JP3247819B2 - アレイ格子型光合分波器 - Google Patents

アレイ格子型光合分波器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光周波数多重(FD
M)通信方式あるいは光波長多重(WDM)通信方式に
おいて使用するアレイ格子型光合分波器に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、アレイ格子型光合分波器の基本
構成を示す。図において、アレイ格子型光合分波器は、
基板10上に形成したN本の入力用チャネル導波路1
1、第1の扇形スラブ導波路12、所定の導波路長差Δ
Lで順次長くなるM本の導波路からなるチャネル導波路
アレイ13、第2の扇形スラブ導波路14、N本の出力
用チャネル導波路15を順次接続した構成である。
【0003】図5は、第2の扇形スラブ導波路14の近
傍の構造を示す拡大図である。なお、第1の扇形スラブ
導波路12においても同様である。図において、Rは扇
形スラブ導波路14の曲率半径、2aはチャネル導波路
アレイ13および出力用チャネル導波路15の各導波路
のコア幅、D1 はチャネル導波路アレイ13の各導波路
のコア開口幅、dはチャネル導波路アレイ13のスラブ
導波路境界での導波路間隔(dは等間隔)、D2 は出力
用チャネル導波路15の各導波路のコア開口幅、Sは出
力用チャネル導波路15のスラブ導波路境界での導波路
間隔(以下、出力用チャネル導波路15の間隔という。
入力用チャネル導波路11の間隔という場合も同様とす
る。)、h1 ,h2 は各テーパ導波路部分の長さを示
す。
【0004】ここで、従来のアレイ格子型光合分波器で
は、出力用チャネル導波路15の間隔Sは等間隔であっ
た。同様に、入力用チャネル導波路11の間隔も等間隔
であり、かつ入力用チャネル導波路11の間隔と出力用
チャネル導波路15の間隔が同一に設定されていた。こ
のような構成では、所定の入力用チャネル導波路11か
ら入射した光は、第1の扇形スラブ導波路12において
回折により広がり、その回折面と垂直に配置されたチャ
ネル導波路アレイ13に導かれる。チャネル導波路アレ
イ13は、各導波路が導波路長差ΔLで順次長くなって
いるので、各導波路を伝搬して第2の扇形スラブ導波路
14に到達した光には導波路長差ΔLに対応する位相差
が生じている。この位相差は光周波数により異なるの
で、第2の扇形スラブ導波路14のレンズ効果で出力用
チャネル導波路15の入力端に集光する際に、光周波数
ごとに異なる位置に集光する。すなわち、入力用チャネ
ル導波路11から入射された光の周波数に対応して、出
力用チャネル導波路15の導波路が選択される光分波器
として動作する。また、逆の経路を経ることにより同様
に光合波器として動作せることができる。
【0005】図6は、従来のアレイ格子型光合分波器の
フィルタ特性の測定結果を示す。各チャネル導波路のコ
ア幅2a=7μm、コア厚2t=7μm、比屈折率差Δ
=0.75%とした。また、h1 =1mm、D1 =20μm、
2 =0.5 mm、D2 =12μm、R=14.4mm、d=S
=22μm、ΔL=79μm、回折次数m=74、N=16、M
=100 とした。
【0006】このとき、従来のアレイ格子型光合分波器
のフィルタ特性は、各出力用チャネル導波路15の通過
中心波長が等間隔(図6では0.64nm間隔(波長1.55μ
m帯で80GHz間隔))であった。第2の扇形スラブ導波
路14において、波長λ(あるいは光周波数f)に対す
る集光スポット位置xの変化は、+xを図6における右
方向にとると、 Δx/Δλ=−RΔL/λ0d, Δx/Δf=−RΔL/f0d …(1) で与えられる。ここで、λ0 は波長多重信号の中心波長
であり、f0(=c/λ0)は中心光周波数である。式(1)
のR,ΔL,d,λ0 ,f0 はすべて一定値であるの
で、光の波長λ(光周波数f)に対する集光スポット位
置xの変化は一定であることがわかる。したがって、出
力用チャネル導波路15(入力用チャネル導波路14)
が等間隔に配置されている場合には、図6に示すように
分波される波長多重信号光(周波数多重信号光)の間隔
も一定になることが分る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のアレイ格子型光
合分波器では、周波数多重信号光(波長多重信号光)の
各光周波数(波長)が等間隔であるときに、4光波混合
によって周波数多重信号光(波長多重信号光)間にクロ
ストークが生じる問題があった。ここで、4光波混合と
は、光周波数fi ,fj ,fk (k≠i,j)の3つの
光波が光ファイバの3次の非線形感受率χ(3) を介して
相互作用し、光周波数fF=fi+fj−fkの光波を発生
させる非線形プロセスである。光周波数(波長)が等間
隔に配置された周波数多重信号光(波長多重信号光)で
は、4光波混合によって生じる新たな光波は、他の信号
周波数に重なってクロストークを生じさせることにな
る。
【0008】したがって、4光波混合によるクロストー
クを抑制するためには、光信号の周波数間隔(波長間
隔)を不等間隔にする必要があり、これに対応して光合
分波器の光周波数フィルタ特性(光波長フィルタ特性)
も不等間隔にする必要があった。また、システムの要求
や作製時のパラメータ変動に対応して、分波特性の中心
波長を変えることができるようにするには、光合分波器
の光周波数フィルタ特性(光波長フィルタ特性)も不等
間隔にする必要があった。
【0009】本発明は、チャネル間隔が不等間隔の光周
波数フィルタ特性(あるいは光波長フィルタ特性)を有
するアレイ格子型光合分波器を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のアレイ格子型光
合分波器は、アレイ格子型光合分波器の光周波数フィル
タ特性が不等間隔となるように、第2の扇形スラブ導波
路と出力用チャネル導波路との境界における出力用チャ
ネル導波路の間隔が不等間隔であることを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明のアレイ格子型光合分波器は、第2の扇
形スラブ導波路と出力用チャネル導波路との境界におけ
る出力用チャネル導波路の間隔を不等間隔とすることに
より、チャネル間隔が不等間隔の光周波数フィルタ特性
(あるいは光波長フィルタ特性)が得られる。
【0012】また、本発明のアレイ格子型光合分波器
は、入力用チャネル導波路の間隔と、出力用チャネル導
波路の間隔が異なるように形成することにより、入力導
波路の位置を変えることにより分波特性の中心波長を変
えることができる。
【0013】
【実施例】本発明のアレイ格子型光合分波器の基本構成
は従来のものとほぼ同じである。すなわち、図4に示す
ように、基板10上に形成したN本の入力用チャネル導
波路11、第1の扇形スラブ導波路12、所定の導波路
長差ΔLで順次長くなるM本の導波路からなるチャネル
導波路アレイ13、第2の扇形スラブ導波路14、N本
の出力用チャネル導波路15を順次接続した構成であ
る。
【0014】本発明の特徴は、第2の扇形スラブ導波路
14と出力用チャネル導波路15との境界における出力
用チャネル導波路15の間隔を不等間隔にすることであ
り、以下に第1実施例として説明する。なお、入力用チ
ャネル導波路11の間隔と出力用チャネル導波路15の
間隔がともに等間隔であるものの両者の間隔が異なる場
合については、第2実施例(参考例)として説明する。
また、入力用チャネル導波路11の間隔と出力用チャネ
ル導波路15の間隔がともに不等間隔であり、かつ両者
の間隔が異なるようにしてもよい。
【0015】(第1実施例)図1は、第1実施例におけ
る第2の扇形スラブ導波路14の近傍の構造を示す拡大
図である。図において、本実施例では、si が左側から
数えて(i−1)番目とi番目(i=2〜N)の出力用
チャネル導波路15の間隔となる。その他の各パラメー
タは図5に示す従来構成と同じである。なお、図中破線
は、図5に示す従来のアレイ格子型光合分波器における
等間隔(S=22μm)の出力用チャネル導波路15の位
置を示す。また、入力用チャネル導波路11の間隔は、
等間隔でも不等間隔でも以下に示す不等間隔の光周波数
フィルタ特性は得られる。
【0016】各チャネル導波路のコア幅2a=7μm、
コア厚2t=7μm、比屈折率差Δ=0.75%とした。ま
た、h1 =1mm、D1 =20μm、h2 =0.5 mm、D
2 =12μm、R=14.4mm、d=22μm、ΔL=79μ
m、回折次数m=74、N=16、M=100 とし、出力用チ
ャネル導波路15の間隔si として s2 =S−δs,s3 =S−δs,s4 =S+δs, s5 =S+δs,s6 =S−δs,s7 =S−δs,s8 =S+δs, s9 =S+δs,s10=S−δs,s11=S−δs,s12=S+δs, s13=S+δs,s14=S−δs,s15=S−δs,s16=S+δs …(2) と設定した。ただし、δs=S/4=5.5 μmとした。
【0017】このようなパラメータに基づいてマスクを
作製し、石英系光導波路を用いて本実施例のアレイ格子
型光合分波器を作製した。まず、Si 基板(10)上に
火炎堆積法によりSiO2下部クラッド層を堆積し、次に
GeO2をドーパントとして添加したSiO2ガラスのコア
層を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化した。次に、
前記設計に基づく図1,図4に示すパターンを用いてコ
ア層をエッチングして光導波路部分を作製した。最後
に、再びSiO2上部クラッド層を堆積した。
【0018】このようにして作製されたアレイ格子型光
合分波器の分波特性を測定した結果を図2に示す。この
図からも分かるように、出力用チャネル導波路15の各
導波路ごとに分波される波長多重信号光(周波数多重信
号光)の間隔が不等間隔になることが確認された。ま
た、このような不等間隔の波長多重信号光(周波数多重
信号光)を用いることにより、4光波混合によって生じ
る周波数fF=fi+fj−fkの不要光成分と他の信号光
の周波数とを相違させることができる。これにより、4
光波混合光が他の信号周波数に重なってクロストークを
生じさせることを抑制することができる。
【0019】(第2実施例)図3は、第2実施例におけ
る第1の扇形スラブ導波路12および第2の扇形スラブ
導波路14の近傍の構造を示す拡大図である。図におい
て、本実施例では入力用チャネル導波路11の間隔をS
+δs(等間隔)とし、出力用チャネル導波路15の間
隔をS(等間隔)とする。ただし、入力用チャネル導波
路11の中央の導波路位置は、間隔がSである従来位置
と同じとし、δs=S/10=2.2 μmとした。その他の
パラメータは第1実施例と同じである。このとき、16チ
ャネル(N=16)の場合に、入力用チャネル導波路11
の左側から数えてi番目(i=1〜16)の導波路位置の
従来位置からのずれφiは、 φi =(i−8)δs …(3) となる。
【0020】このようなパラメータに基づいて第1実施
例の場合と同様に作製されたアレイ格子型光合分波器の
分波特性を測定したところ、次のような結果が得られ
た。ただし、δλ=チャネル間隔/10=0.064 nm(8
GHz)である。 6番目の入力導波路に波長多重信号光を入射する
と、7番目の出力導波路に(λ0 −2δλ)の波長の光
が出射され、他の出力導波路には0.64nm(80GHz)間
隔の異なる信号光が順次出射された。
【0021】 7番目の入力導波路に波長多重信号光
を入射すると、8番目の出力導波路に(λ0 −δλ)の
波長の光が出射され、他の出力導波路には0.64nm間隔
の異なる信号光が順次出射された。 8番目の入力導波路に波長多重信号光を入射する
と、9番目の出力導波路にλ0 の波長の光が出射され、
他の出力導波路には0.64nm間隔の異なる信号光が順次
出射された。
【0022】 9番目の入力導波路に波長多重信号光
を入射すると、10番目の出力導波路に(λ0 +δλ)の
波長の光が出射され、他の出力導波路には0.64nm間隔
の異なる信号光が順次出射された。 10番目の入力導波路に波長多重信号光を入射する
と、11番目の出力導波路に(λ0 +2δλ)の波長の光
が出射され、他の出力導波路には0.64nm(80GHz)間
隔の異なる信号光が順次出射された。
【0023】以上の結果から、第2実施例のアレイ格子
型光合分波器では、入力用チャネル導波路11の間隔と
出力用チャネル導波路15の間隔を相違させることによ
り、波長多重信号光を異なる入力導波路に入射した場合
の分波特性の中心波長を λ0 +jδλ (jは正負の整数) …(4) のように設定することができる。すなわち、要求条件に
応じて分波特性の中心波長を変えることができる。
【0024】また、アレイ格子型光合分波器の作製時の
パラメータ変動によって中心波長がシステムの設定値か
らずれた場合にも、用いる入力用チャネル導波路11の
入力位置を変えることにより調整することができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のアレイ格
子型光合分波器では、チャネル間隔が不等間隔の光周波
数フィルタ特性(あるいは光波長フィルタ特性)が得ら
れるので、4光波混合によるクロストークの影響を抑制
することができる。
【0026】したがって、本発明のアレイ格子型光合分
波器は、光波長多重あるいは光周波数多重を用いた大容
量・長距離光通信に極めて有用な素子として利用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例における第2の扇形スラブ導波路1
4の近傍の構造を示す拡大図。
【図2】第1実施例のアレイ格子型光合分波器の分波特
性の測定結果を示す図。
【図3】第2実施例における第1の扇形スラブ導波路1
2および第2の扇形スラブ導波路14の近傍の構造を示
す拡大図。
【図4】アレイ格子型光合分波器の基本構成を示す図。
【図5】第2の扇形スラブ導波路14の近傍の構造を示
す拡大図。
【図6】従来のアレイ格子型光合分波器の分波特性の測
定結果を示す図。
【符号の説明】
10 基板 11 入力用チャネル導波路 12 第1の扇形スラブ導波路 13 チャネル導波路アレイ 14 第2の扇形スラブ導波路 15 出力用チャネル導波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−244105(JP,A) 特開 平6−194539(JP,A) 特開 平6−250030(JP,A) 特開 平7−225359(JP,A) 特開 平8−69021(JP,A) 米国特許5002350(US,A) 電子情報通信学会技術研究報告 Vo l.94,No.301,(OCS94 43− 50)(1994),pp.25−31 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/28 G02B 5/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、複数本の入力用チャネル導波
    路と、複数本の出力用チャネル導波路と、所定の導波路
    長差で順次長くなる複数本の導波路からなるチャネル導
    波路アレイと、前記入力用チャネル導波路と前記チャネ
    ル導波路アレイとを接続する第1の扇形スラブ導波路
    と、前記チャネル導波路アレイと前記出力用チャネル導
    波路とを接続する第2の扇形スラブ導波路とを形成した
    アレイ格子型光合分波器において、前記アレイ格子型光合分波器の光周波数フィルタ特性が
    不等間隔となるように、 前記第2の扇形スラブ導波路と
    前記出力用チャネル導波路との境界における前記出力用
    チャネル導波路の間隔が不等間隔であることを特徴とす
    るアレイ格子型光合分波器。
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