JP3884287B2

JP3884287B2 - Arrayed waveguide grating

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Publication number: JP3884287B2
Application number: JP2001394540A
Authority: JP
Inventors: 一孝奈良; 一久柏原
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003195069A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野などに使用されるアレイ導波路回折格子に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、光通信においては、その伝送容量を飛躍的に増加させる方法として、高密度波長多重伝送（Ｄ−ＷＤＭ）の研究開発が盛んに行なわれ、実用化が進みつつある。この高密度波長多重伝送は、例えば互いに異なる波長を有する複数の光を波長多重化して伝送させるものであり、高密度波長多重伝送システムにおいて、その中核を成す技術の一つが光波長合分波器である。
【０００３】
高密度波長多重伝送システムにおいて、光波長合分波器は、その名の通り、半導体レーザからの異なる波長の光信号を合波する光合波器と、異なる波長の光信号が多重化された波長多重光信号から波長ごとの光信号を取り出す光分波器とに分けられる。
【０００４】
光波長合分波器を実現する方法は様々あるが、この中でも、多波長を一括で合分波できるデバイスとして、アレイ導波路回折格子が注目されている。アレイ導波路回折格子は、例えば図９に示すように、シリコンなどの基板１１上に、同図に示すような導波路構成を有する導波路形成領域１０を石英系ガラス等より形成したものである。
【０００５】
アレイ導波路回折格子の導波路構成は、少なくとも１本の光入力導波路１２と、該光入力導波路１２の出力側に接続された第１スラブ導波路１３と、該第１スラブ導波路１３の出力側に接続され、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路１４ａから成るアレイ導波路１４と、該アレイ導波路１４の出力側に接続された第２スラブ導波路１５と、該第２スラブ導波路１５の出力側に複数並設接続された光出力導波路１６とを有している。
【０００６】
前記アレイ導波路１４は、第１スラブ導波路１３から導出された光を伝搬するものであり、互いに異なる長さに形成され、隣り合うチャンネル導波路１４ａの長さは互いにΔＬ異なっている。
【０００７】
なお、光出力導波路１６は、例えばアレイ導波路回折格子によって分波あるいは合波される互いに異なる波長の信号光の数に対応させて設けられるものであり、チャンネル導波路１４ａは、通常、例えば１００本といったように多数設けられるが、同図においては、図の簡略化のために、これらの光出力導波路１６、チャンネル導波路１４ａおよび光入力導波路１２の各々の本数を簡略的に示してある。
【０００８】
また、図１０の概略図に示すように、従来のアレイ導波路回折格子においては、やや曲線形状の光入力導波路１２の出力側のほぼ直線形状部分が第１スラブ導波路１３の入力側に直接接続されている。また、同様に、第２スラブ導波路１５の出力側に、やや曲線形状の光出力導波路１６の入力側のほぼ直線形状部分が直接接続されている。
【０００９】
光入力導波路１２には、例えば送信側の光ファイバ（図示せず）が接続されて、波長多重光が導入されるようになっており、１本の光入力導波路１２を通って第１スラブ導波路１３に導入された光は、その回折効果によって広がってアレイ導波路１４に入力し、アレイ導波路１４を伝搬する。
【００１０】
このアレイ導波路１４を伝搬した光は、第２スラブ導波路１５に達し、さらに、光出力導波路１６に集光されて出力されるが、アレイ導波路１４の隣り合うチャンネル導波路１４ａの長さが互いに設定量異なることから、アレイ導波路１４を伝搬した後に個々の光の位相にずれが生じ、このずれ量に応じて集束光の波面が傾き、この傾き角度により集光する位置が決まる。
【００１１】
そのため、波長の異なった光の集光位置は互いに異なることになり、その位置に光出力導波路１６を形成することによって、波長の異なった光（分波光）を各波長ごとに異なる光出力導波路１６から出力できる。
【００１２】
すなわち、アレイ導波路回折格子は、光入力導波路１２から入力される互いに異なる複数の波長をもった多重光から１つ以上の波長の光を分波して各光出力導波路１６から出力する光分波機能を有しており、分波される光の中心波長は、アレイ導波路１４の隣り合うチャンネル導波路１４ａの長さの差（ΔＬ）及びアレイ導波路１４の実効屈折率（等価屈折率）ｎ_ｃに比例する。
【００１３】
例えば図９に示すように、１本の光入力導波路１２から波長λ１，λ２，λ３，・・・λｎ（ｎは２以上の整数）を持った波長多重光を入力させると、これらの各波長の光は、第１スラブ導波路１３で広げられ、アレイ導波路１４に到達する。その後、光は、アレイ導波路１４と第２スラブ導波路１５を通って、前記の如く、波長によって異なる位置に集光され、互いに異なる光出力導波路１６に入力し、それぞれの光出力導波路１６を通って、光出力導波路１６の出力端から出力される。
【００１４】
そして、各光出力導波路１６の出力端にそれぞれ光出力用の光ファイバ（図示せず）を接続することにより、この光ファイバを介して、前記各波長の光が取り出される。なお、各光出力導波路１６や前述の光入力導波路１２に光ファイバを接続するときには、例えば光ファイバの接続端面を１次元アレイ状に配列固定した光ファイバアレイを用意し、この光ファイバアレイを光出力導波路１６や光入力導波路１２の接続端面側に固定して光ファイバと光出力導波路１６及び光入力導波路１２を接続する。
【００１５】
上記アレイ導波路回折格子において、各光出力導波路１６から出力される光の光透過特性（アレイ導波路回折格子の透過光強度の波長特性）は、例えば図１１に示すようになり、各光透過中心波長（例えばλ１，λ２，λ３，・・・λｎ）を中心とし、それぞれの対応する光透過中心波長から波長がずれるにしたがって光透過率が小さくなる光透過特性を示す。
【００１６】
さらに、アレイ導波路回折格子は、光の相反性（可逆性）の原理を利用しているため、上記のような光分波器としての機能と共に、光合波器としての機能も有している。すなわち、図９とは逆に、図８に示すように、互いに異なる複数の波長の光をそれぞれの波長ごとにそれぞれの光出力導波路１６から入力すると、これらの光は、上記と逆の伝搬経路を通り、アレイ導波路１４及び第１スラブ導波路１３によって合波され、１本の光入力導波路１２から出力される。
【００１７】
アレイ導波路回折格子を始めとする光波長合分波器は、上記のように、一般に、光分波器としての機能と光合波器としての機能を併せ持っている。そこで、従来は、図９に示したように光分波器として適用される光波長合分波器を、例えば光の通過方向を逆にして、図８に示したように、光合波器として使用していた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、光合波器に求められる特性は、光分波器に求められる特性と異なる。光分波器に要求される非常に重要なことは、他のチャンネルへの光の漏話を規定する隣接クロストーク特性を良好にすることであるが、光合波器には、クロストーク特性よりも通過帯域の広帯域化を実現することが要求される。
【００１９】
つまり、光合波器には、多波長化、低損失化、通過帯域の広帯域化等の様々な特性が要求されているが、中でも、通過帯域の広帯域化が非常に重要である。なお、光合波器に要求されるクロストークは、ＡＳＥのノイズレベルがカットできる程度（−１５ｄＢ以下程度）である。
【００２０】
したがって、光分波器としての特性が良好な光波長合分波器が、必ずしも光合波器として良好な特性を有しているとは限らない。しかし、前記の如く、従来は、光分波器として適用される光波長合分波器を光合波器として使用しており、光合波器として最適な構成の光波長合分波器は提案されていなかった。
【００２１】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、通過帯域の広帯域化を十分に図ることができ、光合波器として最適なアレイ導波路回折格子を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１スラブ導波路と、該第１スラブ導波路の出力側に接続され、互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２スラブ導波路と、該第２スラブ導波路の出力側に接続されて複数並設された光出力導波路とを有し、光入力導波路から入力される互いに異なる複数の波長をもった多重光から各波長の光を分波して各光出力導波路から出力する光分波機能と、各光出力導波路にそれぞれ入力された異なる波長の光を合波して１本の光入力導波路から出力する光合波機能とを有し、前記光入力導波路のうち少なくとも１本の光入力導波路の第１スラブ導波路側端部は、光入力導波路１本につき１個の独立した個別の第１シングルモード端部幅導波路を介して前記第１スラブ導波路に接続され、前記第１シングルモード端部幅導波路の光入力導波路側端部幅は対応する光入力導波路の幅よりも広幅で、かつ、シングルモード条件を満たす幅を有し、前記第１シングルモード端部幅導波路は少なくとも一部分に前記第１スラブ導波路側に向かうにつれて拡幅する形状の拡幅導波路を有して前記光入力導波路側端部幅よりも前記第１スラブ導波路に接続される第１スラブ導波路側端部の幅が広幅と成しており、前記複数の光出力導波路の第２スラブ導波路側端部は、光出力導波路１本につき１個の独立した個別の第２シングルモード端部幅導波路を介して前記第２スラブ導波路に接続され、前記第２シングルモード端部幅導波路の光出力導波路側端部幅は対応する光出力導波路の幅よりも広幅で、かつ、シングルモード条件を満たす幅を有し、前記第２シングルモード端部幅導波路は少なくとも一部分に前記第２スラブ導波路側に向かうにつれて拡幅する形状の拡幅導波路を有して前記光出力導波路側端部幅よりも前記第２スラブ導波路に接続される第２スラブ導波路側端部の幅が広幅と成しており、前記第１シングルモード端部幅導波路の第１スラブ導波路側の端部幅よりも前記第２シングルモード端部幅導波路の第２スラブ導波路側の端部幅を広幅と成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、少なくとも１本の光入力導波路と対応する拡幅導波路の間と、複数の光出力導波路と対応する拡幅導波路の間の少なくとも一方には、対応する拡幅導波路の狭幅端の幅と同じ幅の等幅導波路が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
さらに、第３の発明は、上記第１の発明の構成に加え、少なくとも１本の光入力導波路と対応する拡幅導波路の間と、複数の光出力導波路と対応する拡幅導波路の間の少なくとも一方には、対応する拡幅導波路の狭幅端の幅と同じ幅の等幅導波路が形成されており、この等幅導波路に対応する光入力導波路と光出力導波路の少なくとも一方と等幅導波路との間には、前記対応する光入力導波路または対応する光出力導波路の幅よりも狭幅の狭幅直線導波路が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
さらに、第４の発明は、上記第１乃至第３のいずれか一つの発明の構成に加え、前記拡幅導波路は台形状導波路である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００２７】
図１には、本発明に係るアレイ導波路回折格子の第１実施形態例の要部構成図が、その動作と共に模式的に示されている。
【００２８】
本実施形態例のアレイ導波路回折格子が従来例と異なる特徴的な構成は、図１および図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、各光入力導波路１２の第１スラブ導波路１３側の構成と各光出力導波路１６の第２スラブ導波路１５側の構成を以下に述べる構成としたことである。
【００２９】
なお、図２の（ａ）には、１本の光入力導波路１２の端部が具体的に示されており、図２の（ｂ）には、１本の光出力導波路１６の端部が具体的に示されている。
【００３０】
図１、図２の（ａ）に示すように、本実施形態例のアレイ導波路回折格子において、光入力導波路１２のうち少なくとも１本以上（ここでは全部）の光入力導波路１２の第１スラブ導波路１３側端部は、光入力導波路１２の１本につき１個の独立した個別の第１シングルモード端部幅導波路５ａを介して前記第１スラブ導波路１３に接続されている。
【００３１】
第１シングルモード端部幅導波路５ａの光入力導波路側端部４ａの幅は、対応する光入力導波路１２の幅よりも広幅で、かつ、シングルモード条件を満たす幅を有する。また、第１シングルモード端部幅導波路５ａは、少なくとも一部分に第１スラブ導波路１３側に向かうにつれて拡幅する形状の拡幅導波路７ａを有している。本実施形態例においては、第１シングルモード端部幅導波路５ａは拡幅導波路７ａにより形成されており、この拡幅導波路７ａは、台形状導波路である。
【００３２】
図１、図２の（ｂ）に示すように、本実施形態例において、複数の出力導波路１６の全ての第２スラブ導波路１５側端部は、光出力導波路１６の１本につき１個の独立した個別の第２シングルモード端部幅導波路５ｂを介して前記第２スラブ導波路１５に接続されている。
【００３３】
第２シングルモード端部幅導波路５ｂの光出力導波路側端部４ｂの幅は、対応する光出力導波路１６の幅よりも広幅で、かつ、シングルモード条件を満たす幅を有する。また、第２シングルモード端部幅導波路５ｂは、少なくとも一部分に第２スラブ導波路１５側に向かうにつれて拡幅する形状の拡幅導波路７ｂを有している。本実施形態例においては、第２シングルモード端部幅導波路５ｂは拡幅導波路７ｂにより形成されており、この拡幅導波路７ｂは、台形状導波路である。
【００３４】
図２の（ａ）に示すように、本実施形態例において、各光入力導波路１２の幅はＢＷ、第１シングルモード端部幅導波路５ａの光入力導波路側端部４ａの幅はＷ１ａである。第１シングルモード端部幅導波路５ａは、第１スラブ導波路１３側に向かうにつれて、テーパ角度θ１で拡幅しており、第１シングルモード端部幅導波路５ａを形成する拡幅導波路７ａ（台形状導波路）の斜辺３ａはほぼ直線状（実質的にほぼ直線）と成している。
【００３５】
第１シングルモード端部幅導波路５ａの幅は、その全領域において、対応する光入力導波路１２の幅よりも広幅と成し、第１シングルモード端部幅導波路５ａの第１スラブ導波路側端部６ａの幅（拡幅端幅）はＷ２ａである。
【００３６】
図２の（ｂ）に示すように、本実施形態例において、各光出力導波路１６の幅はＢＷ、第２シングルモード端部幅導波路５ｂの光出力導波路側端部４ｂの幅はＷ１ｂである。第２シングルモード端部幅導波路５ｂは、第２スラブ導波路１５側に向かうにつれてテーパ角度θ２で拡幅しており、第２シングルモード端部幅導波路５ｂを形成する拡幅導波路７ｂ（台形状導波路）の斜辺３ｂはほぼ直線状（実質的にほぼ直線）と成している。
【００３７】
第２シングルモード端部幅導波路５ｂの幅は、その全領域において、対応する光出力導波路１６の幅よりも広幅と成し、第２シングルモード端部幅導波路５ｂの第２スラブ導波路側端部６ｂの幅（拡幅端幅）はＷ２ｂである。
【００３８】
さらに、本実施形態例において、少なくとも前記第１シングルモード端部幅導波路５ａの第１スラブ導波路１３側の端部幅Ｗ２ａと、前記第２シングルモード端部幅導波路５ｂの第２スラブ導波路１５側の端部幅Ｗ２ｂとが互いに異なる。
【００３９】
すなわち、本実施形態例のアレイ導波路回折格子において、上記パラメータは、以下の表１に示すように形成されている。
【００４０】
【表１】

【００４１】
また、本実施形態例は、以下のようにして製造されている。まず、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板１１上にアンダークラッド膜、コア膜を形成し、その後、図１に示すような構成のアレイ導波路回折格子の回路パターンが描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法を用いて、コアにフォトマスクの回路パターンを転写した。
【００４２】
その後、再度、火炎加水分解堆積法を用いてオーバークラッド膜を形成し、光合波器として機能するアレイ導波路回折格子を製造した。
【００４３】
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例では、図１に示すように、それぞれの光出力導波路１６から例えば波長λ１、λ２、λ３、・・・λｎの光を入力すると、これらの各波長の光は、第２シングルモード端部幅導波路５ｂを通って第２スラブ導波路１５に入力する。
【００４４】
そして、これらの各波長の光は、第２スラブ導波路１５、アレイ導波路１４、第１スラブ導波路１３を通って合波され、波長λ１、λ２、λ３、・・・、λｎを持った波長多重光となり、第１シングルモード端部幅導波路５ａを通って１つの光入力導波路１２に入力し、この光入力導波路１２から出力される。
【００４５】
ところで、アレイ導波路回折格子において、その通過スペクトル形状は、概略、第１スラブ導波路１３の光入力導波路１２側の端部における光電界振幅分布と、第２スラブ導波路１５の光出力導波路１６側の端部における光電界振幅分布との重ね合わせで決定される。
【００４６】
そこで、本発明者は、第１スラブ導波路１３の光入力導波路１２側の端部における光電界振幅分布と、第２スラブ導波路１５の光出力導波路１６側の端部における光電界振幅分布に着目し、これらの光電界振幅分布の重ね合わせ形状を良好にすることを考え、上記構成を決定した。以下、上記光電界振幅分布についての検討について述べる。
【００４７】
本実施形態例は、光出力導波路１６の第２スラブ導波路１５側の端部に、上記構成の第２シングルモード端部幅導波路５ｂを設けているので、第２スラブ導波路１５の光出力導波路１６側の端部における光電界振幅分布は、例えば図４の（ａ）、（ｂ）の特性線ａのようになる。
【００４８】
なお、この特性線ａおよび、以下に述べる図４の特性線ｂ、特性線ｃは、いずれも、１つの波長を中心とした光の光電界振幅分布を示している。
【００４９】
図４の（ａ）、（ｂ）の特性線ａに示すように、光出力導波路１６の第２スラブ導波路１５側の端部に第２シングルモード端部幅導波路５ｂを設けると、第２スラブ導波路１５の光出力導波路１６側の端部における光電界振幅分布は、一山形状を呈し、その山頂付近における幅は広く、かつ、裾野部分（両端側）の立ち上がりが良好になる。
【００５０】
このことは、本発明者が以前に検討して明らかにしたものであり、その詳細は、本発明者による提案の、特願２０００−４００３６２に記載されている。なお、この提案は、未だ公開になっていない。
【００５１】
ここで、第１スラブ導波路１３と光入力導波路１２との接続部を、従来のアレイ導波路回折格子のように、本実施形態例における第１シングルモード端部幅導波路５ａを有していない構成とした場合、第１スラブ導波路１３の光入力導波路１２側の端部における光電界振幅分布は、図４の（ｂ）の特性線ｃに示すようになる。つまり、第１スラブ導波路１３の光入力導波路１２側の端部における光電界振幅分布は、その山頂付近における幅が、図４の特性線ａに比べて非常に狭くなる。
【００５２】
したがって、これら図４の（ｂ）の特性線ａと特性線ｃの重ね合わせ領域は、図４の（ｂ）の斜線部に示す領域となり、特性線ｃに示した光電界振幅分布に比べれば、その山頂付近における幅は広くなっているが、山頂付近の幅が大幅に広くはなっていない。
【００５３】
また、図４の（ａ）の特性線ｂは、本実施形態例のように、第１スラブ導波路１３と光入力導波路１２との接続部に、第１シングルモード端部幅導波路５ａを設けた場合の、第１スラブ導波路１３の光入力導波路１２側の端部における光電界振幅分布を示す。この特性線ｂも山頂付近の幅が広くなっている。なお、第１シングルモード端部幅導波路５ａの拡幅端幅と第２シングルモード端部幅導波路ｂの拡幅端幅は互いに異なるので、図４の（ａ）の特性線ａと特性線ｂの幅や高さは互いに異なる。
【００５４】
そして、図４の（ａ）の特性線ａと特性線ｂの重ね合わせ領域は、図４の（ａ）の斜線部に示す領域となり、図４の（ｂ）の斜線部で示した領域に比べ、その山頂付近における幅が非常に広くなっている。
【００５５】
つまり、本実施形態例のように、光出力導波路１６の第２スラブ導波路１５側の端部に、上記構成の第２シングルモード端部幅導波路５ｂを設け、かつ、光入力導波路１２の第１スラブ導波路１３側端部に、上記構成の第１シングルモード端部幅導波路５ａを設けたアレイ導波路回折格子は、光通過帯域が広く、光合波器に最適なアレイ導波路回折格子となることが分かった。
【００５６】
また、本実施形態例のアレイ導波路回折格子は、上記のように、第１スラブ導波路１３の光入力導波路１２側の端部における光電界振幅分布と、第２スラブ導波路１５の光出力導波路１６側の端部における光電界振幅分布との重ね合わせ領域を広くできるので、モードフィールドミスマッチ損失を減少させることができ、低損失化を図ることができる。
【００５７】
さらに、本実施形態例のアレイ導波路回折格子は、少なくとも前記第１シングルモード端部幅導波路５ａの第１スラブ導波路１３側の端部幅Ｗ２ａと、前記第２シングルモード端部幅導波路５ｂの第２スラブ導波路１５側の端部幅Ｗ２ｂとが互いに異なる。したがって、図４の（ａ）の斜線で示した領域は、特性線ａに比べて、裾野部分（両端側）の立ち上がりが良好になり、クロストークを許容範囲（例えば−１５ｄＢ以下）に維持できる。
【００５８】
図３の特性線ａには、本実施形態例のアレイ導波路回折格子の通過スペクトル例が示されている。また、同図の特性線ｂには、従来例における通過スペクトルが示されている。なお、これらの特性線は、１つの波長を中心とした光の通過スペクトルを規格化して示したものである。
【００５９】
図３の特性線ａに示すように、本実施形態例のアレイ導波路回折格子は従来例に比べ、通過帯域が広帯域化できており、損失やクロストークは従来例と遜色なく、光合波器として最適なアレイ導波路回折格子を実現することができた。
【００６０】
次に、本発明に係るアレイ導波路回折格子の第２実施形態例について説明する。第２実施形態例のアレイ導波路回折格子は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、図５の（ａ）に示すように、各光入力導波路１２の第１スラブ導波路１３側を構成し、同図の（ｂ）に示すように、各光出力導波路１６の第２スラブ導波路１５側を構成したことである。
【００６１】
つまり、第２実施形態例において、少なくとも１本（ここでは全部）の光入力導波路１２の少なくとも１本（ここでは全部）と対応する拡幅導波路７ａの間と、複数の光出力導波路１６の全てと対応する拡幅導波路７ｂの間の少なくとも一方（ここでは両方）に、対応する拡幅導波路７ａ，７ｂの狭幅端の幅と同じ幅の等幅導波路８ａ，８ｂが設けられて、それぞれ、第１、第２シングルモード端部幅導波路５ａ，５ｂが形成されている。
【００６２】
また、第２実施形態例では、上記等幅導波路８ａ，８ｂに対応する光入力導波路１２と光出力導波路１６の少なくとも一方と等幅導波路８ａ，８ｂとの間には、前記対応する光入力導波路１２または対応する光出力導波路１６の幅よりも狭幅の狭幅直線導波路１ａ，１ｂが設けられている。
【００６３】
本第２実施形態例のアレイ導波路回折格子において、等幅導波路８ａ，８ｂの幅ＥＷは、拡幅導波路７ａ，７ｂの狭幅端幅Ｗ１ａ，Ｗ１ｂと等しく、等幅導波路８ａ，８ｂの長さは、共にＥＬ、狭幅直線導波路１ａ，１ｂの幅はＮＷ、長さはＮＬである。
【００６４】
上記パラメータおよび、光入力導波路１２、光出力導波路１６の幅、拡幅導波路７ａの第１スラブ導波路側端部６ａの幅（拡幅端幅）Ｗ２ａ、拡幅導波路７ｂの第２スラブ導波路側端部６ｂの幅（拡幅端幅）Ｗ２ｂ、テーパ角度θ２は、以下の表２に示すように形成されている。
【００６５】
【表２】

【００６６】
第２実施形態例のアレイ導波路回折格子の製造方法は、フォトマスク形状と、このフォトマスクを用いて転写される回路パターンを異なるものとした以外は、上記実施形態例と同様である。
【００６７】
第２実施形態例において、等幅導波路８ａ，８ｂと拡幅導波路７ａ，７ｂから成る第１と第２シングルモード端部幅導波路５ａ，５ｂは、上記第１実施形態例における第１と第２シングルモード端部幅導波路５ａ，５ｂと同様に機能するので、第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００６８】
また、第２実施形態例は、第２シングルモード端部幅導波路５ｂと光出力導波路１６との間に狭幅直線導波路１ｂを設けているので、光出力導波路１６が曲線部を有していて、光出力導波路１６に入力された光がこの曲線部を伝搬するときに光強度分布の中心位置が光出力導波路幅方向中心位置からずれたとしても、狭幅直線導波路１ｂを通るときに光強度分布の中心位置を直線導波路中心に移動させることができる。
【００６９】
したがって、上記入力光の強度中心を第２シングルモード端部幅導波路５ｂの幅方向中心に入力できるため、第２シングルモード端部幅導波路５ｂを出力する光強度分布形状を全体的に歪みの無いものとすることができる。
【００７０】
図６の特性線ａには、第２実施形態例のアレイ導波路回折格子の通過スペクトル例が示されている。また、同図の特性線ｂには前記従来例における通過スペクトルが示されている。なお、これらの特性線は、１つの波長を中心とした光の通過スペクトルを規格化して示したものである。
【００７１】
図６の特性線ａに示すように、本実施形態例のアレイ導波路回折格子は従来例に比べ、通過帯域が広帯域化できており、損失やクロストークは従来例と遜色なく、光合波器として最適なアレイ導波路回折格子を実現することができた。
【００７２】
次に、本発明に係るアレイ導波路回折格子の第３実施形態例について説明する。第３実施形態例のアレイ導波路回折格子は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、第３実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、第１、第２シングルモード端部幅導波路５ａ，５ｂの幅やテーパ角度θ１、θ２を上記第１実施形態例と異なる値にしたことである。
【００７３】
つまり、表１および図２に示したように、上記第１実施形態例では、第１シングルモード端部幅導波路５ａと第２シングルモード端部幅導波路５ｂは、そのテーパ角度θ１、θ２を互いに同じ値とし、その長さを異なる値とすることにより、第１シングルモード端部幅導波路５ａの拡幅端幅Ｗ２ａと第２シングルモード端部幅導波路５ｂの拡幅端幅Ｗ２ｂを異なる値にした。
【００７４】
それに対し、表３に示すように、第３実施形態例では、第１シングルモード端部幅導波路５ａと第２シングルモード端部幅導波路５ｂのテーパ角度θ１、θ２を互いに異なる値とし、第１シングルモード端部幅導波路５ａと第２シングルモード端部幅導波路５ｂの拡幅端幅Ｗ２ａとＷ２ｂも異なる値にした。
【００７５】
【表３】

【００７６】
上記以外の第３実施形態例の構成は上記第１実施形態例と同様に構成されており、第３実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００７７】
図７の特性線ａには、第３実施形態例のアレイ導波路回折格子の通過スペクトル例が示されている。また、同図の特性線ｂには前記従来例における通過スペクトルが示されている。なお、これらの特性線は、１つの波長を中心とした光の通過スペクトルを規格化して示したものである。
【００７８】
図７の特性線ａに示すように、本実施形態例のアレイ導波路回折格子は従来例に比べ、通過帯域が広帯域化できており、損失やクロストークは従来例と遜色なく、光合波器として最適なアレイ導波路回折格子を実現することができた。
【００７９】
なお、本発明は上記各実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上記各実施形態例では、全ての光入力導波路１２の第１スラブ導波路１３側端部は、光入力導波路１本につき１個の独立した個別の第１シングルモード端部幅導波路５ａを介して前記第１スラブ導波路１３に接続されていたが、少なくとも１本の光入力導波路１２の第１スラブ導波路１３側が、光入力導波路１本につき１個の独立した個別の第１シングルモード端部幅導波路５ａを介して前記第１スラブ導波路１３に接続されていればよい。
【００８０】
また、上記第２実施形態例では、全ての光入力導波路１２と等幅導波路８ａとの間に狭幅直線導波路１ａを設け、全ての光出力導波路１６と等幅導波路８ｂとの間に狭幅直線導波路１ｂを設けたが、少なくとも１本の光入力導波路１２の全本数未満の光入力導波路１２と対応する等幅導波路８ａとの間に狭幅直線導波路１ａを設けてもよい。
【００８１】
さらに、上記第２実施形態例のように第１、第２シングルモード端部幅導波路５ａ，５ｂの少なくとも一方を、等幅導波路８ａ，８ｂを設けて構成する場合に、狭幅直線導波路１ａ，１ｂを省略してもよい。この場合も、上記第１、第３実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００８２】
さらに、本発明において、拡幅導波路の幅や長さやテーパ角度、直線状導波路の長さや幅、等幅導波路の長さ等は、特に限定されることはなく適宜設定されるものであり、例えば光電界振幅分布のシミュレーション結果等に基づいて、アレイ導波路回折格子の仕様に合わせて上記各値を設定することにより、上記各実施形態例のような優れた効果を奏するアレイ導波路回折格子を実現することができる。
【００８３】
さらに、本発明のアレイ導波路回折格子に適用されるシングルモード端部幅導波路は必ずしも台形状導波路を有する構成とするとは限らない。シングルモード端部幅導波路は、対応する光入力導波路または光出力導波路側の幅がそれら対応する導波路の幅よりも広幅で、かつ、シングルモード条件を満たす端部幅を有し、この端部と反対側に向かうにつれて拡幅する形状の拡幅導波路を少なくとも一部分に有している構成とすればよい。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、光入力導波路と第１スラブ導波路との間に介設される第１シングルモード端部幅導波路の第１スラブ導波路側の端部幅よりも光出力導波路と第２スラブ導波路との間に介設される第２シングルモード端部幅導波路の第２スラブ導波路側の端部幅を広幅と成していることによって、概略、第１スラブ導波路の光入力導波路側の端部における光電界振幅分布と、第２スラブ導波路の光出力導波路側の端部における光電界振幅分布との重ね合わせで決定される通過スペクトル形状を中心付近の幅が広い形状にすることができる。
【００８５】
したがって、本発明のアレイ導波路回折格子は、通過帯域を広帯域化した、光合波器として最適なアレイ導波路回折格子を実現できる。さらに、本発明のアレイ導波路回折格子は、モードフィールドミスマッチ損失を減少でき、低損失化を図ることができ、さらにクロストークを一定の値以下に保つことができる。
【００８６】
また、本発明において、第１、第２シングルモード端部幅導波路を拡幅導波路を有する構成としたり、拡幅導波路と光入力導波路または光出力導波路の端部に設けた等幅導波路とを有する構成としたりすることにより、上記効果を奏するアレイ導波路回折格子を容易に構成できる。
【００８７】
さらに、本発明において、光入力導波路または光出力導波路の端部に設けた等幅導波路に対応する光入力導波路と光出力導波路の少なくとも一方と等幅導波路との間に、前記対応する光入力導波路または対応する光出力導波路の幅よりも狭幅の狭幅直線導波路を設けた構成によれば、狭幅直線導波路によって、光の強度中心をシングルモード端部幅導波路の幅方向中心に入力でき、このシングルモード端部幅導波路を出力する光強度分布形状を全体的に歪みの無いものとすることができる。
【００８８】
さらに、本発明において、拡幅導波路は台形状導波路とした構成によれば、簡単な構成で上記効果を効率的に発揮できるアレイ導波路回折格子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアレイ導波路回折格子の第１実施形態例を模式的に示す構成図である。
【図２】上記第１実施形態例における光入力導波路と光出力導波路の端部側構成を具体的に示す説明図である。
【図３】上記第１実施形態例の通過スペクトルを、シングルモード端部幅導波路を設けない従来例の通過スペクトルと共に示すグラフである。
【図４】アレイ導波路回折格子において光入力導波路と光出力導波路の両方の端部側にシングルモード端部幅導波路を設けた場合と、一方にのみシングルモード端部幅導波路を設けた場合の光電界振幅分布を説明する模式図である。
【図５】本発明に係るアレイ導波路回折格子の第２実施形態例における光入力導波路と光出力導波路の端部側構成を具体的に示す説明図である。
【図６】上記第２実施形態例の通過スペクトルを、シングルモード端部幅導波路を設けない従来例の通過スペクトルと共に示すグラフである。
【図７】本発明に係るアレイ導波路回折格子の第３実施形態例の通過スペクトルを、シングルモード端部幅導波路を設けない従来例の通過スペクトルと共に示すグラフである。
【図８】従来のアレイ導波路回折格子の構成例を、光合波器としての動作と共に模式的に示す説明図である。
【図９】従来のアレイ導波路回折格子の構成例を、光分波器としての動作と共に模式的に示す説明図である。
【図１０】従来のアレイ導波路回折格子における光入力導波路と第１スラブ導波路との接続部周辺構成を模式的に示す説明図である。
【図１１】アレイ導波路回折格子の通過スペクトルを模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ狭幅直線導波路
５ａ第１シングルモード端部幅導波路
５ｂ第２シングルモード端部幅導波路
７ａ，７ｂ拡幅導波路
８ａ，８ｂ等幅導波路
１１基板
１２光入力導波路
１３第１スラブ導波路
１４アレイ導波路
１４ａチャンネル導波路
１５第２スラブ導波路
１６光出力導波路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an arrayed waveguide diffraction grating used in the field of optical communication and the like.
[0002]
[Background]
In recent years, in optical communication, as a method for dramatically increasing the transmission capacity, research and development of high-density wavelength division multiplexing (D-WDM) has been actively conducted and its practical application is being advanced. In this high-density wavelength division multiplexing transmission, for example, a plurality of lights having different wavelengths are wavelength-multiplexed and transmitted. One of the core technologies in a high-density wavelength multiplexing transmission system is an optical wavelength multiplexer / demultiplexer. It is.
[0003]
In a high-density wavelength division multiplexing transmission system, the optical wavelength multiplexer / demultiplexer is, as the name suggests, an optical multiplexer that multiplexes optical signals of different wavelengths from a semiconductor laser, and a wavelength in which optical signals of different wavelengths are multiplexed. It is divided into an optical demultiplexer that extracts an optical signal for each wavelength from the multiplexed optical signal.
[0004]
There are various methods for realizing an optical wavelength multiplexer / demultiplexer, and among them, an arrayed waveguide diffraction grating has attracted attention as a device capable of collectively multiplexing / demultiplexing multiple wavelengths. For example, as shown in FIG. 9, the arrayed waveguide diffraction grating is obtained by forming a waveguide forming region 10 having a waveguide configuration as shown in the figure on a substrate 11 made of silicon or the like from quartz glass or the like. .
[0005]
The waveguide configuration of the arrayed waveguide grating includes at least one optical input waveguide 12, a first slab waveguide 13 connected to the output side of the optical input waveguide 12, and the first slab waveguide 13. An array waveguide 14 composed of a plurality of channel waveguides 14a arranged in parallel with different lengths from each other, and a second slab waveguide 15 connected to the output side of the array waveguide 14. And a plurality of optical output waveguides 16 connected in parallel on the output side of the second slab waveguide 15.
[0006]
The arrayed waveguide 14 propagates light derived from the first slab waveguide 13, and is formed to have different lengths. Adjacent channel waveguides 14a have different lengths by ΔL.
[0007]
The optical output waveguide 16 is provided corresponding to the number of signal lights having different wavelengths that are demultiplexed or combined by, for example, an arrayed waveguide diffraction grating, and the channel waveguide 14a is usually, for example, The number of optical output waveguides 16, channel waveguides 14 a, and optical input waveguides 12 is simply shown for simplification of the drawing. It is.
[0008]
As shown in the schematic diagram of FIG. 10, in the conventional arrayed waveguide grating, the substantially linear portion on the output side of the slightly curved optical input waveguide 12 is on the input side of the first slab waveguide 13. Connected directly. Similarly, a substantially linear portion on the input side of the slightly curved optical output waveguide 16 is directly connected to the output side of the second slab waveguide 15.
[0009]
For example, a transmission side optical fiber (not shown) is connected to the optical input waveguide 12 so that wavelength multiplexed light is introduced, and the first optical input waveguide 12 passes through the first optical input waveguide 12. The light introduced into the slab waveguide 13 spreads by the diffraction effect, enters the arrayed waveguide 14, and propagates through the arrayed waveguide 14.
[0010]
The light propagating through the arrayed waveguide 14 reaches the second slab waveguide 15 and is further collected and output to the optical output waveguide 16, but the length of the channel waveguide 14 a adjacent to the arrayed waveguide 14 is long. Therefore, after propagating through the arrayed waveguide 14, the phase of each light is shifted, and the wavefront of the focused light is tilted according to the shift amount, and the focusing position is determined by the tilt angle. .
[0011]
For this reason, the light condensing positions of the light having different wavelengths are different from each other. By forming the light output waveguide 16 at the position, the light having different wavelengths (demultiplexed light) is guided to the light output different for each wavelength. It can be output from the waveguide 16.
[0012]
That is, the arrayed waveguide diffraction grating demultiplexes light having one or more wavelengths from multiplexed light having a plurality of different wavelengths input from the optical input waveguide 12 and outputs the demultiplexed light from each optical output waveguide 16. The center wavelength of the light to be demultiplexed is the difference in length (ΔL) between adjacent channel waveguides 14a of the arrayed waveguide 14 and the effective refractive index (equivalent to the equivalent of the arrayed waveguide 14). Refractive index n _c Is proportional to
[0013]
For example, as shown in FIG. 9, when wavelength multiplexed light having wavelengths λ1, λ2, λ3,... Λn (n is an integer of 2 or more) is input from one optical input waveguide 12, The light having the wavelength is spread by the first slab waveguide 13 and reaches the arrayed waveguide 14. Thereafter, the light passes through the arrayed waveguide 14 and the second slab waveguide 15 and is collected at different positions depending on the wavelength, as described above, and is input to the different optical output waveguides 16, respectively. 16 is output from the output end of the optical output waveguide 16.
[0014]
Then, by connecting an optical fiber for light output (not shown) to the output end of each optical output waveguide 16, the light of each wavelength is extracted through this optical fiber. When connecting an optical fiber to each optical output waveguide 16 or the above-described optical input waveguide 12, for example, an optical fiber array in which connection end faces of optical fibers are arranged and fixed in a one-dimensional array is prepared. Is fixed to the connection end face side of the optical output waveguide 16 and the optical input waveguide 12, and the optical fiber, the optical output waveguide 16 and the optical input waveguide 12 are connected.
[0015]
In the arrayed waveguide diffraction grating, the light transmission characteristics (wavelength characteristics of the transmitted light intensity of the arrayed waveguide diffraction grating) of the light output from each light output waveguide 16 are as shown in FIG. The light transmission characteristic is such that the light transmittance decreases with a shift from the corresponding light transmission center wavelength with the transmission center wavelength (for example, λ1, λ2, λ3,.
[0016]
Furthermore, since the arrayed waveguide grating utilizes the principle of reciprocity (reversibility) of light, it has a function as an optical multiplexer as well as a function as an optical demultiplexer as described above. . That is, in contrast to FIG. 9, when light having a plurality of wavelengths different from each other is input from the respective optical output waveguides 16 for each wavelength, as shown in FIG. The light passes through the path, is combined by the arrayed waveguide 14 and the first slab waveguide 13, and is output from one optical input waveguide 12.
[0017]
As described above, an optical wavelength multiplexer / demultiplexer including an arrayed waveguide diffraction grating generally has both a function as an optical demultiplexer and a function as an optical multiplexer. Therefore, conventionally, an optical wavelength multiplexer / demultiplexer applied as an optical demultiplexer as shown in FIG. 9 is used as an optical multiplexer as shown in FIG. I was using it.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, generally, characteristics required for an optical multiplexer are different from characteristics required for an optical demultiplexer. A very important requirement for an optical demultiplexer is to improve the adjacent crosstalk characteristics that define the crosstalk of light to other channels. It is required to increase the passband.
[0019]
In other words, the optical multiplexer is required to have various characteristics such as multi-wavelength, low loss, wide passband, etc. Among them, it is very important to widen the passband. The crosstalk required for the optical multiplexer is such that the ASE noise level can be cut (about −15 dB or less).
[0020]
Therefore, an optical wavelength multiplexer / demultiplexer having good characteristics as an optical demultiplexer does not necessarily have good characteristics as an optical multiplexer. However, as described above, conventionally, an optical wavelength multiplexer / demultiplexer applied as an optical demultiplexer is used as an optical multiplexer, and an optical wavelength multiplexer / demultiplexer having an optimum configuration as an optical multiplexer has been proposed. It wasn't.
[0021]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an arrayed waveguide diffraction grating that is capable of sufficiently widening the passband and that is optimal as an optical multiplexer. It is in.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the problems. That is, the first invention is connected to at least one optical input waveguide, a first slab waveguide connected to the output side of the optical input waveguide, and an output side of the first slab waveguide, An arrayed waveguide comprising a plurality of channel waveguides arranged in parallel with different lengths from each other, a second slab waveguide connected to the output side of the arrayed waveguide, and an output side of the second slab waveguide A plurality of optical output waveguides connected in parallel, An optical demultiplexing function for demultiplexing light of each wavelength from multiplexed light having a plurality of different wavelengths input from the optical input waveguide and outputting from each optical output waveguide, and input to each optical output waveguide An optical multiplexing function for combining the light of different wavelengths and outputting from one optical input waveguide; The first slab waveguide side end of at least one optical input waveguide of the optical input waveguides has one independent individual first single mode end width waveguide per optical input waveguide. Connected to the first slab waveguide, the optical input waveguide side end width of the first single mode end width waveguide is wider than the width of the corresponding optical input waveguide, and the single mode condition is satisfied. The first single-mode end-width waveguide has at least a portion of the widened waveguide that is widened toward the first slab waveguide. The width of the first slab waveguide side end connected to the first slab waveguide is wider than the width of the optical input waveguide side end. The second slab waveguide side end of the plurality of optical output waveguides is connected to the second slab via one independent individual second single-mode end width waveguide per optical output waveguide. An optical output waveguide side end width of the second single mode end width waveguide connected to the waveguide is wider than a corresponding optical output waveguide and has a width satisfying the single mode condition. The second single-mode end width waveguide has a widened waveguide having a shape that widens toward at least a portion toward the second slab waveguide. The width of the second slab waveguide side end connected to the second slab waveguide is wider than the width of the light output waveguide side end. Cage ,in front The end width of the first single mode end width waveguide on the first slab waveguide side than End width of the second single mode end width waveguide on the second slab waveguide side Is made of wide The structure is a means to solve the problem.
[0023]
In addition to the configuration of the first invention, the second invention is provided between at least one optical input waveguide and a corresponding widened waveguide and between a plurality of optical output waveguides and a corresponding widened waveguide. At least one of these is a means for solving the problem with a configuration in which a monospaced waveguide having the same width as the width of the narrow end of the corresponding widened waveguide is formed.
[0024]
Furthermore, in addition to the configuration of the first invention, the third invention is provided between at least one optical input waveguide and a corresponding widened waveguide, and between a plurality of optical output waveguides and a corresponding widened waveguide. At least one of the corresponding widened waveguides is formed with an equal-width waveguide having the same width as the narrow-width end. At least one of the optical input waveguide and the optical output waveguide corresponding to the equal-width waveguide is formed. Means for solving the problems with a configuration in which a narrow linear waveguide narrower than the width of the corresponding optical input waveguide or the corresponding optical output waveguide is provided between the one and the equal-width waveguide. It is said.
[0025]
Further, the fourth invention is a means for solving the problems with a configuration in which the widened waveguide is a trapezoidal waveguide in addition to the configuration of any one of the first to third inventions.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are assigned to the same names as those in the conventional example, and the duplicate description is omitted or simplified.
[0027]
FIG. 1 schematically shows a configuration of the main part of the first embodiment of the arrayed waveguide diffraction grating according to the present invention together with the operation thereof.
[0028]
A characteristic configuration of the arrayed waveguide diffraction grating of the present embodiment different from that of the conventional example is that the first slab guide of each optical input waveguide 12 is shown in FIGS. The configuration on the side of the waveguide 13 and the configuration on the side of the second slab waveguide 15 of each optical output waveguide 16 are as described below.
[0029]
2A specifically shows an end portion of one optical input waveguide 12, and FIG. 2B shows an end portion of one optical output waveguide 16. In FIG. The parts are specifically shown.
[0030]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2A, in the arrayed waveguide grating of this embodiment, at least one (here, all) of the optical input waveguides 12 of the optical input waveguides 12 One slab waveguide 13 side end is connected to the first slab waveguide 13 via one independent individual first single mode end width waveguide 5a per one of the optical input waveguides 12. Yes.
[0031]
The width of the optical input waveguide side end 4a of the first single mode end width waveguide 5a is wider than the width of the corresponding optical input waveguide 12, and has a width satisfying the single mode condition. The first single-mode end width waveguide 5a has a widened waveguide 7a having a shape that widens toward at least a portion toward the first slab waveguide 13 side. In the present embodiment, the first single mode end width waveguide 5a is formed by the widened waveguide 7a, and the widened waveguide 7a is a trapezoidal waveguide.
[0032]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2B, in the present embodiment example, all the second slab waveguide 15 side ends of the plurality of output waveguides 16 are one for each of the optical output waveguides 16. It is connected to the second slab waveguide 15 through individual and independent second single mode end width waveguides 5b.
[0033]
The width of the optical output waveguide side end 4b of the second single mode end width waveguide 5b is wider than the width of the corresponding optical output waveguide 16 and has a width satisfying the single mode condition. The second single-mode end width waveguide 5b has a widened waveguide 7b having a shape that widens toward the second slab waveguide 15 at least partially. In the present embodiment, the second single mode end width waveguide 5b is formed by the widened waveguide 7b, and the widened waveguide 7b is a trapezoidal waveguide.
[0034]
As shown in FIG. 2A, in the present embodiment, the width of each optical input waveguide 12 is BW, and the width of the optical input waveguide side end 4a of the first single mode end width waveguide 5a is W1a. The first single mode end width waveguide 5a is widened at the taper angle θ1 toward the first slab waveguide 13 side, and the widened waveguide 7a (forming the first single mode end width waveguide 5a). The hypotenuse 3a of the trapezoidal waveguide is substantially linear (substantially substantially straight).
[0035]
The width of the first single mode end width waveguide 5a is wider than the width of the corresponding optical input waveguide 12 in the entire region, and the first slab guide of the first single mode end width waveguide 5a is formed. The width (widened end width) of the waveguide-side end portion 6a is W2a.
[0036]
As shown in FIG. 2B, in the present embodiment, the width of each optical output waveguide 16 is BW, and the width of the optical output waveguide side end 4b of the second single mode end width waveguide 5b is W1b. The second single mode end width waveguide 5b is widened at a taper angle θ2 toward the second slab waveguide 15 side, and the widened waveguide 7b (table) forming the second single mode end width waveguide 5b is formed. The hypotenuse 3b of the (shaped waveguide) is substantially linear (substantially substantially straight).
[0037]
The width of the second single mode end width waveguide 5b is wider than the width of the corresponding optical output waveguide 16 in the entire region, and the second slab guide of the second single mode end width waveguide 5b is formed. The width of the waveguide side end portion 6b (widened end width) is W2b.
[0038]
Furthermore, in this embodiment, at least the end width W2a on the first slab waveguide 13 side of the first single mode end width waveguide 5a and the second slab of the second single mode end width waveguide 5b. The end width W2b on the waveguide 15 side is different from each other.
[0039]
That is, in the arrayed waveguide diffraction grating of the present embodiment, the above parameters are formed as shown in Table 1 below.
[0040]
[Table 1]

[0041]
In addition, the present embodiment example is manufactured as follows. First, an undercladding film and a core film are formed on a silicon substrate 11 using a flame hydrolysis deposition method, and then a photomask on which a circuit pattern of an arrayed waveguide diffraction grating having a configuration as shown in FIG. 1 is drawn. The circuit pattern of the photomask was transferred to the core using photolithography and reactive ion etching.
[0042]
Thereafter, an over clad film was formed again using the flame hydrolysis deposition method, and an arrayed waveguide diffraction grating functioning as an optical multiplexer was manufactured.
[0043]
This embodiment is configured as described above. In this embodiment, for example, as shown in FIG. 1, light of wavelengths λ1, λ2, λ3,. When inputted, the light of each wavelength is inputted to the second slab waveguide 15 through the second single mode end width waveguide 5b.
[0044]
The light of each wavelength is combined through the second slab waveguide 15, the arrayed waveguide 14, and the first slab waveguide 13, and has wavelengths λ1, λ2, λ3,. The wavelength-division multiplexed light is input to one optical input waveguide 12 through the first single-mode end width waveguide 5 a and output from the optical input waveguide 12.
[0045]
By the way, in the arrayed waveguide grating, the shape of its passing spectrum is roughly the optical electric field amplitude distribution at the end of the first slab waveguide 13 on the optical input waveguide 12 side and the optical output guide of the second slab waveguide 15. This is determined by superposition with the optical electric field amplitude distribution at the end on the waveguide 16 side.
[0046]
Therefore, the inventor of the present invention has the optical electric field amplitude distribution at the end of the first slab waveguide 13 on the optical input waveguide 12 side and the optical electric field amplitude at the end of the second slab waveguide 15 on the optical output waveguide 16 side. Focusing on the distribution, the above configuration was determined in consideration of making the superposition shape of these optical electric field amplitude distributions favorable. Hereinafter, the examination on the optical electric field amplitude distribution will be described.
[0047]
In this embodiment, the second single mode end width waveguide 5b having the above-described configuration is provided at the end of the optical output waveguide 16 on the second slab waveguide 15 side. The optical electric field amplitude distribution at the end on the optical output waveguide 16 side is, for example, as shown by the characteristic line a in FIGS.
[0048]
Note that the characteristic line a and the characteristic line b and characteristic line c of FIG. 4 described below all indicate the optical electric field amplitude distribution of light centered on one wavelength.
[0049]
When the second single mode end width waveguide 5b is provided at the end of the optical output waveguide 16 on the second slab waveguide 15 side, as shown by the characteristic line a in FIGS. The optical electric field amplitude distribution at the end of the second slab waveguide 15 on the side of the optical output waveguide 16 has a mountain shape, the width in the vicinity of the peak is wide, and the skirt portion (both ends) has a good rise. Become.
[0050]
This has been clarified by the inventor in the past, and the details thereof are described in Japanese Patent Application No. 2000-400362 proposed by the inventor. This proposal has not yet been made public.
[0051]
Here, the connection portion between the first slab waveguide 13 and the optical input waveguide 12 has the first single mode end width waveguide 5a in the present embodiment example like a conventional arrayed waveguide diffraction grating. When not configured, the optical electric field amplitude distribution at the end of the first slab waveguide 13 on the optical input waveguide 12 side is as shown by a characteristic line c in FIG. 4B. That is, the optical electric field amplitude distribution at the end of the first slab waveguide 13 on the optical input waveguide 12 side has a very narrow width in the vicinity of the peak, compared to the characteristic line a in FIG.
[0052]
Therefore, the overlapping region of the characteristic line a and the characteristic line c in FIG. 4B is a region indicated by the hatched portion in FIG. 4B, and is compared with the optical electric field amplitude distribution indicated by the characteristic line c. The width near the summit is wide, but the width near the summit is not significantly wider.
[0053]
In addition, the characteristic line b in FIG. 4A indicates the first single mode end width waveguide 5a at the connection portion between the first slab waveguide 13 and the optical input waveguide 12, as in the present embodiment. The optical electric field amplitude distribution in the edge part by the side of the optical input waveguide 12 of the 1st slab waveguide 13 at the time of providing is shown. This characteristic line b is also wide in the vicinity of the summit. Since the widening end width of the first single mode end width waveguide 5a and the widening end width of the second single mode end width waveguide b are different from each other, the characteristic line a and the characteristic line b in FIG. The widths and heights are different from each other.
[0054]
Then, the overlapping region of the characteristic line a and the characteristic line b in FIG. 4A is the region indicated by the hatched portion in FIG. 4A, and the region indicated by the hatched portion in FIG. In comparison, the width near the summit is very wide.
[0055]
That is, as in the present embodiment, the second single mode end width waveguide 5b having the above-described configuration is provided at the end of the optical output waveguide 16 on the second slab waveguide 15 side, and the optical input waveguide is provided. The arrayed waveguide diffraction grating in which the first single-mode end-width waveguide 5a having the above-described configuration is provided at the end of the first slab waveguide 13 on the side of the 12 has a wide optical passband and is an array guide optimal for an optical multiplexer. It turns out that it becomes a waveguide diffraction grating.
[0056]
In addition, as described above, the arrayed waveguide diffraction grating of the present embodiment includes the optical electric field amplitude distribution at the end of the first slab waveguide 13 on the optical input waveguide 12 side and the light of the second slab waveguide 15. Since the overlapping region with the optical electric field amplitude distribution at the end on the output waveguide 16 side can be widened, the mode field mismatch loss can be reduced and the loss can be reduced.
[0057]
Further, the arrayed waveguide diffraction grating of the present embodiment includes at least the end width W2a on the first slab waveguide 13 side of the first single mode end width waveguide 5a and the second single mode end width guide. The end width W2b on the second slab waveguide 15 side of the waveguide 5b is different from each other. Therefore, in the region indicated by the oblique lines in FIG. 4A, the rise of the skirt portion (both ends) is better than the characteristic line a, and the crosstalk can be maintained within an allowable range (for example, −15 dB or less). .
[0058]
A characteristic line a in FIG. 3 shows an example of a pass spectrum of the arrayed waveguide grating of the present embodiment. In addition, the characteristic line b in the figure shows the pass spectrum in the conventional example. These characteristic lines are shown by standardizing the light pass spectrum centered on one wavelength.
[0059]
As shown by the characteristic line a in FIG. 3, the arrayed waveguide grating of the present embodiment has a wider pass band than the conventional example, and the loss and the crosstalk are not inferior to those of the conventional example. As a result, an optimal arrayed waveguide grating could be realized.
[0060]
Next, a second embodiment of the arrayed waveguide grating according to the present invention will be described. The arrayed waveguide grating of the second embodiment is configured in substantially the same manner as the first embodiment, and the second embodiment is different from the first embodiment in that it is characteristic in FIG. As shown to (a), the 1st slab waveguide 13 side of each optical input waveguide 12 is comprised, and as shown to (b) of the figure, the 2nd slab waveguide 15 of each optical output waveguide 16 is shown. Is that the side has been configured.
[0061]
That is, in the second embodiment, at least one (here, all) of the optical input waveguides 12 and at least one (here, all) of the corresponding widened waveguides 7a and the plurality of optical output waveguides 16 are used.

Equal width waveguides

8a and 8b having the same width as the width of the narrow ends of the corresponding widened

waveguides

7a and 7b are provided on at least one (both in this case) between the corresponding widened waveguides 7b. First and second single mode

end width waveguides

5a and 5b are formed, respectively.
[0062]
Further, in the second embodiment, the correspondence is provided between at least one of the optical input waveguide 12 and the optical output waveguide 16 corresponding to the

equal width waveguides

8a and 8b and the

equal width waveguides

8a and 8b. Narrow

linear waveguides

1a and 1b having a narrower width than the width of the optical input waveguide 12 or the corresponding optical output waveguide 16 are provided.
[0063]
In the arrayed waveguide diffraction grating of the second embodiment, the width EW of the

equal width waveguides

8a and 8b is equal to the narrow end widths W1a and W1b of the

wide waveguides

7a and 7b, and the

equal width waveguides

8a and 8b. Are both EL, the width of the narrow

linear waveguides

1a and 1b is NW, and the length is NL.
[0064]
The above parameters, the width of the optical input waveguide 12, the optical output waveguide 16, the width of the first slab waveguide side end portion 6a of the widened waveguide 7a (widened end width) W2a, and the second slab guide of the widened waveguide 7b. The width (widened end width) W2b of the waveguide side end portion 6b and the taper angle θ2 are formed as shown in Table 2 below.
[0065]
[Table 2]

[0066]
The manufacturing method of the arrayed waveguide grating of the second embodiment is the same as that of the above embodiment except that the photomask shape and the circuit pattern transferred using this photomask are different.
[0067]
In the second embodiment, the first and second single-mode end-

width waveguides

5a and 5b, which are composed of the equal-

width waveguides

8a and 8b and the widened

waveguides

7a and 7b, are the same as the first and second embodiments. Since it functions in the same manner as the second single-mode

end width waveguides

5a and 5b, the second embodiment can achieve the same effects as the first embodiment.
[0068]
In the second embodiment, the narrow-width linear waveguide 1b is provided between the second single-mode end width waveguide 5b and the optical output waveguide 16, so that the optical output waveguide 16 has a curved portion. Even if the center position of the light intensity distribution is shifted from the center position in the width direction of the light output waveguide when the light input to the light output waveguide 16 propagates through the curved portion, the narrow-width straight waveguide When passing through 1b, the center position of the light intensity distribution can be moved to the center of the straight waveguide.
[0069]
Accordingly, since the intensity center of the input light can be input to the center in the width direction of the second single mode end width waveguide 5b, the light intensity distribution shape output from the second single mode end width waveguide 5b is totally distorted. It can be without.
[0070]
A characteristic line a in FIG. 6 shows an example of a pass spectrum of the arrayed waveguide grating of the second embodiment. The characteristic line b in the figure shows the pass spectrum in the conventional example. These characteristic lines are shown by standardizing the light pass spectrum centered on one wavelength.
[0071]
As shown by the characteristic line a in FIG. 6, the arrayed waveguide grating of the present embodiment has a wider pass band than the conventional example, and the loss and crosstalk are comparable to the conventional example, and the optical multiplexer. As a result, an optimal arrayed waveguide grating could be realized.
[0072]
Next, a third embodiment of the arrayed waveguide grating according to the present invention will be described. The arrayed waveguide diffraction grating of the third embodiment is configured in substantially the same manner as the first embodiment, and the third embodiment is different from the first embodiment in that the first, The second single mode

end width waveguides

5a and 5b have different widths and taper angles θ1 and θ2 from those of the first embodiment.
[0073]
That is, as shown in Table 1 and FIG. 2, in the first embodiment, the first single mode end width waveguide 5a and the second single mode end width waveguide 5b have taper angles θ1, θ2 respectively. Are set to the same value and the lengths thereof are set to different values so that the widened end width W2a of the first single-mode end width waveguide 5a and the widened end width W2b of the second single-mode end width waveguide 5b are different. Value.
[0074]
On the other hand, as shown in Table 3, in the third embodiment, the taper angles θ1 and θ2 of the first single mode end width waveguide 5a and the second single mode end width waveguide 5b are different from each other, The wide end widths W2a and W2b of the first single mode end width waveguide 5a and the second single mode end width waveguide 5b are also set to different values.
[0075]
[Table 3]

[0076]
The configuration of the third embodiment other than the above is configured in the same manner as the first embodiment, and the third embodiment can achieve the same effects as the first embodiment.
[0077]
A characteristic line a in FIG. 7 shows an example of a pass spectrum of the arrayed waveguide grating of the third embodiment. The characteristic line b in the figure shows the pass spectrum in the conventional example. These characteristic lines are shown by standardizing the light pass spectrum centered on one wavelength.
[0078]
As shown by the characteristic line a in FIG. 7, the arrayed waveguide grating of the present embodiment has a wider pass band than the conventional example, and the loss and crosstalk are comparable to the conventional example, and the optical multiplexer. As a result, an optimal arrayed waveguide grating could be realized.
[0079]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can take various forms. For example, in each of the above embodiments, the ends of all the optical input waveguides 12 on the side of the first slab waveguide 13 are independent individual first single mode end width waveguides for one optical input waveguide. The first slab waveguide 13 is connected to the first slab waveguide 13 via 5a. However, the first slab waveguide 13 side of at least one optical input waveguide 12 is one independent individual optical input waveguide. What is necessary is just to be connected to the said 1st slab waveguide 13 via the 1st single mode edge part width | variety waveguide 5a.
[0080]
In the second embodiment, the narrow linear waveguide 1a is provided between all the optical input waveguides 12 and the equal width waveguide 8a, and all the optical output waveguides 16 and the equal width waveguides 8b are provided. The narrow-width linear waveguide 1b is provided between the optical input waveguides 12 and the corresponding equal-width waveguide 8a, which is less than the total number of at least one optical input waveguide 12. 1a may be provided.
[0081]
Further, when at least one of the first and second single-mode end-

width waveguides

5a and 5b is provided with the equal-

width waveguides

8a and 8b as in the second embodiment, a narrow-width linear guide is provided. The

waveguides

1a and 1b may be omitted. In this case, the same effects as those of the first and third embodiments can be obtained.
[0082]
Furthermore, in the present invention, the width and length of the widened waveguide, the taper angle, the length and width of the linear waveguide, the length of the equal width waveguide, etc. are not particularly limited and are appropriately set. For example, based on the simulation result of the optical electric field amplitude distribution, by setting the above values according to the specifications of the arrayed waveguide diffraction grating, the arrayed waveguide diffraction exhibiting excellent effects as in the above embodiments. A lattice can be realized.
[0083]
Furthermore, the single mode end width waveguide applied to the arrayed waveguide diffraction grating of the present invention does not necessarily have a trapezoidal waveguide. The single mode end width waveguide has a width at the side of the corresponding optical input waveguide or optical output waveguide that is wider than the width of the corresponding waveguide, and an end width that satisfies the single mode condition, What is necessary is just to set it as the structure which has the widened waveguide of the shape which expands as it goes to the opposite side to this edge part in at least one part.
[0084]
【The invention's effect】
According to the present invention, an optical input waveguide Between the optical output waveguide and the second slab waveguide than the end width on the first slab waveguide side of the first single-mode end width waveguide interposed between the first slab waveguide and the first slab waveguide. The end width on the second slab waveguide side of the interposed second single mode end width waveguide is wide. Thus, the optical field amplitude distribution at the end of the first slab waveguide on the optical input waveguide side and the optical field amplitude distribution at the end of the second slab waveguide on the optical output waveguide side are roughly superimposed. The shape of the pass spectrum determined in (1) can be made wide with a width near the center.
[0085]
Therefore, the arrayed waveguide diffraction grating of the present invention can realize an optimum arrayed waveguide diffraction grating as an optical multiplexer having a wide pass band. Furthermore, the arrayed waveguide grating of the present invention can reduce the mode field mismatch loss, reduce the loss, and can keep the crosstalk below a certain value.
[0086]
In the present invention, the first and second single-mode end-width waveguides are configured to have widened waveguides, or the equal-width guides provided at the end portions of the widened waveguide and the optical input waveguide or the optical output waveguide. For example, an arrayed waveguide grating having the above-described effects can be easily configured by including a waveguide.
[0087]
Furthermore, in the present invention, between the optical input waveguide corresponding to the equal width waveguide provided at the end of the optical input waveguide or the optical output waveguide, at least one of the optical output waveguide and the equal width waveguide, According to the configuration in which the narrow linear waveguide narrower than the width of the corresponding optical input waveguide or the corresponding optical output waveguide is provided, the single-mode end portion of the light intensity center is obtained by the narrow linear waveguide. The light intensity distribution shape that can be input to the center of the width waveguide in the width direction and that outputs the single mode end width waveguide can be entirely free of distortion.
[0088]
Furthermore, in the present invention, according to the configuration in which the widened waveguide is a trapezoidal waveguide, it is possible to realize an arrayed waveguide diffraction grating that can efficiently exhibit the above effects with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a first embodiment of an arrayed waveguide grating according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view specifically showing an end side configuration of an optical input waveguide and an optical output waveguide in the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing the pass spectrum of the first embodiment together with the pass spectrum of a conventional example in which no single mode end width waveguide is provided.
FIG. 4 shows a case where a single mode end width waveguide is provided on both ends of an optical input waveguide and an optical output waveguide in an arrayed waveguide diffraction grating, and a single mode end width waveguide is provided only on one side. It is a schematic diagram explaining the optical electric field amplitude distribution in the case of providing.
FIG. 5 is an explanatory diagram specifically showing an end side configuration of an optical input waveguide and an optical output waveguide in a second embodiment of an arrayed waveguide grating according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the pass spectrum of the second embodiment together with the pass spectrum of a conventional example in which no single mode end width waveguide is provided.
FIG. 7 is a graph showing the pass spectrum of the third embodiment of the arrayed waveguide grating according to the present invention, together with the pass spectrum of a conventional example in which no single mode end width waveguide is provided.
FIG. 8 is an explanatory view schematically showing a configuration example of a conventional arrayed waveguide diffraction grating together with an operation as an optical multiplexer.
FIG. 9 is an explanatory view schematically showing a configuration example of a conventional arrayed waveguide diffraction grating together with an operation as an optical demultiplexer.
FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing a peripheral configuration of a connection portion between an optical input waveguide and a first slab waveguide in a conventional arrayed waveguide diffraction grating.
FIG. 11 is an explanatory view schematically showing a pass spectrum of an arrayed waveguide diffraction grating.
[Explanation of symbols]
1,1a, 1b Narrow linear waveguide
5a First single mode end width waveguide
5b Second single mode end width waveguide
7a, 7b Widened waveguide
8a, 8b Equal width waveguide
11 Substrate
12 Optical input waveguide
13 First slab waveguide
14 Arrayed waveguide
14a channel waveguide
15 Second slab waveguide
16 Optical output waveguide

Claims

At least one optical input waveguide, a first slab waveguide connected to the output side of the optical input waveguide, and a plurality of lengths connected to the output side of the first slab waveguide and having different set amounts from each other An arrayed waveguide comprising channel waveguides arranged side by side, a second slab waveguide connected to the output side of the arrayed waveguide, and a plurality of side by side connected to the output side of the second slab waveguide An optical demultiplexing function for demultiplexing light of each wavelength from multiplexed light having a plurality of different wavelengths input from the optical input waveguide and outputting from each optical output waveguide; And an optical multiplexing function for combining light of different wavelengths respectively input to each optical output waveguide and outputting from one optical input waveguide, and at least one light among the optical input waveguides One end of the input waveguide on the first slab waveguide side is one optical input waveguide. The first single mode end width waveguide is connected to the first slab waveguide via an independent individual first single mode end width waveguide, and the end width of the first single mode end width waveguide on the side of the optical input waveguide corresponds to the corresponding optical input. A width wider than the waveguide and having a width satisfying a single mode condition, and the first single mode end width waveguide is widened at least partially toward the first slab waveguide. A width of a first slab waveguide side end connected to the first slab waveguide is wider than a width of the optical input waveguide side end having a waveguide, and the plurality of light outputs The second slab waveguide side end of the waveguide is connected to the second slab waveguide via one independent individual second single-mode end-width waveguide per optical output waveguide, Optical output waveguide of second single mode end width waveguide The end width is wider than the corresponding optical output waveguide and has a width satisfying the single mode condition, and the second single mode end width waveguide is at least partially on the second slab waveguide side. The width of the second slab waveguide side end connected to the second slab waveguide is wider than the end width of the optical output waveguide having a widened waveguide having a shape that widens toward the center. and, a pre-Symbol first second slab waveguide side end portion width of the slab waveguide side end portion and the second single mode edge width waveguide than the width of the first single mode edge width waveguide wide arrayed waveguide grating, characterized in that forms a.

Between at least one of the light input waveguides and the corresponding widened waveguide and at least one of the plurality of light output waveguides and the corresponding widened waveguides, there is a width of the narrow end of the corresponding widened waveguide. 2. An arrayed waveguide grating according to claim 1, wherein equal-width waveguides having the same width are formed.

Between at least one of the light input waveguides and the corresponding widened waveguide and at least one of the plurality of light output waveguides and the corresponding widened waveguides, there is a width of the narrow end of the corresponding widened waveguide. An equal-width waveguide having the same width is formed, and at least one of the optical input waveguide corresponding to the equal-width waveguide, the optical output waveguide, and the equal-width waveguide is interposed between the corresponding optical input waveguides. 2. The arrayed waveguide grating according to claim 1, wherein a narrow linear waveguide having a narrower width than that of the waveguide or the corresponding optical output waveguide is provided.

The arrayed waveguide grating according to claim 1, wherein the widened waveguide is a trapezoidal waveguide.