JP2019124712A - グレーティングカプラ及び光送信器 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長の異なる２種の入射光について合波及び光結合を可能とする高波長特性を持つグレーティングカプラを提供する。【解決手段】二次元グレーティングカプラは、第１光導波路５と、第２光導波路６と、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０とを備えており、第１光導波路５の伝搬光に対応する複数の光散乱体１０の第１配列周期Λ1と、第２光導波路６の伝搬光に対応する複数の光散乱体１０の第２配列周期Λ2とが異なる。【選択図】図１
Description
本発明は、グレーティングカプラ及び光送信器に関するものである。
大容量の光信号を高速で伝送するための光通信技術として、波長多重（ＷＤＭ:wavelength division multiplexing）技術が注目されている。ＷＤＭ技術を適用した光送信器は、複数波長のレーザ光源や光変調器と共に、波長の異なる複数の光信号を合波するための光合波器（ＭＵＸ:multiplexer）及び光ファイバと光結合するための光結合器（グレーティングカプラ）を集積することが必要である。
Frederik Van Laere, et. al., "Compact and Highly Efficient Grating Couplers Between Optical Fiber and Nanophotonic Waveguides", J. Light wave technol., vol. 25, No.1 (2007)
Wesley D. Scher, et. al., "Wide bandwidth and high coupling efficiency Si3N4-on-SOI dual-level grating coupler", Opt. Express, vol. 22, No.9 (2014)
しかしながら、ＷＤＭ光送信に用いられる従来のグレーティングカプラは、光結合の機能のみを有し、しかも強い波長依存性を有するため、製造誤差に起因して中心波長が変動して波長特性が劣るという問題がある。
本発明は、波長の異なる２種の入射光について合波及び光結合を可能とする高波長特性を持ち、製造難易度の緩和されたグレーティングカプラ及び光送信器を提供することを目的とする。
一つの態様では、グレーティングカプラは、第１光導波路と、第２光導波路と、前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体とを備えており、前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なる。
一つの態様では、光送信器は、第１光源及び第２光源と、前記第１光源と光学的に接続された第１光変調器及び前記第２光源と光学的に接続された第２光変調器と、前記第１光変調器及び前記第２光変調器と光学的に接続されたグレーティングカプラとを備えており、前記グレーティングカプラは、第１光導波路と、第２光導波路と、前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体とを備えており、前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なる。
一つの側面として、波長の異なる２種の入射光について合波及び光結合を可能とする高波長特性を持つグレーティングカプラ及び光送信器が実現できる。
以下、本発明を適用した諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態では、二次元グレーティングカプラを開示する。図１は、本実施形態による二次元グレーティングカプラの概略構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。なお、（ａ）では図示の便宜上、光散乱体の数が（ｂ）よりも少なく例示されている。
第１の実施形態では、二次元グレーティングカプラを開示する。図１は、本実施形態による二次元グレーティングカプラの概略構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。なお、（ａ）では図示の便宜上、光散乱体の数が（ｂ）よりも少なく例示されている。
二次元グレーティングカプラは、基板１として例えばシリコン基板上に、下部クラッド層２及び上部クラッド層４が形成され、下部クラッド２と上部クラッド４との間にコア層３が挟持されている。下部クラッド層２及び上部クラッド層４は、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜からなる。コア層３は、例えばシリコン膜からなる。シリコン膜の代わりに例えばシリコン窒化膜を用いることもできる。本実施形態では、下部クラッド２、コア層３、及び上部クラッド４は、例えばＳＯＩ(silicon on insulator)基板を利用して形成される。
コア層３は、第１光導波路５、第２光導波路６、及び光散乱体群７が一体形成されている。
光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有している。光散乱体群７では、第１光導波路５の伝搬光に対応する複数の光散乱体１０の第１配列周期（ピッチ）Λ1と、第２光導波路６の伝搬光に対応する複数の光散乱体１０の第２配列周期（ピッチ）Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１配列周期Λ1の方向（ここでは列方向）を第１方向Ｄ１、第２配列周期Λ2の方向（ここでは行方向）を第２方向Ｄ２とする。
光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有している。光散乱体群７では、第１光導波路５の伝搬光に対応する複数の光散乱体１０の第１配列周期（ピッチ）Λ1と、第２光導波路６の伝搬光に対応する複数の光散乱体１０の第２配列周期（ピッチ）Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１配列周期Λ1の方向（ここでは列方向）を第１方向Ｄ１、第２配列周期Λ2の方向（ここでは行方向）を第２方向Ｄ２とする。
各光散乱体１０は、例えば横断面形状が円形の円柱形状とされている。各光散乱体１０の形状としては、横断面形状としては、円形の代わりに、四角形、菱形、及び非対称形等から選ばれた１種としても良い。
第１光導波路５は、第１方向Ｄ１に並ぶ光散乱体１０に対する伝播光の第１入射ポート５ａを有している。第２光導波路６は、第２方向Ｄ２に並ぶ光散乱体１０に対する伝播光の第２入射ポート６ａを有している。第１入射ポート５ａから入射する光（入力波長λ1）と、第２入射ポート６ａから入射する光（入力波長λ2）とは、波長が異なるものである（λ1≠λ2）。
光散乱体群７では、第１入射ポート５ａ及び第２入射ポート６ａから入射する光がそれぞれ単波長モード（シングルモード）の光ファイバと高効率に結合するように、光散乱体１０の第１及び第２配列周期Λ1，Λ2が調整されている。また、光散乱体１０の配列周期数（第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２における光散乱体１０の配列数）については、二次元グレーティングカプラから出射される光のモードフィールド径がシングルモードの光ファイバのモードフィールド径と同程度となるように調整されている。
本実施形態による二次元グレーティングカプラは、例えば以下のように作製される。
先ず、例えばＳＯＩ基板を用意する。ＳＯＩ基板のシリコン基板が基板１、ＢＯＸ層が下部クラッド２となる。
先ず、例えばＳＯＩ基板を用意する。ＳＯＩ基板のシリコン基板が基板１、ＢＯＸ層が下部クラッド２となる。
ＳＯＩ基板のＢＯＸ層上のシリコン層をリソグラフィー及びエッチングで加工する。ここでは、光導波路部分についてはフルエッチング、グレーティング部分についてはハーフエッチングを行う。これにより、第１光導波路５、第２光導波路６、及び複数の光散乱体１０が形成された光散乱体群７が一体形成されてなるコア層３が形成される。
しかる後、コア層３を覆うように例えばシリコン酸化物を堆積する。これにより、上部クラッド層４が形成される。以上により、本実施形態による二次元グレーティングカプラが形成される。
以下、本実施形態による二次元グレーティングカプラの波長特性について、比較例である一次元グレーティングカプラとの比較に基づいて調べた結果について説明する。比較例の一次元グレーティングカプラは、一本の光導波路を伝播する入射光を光ファイバに光結合させる機能を有している。
図２は、本実施形態による二次元グレーティングカプラ及び比較例である一次元グレーティングカプラの波長特性をそれぞれ示す特性図である。図２において、実線は、本実施形態による二次元グレーティングカプラの光散乱体の配置周期をΛ1＝４８０ｎｍ、Λ2＝５２０ｎｍと設定した場合の第１入力ポート及び第２入力ポートにおけるそれぞれの波長特性を表している。破線は、比較例である一次元グレーティングカプラの波長特性を表している。
図２において、例えば、入力波長λ1＝１．２８μｍ、入力波長λ2＝１．３５５μｍとする（矢印Ａ１，Ａ２を入力波長λ1，λ2とする）。この場合、本実施形態による二次元グレーティングカプラを用いることにより、比較例の一次元グレーティングカプラと較べて、入力波長λ1，λ2において損失を３．５ｄＢ以上低減することが可能である。また、グレーティングカプラの製造ばらつきにより、例えば、図２に示す全ての中心波長が短波側に１０ｎｍシフトした場合、入力波長λ1，λ2における二次元グレーティングカプラの過剰損失は０．５ｄＢ以内に収まる。一方、一次元グレーティングカプラでは、短波長側のλ1では過剰損失が２ｄＢ程度低減するものの、長波長側のλ2では過剰損失が２ｄＢ程度劣化することが確認され、両波長間の損失差が大きくなることが判る。これらの現象は、特に入力波長λ1，λ2が離れている場合に顕著である。
例えばＷＭＤ送信においては、入力波長λ1，λ2の損失の均一性もその性能を評価する重要な要素の１つである。本実施形態による二次元グレーティングカプラは、製造ばらつきによる損失の不均一性も低減することができ、一次元グレーティングカプラで２波長の光を処理する場合よりも製造誤差に対して強い構造であり、高い波長特性が得られる。
本実施形態による二次元グレーティングカプラは、第１光導波路５及び第２光導波路６をシングルモードの光ファイバと光結合する機能と共に、第１光導波路５の伝搬光と第２光導波路６の伝搬光とを光散乱体群７で合波する機能を有している。本実施形態では、構造が複雑で作製が困難な光合波器（ＭＵＸ）を用いることなく、波長の異なる２種の入射光について合波及び光結合を可能とする高波長特性を持つ二次元グレーティングカプラが実現される。
［変形例］
以下、第１の実施形態による二次元グレーティングカプラの諸変形例について説明する。第１の実施形態に対応する構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
以下、第１の実施形態による二次元グレーティングカプラの諸変形例について説明する。第１の実施形態に対応する構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
（変形例１）
図３は、第１の実施形態の変形例１による二次元グレーティングカプラの構成を示す概略平面図である。
本例による二次元グレーティングカプラは、第１の実施形態と同様に、第１光導波路５、第２光導波路６、及び光散乱体群７が一体形成されてなる。光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有しており、第１配列周期Λ1と第２配列周期Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１光導波路５及び第２光導波路６において、第１入射ポート５ａから入射する光（入力波長λ1）と、第２入射ポート６ａから入射する光（入力波長λ2）とは、波長が異なるものである（λ1≠λ2）。
図３は、第１の実施形態の変形例１による二次元グレーティングカプラの構成を示す概略平面図である。
本例による二次元グレーティングカプラは、第１の実施形態と同様に、第１光導波路５、第２光導波路６、及び光散乱体群７が一体形成されてなる。光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有しており、第１配列周期Λ1と第２配列周期Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１光導波路５及び第２光導波路６において、第１入射ポート５ａから入射する光（入力波長λ1）と、第２入射ポート６ａから入射する光（入力波長λ2）とは、波長が異なるものである（λ1≠λ2）。
第１光導波路５及び第２光導波路６は、シングルモードの光ファイバと光結合する。この光ファイバは、図３紙面の垂直方向を基準として図３の矢印Ａで示す方向に例えば８°以上の所定角度、ここでは１０°だけ傾斜して配置される。所定角度が８°よりも小さいと、光ファイバから第１光導波路５及び第２光導波路６への反射光が強くなる。所定角度を８°以上とすることにより、当該反射光を十分に低減することができる。
光ファイバの傾斜に伴って、光散乱体群７の光結合部位における波面と第１光導波路５及び第２光導波路６の波面との向きを合わせる必要がある。そのため、第１光導波路５における第１光入射方向と第１配列周期Λ1の第１方向Ｄ１とが所定角度だけずれている。同様に、第２光導波路６における第２光入射方向が第２配列周期Λ2の第２方向Ｄ２と同じ所定角度だけずれている。
本例では、第１光導波路５は、第１光入射方向が第１入射ポート５ａと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線Ｌ１から角度φだけ傾斜している。同様に、第２光導波路６は、第２光入射方向が第２入射ポート６ａと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線Ｌ２から角度φだけ傾斜している。例えば、ＳＯＩ基板の厚みが２００ｎｍ程度、光散乱体１０の高さ（ハーフエッチングの深さ）が７０ｎｍ程度、第１及び第２配列周期Λ１，Λ２が５００ｎｍ近傍であるとする。この場合、光ファイバの傾斜角度が１０°であれば、角度φを例えば３．５°に設定する。
（変形例２）
図４は、第１の実施形態の変形例２による二次元グレーティングカプラの構成を示す概略平面図である。
本例による二次元グレーティングカプラは、第１の実施形態と同様に、第１光導波路５、第２光導波路６、及び光散乱体群７が一体形成されてなる。光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有しており、第１配列周期Λ1と第２配列周期Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１光導波路５及び第２光導波路６において、第１入射ポート５ａから入射する光（入力波長λ1）と、第２入射ポート６ａから入射する光（入力波長λ2）とは、波長が異なるものである（λ1≠λ2）。
図４は、第１の実施形態の変形例２による二次元グレーティングカプラの構成を示す概略平面図である。
本例による二次元グレーティングカプラは、第１の実施形態と同様に、第１光導波路５、第２光導波路６、及び光散乱体群７が一体形成されてなる。光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有しており、第１配列周期Λ1と第２配列周期Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１光導波路５及び第２光導波路６において、第１入射ポート５ａから入射する光（入力波長λ1）と、第２入射ポート６ａから入射する光（入力波長λ2）とは、波長が異なるものである（λ1≠λ2）。
第１光導波路５及び第２光導波路６は、シングルモードの光ファイバと光結合する。この光ファイバは、図３と同様に例えば８°以上の所定角度、ここでは１０°だけ傾斜して配置される。所定角度が８°よりも小さいと、光ファイバから第１光導波路５及び第２光導波路６への反射光が強くなる。所定角度を８°以上とすることにより、当該反射光を十分に低減することができる。
光ファイバの傾斜に伴って、光散乱体群７の光結合部位における波面と第１光導波路５及び第２光導波路６の波面との向きを合わせる必要がある。そのため、第１光導波路５における第１光入射方向と第１配列周期Λ1の第１方向Ｄ１とが所定角度だけずれている。同様に、第２光導波路６における第２光入射方向と第２配列周期Λ2の第２方向Ｄ２とが同じ所定角度だけずれている。
本例では、光散乱体群７において、第１方向Ｄ１が第１光導波路５の第１入射ポート５ａと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線Ｌ１から角度ψだけ傾斜している。同様に、第２方向Ｄ２が第２光導波路６の第２入射ポート６ａと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線Ｌ２から同じ角度ψだけ傾斜している。例えば、ＳＯＩ基板の厚みが２００ｎｍ程度、光散乱体１０の高さ（ハーフエッチングの深さ）が７０ｎｍ程度、第１及び第２配列周期Λ１，Λ２が５００ｎｍ近傍であるとする。この場合、光ファイバの傾斜角度が１０°であれば、角度ψを例えば３．５°に設定する。
（変形例３）
図５は、第１の実施形態の変形例３による二次元グレーティングカプラの構成を示す概略平面図である。
本例による二次元グレーティングカプラは、第１の実施形態と同様に、第１光導波路５、第２光導波路６、及び光散乱体群７が一体形成されてなる。光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有しており、第１配列周期Λ1と第２配列周期Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１光導波路５及び第２光導波路６において、第１入射ポート５ａから入射する光（入力波長λ1）と、第２入射ポート６ａから入射する光（入力波長λ2）とは、波長が異なるものである（λ1≠λ2）。
図５は、第１の実施形態の変形例３による二次元グレーティングカプラの構成を示す概略平面図である。
本例による二次元グレーティングカプラは、第１の実施形態と同様に、第１光導波路５、第２光導波路６、及び光散乱体群７が一体形成されてなる。光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有しており、第１配列周期Λ1と第２配列周期Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１光導波路５及び第２光導波路６において、第１入射ポート５ａから入射する光（入力波長λ1）と、第２入射ポート６ａから入射する光（入力波長λ2）とは、波長が異なるものである（λ1≠λ2）。
本例では、光散乱体群７において、第１配列周期Λ1の方向（ここでは列方向）の第１方向Ｄ１、及び第２配列周期Λ2の方向（ここでは行方向）の第２方向Ｄ２が円弧状となるように、光散乱体１０が配列されている。この構成により、第１光導波路５及び第２光導波路６のテーパ長を低減させることができ、二次元グレーティングカプラの微細化に貢献する。
（変形例４）
図６は、第１の実施形態の変形例４による二次元グレーティングカプラの構成を示す概略平面図である。
本例による二次元グレーティングカプラは、第１の実施形態と同様に、第１光導波路５、第２光導波路６、及び光散乱体群７が一体形成されてなる。光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有しており、第１配列周期Λ1と第２配列周期Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１光導波路５及び第２光導波路６において、第１入射ポート５ａから入射する光（入力波長λ1）と、第２入射ポート６ａから入射する光（入力波長λ2）とは、波長が異なるものである（λ1≠λ2）。
図６は、第１の実施形態の変形例４による二次元グレーティングカプラの構成を示す概略平面図である。
本例による二次元グレーティングカプラは、第１の実施形態と同様に、第１光導波路５、第２光導波路６、及び光散乱体群７が一体形成されてなる。光散乱体群７は、第１光導波路５と第２光導波路６との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体１０を有しており、第１配列周期Λ1と第２配列周期Λ2とが異なる（ここではΛ1＜Λ2）。第１光導波路５及び第２光導波路６において、第１入射ポート５ａから入射する光（入力波長λ1）と、第２入射ポート６ａから入射する光（入力波長λ2）とは、波長が異なるものである（λ1≠λ2）。
また、変形例１と同様に、第１光導波路５は、第１光入射方向が第１入射ポート５ａと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線Ｌ１から角度φだけ傾斜している。同様に、第２光導波路６は、第２光入射方向が第２入射ポート６ａと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線Ｌ２から角度φだけ傾斜している。
本例では、光散乱体群７がいわゆるアポタイズグレーティングとされている。具体的には、第１配列周期Λ1及び第２配列周期Λ2が１周期ごとに線形的又は非線形的に変化している。例えば、第１方向Ｄ１では、第１光導波路５から離れるほど（グレーティング端から離れるほど）第１配列周期Λ1が１周期ごとに大きくなる（Λ11＜Λ12＜Λ13＜Λ14）。第２方向Ｄ２では、第２光導波路６から離れるほど第２配列周期Λ2が１周期ごとに大きくなる（Λ21＜Λ22＜Λ23＜Λ24）。同様に、第１及び第２方向Ｄ１，Ｄ２に沿って並ぶ光散乱体１０の横断面の形状やサイズが線形的又は非線形的に変化している。例えば、第１方向Ｄ１では、第１光導波路５から離れるほど光散乱体１０の直径が大きくなる。第２方向Ｄ２では、第２光導波路６から離れるほど光散乱体１０の直径が大きくなる。
図７は、二次元グレーティングカプラの出射光の強度のグレーティング端からの距離との関係を示す特性図であり、（ａ）が変形例１の場合、（ｂ）が変形例４の場合である。
変形例１では、光散乱体１０の１周期及び形状・サイズが均一であるため、図７（ａ）のように、グレーティング端から離れるほど出射光の強度は弱くなる。これに対して、変形例４では、グレーティング端における光強度が弱まり、出射光の強度のグレーティング端からの距離との関係がガウシアン分布に近いプロファイルとなる。これにより、出射光のモード形状を光ファイバのガウシアン分布のモード形状に整合させることができる。
変形例１では、光散乱体１０の１周期及び形状・サイズが均一であるため、図７（ａ）のように、グレーティング端から離れるほど出射光の強度は弱くなる。これに対して、変形例４では、グレーティング端における光強度が弱まり、出射光の強度のグレーティング端からの距離との関係がガウシアン分布に近いプロファイルとなる。これにより、出射光のモード形状を光ファイバのガウシアン分布のモード形状に整合させることができる。
［第２の実施形態］
第２の実施形態では、第１の実施形態又は諸変形例による二次元グレーティングカプラを備えたＷＤＭ光送信器を開示する。図８は、本実施形態によるＷＤＭ光送信器の概略構成を示すブロック図である。
第２の実施形態では、第１の実施形態又は諸変形例による二次元グレーティングカプラを備えたＷＤＭ光送信器を開示する。図８は、本実施形態によるＷＤＭ光送信器の概略構成を示すブロック図である。
このＷＤＭ光送信器は、相異なる２波長のＷＤＭ送信を行うものであり、波長λ1の光信号の第１送信経路、波長λ2の光信号の第２送信経路、二次元グレーティングカプラ２０、及びシングルモードの光ファイバ（ＳＭＦ）２５を備えている。
第１送信経路は、光源としてレーザダイオード１１（ＬＤ−１）、光変調器１２（ＭＯＤ−１）、ＬＤ−１とＭＯＤ−１とを光学的に接続する光導波路２１、及びＭＯＤ−１と二次元グレーティングカプラ２０とを光学的に接続する光導波路２２を有している。
第２送信経路は、光源としてレーザダイオード１３（ＬＤ−２）、光変調器１４（ＭＯＤ−２）、ＬＤ−２とＭＯＤ−２とを光学的に接続する光導波路２３、及びＭＯＤ−２と二次元グレーティングカプラ２０とを光学的に接続する光導波路２４を有している。
第２送信経路は、光源としてレーザダイオード１３（ＬＤ−２）、光変調器１４（ＭＯＤ−２）、ＬＤ−２とＭＯＤ−２とを光学的に接続する光導波路２３、及びＭＯＤ−２と二次元グレーティングカプラ２０とを光学的に接続する光導波路２４を有している。
二次元グレーティングカプラ２０は、第１の実施形態及び諸変形例から選ばれた１種である。二次元グレーティングカプラ２０では、第１送信経路の伝搬光（波長λ1）が第１入射ポートから入力し、第２送信経路の伝搬光（波長λ2）が第２入射ポートから入力して、これら２種の伝搬光が合波される。二次元グレーティングカプラ２０はＳＭＦ２５と光結合しており、合波された２重波長λ1,2のＷＤＭ光信号はＳＭＦ２５から出射される。例えば、ＳＯＩ基板の厚みが２００ｎｍ程度、光散乱体１０の高さ（ハーフエッチングの深さ）が７０ｎｍ程度、第１配列周期Λ1が４８０ｎｍ程度、第２配列周期Λ2が５２０ｎｍ程度であるとする。この場合、二次元グレーティングカプラ２０から出射されるＷＤＭ光信号の中心波長は、λ1＝１．２８μｍ、λ2＝１．３５５μｍとなる。任意の波長λ1，λ2に対して、二次元グレーティングカプラ２０の第１及び第２配列周期Λ1，Λ2を決定することにより、任意の２波長の光信号の多重送信が可能となる。
以上説明したように、本実施形態によるＷＤＭ送信器は、二次元グレーティングカプラ２０がＭＵＸの機能を兼ねている。これにより、構造が複雑で精密な位相制御を要するＭＵＸを用いることなく、波長の異なる２種の入射光について合波及び光結合を可能とする高波長特性を持つ二次元グレーティングカプラ２０を備えた、製造難易度の緩和されたＷＤＭ送信器を実現できる。
［変形例］
以下、第２の実施形態によるＷＤＭ送信器の諸変形例について説明する。第１の実施形態に対応する構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
以下、第２の実施形態によるＷＤＭ送信器の諸変形例について説明する。第１の実施形態に対応する構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
（変形例１）
図９は、第２の実施形態の変形例１によるＷＤＭ送信器の構成を示すブロック図である。
本例によるＷＤＭ送信器は、相異なる４波長のＷＤＭ送信を行うものである。このＷＤＭ送信器は、波長λ1の光信号の第１送信経路、波長λ2の光信号の第２送信経路、波長λ3の光信号の第３送信経路、波長λ4の光信号の第４送信経路、ＭＵＸ３１，３２、二次元グレーティングカプラ２０、及びＳＭＦ２５を備えている。
図９は、第２の実施形態の変形例１によるＷＤＭ送信器の構成を示すブロック図である。
本例によるＷＤＭ送信器は、相異なる４波長のＷＤＭ送信を行うものである。このＷＤＭ送信器は、波長λ1の光信号の第１送信経路、波長λ2の光信号の第２送信経路、波長λ3の光信号の第３送信経路、波長λ4の光信号の第４送信経路、ＭＵＸ３１，３２、二次元グレーティングカプラ２０、及びＳＭＦ２５を備えている。
第１送信経路は、光源としてレーザダイオード１１（ＬＤ−１）、光変調器１２（ＭＯＤ−１）、ＬＤ−１とＭＯＤ−１とを光学的に接続する光導波路２１、及びＭＯＤ−１とＭＵＸ３１（ＭＵＸ−１）とを光学的に接続する光導波路２２を有している。
第２送信経路は、光源としてレーザダイオード１３（ＬＤ−２）、光変調器１４（ＭＯＤ−２）、ＬＤ−２とＭＯＤ−２とを光学的に接続する光導波路２３、及びＭＯＤ−２とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２４を有している。
第３送信経路は、光源としてレーザダイオード１５（ＬＤ−３）、光変調器１６（ＭＯＤ−３）、ＬＤ−３とＭＯＤ−３とを光学的に接続する光導波路２６、及びＭＯＤ−３とＭＵＸ３２（ＭＵＸ−２）とを光学的に接続する光導波路２７を有している。
第４送信経路は、光源としてレーザダイオード１７（ＬＤ−４）、光変調器１８（ＭＯＤ−４）、ＬＤ−４とＭＯＤ−４とを光学的に接続する光導波路２８、及びＭＯＤ−４とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路２９を有している。
第２送信経路は、光源としてレーザダイオード１３（ＬＤ−２）、光変調器１４（ＭＯＤ−２）、ＬＤ−２とＭＯＤ−２とを光学的に接続する光導波路２３、及びＭＯＤ−２とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２４を有している。
第３送信経路は、光源としてレーザダイオード１５（ＬＤ−３）、光変調器１６（ＭＯＤ−３）、ＬＤ−３とＭＯＤ−３とを光学的に接続する光導波路２６、及びＭＯＤ−３とＭＵＸ３２（ＭＵＸ−２）とを光学的に接続する光導波路２７を有している。
第４送信経路は、光源としてレーザダイオード１７（ＬＤ−４）、光変調器１８（ＭＯＤ−４）、ＬＤ−４とＭＯＤ−４とを光学的に接続する光導波路２８、及びＭＯＤ−４とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路２９を有している。
ＭＵＸ−１は、第１送信経路の伝搬光（波長λ1）と第２送信経路の伝搬光（波長λ2）とを合波する。これにより、２重波長のＷＤＭ光信号（多重波長λ1,2）が生成される。ＭＵＸ−１と二次元グレーティングカプラ２０とは、光導波路３３で光学的に接続されている。
ＭＵＸ−２は、第３送信経路の伝搬光（波長λ3）と第４送信経路の伝搬光（波長λ4）とを合波する。これにより、２重波長λ3,4のＷＤＭ光信号が生成される。ＭＵＸ−２と二次元グレーティングカプラ２０とは、光導波路３４で光学的に接続されている。
ＭＵＸ−２は、第３送信経路の伝搬光（波長λ3）と第４送信経路の伝搬光（波長λ4）とを合波する。これにより、２重波長λ3,4のＷＤＭ光信号が生成される。ＭＵＸ−２と二次元グレーティングカプラ２０とは、光導波路３４で光学的に接続されている。
二次元グレーティングカプラ２０は、第１の実施形態及び諸変形例から選ばれた１種である。二次元グレーティングカプラ２０では、２重波長λ1,2のＷＤＭ光信号が第１入射ポートから入力し、２重波長λ3,4のＷＤＭ光信号が第２入射ポートから入力して、これら３種の伝搬光が合波される。二次元グレーティングカプラ２０はＳＭＦ２５と光結合しており、合波された４重波長λ1,2,3,4のＷＤＭ光信号はＳＭＦ２５から出射される。任意の波長λ1，λ2，λ3，λ4に対して、二次元グレーティングカプラ２０の第１及び第２配列周期Λ1，Λ2を決定することにより、任意の４波長の光信号の多重送信が可能となる。
以上説明したように、本例によるＷＤＭ送信器は、二次元グレーティングカプラ２０がＭＵＸの機能を兼ねている。これにより、４波長に対応した構造が複雑で精密な位相制御を要するＭＵＸを用いることなく、動作波長数が半減した比較的簡素な構成のＭＵＸを用いることができる。波長の異なる２種の入射光について合波及び光結合を可能とする高波長特性を持つ二次元グレーティングカプラ２０を備えた、相異なる４種の波長を多重する製造難易度の緩和されたＷＤＭ送信器が実現される。
（変形例２）
図１０は、第２の実施形態の変形例２によるＷＤＭ送信器の構成を示すブロック図である。
本例によるＷＤＭ送信器は、相異なる８波長のＷＤＭ送信を行うものである。このＷＤＭ送信器は、第１〜第８送信経路、ＭＵＸ３１，３２、二次元グレーティングカプラ２０、及びＳＭＦ２５を備えている。第１送信経路は、波長λ1の光信号を伝搬させるものである。第２送信経路は、波長λ2の光信号を伝搬させるものである。第３送信経路は、波長λ3の光信号を伝搬させるものである。第４送信経路は、波長λ4の光信号を伝搬させるものである。第５送信経路は、波長λ5の光信号を伝搬させるものである。第６送信経路は、波長λ6の光信号を伝搬させるものである。第７送信経路は、波長λ7の光信号を伝搬させるものである。第８送信経路は、波長λ8の光信号を伝搬させるものである。
図１０は、第２の実施形態の変形例２によるＷＤＭ送信器の構成を示すブロック図である。
本例によるＷＤＭ送信器は、相異なる８波長のＷＤＭ送信を行うものである。このＷＤＭ送信器は、第１〜第８送信経路、ＭＵＸ３１，３２、二次元グレーティングカプラ２０、及びＳＭＦ２５を備えている。第１送信経路は、波長λ1の光信号を伝搬させるものである。第２送信経路は、波長λ2の光信号を伝搬させるものである。第３送信経路は、波長λ3の光信号を伝搬させるものである。第４送信経路は、波長λ4の光信号を伝搬させるものである。第５送信経路は、波長λ5の光信号を伝搬させるものである。第６送信経路は、波長λ6の光信号を伝搬させるものである。第７送信経路は、波長λ7の光信号を伝搬させるものである。第８送信経路は、波長λ8の光信号を伝搬させるものである。
第１送信経路は、光源としてレーザダイオード１１（ＬＤ−１）、光変調器１２（ＭＯＤ−１）、ＬＤ−１とＭＯＤ−１とを光学的に接続する光導波路２１、及びＭＯＤ−１とＭＵＸ３１（ＭＵＸ−１）とを光学的に接続する光導波路２２を有している。
第２送信経路は、光源としてレーザダイオード１３（ＬＤ−２）、光変調器１４（ＭＯＤ−２）、ＬＤ−２とＭＯＤ−２とを光学的に接続する光導波路２３、及びＭＯＤ−２とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２４を有している。
第３送信経路は、光源としてレーザダイオード１５（ＬＤ−３）、光変調器１６（ＭＯＤ−３）、ＬＤ−３とＭＯＤ−３とを光学的に接続する光導波路２６、及びＭＯＤ−３とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２７を有している。
第４送信経路は、光源としてレーザダイオード１７（ＬＤ−４）、光変調器１８（ＭＯＤ−４）、ＬＤ−４とＭＯＤ−４とを光学的に接続する光導波路２８、及びＭＯＤ−４とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２９を有している。
第２送信経路は、光源としてレーザダイオード１３（ＬＤ−２）、光変調器１４（ＭＯＤ−２）、ＬＤ−２とＭＯＤ−２とを光学的に接続する光導波路２３、及びＭＯＤ−２とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２４を有している。
第３送信経路は、光源としてレーザダイオード１５（ＬＤ−３）、光変調器１６（ＭＯＤ−３）、ＬＤ−３とＭＯＤ−３とを光学的に接続する光導波路２６、及びＭＯＤ−３とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２７を有している。
第４送信経路は、光源としてレーザダイオード１７（ＬＤ−４）、光変調器１８（ＭＯＤ−４）、ＬＤ−４とＭＯＤ−４とを光学的に接続する光導波路２８、及びＭＯＤ−４とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２９を有している。
第５送信経路は、光源としてレーザダイオード４１（ＬＤ−５）、光変調器４２（ＭＯＤ−４５）、ＬＤ−５とＭＯＤ−５とを光学的に接続する光導波路５１、及びＭＯＤ−５とＭＵＸ３２（ＭＵＸ−２）とを光学的に接続する光導波路５２を有している。
第６送信経路は、光源としてレーザダイオード４３（ＬＤ−６）、光変調器４４（ＭＯＤ−６）、ＬＤ−６とＭＯＤ−６とを光学的に接続する光導波路５３、及びＭＯＤ−６とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５４を有している。
第７送信経路は、光源としてレーザダイオード４５（ＬＤ−７）、光変調器４６（ＭＯＤ−７）、ＬＤ−７とＭＯＤ−７とを光学的に接続する光導波路５５、及びＭＯＤ−７とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５６を有している。
第８送信経路は、光源としてレーザダイオード４７（ＬＤ−８）、光変調器４８（ＭＯＤ−８）、ＬＤ−８とＭＯＤ−８とを光学的に接続する光導波路５７、及びＭＯＤ−８とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５８を有している。
第６送信経路は、光源としてレーザダイオード４３（ＬＤ−６）、光変調器４４（ＭＯＤ−６）、ＬＤ−６とＭＯＤ−６とを光学的に接続する光導波路５３、及びＭＯＤ−６とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５４を有している。
第７送信経路は、光源としてレーザダイオード４５（ＬＤ−７）、光変調器４６（ＭＯＤ−７）、ＬＤ−７とＭＯＤ−７とを光学的に接続する光導波路５５、及びＭＯＤ−７とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５６を有している。
第８送信経路は、光源としてレーザダイオード４７（ＬＤ−８）、光変調器４８（ＭＯＤ−８）、ＬＤ−８とＭＯＤ−８とを光学的に接続する光導波路５７、及びＭＯＤ−８とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５８を有している。
ＭＵＸ−１は、第１送信経路の伝搬光（波長λ1）、第２送信経路の伝搬光（波長λ2）、第３送信経路の伝搬光（波長λ3）、及び第４送信経路の伝搬光（波長λ4）を合波する。これにより、４重波長λ1,2,3,4のＷＤＭ光信号が生成される。ＭＵＸ−１と二次元グレーティングカプラ２０とは、光導波路３３で光学的に接続されている。
ＭＵＸ−２は、第５送信経路の伝搬光（波長λ5）、第６送信経路の伝搬光（波長λ6）、第７送信経路の伝搬光（波長λ7）、及び第８送信経路の伝搬光（波長λ8）を合波する。これにより、４重波長λ5,6,7,8のＷＤＭ光信号が生成される。ＭＵＸ−２と二次元グレーティングカプラ２０とは、光導波路３４で光学的に接続されている。
ＭＵＸ−２は、第５送信経路の伝搬光（波長λ5）、第６送信経路の伝搬光（波長λ6）、第７送信経路の伝搬光（波長λ7）、及び第８送信経路の伝搬光（波長λ8）を合波する。これにより、４重波長λ5,6,7,8のＷＤＭ光信号が生成される。ＭＵＸ−２と二次元グレーティングカプラ２０とは、光導波路３４で光学的に接続されている。
二次元グレーティングカプラ２０は、第１の実施形態及び諸変形例から選ばれた１種である。二次元グレーティングカプラ２０では、４重波長λ1,2,3,4のＷＤＭ光信号が第１入射ポートから入力し、４重波長λ5,6,7,8のＷＤＭ光信号が第２入射ポートから入力して、これら２種の伝搬光が合波される。二次元グレーティングカプラ２０はＳＭＦ２５と光結合しており、合波された８重波長λ1,2,3,4,5,6,7,8のＷＤＭ光信号はＳＭＦ２５から出射される。任意の波長λ1，λ2，λ3，λ4，λ5，λ6，λ7，λ8に対して、二次元グレーティングカプラ２０の第１及び第２配列周期Λ1，Λ2を決定することにより、任意の８波長の光信号の多重送信が可能となる。
以下、本例による二次元グレーティングカプラを備えた８波長に対応したＷＤＭ送信器の波長特性について、比較例である一次元グレーティングカプラを備えた８波長に対応したＷＤＭ送信器との比較に基づいて調べた結果について説明する。比較例の一次元グレーティングカプラは、一本の光導波路を伝播する入射光を光ファイバに光結合させる機能を有している。
図１１は、本例によるＷＤＭ送信器及び比較例のＷＤＭ送信器における波長特性をそれぞれ示す特性図である。図１１において、実線は、本例で入射光の波長λ1〜λ8のそれぞれの波長間隔を１０ｎｍとし、二次元グレーティングカプラの光散乱体の配置周期をΛ1＝４９０ｎｍ、Λ2＝５２０ｎｍと設定した場合の第１及び第２入力ポートにおけるそれぞれの波長特性を表している。破線は、比較例のＷＤＭ送信器における波長特性を表している。ここで、実線の矢印が入力波長を表すものとする。
波長を多重した場合、比較例の一次元グレーティングカプラにおいては、最も短波側の波長λ1と、最も長波側の波長λ8が大きな損失を受けることになる。本例の二次元グレーティングカプラを利用することにより、２ｄＢ程度の損失改善効果が認められる。また、各波長λ1〜λ8の損失の均一性に関して、比較例の一次元グレーティングカプラでは、最も損失の小さい波長λ4，λ5と、最も過剰損の大きな波長λ1，λ8とでは、４ｄＢ程度の損失差がある。これに対して、本例の二次元グレーティングカプラを利用することにより、損失差を１ｄＢ以下にすることが可能である。
以上説明したように、本例によるＷＤＭ送信器は、二次元グレーティングカプラ２０がＭＵＸの機能を兼ねている。これにより、ＭＵＸの波長数を最大で半減させることができるため、８波長に対応した構造が複雑で精密な位相制御を要するＭＵＸを用いることなく、比較的簡素な構成のＭＵＸを用いることができる。波長の異なる２種の入射光について合波及び光結合を可能とする高波長特性を持つ二次元グレーティングカプラ２０を備えた、相異なる８種の波長を多重する製造難易度の緩和されたＷＤＭ送信器が実現される。本例の構成を利用することで、Ｎ（２以上の整数）波長のＭＵＸを２つと二次元グレーティングカプラを組み合わせれば、２Ｎ波長のＷＤＭ送信器を実現することができる。
（変形例３）
図１２は、第２の実施形態の変形例３によるＷＤＭ送信器の構成を示すブロック図である。本例によるＷＤＭ送信器は、変形例２と同様に、相異なる８波長のＷＤＭ送信を行うものであるが、２つのＭＵＸで合波する波長数が異なる点で変形例２と相違する。
図１２は、第２の実施形態の変形例３によるＷＤＭ送信器の構成を示すブロック図である。本例によるＷＤＭ送信器は、変形例２と同様に、相異なる８波長のＷＤＭ送信を行うものであるが、２つのＭＵＸで合波する波長数が異なる点で変形例２と相違する。
このＷＤＭ送信器は、第１〜第８送信経路、ＭＵＸ３１，３２、二次元グレーティングカプラ２０、及びＳＭＦ２５を備えている。第１送信経路は、波長λ1の光信号を伝搬させるものである。第２送信経路は、波長λ2の光信号を伝搬させるものである。第３送信経路は、波長λ3の光信号を伝搬させるものである。第４送信経路は、波長λ4の光信号を伝搬させるものである。第５送信経路は、波長λ5の光信号を伝搬させるものである。第６送信経路は、波長λ6の光信号を伝搬させるものである。第７送信経路は、波長λ7の光信号を伝搬させるものである。第８送信経路は、波長λ8の光信号を伝搬させるものである。
第１送信経路は、光源としてレーザダイオード１１（ＬＤ−１）、光変調器１２（ＭＯＤ−１）、ＬＤ−１とＭＯＤ−１とを光学的に接続する光導波路２１、及びＭＯＤ−１とＭＵＸ３１（ＭＵＸ−１）とを光学的に接続する光導波路２２を有している。
第２送信経路は、光源としてレーザダイオード１３（ＬＤ−２）、光変調器１４（ＭＯＤ−２）、ＬＤ−２とＭＯＤ−２とを光学的に接続する光導波路２３、及びＭＯＤ−２とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２４を有している。
第３送信経路は、光源としてレーザダイオード１５（ＬＤ−３）、光変調器１６（ＭＯＤ−３）、ＬＤ−３とＭＯＤ−３とを光学的に接続する光導波路２６、及びＭＯＤ−３とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２７を有している。
第４送信経路は、光源としてレーザダイオード１７（ＬＤ−４）、光変調器１８（ＭＯＤ−４）、ＬＤ−４とＭＯＤ−４とを光学的に接続する光導波路２８、及びＭＯＤ−４とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２９を有している。
第５送信経路は、光源としてレーザダイオード４１（ＬＤ−５）、光変調器４２（ＭＯＤ−４５）、ＬＤ−５とＭＯＤ−５とを光学的に接続する光導波路５１、及びＭＯＤ−５とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路５２を有している。
第２送信経路は、光源としてレーザダイオード１３（ＬＤ−２）、光変調器１４（ＭＯＤ−２）、ＬＤ−２とＭＯＤ−２とを光学的に接続する光導波路２３、及びＭＯＤ−２とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２４を有している。
第３送信経路は、光源としてレーザダイオード１５（ＬＤ−３）、光変調器１６（ＭＯＤ−３）、ＬＤ−３とＭＯＤ−３とを光学的に接続する光導波路２６、及びＭＯＤ−３とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２７を有している。
第４送信経路は、光源としてレーザダイオード１７（ＬＤ−４）、光変調器１８（ＭＯＤ−４）、ＬＤ−４とＭＯＤ−４とを光学的に接続する光導波路２８、及びＭＯＤ−４とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路２９を有している。
第５送信経路は、光源としてレーザダイオード４１（ＬＤ−５）、光変調器４２（ＭＯＤ−４５）、ＬＤ−５とＭＯＤ−５とを光学的に接続する光導波路５１、及びＭＯＤ−５とＭＵＸ−１とを光学的に接続する光導波路５２を有している。
第６送信経路は、光源としてレーザダイオード４３（ＬＤ−６）、光変調器４４（ＭＯＤ−６）、ＬＤ−６とＭＯＤ−６とを光学的に接続する光導波路５３、及びＭＯＤ−６とＭＵＸ３２（ＭＵＸ−２）とを光学的に接続する光導波路５４を有している。
第７送信経路は、光源としてレーザダイオード４５（ＬＤ−７）、光変調器４６（ＭＯＤ−７）、ＬＤ−７とＭＯＤ−７とを光学的に接続する光導波路５５、及びＭＯＤ−７とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５６を有している。
第８送信経路は、光源としてレーザダイオード４７（ＬＤ−８）、光変調器４８（ＭＯＤ−８）、ＬＤ−８とＭＯＤ−８とを光学的に接続する光導波路５７、及びＭＯＤ−８とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５８を有している。
第７送信経路は、光源としてレーザダイオード４５（ＬＤ−７）、光変調器４６（ＭＯＤ−７）、ＬＤ−７とＭＯＤ−７とを光学的に接続する光導波路５５、及びＭＯＤ−７とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５６を有している。
第８送信経路は、光源としてレーザダイオード４７（ＬＤ−８）、光変調器４８（ＭＯＤ−８）、ＬＤ−８とＭＯＤ−８とを光学的に接続する光導波路５７、及びＭＯＤ−８とＭＵＸ−２とを光学的に接続する光導波路５８を有している。
ＭＵＸ−１は、第１送信経路の伝搬光（波長λ1）、第２送信経路の伝搬光（波長λ2）、第３送信経路の伝搬光（波長λ3）、第４送信経路の伝搬光（波長λ4）、及び第５送信経路の伝搬光（波長λ5）を合波する。これにより、５重波長λ1,2,3,4,5のＷＤＭ光信号が生成される。ＭＵＸ−１と二次元グレーティングカプラ２０とは、光導波路３３で光学的に接続されている。
ＭＵＸ−２は、第６送信経路の伝搬光（波長λ6）、第７送信経路の伝搬光（波長λ7）、及び第８送信経路の伝搬光（波長λ8）を合波する。これにより、３重波長λ6,7,8のＷＤＭ光信号が生成される。ＭＵＸ−２と二次元グレーティングカプラ２０とは、光導波路３４で光学的に接続されている。
ＭＵＸ−２は、第６送信経路の伝搬光（波長λ6）、第７送信経路の伝搬光（波長λ7）、及び第８送信経路の伝搬光（波長λ8）を合波する。これにより、３重波長λ6,7,8のＷＤＭ光信号が生成される。ＭＵＸ−２と二次元グレーティングカプラ２０とは、光導波路３４で光学的に接続されている。
二次元グレーティングカプラ２０は、第１の実施形態及び諸変形例から選ばれた１種である。二次元グレーティングカプラ２０では、５重波長λ1,2,3,4,5のＷＤＭ光信号が第１入射ポートから入力し、３重波長λ6,7,8のＷＤＭ光信号が第２入射ポートから入力して、これら２種の伝搬光が合波される。二次元グレーティングカプラ２０はＳＭＦ２５と光結合しており、合波された８重波長λ1,2,3,4,5,6,7,8のＷＤＭ光信号はＳＭＦ２５から出射される。任意の波長λ1，λ2，λ3，λ4，λ5，λ6，λ7，λ8に対して、二次元グレーティングカプラ２０の第１及び第２配列周期Λ1，Λ2を決定することにより、任意の８波長の光信号の多重送信が可能となる。
以上説明したように、本例によるＷＤＭ送信器は、二次元グレーティングカプラ２０がＭＵＸの機能を兼ねている。これにより、８波長に対応した構造が複雑で精密な位相制御を要するＭＵＸを用いることなく、比較的簡素な構成のＭＵＸを用いることができる。波長の異なる２種の入射光について合波及び光結合を可能とする高波長特性を持つ二次元グレーティングカプラ２０を備えた、相異なる８種の波長を多重する製造難易度の緩和されたＷＤＭ送信器が実現される。
上記した諸変形例では、２，４，８波長のＷＤＭ送信を対象としたＷＤＭ送信器を例示したが、これらに限定されるものではない。２波長以上の任意の波長数のＷＤＭ送信器について、第１の実施形態及びその諸変形例の二次元グレーティングカプラと、任意の波長数を合波させる少なくとも１つ以上のＭＵＸとを搭載することにより、任意の波長数を合波させるＷＤＭ送信器を構成することができる。
以下、グレーティングカプラ及び光送信器の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）第１光導波路と、
第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体と
を備えており、
前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なることを特徴とするグレーティングカプラ。
第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体と
を備えており、
前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なることを特徴とするグレーティングカプラ。
（付記２）前記第１配列周期の第１方向に並ぶ前記複数の光散乱体及び前記第２配列周期の第２方向に並ぶ前記複数の光散乱体が円弧状に配列してなることを特徴とする付記１に記載のグレーティングカプラ。
（付記３）前記第１光導波路における第１光入射方向が前記第１配列周期の第１方向と第１角度ずれており、
前記第２光導波路における第２光入射方向と前記第２配列周期の第２方向とが前記第１角度ずれていることを特徴とする付記１又は２に記載のグレーティングカプラ。
前記第２光導波路における第２光入射方向と前記第２配列周期の第２方向とが前記第１角度ずれていることを特徴とする付記１又は２に記載のグレーティングカプラ。
（付記４）前記第１光導波路は、前記第１光入射方向が前記第１光導波路の第１入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜しており、
前記第２光導波路は、前記第２光入射方向が前記第１光導波路の第２入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していることを特徴とする付記３に記載のグレーティングカプラ。
前記第２光導波路は、前記第２光入射方向が前記第１光導波路の第２入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していることを特徴とする付記３に記載のグレーティングカプラ。
（付記５）前記第１方向が前記第１光導波路の第１入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していると共に、前記第２方向が前記第２光導波路の第２入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していることを特徴とする付記３に記載のグレーティングカプラ。
（付記６）前記第１配列周期及び前記第２配列周期が１周期ごとに変化していることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載のグレーティングカプラ。
（付記７）前記第１配列周期の第１方向に並ぶ前記複数の光散乱体の横断面の形状又はサイズが１周期ごとに変化していることを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載のグレーティングカプラ。
（付記８）前記複数の光散乱体は、横断面形状が円形、四角形、菱形、及び非対称形から選ばれた１種であることを特徴とする付記１〜７のいずれか１項に記載のグレーティングカプラ。
（付記９）前記第１光導波路、前記第２光導波路、及び前記複数の光散乱体が一体形成されていることを特徴とする付記１〜８のいずれか１項に記載のグレーティングカプラ。
（付記１０）第１光源及び第２光源と、
前記第１光源と光学的に接続された第１光変調器及び前記第２光源と光学的に接続された第２光変調器と、
前記第１光変調器及び前記第２光変調器と光学的に接続されたグレーティングカプラと
を備えており、
前記グレーティングカプラは、
第１光導波路と、
第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体と
を備えており、
前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なることを特徴とする光送信器。
前記第１光源と光学的に接続された第１光変調器及び前記第２光源と光学的に接続された第２光変調器と、
前記第１光変調器及び前記第２光変調器と光学的に接続されたグレーティングカプラと
を備えており、
前記グレーティングカプラは、
第１光導波路と、
第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体と
を備えており、
前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なることを特徴とする光送信器。
（付記１１）第３光源及び第４光源と、
前記第３光源と光学的に接続された第３光変調器及び前記第４光源と光学的に接続された第４光変調器と、
前記第１光変調器及び前記第２光変調器と光学的に接続された第１光合波器と、
前記第３光変調器及び前記第４光変調器と光学的に接続された第２光合波器と
を更に備えており、
前記グレーティングカプラは、前記第１光合波器及び前記第２光合波器と光学的に接続されていることを特徴とする付記１０に記載の光送信器。
前記第３光源と光学的に接続された第３光変調器及び前記第４光源と光学的に接続された第４光変調器と、
前記第１光変調器及び前記第２光変調器と光学的に接続された第１光合波器と、
前記第３光変調器及び前記第４光変調器と光学的に接続された第２光合波器と
を更に備えており、
前記グレーティングカプラは、前記第１光合波器及び前記第２光合波器と光学的に接続されていることを特徴とする付記１０に記載の光送信器。
（付記１２）複数の光源と、
前記複数の光源とそれぞれ光学的に接続された同数の光変調器と、
前記光変調器と光学的に接続された２波長以上の光を合波する光合波器と
前記光合波器と光学的に接続されたグレーティングカプラと
を備えており、
前記グレーティングカプラは、
第１光導波路と、
第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体と
を備えており、
前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なることを特徴とする光送信器。
前記複数の光源とそれぞれ光学的に接続された同数の光変調器と、
前記光変調器と光学的に接続された２波長以上の光を合波する光合波器と
前記光合波器と光学的に接続されたグレーティングカプラと
を備えており、
前記グレーティングカプラは、
第１光導波路と、
第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体と
を備えており、
前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なることを特徴とする光送信器。
（付記１３）前記第１配列周期の第１方向に並ぶ前記複数の光散乱体及び前記第２配列周期の第２方向に並ぶ前記複数の光散乱体が円弧状に配列してなることを特徴とする付記１０〜１２のいずれか１項に記載の光送信器。
（付記１４）前記第１光導波路における第１光入射方向と前記第１配列周期の第１方向とが第１角度ずれており、
前記第２光導波路における第２光入射方向と前記第２配列周期の第２方向とが前記第１角度ずれていることを特徴とする付記１０〜１３のいずれか１項に記載の光送信器。
前記第２光導波路における第２光入射方向と前記第２配列周期の第２方向とが前記第１角度ずれていることを特徴とする付記１０〜１３のいずれか１項に記載の光送信器。
（付記１５）前記第１光導波路は、前記第１光入射方向が前記第１光導波路の第１入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜しており、
前記第２光導波路は、前記第２光入射方向が前記第１光導波路の第２入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していることを特徴とする付記１４に記載の光送信器。
前記第２光導波路は、前記第２光入射方向が前記第１光導波路の第２入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していることを特徴とする付記１４に記載の光送信器。
（付記１６）前記第１方向が前記第１光導波路の第１入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していると共に、前記第２方向が前記第２光導波路の第２入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していることを特徴とする付記１４に記載の光送信器。
（付記１７）前記グレーティングカプラが光結合する単波長モードの光ファイバを備えており、
前記光ファイバは、前記光散乱体群に対する垂直方向を基準として前記第１光導波路及び前記第１光導波路から離れる方向に第２角度だけ傾斜して配置されていることを特徴とする付記１４〜１６のいずれか１項に記載の光送信器。
前記光ファイバは、前記光散乱体群に対する垂直方向を基準として前記第１光導波路及び前記第１光導波路から離れる方向に第２角度だけ傾斜して配置されていることを特徴とする付記１４〜１６のいずれか１項に記載の光送信器。
（付記１８）前記第２角度が８°以上であることを特徴とする付記１７に記載の光送信器。
（付記１９）前記第１配列周期及び前記第２配列周期が１周期ごとに変化していることを特徴とする付記１０〜１８のいずれか１項に記載の光送信器。
（付記２０）前記第１配列周期の第１方向に並ぶ前記複数の光散乱体の横断面の形状又はサイズが１周期ごとに変化していることを特徴とする付記１０〜１９のいずれか１項に記載の光送信器。
（付記２１）前記複数の光散乱体は、横断面形状が円形、四角形、菱形、及び非対称形から選ばれた１種であることを特徴とする付記１０〜２０のいずれか１項に記載の光送信器。
（付記２２）
前記第１光導波路、前記第２光導波路、及び前記複数の光散乱体が一体形成されていることを特徴とする付記１０〜２１のいずれか１項に記載の光送信器。
前記第１光導波路、前記第２光導波路、及び前記複数の光散乱体が一体形成されていることを特徴とする付記１０〜２１のいずれか１項に記載の光送信器。
１ 基板
２ 下部クラッド
３ コア層
４ 上部クラッド層
５ 第１光導波路
５ａ 第１入射ポート
６ 第２光導波路
６ａ 第２入射ポート
７ 光散乱体群
１０ 光散乱体
１１，１３，１５，１７，４１，４３，４５，４７ レーザダイオード
１２，１４，１６，１８，４２，４４，４６，４８ 光変調器
２０ 二次元グレーティングカプラ
２１，２２，２３，２４，２６，２７，２８，２９，３３，３４，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８ 光導波路
２５ ＳＭＦ
３１，３２ ＭＵＸ
２ 下部クラッド
３ コア層
４ 上部クラッド層
５ 第１光導波路
５ａ 第１入射ポート
６ 第２光導波路
６ａ 第２入射ポート
７ 光散乱体群
１０ 光散乱体
１１，１３，１５，１７，４１，４３，４５，４７ レーザダイオード
１２，１４，１６，１８，４２，４４，４６，４８ 光変調器
２０ 二次元グレーティングカプラ
２１，２２，２３，２４，２６，２７，２８，２９，３３，３４，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８ 光導波路
２５ ＳＭＦ
３１，３２ ＭＵＸ
Claims (12)
- 第１光導波路と、
第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体と
を備えており、
前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なることを特徴とするグレーティングカプラ。 - 前記第１配列周期の第１方向に並ぶ前記複数の光散乱体及び前記第２配列周期の第２方向に並ぶ前記複数の光散乱体が円弧状に配列してなることを特徴とする請求項１に記載のグレーティングカプラ。
- 前記第１光導波路における第１光入射方向と前記第１配列周期の第１方向とが第１角度ずれており、
前記第２光導波路における第２光入射方向は、前記第２配列周期の第２方向から前記第１角度ずれていることを特徴とする請求項１又は２に記載のグレーティングカプラ。 - 前記第１光導波路は、前記第１光入射方向が前記第１光導波路の第１入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜しており、
前記第２光導波路は、前記第２光入射方向が前記第１光導波路の第２入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項３に記載のグレーティングカプラ。 - 前記第１方向が前記第１光導波路の第１入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していると共に、前記第２方向が前記第２光導波路の第２入射ポートと対向する仮想底辺の中央を通る仮想垂線から前記第１角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項３に記載のグレーティングカプラ。
- 前記第１配列周期及び前記第２配列周期が１周期ごとに変化していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のグレーティングカプラ。
- 前記第１配列周期の第１方向に並ぶ前記複数の光散乱体の横断面の形状又はサイズが１周期ごとに変化していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のグレーティングカプラ。
- 前記複数の光散乱体は、横断面形状が円形、四角形、菱形、及び非対称形から選ばれた１種であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のグレーティングカプラ。
- 前記第１光導波路、前記第２光導波路、及び前記複数の光散乱体が一体形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のグレーティングカプラ。
- 第１光源及び第２光源と、
前記第１光源と光学的に接続された第１光変調器及び前記第２光源と光学的に接続された第２光変調器と、
前記第１光変調器及び前記第２光変調器と光学的に接続されたグレーティングカプラと
を備えており、
前記グレーティングカプラは、
第１光導波路と、
第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体と
を備えており、
前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なることを特徴とする光送信器。 - 第３光源及び第４光源と、
前記第３光源と光学的に接続された第３光変調器及び前記第４光源と光学的に接続された第４光変調器と、
前記第１光変調器及び前記第２光変調器と光学的に接続された第１光合波器と、
前記第３光変調器及び前記第４光変調器と光学的に接続された第２光合波器と
を更に備えており、
前記グレーティングカプラは、前記第１光合波器及び前記第２光合波器と光学的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の光送信器。 - 複数の光源と、
前記複数の光源とそれぞれ光学的に接続された同数の光変調器と、
前記光変調器と光学的に接続された２波長以上の光を合波する光合波器と
前記光合波器と光学的に接続されたグレーティングカプラと
を備えており、
前記グレーティングカプラは、
第１光導波路と、
第２光導波路と、
前記第１光導波路と前記第２光導波路との交差領域に、マトリクス状に配置された複数の光散乱体と
を備えており、
前記第１光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第１配列周期と、前記第２光導波路の伝搬光に対応する前記複数の光散乱体の第２配列周期とが異なることを特徴とする光送信器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018002853A JP2019124712A (ja) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | グレーティングカプラ及び光送信器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018002853A JP2019124712A (ja) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | グレーティングカプラ及び光送信器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019124712A true JP2019124712A (ja) | 2019-07-25 |
Family
ID=67398668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018002853A Pending JP2019124712A (ja) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | グレーティングカプラ及び光送信器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019124712A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114815054A (zh) * | 2021-04-01 | 2022-07-29 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 二维光栅耦合器和其制造方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010524022A (ja) * | 2007-04-05 | 2010-07-15 | アイメック | マルチプレクサ導波路結合方法およびシステム |
| JP2015121787A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | アイメック・ヴェーゼットウェーＩｍｅｃ Ｖｚｗ | 集積フォトニックカプラ |
| US20160119057A1 (en) * | 2014-10-28 | 2016-04-28 | Luxtera, Inc. | Method And System For Silicon Photonics Wavelength Division Multiplexing Transceivers |
| US20170082801A1 (en) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | Luxtera, Inc. | Method And System For Partial Integration Of Wavelength Division Multiplexing And Bi-Directional Solutions |
| US20170153391A1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-01 | Google Inc. | Photonic chip optical transceivers |
-
2018
- 2018-01-11 JP JP2018002853A patent/JP2019124712A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| SOBU ET AL.: "Demonstration of Low Polarization Dependent Loss of 1.3μm Two Dimensional Grating Coupler", 2017 IEEE 14TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON GROUP IV PHOTONICS, JPN6021026384, 23 August 2017 (2017-08-23), pages 127 - 128, XP033237311, ISSN: 0004544490, DOI: 10.1109/GROUP4.2017.8082229 * |
| 蘇武 洋平，鄭 錫煥，田中 有，森戸 健: "ArF液浸露光技術を用いた高効率Si細線グレーティングカプラ", 第63回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集, JPN6021026385, 2016, JP, pages 621 - 7, ISSN: 0004544489 * |
| 蘇武洋平，鄭 錫煥，田中 有: "受信用グレーティングカプラの低偏波依存動作の実証", 第６４回応用物理学会春季学術講演会 講演予稿集, JPN6021026387, 2017, JP, pages 204 - 9, ISSN: 0004544488 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114815054A (zh) * | 2021-04-01 | 2022-07-29 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 二维光栅耦合器和其制造方法 |
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