sequentially with a predetermined optical path length difference, a first slab waveguide connected to both ends of the arrayed waveguide, and a second slab waveguide. An arrayed waveguide comprising: a first slab waveguide; a first input / output waveguide connected to the first slab waveguide; and a second input / output waveguide connected to the second slab waveguide. A diffraction grating type wavelength multiplexing / demultiplexing circuit, wherein at least one of the first slab waveguide and the second slab waveguide is provided with a groove that intersects the traveling direction of the light wave and divides the waveguide. The groove is filled with a temperature compensation material having a refractive index temperature coefficient different from the temperature coefficient of the effective refractive index of the slab waveguide in which the groove is disposed, and an optical path length caused by a temperature change in the arrayed waveguide. The difference change is offset and the groove is In the slab waveguide in the road surface which is the boundary line of the groove, to the traveling direction perpendicular to the axis of the light wave, characterized in that it is a finite angle inclined all in the same direction.

また、請求項3に記載の発明は、請求項2において、前記溝は、光波の進行方向に配列された複数の溝から構成されていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the groove includes a plurality of grooves arranged in the traveling direction of the light wave.

また、請求項4に記載の発明は、請求項2または3において、前記アレイ導波路、前記第1のスラブ導波路および前記第2のスラブ導波路、ならびに前記第1の入出力導波路および前記第2の入出力導波路は、石英系ガラスで構成され、前記溝に充填された温度補償材料は、光学樹脂であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the arrayed waveguide, the first slab waveguide, the second slab waveguide, the first input / output waveguide, and the The second input / output waveguide is made of quartz glass, and the temperature compensation material filled in the groove is an optical resin.

また、請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれかにおいて、前記有限角度傾斜は、4度以上であることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is characterized in that in any one of claims 1 to 4, the finite angle inclination is 4 degrees or more.

また、請求項6に記載の発明は、請求項5において、前記有限角度傾斜は、6度以上であることを特徴とする。   The invention described in claim 6 is characterized in that, in claim 5, the finite angle inclination is 6 degrees or more.

本発明によれば、スラブ導波路に配置された温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して全て同じ向きに有限角度傾斜していることにより、アサーマルAWG型の光波長合分波回路において、反射減衰量およびディレクティビティを改善し、反射特性に優れた波長合分波回路を実現することができる。   According to the present invention, the boundary line of the temperature compensation material arranged in the slab waveguide is inclined at a finite angle in the same direction with respect to the axis perpendicular to the traveling direction of the light wave, so that the athermal AWG type light In the wavelength multiplexing / demultiplexing circuit, the return loss and the directivity can be improved, and the wavelength multiplexing / demultiplexing circuit having excellent reflection characteristics can be realized.

[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施形態に係るアサーマルAWG型の光波長合分波回路について図1〜4を参照して説明する。図1は、回路の構成を示した平面図である。ここで、101は第1の入出力導波路、102は第1のスラブ導波路、103はアレイ導波路、104は第2のスラブ導波路、105は第2の入出力導波路、106は第1のスラブ導波路102上に形成された溝であり、温度補償材料としてシリコーン樹脂が充填されている。アレイ導波路103のi番目の導波路の光路長Liは、Li=Li+(i−1)・ΔLと表され、一定量ΔLずつ順次長くなるよう設計されている。これに応じて、各アレイ導波路を通過する光波が、溝106によって第1のスラブ導波路102において分断される長さLi’はLi’=Li’+(i−1)・ΔL’と表され、ΔLに比例した量ΔL’ずつ順次長くなるような形状をしている。各導波路は、比屈折率差1.5%、コア厚4.5μmの石英系ガラス導波路であり、入出力導波路101、105、およびアレイ導波路103のコア幅は4.5μmである。回路は波長チャネル数40、波長チャネル間隔0.8nm(100GHz)の特性を有し、アレイ導波路の本数は150本、ΔLは約30μm、ΔL’は約1μmである。
[First Embodiment]
An athermal AWG type optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing a circuit configuration. Here, 101 is a first input / output waveguide, 102 is a first slab waveguide, 103 is an arrayed waveguide, 104 is a second slab waveguide, 105 is a second input / output waveguide, and 106 is a first input / output waveguide. 1 is a groove formed on one slab waveguide 102 and filled with silicone resin as a temperature compensation material. The optical path length L i of the i-th waveguide of the arrayed waveguide 103 is expressed as L i = L i + (i−1) · ΔL, and is designed to be sequentially increased by a certain amount ΔL. In response to this, the length L i ′ at which the light wave passing through each arrayed waveguide is divided by the groove 106 in the first slab waveguide 102 is L i ′ = L i ′ + (i−1) · ΔL. It is expressed as “,” and is shaped so as to gradually increase by an amount ΔL ′ proportional to ΔL. Each waveguide is a silica glass waveguide having a relative refractive index difference of 1.5% and a core thickness of 4.5 μm, and the core width of the input / output waveguides 101 and 105 and the arrayed waveguide 103 is 4.5 μm. . The circuit has characteristics of 40 wavelength channels and a wavelength channel spacing of 0.8 nm (100 GHz). The number of arrayed waveguides is 150, ΔL is about 30 μm, and ΔL ′ is about 1 μm.

図2は、図1における第1のスラブ導波路102とその近傍を拡大して示す平面図である。本実施形態において、溝は6つの部分106A〜106Fに分割されており、光波の進行方向に対して各溝は等幅で、かつ各溝の中心線の間隔が一定であるように配置されている。ここで各溝の中心線の間隔は60μmとしている。本実施形態のアサーマルAWGは、アレイ導波路103から伝播する光波の進行方向に垂直な軸線に対して、各溝106A〜106Fの界面のなす角度φが、全てφ>0となっていることを特徴とする。換言すると、温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜している。   FIG. 2 is an enlarged plan view showing the first slab waveguide 102 and its vicinity in FIG. In the present embodiment, the groove is divided into six portions 106A to 106F, and each groove is arranged to have the same width with respect to the traveling direction of the light wave, and the interval between the center lines of each groove is constant. Yes. Here, the interval between the center lines of the grooves is 60 μm. In the athermal AWG of this embodiment, the angles φ formed by the interfaces of the grooves 106A to 106F with respect to the axis perpendicular to the traveling direction of the light wave propagating from the arrayed waveguide 103 are all φ> 0. Features. In other words, the boundary lines of the temperature compensation material are all inclined at a finite angle in the same direction with respect to the axis perpendicular to the traveling direction of the light wave.

ここで、本実施例のアサーマルAWGの反射特性を決定付けるのは、上述の角度の絶対値|φ|が最小となる溝界面での反射である。この最小値を|φ|minと表す。図3は、|φ|min=4度となるように設計した場合の、各溝界面のφの分布を示したものである。ここで各溝界面は、該当する溝の第1の入出力導波路101側の界面を(1)、アレイ導波路103側の界面を(2)と表している。図3より、全ての界面においてφ>4度となっていることが分かる。図4は、|φ|min=0、4、5、6度における、当該溝界面で反射した光波のアレイ導波路103への結合効率を示す。また図4には、同条件での、アサーマルAWGの反射減衰量またはディレクティビティも併せて示している。これら反射特性においては、当該溝界面でのフレネル反射量は−31dBであるとし、第1のスラブ導波路102、アレイ導波路103、第2のスラブ導波路104、第2の入出力導波路105を各1回通過する光波の損失は2dBであるとした。またここで、|φ|min=0度の場合は従来のアサーマルAWGの構成に相当し、|φ|min=4、5、6度の場合が本発明の構成例である。図4より、従来構成においては、反射減衰量またはディレクティビティが36dBであるのに対し、本発明においては、角度φが全てφ>0、すなわち|φ|min>0であることにより、反射減衰量またはディレクティビティが改善する。例えば|φ|min=4度では43dB、|φ|min=5度では51dB、|φ|min=6度では63dBである。よって本発明により、反射特性に優れたアサーマルAWGが実現され、WDM伝送システムで要求される反射特性仕様を満足する光波長合分波回路を提供することが可能である。   Here, the reflection characteristic of the athermal AWG of the present embodiment is determined by the reflection at the groove interface where the absolute value | φ | of the angle described above is minimized. This minimum value is represented as | φ | min. FIG. 3 shows the distribution of φ at each groove interface when it is designed so that | φ | min = 4 degrees. Here, for each groove interface, the interface on the first input / output waveguide 101 side of the corresponding groove is represented by (1), and the interface on the array waveguide 103 side is represented by (2). FIG. 3 shows that φ> 4 degrees at all interfaces. FIG. 4 shows the coupling efficiency of the light wave reflected at the groove interface to the arrayed waveguide 103 at | φ | min = 0, 4, 5, 6 degrees. FIG. 4 also shows the return loss or directionality of the athermal AWG under the same conditions. In these reflection characteristics, the amount of Fresnel reflection at the groove interface is −31 dB, and the first slab waveguide 102, the arrayed waveguide 103, the second slab waveguide 104, and the second input / output waveguide 105. The loss of the light wave that passes once each is 2 dB. Here, the case of | φ | min = 0 ° corresponds to the configuration of the conventional athermal AWG, and the case of | φ | min = 4, 5, 6 ° is a configuration example of the present invention. As shown in FIG. 4, in the conventional configuration, the return loss or directionality is 36 dB, whereas in the present invention, the angles φ are all φ> 0, that is, | φ | min> 0. The quantity or direction is improved. For example, it is 43 dB at | φ | min = 4 degrees, 51 dB at | φ | min = 5 degrees, and 63 dB at | φ | min = 6 degrees. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit that realizes an athermal AWG having excellent reflection characteristics and satisfies the reflection characteristic specifications required in the WDM transmission system.

[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施形態に係るアサーマルAWG型の光波長合分波回路について説明する。本実施形態のアサーマルAWGの構成は、図1と同様である。アレイ導波路103は一定量ΔLずつ順次長くなるよう設計されており、これに応じて、各アレイ導波路を通過する光波が、溝106によって分断される長さが、ΔLに比例した量ΔL’ずつ順次長くなるような形状をしている。各導波路は比屈折率差1.5%、コア厚4.5μmの石英系ガラス導波路であり、入出力導波路およびアレイ導波路のコア幅は4.5μmである。回路は波長チャネル数40、波長チャネル間隔0.8nm(100GHz)の特性を有し、アレイ導波路の本数は150本、ΔLは約30μm、ΔL’は約1μmである。
[Second Embodiment]
An athermal AWG type optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the athermal AWG of the present embodiment is the same as that shown in FIG. The arrayed waveguide 103 is designed to become longer by a certain amount ΔL sequentially, and accordingly, the length by which the light wave passing through each arrayed waveguide is divided by the groove 106 is an amount ΔL ′ proportional to ΔL. It has a shape that becomes longer gradually. Each waveguide is a silica-based glass waveguide having a relative refractive index difference of 1.5% and a core thickness of 4.5 μm, and the core width of the input / output waveguide and the arrayed waveguide is 4.5 μm. The circuit has characteristics of 40 wavelength channels and a wavelength channel spacing of 0.8 nm (100 GHz). The number of arrayed waveguides is 150, ΔL is about 30 μm, and ΔL ′ is about 1 μm.

図5は第2の実施形態における第1のスラブ導波路102とその近傍を拡大して示す平面図である。本実施形態において、溝は6つの部分106A〜106Fに分割されており、光波の進行方向に対して各溝は等幅で、かつ各溝の間に残された導波路の幅が一定であるように配置されている。ここで各溝の間に残された導波路の幅は30μmとしている。本実施例のアサーマルAWGは、アレイ導波路103から伝播する光波の進行方向に垂直な軸線に対して、各溝106A〜106Fの界面のなす角度φが、全てφ>0となっていることを特徴とする。   FIG. 5 is an enlarged plan view showing the first slab waveguide 102 and the vicinity thereof in the second embodiment. In the present embodiment, the groove is divided into six portions 106A to 106F, each groove has an equal width with respect to the traveling direction of the light wave, and the width of the waveguide left between the grooves is constant. Are arranged as follows. Here, the width of the waveguide left between the grooves is 30 μm. In the athermal AWG of this embodiment, the angles φ formed by the interfaces of the grooves 106A to 106F with respect to the axis perpendicular to the traveling direction of the light wave propagating from the arrayed waveguide 103 are all φ> 0. Features.

ここで、上述した角度φの絶対値の最小値|φ|minと表す。図6は、|φ|min=4度となるように設計した場合の、各溝界面のφの分布を示したものである。溝106Aの(1)界面において、|φ|=|φ|minとなっており、全ての界面においてφ>4度となっているのが分かる。本実施形態における、|φ|min=0、4、5、6度の場合の、当該溝界面で反射した光波のアレイ導波路103への結合効率、および、同条件での、アサーマルAWGの反射減衰量またはディレクティビティは、図4と全く同様である。ただし、当該溝界面でのフレネル反射量は−31dBであるとし、第1のスラブ導波路102、アレイ導波路103、第2のスラブ導波路104、第2の入出力導波路105を各1回通過する光波長の損失は2dBであるとした。図4より、従来構成においては、反射減衰量またはディレクティビティが36dBであるのに対し、本発明においては、角度φが全てφ>0,すなわち|φ|min>0であることにより、反射減衰量またはディレクティビティが改善する。例えば|φ|min=4度では43dB、|φ|min=5度では51dB、|φ|min=6度では63dBである。よって本発明により、反射特性に優れたアサーマルAWGが実現され、WDM伝送システムで要求される反射特性仕様を満足する光波長合分波回路を提供することが可能である。   Here, the absolute value of the angle φ described above is expressed as the minimum value | φ | min. FIG. 6 shows the distribution of φ at each groove interface when it is designed so that | φ | min = 4 degrees. It can be seen that | φ | = | φ | min at the interface (1) of the groove 106A, and φ> 4 degrees at all interfaces. In this embodiment, when | φ | min = 0, 4, 5, 6 degrees, the coupling efficiency of the light wave reflected at the groove interface to the arrayed waveguide 103 and the reflection of the athermal AWG under the same conditions The amount of attenuation or directivity is exactly the same as in FIG. However, the amount of Fresnel reflection at the groove interface is assumed to be −31 dB, and the first slab waveguide 102, the arrayed waveguide 103, the second slab waveguide 104, and the second input / output waveguide 105 are each once. The loss of the wavelength of light passing through is assumed to be 2 dB. As shown in FIG. 4, in the conventional configuration, the return loss or directionality is 36 dB, whereas in the present invention, the angles φ are all φ> 0, that is, | φ | min> 0. The quantity or direction is improved. For example, it is 43 dB at | φ | min = 4 degrees, 51 dB at | φ | min = 5 degrees, and 63 dB at | φ | min = 6 degrees. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit that realizes an athermal AWG having excellent reflection characteristics and satisfies the reflection characteristic specifications required in the WDM transmission system.

[第3の実施の形態]
本発明の第3の実施形態に係るアサーマルAWG型の光波長合分波回路について説明する。本実施形態のアサーマルAWGの構成は、図1と同様である。アレイ導波路103は一定量ΔLずつ順次長くなるよう設計されており、これに応じて、各アレイ導波路を通過する光波が、溝106によって分断される長さが、ΔLに比例した量ΔL’ずつ順次長くなるような形状をしている。各導波路は、比屈折率差1.5%、コア厚4.5μmの石英系ガラス導波路であり、入出力導波路およびアレイ導波路のコア幅は4.5μmである。回路は波長チャネル数40、波長チャネル間隔0.8nm(100GHz)の特性を有し、アレイ導波路の本数は150本、ΔLは約30μm、ΔL’は約1μmである。
[Third Embodiment]
An athermal AWG type optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the athermal AWG of the present embodiment is the same as that shown in FIG. The arrayed waveguide 103 is designed to be sequentially longer by a certain amount ΔL, and accordingly, the length by which the light wave passing through each arrayed waveguide is divided by the groove 106 is an amount ΔL ′ proportional to ΔL. It has a shape that becomes longer gradually. Each waveguide is a silica glass waveguide having a relative refractive index difference of 1.5% and a core thickness of 4.5 μm, and the core width of the input / output waveguide and the arrayed waveguide is 4.5 μm. The circuit has characteristics of 40 wavelength channels and a wavelength channel spacing of 0.8 nm (100 GHz). The number of arrayed waveguides is 150, ΔL is about 30 μm, and ΔL ′ is about 1 μm.

図7は、第3の実施形態における第1のスラブ導波路102とその近傍を拡大して示す平面図である。本実施形態において、溝は6つの部分106A〜106Fに分割されており、各溝の間に残された導波路の幅が一定で、端に位置する溝ほど溝幅が狭くなるよう配置されている。ここで各溝の間に残された導波路の幅は30μmとしている。本実施形態のアサーマルAWGは、アレイ導波路103から伝播する光波の進行方向に垂直な軸線に対して、各溝106A〜106Fの界面のなす角度φが、全てφ>0となっていることを特徴とする。   FIG. 7 is an enlarged plan view showing the first slab waveguide 102 and the vicinity thereof in the third embodiment. In this embodiment, the groove is divided into six portions 106A to 106F, and the width of the waveguide left between the grooves is constant, and the groove located at the end is arranged so that the groove width is narrower. Yes. Here, the width of the waveguide left between the grooves is 30 μm. In the athermal AWG of this embodiment, the angles φ formed by the interfaces of the grooves 106A to 106F with respect to the axis perpendicular to the traveling direction of the light wave propagating from the arrayed waveguide 103 are all φ> 0. Features.

ここで、前記角度φの絶対値の最小値を|φ|minと表す。図8は、|φ|min=4度となるように設計した場合の、各溝界面のφの分布を示したものである。溝106Aの(1)界面において、|φ|=|φ|minとなっており、全ての界面においてφ>4度となっているのが分かる。本実施形態における、|φ|min=0、4、5、6度の場合の、当該溝界面で反射した光波のアレイ導波路103への結合効率、および、同条件での、アサーマルAWGの反射減衰量またはディレクティビティは、図4と全く同様である。ただし、当該溝界面でのフレネル反射量は−31dBであるとし、第1のスラブ導波路102、アレイ導波路103、第2のスラブ導波路104、第2の入出力導波路105を各1回通過する光波長の損失は2dBであるとした。図4より、従来構成においては、反射減衰量またはディレクティビティが36dBであるのに対し、本発明においては、角度φが全てφ>0、すなわち|φ|min>0であることにより、反射減衰量またはディレクティビティが改善する。例えば|φ|min=4度では43dB、|φ|min=5度では51dB、|φ|min=6度では63dBである。よって本発明により反射特性に優れたアサーマルAWGが実現され、WDM伝送システムで要求される反射特性仕様を満足する光波長合分波回路を提供することが可能である。   Here, the minimum absolute value of the angle φ is represented by | φ | min. FIG. 8 shows the distribution of φ at each groove interface when it is designed so that | φ | min = 4 degrees. It can be seen that | φ | = | φ | min at the interface (1) of the groove 106A, and φ> 4 degrees at all interfaces. In this embodiment, when | φ | min = 0, 4, 5, 6 degrees, the coupling efficiency of the light wave reflected at the groove interface to the arrayed waveguide 103 and the reflection of the athermal AWG under the same conditions The amount of attenuation or directivity is exactly the same as in FIG. However, the amount of Fresnel reflection at the groove interface is assumed to be −31 dB, and the first slab waveguide 102, the arrayed waveguide 103, the second slab waveguide 104, and the second input / output waveguide 105 are each once. The loss of the wavelength of light passing through is assumed to be 2 dB. As shown in FIG. 4, in the conventional configuration, the return loss or directionality is 36 dB, whereas in the present invention, the angles φ are all φ> 0, that is, | φ | min> 0. The quantity or direction is improved. For example, it is 43 dB at | φ | min = 4 degrees, 51 dB at | φ | min = 5 degrees, and 63 dB at | φ | min = 6 degrees. Therefore, it is possible to provide an optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit that realizes an athermal AWG excellent in reflection characteristics according to the present invention and satisfies the reflection characteristic specifications required in the WDM transmission system.

[まとめ]
以上3つの実施形態から、本発明の光波長合分波回路では、従来例に比較して、反射減衰量またはディレクティビティが改善することが確認された。この結果本発明により、反射特性に優れた波長合分波回路を得ることが可能である。
[Summary]
From the above three embodiments, it has been confirmed that the return loss or the directivity is improved in the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit of the present invention as compared with the conventional example. As a result, according to the present invention, it is possible to obtain a wavelength multiplexing / demultiplexing circuit having excellent reflection characteristics.

また、本発明においては、各溝界面の傾斜角φに関して、その絶対値の最小値|φ|minが、特に4度以上であることが好ましい。これは|φ|≧4度であれば、反射した光波のアレイ導波路との結合損失が10dB以上となり、光波長合分波回路の反射減衰量およびディレクティビティは、溝界面での反射量減衰量より少なくとも10dBは良いはずであるから、大抵の反射特性仕様を満足できると考えられるためである。しかし極めて優れた反射特性仕様が要求される場合に関しては、|φ|minが、特に6度以上であることが更に好ましい。これは|φ|≧6度であれば、反射した光波のアレイ導波路との結合損失が30dB以上となり、光波長合分波回路の反射減衰量およびディレクティビティは、溝界面での反射量減衰量より少なくとも30dBは良いはずであるから、極めて優れた反射特性が得られると考えられるためである。   In the present invention, the minimum value | φ | min of the absolute value of the inclination angle φ of each groove interface is preferably 4 degrees or more. If | φ | ≧ 4 degrees, the coupling loss of the reflected light wave with the arrayed waveguide is 10 dB or more, and the reflection attenuation amount and directionality of the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit are the attenuation attenuation at the groove interface. This is because at least 10 dB should be better than the amount, and it is considered that most reflection characteristic specifications can be satisfied. However, when extremely excellent reflection characteristic specifications are required, | φ | min is more preferably 6 degrees or more. If | φ | ≧ 6 degrees, the coupling loss of the reflected light wave with the arrayed waveguide becomes 30 dB or more, and the reflection attenuation amount and the directivity of the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit are the attenuation attenuation at the groove interface. This is because it is considered that an extremely excellent reflection characteristic can be obtained because at least 30 dB should be better than the amount.

一方|φ|minは、特に30度以下であることが好ましい。|φ|≦30度であれば、反射した光波のアレイ導波路との結合損失は50dB以上であり、光波長合分波回路の反射特性は十分に良好である。また必要以上に|φ|minを大きく設計すると、光波長合分波回路の透過特性が劣化する可能性があるためである。   On the other hand, | φ | min is particularly preferably 30 ° or less. If | φ | ≦ 30 degrees, the coupling loss of the reflected light wave with the arrayed waveguide is 50 dB or more, and the reflection characteristics of the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit are sufficiently good. Further, if | φ | min is designed to be larger than necessary, the transmission characteristics of the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit may be deteriorated.

全ての実施形態では、第1のスラブ導波路に溝を形成し温度補償材料を充填する構成を示したが、本発明の適用範囲は、この構成に限定されるものではなく、溝を第2のスラブ導波路に形成する構成、および第1および第2のスラブ導波路の両方に形成する構成においても、同様に効果を得ることができる。   In all the embodiments, the configuration in which the groove is formed in the first slab waveguide and the temperature compensation material is filled is shown. However, the scope of the present invention is not limited to this configuration, and the groove is formed in the second slab waveguide. The same effect can be obtained in the configuration formed in the slab waveguide and the configuration formed in both the first and second slab waveguides.

全ての実施形態では、導波路の比屈折率差、コア幅及びコア厚を特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、この値に限定されるものではない。   In all the embodiments, the relative refractive index difference, the core width, and the core thickness of the waveguide are limited to specific values, but the scope of application of the present invention is not limited to these values.

全ての実施形態では、AWGの設計パラメータを特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、このパラメータに限定されるものではない。   In all the embodiments, the design parameter of the AWG is limited to a specific value, but the scope of application of the present invention is not limited to this parameter.

全ての実施形態では、溝の分割数を特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、この数に限定されるものではない。   In all the embodiments, the number of groove divisions is limited to a specific value, but the scope of application of the present invention is not limited to this number.

全ての実施形態では、全ての溝界面においてφ>0の場合を示したが、本発明の適用範囲はこの条件に限定されるものではなく、全ての溝界面においてφ<0の場合であっても、同様に効果を得ることができる。温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して全て同じ向きに有限角度傾斜していればよい。   In all the embodiments, the case where φ> 0 is shown at all the groove interfaces, but the scope of application of the present invention is not limited to this condition, and is the case where φ <0 at all the groove interfaces. The effect can be obtained similarly. The boundary line of the temperature compensation material only needs to be inclined at a finite angle in the same direction with respect to the axis perpendicular to the traveling direction of the light wave.

全ての実施形態では、温度補償材料としてシリコーン樹脂を使用したが、本発明の適用範囲は、この材料に限定されるものではなく、導波路の実効屈折率温度依存性と異なる屈折率温度依存性を有する材料を適用したアサーマルAWGにおいて、同様に効果を得ることができる。温度補償材料として、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の光学樹脂の使用が考えられる。   In all the embodiments, a silicone resin is used as the temperature compensation material. However, the scope of the present invention is not limited to this material, and the refractive index temperature dependency is different from the effective refractive index temperature dependency of the waveguide. In the athermal AWG to which the material having the above is applied, the same effect can be obtained. As the temperature compensation material, use of an optical resin such as an epoxy resin or a fluororesin can be considered.

全ての実施形態では、スラブ導波路上に形成した溝に、温度補償材料を充填する形態を示したが、本発明の適用範囲は、この形態に限定されるものではなく、スラブ導波路を分断して、温度補償材料を間に挿入する形態の全てのアサーマルAWGにおいて、同様に効果を得ることができる。   In all the embodiments, a form in which the temperature compensation material is filled in the groove formed on the slab waveguide is shown. However, the scope of the present invention is not limited to this form, and the slab waveguide is divided. Thus, the same effect can be obtained in all athermal AWGs in which the temperature compensation material is inserted between them.

本発明の第1、第2および第3の実施形態に係る光波長合分波回路の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit which concerns on the 1st, 2nd and 3rd embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る光波長合分波回路において、図1の溝106とその近傍を拡大して示す平面図である。FIG. 2 is an enlarged plan view showing a groove 106 in FIG. 1 and its vicinity in the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る光波長合分波回路において、|φ|min=4度の場合の、各溝界面におけるφの分布を示す図である。In the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to the first embodiment of the present invention, it is a diagram showing the distribution of φ at each groove interface when | φ | min = 4 degrees. 本発明の第1の実施形態に係る光波長合分波回路において、|φ|min=0、4、5、6度の場合の、溝界面で反射した光波のアレイ導波路103への結合効率、および、同条件での回路の反射減衰量またはディレクティビティを示す図である。In the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to the first embodiment of the present invention, the coupling efficiency of the light wave reflected at the groove interface to the arrayed waveguide 103 when | φ | min = 0, 4, 5, 6 degrees FIG. 5 is a diagram showing a return loss amount or directivity of a circuit under the same conditions. 本発明の第2の実施形態に係る光波長合分波回路において、図1の溝106とその近傍を拡大して示す平面図である。FIG. 5 is an enlarged plan view showing a groove 106 in FIG. 1 and its vicinity in an optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る光波長合分波回路において、|φ|min=4度の場合の、各溝界面におけるφの分布を示す図である。In the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to the second embodiment of the present invention, it is a diagram showing the distribution of φ at each groove interface when | φ | min = 4 degrees. 本発明の第3の実施形態に係る光波長合分波回路において、図1の溝106とその近傍を拡大して示す平面図である。FIG. 7 is an enlarged plan view showing a groove 106 and its vicinity in FIG. 1 in an optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る光波長合分波回路において、|φ|min=4度の場合の、各溝界面におけるφの分布を示す図である。In the optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to the third embodiment of the present invention, it is a diagram showing the distribution of φ at each groove interface when | φ | min = 4 degrees. (A)は、従来技術における、第1のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルAWGの構成を示す平面図であり、(B)は、第2のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルAWGの構成を示す平面図であり、(C)は、両方のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルAWGの構成を示す平面図である。(A) is a top view which shows the structure of the athermal AWG of the type which forms a groove | channel in the 1st slab waveguide in a prior art, (B) is the type which forms a groove | channel in a 2nd slab waveguide. It is a top view which shows the structure of this athermal AWG, (C) is a top view which shows the structure of the athermal AWG of the type which forms a groove | channel in both slab waveguides. 図9(A)のアサーマルAWGのX−X線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XX line of the athermal AWG of FIG. 9 (A). AWGを構成する石英系ガラス導波路の実効屈折率の温度依存性、および温度補償材料の屈折率の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of the effective refractive index of the silica type glass waveguide which comprises AWG, and the temperature dependence of the refractive index of a temperature compensation material. 図11の導波路と光学樹脂の境界面にて生じるフレネル反射の計算結果を示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the Fresnel reflection which arises in the interface of the waveguide of FIG. 11, and optical resin. 図9(A)のアサーマルAWGにおける第1のスラブ導波路902とアレイ導波路903との接続部分を拡大した図である。It is the figure which expanded the connection part of the 1st slab waveguide 902 and the array waveguide 903 in the athermal AWG of FIG. 9 (A). スラブ導波路を伝播する平面波のアレイ導波路への結合効率と、平面波の傾きθとの関係性を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the coupling efficiency of the plane wave which propagates a slab waveguide to the arrayed waveguide, and inclination (theta) of a plane wave. (A)は、従来技術における、第1のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルAWGにおいて、光波の進行方向に対して各溝が等幅で、かつ各溝の中心線の間隔が一定であるように、複数に分割した溝を配置したものを示す図であり、(B)は、従来技術における、第1のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルAWGにおいて、各溝は等幅で、各溝の間に残された導波路の幅が一定であるように、複数に分割した溝を配置したものを示す図であり、(C)は、従来技術における、第1のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルAWGにおいて、各溝の間に残された導波路の幅が一定で、端に位置する溝ほど溝幅が狭くなるように、複数に分割した溝を配置したものを示す図である。(A) shows a conventional athermal AWG in which grooves are formed in the first slab waveguide. Each groove has an equal width with respect to the traveling direction of the light wave, and the interval between the center lines of the grooves is constant. FIG. 6B is a diagram showing a configuration in which a plurality of divided grooves are arranged, and FIG. 5B is a diagram illustrating an athermal AWG of the type in which grooves are formed in a first slab waveguide in the prior art. It is a figure which shows what has arrange | positioned the groove | channel divided | segmented into several so that the width | variety of the waveguide left between each groove | channel may be constant, (C) is a 1st slab in a prior art. In a type of athermal AWG in which grooves are formed in the waveguide, a plurality of divided grooves are arranged so that the width of the waveguide left between the grooves is constant and the groove width is narrower toward the groove located at the end. FIG. (A)〜(C)は、図15(A)〜(C)の配置における溝906A〜906Fの各界面の、アレイ導波路903から伝播する光波に対する傾きφ、および、各界面で反射した光波が再度アレイ導波路903に結合する際の結合効率をそれぞれ示した図である。(A) to (C) are inclinations φ of the interfaces of the grooves 906A to 906F in the arrangements of FIGS. 15A to 15C with respect to the light waves propagating from the arrayed waveguide 903, and the light waves reflected at the interfaces. FIG. 8 is a diagram illustrating coupling efficiency when coupled to the arrayed waveguide 903 again.

符号の説明Explanation of symbols

107、907 波長合分波回路
101、901 第1の入出力導波路
102、902 第1のスラブ導波路
103、903 アレイ導波路
104、904 第2のスラブ導波路
105、905 第2の入出力導波路
106、906 溝
908 シリコン基板
909 導波路コア
910 クラッド
107, 907 Wavelength multiplexing / demultiplexing circuit 101, 901 First input / output waveguide 102, 902 First slab waveguide 103, 903 Array waveguide 104, 904 Second slab waveguide 105, 905 Second input / output Waveguide 106, 906 Groove 908 Silicon substrate 909 Waveguide core 910 Clad

Claims (6)

予め定めた光路長差で順次長くなる導波路を有するアレイ導波路と、
前記アレイ導波路の両端部に接続された第1のスラブ導波路および第2のスラブ導波路と、
前記第1のスラブ導波路に接続された第1の入出力導波路と、
前記第2のスラブ導波路に接続された第2の入出力導波路と
を備えるアレイ導波路回折格子型の波長合分波回路であって、
前記第1のスラブ導波路および前記第2のスラブ導波路の少なくとも一方に、前記アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化を相殺する温度補償材料が、光波の進行方向に交差して配置され、
前記温度補償材料が配置されたスラブ導波路面内において、前記温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜している
ことを特徴とする光波長合分波回路。
An arrayed waveguide having waveguides that are sequentially lengthened with a predetermined optical path length difference;
A first slab waveguide and a second slab waveguide connected to both ends of the arrayed waveguide;
A first input / output waveguide connected to the first slab waveguide;
An arrayed waveguide diffraction grating type wavelength multiplexing / demultiplexing circuit comprising a second input / output waveguide connected to the second slab waveguide,
At least one of the first slab waveguide and the second slab waveguide is provided with a temperature compensation material that cancels out the optical path length difference caused by the temperature change in the arrayed waveguide so as to cross the traveling direction of the light wave. And
In the surface of the slab waveguide in which the temperature compensation material is arranged, the boundary line of the temperature compensation material is all inclined at a finite angle in the same direction with respect to an axis perpendicular to the traveling direction of the light wave. Optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit.
予め定めた光路長差で順次長くなる導波路を有するアレイ導波路と、
前記アレイ導波路の両端部に接続される第1のスラブ導波路および第2のスラブ導波路と、
前記第1のスラブ導波路に接続される第1の入出力導波路と、
前記第2のスラブ導波路に接続される第2の入出力導波路と
を備えるアレイ導波路回折格子型の波長合分波回路であって、
前記第1のスラブ導波路および前記第2のスラブ導波路の少なくとも一方に、光波の進行方向に交差して導波路を分断する溝が配置され、
前記溝には、前記溝が配置されたスラブ導波路の実効屈折率の温度係数とは異なる屈折率温度係数を有する温度補償材料が充填されて、前記アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化が相殺され、
前記溝が配置されたスラブ導波路面内において、前記溝の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜している
ことを特徴とする光波長合分波回路。
An arrayed waveguide having waveguides that are sequentially lengthened with a predetermined optical path length difference;
A first slab waveguide and a second slab waveguide connected to both ends of the arrayed waveguide;
A first input / output waveguide connected to the first slab waveguide;
An arrayed waveguide diffraction grating type wavelength multiplexing / demultiplexing circuit including a second input / output waveguide connected to the second slab waveguide,
At least one of the first slab waveguide and the second slab waveguide is provided with a groove that intersects the traveling direction of the light wave and divides the waveguide,
The groove is filled with a temperature compensation material having a refractive index temperature coefficient different from the temperature coefficient of the effective refractive index of the slab waveguide in which the groove is disposed, and an optical path length difference caused by a temperature change in the arrayed waveguide. The change is offset,
In the slab waveguide surface in which the groove is disposed, the boundary line of the groove is inclined at a finite angle in the same direction with respect to an axis perpendicular to the traveling direction of the light wave. Demultiplexer circuit.
前記溝は、光波の進行方向に配列された複数の溝から構成されていることを特徴とする請求項2に記載の光波長合分波回路。   3. The optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to claim 2, wherein the groove is composed of a plurality of grooves arranged in the traveling direction of the light wave. 前記アレイ導波路、前記第1のスラブ導波路および前記第2のスラブ導波路、ならびに前記第1の入出力導波路および前記第2の入出力導波路は、石英系ガラスで構成され、
前記溝に充填された温度補償材料は、光学樹脂である
ことを特徴とする請求項2または3に記載の光波長合分波回路。
The arrayed waveguide, the first slab waveguide and the second slab waveguide, and the first input / output waveguide and the second input / output waveguide are made of silica glass,
The optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to claim 2 or 3, wherein the temperature compensation material filled in the groove is an optical resin.
前記有限角度傾斜は、4度以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光波長合分波回路。   5. The optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to claim 1, wherein the finite angle inclination is 4 degrees or more. 前記有限角度傾斜は、6度以上であることを特徴とする請求項5に記載の光波長合分波回路。   The optical wavelength multiplexing / demultiplexing circuit according to claim 5, wherein the finite angle inclination is 6 degrees or more.
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