JP3266632B2 - Waveguide diffraction grating - Google Patents

Waveguide diffraction grating

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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、偏波依存性を改良した
アレー導波路回折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 diffraction grating having improved polarization dependence.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信の分野においては、複数の信号を
別々の波長の光に載せ、1本の光ファイバで伝送し、通
信容量を拡大する方法(波長分割多重伝送方式)が検討
されている。この方式においては、異なる波長の光を合
波あるいは分波する光合分波器が重要な役割を果たして
いるが、なかでもアレー導波路回折格子を用いた光合分
波器は狭い波長間隔で通信容量の多重数を大きくするこ
とができ有望視されている。
2. Description of the Related Art In the field of optical communication, a method (wavelength division multiplex transmission system) of expanding a communication capacity by mounting a plurality of signals on light of different wavelengths and transmitting the signals through one optical fiber has been studied. I have. In this method, an optical multiplexer / demultiplexer that multiplexes or demultiplexes light of different wavelengths plays an important role, but an optical multiplexer / demultiplexer using an array waveguide diffraction grating has a communication capacity at a narrow wavelength interval. It is promising because the number of multiplexes can be increased.

【0003】また、近年、波長分割多重伝送システムに
おいて、多重度を増やし伝送量を飛躍的に増大させよう
とする試みがなされている。その実現には、波長間隔が
1ナノメートル程度、あるいはそれ以下の複数の信号光
を合波・分波できる合分波器が必要である。しかしなが
ら、従来の回折格子を用いた光合分波器では、利用でき
る回折次数に制限があり十分な分散が得られないことか
ら、波長間隔を1ナノメートル以下にすることができな
かった。
In recent years, attempts have been made in a wavelength division multiplex transmission system to increase the degree of multiplexing and dramatically increase the amount of transmission. To achieve this, a multiplexer / demultiplexer capable of multiplexing / demultiplexing a plurality of signal lights having a wavelength interval of about 1 nm or less is required. However, in a conventional optical multiplexer / demultiplexer using a diffraction grating, the available diffraction orders are limited and sufficient dispersion cannot be obtained, so that the wavelength interval cannot be reduced to 1 nm or less.

【0004】上記の問題を解決する有力な方法として、
アレー導波路型回折格子を用いる方法が知られている。
('Arrayed-waveguide grating for wavelength divisi
on multi/demultiplexer with nanometer resolution';
Electronics Letters, vol.26, pp.87-88,1990. およ
び特願平1−65588号を参照。)
[0004] As an effective way to solve the above problem,
A method using an arrayed waveguide type diffraction grating is known.
('Arrayed-waveguide grating for wavelength divisi
on multi / demultiplexer with nanometer resolution ';
See Electronics Letters, vol. 26, pp. 87-88, 1990. and Japanese Patent Application No. 1-65588. )

【0005】図5はアレー導波路2を用いた従来の光合
分波器1の構成を示す概略図である。この光合分波器1
は基板3上に形成されたものであって、入力導波路4
と、入力側および出力側スラブ導波路51,52と、ア
レー導波路2と、出力導波路6とから構成されるもので
ある。波長多重光は、入力導波路4から光合分波器1内
へ導入され、この入力導波路4に続く入力側スラブ導波
路51において回折効果により広げられた後、さらに入
力側スラブ導波路51に続くアレー導波路2に導入され
る。このアレー導波路2内に導入された光は、アレー導
波路2を構成する複数個のチャンネル導波路21…内に
伝搬され、アレー導波路2に接続された出力側スラブ導
波路52に導入される。ここでアレー導波路2内に導入
された光は、各チャンネル導波路21…の長さが異なる
ために、個々の光束は位相がずれる。そのため、出力側
スラブ導波路52の端部で集光される位置は波長により
異なり、波長毎に異なった位置で出力導波路6から信号
光が取り出されることとなる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional optical multiplexer / demultiplexer 1 using an array waveguide 2. As shown in FIG. This optical multiplexer / demultiplexer 1
Is formed on the substrate 3 and has an input waveguide 4
, Slab waveguides 51 and 52 on the input side and output side, array waveguide 2 and output waveguide 6. The wavelength-division multiplexed light is introduced into the optical multiplexer / demultiplexer 1 from the input waveguide 4 and spread by a diffraction effect in an input-side slab waveguide 51 following the input waveguide 4, and further spread to the input-side slab waveguide 51. The light is then introduced into the array waveguide 2. The light introduced into the array waveguide 2 is propagated into a plurality of channel waveguides 21 constituting the array waveguide 2 and introduced into an output slab waveguide 52 connected to the array waveguide 2. You. Here, the light introduced into the array waveguide 2 has different lengths of the respective channel waveguides 21. Therefore, the position where light is condensed at the end of the output side slab waveguide 52 differs depending on the wavelength, and signal light is extracted from the output waveguide 6 at a different position for each wavelength.

【0006】ここで、アレー導波路回折格子2において
は、
Here, in the array waveguide diffraction grating 2,

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】なる式が満足される。(2)式において、
sはスラブ導波路5における実効屈折率、ncはアレー
導波路2を構成するチャンネル導波路21…の実効屈折
率、dは出力側スラブ導波路52との接続部分における
アレー導波路2の導波路間隔の周期(ピッチ)、θは出
力側スラブ導波路52内における回折光の回折角、ΔL
はアレー導波路2を構成するチャンネル導波路21…間
の光路長差、m(整数)は回折次数、λは波長を、それ
ぞれ表わす。中心波長λ0付近では、回折次数mは、
The following equation is satisfied: In equation (2),
n s is the effective refractive index in the slab waveguide 5, n c is the channel waveguides 21 ... effective refractive index of constituting the arrayed waveguide 2, d is the arrayed waveguide 2 at the connecting portion between the output-side slab waveguide 52 The period (pitch) of the waveguide interval, θ is the diffraction angle of the diffracted light in the output side slab waveguide 52, ΔL
Represents the optical path length difference between the channel waveguides 21 constituting the array waveguide 2, m (integer) represents the diffraction order, and λ represents the wavelength. Near the center wavelength λ 0 , the diffraction order m is

【0009】[0009]

【数3】 (Equation 3)

【0010】となる。また、この時sinθ≒θ、co
sθ≒1が成立する範囲においては、(1)式より、分
散は、
## EQU1 ## At this time, sin θ ≒ θ, co
Within the range where sθ ≒ 1, the variance is given by

【0011】[0011]

【数4】 (Equation 4)

【0012】で与えられる。アレー導波路型回折格子に
おいては、分散は光路長差ΔLに比例する。従って、Δ
Lを大きく取ることにより従来の回折格子とは比較なら
ないほど大きな分散を得ることができる特徴がある。
## EQU1 ## In an arrayed waveguide grating, the dispersion is proportional to the optical path length difference ΔL. Therefore, Δ
There is a feature that a large dispersion can be obtained by making L large, which is incomparable with the conventional diffraction grating.

【0013】しかも、すべての光導波路回路を一括して
3インチ程度の基板上に作製できるので、レンズや回折
格子を組み立てて作製するバルク型と比較して、量産
性、特性の安定性、低価格などの点でも有利である。こ
のようにアレー導波路型回折格子は、波長間隔の狭い波
長分割多重伝送用光合分波器を作製する上で、従来の他
の回折格子よりも優れた特徴を有している。
In addition, since all the optical waveguide circuits can be manufactured on a substrate of about 3 inches at a time, mass productivity, characteristic stability, and low performance can be achieved as compared with a bulk type manufactured by assembling lenses and diffraction gratings. It is also advantageous in terms of price and the like. As described above, the array waveguide type diffraction grating has characteristics superior to other conventional diffraction gratings in producing an optical multiplexer / demultiplexer for wavelength division multiplexing transmission having a narrow wavelength interval.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記光合分
波器1は偏波依存性を持つという欠点があった。これ
は、アレー導波路2を構成するチャンネル導波路21…
が複屈折性を有することに起因する。すなわち上記
(2)式において、水平偏波(TE)光に対するチャン
ネル導波路21…の実効屈折率nTEと、垂直偏波(T
M)光に対する実効屈折率nTMとが異なるため、TE光
とTM光とで中心波長λ0が一致しないのである。例え
ば、火炎堆積法により作製した石英系導波路の場合、複
屈折値B=nTM−nTE=4×10-4である。このとき
(2)式より中心波長のずれは約0.4nmである。波
長間隔1nmで多重された光を分波するのに、0.4n
mの波長ずれは大き過ぎる。チャンネル導波路21…の
複屈折性は、用いる材料および作製方法に依存してい
る。異方性結晶の場合には当然、複屈折性を有するが、
本来等方性であるはずのガラス系の導波路においても複
屈折性を有することがある。例えば、火炎堆積法でシリ
コン基板上に作製した石英系導波路の場合、シリコンと
石英ガラスの熱膨張係数の値が1桁も異なることが複屈
折性の原因となっている。
However, the optical multiplexer / demultiplexer 1 has a drawback that it has polarization dependence. This is because the channel waveguides 21 constituting the array waveguide 2 are arranged in the same manner.
Has birefringence. That is, in the above equation (2), the effective refractive index n TE of the channel waveguides 21 with respect to the horizontally polarized (TE) light and the vertically polarized (T
M) Since the effective refractive index n TM for the light is different, the center wavelength λ 0 does not match between the TE light and the TM light. For example, in the case of a quartz-based waveguide manufactured by the flame deposition method, the birefringence value B = n TM −n T E = 4 × 10 −4 . At this time, the deviation of the center wavelength is about 0.4 nm from the equation (2). 0.4n is required to split light multiplexed at a wavelength interval of 1nm.
The wavelength shift of m is too large. The birefringence of the channel waveguides 21 depends on the material used and the manufacturing method. In the case of anisotropic crystals, of course, they have birefringence,
Even a glass-based waveguide that should be isotropic in nature may have birefringence. For example, in the case of a quartz-based waveguide fabricated on a silicon substrate by a flame deposition method, the birefringence is caused by the fact that the values of the thermal expansion coefficients of silicon and quartz glass differ by one digit.

【0015】一方、導波路の複屈折値を制御する方法と
しては、導波路上にアモルファスシリコンなどの残留応
力を有する膜を装荷する方法が知られている。(IEEE J
OURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL.8,
No.6, PP.1128-1131, AUG.1990)アモルファスシリコ
ン膜が導波路に及ぼす応力により導波路の複屈折値が変
化する。図6(a)は、残留応力を有する膜を装荷した
導波路の一例を示した図である。この導波路は、シリコ
ン基板7の上にクラッディングガラス8に囲まれた導波
路コア9が作製されてなるものであって、クラッディン
グガラス8上には、スパッタ法で作製された幅Wのアモ
ルファスシリコン膜10が積層されてなるものである。
図6(b)は、図(a)の構成の導波路における複屈折
値Bと幅Wとの関係を示したものであって、応力付与膜
の厚さが6μmの時の複屈折率の変化を示すグラフであ
る。(IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICAT
IONS. VOL.8, No.6, PP.1128-1131, AUG.1990参照)
On the other hand, as a method of controlling the birefringence value of the waveguide, a method of loading a film having residual stress such as amorphous silicon on the waveguide is known. (IEEE J
OURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL.8,
No.6, PP.1128-1131, AUG.1990) The birefringence value of the waveguide changes due to the stress applied to the waveguide by the amorphous silicon film. FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a waveguide loaded with a film having a residual stress. This waveguide is formed by forming a waveguide core 9 surrounded by a cladding glass 8 on a silicon substrate 7, and has a width W of a width W formed by a sputtering method on the cladding glass 8. It is formed by stacking amorphous silicon films 10.
FIG. 6B shows the relationship between the birefringence value B and the width W in the waveguide having the configuration shown in FIG. 6A, and shows the relationship between the birefringence index when the thickness of the stress applying film is 6 μm. It is a graph which shows a change. (IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICAT
IONS. VOL.8, No.6, PP.1128-1131, AUG.1990)

【0016】このものでは、アモルファスシリコン膜1
0の幅Wを変えることによって複屈折値Bを変化させる
ことはできるが、0にはできない。すなわちこの方法を
アレー導波路回折格子に適用し、アレー導波路2を構成
する複数のチャンネル導波路21…に沿うようにアモル
ファスシリコン膜を装荷しただけでは、偏波依存性を解
消することはできない。本発明は上記従来技術に鑑みて
成されたものであり、アレー導波路回折格子に
In this case, the amorphous silicon film 1
The birefringence value B can be changed by changing the width W of 0, but cannot be set to 0. That is, the polarization dependency cannot be eliminated only by applying this method to the arrayed waveguide diffraction grating and loading the amorphous silicon film along the plurality of channel waveguides 21 constituting the arrayed waveguide 2. . The present invention has been made in view of the above prior art, and has been applied to an array waveguide diffraction grating.

【0017】おける偏波依存性の解消を課題とし、より
実用的な波長分割多重伝送用の光合分波器を実現するこ
とを目的とする。
It is an object of the present invention to solve the problem of polarization dependence, and to realize a more practical optical multiplexer / demultiplexer for wavelength division multiplexing transmission.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の導波路回折格子
は、基板上に作製され、複屈折率を有する複数のチャン
ネル導波路からなるアレー導波路回折格子上に、前記チ
ャンネル導波路の複屈折値を変化させる応力付与部が少
なくとも1つ装荷されてなる導波路格子であって、前記
応力付与部のそれぞれが、前記複数のチャネル導波路の
全てを部分的に覆うことを解決手段とした。
A waveguide diffraction grating according to the present invention is manufactured on a substrate and has a plurality of channels having a birefringence.
The above-mentioned channel is placed on an array waveguide diffraction grating composed of a tunnel waveguide.
Fewer stress applying parts to change the birefringence value of the channel waveguide
A waveguide grating loaded with at least one;
Each of the stress applying portions is formed of the plurality of channel waveguides.
The solution was to partially cover everything.

【0019】また、本発明の導波路回折格子は、前記複
数のチャンネル導波路の複屈折値をB、光路長をLi(i
=1,2,3・・・)とし、前記複数のチャンネル導波
路のうち応力付与部で覆われた部分の複屈折値をB’、
長さをli(i=1,2,3・・・)としたとき、
Further, the waveguide diffraction grating of the present invention is characterized in that
The birefringence value of the number of channel waveguides is B, and the optical path length is Li (i
= 1, 2, 3,...)
The birefringence value of the portion of the path covered by the stress applying portion is B ′,
When the length is li (i = 1, 2, 3,...),

【0020】[0020]

【数5】 の関係が満足されることを解決手段とした。 (Equation 5) That the relationship was satisfied was taken as the solution.

【0021】[0021]

【作用】本発明においては、残留応力を有し導波路の複
屈折値を変化させる膜(以下、応力付与膜と呼ぶ。)
を、導波路上の少なくとも一部分に装荷することによっ
て、偏波依存性を解消する。本発明の特徴は、チャンネ
ル導波路において応力付与膜が装荷された部分と装荷さ
れていない部分とで生じる複屈折値の差を利用して総合
的に偏波依存性を解消するものである。よってチャンネ
ル導波路の複屈折を除去する必要がなく、入力光の偏光
状態に依存しない導波路回折格子を簡便に作製できるこ
とにある。
According to the present invention, a film which has a residual stress and changes the birefringence value of the waveguide (hereinafter referred to as a stress applying film).
Is loaded on at least a part of the waveguide to eliminate the polarization dependence. A feature of the present invention is to totally eliminate polarization dependence by utilizing a difference in birefringence value between a portion where a stress applying film is loaded and a portion where a stress applying film is not loaded in a channel waveguide. Therefore, there is no need to remove the birefringence of the channel waveguide, and a waveguide diffraction grating that does not depend on the polarization state of input light can be easily manufactured.

【0022】図1は本発明を詳細に説明するための図で
あり、応力付与膜11が装荷された付近のアレー導波路
2のチャンネル導波路2i…を示したものである。アレ
ー導波路2を構成するチャンネル導波路2i(i=1,
2,3,…)の長さはそれぞれLiであり、それらの差
は一定であって、ΔL=Li+1−Li である。また応力
付与膜11が装荷されいていない部分の導波路の実効屈
折率は、TE光とTM光に対してそれぞれ、nTE、nTM
である。また応力付与膜11が装荷されいている部分の
長さはli(i=1,2,3,…)であって、その実効
屈折率はそれぞれ、n’TE、n’TMである。
FIG. 1 is a view for explaining the present invention in detail, and shows the channel waveguides 2 i ... Of the array waveguide 2 in the vicinity where the stress applying film 11 is loaded. Channel waveguides 2 i (i = 1, 2) constituting the array waveguide 2
2,3, ...) and the length of each L i, the difference between them is constant, it is ΔL = L i + 1 -L i . The effective refractive index of the waveguide where the stress applying film 11 is not loaded is n TE , n TM for TE light and TM light, respectively.
It is. The length of the portion where the stress applying film 11 is loaded is l i (i = 1, 2, 3,...), And the effective refractive indices are n ′ TE and n ′ TM , respectively.

【0023】TE光に対する隣接するチャンネル導波路
2i…間の実効光路長差は、
The effective optical path length difference between adjacent channel waveguides 2i...

【0024】[0024]

【数6】 (Equation 6)

【0025】であって、また同様にTM光に対する場合
は、
Similarly, in the case of TM light,

【0026】[0026]

【数7】 (Equation 7)

【0027】である。したがってTE光の実効光路長と
TM光の実効光路長差の差は(6)式−(5)式より
## EQU1 ## Therefore, the difference between the effective optical path length of the TE light and the effective optical path difference of the TM light is given by the equation (6)-(5).

【0028】[0028]

【数8】 (Equation 8)

【0029】となる。ただし(7)式において、B=n
TM−nTE、B’=n’TM−n’TEとする。
## EQU1 ## However, in equation (7), B = n
TM -n TE, and B '= n' TM -n ' TE.

【0030】(7)式の値が0となるように応力付与膜
11が装荷される部分の長さliを設定すれば、TE光
との間の実効光路長差の差がなくなり、中心波長のずれ
はなくなり、すなわち偏波依存性を解消することができ
る。
If the length l i of the portion on which the stress applying film 11 is loaded is set so that the value of the equation (7) becomes 0, there is no difference in the effective optical path length difference from the TE light, and The wavelength shift is eliminated, that is, the polarization dependence can be eliminated.

【0031】[0031]

【実施例】【Example】

(実施例1)図2に本発明の第1の実施例として、アレ
ー導波路回折格子を用いた波長分割多重光合分波器の構
成を示した。この波長分割多重光合分波器は、シリコン
基板1上に、入力導波路4、入力側スラブ導波路51、
アレー導波路回折格子2、応力付与膜11、出力側スラ
ブ導波路52、出力導波路6が順次配置されてなるもの
である。応力付与膜11はアモルファスシリコン膜から
なり、導波路は火炎堆積法により作製された石英系導波
路からなる。導波路コアは7μm×7μm、比屈折率差
は0.75%とした。アレー導波路回折格子2の光路長
差は122.93μm、ピッチは25μm、焦点距離
(扇型スラブ導波路の半径)は7766μmとし、出力
導波路6の間隔は25μmとした。これらの設計値は波
長多重間隔1nmの光を合分波できる様に設計した。
(Embodiment 1) FIG. 2 shows the configuration of a wavelength division multiplexing optical multiplexer / demultiplexer using an array waveguide diffraction grating as a first embodiment of the present invention. This wavelength division multiplexing optical multiplexer / demultiplexer includes an input waveguide 4, an input side slab waveguide 51,
The array waveguide diffraction grating 2, the stress applying film 11, the output side slab waveguide 52, and the output waveguide 6 are sequentially arranged. The stress applying film 11 is made of an amorphous silicon film, and the waveguide is made of a quartz-based waveguide manufactured by a flame deposition method. The waveguide core was 7 μm × 7 μm, and the relative refractive index difference was 0.75%. The optical waveguide length difference of the array waveguide diffraction grating 2 was 122.93 μm, the pitch was 25 μm, the focal length (radius of the fan-shaped slab waveguide) was 7766 μm, and the interval between the output waveguides 6 was 25 μm. These design values are designed so that light having a wavelength multiplexing interval of 1 nm can be multiplexed / demultiplexed.

【0032】本発明の導波路回折格子においては、光通
信網からの信号光は入力導波路4に接続された光ファイ
バ(図示省略)を介して本発明の合分波器に入る。信号
光は入力側スラブ導波路51内では回折により広げら
れ、アレー導波路回折格子2を構成する複数のチャンネ
ル導波路2i…に入射される。アレー導波路回折格子2
を通った信号光は、出力導波路6の端部で収束する。そ
の位置はアレー導波路回折格子2の分散作用により波長
毎に異なり、多重された信号光は別々の出力導波路6か
ら取り出される。
In the waveguide diffraction grating of the present invention, signal light from the optical communication network enters the multiplexer / demultiplexer of the present invention via an optical fiber (not shown) connected to the input waveguide 4. The signal light is spread by diffraction in the input side slab waveguide 51 and is incident on a plurality of channel waveguides 2 i forming the array waveguide diffraction grating 2. Array waveguide diffraction grating 2
The signal light that has passed there converges at the end of the output waveguide 6. The position is different for each wavelength due to the dispersion action of the array waveguide diffraction grating 2, and the multiplexed signal light is extracted from separate output waveguides 6.

【0033】応力付与膜11による偏波依存性解消法を
説明するにあたり、まず応力付与膜11が装荷されてい
ない場合(W=0に相当)について述べる。この時、チ
ャンネル導波路2iの実効屈折率ncはTE光に対しては
TE=1.4500、TM光に対してはnTM=1.45
04であり、その差である複屈折値はB=4×10-4
ある。(2)式よりTE光の中心波長は1.5500μ
mで、TM光では1.5004μmであり、0.4nm
のずれが生じている。
Before explaining the method of eliminating the polarization dependence by the stress applying film 11, a case where the stress applying film 11 is not loaded (corresponding to W = 0) will be described first. At this time, the effective refractive index n c of the channel waveguide 2 i is n TE = 1.4500 for TE light, and n TM = 1.45 for TM light.
04, and the birefringence value that is the difference is B = 4 × 10 −4 . From equation (2), the center wavelength of the TE light is 1.5500μ.
m, 1.5004 μm for TM light, 0.4 nm
Deviation has occurred.

【0034】図3(a)は波長1.55μmの無偏光の
LED光を、図5に示した従来の導波路回折格子の入力
導波路4から入射し、回折角0度の出力導波路6、すな
わち中央の出力導波路6から出射される光の損失の波長
特性をスペクトラムアナライザーを用いて測定した結果
を示すグラフである。入力光のパワーがTE成分とTM
成分とに二分されるため中心波長が0.4nmずれ、し
かも3dBの過剰な損失を生じており、波長間隔1nm
の光合分波器としては問題がある。
FIG. 3 (a) shows a non-polarized LED light having a wavelength of 1.55 μm incident from the input waveguide 4 of the conventional waveguide diffraction grating shown in FIG. 5, and an output waveguide 6 having a diffraction angle of 0 °. 7 is a graph showing the results of measuring the wavelength characteristics of the loss of light emitted from the central output waveguide 6 using a spectrum analyzer. Power of input light is TE component and TM
Component, the center wavelength is shifted by 0.4 nm, and an excess loss of 3 dB is generated.
There is a problem as an optical multiplexer / demultiplexer.

【0035】次に、応力付与膜11を装荷した本発明の
導波路回折格子を用いた場合を考える。応力付与膜11
はアモルファスシリコンからなり、その形状は、図1に
示したようにチャンネル導波路2iを覆う部分の長さが
図面下方に行くに従い、327.8μmずつ増える様な
三角形とした。すなわちli+1−li=327.8μmと
した。このとき導波路を覆う応力付与膜11の幅Wは無
限大と見なせるので、図6(b)のグラフより、複屈折
値はB’=2.5×10-4となる。これらの値を(7)
式に代入すると、
Next, consider the case where the waveguide diffraction grating of the present invention loaded with the stress applying film 11 is used. Stress applying film 11
Consists of amorphous silicon, the shape, the length of the portion covering the channel waveguide 2 i as shown in FIG. 1 as it goes in the drawings below, it was increased such triangles by 327.8Myuemu. That is, l i + 1 −l i = 327.8 μm. At this time, since the width W of the stress applying film 11 covering the waveguide can be considered to be infinite, the birefringence value is B ′ = 2.5 × 10 −4 from the graph of FIG. 6B. These values are (7)
Substituting into the expression,

【0036】 BΔL+(B’−B)(li+1−li) =4×10-4×122.93×10-6+(2.5×10-4−4×10-4)×327.8×10-6=0[0036] BΔL + (B'-B) ( l i + 1 -l i) = 4 × 10 -4 × 122.93 × 10 -6 + (2.5 × 10 -4 -4 × 10 -4) × 327.8 × 10 - 6 = 0

【0037】となることから明らかなように、TE光と
TM光の光路長差が等しくなり、偏波依存性が解消され
る。図3(b)はこの時の損失を、図3(a)と同様の
条件で測定したグラフである。このグラフのピークは1
つであり、かつ過剰な損失もなくなり、偏波依存性が解
消されたことが確認できた。
As is clear from the above, the optical path length difference between the TE light and the TM light becomes equal, and the polarization dependence is eliminated. FIG. 3B is a graph showing the loss at this time measured under the same conditions as in FIG. 3A. The peak in this graph is 1
It was confirmed that there was no excess loss and the polarization dependency was eliminated.

【0038】(実施例2)図4は本発明の第2の実施例
を示したものである。図4に示したものが図2に示した
ものと異なる点は、アレー導波路回折格子2にアモルフ
ァスシリコン薄膜製の応力付与膜11を複数個装荷した
点である。この例にあっては応力付与膜11…となるア
モルファスシリコン膜をトリミングすることにより、歩
留まりを向上できる。図4の例にあっては、アレー導波
路2上には3つのアモルファスシリコン応力付与膜1
1,12,13が装荷されている。トリミング前の応力
付与膜12,13は、いずれも長方形であり、チャンネ
ル導波路2i…を覆う長さはどの導波路においても等し
いので、トリミング実施前は偏波依存性解消には無関係
である。中央部の応力付与膜11はその形状が第1の実
施例と同様に設計されていて、第1の実施例の応力付与
膜11と同等の効果により偏波依存性をほぼ解消でき
る。しかしながら、一般に導波路の複屈折値および応力
付与膜11による複屈折値変化量には製造ばらつきがあ
るため、応力付与膜11だけでは偏波依存性を正確には
解消できないことも有り得る。そこで入力導波路4およ
び出力導波路6に光ファイバを接続し波長特性の測定を
行いながら、図3(b)の特性が得られるまでスラブ導
波路5に隣接した2つの応力付与膜12,13を徐々に
トリミングする。図4中の破線部は応力付与膜12,1
3のそれぞれトリミングされた部分を表わしている。ト
リミング形状は図に示したような三角形であり、3つの
応力付与膜11,12,13を合わせて(7)式の値が
厳密に0になるように(li+1−li)が調整されてい
る。本トリミング方法の主旨からすれば、応力付与膜1
1は必ずしも3個である必要はなく、適宜その数を選択
することができるが、トリミングのやり直しや光回路の
対称性を考慮し、予備も含めて3個程度が妥当である。
なお、測定しながらトリミングすることを考えると、ト
リミングにはYAGレーザなどを用いるのが最適である
が、もちろんドライエッチング,ウエットエッチング等
でトリミングしたのちに測定するという作業を繰り返し
てもよい。
(Embodiment 2) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. 4 is different from that shown in FIG. 2 in that a plurality of stress applying films 11 made of an amorphous silicon thin film are loaded on the arrayed waveguide diffraction grating 2. In this example, the yield can be improved by trimming the amorphous silicon film to be the stress applying films 11. In the example of FIG. 4, three amorphous silicon stress applying films 1 are provided on the array waveguide 2.
1, 12, and 13 are loaded. Before the trimming, the stress applying films 12 and 13 are both rectangular, and the lengths covering the channel waveguides 2 i ... Are the same in any of the waveguides. . The shape of the stress applying film 11 in the central portion is designed in the same manner as in the first embodiment, and the polarization dependence can be almost eliminated by the same effect as that of the stress applying film 11 of the first embodiment. However, since the birefringence value of the waveguide and the birefringence change amount due to the stress imparting film 11 generally have manufacturing variations, the polarization dependency may not be able to be exactly eliminated by the stress imparting film 11 alone. Therefore, while connecting optical fibers to the input waveguide 4 and the output waveguide 6 and measuring the wavelength characteristics, the two stress applying films 12 and 13 adjacent to the slab waveguide 5 are obtained until the characteristics shown in FIG. Gradually trim. The broken lines in FIG.
3 represents the respective trimmed portions. The trimming shape is a triangle as shown in the figure, and (l i + 1 −l i ) is set so that the value of the expression (7) is strictly zero when the three stress applying films 11, 12, and 13 are combined. Has been adjusted. From the point of this trimming method, the stress applying film 1
The number 1 is not necessarily three, and the number can be selected as appropriate. However, considering the re-trimming and the symmetry of the optical circuit, about three including the spare is appropriate.
In consideration of trimming while measuring, it is optimal to use a YAG laser or the like for trimming, but of course, the operation of performing measurement after trimming by dry etching, wet etching or the like may be repeated.

【0039】なお、第1および第2の両実施例におい
て、応力付与膜11を装荷することにより導波路の複屈
折値が変化すると同時に導波路の実効屈折率も変化す
る。この効果により中心波長がずれるが、これを補償す
るには、波長ずれを見込んでアレー導波路2の光路長差
ΔLを設定する、入力あるいは出力導波路を波長ずれに
相当する分だけずらして配置する、など設計段階で対処
できる。また、ガラスの屈折率が温度に依存することを
用いて、導波路全体の温度を調節し中心波長を合わせる
ことも可能である。
In both the first and second embodiments, the loading of the stress applying film 11 changes the birefringence value of the waveguide and also changes the effective refractive index of the waveguide. The center wavelength shifts due to this effect. To compensate for this, the optical path length difference ΔL of the array waveguide 2 is set in consideration of the wavelength shift. The input or output waveguides are shifted by an amount corresponding to the wavelength shift. Can be dealt with at the design stage. Further, by using the fact that the refractive index of glass depends on temperature, it is also possible to adjust the temperature of the entire waveguide and adjust the center wavelength.

【0040】また、上記第1および第2の実施例では導
波路には火炎堆積法で作製した石英系導波路を用いてい
るが、本発明はこの材料系に限定されるものではなく、
ニオブ酸リチウム等の結晶導波路、PMMAなどの有機
材料系の導波路など、任意の導波路材料に適用できるこ
とは明らかである。またさらに、応力付与膜11にはア
モルファスシリコン膜を用いているが本発明はこれに限
定されるものではなく、導波路に応力を付与した複屈折
値を変化させることのできる膜であれば、どの様な材料
や作製方法の膜でも適用可能である。
In the first and second embodiments, a quartz-based waveguide manufactured by a flame deposition method is used as the waveguide, but the present invention is not limited to this material system.
It is clear that the present invention can be applied to any waveguide material such as a crystal waveguide such as lithium niobate and an organic material-based waveguide such as PMMA. Furthermore, although an amorphous silicon film is used as the stress applying film 11, the present invention is not limited to this, and any film that can change the birefringence value obtained by applying stress to the waveguide may be used. A film of any material or manufacturing method can be applied.

【0041】[0041]

【発明の効果】通常、干渉を用いた導波路型光デバイス
においては、導波路の複屈折性が偏波依存性の原因とな
る。従来、複屈折性の除去には多大の労力を必要とし、
生産性の低下や高価格の要因となり、実用に適する偏波
依存性の無い光デバイスを実現することは困難であっ
た。
Generally, in a waveguide type optical device using interference, the birefringence of the waveguide causes polarization dependency. Conventionally, removing birefringence requires a great deal of effort,
This has been a factor in lowering the productivity and increasing the price, and it has been difficult to realize an optical device having no polarization dependence suitable for practical use.

【0042】以上説明したように、本発明の導波路回折
格子は、チャンネル導波路の複屈折性を除去するのでは
なく、複屈折値の微妙な変化を巧みに用いて、アレー導
波路回折格子の偏波依存性を総合的に解消するものであ
る。しかも、その作製工程は従来の手順で作製された導
波路上にアモルファスシリコン膜等の応力付与膜をスパ
ッタ法で装荷するだけであり、少労力、低コストで実現
が可能である。
As described above, the waveguide diffraction grating of the present invention does not eliminate the birefringence of the channel waveguide, but uses the subtle change in the birefringence value to make use of the array waveguide diffraction grating. Is totally eliminated. In addition, the manufacturing process simply involves loading a stress applying film such as an amorphous silicon film on a waveguide manufactured by a conventional procedure by a sputtering method, and can be realized with small labor and low cost.

【0043】本発明の導波路回折格子によれば、偏波無
依存の光合分波器が大量生産に適した導波路型で、しか
も狭波長間隔のものが実用化可能となる。これによって
波長間隔が1ナノメートル以下の高密度波長分割多重伝
送システムの実現が可能となり、光通信システムの大容
量化において計り知れないほど大きな効果が期待され
る。
According to the waveguide diffraction grating of the present invention, the polarization-independent optical multiplexer / demultiplexer is a waveguide type suitable for mass production and has a narrow wavelength interval. This makes it possible to realize a high-density wavelength division multiplexing transmission system with a wavelength interval of 1 nanometer or less, and is expected to have an incalculable effect in increasing the capacity of an optical communication system.

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

【図1】本発明の導波路回折格子の要部拡大図である。FIG. 1 is an enlarged view of a main part of a waveguide diffraction grating of the present invention.

【図2】本発明の導波路回折格子の一実施例を示す概略
構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a waveguide diffraction grating of the present invention.

【図3】(a)は従来の導波路回折格子の中心波長附近
の損失の波長特性を示すグラフ、(b)は本発明の導波
路回折格子の中心波長附近の損失の波長特性を示すグラ
フである。
3A is a graph showing the wavelength characteristic of a loss near the center wavelength of the conventional waveguide grating, and FIG. 3B is a graph showing the wavelength characteristic of a loss near the center wavelength of the waveguide grating of the present invention; It is.

【図4】本発明の導波路回折格子の他の実施例を示す概
略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the waveguide diffraction grating of the present invention.

【図5】従来の導波路回折格子の一例を示した概略構成
図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional waveguide diffraction grating.

【図6】(a)は従来の応力付与膜の概略構成図であ
り、(b)は(a)に示した応力付与膜により発生する
チャンネル導波路の複屈折値の変化を示すグラフであ
る。
6A is a schematic configuration diagram of a conventional stress applying film, and FIG. 6B is a graph showing a change in a birefringence value of a channel waveguide caused by the stress applying film shown in FIG. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 アレー導波路 21 チャンネル導波路 3 基板 11 応力付与膜 12 応力付与膜 13 応力付与膜 Reference Signs List 2 array waveguide 21 channel waveguide 3 substrate 11 stress applying film 12 stress applying film 13 stress applying film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 功雄 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−77002(JP,A) 特開 平2−244105(JP,A) IEEE JOURNAL ON S ELECTED AREAS IN C OMMUNICATIONS Vol. 8,No.6,P1128−1131,AUG. 1990 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Isao Nishi 1-6-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A 64-77002 (JP, A) 2-244105 (JP, A) IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS Vol. 6, P1128-1131, AUG. 1990

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に作製され、複屈折率を有する複数1. A plurality of birefringent elements formed on a substrate and having a birefringence.
のチャンネル導波路からなるアレー導波路回折格子上Array waveguide consisting of multiple channel waveguides on diffraction grating
に、前記チャンネル導波路の複屈折値を変化させる応力Stress that changes the birefringence value of the channel waveguide
付与部が少なくとも1つ装荷されてなる導波路格子であA waveguide grating in which at least one application portion is loaded.
って、What 前記応力付与部のそれぞれが、前記複数のチャネル導波Each of the stress applying sections is provided with the plurality of channel waveguides.
路の全てを部分的に覆うことを特徴とする導波路回折格Waveguide diffraction grating characterized by partially covering the entire path
子。Child.
【請求項2】請求項1に記載の導波路回折格子におい
て、 前記複数のチャンネル導波路の複屈折値をB、光路長をL
i(i=1,2,3・・・)とし、前記複数のチャンネル
導波路のうち応力付与部で覆われた部分の複屈折値を
B’、長さをli(i=1,2,3・・・)としたとき、 【数1】の関係が満足されることを特徴とする導波路回
折格子。 【数
2. The waveguide diffraction grating according to claim 1, wherein
Te, B birefringence values of said plurality of channel waveguides, the optical path length L
i (i = 1, 2, 3,...) and the plurality of channels
The birefringence value of the portion of the waveguide covered with the stress applying part is
B ′, and when the length is li (i = 1, 2, 3,...), The following relationship is satisfied:
Folded lattice. [Equation 1 ]
【請求項3】応力付与部がトリミング可能な膜であるこ
とを特徴とする請求項1または請求項2記載の導波路回
折格子。
3. A process according to claim 1 or claim 2 waveguide grating according stress applying portion is characterized by a trimmable film.
【請求項4】前記複数 のチャンネル導波路が石英系導波
路であり、前記応力付与部がアモルファスシリコンであ
ることを特徴とする請求項1〜3に記載の導波路回折格
子。
Wherein said plurality of channel waveguides are silica-based waveguides, waveguide grating according to claim 1, wherein said stress applying portion is amorphous silicon.
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