JP3890190B2 - アレイ導波路格子および導波路素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスラブ導波路を備えたアレイ導波路格子および導波路素子に係わり、特に光の入出力特性を所望のものに設定できるようにしたアレイ導波路格子および導波路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
伝送するデータの大容量化と共に、光ファイバ光通信システムで更なる伝送容量の拡大が望まれている。このために、たとえば高密度波長分割多重通信方式（Dense Wavelength Division Multiplexing：ＤＷＤＭ）を使用した際の、それぞれの波長を分割したり統合するための合分波デバイスとして、光波長フィルタの重要性がますます高まっている。
【０００３】
光波長フィルタはさまざまな形態のものがある。中でもアレイ導波路格子（ＡＷＧ：arrayed waveguide grating）は、波長特性が狭帯域で高消光比であり、また多入力多出力のフィルタデバイスとしての特徴も持っている。このため、多重化された信号の分離やその逆の動作を行わせることが可能であり、容易に波長合分波デバイスを構成することができるという利点がある。
【０００４】
図２４は、従来のアレイ導波路格子の全体的な構成を表わしたものである。アレイ導波路格子１１は、基板１２上に形成された１本または複数の入力導波路１３と、複数からなる出力導波路１４と、異なった曲率でそれぞれ一定方向に曲がったチャネル導波路アレイ１５と、入力導波路１３とチャネル導波路アレイ１５を接続する入力スラブ導波路１６と、チャネル導波路アレイ１５と出力導波路１４を接続する出力スラブ導波路１７とによって構成されている。入力導波路１３から入射した多重信号光は、入力スラブ導波路１６によってその進路を広げる。そしてチャネル導波路アレイ１５にそれぞれ等位相で入射する。
【０００５】
チャネル導波路アレイ１５では、これを構成する各アレイ導波路の間に一定の光路長差が設けられていて、光路長が順次長く、あるいは短くなるように設定されている。したがって、それぞれのアレイ導波路を導波する光には一定間隔ずつの位相差が付けられて出力スラブ導波路１７に到達するようになっている。実際には波長分散があるので、波長によってその等位相面が傾く。この結果、波長によって出力スラブ導波路１７と出力導波路１４の界面上の異なった位置に光が結像（集光）する。波長に対応したそれぞれの位置に出力導波路１４が配置されているので、出力導波路１４からは任意の波長成分を取り出すことが可能になる。
【０００６】
スラブ導波路については、たとえば特開平７−６３９３４号公報に開示がある。また、光の一般的な合波あるいは分波を行う技術としては、たとえば特開平７−４９４３０号公報に開示がある。
【０００７】
ところで従来の図２４に示したようなアレイ導波路格子では、出力スラブ導波路１７に着目してみると、チャネル導波路アレイ１５からスラブ導波路内に送出された光が出力側に配置された複数の出力導波路に到達する。このとき出力導波路の中央部ほど光の強度が強く、周辺部の出力導波路に向かうほど光の強度が弱まる。
【０００８】
そこで従来から、光レベルの均一化を図り、受信光レベルを均一化するための提案が行われている。たとえば受光後の各信号のレベルを調整するために、損失差補償用の抵抗器をそれぞれの出力側伝送路に個別に用意してアッテネータを構成するといった試みがそれである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような手法を採用すると、チャネル間で受信信号の信号レベル数の増加に連れて異なった抵抗値の抵抗器を数多く揃える必要がある。しかも、抵抗器は温度によって抵抗値が変動する。したがって、抵抗器の温度調整回路を使用することが不可欠となっている。このため、従来の損失差補償用の抵抗器が付加されたアレイ導波路格子はコスト的にもスペース的にも実用的ではないという問題があった。
【００１０】
特に、高次回折光を使用してモニタ信号を取り出すようにしたアレイ導波路格子では、モニタ信号用の導波路がチャネル導波路アレイから出射される光の光軸から離れた位置に配置される関係で受光レベルに大きな差が生じることが多い。このため、受光前あるいは受光後に損失を補償するような装置構造が不可欠とされていた。
【００１１】
なお、特開２０００−９８１７７号公報では、複数のポートを備えた光導波路と光ファイバ配列体を備えた装置で、これらポートと光ファイバ配列体を構成するそれぞれの光ファイバの光軸のずれを設定して、光導波路のポート間の伝送損失を所望の値に設定している。この手法では前記した外付けのアッテネータが不要であるが、光軸の微妙な調整が必要となり、歩留まりやコストの面で問題があった。
【００１２】
以上、アレイ導波路格子について説明したが、アレイ導波路格子を使用して光を分波する分波装置および合波する合波装置ならびにアレイ導波路格子あるいは分波装置または合波装置を使用した光通信システムについても同様に装置が複雑化したり大型化したり、コストダウンを図りにくいといった問題があった。
【００１３】
そこで本発明の目的は、損失差を補償する回路部品や高精度の部品取付作業を必要とせずに各導波路から出力される信号レベルを調整することができるアレイ導波路格子および導波路素子を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、（イ）信号光を入力する１または複数の入力導波路と、（ロ）信号光を出力する複数の出力導波路と、（ハ）各導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路アレイと、（ニ）このチャネル導波路アレイの入力側と入力導波路を接続する入力スラブ導波路と、（ホ）このチャネル導波路アレイの出力側と出力導波路を接続するようになっており、その内部に配置された光の伝搬する層としてのコア層が、チャネル導波路アレイと前記した複数の出力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されている出力スラブ導波路とをアレイ導波路格子に具備させる。
【００１５】
すなわち請求項１記載の発明では、スラブ導波路を構成するコア層を必要に応じて一部切断し、その切断された間隔の長短で分波を行う際の各出力導波路に対する光の損失割合を調整するようにしている。
【００１６】
請求項２記載の発明では、（イ）波長の異なる信号光を入力する複数の入力導波路と、（ロ）信号光を出力する１または複数の出力導波路と、（ハ）各導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路アレイと、（ニ）このチャネル導波路アレイの出力側と出力導波路を接続する出力スラブ導波路と、（ホ）このチャネル導波路アレイの入力側と入力導波路を接続するようになっており、その内部に配置された光の伝搬する層としてのコア層が、チャネル導波路アレイと前記した複数の入力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されている入力スラブ導波路とをアレイ導波路格子に具備させる。
【００１７】
すなわち請求項２記載の発明では、スラブ導波路を構成するコア層を必要に応じて一部切断し、その切断された間隔の長短で出力導波路に合波する光の損失割合を調整するようにしている。
【００１８】
請求項３記載の発明では、（イ）信号光を入力する１または複数の入力導波路と、（ロ）信号光を出力する複数の出力導波路と、（ハ）これら入力導波路と出力導波路を接続し、入力導波路から入力される光が前記した複数の出力導波路のそれぞれに至る光の伝搬する層としてのコア層が、入力導波路と前記した複数の出力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されているスラブ導波路とを導波路素子に具備させる。
【００１９】
すなわち請求項３記載の発明では、スラブ導波路を構成するコア層を必要に応じて一部切断し、その切断された間隔の長短で分波を行う際の各出力導波路に対する光の損失割合を調整するようにしている。
【００２０】
請求項４記載の発明では、（イ）信号光を入力する複数の入力導波路と、（ロ）信号光を出力する１または複数の出力導波路と、（ハ）これら入力導波路と出力導波路を接続し、前記した複数の入力導波路から入力される光が出力導波路に至る光の伝搬する層としてのコア層が、前記した複数の入力導波路と出力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されているスラブ導波路とを導波路素子に具備させる。
【００２１】
すなわち請求項４記載の発明では、スラブ導波路を構成するコア層を必要に応じて一部切断し、その切断された間隔の長短で分波を行う際の入力導波路に合波する光の損失割合を調整するようにしている。
【０１１２】
【発明の実施の形態】
【０１１３】
【実施例】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【０１１４】
≪第１の実施例≫
【０１１５】
図１は本発明の第１の実施例におけるアレイ導波路格子の出力スラブ導波路を表わしたものである。なお、本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成は図２４に示したものと同じである。出力スラブ導波路１０１は、その入力側の端部にチャネル導波路アレイ１０２を接続し、ここから光を出力スラブ導波路１０１の内部に送出するようになっている。出力スラブ導波路１０１におけるチャネル導波路アレイ１０２の接続箇所と対向する位置には、図２４に示した出力導波路１４に相当する出力導波路１０５を構成する各導波路１０４の一端が接続されている。チャネル導波路アレイ１０２から出力スラブ導波路１０１の内部に送出された光は、出力導波路１０５を伝搬されるようになっている。
【０１１６】
図２は、この出力スラブ導波路の出力側の一部を拡大して示したものである。本実施例の出力スラブ導波路１０１の出力導波路１０５は、到達する光の強度を補償された補償導波路１０４m〜１０４m+nと、光の強度を補償されていない非補償導波路１０４k〜１０４k+nとに分けられている。補償導波路１０４m〜１０４m+nの方は光の信号レベルの補償が行われるようになっており、モニタ用の導波路にも使用される。非補償導波路１０４k〜１０４k+nの方は、補償による信号レベルの低下が好ましくない用途に一般的に使用される。もちろん、出力導波路１０５のすべての導波路１０４が補償導波路を構成するものであってもよい。
【０１１７】
出力スラブ導波路１０１の内部にはチャネル導波路アレイ１０２から送出された光を伝搬するコア層１１１が出力導波路１０５の接続箇所まで配置されており、これを上下両方向（紙面と垂直方向）から挟むようにクラッド層１１２が挟んでおり、光をコア層１１１内に封じ込めている。しかしながら、本実施例のアレイ導波路格子を構成する出力スラブ導波路１０１の場合には、補償導波路１０４m〜１０４m+nに対応する箇所のコア層１１１がそれらの光路１１３の一部で切断されており、切断箇所にはクラッド層１１２が配置されている。
【０１１８】
図３および図４は、図２に示した２つの光路でコア層の切断箇所をそれぞれ示したものである。これらの図は共に図２に示した出力スラブ導波路１０１を紙面に垂直にかつ光路１１３m+nあるいは光路１１３m+1に沿って切断したものである。コア層１１１の途中を一部切断していない状態で考えると、図３に示した補償導波路１０４m+nに至る光路１１３m+nの方が、図４に示した補償導波路１０４m+1に至る光路１１３m+1よりも図１に示したチャネル導波路アレイ１０２から送られてくる光の強度が強い。このような光の強度レベルの平坦化を本実施例ではコア層１１１の切断長Ｌm+n、Ｌm+1の長短で調整している。
【０１１９】
すなわち図３に示した光路１１３m+nの場合には、切断長Ｌm+nが比較的短くなっており、入力側のコア層１１１INから切断箇所で放出された光のかなりの部分は出力側のコア層１１１OUTに入射して補償導波路１０４m+nに到達する。これに対して、図４に示した光路１１３m+1の場合には、切断長Ｌm+1が比較的長くなっており、入力側のコア層１１１INから切断箇所で放出された光の多くの部分は出力側のコア層１１１OUTに入射しない。このため補償導波路１０４m+1に到達する光の強度は大きく減少する。
【０１２０】
したがって、図２に示した各補償導波路１０４m〜１０４m+nにおけるコア層１１１が欠如していない場合の光の強度を測定または理論で求めておき、これらが平坦化されるようにこれらの途中の光路１１３をそれぞれ実験または理論で求めた長さで一部切断するようにすればよい。コア層１１１の必要箇所の切断は、たとえばウエットあるいはドライエッチングによって実現することができる。
【０１２１】
図５は、本実施例におけるコア層の切断長とこれによる光の損失の増加量の関係を表わしたものである。コア層１１１を切断した部分の長さが長いほど、導波路１０４に至る光の損失が増加し、減衰して到達することが分かる。アレイ導波路格子あるいはこれを使用した分波装置、合波装置あるいは光通信システムによっては必ずしもフラットな信号特性を要求しない場合がある。たとえば、補償導波路１０４m〜１０４m+nの出力側に配置された図示しない増幅器の出力特性が平坦でないような場合には、これらとの総合で出力特性を設計する必要がある。そこで、実際には必要とされる出力特性に合わせて補償導波路１０４m〜１０４m+n側で得られる光の強度を補償することになる。
【０１２２】
≪第２の実施例≫
【０１２３】
図６は本発明の第２の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の出力側周辺の一部を拡大して示したものである。なお、本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成も図２４に示したものと同じである。出力スラブ導波路１３１は、その入力側の端部にチャネル導波路アレイ１０２を接続し、ここから光を入力スラブ導波路１０１の内部に送出するようになっている。送出された光は、それぞれの出力ポート側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……の位置で位相を合わせ、それぞれ焦点を結ぶようになっている。そして、出力ポート側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……に焦点を結んだ光が、図２４に示した出力導波路１４に相当するチャネル導波路を構成する各補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……を伝搬されるようになっている。
【０１２４】
第１の実施例のアレイ導波路格子と異なる点は、出力スラブ導波路１３１の図示しないコア層が光路の途中で切断されていないことと、補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……の一部または全部の中心軸の延長線が、これらに対応する出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……と一致せず、いわゆる軸ずれ状態となっていることである。なお、本実施例では軸ずれの状態がわかりやすいように多少誇張して図示している。
【０１２５】
図７および図８は、出力スラブ導波路の比較的周辺部に配置された出力補償を行っていない補償導波路とわずかに出力補償を行ったこれに隣接する補償導波路の２つの場合における光の伝搬の状態を図解したものである。図７に示した補償導波路１３２m+nの場合には、光を減衰させるための補正を行っていない。この状態では通常の出力スラブ導波路における各入力ポートとチャネル導波路アレイの位置関係と全く等しく、補償導波路１３２m+nの中心軸１４１m+nの延長線は出力導波路側焦点位置Ｐm+nの位置と一致している。すなわち、この場合には軸ずれが生じていない。この図７に示した状態では、出力導波路側焦点位置Ｐm+nの位置で焦点を結んだガウシアン形状の強度分布の光は、補償導波路１３２m+nと良好にマッチングしてその内部を矢印１４２で示した出力側に伝搬する。
【０１２６】
一方、図８に示したこれに隣接した補償導波路１３２m+n-1の場合には、対応する出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に対して中心軸１４１m+n-1がわずかな距離ｄm+n-1だけずれている。この軸ずれによって、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に焦点を結んだガウシアン形状の強度分布の光は、補償導波路１３２m+n-1を伝搬する際にわずかなミスマッチングを生じ、これによってロス（減衰）を発生させる。この結果、仮に出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に焦点を結んだ光の強度が出力導波路側焦点位置Ｐm+nのそれよりも大きくても、この軸ずれの値を適切に設定すれば、補償導波路１３２m+n-1を伝搬する光の強度を補償導波路１３２m+nを伝搬する光の強度と等しく設定することができる。このようにして、補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……のすべてで光の強度を等しくし、平坦な特性とすることができる。
【０１２７】
図９は、このような平坦な出力特性を得るための各出力ポートの軸ずれとこれにより得られる損失の関係を表わしたものである。先の第１の実施例と同様に、本実施例の場合にも出力側で平坦な特性を得るものに限定する必要はない。すなわち、アレイ導波路格子あるいはこれを使用した分波装置、合波装置あるいは光通信システムによっては必ずしもフラットな信号特性を要求しない場合がある。たとえば、補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……を経た図示しない最終的な出力側（図２４の出力導波路１４の後段）に配置された図示しない増幅器の出力特性が平坦でないような場合には、これらとの総合で出力特性を設計する必要がある。そこで、実際には必要とされる出力特性に合わせて補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……側で得られる光の強度を補償することになる。
【０１２８】
≪第３の実施例≫
【０１２９】
図１０は本発明の第３の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の要部を拡大して示したものである。本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成も図２４に示したものと同じである。この第３の実施例の出力スラブ導波路１６１は、チャネル導波路アレイ１０２から送出される光をそれぞれの出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……の位置で位相を合わせ、それぞれ焦点を結ぶようになっている。出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……に対応して、図示しない出力導波路を構成する補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……が配置されている。これら補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……は、先の第２の実施例と異なりそれらの中心軸の延長線とチャネル導波路アレイ側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……の位置にずれはない。この代わりに、第３の実施例のアレイ導波路格子では、チャネル導波路アレイ１０２側の光送出箇所から送信される光とそれぞれの出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……を結ぶ光路１６３m+n、１６３m+n-1、１６３m+n-2、……とそれぞれ対応する補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……の中心軸とのなす角度が光の強度の補償量に応じて異なっている。
【０１３０】
図１１は各出力ポートに至る光路と補償導波路の中心軸との関係を図解したものである。ここでは、先の第１および第２の実施例と同様に出力スラブ導波路１６１の入力側で比較的周辺部に位置する補償導波路１６２m+nに対しては損失がないような設定となっており、補償導波路１６２m+n-1、１６２m+n-2、……と中央部に近づくに連れて損失が多くなるものとして説明を行う。本実施例でチャネル導波路アレイと出力導波路側焦点位置Ｐm+nを結ぶ光路１６３m+nは、光路１６３m+nと補償導波路１６２m+nの中心軸１６５m+nとのなす角度をθm+nとするとこれは０度となる。すなわち、この場合には、光路１６３m+nと中心軸１６５m+nは一致し、出力導波路側焦点位置Ｐm+nの位置で焦点を結んだガウシアン形状の強度分布の光は、補償導波路１６５m+nと良好にマッチングしてその内部を出力側に伝搬し、結合効率は最もよい。
【０１３１】
一方、補償導波路１６２m+nと隣接した補償導波路１６２m+n-1の場合、その中心軸１６５m+n-1は光路１６３m+n-1と一致せず、これらが比較的小さな角度θm+n-1で交わっている。このため、出力導波路側焦点位置Ｐm+nと隣接する出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に焦点を結んだ光は補償導波路１６２m+n-1を伝搬するときにわずかにミスマッチングを発生させ、結合効率が若干低下する。この結果、仮に出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に焦点を結んだ光の強度が出力導波路側焦点位置Ｐm+nのそれよりも大きくても、この角度θm+n-1の値を適切に設定すれば、出力導波路すなわち補償導波路１６２m+n-1を伝搬する光の強度を補償導波路１６２m+nを伝搬する光の強度と等しく設定することができる。
【０１３２】
補償導波路１６２m+n-1の更に中央側に隣接して位置する補償導波路１６２m+n-2の場合には、その中心軸１６５m+n-2と光路１６３m+n-2のなす角度θm+n-2は角度θm+n-1より所定量だけ大きく設定されている。これにより、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-2と補償導波路１６２m+n-2の結合効率が先の場合よりも更に低下する。そこで、補償導波路１６２m+n-2を伝搬する光の強度も角度θm+n-2の値を適切に設定すれば補償導波路１６２m+n-1を伝搬する光の強度と等しく設定することができる。このようにして、補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……のすべてで光の強度を等しくし、平坦な特性とすることができる。
【０１３３】
図１２は、中心軸の角度θとこれにより得られる損失の関係を表わしたものである。先の第１および第２の実施例と同様に、本実施例の場合にも出力側で平坦な特性を得るものに限定する必要はない。すなわち、アレイ導波路格子あるいはこれを使用した分波装置、合波装置あるいは光通信システムによっては必ずしもフラットな信号特性を要求しない場合がある。たとえば、補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……を経た図示しない最終的な出力側（図２４の出力導波路１４の後段）に配置された図示しない増幅器の出力特性が平坦でないような場合には、これらとの総合で出力特性を設計する必要がある。そこで、実際には必要とされる出力特性に合わせて補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……側で得られる光の強度を補償することになる。
【０１３４】
≪第４の実施例≫
【０１３５】
図１３は本発明の第４の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の出力側周辺の一部を拡大して示したものである。本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成も図２４に示したものと同じである。この第４の実施例の出力スラブ導波路１９１は、出力スラブ導波路１０１と同様に図示しないチャネル導波路アレイから送出される光をそれぞれの出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……の位置で位相を合わせ、それぞれ焦点を結ぶようになっている。そして、出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……に焦点を結んだ光が、対応する補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……を伝搬されるようになっている。
【０１３６】
本実施例でも先の第３の実施例の場合と同様に各出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……は対応する補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の中心軸の延長線上に位置している。また、前記したチャネル導波路アレイ側の図示しない光送出箇所から各出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……に至る光路１９３m+a、１９３m+a-1、１９３m+a-2、……は、これら対応する補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の中心軸と一致している。この代わりに、第４の実施例のアレイ導波路格子では、各補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の出力スラブ導波路１９１との接続端側の導波路幅Ｗm+a、Ｗm+a-1、Ｗm+a-2、……が光の強度の補償量に応じて異なっている。
【０１３７】
すなわち第４の実施例のアレイ導波路格子では、各出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……における光のスポットサイズと対応する補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の導波路幅Ｗm+a、Ｗm+a-1、Ｗm+a-2、……の広狭によって光の強度の補償量を調整している。
【０１３８】
図１４は、焦点のスポットサイズと導波路の導波モードのスポットサイズの比と、この比における結合損失の関係を示したものである。この図から明らかなように焦点のスポットサイズと導波路の導波モードのスポットサイズの比が１から遠いほど損失は多くなる。焦点のスポットサイズが一定であり、導波路幅を変えると導波モードのスポットサイズが変わることから、補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の導波路幅Ｗm+a、Ｗm+a-1、Ｗm+a-2、……をそれぞれ設定することで、焦点のスポットサイズと導波路の導波モードのスポットサイズの比をそれぞれ調整することができる。これより、補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の導波路幅Ｗm+a、Ｗm+a-1、Ｗm+a-2、……を適切に設定することで、これら補償導波路（出力導波路）１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……を伝搬する光の強度を平坦等の所望の特性に設定することができる。
【０１３９】
≪第５の実施例≫
【０１４０】
図１５は本発明の第５の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の要部を拡大して示したものである。本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成も図２４に示したものと同じである。この第５の実施例の出力スラブ導波路２２１は、その出力側が非補償導波路の接続箇所を連ねた等位相曲線（先の実施例の出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……あるいは出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……を連ねた曲線）２２３よりも更に出力側としての出力導波路側に向けて一部突出しており、この突出した箇所に光の強度を補償される補償導波路２２５m〜２２５m+nが接続されている。すなわち、出力スラブ導波路２２１と補償導波路２２５m〜２２５m+nの境界が通常のそれよりも出力導波路側に一部突出した形となっている。このように等位相曲線２２３に対して出力側に突出する代わりに、入力スラブ導波路２２１の入力側に引っ込んだ形となっていてもよい。
【０１４１】
図１６は、このような出力スラブ導波路の出力側の突出部分による光の損失を原理的に説明するためのものである。本実施例で図示しないチャネル導波路アレイと出力導波路側焦点位置Ｐm+nを結ぶ光路２２４m+nを経た光は、出力導波路側焦点位置Ｐm+nに配置された補償導波路２２５m+nと良好にマッチングしてその内部を出力側に伝搬する。この状態では光の強度レベルの補正を行っていない。
【０１４２】
一方、前記したチャネル導波路アレイと出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1を結ぶ光路２２４m+n-1を経た光は、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1が焦点位置となるが、補償導波路２２５m+n-1は光の出力方向に所定長（以下、焦点ずれ距離という。）Ｆm+n-1だけ後退した位置に配置されている。したがって、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1でガウス波形をした光が若干歪みスポットサイズが拡大した状態で補償導波路２２５m+n-1内部に伝搬されることになり、このときのミスマッチングによって結合損失が発生する。これにより、焦点ずれ距離Ｆm+n-1を適切に設定することで、チャネル導波路アレイ側焦点位置Ｐm+nと比較して出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1で生じた光強度の増加分を相殺する結合損失を発生させることができ、補償導波路２２５m+n-1を伝搬する光の強度レベルを補償導波路２２５m+nと同一レベルに調整することができる。
【０１４３】
補償導波路２２５m+n-1の更に中央側に隣接して位置する補償導波路２２５m+n-2は、これに対応する出力導波路側焦点位置Ｐm+n-2から更に長い焦点ずれ距離Ｆm+n-2だけ出力側としての出力導波路側に後退した位置に配置されている。これにより、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-2と補償導波路２２５m+n-2の結合効率が先の場合よりも更に低下する。そこで、焦点ずれ距離Ｆm+n-2の値を適切に設定すれば補償導波路２２５m+n-1を伝搬する光の強度と等しく設定することができる。このようにして、補償導波路２２５m+n、２２５m+n-1、２２５m+n-2、……のすべてで光の強度を等しくし、平坦な特性とすることができる。
【０１４４】
図１７は、焦点ずれ距離Ｆとこれによる損失の関係を表わしたものである。先の各実施例と同様に、本実施例の場合にも出力側で平坦な特性を得るものに限定する必要はない。すなわち、アレイ導波路格子あるいはこれを使用した分波装置、合波装置あるいは光通信システムによっては必ずしもフラットな信号特性を要求しない場合がある。たとえば、補償導波路２２５m+n、２２５m+n-1、２２５m+n-2、……の出力側に配置された図示しない増幅器の出力特性が平坦でないような場合には、これらとの総合で出力特性を設計する必要がある。そこで、実際には必要とされる出力特性に合わせて補償導波路２２５m+n、２２５m+n-1、２２５m+n-2、……側で得られる光の強度を補償することになる。
【０１４５】
≪第１〜第５の実施例の変形可能性≫
【０１４６】
図１８は、アレイ導波路格子のスラブ導波路部分の一般的な入出力関係を示すものである。ここでは図１に示した部分に図１と同一の符号を使用するものとする。先の第１の実施例では出力スラブ導波路１０１のチャネル導波路アレイ１０２から光を出力スラブ導波路１０１の内部に送出し、出力導波路１０５を構成するそれぞれの導波路１０４から分波した光を出力するようにしていた。これとは逆に、出力導波路１０５のそれぞれの導波路１０４側を入力として使用すると共に、チャネル導波路アレイ１０２を出力側として使用することで、各種の波長あるいは信号の光信号を合波して取り出すことができる。このときに、従来では出力導波路１０５の比較的中央部から入射した光の強度が強くなるために、入力段階で光の強度レベルを調整する必要があったが、第１の実施例の出力スラブ導波路１０１を入出力逆方向で使用することで、このような調整を行う必要なく、合波後の信号レベルを適正な範囲のものとすることができるようになる。
【０１４７】
以上、第１の実施例のアレイ導波路格子を使用して光の分波だけでなく合波を行うことができることを説明したが、第２〜第５の実施例のアレイ導波路格子でもこの点は全く同一である。すなわち、これらのアレイ導波路格子を光信号のマルチプレクサとして使用することも、この逆のデマルチプレクサとして使用することも可能である。
【０１４８】
≪第６の実施例≫
【０１４９】
図１９は、本発明の第６の実施例としての分波装置の構成を表わしたものである。この分波装置３０１は、光信号３０２を入力する導波路素子３０３を備えている。導波路素子３０３は第１〜第５の実施例で説明したどのタイプのアレイ導波路格子でもよいが、これらの実施例で説明したように入力された光信号を分波し、出力導波路３０４1〜３０４Nからこれら分波後の光信号３０５1〜３０５Nを出力するようになっている。出力導波路３０４1〜３０４Nの後段には、それぞれ監視増幅回路３０６1〜３０６Nが設けられている。これらの監視増幅回路３０６1〜３０６Nは、光信号３０５1〜３０５Nのうちの対応するものを入力してその信号レベルを検出してこれが所望のレベルとなるように増幅またはアッテネートする回路であり、一種のＡＧＣ（automatic gain control：自動利得制御）回路である。この結果、導波路素子３０３の部分で一次的に利得の調整の行われた光信号３０５1〜３０５Nが最終的にそれらの利得を調整されて、光信号３０７1〜３０７Nとして出力されることになる。
【０１５０】
もちろん、本実施例の導波路素子３０３がその出力する光信号３０５1〜３０５Nの各レベルをフラットにすることは可能であるが、分波装置３０１全体として要求される出力特性がこれとは異なった特性であるような場合でも監視増幅回路３０６1〜３０６Nによって対処することが可能になる。
【０１５１】
≪第７の実施例≫
【０１５２】
図２０は、本発明の第７の実施例としての合波装置の構成を表わしたものである。この合波装置３２１は、複数の波長の光信号を出力する半導体レーザ３２２1〜３２２Nを備えている。半導体レーザ３２２1〜３２２Nから出力される光信号３２３1〜３２３Nは分岐素子３２４1〜３２４Nによってそれぞれ２つに分岐され、これらのうちの一方の光信号３２５1〜３２５Nが導波路素子３２６に入力されるようになっている。導波路素子３２６はこれら入力された光信号３２５1〜３２５Nを合波して、多重化された光信号３２７として出力する。
【０１５３】
一方、分岐素子３２４1〜３２４Nによって分岐された他方の光信号３２８1〜３２８Nは、それぞれ対応して設けられたレベル検出回路３２９1〜３２９Nでそれぞれの信号レベルを検出される。レベル検出回路３２９1〜３２９Nは、たとえばフォトダイオードによって構成することができる。レベル検出回路３２９1〜３２９Nは、これらの検出結果に基づいて、半導体レーザ３２２1〜３２２Nにそれぞれ対応して配置された駆動制御回路３３１1〜３３１Nによってレーザの出力レベルを制御する。この結果、導波路素子３２６から出力される光信号３２７を構成する各波長の光信号のレベルを適正な値に設定することができる。
【０１５４】
この実施例の合波装置３２１でも、導波路素子３２６がそれぞれ等レベルの信号の入力に対して等レベルの多重化された信号を出力するような出力特性の補償を行っていれば、駆動制御回路３３１1〜３３１Nを特に使用することなく出力特性をフラットにすることができる。しかしながら、これとは異なった出力特性が要求される場合や高精度なレベル調整が必要な場合には、このように駆動制御回路３３１1〜３３１Nを用いて対処が可能である。
【０１５５】
≪第８の実施例≫
【０１５６】
図２１は、本発明の第８の実施例における光通信システムの構成の概要を表わしたものである。この光通信システムで、送信側に配置された図示しないＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Network）装置に接続された光送信機４０１から送り出された波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号は光マルチプレクサ（ＭＵＸ）４０２で多重された後、ブースタアンプ４０３で増幅されて光伝送路４０４に送り出される。光マルチプレクサ４０２は、たとえば第１の実施例で説明したようなアレイ導波路格子で構成されている。多重化された光信号４０５はインラインアンプ４０６で適宜増幅された後、プリアンプ４０７を経て光デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）４０８で元の波長λ1〜λNに分離され、光受信機４０９で受信されるが、その途中の光伝送路４０４に適宜の数のノード（ＯＡＤＭ）４１１1〜４１１Mが配置されている。これらのノード４１１1〜４１１Mでは、所望の波長の光信号が入出力されることになる。
【０１５７】
図２２は、ノードの構成の概要を示したものである。ここでは第１のノード４１１1を示しているが、第２〜第Ｍのノード４１１2〜４１１Mも原理的には同一の構成となっている。図２１に示した光伝送路４０４は、第１のノード４１１1の入力側アレイ導波路格子（ＡＷＧ）４２１に入力されて波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号に分波され、各波長λ1〜λNごとに設けられた２入力２出力の光スイッチ４２２1〜４２２Nによって、それぞれの波長λ1〜λNの光信号をノード側受信部４２６に取り込む（drop）と共に、ノード側送信部４２４から送信した光信号を挿入する（Add）。２入力２出力の光スイッチ４２２1〜４２２Nの出力は出力側アレイ導波路格子４２８にそのまま入力されるようになっている。出力側アレイ導波路格子４２８は入力側アレイ導波路格子４２１と逆の構成の素子であり、波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号を多重して光伝送路４０４に光信号４２０５として送り出すことになる。
【０１５８】
なお、従来の各ノード４１１1では、たとえば図２２に示した２入力２出力の光スイッチ４２２1〜４２２Nと出力側アレイ導波路格子４２８の間に、それぞれの波長λ1〜λNごとにアッテネータを設けて、多重化された光信号４０５が入力側アレイ導波路格子４２１を経たときの信号レベルの不均一さおよび出力側アレイ導波路格子４２８で合波した後の波長λ1〜λNごとの光信号４０５のレベルの不均一さを解消していた。本発明の第８の実施例における光通信システムでは、第１の実施例および第１〜第５の実施例の変形可能性の項目の箇所で説明したように、入力側アレイ導波路格子４２１および出力側アレイ導波路格子４２８でそれぞれ導波路間のレベル補償を行うことができる。したがって、本実施例では動的なレベル補正が必要ない用途では従来必ず必要とされたアッテネータを設けない構成が可能であり、動的なレベル補正が必要な用途ではレベル補償器のダイナミックレンジ特性に対する要求を緩和することができる。
【０１５９】
このように図２２に示した第１のノード４１１1を始めとして、図４に示した第２〜第Ｍのノード４１１2〜４１１Mおよび光マルチプレクサ４０２ならびに光デマルチプレクサ４０８は共にアレイ導波路格子を使用している。したがって、光信号４０５のチャネル数Ｎが多くなる要請の下で、アレイ導波路格子の出力スラブ導波路から多チャネルで取り出される各レーザ光の波長の安定化や出力レベルの監視が重要となる。このため、図２１に示すようにこれら各ノード４１１1〜４１１Mおよび光送信機４０１には、これらに対応してそれぞれ出力監視制御装置４３１1〜４３１Mおよび４３１Sが取り付けられている。
【０１６０】
≪第８の実施例の変形可能性≫
【０１６１】
以上説明した第８の実施例では、第１の実施例のアレイ導波路格子を使用したが、第２〜第５の実施例で使用したアレイ導波路格子をこれに代わって使用することも可能であり、同様の光通信システムを実現することができる。また、第６および第７の実施例で説明した分波装置および合波装置をこれらアレイ導波路格子の代わりに使用することができることも当然である。
【０１６２】
≪補足説明≫
【０１６３】
以上、本発明の各実施例を説明したが本発明ではアレイ導波路格子のスラブ導波路あるいはこれに接続された導波路（チャネル導波路アレイの個々の導波路も含む）で光の損失を発生させる等により光の入出力損失特性を所望のものとするようにしている。このための１つの手法として焦点の整合度を利用することが行われている。そこで、アレイ導波路格子における焦点の概念を補足的に説明する。
【０１６４】
図２３は、光源とこれから放出されるコヒーレントな光の伝搬する様子を表わしたものである。点光源５０１から図の左側に向けて光が放出されると、破線で示すように等位相面で光は広がっていく。等位相面は点光源５０１から常に等距離であるので、同心円状に生じる。
【０１６５】
これとは逆に等位相面が所定の円弧を形成するような光を図２３の左側から右側に向けて放射すると、光は今までと逆の方向に進んで点光源５０１の位置に集光する。この集光した位置が焦点となる。点光源５０１は現実的には存在しないが、光の放射や集光を考えるときに光源が充分遠方にあると見なすことができれば幅や長さが存在する光源も点光源５０１として扱うことができる。
【０１６６】
たとえば図２４に示したチャネル導波路アレイ１５は、コアの上下左右がクラッドとなっていて３次元的に光を閉じ込める構造となっている。このようなチャネル導波路から出射される光も、充分に遠方に存在すれば点光源５０１として放射や集光を考えることができる。アレイ導波路格子では、チャネル導波路アレイの出口が円周上に配置されている。このためチャネル導波路アレイの出口で各アレイが等位相であれば、近似的に円周状の等位相の光を作ることができ、その円周の中心点に向かって光を出射することがでるので、そこに焦点を作ることができる。
【０１６７】
また、チャネル導波路アレイの出口で等位相となっていない場合でも、アレイごとに位相差が付いているような場合には円周の中心からずれた位置に焦点が生じる。分波タイプのアレイ導波路格子では、チャネル導波路アレイを伝搬する際に波長によってアレイごとに位相が異なる。したがって、出力スラブ導波路で波長により異なる位置に焦点を結ぶことになる。
【０１６８】
合波タイプのアレイ導波路格子では、波長によらず出力スラブ導波路の同一位置に焦点を結ぶことが好ましい。そこで、このような場合には、チャネル導波路アレイを伝搬する際に生じる位相差をキャンセルするように、波長ごとに入力位置を変える必要がある。
【０１６９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１または請求項２記載の発明によれば、アレイ導波路格子の内部で複数の導波路について光の損失を異ならせたので、アレイ導波路格子の外部にアッテネータや増幅器を配置することなく、また高精度の部品取付作業を必要とすることなく、入出力特性を変化させたり、出力特性の平坦化を図ることができる。したがって、アレイ導波路格子を使用したモジュールあるいは装置の簡素化と信頼性の向上およびコストダウンを図ることができる。
【０１７３】
更に請求項３または請求項４記載の発明によれば、導波路素子の内部で複数の導波路について光の損失を異ならせたので、導波路素子の外部にアッテネータや増幅器を配置することなく、また高精度の部品取付作業を必要とすることなく、入出力特性を変化させたり、出力特性の平坦化を図ることができる。したがって、アレイ導波路格子を使用したモジュールあるいは装置の簡素化と信頼性の向上およびコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路の全体的な構成を表わした平面図である。
【図２】第１の実施例でスラブ導波路の出力側の一部を拡大して示した要部拡大平面図である。
【図３】第１の実施例で比較的周辺に位置する補償出力導波路に至る光路でスラブ導波路を切断した要部断面図である。
【図４】第１の実施例で比較的中央部に位置する補償出力導波路に至る光路でスラブ導波路を切断した要部断面図である。
【図５】第１の実施例におけるコア層の切断長とこれによる光の損失の増加量の関係を表わした特性図である。
【図６】本発明の第２の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の出力側周辺の一部を拡大して示した説明図である。
【図７】第２の実施例でスラブ導波路の比較的周辺部に配置された出力補償を行っていない補償出力導波路での光の伝搬の状態を表わした説明図である。
【図８】第２の実施例で図７の例と比較してわずかに出力補償を行った補償出力導波路での光の伝搬の状態を表わした説明図である。
【図９】第２の実施例における各出力ポートの軸ずれとこれにより得られる損失の関係を表わした特性図である。
【図１０】本発明の第３の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の要部を拡大して示した要部平面図である。
【図１１】第３の実施例で各出力ポートに至る光路と補償出力導波路の中心軸との関係を示した説明図である。
【図１２】第３の実施例における中心軸の角度θとこれにより得られる損失の関係を表わした特性図である。
【図１３】本発明の第４の実施例でアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の出力側周辺の一部を拡大して示した要部平面図である。
【図１４】第４の実施例における焦点のスポットサイズと導波路の導波モードのスポットサイズとの比と、これにより得られる損失の関係を示した特性図である。
【図１５】本発明の第５の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の要部を拡大して示した要部平面図である。
【図１６】第５の実施例でスラブ導波路の出力側の突出部分による光の損失を原理的に示した説明図である。
【図１７】第５の実施例における焦点ずれ距離Ｆとこれにより得られる損失の関係を表わした特性図である。
【図１８】第１の実施例のアレイ導波路格子を使用して光の分波と合波の双方が可能であることを示した説明図である。
【図１９】本発明の第６の実施例としての分波装置の構成を表わしたブロック図である。
【図２０】本発明の第７の実施例としての合波装置の構成を表わしたブロック図である。
【図２１】本発明の第８の実施例における光通信システムの構成の概要を表わしたシステム構成図である。
【図２２】図２１のシステムにおけるノードの構成の概要を示したブロック図である。
【図２３】本発明の焦点の概念を説明するための原理図である。
【図２４】従来のアレイ導波路格子の全体的な構成を表わした平面図である。
【符号の説明】
１０１、１３１、１６１、１９１、２２１ 入力スラブ導波路
１０２ チャネル導波路アレイ
１０４ 導波路
１０５ 出力導波路
１１１ コア層
１１２ クラッド層
１３２、１６２、１９２、２２５ 補償導波路
１６３、１９３、２２４ 光路
１６５ 中心軸
２２２ 非補償導波路
２２３ 等位相曲線
３０１ 分波装置
３０３、３２６ 導波路素子
３０６ 監視増幅回路
３２１ 合波装置
３２２ 半導体レーザ
３２９ レベル検出回路
３３１ 駆動制御回路
ｄ 距離
Ｌ 切断長
ＰIN 入力ポート位置
Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2 チャネル導波路アレイ側焦点位置
θ 角度
【発明の属する技術分野】
本発明はスラブ導波路を備えたアレイ導波路格子および導波路素子に係わり、特に光の入出力特性を所望のものに設定できるようにしたアレイ導波路格子および導波路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
伝送するデータの大容量化と共に、光ファイバ光通信システムで更なる伝送容量の拡大が望まれている。このために、たとえば高密度波長分割多重通信方式（Dense Wavelength Division Multiplexing：ＤＷＤＭ）を使用した際の、それぞれの波長を分割したり統合するための合分波デバイスとして、光波長フィルタの重要性がますます高まっている。
【０００３】
光波長フィルタはさまざまな形態のものがある。中でもアレイ導波路格子（ＡＷＧ：arrayed waveguide grating）は、波長特性が狭帯域で高消光比であり、また多入力多出力のフィルタデバイスとしての特徴も持っている。このため、多重化された信号の分離やその逆の動作を行わせることが可能であり、容易に波長合分波デバイスを構成することができるという利点がある。
【０００４】
図２４は、従来のアレイ導波路格子の全体的な構成を表わしたものである。アレイ導波路格子１１は、基板１２上に形成された１本または複数の入力導波路１３と、複数からなる出力導波路１４と、異なった曲率でそれぞれ一定方向に曲がったチャネル導波路アレイ１５と、入力導波路１３とチャネル導波路アレイ１５を接続する入力スラブ導波路１６と、チャネル導波路アレイ１５と出力導波路１４を接続する出力スラブ導波路１７とによって構成されている。入力導波路１３から入射した多重信号光は、入力スラブ導波路１６によってその進路を広げる。そしてチャネル導波路アレイ１５にそれぞれ等位相で入射する。
【０００５】
チャネル導波路アレイ１５では、これを構成する各アレイ導波路の間に一定の光路長差が設けられていて、光路長が順次長く、あるいは短くなるように設定されている。したがって、それぞれのアレイ導波路を導波する光には一定間隔ずつの位相差が付けられて出力スラブ導波路１７に到達するようになっている。実際には波長分散があるので、波長によってその等位相面が傾く。この結果、波長によって出力スラブ導波路１７と出力導波路１４の界面上の異なった位置に光が結像（集光）する。波長に対応したそれぞれの位置に出力導波路１４が配置されているので、出力導波路１４からは任意の波長成分を取り出すことが可能になる。
【０００６】
スラブ導波路については、たとえば特開平７−６３９３４号公報に開示がある。また、光の一般的な合波あるいは分波を行う技術としては、たとえば特開平７−４９４３０号公報に開示がある。
【０００７】
ところで従来の図２４に示したようなアレイ導波路格子では、出力スラブ導波路１７に着目してみると、チャネル導波路アレイ１５からスラブ導波路内に送出された光が出力側に配置された複数の出力導波路に到達する。このとき出力導波路の中央部ほど光の強度が強く、周辺部の出力導波路に向かうほど光の強度が弱まる。
【０００８】
そこで従来から、光レベルの均一化を図り、受信光レベルを均一化するための提案が行われている。たとえば受光後の各信号のレベルを調整するために、損失差補償用の抵抗器をそれぞれの出力側伝送路に個別に用意してアッテネータを構成するといった試みがそれである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような手法を採用すると、チャネル間で受信信号の信号レベル数の増加に連れて異なった抵抗値の抵抗器を数多く揃える必要がある。しかも、抵抗器は温度によって抵抗値が変動する。したがって、抵抗器の温度調整回路を使用することが不可欠となっている。このため、従来の損失差補償用の抵抗器が付加されたアレイ導波路格子はコスト的にもスペース的にも実用的ではないという問題があった。
【００１０】
特に、高次回折光を使用してモニタ信号を取り出すようにしたアレイ導波路格子では、モニタ信号用の導波路がチャネル導波路アレイから出射される光の光軸から離れた位置に配置される関係で受光レベルに大きな差が生じることが多い。このため、受光前あるいは受光後に損失を補償するような装置構造が不可欠とされていた。
【００１１】
なお、特開２０００−９８１７７号公報では、複数のポートを備えた光導波路と光ファイバ配列体を備えた装置で、これらポートと光ファイバ配列体を構成するそれぞれの光ファイバの光軸のずれを設定して、光導波路のポート間の伝送損失を所望の値に設定している。この手法では前記した外付けのアッテネータが不要であるが、光軸の微妙な調整が必要となり、歩留まりやコストの面で問題があった。
【００１２】
以上、アレイ導波路格子について説明したが、アレイ導波路格子を使用して光を分波する分波装置および合波する合波装置ならびにアレイ導波路格子あるいは分波装置または合波装置を使用した光通信システムについても同様に装置が複雑化したり大型化したり、コストダウンを図りにくいといった問題があった。
【００１３】
そこで本発明の目的は、損失差を補償する回路部品や高精度の部品取付作業を必要とせずに各導波路から出力される信号レベルを調整することができるアレイ導波路格子および導波路素子を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、（イ）信号光を入力する１または複数の入力導波路と、（ロ）信号光を出力する複数の出力導波路と、（ハ）各導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路アレイと、（ニ）このチャネル導波路アレイの入力側と入力導波路を接続する入力スラブ導波路と、（ホ）このチャネル導波路アレイの出力側と出力導波路を接続するようになっており、その内部に配置された光の伝搬する層としてのコア層が、チャネル導波路アレイと前記した複数の出力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されている出力スラブ導波路とをアレイ導波路格子に具備させる。
【００１５】
すなわち請求項１記載の発明では、スラブ導波路を構成するコア層を必要に応じて一部切断し、その切断された間隔の長短で分波を行う際の各出力導波路に対する光の損失割合を調整するようにしている。
【００１６】
請求項２記載の発明では、（イ）波長の異なる信号光を入力する複数の入力導波路と、（ロ）信号光を出力する１または複数の出力導波路と、（ハ）各導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路アレイと、（ニ）このチャネル導波路アレイの出力側と出力導波路を接続する出力スラブ導波路と、（ホ）このチャネル導波路アレイの入力側と入力導波路を接続するようになっており、その内部に配置された光の伝搬する層としてのコア層が、チャネル導波路アレイと前記した複数の入力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されている入力スラブ導波路とをアレイ導波路格子に具備させる。
【００１７】
すなわち請求項２記載の発明では、スラブ導波路を構成するコア層を必要に応じて一部切断し、その切断された間隔の長短で出力導波路に合波する光の損失割合を調整するようにしている。
【００１８】
請求項３記載の発明では、（イ）信号光を入力する１または複数の入力導波路と、（ロ）信号光を出力する複数の出力導波路と、（ハ）これら入力導波路と出力導波路を接続し、入力導波路から入力される光が前記した複数の出力導波路のそれぞれに至る光の伝搬する層としてのコア層が、入力導波路と前記した複数の出力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されているスラブ導波路とを導波路素子に具備させる。
【００１９】
すなわち請求項３記載の発明では、スラブ導波路を構成するコア層を必要に応じて一部切断し、その切断された間隔の長短で分波を行う際の各出力導波路に対する光の損失割合を調整するようにしている。
【００２０】
請求項４記載の発明では、（イ）信号光を入力する複数の入力導波路と、（ロ）信号光を出力する１または複数の出力導波路と、（ハ）これら入力導波路と出力導波路を接続し、前記した複数の入力導波路から入力される光が出力導波路に至る光の伝搬する層としてのコア層が、前記した複数の入力導波路と出力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されているスラブ導波路とを導波路素子に具備させる。
【００２１】
すなわち請求項４記載の発明では、スラブ導波路を構成するコア層を必要に応じて一部切断し、その切断された間隔の長短で分波を行う際の入力導波路に合波する光の損失割合を調整するようにしている。
【０１１２】
【発明の実施の形態】
【０１１３】
【実施例】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【０１１４】
≪第１の実施例≫
【０１１５】
図１は本発明の第１の実施例におけるアレイ導波路格子の出力スラブ導波路を表わしたものである。なお、本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成は図２４に示したものと同じである。出力スラブ導波路１０１は、その入力側の端部にチャネル導波路アレイ１０２を接続し、ここから光を出力スラブ導波路１０１の内部に送出するようになっている。出力スラブ導波路１０１におけるチャネル導波路アレイ１０２の接続箇所と対向する位置には、図２４に示した出力導波路１４に相当する出力導波路１０５を構成する各導波路１０４の一端が接続されている。チャネル導波路アレイ１０２から出力スラブ導波路１０１の内部に送出された光は、出力導波路１０５を伝搬されるようになっている。
【０１１６】
図２は、この出力スラブ導波路の出力側の一部を拡大して示したものである。本実施例の出力スラブ導波路１０１の出力導波路１０５は、到達する光の強度を補償された補償導波路１０４m〜１０４m+nと、光の強度を補償されていない非補償導波路１０４k〜１０４k+nとに分けられている。補償導波路１０４m〜１０４m+nの方は光の信号レベルの補償が行われるようになっており、モニタ用の導波路にも使用される。非補償導波路１０４k〜１０４k+nの方は、補償による信号レベルの低下が好ましくない用途に一般的に使用される。もちろん、出力導波路１０５のすべての導波路１０４が補償導波路を構成するものであってもよい。
【０１１７】
出力スラブ導波路１０１の内部にはチャネル導波路アレイ１０２から送出された光を伝搬するコア層１１１が出力導波路１０５の接続箇所まで配置されており、これを上下両方向（紙面と垂直方向）から挟むようにクラッド層１１２が挟んでおり、光をコア層１１１内に封じ込めている。しかしながら、本実施例のアレイ導波路格子を構成する出力スラブ導波路１０１の場合には、補償導波路１０４m〜１０４m+nに対応する箇所のコア層１１１がそれらの光路１１３の一部で切断されており、切断箇所にはクラッド層１１２が配置されている。
【０１１８】
図３および図４は、図２に示した２つの光路でコア層の切断箇所をそれぞれ示したものである。これらの図は共に図２に示した出力スラブ導波路１０１を紙面に垂直にかつ光路１１３m+nあるいは光路１１３m+1に沿って切断したものである。コア層１１１の途中を一部切断していない状態で考えると、図３に示した補償導波路１０４m+nに至る光路１１３m+nの方が、図４に示した補償導波路１０４m+1に至る光路１１３m+1よりも図１に示したチャネル導波路アレイ１０２から送られてくる光の強度が強い。このような光の強度レベルの平坦化を本実施例ではコア層１１１の切断長Ｌm+n、Ｌm+1の長短で調整している。
【０１１９】
すなわち図３に示した光路１１３m+nの場合には、切断長Ｌm+nが比較的短くなっており、入力側のコア層１１１INから切断箇所で放出された光のかなりの部分は出力側のコア層１１１OUTに入射して補償導波路１０４m+nに到達する。これに対して、図４に示した光路１１３m+1の場合には、切断長Ｌm+1が比較的長くなっており、入力側のコア層１１１INから切断箇所で放出された光の多くの部分は出力側のコア層１１１OUTに入射しない。このため補償導波路１０４m+1に到達する光の強度は大きく減少する。
【０１２０】
したがって、図２に示した各補償導波路１０４m〜１０４m+nにおけるコア層１１１が欠如していない場合の光の強度を測定または理論で求めておき、これらが平坦化されるようにこれらの途中の光路１１３をそれぞれ実験または理論で求めた長さで一部切断するようにすればよい。コア層１１１の必要箇所の切断は、たとえばウエットあるいはドライエッチングによって実現することができる。
【０１２１】
図５は、本実施例におけるコア層の切断長とこれによる光の損失の増加量の関係を表わしたものである。コア層１１１を切断した部分の長さが長いほど、導波路１０４に至る光の損失が増加し、減衰して到達することが分かる。アレイ導波路格子あるいはこれを使用した分波装置、合波装置あるいは光通信システムによっては必ずしもフラットな信号特性を要求しない場合がある。たとえば、補償導波路１０４m〜１０４m+nの出力側に配置された図示しない増幅器の出力特性が平坦でないような場合には、これらとの総合で出力特性を設計する必要がある。そこで、実際には必要とされる出力特性に合わせて補償導波路１０４m〜１０４m+n側で得られる光の強度を補償することになる。
【０１２２】
≪第２の実施例≫
【０１２３】
図６は本発明の第２の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の出力側周辺の一部を拡大して示したものである。なお、本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成も図２４に示したものと同じである。出力スラブ導波路１３１は、その入力側の端部にチャネル導波路アレイ１０２を接続し、ここから光を入力スラブ導波路１０１の内部に送出するようになっている。送出された光は、それぞれの出力ポート側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……の位置で位相を合わせ、それぞれ焦点を結ぶようになっている。そして、出力ポート側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……に焦点を結んだ光が、図２４に示した出力導波路１４に相当するチャネル導波路を構成する各補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……を伝搬されるようになっている。
【０１２４】
第１の実施例のアレイ導波路格子と異なる点は、出力スラブ導波路１３１の図示しないコア層が光路の途中で切断されていないことと、補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……の一部または全部の中心軸の延長線が、これらに対応する出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……と一致せず、いわゆる軸ずれ状態となっていることである。なお、本実施例では軸ずれの状態がわかりやすいように多少誇張して図示している。
【０１２５】
図７および図８は、出力スラブ導波路の比較的周辺部に配置された出力補償を行っていない補償導波路とわずかに出力補償を行ったこれに隣接する補償導波路の２つの場合における光の伝搬の状態を図解したものである。図７に示した補償導波路１３２m+nの場合には、光を減衰させるための補正を行っていない。この状態では通常の出力スラブ導波路における各入力ポートとチャネル導波路アレイの位置関係と全く等しく、補償導波路１３２m+nの中心軸１４１m+nの延長線は出力導波路側焦点位置Ｐm+nの位置と一致している。すなわち、この場合には軸ずれが生じていない。この図７に示した状態では、出力導波路側焦点位置Ｐm+nの位置で焦点を結んだガウシアン形状の強度分布の光は、補償導波路１３２m+nと良好にマッチングしてその内部を矢印１４２で示した出力側に伝搬する。
【０１２６】
一方、図８に示したこれに隣接した補償導波路１３２m+n-1の場合には、対応する出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に対して中心軸１４１m+n-1がわずかな距離ｄm+n-1だけずれている。この軸ずれによって、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に焦点を結んだガウシアン形状の強度分布の光は、補償導波路１３２m+n-1を伝搬する際にわずかなミスマッチングを生じ、これによってロス（減衰）を発生させる。この結果、仮に出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に焦点を結んだ光の強度が出力導波路側焦点位置Ｐm+nのそれよりも大きくても、この軸ずれの値を適切に設定すれば、補償導波路１３２m+n-1を伝搬する光の強度を補償導波路１３２m+nを伝搬する光の強度と等しく設定することができる。このようにして、補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……のすべてで光の強度を等しくし、平坦な特性とすることができる。
【０１２７】
図９は、このような平坦な出力特性を得るための各出力ポートの軸ずれとこれにより得られる損失の関係を表わしたものである。先の第１の実施例と同様に、本実施例の場合にも出力側で平坦な特性を得るものに限定する必要はない。すなわち、アレイ導波路格子あるいはこれを使用した分波装置、合波装置あるいは光通信システムによっては必ずしもフラットな信号特性を要求しない場合がある。たとえば、補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……を経た図示しない最終的な出力側（図２４の出力導波路１４の後段）に配置された図示しない増幅器の出力特性が平坦でないような場合には、これらとの総合で出力特性を設計する必要がある。そこで、実際には必要とされる出力特性に合わせて補償導波路１３２m+n、１３２m+n-1、１３２m+n-2、……側で得られる光の強度を補償することになる。
【０１２８】
≪第３の実施例≫
【０１２９】
図１０は本発明の第３の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の要部を拡大して示したものである。本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成も図２４に示したものと同じである。この第３の実施例の出力スラブ導波路１６１は、チャネル導波路アレイ１０２から送出される光をそれぞれの出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……の位置で位相を合わせ、それぞれ焦点を結ぶようになっている。出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……に対応して、図示しない出力導波路を構成する補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……が配置されている。これら補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……は、先の第２の実施例と異なりそれらの中心軸の延長線とチャネル導波路アレイ側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……の位置にずれはない。この代わりに、第３の実施例のアレイ導波路格子では、チャネル導波路アレイ１０２側の光送出箇所から送信される光とそれぞれの出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……を結ぶ光路１６３m+n、１６３m+n-1、１６３m+n-2、……とそれぞれ対応する補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……の中心軸とのなす角度が光の強度の補償量に応じて異なっている。
【０１３０】
図１１は各出力ポートに至る光路と補償導波路の中心軸との関係を図解したものである。ここでは、先の第１および第２の実施例と同様に出力スラブ導波路１６１の入力側で比較的周辺部に位置する補償導波路１６２m+nに対しては損失がないような設定となっており、補償導波路１６２m+n-1、１６２m+n-2、……と中央部に近づくに連れて損失が多くなるものとして説明を行う。本実施例でチャネル導波路アレイと出力導波路側焦点位置Ｐm+nを結ぶ光路１６３m+nは、光路１６３m+nと補償導波路１６２m+nの中心軸１６５m+nとのなす角度をθm+nとするとこれは０度となる。すなわち、この場合には、光路１６３m+nと中心軸１６５m+nは一致し、出力導波路側焦点位置Ｐm+nの位置で焦点を結んだガウシアン形状の強度分布の光は、補償導波路１６５m+nと良好にマッチングしてその内部を出力側に伝搬し、結合効率は最もよい。
【０１３１】
一方、補償導波路１６２m+nと隣接した補償導波路１６２m+n-1の場合、その中心軸１６５m+n-1は光路１６３m+n-1と一致せず、これらが比較的小さな角度θm+n-1で交わっている。このため、出力導波路側焦点位置Ｐm+nと隣接する出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に焦点を結んだ光は補償導波路１６２m+n-1を伝搬するときにわずかにミスマッチングを発生させ、結合効率が若干低下する。この結果、仮に出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1に焦点を結んだ光の強度が出力導波路側焦点位置Ｐm+nのそれよりも大きくても、この角度θm+n-1の値を適切に設定すれば、出力導波路すなわち補償導波路１６２m+n-1を伝搬する光の強度を補償導波路１６２m+nを伝搬する光の強度と等しく設定することができる。
【０１３２】
補償導波路１６２m+n-1の更に中央側に隣接して位置する補償導波路１６２m+n-2の場合には、その中心軸１６５m+n-2と光路１６３m+n-2のなす角度θm+n-2は角度θm+n-1より所定量だけ大きく設定されている。これにより、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-2と補償導波路１６２m+n-2の結合効率が先の場合よりも更に低下する。そこで、補償導波路１６２m+n-2を伝搬する光の強度も角度θm+n-2の値を適切に設定すれば補償導波路１６２m+n-1を伝搬する光の強度と等しく設定することができる。このようにして、補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……のすべてで光の強度を等しくし、平坦な特性とすることができる。
【０１３３】
図１２は、中心軸の角度θとこれにより得られる損失の関係を表わしたものである。先の第１および第２の実施例と同様に、本実施例の場合にも出力側で平坦な特性を得るものに限定する必要はない。すなわち、アレイ導波路格子あるいはこれを使用した分波装置、合波装置あるいは光通信システムによっては必ずしもフラットな信号特性を要求しない場合がある。たとえば、補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……を経た図示しない最終的な出力側（図２４の出力導波路１４の後段）に配置された図示しない増幅器の出力特性が平坦でないような場合には、これらとの総合で出力特性を設計する必要がある。そこで、実際には必要とされる出力特性に合わせて補償導波路１６２m+n、１６２m+n-1、１６２m+n-2、……側で得られる光の強度を補償することになる。
【０１３４】
≪第４の実施例≫
【０１３５】
図１３は本発明の第４の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の出力側周辺の一部を拡大して示したものである。本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成も図２４に示したものと同じである。この第４の実施例の出力スラブ導波路１９１は、出力スラブ導波路１０１と同様に図示しないチャネル導波路アレイから送出される光をそれぞれの出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……の位置で位相を合わせ、それぞれ焦点を結ぶようになっている。そして、出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……に焦点を結んだ光が、対応する補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……を伝搬されるようになっている。
【０１３６】
本実施例でも先の第３の実施例の場合と同様に各出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……は対応する補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の中心軸の延長線上に位置している。また、前記したチャネル導波路アレイ側の図示しない光送出箇所から各出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……に至る光路１９３m+a、１９３m+a-1、１９３m+a-2、……は、これら対応する補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の中心軸と一致している。この代わりに、第４の実施例のアレイ導波路格子では、各補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の出力スラブ導波路１９１との接続端側の導波路幅Ｗm+a、Ｗm+a-1、Ｗm+a-2、……が光の強度の補償量に応じて異なっている。
【０１３７】
すなわち第４の実施例のアレイ導波路格子では、各出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……における光のスポットサイズと対応する補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の導波路幅Ｗm+a、Ｗm+a-1、Ｗm+a-2、……の広狭によって光の強度の補償量を調整している。
【０１３８】
図１４は、焦点のスポットサイズと導波路の導波モードのスポットサイズの比と、この比における結合損失の関係を示したものである。この図から明らかなように焦点のスポットサイズと導波路の導波モードのスポットサイズの比が１から遠いほど損失は多くなる。焦点のスポットサイズが一定であり、導波路幅を変えると導波モードのスポットサイズが変わることから、補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の導波路幅Ｗm+a、Ｗm+a-1、Ｗm+a-2、……をそれぞれ設定することで、焦点のスポットサイズと導波路の導波モードのスポットサイズの比をそれぞれ調整することができる。これより、補償導波路１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……の導波路幅Ｗm+a、Ｗm+a-1、Ｗm+a-2、……を適切に設定することで、これら補償導波路（出力導波路）１９２m+a、１９２m+a-1、１９２m+a-2、……を伝搬する光の強度を平坦等の所望の特性に設定することができる。
【０１３９】
≪第５の実施例≫
【０１４０】
図１５は本発明の第５の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の要部を拡大して示したものである。本実施例のアレイ導波路格子の基本的な構成も図２４に示したものと同じである。この第５の実施例の出力スラブ導波路２２１は、その出力側が非補償導波路の接続箇所を連ねた等位相曲線（先の実施例の出力導波路側焦点位置Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、……あるいは出力導波路側焦点位置Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2、……を連ねた曲線）２２３よりも更に出力側としての出力導波路側に向けて一部突出しており、この突出した箇所に光の強度を補償される補償導波路２２５m〜２２５m+nが接続されている。すなわち、出力スラブ導波路２２１と補償導波路２２５m〜２２５m+nの境界が通常のそれよりも出力導波路側に一部突出した形となっている。このように等位相曲線２２３に対して出力側に突出する代わりに、入力スラブ導波路２２１の入力側に引っ込んだ形となっていてもよい。
【０１４１】
図１６は、このような出力スラブ導波路の出力側の突出部分による光の損失を原理的に説明するためのものである。本実施例で図示しないチャネル導波路アレイと出力導波路側焦点位置Ｐm+nを結ぶ光路２２４m+nを経た光は、出力導波路側焦点位置Ｐm+nに配置された補償導波路２２５m+nと良好にマッチングしてその内部を出力側に伝搬する。この状態では光の強度レベルの補正を行っていない。
【０１４２】
一方、前記したチャネル導波路アレイと出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1を結ぶ光路２２４m+n-1を経た光は、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1が焦点位置となるが、補償導波路２２５m+n-1は光の出力方向に所定長（以下、焦点ずれ距離という。）Ｆm+n-1だけ後退した位置に配置されている。したがって、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1でガウス波形をした光が若干歪みスポットサイズが拡大した状態で補償導波路２２５m+n-1内部に伝搬されることになり、このときのミスマッチングによって結合損失が発生する。これにより、焦点ずれ距離Ｆm+n-1を適切に設定することで、チャネル導波路アレイ側焦点位置Ｐm+nと比較して出力導波路側焦点位置Ｐm+n-1で生じた光強度の増加分を相殺する結合損失を発生させることができ、補償導波路２２５m+n-1を伝搬する光の強度レベルを補償導波路２２５m+nと同一レベルに調整することができる。
【０１４３】
補償導波路２２５m+n-1の更に中央側に隣接して位置する補償導波路２２５m+n-2は、これに対応する出力導波路側焦点位置Ｐm+n-2から更に長い焦点ずれ距離Ｆm+n-2だけ出力側としての出力導波路側に後退した位置に配置されている。これにより、出力導波路側焦点位置Ｐm+n-2と補償導波路２２５m+n-2の結合効率が先の場合よりも更に低下する。そこで、焦点ずれ距離Ｆm+n-2の値を適切に設定すれば補償導波路２２５m+n-1を伝搬する光の強度と等しく設定することができる。このようにして、補償導波路２２５m+n、２２５m+n-1、２２５m+n-2、……のすべてで光の強度を等しくし、平坦な特性とすることができる。
【０１４４】
図１７は、焦点ずれ距離Ｆとこれによる損失の関係を表わしたものである。先の各実施例と同様に、本実施例の場合にも出力側で平坦な特性を得るものに限定する必要はない。すなわち、アレイ導波路格子あるいはこれを使用した分波装置、合波装置あるいは光通信システムによっては必ずしもフラットな信号特性を要求しない場合がある。たとえば、補償導波路２２５m+n、２２５m+n-1、２２５m+n-2、……の出力側に配置された図示しない増幅器の出力特性が平坦でないような場合には、これらとの総合で出力特性を設計する必要がある。そこで、実際には必要とされる出力特性に合わせて補償導波路２２５m+n、２２５m+n-1、２２５m+n-2、……側で得られる光の強度を補償することになる。
【０１４５】
≪第１〜第５の実施例の変形可能性≫
【０１４６】
図１８は、アレイ導波路格子のスラブ導波路部分の一般的な入出力関係を示すものである。ここでは図１に示した部分に図１と同一の符号を使用するものとする。先の第１の実施例では出力スラブ導波路１０１のチャネル導波路アレイ１０２から光を出力スラブ導波路１０１の内部に送出し、出力導波路１０５を構成するそれぞれの導波路１０４から分波した光を出力するようにしていた。これとは逆に、出力導波路１０５のそれぞれの導波路１０４側を入力として使用すると共に、チャネル導波路アレイ１０２を出力側として使用することで、各種の波長あるいは信号の光信号を合波して取り出すことができる。このときに、従来では出力導波路１０５の比較的中央部から入射した光の強度が強くなるために、入力段階で光の強度レベルを調整する必要があったが、第１の実施例の出力スラブ導波路１０１を入出力逆方向で使用することで、このような調整を行う必要なく、合波後の信号レベルを適正な範囲のものとすることができるようになる。
【０１４７】
以上、第１の実施例のアレイ導波路格子を使用して光の分波だけでなく合波を行うことができることを説明したが、第２〜第５の実施例のアレイ導波路格子でもこの点は全く同一である。すなわち、これらのアレイ導波路格子を光信号のマルチプレクサとして使用することも、この逆のデマルチプレクサとして使用することも可能である。
【０１４８】
≪第６の実施例≫
【０１４９】
図１９は、本発明の第６の実施例としての分波装置の構成を表わしたものである。この分波装置３０１は、光信号３０２を入力する導波路素子３０３を備えている。導波路素子３０３は第１〜第５の実施例で説明したどのタイプのアレイ導波路格子でもよいが、これらの実施例で説明したように入力された光信号を分波し、出力導波路３０４1〜３０４Nからこれら分波後の光信号３０５1〜３０５Nを出力するようになっている。出力導波路３０４1〜３０４Nの後段には、それぞれ監視増幅回路３０６1〜３０６Nが設けられている。これらの監視増幅回路３０６1〜３０６Nは、光信号３０５1〜３０５Nのうちの対応するものを入力してその信号レベルを検出してこれが所望のレベルとなるように増幅またはアッテネートする回路であり、一種のＡＧＣ（automatic gain control：自動利得制御）回路である。この結果、導波路素子３０３の部分で一次的に利得の調整の行われた光信号３０５1〜３０５Nが最終的にそれらの利得を調整されて、光信号３０７1〜３０７Nとして出力されることになる。
【０１５０】
もちろん、本実施例の導波路素子３０３がその出力する光信号３０５1〜３０５Nの各レベルをフラットにすることは可能であるが、分波装置３０１全体として要求される出力特性がこれとは異なった特性であるような場合でも監視増幅回路３０６1〜３０６Nによって対処することが可能になる。
【０１５１】
≪第７の実施例≫
【０１５２】
図２０は、本発明の第７の実施例としての合波装置の構成を表わしたものである。この合波装置３２１は、複数の波長の光信号を出力する半導体レーザ３２２1〜３２２Nを備えている。半導体レーザ３２２1〜３２２Nから出力される光信号３２３1〜３２３Nは分岐素子３２４1〜３２４Nによってそれぞれ２つに分岐され、これらのうちの一方の光信号３２５1〜３２５Nが導波路素子３２６に入力されるようになっている。導波路素子３２６はこれら入力された光信号３２５1〜３２５Nを合波して、多重化された光信号３２７として出力する。
【０１５３】
一方、分岐素子３２４1〜３２４Nによって分岐された他方の光信号３２８1〜３２８Nは、それぞれ対応して設けられたレベル検出回路３２９1〜３２９Nでそれぞれの信号レベルを検出される。レベル検出回路３２９1〜３２９Nは、たとえばフォトダイオードによって構成することができる。レベル検出回路３２９1〜３２９Nは、これらの検出結果に基づいて、半導体レーザ３２２1〜３２２Nにそれぞれ対応して配置された駆動制御回路３３１1〜３３１Nによってレーザの出力レベルを制御する。この結果、導波路素子３２６から出力される光信号３２７を構成する各波長の光信号のレベルを適正な値に設定することができる。
【０１５４】
この実施例の合波装置３２１でも、導波路素子３２６がそれぞれ等レベルの信号の入力に対して等レベルの多重化された信号を出力するような出力特性の補償を行っていれば、駆動制御回路３３１1〜３３１Nを特に使用することなく出力特性をフラットにすることができる。しかしながら、これとは異なった出力特性が要求される場合や高精度なレベル調整が必要な場合には、このように駆動制御回路３３１1〜３３１Nを用いて対処が可能である。
【０１５５】
≪第８の実施例≫
【０１５６】
図２１は、本発明の第８の実施例における光通信システムの構成の概要を表わしたものである。この光通信システムで、送信側に配置された図示しないＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Network）装置に接続された光送信機４０１から送り出された波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号は光マルチプレクサ（ＭＵＸ）４０２で多重された後、ブースタアンプ４０３で増幅されて光伝送路４０４に送り出される。光マルチプレクサ４０２は、たとえば第１の実施例で説明したようなアレイ導波路格子で構成されている。多重化された光信号４０５はインラインアンプ４０６で適宜増幅された後、プリアンプ４０７を経て光デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）４０８で元の波長λ1〜λNに分離され、光受信機４０９で受信されるが、その途中の光伝送路４０４に適宜の数のノード（ＯＡＤＭ）４１１1〜４１１Mが配置されている。これらのノード４１１1〜４１１Mでは、所望の波長の光信号が入出力されることになる。
【０１５７】
図２２は、ノードの構成の概要を示したものである。ここでは第１のノード４１１1を示しているが、第２〜第Ｍのノード４１１2〜４１１Mも原理的には同一の構成となっている。図２１に示した光伝送路４０４は、第１のノード４１１1の入力側アレイ導波路格子（ＡＷＧ）４２１に入力されて波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号に分波され、各波長λ1〜λNごとに設けられた２入力２出力の光スイッチ４２２1〜４２２Nによって、それぞれの波長λ1〜λNの光信号をノード側受信部４２６に取り込む（drop）と共に、ノード側送信部４２４から送信した光信号を挿入する（Add）。２入力２出力の光スイッチ４２２1〜４２２Nの出力は出力側アレイ導波路格子４２８にそのまま入力されるようになっている。出力側アレイ導波路格子４２８は入力側アレイ導波路格子４２１と逆の構成の素子であり、波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号を多重して光伝送路４０４に光信号４２０５として送り出すことになる。
【０１５８】
なお、従来の各ノード４１１1では、たとえば図２２に示した２入力２出力の光スイッチ４２２1〜４２２Nと出力側アレイ導波路格子４２８の間に、それぞれの波長λ1〜λNごとにアッテネータを設けて、多重化された光信号４０５が入力側アレイ導波路格子４２１を経たときの信号レベルの不均一さおよび出力側アレイ導波路格子４２８で合波した後の波長λ1〜λNごとの光信号４０５のレベルの不均一さを解消していた。本発明の第８の実施例における光通信システムでは、第１の実施例および第１〜第５の実施例の変形可能性の項目の箇所で説明したように、入力側アレイ導波路格子４２１および出力側アレイ導波路格子４２８でそれぞれ導波路間のレベル補償を行うことができる。したがって、本実施例では動的なレベル補正が必要ない用途では従来必ず必要とされたアッテネータを設けない構成が可能であり、動的なレベル補正が必要な用途ではレベル補償器のダイナミックレンジ特性に対する要求を緩和することができる。
【０１５９】
このように図２２に示した第１のノード４１１1を始めとして、図４に示した第２〜第Ｍのノード４１１2〜４１１Mおよび光マルチプレクサ４０２ならびに光デマルチプレクサ４０８は共にアレイ導波路格子を使用している。したがって、光信号４０５のチャネル数Ｎが多くなる要請の下で、アレイ導波路格子の出力スラブ導波路から多チャネルで取り出される各レーザ光の波長の安定化や出力レベルの監視が重要となる。このため、図２１に示すようにこれら各ノード４１１1〜４１１Mおよび光送信機４０１には、これらに対応してそれぞれ出力監視制御装置４３１1〜４３１Mおよび４３１Sが取り付けられている。
【０１６０】
≪第８の実施例の変形可能性≫
【０１６１】
以上説明した第８の実施例では、第１の実施例のアレイ導波路格子を使用したが、第２〜第５の実施例で使用したアレイ導波路格子をこれに代わって使用することも可能であり、同様の光通信システムを実現することができる。また、第６および第７の実施例で説明した分波装置および合波装置をこれらアレイ導波路格子の代わりに使用することができることも当然である。
【０１６２】
≪補足説明≫
【０１６３】
以上、本発明の各実施例を説明したが本発明ではアレイ導波路格子のスラブ導波路あるいはこれに接続された導波路（チャネル導波路アレイの個々の導波路も含む）で光の損失を発生させる等により光の入出力損失特性を所望のものとするようにしている。このための１つの手法として焦点の整合度を利用することが行われている。そこで、アレイ導波路格子における焦点の概念を補足的に説明する。
【０１６４】
図２３は、光源とこれから放出されるコヒーレントな光の伝搬する様子を表わしたものである。点光源５０１から図の左側に向けて光が放出されると、破線で示すように等位相面で光は広がっていく。等位相面は点光源５０１から常に等距離であるので、同心円状に生じる。
【０１６５】
これとは逆に等位相面が所定の円弧を形成するような光を図２３の左側から右側に向けて放射すると、光は今までと逆の方向に進んで点光源５０１の位置に集光する。この集光した位置が焦点となる。点光源５０１は現実的には存在しないが、光の放射や集光を考えるときに光源が充分遠方にあると見なすことができれば幅や長さが存在する光源も点光源５０１として扱うことができる。
【０１６６】
たとえば図２４に示したチャネル導波路アレイ１５は、コアの上下左右がクラッドとなっていて３次元的に光を閉じ込める構造となっている。このようなチャネル導波路から出射される光も、充分に遠方に存在すれば点光源５０１として放射や集光を考えることができる。アレイ導波路格子では、チャネル導波路アレイの出口が円周上に配置されている。このためチャネル導波路アレイの出口で各アレイが等位相であれば、近似的に円周状の等位相の光を作ることができ、その円周の中心点に向かって光を出射することがでるので、そこに焦点を作ることができる。
【０１６７】
また、チャネル導波路アレイの出口で等位相となっていない場合でも、アレイごとに位相差が付いているような場合には円周の中心からずれた位置に焦点が生じる。分波タイプのアレイ導波路格子では、チャネル導波路アレイを伝搬する際に波長によってアレイごとに位相が異なる。したがって、出力スラブ導波路で波長により異なる位置に焦点を結ぶことになる。
【０１６８】
合波タイプのアレイ導波路格子では、波長によらず出力スラブ導波路の同一位置に焦点を結ぶことが好ましい。そこで、このような場合には、チャネル導波路アレイを伝搬する際に生じる位相差をキャンセルするように、波長ごとに入力位置を変える必要がある。
【０１６９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１または請求項２記載の発明によれば、アレイ導波路格子の内部で複数の導波路について光の損失を異ならせたので、アレイ導波路格子の外部にアッテネータや増幅器を配置することなく、また高精度の部品取付作業を必要とすることなく、入出力特性を変化させたり、出力特性の平坦化を図ることができる。したがって、アレイ導波路格子を使用したモジュールあるいは装置の簡素化と信頼性の向上およびコストダウンを図ることができる。
【０１７３】
更に請求項３または請求項４記載の発明によれば、導波路素子の内部で複数の導波路について光の損失を異ならせたので、導波路素子の外部にアッテネータや増幅器を配置することなく、また高精度の部品取付作業を必要とすることなく、入出力特性を変化させたり、出力特性の平坦化を図ることができる。したがって、アレイ導波路格子を使用したモジュールあるいは装置の簡素化と信頼性の向上およびコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路の全体的な構成を表わした平面図である。
【図２】第１の実施例でスラブ導波路の出力側の一部を拡大して示した要部拡大平面図である。
【図３】第１の実施例で比較的周辺に位置する補償出力導波路に至る光路でスラブ導波路を切断した要部断面図である。
【図４】第１の実施例で比較的中央部に位置する補償出力導波路に至る光路でスラブ導波路を切断した要部断面図である。
【図５】第１の実施例におけるコア層の切断長とこれによる光の損失の増加量の関係を表わした特性図である。
【図６】本発明の第２の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の出力側周辺の一部を拡大して示した説明図である。
【図７】第２の実施例でスラブ導波路の比較的周辺部に配置された出力補償を行っていない補償出力導波路での光の伝搬の状態を表わした説明図である。
【図８】第２の実施例で図７の例と比較してわずかに出力補償を行った補償出力導波路での光の伝搬の状態を表わした説明図である。
【図９】第２の実施例における各出力ポートの軸ずれとこれにより得られる損失の関係を表わした特性図である。
【図１０】本発明の第３の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の要部を拡大して示した要部平面図である。
【図１１】第３の実施例で各出力ポートに至る光路と補償出力導波路の中心軸との関係を示した説明図である。
【図１２】第３の実施例における中心軸の角度θとこれにより得られる損失の関係を表わした特性図である。
【図１３】本発明の第４の実施例でアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の出力側周辺の一部を拡大して示した要部平面図である。
【図１４】第４の実施例における焦点のスポットサイズと導波路の導波モードのスポットサイズとの比と、これにより得られる損失の関係を示した特性図である。
【図１５】本発明の第５の実施例におけるアレイ導波路格子のスラブ導波路部分の要部を拡大して示した要部平面図である。
【図１６】第５の実施例でスラブ導波路の出力側の突出部分による光の損失を原理的に示した説明図である。
【図１７】第５の実施例における焦点ずれ距離Ｆとこれにより得られる損失の関係を表わした特性図である。
【図１８】第１の実施例のアレイ導波路格子を使用して光の分波と合波の双方が可能であることを示した説明図である。
【図１９】本発明の第６の実施例としての分波装置の構成を表わしたブロック図である。
【図２０】本発明の第７の実施例としての合波装置の構成を表わしたブロック図である。
【図２１】本発明の第８の実施例における光通信システムの構成の概要を表わしたシステム構成図である。
【図２２】図２１のシステムにおけるノードの構成の概要を示したブロック図である。
【図２３】本発明の焦点の概念を説明するための原理図である。
【図２４】従来のアレイ導波路格子の全体的な構成を表わした平面図である。
【符号の説明】
１０１、１３１、１６１、１９１、２２１ 入力スラブ導波路
１０２ チャネル導波路アレイ
１０４ 導波路
１０５ 出力導波路
１１１ コア層
１１２ クラッド層
１３２、１６２、１９２、２２５ 補償導波路
１６３、１９３、２２４ 光路
１６５ 中心軸
２２２ 非補償導波路
２２３ 等位相曲線
３０１ 分波装置
３０３、３２６ 導波路素子
３０６ 監視増幅回路
３２１ 合波装置
３２２ 半導体レーザ
３２９ レベル検出回路
３３１ 駆動制御回路
ｄ 距離
Ｌ 切断長
ＰIN 入力ポート位置
Ｐm+n、Ｐm+n-1、Ｐm+n-2、Ｐm+a、Ｐm+a-1、Ｐm+a-2 チャネル導波路アレイ側焦点位置
θ 角度
Claims (4)
- 信号光を入力する１または複数の入力導波路と、
信号光を出力する複数の出力導波路と、
各導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路アレイと、
このチャネル導波路アレイの入力側と前記入力導波路を接続する入力スラブ導波路と、
このチャネル導波路アレイの出力側と前記出力導波路を接続するようになっており、その内部に配置された光の伝搬する層としてのコア層が、前記チャネル導波路アレイと前記複数の出力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されている出力スラブ導波路
とを具備することを特徴とするアレイ導波路格子。 - 波長の異なる信号光を入力する複数の入力導波路と、
信号光を出力する１または複数の出力導波路と、
各導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路アレイと、
このチャネル導波路アレイの出力側と前記出力導波路を接続する出力スラブ導波路と、
このチャネル導波路アレイの入力側と前記入力導波路を接続するようになっており、その内部に配置された光の伝搬する層としてのコア層が、前記チャネル導波路アレイと前記複数の入力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されている入力スラブ導波路
とを具備することを特徴とするアレイ導波路格子。 - 信号光を入力する１または複数の入力導波路と、
信号光を出力する複数の出力導波路と、
これら入力導波路と出力導波路を接続し、入力導波路から入力される光が前記複数の出力導波路のそれぞれに至る光の伝搬する層としてのコア層が、前記入力導波路と前記複数の出力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されているスラブ導波路
とを具備することを特徴とする導波路素子。 - 信号光を入力する複数の入力導波路と、
信号光を出力する１または複数の出力導波路と、
これら入力導波路と出力導波路を接続し、前記複数の入力導波路から入力される光が出力導波路に至る光の伝搬する層としてのコア層が、前記複数の入力導波路と出力導波路をそれぞれ結ぶ経路の一部または全部において経路の途中で一部切断されており、これらの切断箇所にはコア層の両側に配置されたクラッド層が介在しており、かつ切断された各経路では光の進行方向におけるコア層の切断長がそれぞれの経路を伝搬する光の損失割合に応じて設定されているスラブ導波路
とを具備することを特徴とする導波路素子。
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