JP3420497B2 - アレイ導波路型波長合分波器 - Google Patents

アレイ導波路型波長合分波器

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JP3420497B2 JP5947098A JP5947098A JP3420497B2 JP 3420497 B2 JP3420497 B2 JP 3420497B2 JP 5947098 A JP5947098 A JP 5947098A JP 5947098 A JP5947098 A JP 5947098A JP 3420497 B2 JP3420497 B2 JP 3420497B2
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明正 金子
隆司 郷
浩 高橋
保治 大森
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アレイ導波路型波
長合分波器に関する。詳しくは、光通信或いは光情報処
理分野で用いられる導波型光素子(光導波回路)に関す
るものである。具体的には、平面基板上に形成された導
波路により構成された光波長合分波器において、中心波
長を高精度で制御可能であることを特徴とする導波型光
素子(光導波回路)に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、シリコン基板或いは石英基板上に
形成した石英系ガラス光導波路によって構成されたプレ
ーナ光波回路(PLC:Planer Lightwave Circuit)の
研究開発が盛んに行われている。そこでは、アレイ導波
路型波長合分渡器(Arrayed-Waveguide Grating:AW
G)やマッハツェンダ干渉計のように、多光束或いは2
光束の光干渉を用いて、光波長合分波器を実現してい
る。
【0003】前記アレイ導波路型波長合分波器では、並
列配置された互いに光路長がn×ΔLずつ異なる数十〜
数百本のアレイ導波路を伝搬した複数の光の干渉によ
り、波長合分波機能を実現している。ここで、nは導波
路の実効屈折率、ΔLは隣接したアレイ導波路問の長さ
の差であり、具体的には10〜100μm程度の値であ
ると報告されている(H.Takahashi et.al., "Arrayed-W
aveguide Grating for Wavelength Division Multi/Dem
ultiplexer with Nanometre Resolution", Electron. L
ett., Vol.26. No.2,pp.87-88, 1990)。
【0004】また、プレーナ光波回路において作製プロ
セスのばらつきから生じる光路長誤差をトリミングする
方法として、導波路の実効屈折率を恒久的に変化させる
方法が種々開発されている。実用的な方法の1つとして
は、導波路上に配置された薄膜ヒータに比較的大きな電
力(幅4mm×長さ40μmの場合5W程度)を印加
し、局所的に高温加熱する方法があり(特願平2−42
538号、特願平4−192079号)、マッハツェン
ダー干渉計の光路長誤差がトリミングされている。
【0005】しかしながら、従来は、これらのトリミン
グ法を積極的に利用し、各出力チャンネルの中心波長が
高精度に制御されたアレイ導波路型波長合分波器を作製
できなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】これまでのアレイ導波
路型波長合分波器の光周波数特性(ここでは周波数間隔
100GHz)は、プレーナ光波回路の作製プロセス誤
差により各チャンネル出力が標準化されたグリッド周波
数(ITU grid,193.1THzを中心に10
0GHz間隔)或いは各波長分割多重(Wave-length Di
vision Multiplexing:WDM)システム設計値から最大
で±50GHz程度ずれてしまうという問題点を有して
いた。
【0007】本発明の目的は、波長分割多重システム実
現に不可欠な簡便かつ高精度な出力チャンネル波長のト
リミング機能を有するアレイ導波路型波長合分波器を提
供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を解決する本
発明の請求項1に係るアレイ導波路型波長合分波器は、
基板上に配置された入力用チャネル導波路と、出力用チ
ャネル導波路と、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を接続する
第1の扇形スラブ導波路と、前記出力用チャネル導波路
と前記チャネル導波路アレイを接続する第2の扇形スラ
ブ導波路とを備え、前記チャネル導波路アレイの長さが
所定の光路長差で順次長くなる構成を有し、前記第1の
扇形スラブ導波路と前記第2の扇形スラブ導波路の両方
に、扇形スラブ導波路を斜めに横切るように矩形の領域
を設け、前記第2の扇形スラブ導波路は前記矩形の領域
内外で屈折率が異なることを特徴とする。
【0009】上記目的を解決する本発明の請求項2に係
るアレイ導波路型波長合分波器は、基板上に配置された
入力用チャネル導波路と、出力用チャネル導波路と、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を接続する第1の扇形スラブ導
波路と、前記出力用チャネル導波路と前記チャネル導波
路アレイを接続する第2の扇形スラブ導波路とを備え、
前記チャネル導波路アレイの長さが所定の光路長差で順
次長くなる構成を有し、前記第1の扇形スラブ導波路と
前記第2の扇形スラブ導波路のどちらか一方又は両方
に、扇形スラブ導波路を斜めに横切るように矩形のヒー
タを配置したことを特徴とする。上記目的を解決する本
発明の請求項3に係るアレイ導波路型波長合分波器は、
請求項2において、前記ヒータは、分割されていること
を特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】〔実施例1〕本発明の第1の実施
例に係るアレイ導波路型波長合分波器を図1に示す。本
実施例は、スラブ導波路3,4上に薄膜ヒータ5を配置
し、チャンネル間隔100GHz、チャンネル数16を
実現したものである。
【0011】即ち、このアレイ導波路型波長合分波器
は、基板上に配置された入力用チャネル導波路1と、出
力用チャネル導波路2と、チャネル導波路アレイ7と、
前記入力用チャネル導波路1と前記チャネル導波路アレ
イ7を接続する第1の扇形スラブ導波路3と、前記出力
用チャネル導波路2と前記チャネル導波路アレイ7を接
続する第2の扇形スラブ導波路4とを備え、前記チャネ
ル導波路アレイ7の長さが所定の光路長差で順次長くな
る構成を有する。
【0012】従って、このようなアレイ導波路型波長合
分波器において、入力用チャネル導波路1の一つに入力
される波長λの光は、第1の扇形スラブ導波路3におい
て放射状に広がる光となって複数のチャネル導波路アレ
イ7に取り込まれる。さらに、チャネル導波路アレイ7
を伝搬する光は、導波路長差ΔLによってn・ΔLずつ
の位相差が付与されるので、チャネル導波路アレイ7か
ら第2の扇形スラブ導波路4に向けて出射する光は、n
−ΔLずつ位相差の異なる多光束であり、これらが干渉
する結果、図2中に破線で示すように特定の出力チャネ
ル導波路に集光することとなる。
【0013】更に、本実施例では、第1の扇形スラブ導
波路3と第2の扇形スラブ導波路4上に薄膜ヒータ5を
配置している。薄膜ヒータ5に用いた材質はTa2Nであ
り、ヒータサイズは幅4mm×長さ6mmのものを使用
した。
【0014】従って、第2の扇形スラブ領域4上の薄膜
ヒータ4に通電して加熱することにより、薄膜ヒータ直
下はコアの屈折率が高くなる領域となり、屈折率の異な
る境界で図2の実線に示すように収束光が屈折して、集
光位置が横方向にずれることになる。
【0015】この場合、波長λの光は図2中破線で示す
ようにずれた位置に集光するので出力用チャネル導波路
2から出力することはないが、代わりにλ+Δλの光は
出力用チャネル導波路2に集光し、出力用チャネル導波
路2から出力されることになるので出力用チャネル導波
路2での透過スペクトルは長波長側へシフトする。尚、
アレイ導波路型波長合分波器を一定温度に保つために、
基板ホルダーは内部に液体窒素をフローさせる構造のも
のを採用した。
【0016】上述したように、本実施例では、スラブ導
波路3,4上に薄膜ヒータ5を配置し、薄膜ヒータ5へ
の通電時間を制御することにより、第1の扇形スラブ導
波路3と前記第2の扇形スラブ導波路4の両方に、伝搬
光を屈折させて集光位置をずらすよう屈折率が異なる領
域が形成されるため、透過スペクトルをシフトさせるこ
とができた。
【0017】具体的には、薄膜ヒータ5とスラブ導波路
3,4とのなす角度θを10度とし、第2の扇形スラブ
導波路4上の薄膜ヒータ5のみを印加電力1000W、
500秒間通電したとき、第2の扇形スラブ導波路4か
ら出力用チャネル導波路2へ集光する光は、図2に示す
ように20μm移動し、その結果、チャンネル間隔に相
当する100GHz長波長側へ透過スペクトルをシフト
させることができた。
【0018】また、第1の扇形スラブ導波路3上に配置
された薄膜ヒータ5を同時間だけ通電にすることで、逆
に短波長側へ100GHz透過スペクトルをシフトさせ
ることができた。この結果、ヒータ通電時間をコントロ
ールすることで容易に出力チャンネルの中心波長を1G
Hz以下の精度でトリミング可能なアレイ導波路型波長
合分波器を得ることができた。
【0019】[実施例2]本発明の第2の実施例に係る
アレイ導波路型波長合分波器を図3に示す。本実施例
は、前述した実施例1の変形例に係るものであり、実施
例1との違いは、薄膜ヒータ5を細かく分割する構造を
採用した点である。即ち、1つのヒータサイズは幅4m
m×長さ50μmであり、計120個の薄膜ヒータ6が
スラブ導波路上に配置されている。
【0020】また、実施例1と比較して、アレイ導波路
型波長合分波器を一定温度とするための基板ホルダーは
ペルチェ回路を使用するだけで十分であった。その結
果、各薄膜ヒータ6ヘの印加電力20Wで500秒間間
印加したとき、チャンネル間隔に相当する100GHz
長波長側へ透過スペクトルをシフトさせることができ、
ヒータ通電時間をコントロールすることで容易に出力チ
ャンネルの中心波長を1GHz以下の精度でトリミング
可能なアレイ導波路型波長合分波器を得ることができ
た。
【0021】尚、その他の構成は、前述した実施例1と
同様であり、同様な作用・効果を奏する。また、上記実
施例でも明らかなように本発明の本質は、アレイ導波路
型波長合分波器のスラブ導波路の実効屈折率を恒久的に
変化させて各出力チャンネルの透過スペクトルを制御す
ることにあり、エキシマランプなどの紫外線照射、エキ
シマレーザ、YACレーザなどのレーザ照射、およびア
モルファスシリコン(a−Si)膜による応力付与膜で
スラブ導波路の実効屈折率を変化させる方法も本発明に
含まれることは自明のことである。
【0022】更に、上述した実施例1,2では、スラブ
領域上の薄膜ヒータに通電して加熱することにより、ス
ラブ領域に屈折率の異なる領域を形成していたが、本発
明においては、ヒータ加熱に依らなくても屈折率が異な
る領域があればよい。
【0023】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明により、
各出力チャンネルがシステム上設定される中心波長へ正
確に合わせられたアレイ導波路型波長合分波器を簡便に
得ることが可能となる。したがって、これまではアレイ
導波路型波長合分波器のチャンネル波長制御性の問題か
らチャンネル間隔が100GHz以下の波長分割多重シ
ステムを構築することは非常に困難であったが、本発明
により更にチャンネル間隔の狭い高密度波長分割多重シ
ステムを実現可能にするという重要な効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例による中心波長トリミング機能付
きアレイ導波路型波長合分波器の構成図である。
【図2】第1の実施例における第2の扇形スラブ導波路
から出力用チャネル導波路へ集光する光がシフトする概
念図である。
【図3】第2の実施例による中心波長トリミング機能付
きアレイ導波路型波長合分波器の構成図である。
【符号の説明】 1 入力用チャネル導波路 2 出力用チャネル導波路 3 第1の扇形スラブ導波路 4 第2の扇形スラブ導波路 5 薄膜ヒータ 6 分割された薄膜ヒータ 7 チャネル導波路アレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 保治 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 井上 靖之 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−269514(JP,A) 特開 昭61−241735(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 G02F 1/01 G02F 1/313

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に配置された入力用チャネル導波
    路と、出力用チャネル導波路と、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
    レイを接続する第1の扇形スラブ導波路と、前記出力用
    チャネル導波路と前記チャネル導波路アレイを接続する
    第2の扇形スラブ導波路とを備え、前記チャネル導波路
    アレイの長さが所定の光路長差で順次長くなる構成を有
    し、前記第1の扇形スラブ導波路と前記第2の扇形スラ
    ブ導波路の両方に、扇形スラブ導波路を斜めに横切るよ
    うに矩形の領域を設け、 前記第2の扇形スラブ導波路は前記矩形の領域内外で屈
    折率が異なる ことを特徴とするアレイ導波路型波長合分
    波器。
  2. 【請求項2】 基板上に配置された入力用チャネル導波
    路と、出力用チャネル導波路と、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
    レイを接続する第1の扇形スラブ導波路と、前記出力用
    チャネル導波路と前記チャネル導波路アレイを接続する
    第2の扇形スラブ導波路とを備え、前記チャネル導波路
    アレイの長さが所定の光路長差で順次長くなる構成を有
    し、前記第1の扇形スラブ導波路と前記第2の扇形スラ
    ブ導波路のどちらか一方又は両方に、扇形スラブ導波路
    を斜めに横切るように矩形のヒータを配置したことを特
    徴とするアレイ導波路型波長合分波器。
  3. 【請求項3】 前記ヒータは、分割されていることを特
    徴とする請求項2に記載のアレイ導波路型波長合分波
    器。
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