JP2020071238A

JP2020071238A - 波長チェッカー

Info

Publication number: JP2020071238A
Application number: JP2018202532A
Authority: JP
Inventors: 田中　拓也; Takuya Tanaka; 拓也田中
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-10-29
Also published as: JP7124638B2; US20210356665A1; WO2020090433A1; US11262499B2

Abstract

【課題】ＰＯＮシステムの開通、故障切り分けなどにおける信号光の有無の確認などが、容易に実施できるようにする【解決手段】アレイ導波路１０１、入力側スラブ導波路１０２、出力側スラブ導波路１０３、入力導波路１０４、および出力導波路１０５を備える。複数の出力導波路１０５を横切る方向に延在して形成された溝部１０６と、溝部１０６に充填され、近赤外光を可視光に変換する変換材料から構成された光変換部１０７とを備える。変換材料は、例えば、近赤外光を可視光に変換するりん光体または蛍光体である。【選択図】図１

Description

本発明は、波長チェッカーに関し、より具体的には、ＰＯＮシステムの開通・故障切り分け調査における信号光の確認など行う波長チェッカーに関する。

光通信システムのアクセス系ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムでは、波長１．３μｍと波長１．５〜１．６μｍとなど、波長が比較的離れた複数の光を同時に用いることがある。

非特許文献１によると、すでに導入されているＧＥ−ＰＯＮ（Ｇ−ＰＯＮ）システムでは、ユーザから局舎への信号（上り信号）として、１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍ（Ｇ−ＰＯＮにおいてはＲｅｇｕｌａｒ帯域のみ記載）の波長が用いられている。また、Ｇ−ＰＯＮシステムでは、局舎からユーザへの信号（下り信号）として、１４８０ｎｍ〜１５００ｎｍの波長が用いられ、下りの映像信号としては、１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長が用いられている。

今後、導入される予定の１０Ｇ−ＥＰＯＮ（ＸＧ−ＰＯＮ）システムも同様に、波長１．３μｍと波長１．５〜１．６μｍの波長が用いられる。最近標準化が完了したＮＧ−ＰＯＮ２システムでは、上り信号が１５２４ｎｍ〜１５４４ｎｍ（Ｗｉｄｅ帯域）、下り信号が１５９６ｎｍ〜１６０３ｎｍ、下りの映像信号が１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長が用いられている。なお、オプションのＰｔＰＷＤＭ（Point To Point Wavelength Division Multiplex）オーバーレイは、説明を省略する。このシステムでは、ＧＥ−ＰＯＮ（Ｇ−ＰＯＮ）、１０Ｇ−ＥＰＯＮ（ＸＧ−ＰＯＮ）と異なり、波長多重が行われる。これらの波長配置を、図１２に示す。

ところで、ＧＥ−ＰＯＮなどのＰＯＮシステムでは、開通試験において、光パワーを確認している。今後、ＧＥ−ＰＯＮから１０Ｇ−ＥＰＯＮへの移行時には、より多くの様々な波長が用いられるようになる。このような状況における試験では、波長が確認できれば信号の種類が判別でき、故障の切り分けが容易となり、作業効率を上げられる可能性がある。

特開平１０−１０４４４６号公報

胡間遼他、「ＰＯＮシステムのさらなる高速化に関する標準化動向」、ＮＴＴ技術ジャーナル、２０１７年８月号、５１−５３頁。高橋浩他、「ＷＤＭ用アレイ導波路回折格子」、ＮＴＴＲ＆Ｄ、 vol. 46、no. 7、６８５−６９２頁、１９９７年。 H. Takahashi et al., "Transmission Characteristics of Arrayed Waveguide N×N Wavelength Multiplexer", Journal of Lightwave Technology, vol. 13, no. 3, pp. 447-455, 1995.

ところで、波長を測定する手段としては、光スペクトラムアナライザがある。しかしながら、光スペクトラムアナライザは、回折格子を動かして得られる回折光を検出器で検知するための可動部分があるため、装置が大きく、重量が大きいため、可搬性に難があった。また、１００Ｖ程度の比較的高い電圧の電源が必要であるといった欠点もあった。このように、従来では、ＰＯＮシステムの開通・故障切り分け調査において信号光が来ているかどうかの確認などが、容易に実施できないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＰＯＮシステムの開通、故障切り分けなどにおける信号光の有無の確認などが、容易に実施できるようにすることを目的とする。

本発明に係る波長チェッカーは、クラッドおよびコアから構成されて基板の上に形成された複数の導波路から構成され、複数の導波路は一定の光路長差を有する複数の導波路からなるアレイ導波路と、基板の上に形成されて、アレイ導波路の光入力端に接続された入力側スラブ導波路と、基板の上に形成されて、アレイ導波路の光出力端に接続された出力側スラブ導波路と、基板の上に形成されて、入力側スラブ導波路の入力側に接続された入力導波路と、基板の上に形成されて、出力側スラブ導波路の出力側に接続された複数の出力導波路と、複数の出力導波路を横切る方向に延在して出力導波路のクラッドに形成された溝部と、溝部に充填され、近赤外光を可視光に変換する変換材料から構成された光変換部とを備える。

上記波長チェッカーの一構成例において、入力側スラブ導波路とアレイ導波路と出力側スラブ導波路とは、平面視の形状が、入力側スラブ導波路の中心と出力側スラブ導波路の中心とを結ぶ線分の中点を通り線分に垂直な直線を中心に線対称となるように形成され、入力導波路は、第１入力導波路と第２入力導波路とからなり、複数の出力導波路の出力側スラブ導波路との接続部分における導波路間隔をΔｘ_outとすると、第１入力導波路の入力側スラブ導波路との接続部分と第２入力導波路の入力側スラブ導波路との接続部分との間の導波路間隔はΔｘ_out／２とされている。

上記波長チェッカーの一構成例において、変換材料は、近赤外光を可視光に変換するりん光体または蛍光体である。

以上説明したように、本発明によれば、複数の出力導波路を横切る方向に延在する溝部を設け、この溝部に近赤外光を可視光に変換する変換材料から構成された光変換部を充填して形成したので、ＰＯＮシステムの開通、故障切り分けなどにおける信号光の有無の確認などが、容易に実施できるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの構成を示す構成図である。図２Ａは、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの一部構成を示す断面図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの一部構成を示す断面図である。図２Ｃは、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの一部構成を示す断面図である。図３は、一般的なアレイ導波路格子の構成を示す構成図である。図４は、アレイ導波路格子の透過スペクトルの計算の結果例を示す特性図である。図５は、実施の形態１に係る波長チェッカーを用いた測定モジュールの構成を示す斜視図である。図６Ａは、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの製造方法を説明するための途中の状態を示す波長チェッカーの断面図である。図６Ｂは、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの製造方法を説明するための途中の状態を示す波長チェッカーの断面図である。図６Ｃは、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの製造方法を説明するための途中の状態を示す波長チェッカーの断面図である。図６Ｄは、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの製造方法を説明するための途中の状態を示す波長チェッカーの断面図である。図６Ｅは、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの製造方法を説明するための途中の状態を示す波長チェッカーの断面図である。図６Ｆは、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーの製造方法を説明するための途中の状態を示す波長チェッカーの断面図である。図７は、本発明の実施の形態２に係る波長チェッカーの構成を示す構成図である。図８Ａは、本発明の実施の形態２に係る波長チェッカーの一部構成を示す平面である。図８Ｂは、本発明の実施の形態２に係る波長チェッカーの一部構成を示す平面である。図９Ａは、アレイ導波路格子の透過スペクトルの計算の結果例を示す特性図である。図９Ｂは、アレイ導波路格子の透過スペクトルの計算の結果例を示す特性図である。図１０は、アレイ導波路格子の透過スペクトルの計算の結果例を示す特性図である。図１１は、実施の形態２に係る波長チェッカーを用いた測定モジュールの構成を示す斜視図である。図１２は、ＮＧ−ＰＯＮ２、１０Ｇ−ＥＰＯＮ（ＸＧ−ＰＯＮ）、ＧＥ−ＰＯＮ（Ｇ−ＰＯＮ）の波長配置の関係を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係る波長チェッカーについて説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１に係る波長チェッカーについて、図１を参照して説明する。この波長チェッカーは、アレイ導波路１０１、入力側スラブ導波路１０２、出力側スラブ導波路１０３、入力導波路１０４、および出力導波路１０５を備える。なお、図１では、波長チェッカーの平面を示している。

アレイ導波路１０１は、一定の光路長差を有する複数の導波路から構成されている。アレイ導波路１０１は、隣り合う２つの導波路の光路長差が一定とされている。入力側スラブ導波路１０２は、アレイ導波路１０１の光入力端に接続されている。出力側スラブ導波路１０３は、アレイ導波路１０１の光出力端に接続されている。入力導波路１０４は、入力側スラブ導波路１０２の入力側に接続されている。出力導波路１０５は、複数設けられ、出力側スラブ導波路１０３の出力側に接続されている。アレイ導波路１０１、入力側スラブ導波路１０２、出力側スラブ導波路１０３、入力導波路１０４、出力導波路１０５により、公知のアレイ導波路格子が構成されている（特許文献１参照）。

また、この波長チェッカーは、複数の出力導波路１０５を横切る方向に延在して出力導波路１０５のクラッドに形成された溝部１０６と、溝部１０６に充填され、近赤外光を可視光に変換する変換材料から構成された光変換部１０７とを備える。溝部１０６は、出力導波路１０５のクラッドに、出力導波路１０５のコアを分断して形成されている。

変換材料は、例えば、近赤外光を可視光に変換するりん光体または蛍光体である。変換材料を、例えば、熱硬化型のシリコーン樹脂に混合し、これを溝部１０６に充填し、加熱して硬化させることで光変換部１０７とすることができる。例えば、「Lumitek International」社製のフォスファー（Phosphor）を用いることができる。例えば、変換材料には、感度が７００ｎｍ〜１７００ｎｍにあるものもある。

実施の形態１における波長チェッカーによれば、アレイ導波路格子により波長毎に分波されて出力導波路１０５を導波する近赤外光が光変換部１０７に到達すると、可視光が発生する。発生した可視光は、出力導波路１０５の導波方向に限らず、等方的に広がり、様々な方向から目視可能である。各々の出力導波路１０５に、分波されて導波する近赤外光の波長は既知であるので、可視光が発生した（目視された）箇所を確認することで、波長の確認が可能となる。

ここで、図２Ａに示すように、入力側スラブ導波路１０２は、例えばＳｉからなる基板１１１の上に形成された下部クラッド層１１２と、下部クラッド層１１２の上に形成されたコア部１０２ａと、コア部１０２ａの上に形成された上部クラッド層１１３とから構成されている。なお、図２Ａは、図１のａａ’線における断面を示している。

また、図２Ｂに示すように、アレイ導波路１０１は、基板１１１の上に形成された下部クラッド層１１２と、下部クラッド層１１２の上に形成された複数のコア部１０１ａと、複数のコア部１０１ａの上に形成された上部クラッド層１１３とから構成されている。なお、図２Ｂは、図１のｂｂ’線における断面を示している。

また、図２Ｃに示すように、溝部１０６は、出力導波路１０５を分断するように、基板１１１に達して形成されている。このように上部クラッド層１１３および下部クラッド層１１２を貫通して形成されている溝部１０６を埋めるように、光変換部１０７が形成されている。なお、図２Ｃは、図１のｃｃ’線における断面を示している。

ここで、アレイ導波路格子についてより詳細に説明する。以下では、アレイ導波路１０１が、８本の導波路から構成され、８本の出力導波路１０５を備える場合を例に説明する（図１では１１本の導波路から構成されるように記載しているが、実際はもっと多い）。このアレイ導波路格子は、入力導波路１０４に入力された多重された８波長の光が、８出力に分岐される。

まず、入力導波路１０４に入力された多重光は、入力側スラブ導波路１０２で回折して広がり、これらの各々が、アレイ導波路１０１の各導波路に結合して導波する。アレイ導波路１０１は、図１の紙面上側（外側）では光路長が長く、図１の紙面下側（内側）にいくに従い、等距離で光路長が短くなっている。アレイ導波路１０１の終端では、アレイ導波路１０１の外側から内側の導波路に沿って位相差がつく。したがって、出力側スラブ導波路１０３に入射した際には、スラブ導波路の形状により生じた扇型の等位相面の傾きが波長によって変わり、波長ごとに、対応する出力導波路１０５に集光（光学的に結合）するようになる。これらの結果、アレイ導波路格子によれば、波長が多重した光を、波長毎に分岐（分波）することができる。

なお、一般に用いられているアレイ導波路格子は、図３に示すように、アレイ導波路５０１が、平面視で円弧のように１カ所で屈曲している。なお、図３において、符号５０２は、入力側スラブ導波路、符号５０３は、出力側スラブ導波路、符号５０４は、入力導波路、符号５０５は、出力導波路をそれぞれ示している。これに対し、実施の形態におけるアレイ導波路格子では、アレイ導波路１０１が、平面視で複数の箇所で屈曲し、平面視でカモメの翼のような形状としている。この点については、後述する。

以下、実施の形態におけるアレイ導波路格子の、アレイ導波路１０１を構成する各導波路の光路長について詳細に説明する。アレイ導波路１０１における隣り合う導波路の光路長差をΔＬとすると、アレイ導波路格子の中心波長λ₀は、以下の式（１）で表される。中心波長λ₀は、通常アレイ導波路格子の出力ポートの中央のポートの透過中心波長である。なお、式（１）において、ｎ_cはアレイ導波路の実効屈折率、ｍは回折次数を表す。

この例では、図１の紙面上側より、最も上段の出力導波路１０５の出力端をポート１、２段目の出力導波路１０５の出力端をポート２、３段目の出力導波路１０５の出力端をポート３、４段目の出力導波路１０５の出力端をポート４、５段目の出力導波路１０５の出力端をポート５、６段目の出力導波路１０５の出力端をポート６、７段目の出力導波路１０５の出力端をポート７、８段目の出力導波路１０５の出力端をポート８とする。

また、アレイ導波路格子のフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）は、以下の式（２）で表される。

なお、式（１）、式（２）に関しては、非特許文献２を参照されたい。

例えば、アレイ導波路格子のフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）を波長１２５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの４００ｎｍ以上にとり、中心波長λ₀を１４５０ｎｍ、波長間隔を５０ｎｍ、出力導波路１０５を８本に設計すると、前述したアクセス系ＰＯＮシステムの全波長領域がカバーできることになる。この場合、ＦＳＲの中心波長は１４５０ｎｍであるから、式（２）から、回折次数ｍを１〜３のいずれかに設定すればよいことになる。

ここで、（１）式より、光路長差ΔＬは、μｍオーダの微小な長さになり、アレイ導波路１０１が、１カ所のみで屈曲する円弧構造では実現できなくなる。このため、実施の形態では、アレイ導波路１０１を、平面視で中央部とこの両脇の部分（両脇部）との複数の箇所で屈曲する構造としている。このように、屈曲箇所を複数設けることで、アレイ導波路１０１の異なる屈曲箇所で、図１の紙面上側（外側）から図１の紙面した側（内側）へかけての光路長の変化を逆転させることができる。

例えば、アレイ導波路１０１を、中央部では、平面視で外側に凸となるように屈曲させ、中央部を挾む両脇部では、平面視で内側に凸となるように屈曲させる。この構成とすることで、アレイ導波路１０１の中央部では、外側（図１の紙面上側）へ行くほど光路長が長くなるが、両脇部は、外側へ行くほど光路長が短くなる。アレイ導波路１０１の中央部における隣り合う導波路間の光路長差と、両脇部における隣り合う光路長差とを異なる値とし、中央部と両脇部とで光路長の変化をある程度相殺させることで、アレイ導波路１０１の全体における微小な長さの光路長差が設定できるようになる。上述した光路長差の詳しい設計は、特許文献１に記載されている。

アレイ導波路格子の透過スペクトルの関数は、ガウス関数で表される。計算の結果例について、図４に示す。出力ポート１の透過中心波長は、１２７５ｎｍである。出力ポート２の透過中心波長は、１３２５ｎｍである。出力ポート３の透過中心波長は、１３７５ｎｍである。出力ポート４の透過中心波長は、１４２５ｎｍである。出力ポート５の透過中心波長は、１４７５ｎｍである。出力ポート６の透過中心波長は、１５２５ｎｍである。出力ポート７の透過中心波長は、１５７５ｎｍである。出力ポート８の透過中心波長は、１６２５ｎｍである。

透過スペクトルの関数について説明する。アレイ導波路格子の透過関数は、損失を無視すれば、式（３）で表すことができる（非特許文献３参照）。

式（３）において、δｆは透過中心周波数からの偏差、Δｘは出力側スラブ導波路１０３に接続している出力導波路１０５の中心位置の間隔、Δｆは隣り合うチャンネル間の中心周波数の間隔、ω₀はスポットサイズである。

ここで、δλを透過中心波長からの偏差、Δλを隣り合うチャンネル間の中心波長の間隔とすると以下の（４）式が成り立ち、式（４）を式（３）に代入すると、式（５）が得られる。周波数領域で表されている式（３）が、式（５）により波長領域で表される。

図４は、アレイ導波路格子の各チャンネルの透過スペクトルを、式（５）を用いて計算した結果を示している。なお、ガウス関数の急峻さを表すパラメータΔｘ／ω₀は、アレイ導波路格子の設計時に調整することができ、このパラメータΔｘ／ω₀は、実施の形態では４．５としている。

ところで、１２５０ｎｍ〜１６５０ｎｍと波長領域が広いので、導波路を構成する石英ガラス中のＯＨ基の吸収により、１３８０ｎｍ近傍の損失などがこの設計のアレイ導波路格子にはある。しかしながら、この波長帯は伝送に用いていないので、このアレイ導波路回折格子の動作特性に影響はない。図４に示す計算結果は、導波路を構成する石英ガラス中のＯＨ基の吸収に関する計算を考慮していない。

また、上述したアレイ導波路格子は、チャンネル間隔が５０ｎｍあるが、石英系導波路を用いた干渉型のフィルタの分波波長の温度依存性は、０．０１ｎｍ／℃である。屋内・屋外での使用環境温度変化が−５℃から３５℃の４０℃としても、上述した温度依存性より波長変動は約０．４ｎｍに相当し、隣り合うチャンネル間隔の１／１００以下であり、分波特性に影響はない。したがって、上述したアレイ導波路格子を実際に使用する際には、ペルチェ素子などを用いて温調をかける必要はない。

また、石英系導波路では、透過スペクトルのＴＥ／ＴＭ偏波依存性が０．１〜０．２ｎｍ程度あるが、本アレイ導波路格子は、隣り合うチャンネル間隔＝分解能が５０ｎｍと大きいので、偏波依存性は無視できる。

次に、実施の形態１における波長チェッカーを用いた測定モジュールについて、図５を参照して説明する。この測定モジュールは、上述した実施の形態１の波長チェッカーを形成したチップ２０１を、アルミニウム基板２０２の上に搭載し、容器２０３に収容している。チップ２０１の出力導波路の出力ポートには、近赤外光を可視光に変換する変換材料から構成された光変換部２０１ａが設けられている。また、チップ２０１の入力導波路端には、ファイバーブロック２０４が接続されている。なお、チップ２０１は、ファイバーブロック２０４より薄いため、チップ２０１とこれより厚いファイバーブロック２０４とを接続するために、ガラス製のスペーサ板２０５がチップ２０１の端部に設けられている。

ファイバーブロック２０４には、確認対象の光信号を入力するためのコネクター２０７が設けられた光ファイバー２０６が接続している。なお、ファイバーブロック２０４とチップ２０１の入力導波路との調芯には、別途、コネクター付光ファイバー（不図示）が用いられる。

上述した測定モジュールのコネクター２０７に、測定対象のＰＯＮシステムの信号が来ているケーブルを接続すると、入力した信号波長により、各々の出力導波路１０５の出力ポートに分派された信号光が振り分けられ、光変換部２０１ａにおいて、信号光が到達した出力ポートの部分で可視光が発生する。光変換部２０１ａに到達した近赤外の信号光は主に導波方向に進むが、変換された可視光は、信号光と同じ方向に進む成分の他に、散乱や自然放出により等方的に拡散する。したがって、光変換部２０１ａで発生する可視光は、測定モジュールの外部から、確認可能であり、また、発光場所も確認可能である。出力ポートを１ｍｍ間隔以上に空けておくと、発光が目視で確認される箇所が、出力ポート毎に識別可能である。出力ポートと波長とは対応しているので、目視で波長を確認することができる。

次に、実施の形態１における光変換部２０１ａの製造について、図６Ａ〜図６Ｆを参照して説明する。

まず、図６Ａに示すように、Ｓｉからなる基板１１１を用意する。次に、図６Ｂに示すように、基板１１１の上に、下部クラッド層１１２を形成し、下部クラッド層１１２の上に、コア形成層３０１を形成する。

例えば、火炎堆積（ＦＨＤ）法により、下部クラッド層１１２，コア形成層３０１が形成できる。まず、酸水素炎中に、原料ガス（主成分：四塩化シリコン)を通し、加熱加水分解したガラス微粒子を基板１１１の上に堆積させ、下部クラッド層１１２となる第１の微粒子層を形成する。引き続き、原料ガスの組成を変更する（ＧｅＯ₂ドーパント濃度を変える）ことで組成の異なるガラス微粒子を第１の微粒子層の上に堆積させ、コア形成層３０１となる第２の微粒子層を形成する。この後、例えば、電気炉などを用いて、第１の微粒子層および第２の微粒子層を加熱することで、各々を透明なガラス組成の膜とすることで、下部クラッド層１１２，コア形成層３０１とする。なお、これらの層は、化学的気相成長法により形成することもできる。

次に、半導体装置の製造に用いられる公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりコア形成層３０１をパターニングすることで、図６Ｃに示すように、入力側スラブ導波路を構成するコア部１０２ａ、出力側スラブ導波路を構成するコア部１０３ａをそれぞれ形成する。図示していないが、このとき同時に、アレイ導波路、入力導波路、出力導波路を構成するコア部も形成する。例えば、フォトリソグラフィー技術により、各コア部とする部分の上にレジストパターンをコア形成層３０１の上に形成する。次に、形成したレジストパターンをマスクとし、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりコア形成層３０１をエッチングし、コア部となる部分を残して他のコア形成層を除去する。この後、レジストパターンを除去すれば、各コア部が形成できる。

次に、図６Ｄに示すように、コア部１０２ａ、コア部１０３ａの上に上部クラッド層１１３を形成する。前述した下部クラッド層１１２と同様に、ＦＨＤ法により、上部クラッド層１１３が形成できる。

次に、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により上部クラッド層１１３および下部クラッド層１１２をパターニングすることで、図６Ｅに示すように、上部クラッド層１１３および下部クラッド層１１２を貫通して基板１１１に到達する溝部１０６を形成する。例えば、フォトリソグラフィー技術により、溝部１０６を形成する箇所に開口を有するレジストパターンを、上部クラッド層１１３の上に形成する。次に、形成したレジストパターンをマスクとし、ＲＩＥにより上部クラッド層１１３および下部クラッド層１１２をエッチングし、溝部１０６となる部分を除去する。この後、レジストパターンを除去すれば、溝部１０６が形成できる。この後、溝部１０６に近赤外光を可視光に変換する変換材料を充填することで、図６Ｆに示すように、光変換部１０７を形成する。

なお、石英系導波路を通る光は、コア部とクラッドとの屈折差により、主にコア部に閉じ込められて伝搬する。石英系ガラスで構成するコア部とクラッドとの比屈折率差は、０．３％程度から１０％程度の間であればよい。一般に、比屈折率差が大きくなるほど、導波路の曲げ半径を小さくしても、曲げに伴う導波損失が生じなくなり、曲げ半径を小さくできる。したがって、アレイ導波路格子の小型化が可能となり、波長チェッカーの小型化が可能になる。

ただし、比屈折率差を大きくすると、導波路のシングルモード条件もしくは疑似シングルモード条件を維持するために、導波路のモードフィールド径が小さくなる。このように、モードフィールド径が小さい導波路と光ファイバーとの光学的な接続では、接続損失を防止するために、接続部分にスポットサイズ変換器などを配置することが重要となる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る波長チェッカーについて、図７を参照して説明する。この波長チェッカーは、アレイ導波路１０１、入力側スラブ導波路１０２、出力側スラブ導波路１０３、および出力導波路１０５を備える。また、この波長チェッカーは、溝部１０６および光変換部１０７を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。

実施の形態２における波長チェッカーは、第１入力導波路１０４ａ，第２入力導波路１０４ｂが、入力側スラブ導波路１０２の入力側に接続されている。複数の出力導波路１０５の出力側スラブ導波路１０３との接続部分における導波路間隔をΔｘ_outとすると、第１入力導波路１０４ａの入力側スラブ導波路１０２との接続部分と、第２入力導波路１０４ｂの入力側スラブ導波路１０２との接続部分との間の導波路間隔は，Δｘ_out／２とされている。また、実施の形態２において、入力側スラブ導波路１０２とアレイ導波路１０１と出力側スラブ導波路１０３とは、平面視の形状が、入力側スラブ導波路１０２の中心と出力側スラブ導波路１０３の中心とを結ぶ線分の中点を通り線分に垂直な直線を中心に線対称とされている。入力側スラブ導波路１０２は、入力導波路に接している側とアレイ導波路に接している側とは同じ曲率の円弧になっている。従って、入力側スラブ導波路の中心はスラブ導波路の外形を構成している直線と円弧が交わる４つの点を対角に結んだ直線の交点となる。出力側スラブ導波路１０３においても同様である。

以下、より詳細に説明する。

第１入力導波路１０４ａを入力側スラブ導波路１０２の中心に接続する。また出力側スラブ導波路１０３の中心に対し、各々の出力導波路１０５を導波路間隔Δｘ_outで接続し、出力導波路１０５の各々に対して透過中心波長がλ１、λ２、λ３、・・・λ８と等波長間隔で分岐されているものとする。また、第２入力導波路１０４ｂは、第１入力導波路１０４ａに対して導波路間隔Δｘ＝Δｘ_outで入力側スラブ導波路１０２に接続する（図８Ａ，図８Ｂ参照）。

前述したように、入力側スラブ導波路１０２、アレイ導波路１０１、出力側スラブ導波路１０３の平面視の形状が線対称とされていれば（非特許文献２参照）、以下のことが成立する。

第１入力導波路１０４ａに対して第２入力導波路１０４ｂをずらして接続すると、第２入力導波路１０４ｂに入力される波長多重光は、出力導波路１０５の各々に対し、透過中心波長が、λ２、λ３、λ４、・・・λ９と、等間隔に分岐される。これは、第２入力導波路１０４ｂが１個分ずれたので、アレイ導波路１０１に達するときの波面が傾き、この結果、出力導波路１０５に到達した際の波面が傾き、同じ波長は、１個分だけずれた出力導波路１０５に集光されることになるからである。

第１入力導波路１０４ａと第２入力導波路１０４ｂとの導波路間隔Δｘ=Δｘ_out／２とすると、隣り合うチャンネル間の中心波長間隔をΔλとして、透過中心波長がλ１＋Δλ／２、λ２＋Δλ／２、λ３＋Δλ／２、・・・λ８＋Δλ／２となる。なお、Δλ＝λ２−λ１＝λ３−λ２＝・・・＝λ９−λ８である。

実施の形態２におけるアレイ導波路格子の設計を実施の形態１の場合と同様にすると、第１入力導波路１０４ａから入力されてアレイ導波路格子を透過するスペクトル（計算値）は，図９Ａに示すように、実施の形態１の場合の透過スペクトルと同じスペクトルになる。つまり、出力導波路１０５の各々の透過中心波長は、１２７５ｎｍ、１３２５ｎｍ、１３７５ｎｍ、１４２５ｎｍ、１４７５ｎｍ、１５２５ｎｍ、１５７５ｎｍ、１６２５ｎｍとなる。

一方、第２入力導波路１０４ｂから入力されてアレイ導波路格子を透過するスペクトル（計算値）は、図９Ｂに示すように、波長間隔の半分だけずれて、１３００ｎｍ、１３５０ｎｍ、１４００ｎｍ、１４５０ｎｍ、１５００ｎｍ、１５５０ｎｍ、１６００ｎｍ、１６５０ｎｍとなる。つまり、第１入力導波路１０４ａからの透過スペクトルと、第２入力導波路１０４ｂからのスペクトルとは互い違いになる。

アレイ導波路格子への入力導波路が１本ある場合に比べて、第１入力導波路１０４ａ，第２入力導波路１０４ｂがある効果は、以下の通りである。入力導波路が１本の場合、隣り合う出力導波路１０５の透過スペクトル間の波長の光が入力された場合に、透過率が低くなっているために、近赤外光から可視光に変換された光も弱くなっており、光変換部１０７における発光が認識できない場合がある。

例えば、図９Ａの波長１３００ｎｍにおけるポート１、ポート２における透過光強度は、最も透過する波長（波長１２７５ｎｍや１３２５ｎｍ）に比較して２０ｄＢも劣化してしまう。

これに対し、第１入力導波路１０４ａ，第２入力導波路１０４ｂを用いる場合、第２入力導波路１０４ｂにも信号光を入力することにより、波長１３００ｎｍにおけるポート１の透過光強度は、最も透過する波長となる。この結果、第１入力導波路１０４ａ，第２入力導波路１０４ｂを用いることにより、図９Ａと図９Ｂを重ね合わせた図１０に示すように、最も透過しない波長でも最大透過波長に比較して５ｄＢ劣化で済むことがわかる（波長１２５０ｎｍ周辺を除く）。

したがって、入力導波路を１本として信号光を入れても、信号光に対する透過光強度が弱いため波長がわからない場合も、第１入力導波路１０４ａ，第２入力導波路１０４ｂを用いて両者に信号光を入れることで、光変換部１０７におけるより強い発光が得られ、より確実な波長の認識が可能となる。

次に、実施の形態２における波長チェッカーを用いた測定モジュールについて、図１１を参照して説明する。この測定モジュールは、上述した実施の形態２の波長チェッカーを形成したチップ２０１’を、アルミニウム基板２０２の上に搭載し、容器２０３に収容している。チップ２０１’の出力導波路の出力ポートには、近赤外光を可視光に変換する変換材料から構成された光変換部２０１ａが設けられている。また、チップ２０１’の入力導波路端には、ファイバーブロック２０４が接続されている。なお、チップ２０１’は、薄いため、これより厚いファイバーブロック２０４を接続するために、ガラス製のスペーサ板２０５がチップ２０１’の端部に設けられている。

ファイバーブロック２０４には、確認対象の光信号を入力するためのコネクター２０７ａが設けられた光ファイバー２０６ａと、コネクター２０７ｂが設けられた光ファイバー２０６ｂとが接続している。なお、ファイバーブロック２０４とチップ２０１’の入力導波路との調芯には、別途、コネクター付光ファイバー（不図示）が用いられる。

以上に説明したように、本発明によれば、複数の出力導波路を横切る方向に延在する溝部を設け、この溝部に近赤外光を可視光に変換する変換材料から構成された光変換部を充填して形成したので、ＰＯＮシステムの開通、故障切り分けなどにおける信号光の有無の確認などが、容易に実施できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…アレイ導波路、１０２…入力側スラブ導波路、１０３…出力側スラブ導波路、１０４…入力導波路、１０５…出力導波路、１０６…溝部、１０７…光変換部。

Claims

クラッドおよびコアから構成されて基板の上に形成された複数の導波路から構成され、前記複数の導波路は一定の光路長差を有する複数の導波路からなるアレイ導波路と、
前記基板の上に形成されて、前記アレイ導波路の光入力端に接続された入力側スラブ導波路と、
前記基板の上に形成されて、前記アレイ導波路の光出力端に接続された出力側スラブ導波路と、
前記基板の上に形成されて、前記入力側スラブ導波路の入力側に接続された入力導波路と、
前記基板の上に形成されて、前記出力側スラブ導波路の出力側に接続された複数の出力導波路と、
前記複数の出力導波路を横切る方向に延在して前記出力導波路のクラッドに形成された溝部と、
前記溝部に充填され、近赤外光を可視光に変換する変換材料から構成された光変換部と
を備えることを特徴とする波長チェッカー。
請求項１記載の波長チェッカーにおいて、
前記入力側スラブ導波路と前記アレイ導波路と前記出力側スラブ導波路とは、
平面視の形状が、前記入力側スラブ導波路の中心と前記出力側スラブ導波路の中心とを結ぶ線分の中点を通り前記線分に垂直な直線を中心に線対称となるように形成され、
前記入力導波路は、第１入力導波路と第２入力導波路とからなり、
前記複数の出力導波路の前記出力側スラブ導波路との接続部分における導波路間隔をΔｘ_outとすると、前記第１入力導波路の前記入力側スラブ導波路との接続部分と前記第２入力導波路路の前記入力側スラブ導波路との接続部分との間の導波路間隔はΔｘ_out／２とされている
ことを特徴とする波長チェッカー。
請求項１または２記載の波長チェッカーにおいて、
前記変換材料は、近赤外光を可視光に変換するりん光体または蛍光体であることを特徴とする波長チェッカー。