JP3746776B2 - 導波路型光波長合分波器 - Google Patents
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Description
一般に、平面基板上に作製した光導波路は、基板に垂直な方向に電界成分を持つTM光と、基板に平行な方向に電界成分を持つTE光との間で実効屈折率が異なる。これら実効屈折率の差分を導波路複屈折と呼び、以下の式(1)で定義する。
隣接するアレイ導波路の物理的な長さの差をΔL(=L2−L1)、また実効屈折率がアレイ導波路の中で一様だと仮定すると、式(2)、(3)は式(4)、(5)のように簡潔に書き表せる。
この偏波依存性を解消する方法として最も広く採用されているのがAWG中央部に主軸を45°傾けた波長板を挿入する方法である(非特許文献2参照)。
しかし、この方法は波長板挿入に伴う作製工程の増加、部品点数の増加、過剰損失の増加が避けられないという問題を有している。
具体的には、石英系ガラス層にシリコン基板からかかる応力を−1MPa以上1MPa以下に調整することにより、導波路複屈折の絶対値を2×10−5以下に抑制している(ここで、負符号は圧縮応力、正符号は引っ張り応力を表す。)。
式(7)より、隣接する導波路1と導波路2の導波路複屈折を、コア幅を変化させることにより式(7)の右辺を0にすればPDλを解消することができる。すなわち、AWGの偏波依存性を解消することができる。
この方法は、ガラス材料は従来と同じ圧縮応力がかかったガラスを用いて、アレイ導波路部のコア幅のみを設計マスク上で変化させることによりAWGの偏波依存性を解消する方法である。
M. K. Smit,″New focusing and dispersive planar component based on an optical phased array,″Electronics Letters, vol. 24, no. 7,pp. 385-386, Mar. 1988. Y. Inoue他″Polarization sensitivity elimination in silica-based wavelength-division multiplexer using polyimide half waveplate,″IEEE J. Lightwave Technol., vol. 15,no. 10, pp. 1947-1957, Oct. 1997 S. Suzuki 他,″Polarization-insensitive arrayed-waveguidegratings using dopant-rich silica-based glass with thermal expansion adjusted to Si substrate, ″TEE Electron. Lett.,vol. 33,no. 13, pp.1173-1174, Jun. 1997
本発明の目的は、前記第3の方法もしくは第4の方法単独では実現できなかったことを、両者の方法を組み合わせることにより実現することにある。すなわち、第3の方法だけでは充分な補償が出来なかったPDλを、第4の方法を併用することにより充分なPDλの補償を実現する。更には、第4の方法のみでは解消できなかったPDλの面内分布を、第4の方法に第3の方法を祖み合わせることにより、面内分布を有する回路のPDλをウエハ全面にわたり補償することが可能となる。
(第1実施形態)
図1に本発明の第1実施形態に係る偏波無依存のアレイ導波路格子型光波長合分波器(AWG)のウエハレイアウト構成を示す。ウエハ1には、複数のAWG10が隣接して形成されている。各AWG10には入力側スラブ導波路と出力側スラブ導波路との間に長さの異なる約100本のアレイ導波路が並列に接続されている。各アレイ導波路は入力側スラブ導波路および出力側スラブ導波路との接続部は同一のテーパ導波路(図示せず)で接続されている。
その後、1000℃以上の高温でガラス透明化を行う。この時に、下部クラッドガラス層121は30ミクロン厚、コアガラス131は7ミクロン厚となるように、ガラスの堆積を行っている(図3(B))。
載の発明(従来技術第3の方法)との差異はこの下部クラッドガラス121の加工によるリッジ15(リッジ形状)の形成にある。
エッチングマスク16を除去した後、上部クラッドガラス14を再度火炎堆積法で形成する。上部クラッドガラス14にはB203やP205などのドーパントを添加してガラス転移温度を下げ、それぞれのコアガラス13とコアガラス13の狭い隙間にも上部クラッドガラス14が入り込むようにしている(図3(E))。
しかし、それと共にガラスの耐候性が劣化する。このため、本実施形態では、信頼性が十分に確保できる条件として、クラッドガラスに添加するドーパント量を抑制し、シリコン基板からガラス層ヘ−10MPa以下の応力(10MPa以上の圧縮応力)を発生させている。
上記の設計を用いて作製したAWGの透過スペクトルを図4に示す。同図から明らかなように、λTMとλTEのズレは0.01nm 以下(測定限界以下)であった。
他方、本実施形態と特許文献2に記載された発明(従来技術第4の方法)との差は、下部クラッドをリッジ形状とすることのみで導波路複屈折を0にするためには、下部クラッドのリッジ高さを4ミクロンにする必要がある。しかしコア高さ7ミクロンと合わせて11ミクロンものガラスエッチング加工は、プロセス時間が長くなりコスト増加を引き起こす。
ここで従来技術の第3の方法と第4の方法を併用する際に、そのPDλ低減効果の比率は任意の比率を摂ることができる。しかしプロセス負担を考えると、下部クラッドのリッジ高さとしては1.5〜3ミクロンが好ましい。
図6に本発明の第2実施形態に係る偏波無依存のAWGのウエハレイアウト構成を示す。図6示すAWGと図1に示すAWGとの相異は、図1に示すAWGのウエハレイアウト構成ではウエハ1全面にわたり複数のAWGが同じ設計がなされていたのに対して、図6に示すAWGのウエハレイアウト構成では複数のAWGがウエハの位置に依存して異なるコア幅の設計がなされている点である。図7と図8にこの設計の差を誇張して示す。図7は、図6の中央に位置する偏波無依存AWG20−1の拡大図を、図8は、図6におけるAWG20−1の周辺に位置する偏波無依存AWG20−2の拡大図をそれぞれ,示している。
第1実施形態および第2実施形態では、光回路としてAWGを例に挙げて説明をした。しかし、同じ石英系ガラス導波路で構成されたマッハツェンダ干渉計、トランスバーサルフィルタなどの干渉計回路では全く同じ理屈で偏波無依存化が実現される。
10、20−1、20−2…AWG
11…シリコン基板
12…下部クラッドガラス
13…コアガラス
14…上部クラッドガラス
15…リッジ
16…エッチングマスク
101、201…入力導波路
102、202…出力導波路
103、203…入力側スラブ導波路
104、204…出力側スラブ導波路
105A,105B,205A,205B…アレイ導波路
Claims (6)
- 基板上の光導波路で構成される光波長合分波器において、
前記光波長合分波器が入力光導波路、光分岐部、複数の長さの異なる光導波路、光結合部、および出力光導波路から構成されており、
前記複数の長さの異なる光導波路の各々はコア幅の狭い導波路部分とコア幅の広い導波路部分とを含み、長さの短い光導波路から長さの長い光導波路に向かって前記コア幅の狭い導波路部分の長さが順次長くなるとともに前記コア幅の広い導波路部分の長さが順次短くなることによって、各々の長手方向に平均したコア幅が互いに異なっており、
且つ、前記コアの直下の下部クラッドがコア幅とほぼ同じ幅でリッジ形状を有しており、該コアとリッジ形状の下部クラッドは同一の上部クラッドに埋め込まれており、
前記コア幅の狭い導波路部分と前記コア幅の広い導波路部分のコア幅の差が、高次モードに起因するサイドピークが生じない範囲に設定されるとともに、前記リッジ形状の下部クラッドの高さが、下部クラッドをリッジ形状にすることのみで偏波無依存化するのに必要な高さよりは低く設定されることによって、偏波無依存化されていることを特徴とする導波路型光波長合分波器。 - 前記リッジ形状の高さが1.5ミクロン乃至3ミクロンであることを特徴とする請求項1に記載の導波路型光波長合分波器。
- 作製するウエハ面内にほぼ同等の導波路型光波長合分波器が複数配置されており、
且つ、前記複数の光導波路のコア幅変化量が、複数の導波路型光波長合分波器に対して異なるように設計および作製されたことを特徴とする請求項1乃至2に記載の導波路型光波長合分波器。 - 前記導波路型光波長合分波器が、第1のスラブ導波路、第2のスラブ導波路、それらを結ぶ互いに長さの異なる複数のアレイ導波路、第1のスラブ導波路に接続された1本あるいは複数本の入力導波路、第2のスラブ導波路に接続された1本あるいは複数本の出力導波路からなるアレイ導波路格子型光波長合分波器であることを特徴とする請求項1乃至3に記載の導波路型光波長合分波器。
- 前記導波路型光波長合分波器が、2つの光カプラとそれらを結ぶ互いに長さの異なる2本の導波路からなるマッハツェンダ光干渉計であることを特徴とする請求項1乃至3に記載の導波路型光波長合分波器。
- 前記導波路型光波長合分波器が、シリコン基板上の石英系ガラス光導波路で構成されていることを特徴とする請求項1乃至5に記載の導波路型光波長合分波器。
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