JP2010032671A

JP2010032671A - アレイ導波路格子

Info

Publication number: JP2010032671A
Application number: JP2008193086A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Nara; 一孝奈良
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-12
Also published as: WO2010013662A1; US20130114929A1; US20110123153A1

Abstract

【課題】回路サイズを増大させずに、製造上の影響を受けにくくかつ損失均一性を改善したアレイ導波路格子を提供する。
【解決手段】アレイ導波路格子１０は、入力導波路１１_１〜１１_５と、入力スラブ導波路１２と、ｎ本の出力導波路１３_１〜１３_ｎと、出力スラブ導波路１４と、アレイ導波路１５と、を備える。出力導波路１３_１〜１３_ｎの両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1に、中心側の出力導波路ほど損失が大きくなるように空隙部分１７_２〜１７_ｎ-1がそれぞれ形成されている。空隙部分１７_２〜１７_ｎ-1の大きさが、出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の内、中心側の出力導波路ほど大きくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アレイ導波路格子に関する。

通常、アレイ導波路格子（AWG: Arrayed Waveguide Grating）は出力導波路から出力される損失は、アレイ導波路からの回折光の強度分布がガウス関数であるため、その包絡線もガウス関数となる。そのため、出力導波路の内、端の導波路で損失が大きく、中心の導波路で損失が小さいことがわかっている。

一般にこのような損失均一性を改善するため、AWGの自由スペクトル領域(FSR:Free Spectral Range)を大きく取る手法が使われるが、FSRの増大と共に回路サイズが大きくなるため、その増大量にも限界がある。

一方、上記のようにFSRの大幅な増大をせずに、損失均一性を改善する手法として、非特許文献１に開示されているように、ファイバ接続部分の幅を変化させる方法が提案されている。
工学技術研究誌日立電線2000.1、No19

しかしながら、上記非特許文献１に開示された従来技術では、ファイバ接続時における作製誤差等、安定した製造の観点で問題があると思われる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、回路サイズを増大させずに、製造上の影響を受けにくくかつ損失均一性を改善したアレイ導波路格子を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るアレイ導波路格子は、少なくとも１本以上の入力導波路と、該入力導波路に接続された入力スラブ導波路と、複数本の出力導波路と、該出力導波路が接続された出力スラブ導波路と、前記入力スラブ導波路と前記出力スラブ導波路との間に接続されたアレイ導波路と、を備え、前記複数本の出力導波路の少なくとも両端の出力導波路を除く出力導波路に、中心側の出力導波路ほど損失が大きくなるように空隙部分がそれぞれ形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、複数本の出力導波路の損失均一性が改善される。自由スペクトル領域(FSR)を大きくして損失均一性を改善する方法ではないので、回路サイズは増大しない。また、半導体微細加工技術（フォトリソグラフィ）により空隙部分をそれぞれ容易に形成できるので、製造上の影響を受けにくい。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子は、前記空隙部分の大きさが、前記少なくとも両端の出力導波路を除く出力導波路各々で全て異なることを特徴とする。この構成によれば、複数本の出力導波路の損失均一性が改善される。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子は、前記空隙部分の大きさが、前記少なくとも両端の出力導波路を除く出力導波路の内、中心側の出力導波路ほど大きくなっていることを特徴とする。この構成によれば、中心側の出力導波路ほど損失が大きくなる。その結果、複数本の出力導波路の損失均一性が改善される。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子は、前記少なくとも両端の出力導波路を除く各出力導波路の前記空隙部分がそれぞれ同じ大きさであり、かつ、前記各出力導波路の、前記空隙部分を介して対向する２つの導波路の内、前記出力スラブ導波路側にある出射側導波路の端部に、導波路コア幅が端部側に向かって次第に細くなるテーパ状端部を形成し、前記各出力導波路のテーパ状端部のモードフィールド径を、前記テーパ状端部が対向する導波路のモードフィールド径よりも小さくすると共に、中心側の出力導波路ほど小さくしたことを特徴とする。

この構成によれば、各出力導波路の、空隙部分を介して対向する２つの導波路の内、出力スラブ導波路側にある出射側導波路端部のモードフィールド径を中心側の出力導波路ほど小さくすることにより、中心側の出力導波路ほど、回折により拡がる角度が大きくなり、中心側の出力導波路ほど損失が大きくなる。その結果、複数本の出力導波路の損失均一性が改善される。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子は、前記各出力導波路の、前記空隙部分を介して対向する２つの導波路の内、前記出力スラブ導波路側にある出射側導波路端部のモードフィールド径が中心側の出力導波路ほど小さくなっていることを特徴とする。

この構成によれば、両端の出力導波路を除く各出力導波路の空隙部分の大きさを中心側の出力導波路ほど大きくすることと、各出力導波路の、空隙部分を介して対向する２つの導波路の内、出射側導波路端部のモードフィールド径を中心側の出力導波路ほど小さくすることとの組合せにより、複数本の出力導波路の損失均一性が更に改善される。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子は、前記少なくとも両端の出力導波路を除く各出力導波路の前記空隙部分がそれぞれ同じ大きさであり、前記各出力導波路の、前記空隙部分を介して対向する２つの導波路の内、前記出力スラブ導波路側にある出射側導波路の端部に、導波路コア幅が端部側に向かって次第に太くなるテーパ状端部をそれぞれ形成し、前記各出力導波路の前記テーパ状端部のモードフィールド径を、前記テーパ状端部が対向する導波路のモードフィールド径よりも大きくすると共に、外側の出力導波路ほど大きくしたことを特徴とする。

この構成によれば、外側の出力導波路ほど、回折により拡がる角度が小さくなり、外側の出力導波路ほど損失が小さくなる。その結果、複数本の出力導波路の損失均一性が改善される。

本発明によれば、回路サイズを増大させずに、製造上の影響を受けにくくかつ損失均一性を改善することができる。

次に、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係るアレイ導波路格子の概略構成を示す。図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ部の拡大図である。

図１（Ａ）に示すように、アレイ導波路格子１０は、石英基板或いはシリコン基板などの図示を省略した基板上に、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てコアとクラッドからなる光導波路が作られた平面光波回路（PLC: Planer Lightwave Circuit)である。

アレイ導波路格子１０は、５本の入力導波路１１_１〜１１_５と、入力導波路１１_１〜１１_５に接続された入力スラブ導波路１２と、複数本（ｎ本）の出力導波路１３_１〜１３_ｎと、該出力導波路が接続された出力スラブ導波路１４と、入力スラブ導波路１２と出力スラブ導波路１４との間に接続されたアレイ導波路１５と、を備えている。入力導波路は、５本に限らず、少なくとも１本以上あれば良い。

上述した各チャネルでの損失ばらつき、つまり出力導波路番号１〜ｎ（チャネル番号1ｃｈ〜ｎｃｈ）の各出力導波路１３_１〜１３_ｎ間での損失ばらつきは、図２の曲線２０で示すように、中心で小さく、端の方が大きい。そこで、本来であれば、中心の損失を変えずに、端の損失を少なくすることが考えられる。しかし、本実施形態に係るアレイ導波路格子１０では、端の損失、つまり両端の出力導波路１３_１，１３_ｎでの損失は変えずに、出力導波路１３_１，１３_ｎでの損失に合わせて、中心側の出力導波路ほど、損失が大きくなるようにして、損失ばらつきを低減して、損失均一性を改善するようにしている。つまり、損失の悪い両端の出力導波路１３_１，１３_ｎの損失に合わせるように、全体の損失ばらつきを均一にするようにしている。

そのために、このアレイ導波路格子１０では、図１（Ｂ）に示すように、ｎ本の出力導波路１３_１〜１３_ｎの両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1に、中心側の出力導波路ほど損失が大きくなるように空隙部分１７_２〜１７_ｎ-1がそれぞれ形成されている。具体的には、空隙部分１７_２〜１７_ｎ-1の大きさが、両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の内、中心側の出力導波路ほど大きくなっている。

各出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1に設ける空隙部分（導波路ギャップ）と損失との関係を図３に示す。図３の曲線３０から、各出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1に設ける空隙部分（導波路ギャップ）を大きくする程、損失が大きくなることが分かる。

このアレイ導波路格子１０では、波長の異なる複数の光信号が多重された光信号（λ１〜λn）が、入力導波路１１_１〜１１_５の内、中央にある入力導波路１１_３に入力されると、この光信号（λ１〜λn）は、入力スラブ導波路１２で回折により広がって、アレイ導波路１５に入る。アレイ導波路１５の各導波路は長さがΔＬずつ異なるので、アレイ導波路１５の出力端では、波長に依存した位相差が生じる。出力スラブ導波路１４では、光は多重干渉により同位相条件が成立する（お互いに強め合う）各波長の光が対応する出力導波路１３_１〜１３_ｎに結合するので、分波（DEMUX）がなされる。

このような構成を有する一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
・ｎ本の出力導波路１３_１〜１３_ｎの両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1に、空隙部分１７_２〜１７_ｎ-1がそれぞれ形成されている。空隙部分１７_２〜１７_ｎ-1の大きさが、両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の内、中心側の出力導波路ほど大きくなっている。これにより、中心側の出力導波路ほど損失が大きくなる。その結果、図２の曲線２１で示すように、ｎ本の出力導波路出力導波路１３_１〜１３_ｎの損失均一性が改善される。

・アレイ導波路格子１０の自由スペクトル領域(FSR)を大きくして損失均一性を改善する方法ではないので、回路サイズは増大しない、
・ｎ本の出力導波路１３_１〜１３_ｎの両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1に、半導体微細加工技術（フォトリソグラフィ）により空隙部分１７_２〜１７_ｎ-1をそれぞれ容易に形成できるので、製造上の影響を受けにくい。

（実施例）
実施例として、比屈折率差Δが0.8％、コアサイズが6×6μｍ²の100GHz-40chのアレイ導波路格子１０を作製した。したがって、複数本（ｎ本）の出力導波路１３_１〜１３_ｎの数は、n=40である。また、このアレイ導波路格子１０では、FSRを約6500GHzに設定した。下記の表１に、各出力導波路１３_１〜１３_ｎ（１ｃｈ〜４０ｃｈ）での空隙部分の大きさを示す。この表１に示すように、空隙部分の大きさが、両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1各々で全て異なっている。

この実施例に係るアレイ導波路格子１０により、図４の曲線（ｂ）で示すように0.7dBであった損失均一性が、図４の曲線（ａ）で示すように0.25dBへと大きく改善した。

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。
・上記一実施形態では、ｎ本の出力導波路１３_１〜１３_ｎの両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1に形成した空隙部分１７_２〜１７_ｎ-1の大きさを、中心側の出力導波路ほど大きくしているが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の空隙部分をそれぞれ同じ大きさとする。また、各出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の、空隙部分を介して対向する２つの導波路４０，４１（図５参照）の内、出力スラブ導波路１４側にある出射側導波路４０の端部に、導波路コア幅が端部側に向かって次第に細くなるテーパ状端部４０ａ（図５参照）を形成する。そして、各出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1のテーパ状端部４０ａのモードフィールド径を、導波路４１のモードフィールド径よりも小さくすると共に、中心側の出力導波路ほど小さくなるようにしてもよい。このような構成によれば、中心側の出力導波路ほど、回折により拡がる角度が大きくなり、中心側の出力導波路ほど損失が大きくなる。その結果、ｎ本の出力導波路１３_１〜１３_ｎの損失均一性が改善される。

・上記一実施形態において、各出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の、空隙部分を介して対向する２つの導波路４０，４１（図５参照）の内、出力スラブ導波路１４側にある出射側導波路４０端部にテーパ状端部４０ａ（図５参照）を形成し、このテーパ状端部４０ａのモードフィールド径を中心側の出力導波路ほど小さくしてもよい。このような構成によれば、各出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の空隙部分の大きさを中心側の出力導波路ほど大きくすることと、各出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の、空隙部分を介して対向する２つの導波路４０，４１の内、出射側導波路４０のテーパ状端部４０ａのモードフィールド径を中心側の出力導波路ほど小さくすることとの組合せにより、複数本の出力導波路の損失均一性が更に改善される。

・上記一実施形態において、両端の出力導波路１３_１，１３_ｎを除く出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の空隙部分をそれぞれ同じ大きさとし、かつ、各出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1の、空隙部分を介して対向する２つの導波路５０，５１（図６参照）の内、出力スラブ導波路１４側にある出射側導波路５０の端部に、導波路コア幅が端部側に向かって次第に太くなるテーパ状端部５０ａ（図６参照）をそれぞれ形成する。そして、各出力導波路１３_２〜１３_ｎ-1のテーパ状端部５０ａのモードフィールド径を、導波路５１のモードフィールド径よりも大きくすると共に、外側の出力導波路ほど大きくしてもよい。このような構成によれば、外側の出力導波路ほど、回折により拡がる角度が小さくなり、外側の出力導波路ほど損失が小さくなる。その結果、ｎ本の出力導波路１３_１〜１３_ｎの損失均一性が改善される。

・上記一実施形態では、５本の入力導波路１１_１〜１１_５を備えたアレイ導波路格子１０を一例として説明したが、入力導波路は５本に限らず、少なくとも１本の入力導波路を備えたアレイ導波路格子に本発明は適用可能である。

（Ａ）は本発明の一実施形態に係るアレイ導波路格子を示す平面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ部の拡大図。出力導波路番号（チャネル番号）と各チャネルでの損失ばらつきの関係を示すグラフ。空隙部分（導波路ギャップ）と損失との関係を示すグラフ。本発明の実施例に係るアレイ導波路格子１０により得られる損失均一性と従来例により得られる損失均一性を示すグラフ。一実施形態の変形例の主要部を示す平面図。一実施形態の別の変形例の主要部を示す平面図。

符号の説明

１０…アレイ導波路格子
１１_１〜１１_５…入力導波路
１２…入力スラブ導波路
１３_１〜１３_ｎ…出力導波路
１４…出力スラブ導波路
１５…アレイ導波路
１７_２〜１７_ｎ-1…空隙部分
４０ａ…テーパ状端部
５０ａ…テーパ状端部

Claims

少なくとも１本以上の入力導波路と、該入力導波路に接続された入力スラブ導波路と、複数本の出力導波路と、該出力導波路が接続された出力スラブ導波路と、前記入力スラブ導波路と前記出力スラブ導波路との間に接続されたアレイ導波路と、を備え、
前記複数本の出力導波路の少なくとも両端の出力導波路を除く出力導波路に、中心側の出力導波路ほど損失が大きくなるように空隙部分がそれぞれ形成されていることを特徴とするアレイ導波路格子。
前記空隙部分の大きさが、前記少なくとも両端の出力導波路を除く出力導波路各々で全て異な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。
前記空隙部分の大きさが、前記少なくとも両端の出力導波路を除く出力導波路の内、中心側の出力導波路ほど大きくなってい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。
前記少なくとも両端の出力導波路を除く各出力導波路の前記空隙部分がそれぞれ同じ大きさであり、かつ、前記各出力導波路の、前記空隙部分を介して対向する２つの導波路の内、前記出力スラブ導波路側にある出射側導波路の端部に、導波路コア幅が端部側に向かって次第に細くなるテーパ状端部を形成し、前記各出力導波路のテーパ状端部のモードフィールド径を、前記テーパ状端部が対向する導波路のモードフィールド径よりも小さくすると共に、中心側の出力導波路ほど小さくしたことを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路格子。
前記各出力導波路の、前記空隙部分を介して対向する２つの導波路の内、前記出力スラブ導波路側にある出射側導波路端部のモードフィールド径が中心側の出力導波路ほど小さくなっていることを特徴とする請求項３に記載のアレイ導波路格子。
前記少なくとも両端の出力導波路を除く各出力導波路の前記空隙部分がそれぞれ同じ大きさであり、
前記各出力導波路の、前記空隙部分を介して対向する２つの導波路の内、前記出力スラブ導波路側にある出射側導波路の端部に、導波路コア幅が端部側に向かって次第に太くなるテーパ状端部をそれぞれ形成し、前記各出力導波路の前記テーパ状端部のモードフィールド径を、前記テーパ状端部が対向する導波路のモードフィールド径よりも大きくすると共に、外側の出力導波路ほど大きくしたことを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路格子。