JP3114698B2 - Array waveguide grating - Google Patents

Array waveguide grating

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JP3114698B2
JP3114698B2 JP10161231A JP16123198A JP3114698B2 JP 3114698 B2 JP3114698 B2 JP 3114698B2 JP 10161231 A JP10161231 A JP 10161231A JP 16123198 A JP16123198 A JP 16123198A JP 3114698 B2 JP3114698 B2 JP 3114698B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はアレイ導波路格子
(AWG)に関し、特に高密度波長多重光ファイバ通信
システムに用いられる波長選択フィルタやアッドドロッ
プマックス(ADM)フィルタとして使用されるアレイ
導波路格子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an arrayed waveguide grating (AWG), and more particularly to an arrayed waveguide grating used as a wavelength selective filter or an add-drop (ADM) filter used in a high-density wavelength division multiplexed optical fiber communication system. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】アレイ導波路格子は、高密度波長多重光
ファイバ通信システムに用いられる波長選択フィルタ、
アッドドロップマックスフィルタとして重要であり、内
外で盛んに研究開発が行われている。かかるアレイ導波
路フィルタは多入力多出力型のフィルタデバイスであ
り、波長多重された信号をある入力端に導入した場合、
各出力端に多重化された信号を分離する機能を有し、ま
たその逆の動作を行わせることが可能である。また、石
英導波路を用いて構成することにより、ファイバとの結
合において数dB程度の低挿入損失動作を実現できるた
め、特に重要である。
2. Description of the Related Art Array waveguide gratings are wavelength-selective filters used in high-density wavelength division multiplexed optical fiber communication systems,
It is important as an add-drop max filter, and research and development are being actively conducted inside and outside. Such an arrayed waveguide filter is a multi-input multi-output type filter device, and when a wavelength-multiplexed signal is introduced to a certain input terminal,
Each output terminal has a function of separating the multiplexed signal, and it is possible to perform the reverse operation. The use of a quartz waveguide is particularly important because a low insertion loss operation of about several dB can be realized in coupling with a fiber.

【0003】図7は従来のアレイ導波路格子の全体図で
ある。アレイ導波路は、例えば、1996年電子情報学
会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集1、C
−3p162に記述されているように、数本の入力導波
路1、この入力導波路1より入射される入力側スラブ導
波路2、この入力側スラブ導波路2の反対端に取付けら
れた多数の導波路よりなるアレイ導波路3、このアレイ
導波路3の他端に取付けられた出力側スラブ導波路4、
このスラブ導波路4の他端に取付けられた数本の出力導
波路5よりなる。
FIG. 7 is an overall view of a conventional arrayed waveguide grating. The array waveguide is described in, for example, Proc.
-3p162, several input waveguides 1, an input side slab waveguide 2 incident from the input waveguide 1, and a number of input waveguides 1 attached to opposite ends of the input side slab waveguide 2. An array waveguide 3 composed of a waveguide, an output-side slab waveguide 4 attached to the other end of the array waveguide 3,
It consists of several output waveguides 5 attached to the other end of the slab waveguide 4.

【0004】入力導波路1から入射した光信号は入力側
スラブ導波路2に入射し、多数の導波路よりなるアレイ
導波路3に等位相で入射する。アレイ導波路3の入力
端、入力導波路1の出力端はそれぞれ円周上に配置され
ており、アレイ導波路3の入力端が配置される円周の半
径は入力導波路1の出力端が配置される円周の半径の2
倍であり、アレイ導波路3の入力端が配置される円周の
中心は入力導波路1の出力端が配置される円周上に配置
されている。
An optical signal incident from an input waveguide 1 is incident on an input side slab waveguide 2 and is incident on an arrayed waveguide 3 composed of a number of waveguides at an equal phase. The input end of the array waveguide 3 and the output end of the input waveguide 1 are arranged on the circumference, respectively, and the radius of the circumference where the input end of the array waveguide 3 is arranged is determined by the output end of the input waveguide 1. 2 of the radius of the placed circle
The center of the circumference where the input end of the arrayed waveguide 3 is arranged is arranged on the circumference where the output end of the input waveguide 1 is arranged.

【0005】アレイ導波路3において、各導波路は等間
隔の位相差を付与するように調整されており、このアレ
イ導波路3の他端には出力側スラブ導波路4が配置され
ている。アレイ導波路3、出力側スラブ導波路4、出力
導波路5の配置は入力側と同様に、アレイ導波路3の出
力端、出力導波路6の入力端はそれぞれ円周上に配置さ
れており、アレイ導波路3の出力端が配置される円周の
半径は出力導波路5の入力端が配置される円周の半径の
2倍であり、アレイ導波路3の出力端が配置される円周
の中心は出力導波路5の入力端が配置される円周上に配
置されている。
[0005] In the arrayed waveguide 3, each waveguide is adjusted so as to give a phase difference at equal intervals, and an output side slab waveguide 4 is arranged at the other end of the arrayed waveguide 3. As for the arrangement of the array waveguide 3, the output side slab waveguide 4, and the output waveguide 5, the output end of the array waveguide 3 and the input end of the output waveguide 6 are arranged on the circumference similarly to the input side. The radius of the circumference where the output end of the array waveguide 3 is arranged is twice the radius of the circumference where the input end of the output waveguide 5 is arranged, and the circle where the output end of the array waveguide 3 is arranged. The center of the circumference is arranged on the circumference where the input end of the output waveguide 5 is arranged.

【0006】アレイ導波路格子の性能指標の一つに、選
択するべき波長の光のパワーに対する他の波長の光のパ
ワーの比で定義され、チャンネル間の信号の洩れを表す
クロストークがあるが、高品位の通信を実現するために
は低いクロストークの実現が必要である。低いクロスト
ークの実現を達成するために従来幾つかの方法が考えら
れている。その一つはK.Takada,H.Yamada,Y.Inoue, Opt
ical Low Coherence Method for Characterizing Silic
a-Based Arrayed-Waveguide, Journal of Lightwave Te
chnology, Vol114, No.7., 1996 で述べられているよう
に、アレイ導波路部の導波路の位相、分配パワーを測定
し、その位相誤差を打ち消すようにアレイ導波路部の各
導波路の光路長を調整することによりクロストークを低
くするという方法である。
One of the performance indexes of the arrayed waveguide grating is crosstalk, which is defined by the ratio of the power of light of another wavelength to the power of light of the wavelength to be selected and indicates signal leakage between channels. In order to realize high-quality communication, low crosstalk must be realized. Conventionally, several methods have been considered to achieve low crosstalk. One of them is K. Takada, H. Yamada, Y. Inoue, Opt
ical Low Coherence Method for Characterizing Silic
a-Based Arrayed-Waveguide, Journal of Lightwave Te
As described in Chnology, Vol. 114, No. 7, 1996, the phase and distribution power of the waveguides in the arrayed waveguide are measured, and each waveguide in the arrayed waveguide is measured so as to cancel the phase error. This is a method of reducing crosstalk by adjusting the optical path length.

【0007】この方法により、チャネル間隔100GHzのク
ロストークは−39dB、チャネル間隔10GHzのク
ロストークは−29dBと比較的低いクロストークレベ
ルを実現できることが示されている。しかしながら、ク
ロストークを劣化させる要因は位相誤差だけでなく、ア
レイ導波路部におけるパワーの分配誤差にも起因し、従
来方法ではパワーの分配誤差に起因するクロストークの
劣化を抑制することが困難となっている。
According to this method, it is shown that a relatively low crosstalk level of -39 dB can be realized at a channel spacing of 100 GHz and -29 dB can be realized at a channel spacing of 10 GHz. However, the cause of the crosstalk degradation is not only the phase error but also the power distribution error in the array waveguide, and it is difficult to suppress the crosstalk degradation due to the power distribution error in the conventional method. Has become.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来のアレイ導波路部
において、屈折率を制御することにより光の位相を制御
しクロストークの改善が行なわれていたが、上述した様
に、現実には位相誤差だけでなく、スラブ導波路部にお
けるパワーの分岐比の誤差及び各アレイ導波路の伝搬損
失の誤差に起因するパワーの分配誤差も存在しており、
その誤差がクロストークを劣化させる。
In the conventional array waveguide section, the phase of the light is controlled by controlling the refractive index to improve the crosstalk. In addition to the error, there are also power distribution errors due to errors in the power branching ratio in the slab waveguide portion and errors in the propagation loss of each array waveguide,
The error degrades crosstalk.

【0009】本発明の目的は、アレイ導波路部における
パワーの分配誤差を抑制することにより、アレイ導波路
格子のクロストーク特性を改善することが可能なアレイ
導波路格子を提供することである。
An object of the present invention is to provide an arrayed waveguide grating capable of improving a crosstalk characteristic of the arrayed waveguide grating by suppressing a power distribution error in the arrayed waveguide portion.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、一また
は複数の入力導波路と、前記入力導波路に接続された入
力側スラブ導波路と、前記入力側スラブ導波路に接続さ
れ光路長の異なる複数の導波路を有するアレイ導波路部
と、前記アレイ導波路部に接続された出力側スラブ導波
路と、前記出力側スラブ導波路に接続された複数の出力
導波路とを有するアレイ導波路格子であって、前記アレ
イ導波路部の各導波路に光パワー可変機構を有すること
を特徴とするアレイ導波路格子が得られる。
According to the present invention, one or more input waveguides, an input slab waveguide connected to the input waveguide, and an optical path length connected to the input slab waveguide are provided. An array waveguide having a plurality of different waveguides, an output slab waveguide connected to the array waveguide, and a plurality of output waveguides connected to the output slab waveguide. An arrayed waveguide grating is obtained, wherein each waveguide in the arrayed waveguide section has a variable optical power mechanism.

【0011】本発明の作用を述べる。アレイ導波路にお
いて、アレイ導波路を形成する各導波路に光パワー可変
機構を設け、光パワーを調整することによりアレイ導波
路を形成する導波路の光パワーを所用のパワーに校正す
ることにより、従来のアレイ導波路格子よりもクロスト
ークの優れたアレイ導波路格子を製造することができ
る。
The operation of the present invention will be described. In the array waveguide, an optical power variable mechanism is provided for each waveguide forming the array waveguide, and the optical power of the waveguide forming the array waveguide is calibrated to a required power by adjusting the optical power. An arrayed waveguide grating having more excellent crosstalk than a conventional arrayed waveguide grating can be manufactured.

【0012】アレイ導波路を形成する各導波路に形成さ
れた光パワー可変機構において光パワーを変化させるこ
とにより、光パワー可変機構は各導波路の光パワーを自
由に変化させることことができる。それに伴い、アレイ
導波路部の位相差に変化が生じるが、その変化に対して
は光パワーの調整を行なった後に直線導波路部に前記し
た屈折率/幾何学的パラメータを変化することにより調
整することができる。
By changing the optical power in the optical power variable mechanism formed in each waveguide forming the arrayed waveguide, the optical power variable mechanism can freely change the optical power of each waveguide. Along with this, a change occurs in the phase difference of the arrayed waveguide portion, and the change is adjusted by changing the refractive index / geometric parameter in the straight waveguide portion after adjusting the optical power. can do.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は第1の実施の
形態によるアレイ導波路格子の全体図であり、図7と同
等部分は同一符号により示している。図1を参照する
と、アレイ導波路格子は、数本の入力導波路1と、この
入力導波路1より入射される入力側スラブ導波路2と、
この入力側スラブ導波路2の反対端に取付けられた多数
の導波路よりなるアレイ導波路3と、このアレイ導波路
3を構成する導波路に接続され、結合率を制御できる光
パワー可変機構6と、この光パワー可変機構6よりアレ
イ導波路から分岐される光を取出す出力部8と、当該ア
レイ導波路3の他端に取付けられた出力側スラブ導波路
4と、このスラブ導波路の他端に取付けられた数本の出
力導波路5とからなる。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view of an arrayed waveguide grating according to the first embodiment, and the same parts as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals. Referring to FIG. 1, the arrayed waveguide grating includes several input waveguides 1, an input-side slab waveguide 2 incident from the input waveguide 1,
An arrayed waveguide 3 composed of a number of waveguides attached to the opposite end of the input side slab waveguide 2 and an optical power variable mechanism 6 connected to the waveguides constituting the arrayed waveguide 3 and capable of controlling a coupling ratio. An output section 8 for extracting light branched from the array waveguide by the optical power variable mechanism 6, an output slab waveguide 4 attached to the other end of the array waveguide 3, And several output waveguides 5 attached to the ends.

【0014】アレイ導波路部を構成する各導波路へ分配
されているパワーおよび位相を予めめ測定することがで
きる。例えば、測定方法は低コヒーレントフーリエ測定
法(K.Takada,H.Yamada,Y.Inoue, Optical Low Coherenc
e Method forCharacterizingSilica-Based Arrayed-Wav
eguide, Journal of Lightwave Technology, Vol114,N
o.7., 1996) 等を用いる。
The power and phase distributed to each waveguide constituting the arrayed waveguide can be measured in advance. For example, the measurement method is a low coherent Fourier measurement method (K. Takada, H. Yamada, Y. Inoue, Optical Low Coherenc).
e Method for Characterizing Silica-Based Arrayed-Wav
eguide, Journal of Lightwave Technology, Vol114, N
o.7., 1996).

【0015】この方法等によって測定されたデータを元
に、光パワー可変機構6において、屈折率または形状を
変化させることにより結合率を制御することができる。
予めアレイ導波路格子の入力導波路1及び出力導波路5
より光信号を入射させ、出力部8の各ポートの光パワー
を測定することにより、結合率の変化量は精密に測定す
ることができ、調整しているその場での測定も可能であ
る。
The coupling ratio can be controlled by changing the refractive index or the shape in the optical power variable mechanism 6 based on the data measured by this method or the like.
The input waveguide 1 and output waveguide 5 of the arrayed waveguide grating
By injecting more optical signals and measuring the optical power of each port of the output unit 8, the amount of change in the coupling ratio can be accurately measured, and the on-site measurement that is being adjusted is also possible.

【0016】上記方法を用いてパワーを調整した後、再
び前述の低コヒーレントフーリエ測定法等を用いて位相
の測定を行ない、位相調整を行なうことによりアレイ導
波路部におけるパワーと位相を完全に制御することが可
能となり、これにより高いクロストーク性能が得られ
る。
After the power is adjusted using the above method, the phase is measured again using the above-described low coherent Fourier measurement method or the like, and the power and phase in the array waveguide section are completely controlled by performing the phase adjustment. And thereby high crosstalk performance can be obtained.

【0017】図2は理想的なアレイ導波路格子の動作説
明図である。図2を用いてアレイ導波路格子の動作を説
明するが、図2では、簡単化のために入力側及び出力側
の各スラブ導波路2及び4の構造は、台形的に示してい
るが、基本的に図7のそれと同一であり、また、簡単化
のために入力導波1は一本のみを、出力導波5は3
本のみを、またアレイ導波路3は4本のみを夫々示すに
止まる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of an ideal arrayed waveguide grating. The operation of the arrayed waveguide grating will be described with reference to FIG. 2. In FIG. 2, for simplicity, the structures of the input-side and output-side slab waveguides 2 and 4 are shown as trapezoids. basically it is the same as that of FIG. 7, also the input waveguide path 1 is the only one for simplicity, the output waveguides 5 3
Only one book and only four array waveguides 3 are shown.

【0018】入力導波路1の導波路の光モードはほぼガ
ウス型であり、入力側スラブ導波路2に入射した時の電
場の分布9は同様にほぼガウス型である。入力側スラブ
導波路2を伝搬した光はガウス分布の形状を保ったまま
伝搬していき、入力側スラブ導波路2の出口において電
場分布11はガウス型、位相分布10のように円弧状の
状態となる。この電場、位相プロファイルのままアレイ
導波路3の各導波路に光は分配され、アレイ導波路3の
各導波路に設けられた等間隔の光路長差を付与され、波
長毎に異なった位相差を与えられて光アレイ導波路3の
出力部に導入される。
The optical mode of the waveguide of the input waveguide 1 is substantially Gaussian, and the distribution 9 of the electric field when entering the input side slab waveguide 2 is also substantially Gaussian. The light propagating through the input side slab waveguide 2 propagates while maintaining the shape of the Gaussian distribution. At the exit of the input side slab waveguide 2, the electric field distribution 11 is Gaussian and the arc distribution is like a phase distribution 10. Becomes The light is distributed to the respective waveguides of the array waveguide 3 while maintaining the electric field and the phase profile, and the equally spaced optical path lengths provided in the respective waveguides of the array waveguide 3 are provided. And is introduced into the output of the optical array waveguide 3.

【0019】現在ある波長についてのみ考えると、位相
分布12、電場分布13は位相分布10、電場分布11
と同形となる場合に出力スラブ導波路4を伝搬して結合
される出力導波路5の入力端で綺麗なガウス型となる。
この時に最もクロストークレベルが低くなることは自明
である。
Considering only the current wavelength, the phase distribution 12 and the electric field distribution 13 are the phase distribution 10 and the electric field distribution 11
When the output waveguide 5 has the same shape as that described above, a beautiful Gaussian shape is formed at the input end of the output waveguide 5 which is transmitted and coupled through the output slab waveguide 4.
At this time, it is obvious that the crosstalk level becomes the lowest.

【0020】図3はアレイ導波路格子のクロストーク劣
化説明図である。図3を用いてアレイ導波路格子の動作
の劣化について説明する。図2の説明と同様に光はアレ
イ導波路部3を伝搬していき、出力スラブ導波路4に入
射するが、この時アレイ導波路部の導波路の屈折率ばら
つき、導波路の形状ばらつき等の要因により、光路長差
は設計値と異なり、位相分布12´は理論値の位相分布
12とずれを生じ、また導波路の製造時のばらつきによ
り電場分布13´は理論値の電場分布13とずれを生じ
る。これに起因して、出力スラブ導波路内での結像に収
差が生じ、結合される出力導波路5の入力端での電場分
布14´は綺麗なガウス型とならずにサイドローブにノ
イズ状の裾を発生し、クロストークの劣化を発生させ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of crosstalk degradation of the arrayed waveguide grating. The deterioration of the operation of the arrayed waveguide grating will be described with reference to FIG. As in the description of FIG. 2, light propagates through the arrayed waveguide section 3 and enters the output slab waveguide 4. At this time, variations in the refractive index of the waveguide in the arrayed waveguide section, variations in the shape of the waveguide, etc. The optical path length difference is different from the design value due to the above factor, and the phase distribution 12 'is shifted from the theoretical value phase distribution 12, and the electric field distribution 13' is different from the theoretical value electric field distribution 13 due to the variation at the time of manufacturing the waveguide. A shift occurs. Due to this, an aberration occurs in the image formed in the output slab waveguide, and the electric field distribution 14 'at the input end of the output waveguide 5 to be coupled does not have a beautiful Gaussian shape but has a noise-like side lobe. And the crosstalk is degraded.

【0021】図5を用いて本発明におけるクロストーク
改善について説明する。アレイ導波路内の各導波路間の
パワーのばらつき、位相のばらつきは、前述の低コヒー
レントフーリエ測定法により測定できるので、そのデー
タを元に光パワー可変機構6の屈折率または形状を制御
することにより、アレイ導波路の出力部の電場分布を電
場分布14の形に近づけるようにパワーを調整する。
The improvement of crosstalk in the present invention will be described with reference to FIG. Since the variation in power and the variation in phase between each waveguide in the arrayed waveguide can be measured by the aforementioned low coherent Fourier measurement method, it is necessary to control the refractive index or the shape of the optical power variable mechanism 6 based on the data. Thus, the power is adjusted so that the electric field distribution at the output portion of the arrayed waveguide approaches the shape of the electric field distribution 14.

【0022】このパワーの調整は例えば光パワー可変機
構6の構成材料としてゲルマニウムをドープした石英導
波路を用い、この光パワー可変機構6に紫外線を照射す
ることにより生じる屈折率変化(紫外線誘起屈折率変
化)を用いることが簡便であるが、光パワー可変機構6
にヒータ電極を形成し電流を流すことにより発生する熱
光学効果を用いても良いし、電気光学効果を有する媒質
を光導波路材料として用いるならば電気光学効果を用い
ても良い。また、半導体光アンプ等のゲインが可変でき
るアクティブデバイスを実装し、注入電流を変化させる
ことにより光パワーを変化させることも可能である。
The power is adjusted by, for example, using a quartz waveguide doped with germanium as a constituent material of the variable optical power mechanism 6 and irradiating the variable optical power mechanism 6 with ultraviolet rays. Change) is simple, but the optical power variable mechanism 6
A thermo-optic effect generated by forming a heater electrode on the substrate and passing a current may be used, or an electro-optic effect may be used if a medium having an electro-optic effect is used as an optical waveguide material. It is also possible to change the optical power by mounting an active device such as a semiconductor optical amplifier that can change the gain and changing the injection current.

【0023】このようにしてアレイ導波路3の出力部に
おける電場分布を制御した際、一般的に屈折率が変化し
てしまうので、位相もずれる。そのため、再び低コヒー
レントフーリエ測定法により位相誤差を測定し、前記文
献(K.Takada,H.Yamada,Y.Inoue, Optical Low Coherenc
e Method for Characterizing Silica-Based Arrayed-W
aveguide,Journal of Lightwave Technology, Vol114,
No.7., 1996)の例の様に、各アレイ導波路を構成する導
波路の屈折率の制御を行なうことにより、位相誤差を極
小化することにより、位相だけでなく電場分布も最適化
されたアレイ導波路格子が得られる。
When the electric field distribution at the output portion of the arrayed waveguide 3 is controlled in this manner, the phase generally shifts because the refractive index generally changes. Therefore, the phase error was measured again by the low coherent Fourier measurement method, and the above-mentioned literature (K. Takada, H. Yamada, Y. Inoue, Optical Low Coherenc
e Method for Characterizing Silica-Based Arrayed-W
aveguide, Journal of Lightwave Technology, Vol114,
As in the example of No.7, 1996), by controlling the refractive index of the waveguides that make up each array waveguide, the phase error is minimized, and not only the phase but also the electric field distribution is optimized. The obtained arrayed waveguide grating is obtained.

【0024】図6は全ての調整が終了したアレイ導波路
格子の動作説明図である。アレイ導波路部3の出力部に
おける電場分布13、位相分布12は理想値に近くな
り、この時に結像される電場分布14はガウス型とな
り、クロストークレベルを低減することができることが
分かる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the arrayed waveguide grating after all adjustments have been completed. It can be seen that the electric field distribution 13 and the phase distribution 12 at the output of the arrayed waveguide section 3 are close to ideal values, and the electric field distribution 14 imaged at this time is of a Gaussian type, so that the crosstalk level can be reduced.

【0025】[0025]

【実施例】図4は本発明によるアレイ導波路格子の実施
例の断面図である。図4を参照すると、基板15上に下
層クラッド層16、下層クラッド層16より屈折率が高
く調整してあるコア17、このコア17より屈折率が低
く調整してある上層クラッド層18により形成されてい
る。基板15の材料として、シリコン、ガラス基板、セ
ラミック基板等のような基板が一般的に用いられるが、
コストが低く、容易に異方性エッチングによるファイバ
ガイドが形成でき、電気回路のハイブリッド化に適して
いるシリコン基板を用いるのが良いと考えられる。
FIG. 4 is a sectional view of an embodiment of an arrayed waveguide grating according to the present invention. Referring to FIG. 4, a lower cladding layer 16, a core 17 whose refractive index is adjusted to be higher than that of the lower cladding layer 16, and an upper cladding layer 18 whose refractive index is adjusted to be lower than that of the core 17 are formed on a substrate 15. ing. As a material of the substrate 15, a substrate such as silicon, a glass substrate, and a ceramic substrate is generally used.
It is considered preferable to use a silicon substrate which is low in cost, can easily form a fiber guide by anisotropic etching, and is suitable for hybridization of electric circuits.

【0026】コア層17、下層および上層クラッド層1
6、18の材料はリン、ゲルマニウム、チタン、ボロ
ン、フッ素等を石英中に添加した材料を用い、光の通る
コア9、10の部分をクラッド8、11の部分よりも高
い屈折率に制御することにより得られる。石英層の成膜
方法としては常圧CVD法、火炎堆積法、スパッタ法、
スピンコート法、電子ビーム蒸着法等が主として用いら
れる。
Core layer 17, lower layer and upper clad layer 1
The materials 6 and 18 are made of a material in which phosphorus, germanium, titanium, boron, fluorine and the like are added to quartz, and the cores 9 and 10 through which light passes are controlled to have a higher refractive index than the claddings 8 and 11. It can be obtained by: As a method for forming a quartz layer, a normal pressure CVD method, a flame deposition method, a sputtering method,
Spin coating, electron beam evaporation, and the like are mainly used.

【0027】コア層17を成膜した後にフォトリソグラ
フィーを用いて導波路を作成する領域をコア層17に転
写し、反応性イオンエッチング(RIE)装置や反応性
イオンビームエッチング(RIBE)装置等を用いるド
ライエッチング法によりコア層17をエッチングし、そ
の後に屈折率を該コア層17よりも低く調整した上層ク
ラッド層18を成膜する。光パワー可変機構は方向性結
合器を用い、その屈折率を変化させることにより完全結
合長が変化し、結合率が変化し、パワーの調整が可能と
なる。
After the core layer 17 is formed, a region for forming a waveguide is transferred to the core layer 17 using photolithography, and a reactive ion etching (RIE) apparatus, a reactive ion beam etching (RIBE) apparatus, or the like is used. The core layer 17 is etched by a dry etching method to be used, and thereafter, an upper clad layer 18 whose refractive index is adjusted to be lower than that of the core layer 17 is formed. The optical power variable mechanism uses a directional coupler, and by changing its refractive index, the complete coupling length changes, the coupling rate changes, and the power can be adjusted.

【0028】図5はアレイ導波路格子の調整前の動作説
明図である。また、図6は調整した後の動作説明図であ
る。ダイシングによりチップを切出してえられるアレイ
導波路格子のアレイ導波路部3の位相、パワーを測定し
た結果得られた位相分布、電場分布を12´、13´で
表す。まず、電場分布13´を修正後の理想値13とず
れを検出した後、そのずれを修正するように光パワー可
変機構6の屈折率を紫外線照射屈折率変化により変化さ
せた。この際、紫外線はArFエキシマレーザーを用
い、屈折率変化はショット数で制御した。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation before the adjustment of the arrayed waveguide grating. FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation after the adjustment. The phase distribution and electric field distribution obtained as a result of measuring the phase and power of the array waveguide portion 3 of the array waveguide grating obtained by cutting out the chip by dicing are represented by 12 'and 13'. First, after detecting a deviation from the corrected ideal value 13 of the electric field distribution 13 ', the refractive index of the optical power variable mechanism 6 was changed by a change in the refractive index of the ultraviolet irradiation so as to correct the deviation. At this time, the ultraviolet rays used an ArF excimer laser, and the change in the refractive index was controlled by the number of shots.

【0029】次に、再びアレイ導波路の位相を測定し、
位相誤差を調整するようにアレイ導波路部にArFエキ
シマレーザーを照射した。紫外線としてはKrFやAr
イオンレーザーのSHGでも使用可能である。調整が終
った時のアレイ導波路格子の電場分布、位相分布は1
3、12の様になっており、この時にそれぞれバラツキ
の偏差は極めて小さくすることができる。
Next, the phase of the array waveguide is measured again,
The array waveguide was irradiated with an ArF excimer laser so as to adjust the phase error. KrF or Ar as ultraviolet rays
SHG of ion laser can also be used. When the adjustment is completed, the electric field distribution and the phase distribution of the arrayed waveguide grating are 1
In this case, deviations of the variations can be made extremely small.

【0030】本方法により、位相誤差の調整のみではク
ロストークが−30dBまでしか改善しなかったデバイ
スが、本方法を用いることによりクロストークが−50
dB以下にまで調整することが可能となった。
According to the present method, the device whose crosstalk has been improved only up to -30 dB by adjusting the phase error alone, has a crosstalk of -50 dB by using this method.
It became possible to adjust to less than dB.

【0031】図6を用いてアレイ導波路格子の動作を説
明する。入力導波路1の導波路の光モードはほぼガウス
型であり、入力側スラブ導波路2に入射した時の電場の
分布9は同様にほぼガウス型である。入力側スラブ導波
路2を伝搬した光はガウス分布の形状を保ったまま伝搬
していき、入力側スラブ導波路2の出口において電場分
布11はガウス型、位相分布10のように円弧状の状態
となる。
The operation of the arrayed waveguide grating will be described with reference to FIG. The optical mode of the waveguide of the input waveguide 1 is substantially Gaussian, and the distribution 9 of the electric field when entering the input side slab waveguide 2 is also substantially Gaussian. The light propagating through the input side slab waveguide 2 propagates while maintaining the shape of the Gaussian distribution. At the exit of the input side slab waveguide 2, the electric field distribution 11 is Gaussian and the arc distribution is like a phase distribution 10. Becomes

【0032】この電場、位相プロファイルのままアレイ
導波路3の各導波路に光は分配され、アレイ導波路3の
各導波路に設けられた等間隔の光路長差を付与され、波
長毎に異なった位相差を与えられて光アレイ導波路3の
出力部に導入される。アレイ導波路でのパワーのバラツ
キは光パワー可変機構6で出力側スラブ導波路4の入射
側でガウス型となるように調整されており、またアレイ
導波路部3において出力側スラブ導波路4の入射側の位
相誤差が0となるように調整されている。このため、出
力導波路5が設定されている面において電場分布は綺麗
なガウス型となり、クロストークレベルは極めて低く抑
えられる。
The light is distributed to the respective waveguides of the arrayed waveguide 3 while maintaining the electric field and the phase profile, and the optical waveguides are provided with the equally spaced optical path length differences provided in the respective waveguides of the arrayed waveguide 3, and are different for each wavelength. The phase difference is given to the output portion of the optical array waveguide 3. The power variation in the arrayed waveguide is adjusted by the optical power variable mechanism 6 to be Gaussian on the incident side of the output side slab waveguide 4, and the output side slab waveguide 4 in the arrayed waveguide section 3 is adjusted. The phase error on the incident side is adjusted to be zero. For this reason, the electric field distribution on the surface where the output waveguide 5 is set becomes a beautiful Gaussian shape, and the crosstalk level is extremely suppressed.

【0033】光パワー可変機構6に方向性結合器を用い
る代わりに、マッハツェンダ型スイッチを用い、アーム
の屈折率を変化させることによりパワーの調整をするこ
とも可能である。屈折率変化をさせる方法としては、紫
外線照射屈折率変化ではなく、熱光学効果、電気光学効
果等を用いることもできる。また、実際には、等価屈折
率を変化させればパワーの変化を起こすことができると
いうことに着目して、アニーリングやドライエッチング
などにより光パワー可変機構6の形状を変化させパワー
を調整するという手法も有効である。
Instead of using a directional coupler for the optical power variable mechanism 6, it is also possible to use a Mach-Zehnder switch and adjust the power by changing the refractive index of the arm. As a method of changing the refractive index, a thermo-optic effect, an electro-optic effect, or the like can be used instead of the ultraviolet-irradiation refractive index. In addition, focusing on the fact that power can be changed by changing the equivalent refractive index, the power is adjusted by changing the shape of the optical power variable mechanism 6 by annealing, dry etching, or the like. The technique is also effective.

【0034】また、半導体光アンプ等のゲインが可変で
きるアクティブデバイスを実装し、注入電流を変化させ
ることにより光パワーを変化させることも可能である。
但し、この場合には光パワー可変機構6より分岐される
光の出力部8が存在しないため、光パワーをモニタしな
がら調整することはできない。しかしながら、予め注入
電流と光パワー変化を知ることは容易であり、従って、
光パワーの調整をすることは容易である。同様に、EO
効果や他の方法を用いた可変アッテネータを挿入するこ
とによっても容易にパワーの調整を行なうことができ
る。
It is also possible to change the optical power by mounting an active device such as a semiconductor optical amplifier whose gain can be varied and changing the injection current.
However, in this case, since there is no output section 8 for the light branched from the optical power variable mechanism 6, the adjustment cannot be performed while monitoring the optical power. However, it is easy to know the injection current and the optical power change in advance, and therefore,
It is easy to adjust the optical power. Similarly, EO
The power can be easily adjusted by inserting a variable attenuator using effects or other methods.

【0035】[0035]

【発明の効果】第1の効果は、アレイ導波路格子のクロ
ストークを改善することである。その理由は、従来位相
誤差の改善によるクロストークの改善しかできなかった
のに対し、本方法ではパワーの分配誤差の改善を提供
し、従来以上のクロストークの改善を行う手法を提供す
るようにしたからである。
The first effect is to improve the crosstalk of the arrayed waveguide grating. The reason is that while the conventional method could only improve the crosstalk by improving the phase error, the present method provides an improvement of the power distribution error and provides a method of improving the crosstalk more than before. Because he did.

【0036】第2の効果は、アレイ導波路格子の収量を
増加させることができる。その理由は、従来クロストー
クのバラツキにより生じていた生産歩留まりを向上させ
ることが出来るためである。
The second effect is that the yield of the arrayed waveguide grating can be increased. The reason is that it is possible to improve the production yield which has conventionally occurred due to the variation in crosstalk.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるアレイ導波路格子全体図である。FIG. 1 is an overall view of an arrayed waveguide grating according to the present invention.

【図2】理想的アレイ導波路格子の動作説明図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of an ideal arrayed waveguide grating.

【図3】アレイ導波路格子のクロストーク劣化説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram of crosstalk degradation of an arrayed waveguide grating.

【図4】本発明の実施例のアレイ導波路格子の断面図で
ある。
FIG. 4 is a sectional view of an arrayed waveguide grating according to an embodiment of the present invention.

【図5】アレイ導波路格子の調整前の動作説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of an operation before adjustment of an arrayed waveguide grating.

【図6】アレイ導波路格子の調整後の動作説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation after adjustment of the arrayed waveguide grating.

【図7】従来のアレイ導波路格子の全体図である。FIG. 7 is an overall view of a conventional arrayed waveguide grating.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力導波路 2 入力側スラブ導波路 3 アレイ導波路 4 出力側スラブ導波路 5 出力導波路 6 光パワー可変機構 8 出力部 9 入力側スラブ導波路の入口における電場分布 10 入力側スラブ導波路の出口における位相分布 11 入力側スラブ導波路の出口における電場分布 12 出力側スラブ導波路の入口における位相分布 12´ 出力側スラブ導波路の入口における位相分布 13 出力側スラブ導波路の入口における電場分布 13´ 出力側スラブ導波路の入口における電場分布 14 出力側スラブ導波路の出口における電場分布 14´ 出力側スラブ導波路の出口における電場分布 15 シリコン基板 16 下層クラッド層 17 コア層 18 上層クラッド層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input waveguide 2 Input side slab waveguide 3 Array waveguide 4 Output side slab waveguide 5 Output waveguide 6 Optical power variable mechanism 8 Output part 9 Electric field distribution at the entrance of input side slab waveguide 10 Input side slab waveguide Phase distribution at exit 11 Electric field distribution at exit of input slab waveguide 12 Phase distribution at entrance of output slab waveguide 12 'Phase distribution at entrance of output slab waveguide 13 Electric field distribution at entrance of output slab waveguide 13 'Electric field distribution at the entrance of the output side slab waveguide 14 Electric field distribution at the exit of the output side slab waveguide 14' Electric field distribution at the exit of the output side slab waveguide 15 Silicon substrate 16 Lower cladding layer 17 Core layer 18 Upper cladding layer

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一または複数の入力導波路と、前記入力
導波路に接続された入力側スラブ導波路と、前記入力側
スラブ導波路に接続され光路長の異なる複数の導波路を
有するアレイ導波路部と、前記アレイ導波路部に接続さ
れた出力側スラブ導波路と、前記出力側スラブ導波路に
接続された複数の出力導波路とを有するアレイ導波路格
子であって、前記アレイ導波路部の各導波路に光パワー
可変機構を有することを特徴とするアレイ導波路格子。
An array waveguide having one or more input waveguides, an input slab waveguide connected to the input waveguide, and a plurality of waveguides connected to the input slab waveguide and having different optical path lengths. An array waveguide grating comprising: a waveguide section, an output slab waveguide connected to the array waveguide section, and a plurality of output waveguides connected to the output slab waveguide, wherein the array waveguide An arrayed waveguide grating having an optical power variable mechanism in each waveguide of the section.
【請求項2】 前記光パワー可変機構は結合率を可変す
ることによりパワーを可変する光結合器で構成されてい
ることを特徴とする請求項1記載のアレイ導波路格子。
2. The arrayed waveguide grating according to claim 1, wherein said optical power variable mechanism comprises an optical coupler that varies power by varying a coupling ratio.
【請求項3】 前記光パワー可変機構は半導体型光アン
プで構成されていることを特徴とする請求項1記載のア
レイ導波路格子。
3. The arrayed waveguide grating according to claim 1, wherein said optical power variable mechanism comprises a semiconductor type optical amplifier.
【請求項4】 前記光パワー可変機構は方向性結合器で
構成されていることを特徴とする請求項1記載のアレイ
導波路格子。
4. The arrayed waveguide grating according to claim 1, wherein said optical power variable mechanism comprises a directional coupler.
【請求項5】 前記光パワー可変機構はマッハツェンダ
干渉計で構成されていることを特徴とする請求項1記載
のアレイ導波路格子。
5. The arrayed waveguide grating according to claim 1, wherein said optical power variable mechanism is constituted by a Mach-Zehnder interferometer.
【請求項6】 前記導波路の材料として石英を用い、前
記光パワー可変機構のパワー分配の調整をするための機
構としてヒーターを用いることを特徴とする請求項1記
載のアレイ導波路格子。
6. The arrayed waveguide grating according to claim 1, wherein quartz is used as a material of the waveguide, and a heater is used as a mechanism for adjusting power distribution of the optical power variable mechanism.
【請求項7】 前記アレイ導波路の材料として石英を用
い、前記光パワー可変機構のパワー分配の調整をするた
めに紫外線誘起屈折率変化を用いることを特徴とする請
求項1記載のアレイ導波路格子。
7. The array waveguide according to claim 1, wherein quartz is used as a material of the array waveguide, and an ultraviolet-induced refractive index change is used to adjust power distribution of the optical power variable mechanism. lattice.
【請求項8】 前記導波路の材料として石英を用い、前
記光パワー可変機構として熱等によるアニール等による
導波路形状変化を利用して分配比を変化させるようにし
たことを特徴とする請求項1記載のアレイ導波路格子。
8. The method according to claim 1, wherein quartz is used as the material of the waveguide, and the distribution ratio is changed by using a change in the shape of the waveguide caused by annealing or the like as the optical power variable mechanism. 2. The arrayed waveguide grating of claim 1.
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