JP3953028B2

JP3953028B2 - アレイ導波路回折格子素子

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Publication number: JP3953028B2
Application number: JP2003433212A
Authority: JP
Inventors: 茂米田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP2004102314A

Description

本発明はアレイ導波路回折格子素子に係わり、詳細には選択する波長の補整を行うことのできるアレイ導波路回折格子素子に関する。

伝送するデータの大容量化と共に、光ファイバ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、高密度波長分割多重通信方式（Dense Wavelength Division Multiplexing:DWDM）で、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の光波長フィルタの重要性がますます高まっている。

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回折格子は、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。更にアレイ導波路回折格子素子を石英導波路を使用して構成すると、光ファイバとの結合に優れ、挿入損失が数ｄＢ（デシベル）程度の低挿入損失動作を実現することができる。このような点から、アレイ導波路回折格子は光波長フィルタの中でも特に重要なデバイスとして注目されており、国内外で盛んに研究が行われている。

図３３は、従来のアレイ導波路回折格子の全体的な構成を表わしたものである。アレイ導波路回折格子１１は、図示しない基板上に形成された１本または複数本の入力導波路１２と、複数本からなる出力導波路１３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１４と、入力導波路１２とチャネル導波路アレイ１４を接続する入力側スラブ導波路１５と、チャネル導波路アレイ１４と出力導波路１３を接続する出力側スラブ導波路１６とによって構成されている。入力導波路１２から入射した多重信号光は、入力側スラブ導波路１５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１４にそれぞれ等位相で入射する。入射光強度については入力側スラブ導波路１５の各入射位置で等しくはなく、中央部ほど強度が強く、ほぼガウス分布となっている。

チャネル導波路アレイ１４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側スラブ導波路１６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、波長によって出力側スラブ導波路１６と出力導波路１３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１３が配置されているので、出力導波路１３からは任意の波長成分を取り出すことが可能になる。

ところでこのようなアレイ導波路回折格子１１の中心波長は導波路材料の屈折率の変化に非常に敏感である。このため、その製造プロセスとしての成膜プロセスでのバラツキによって中心波長が変動してしまい、設計通りの値を得ることができない場合が多い。中心波長が変動すると、使用する波長での光損失が大きくなるという問題がある。

そこで、通常のＡＷＧ（arrayed wave guide：アレイ状導波路）による入出力導波路の他に波長補正用の入出力導波路を設けるようにする第１の提案（たとえば特許文献１参照。）が行われている。この第１の提案では、波長の補正量に応じて入出力導波路を変更するようにしている。

波長差δλに対する分波方向の確度の差をδθとするとき、アレイ導波路回折格子では入力導波路１２の位置、すなわちスラブ入射角度θ_inを変更することで、中心波長λ_inを次の（１）式に示す値だけ補正することができる。

ただし、この波長補正用の入出力導波路は離散的に配置されている。このため、波長の補正量も離散的となり、任意に波長を補正することができない。任意の波長補正量を得るためには、スラブ入射角度θ_inを任意に取る必要がある。

図３４は、このような問題を解決するためのアレイ導波路回折格子素子の構成を表わしたものである。この第２の提案（たとえば非特許文献１参照。）では、ＡＷＧ（arrayed wave guide：アレイ状導波路）ウェハ２１の入力側のスラブ入射部２２で基板を切断している。そして、やとい（ガラス）によって補強されたスラブ入射部２２で、同じくやとい２３に挟まれた入力用ファイバ２４を接着（固着）している。この接着時に直接調芯を行い、波長補正量に合わせて入力用ファイバ２４の位置を任意に変えるようにしている。

しかしながら、一般に入力用ファイバ２４のスポットサイズの製造上の誤差は光導波路のスポットサイズの製造上の誤差に比べて非常に大きい。このため、このような手法を採ると入力用ファイバ２４のスポットサイズが大きくばらついたような場合にアレイ状導波路の特性を劣化させる要因になるという問題があった。

図３５はこのような問題を解決するための第３の提案（たとえば非特許文献２参照。）を示したものである。この第３の提案では、図３５に示したようにスラブ入射部２２で入力用ファイバ２４を接着するのではなく、入力用ファイバ３１はスラブ導入用光導波路３２を介して入力側スラブ導波路３３に接続されている。入力側スラブ導波路３３と出力側スラブ導波路３４は共にＡＷＧ素子ウェハ３５上に形成されており、これらの間にはチャネル導波路アレイ３６が接続されている。また、出力側スラブ導波路３４とファイバアレイ３７の間には出力導波路３８が接続されている。
特開平９−４９９３６号公報 P.CPU.Clementsetal，IEEE，Photon，Tech，lett，Vol.7,No.10,pp.1040-1041,1995 電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−７６（２０００）

この図３５に示したアレイ導波路回折格子素子の場合には、スラブ導入用光導波路３２を入力用ファイバ３１と入力側スラブ導波路３３の間に設けている。この場合には、入力側スラブ導波路３３に導波路を接続するので前記したスポットサイズのバラツキの問題は少なくなる。しかしながらスラブ導入用光導波路３２を別途用意する必要があるので、量産性の障害となる場合があり得るという問題がある。

また、図３４および図３５に示した手法ではスラブの入射部を切断している。このため、このスラブ切断位置に光軸方向の誤差が発生するとスラブ長が変化することになり、波長特性が劣化する要因になる。すなわち、スラブ長が長めになるように切断された場合にはこれを研磨等によって調整することができるが、スラブ長が短めになってしまったような場合には、修正自体が不可能になる。

更に、デバイスをモジュール実装する場合を考慮すると入力用ファイバと出力用ファイバは互いに平行になっていることが望まれる。このためには図３４および図３５に示したように両者を平行にするためにＡＷＧウェハ内のチップのレイアウトを単純なものから変更する必要があり、これがウェハ内チップレイアウトを制限する要因になる。

図３６はこのようなウェハ内チップレイアウトが制限されない場合に採りうる２連化されたアレイ状導波路の例を示したものである。この図には１ウェハ当りのアレイ状導波路の歩留まりを上げて収穫量を増やすために、ＡＷＧスラブ部４１、４２および４３、４４を交叉させてアレイ状導波路４５、４６を２連化して配置した状態を示している。このようなウェハ内チップレイアウトでは、２つのアレイ状導波路４５、４６のうちの特性の良いものを選択することで歩留まりを上げることができる。

しかしながら図３６に示したアレイ状導波路４５、４６はたとえば上下対称に配置可能な形状となっているので、ＡＷＧスラブ部４１、４２および４３、４４を交差させるように配置することでこのような２連化配置が可能である。図３４および図３５に示したような形状のアレイ状導波路ではこれらを２連に配置することが困難である。

以上説明したように中心波長の補正を行うようにした従来のアレイ導波路回折格子素子では、スポットサイズの誤差によるアレイ状導波路の特性の劣化や、専用導波路を準備する手間、あるいはチップレイアウトの制限等の問題を生じさせていた。

以上、アレイ導波路回折格子素子についての問題を説明したが、このようなアレイ導波路回折格子素子を使用したアレイ導波路モジュールおよび光通信システムにもこれと同様の問題があった。

そこで本発明の目的は、波長補正を簡易に実現することのできるアレイ導波路回折格子素子を提供することにある。

請求項１記載の発明のアレイ導波路回折格子素子では、（イ）複数本の入力導波路と、当該入力導波路に接続する第１の入力側スラブ導波路と、が形成された第１の基板と、（ロ）第１の入力側スラブ導波路と接続する第２の入力側スラブ導波路と、当該第２の入力側スラブ導波路に接続し、複数の導波路が所定の導波路長差で順次変化するよう構成されたチャネル導波路アレイと、当該チャネル導波路アレイの他端側と接続する出力側スラブ導波路と、当該出力側スラブ導波路と接続する複数本の出力導波路と、が形成された第２の基板と、を備え、（ハ）第１の入力側スラブ導波路は、他の入力導波路に比べて１本の前記した入力導波路について、スラブ長が長くなるよう構成されていることを特徴としている。

この発明では、第１の基板の第１の入力側スラブ導波路と第２の基板の第２の入力側スラブ導波路を接続してアレイ導波路回折格子素子を構成する。ここで第１の入力側スラブ導波路は、他の入力導波路に比べて１本の前記した入力導波路について、スラブ長が長くなるよう構成されている。

また請求項２記載の発明のアレイ導波路回折格子素子では、（イ）複数本の入力導波路と、当該入力導波路に接続する第１の入力側スラブ導波路と、が形成された第１の基板と、（ロ）第１の入力側スラブ導波路と接続する第２の入力側スラブ導波路と、当該第２の入力側スラブ導波路に接続し複数の導波路が所定の導波路長差で順次変化するよう構成されたチャネル導波路アレイと、当該チャネル導波路アレイの他端側と接続する第１の出力側スラブ導波路と、が形成された第２の基板と、（ハ）第１の出力側スラブ導波路と接続する第２の出力側スラブ導波路と、当該第２の出力側スラブ導波路と接続する複数本の出力導波路と、が形成された第３の基板と、を備え、（ニ）第１の入力側スラブ導波路は、他の入力導波路に比べて１本の前記した入力導波路について、スラブ長が長くなるよう構成されていることを特徴としている。

この発明では、第１の基板の第１の入力側スラブ導波路と第２の基板の第２の入力側スラブ導波路を接続し、また第２の基板の第１の出力側スラブ導波路と第３の基板の第２の出力側スラブ導波路とを接続してアレイ導波路回折格子素子を構成する。ここで第１の入力側スラブ導波路は、他の入力導波路に比べて１本の前記した入力導波路について、スラブ長が長くなるよう構成されている。

以上説明したように本発明によれば、入力側スラブ導波路の切断の前と後の双方でアレイ導波路回折格子素子の特性の測定が可能になる。

以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例におけるアレイ導波路回折格子素子を示したものである。このアレイ導波路回折格子素子６１は、第１のＡＷＧ（arrayed wave guide：アレイ状導波路）チップ６２₁と、この第１のＡＷＧチップ６２₁と切断線６３を介して接着（固着）された第２のＡＷＧチップ６２₂の２つのチップから構成されている。これら第１および第２のＡＷＧチップ６２₁、６２₂は本来１つのウェハであったものを切断線６３で切断して、この切断線６３の方向に所望の量だけ移動させた後に接着剤等で両者を固定したものである。

第２のＡＷＧチップ６２₂の一端部には、入力側ファイバアレイ６５が取り付けられている。また、第１のＡＷＧチップ６２₁におけるこれと反対側の端部には出力側ファイバアレイ６７が取り付けられている。第１のＡＷＧチップ６２₁と第２のＡＷＧチップ６２₂の境界部分には、補強用のやとい６８を入力側の端部に接着した入力側スラブ導波路６９が配置されており、第１のＡＷＧチップ６２₁におけるファイバアレイ６７の近傍には出力側スラブ導波路７１が配置されている。入力側スラブ導波路６９と出力側スラブ導波路７１の間には、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７２が配置されている。また、ファイバアレイ６５と入力側スラブ導波路６９の間には入力導波路７４が、出力側のファイバアレイ６７と出力側スラブ導波路７１の間には出力導波路７５がそれぞれ配置されている。

図２は、本実施例のアレイ導波路回折格子素子の製造工程の流れを示したものである。まず、第１のＡＷＧチップ６２₁と第２のＡＷＧチップ６２₂の２つのチップに切断する前のチップを製造し、ウェハから切り出す（ステップＳ８１）。そしてこのチップに対して入力側スラブ導波路６９および出力側のファイバアレイ６７を取り付けて入力側ファイバアレイ６５および出力側ファイバアレイ６７を接着する（ステップＳ８２）。次に、入力側スラブ導波路６９における切断線６３で示す切断箇所を補強するためにこの部位のスラブ導波路の上面、下面あるいはこれら両面にやとい６８を接着する（ステップＳ８３）。そしてこの切断線６３で示す切断箇所を、光軸に垂直方向に切断する（ステップＳ８４）。切断した端面は、互いに接続が良好に行われるように研磨しておく。このとき、第１のＡＷＧチップ６２₁と第２のＡＷＧチップ６２₂には入力側ファイバアレイ６５および出力側ファイバアレイ６７が付いたままである。

これら第１のＡＷＧチップ６２₁と第２のＡＷＧチップ６２₂は、光軸調芯され、切断線６３と平行の切断方向に対する波長補正が行われる所望の位置が求められる（ステップＳ８５）。その位置で第１のＡＷＧチップ６２₁と第２のＡＷＧチップ６２₂を接着剤で固定する（ステップＳ８６）。接着剤としてはＵＶ（ultraviolet：紫外線）硬化樹脂や、熱硬化樹脂等を用いることができる。ＵＶ硬化樹脂を使用する場合には、紫外線透過率を考慮して、デバイス基板材料として石英基板等の透明なもの、すなわち紫外線透過率の高いものを用いることが望ましい。また、入力側スラブ導波路６９については切断して位置をずらして固定するので、切断時の切りしろと研磨しろの分だけその長さを長めに設計しておく必要がある。

＜第１の変形例＞

ところで図１に示したアレイ導波路回折格子素子６１で入力導波路７４は一つであればよく、複数本用意されている場合があるのはその中の良品を選択できるようにするためである。本発明の場合もこの点に変わりがなく、ステップＳ８５では図１に示したような入力導波路７４から光を入射させて、切断線６３に沿って第１のＡＷＧチップ６２₁と第２のＡＷＧチップ６２₂の位置関係を変えながら調芯を行うことになる。しかしながら、調芯量が大きくなるほど、入力側スラブ導波路６９における光の入射位置がローランド配置からずれて焦点位置が設計値から狂ってしまうことになる。

図３は、このよう場合に有効なアレイ導波路回折格子素子の変形例として入力側スラブ導波路の周囲を拡大して示したものである。この図３で図１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。またこの図３では、煩雑さを避けるために、やとい６８（図１参照）の図示を省略している。

この第１の変形例で入力側スラブ導波路６９に接続された入力導波路７４は複数本７４₁〜７４_N用意されている。これらの入力導波路７４₁〜７４_Nの中から、波長補正量に応じたスラブ移動位置に最も近い１本の入力導波路７４_Kが入力用として最終的に選択される。このような手法によって、入力導波路がローランド円からずれることによって起因するアイソレーション劣化を低減することが可能になる。

ちなみに、図３４あるいは図３５に示した従来のアレイ導波路回折格子素子で同様なことを行おうとすると、入力用ファイバあるいはＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit：平面光波回路）を移動させるとこの分だけローランド円からずれることになる。

＜第２の変形例＞

図４は本発明の第２の変形例としてスラブ切断部で生じる光の反射を軽減したアレイ導波路回折格子素子を説明するためのものである。先の実施例では第１のＡＷＧチップ６２₁と第２のＡＷＧチップ６２₂を切断後に接着している。ここで、このままではスラブ切断部で生じる光の反射が懸念される場合がある。この図４で図１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。

この第２の変形例のアレイ導波路回折格子素子６１Ａはその入力側スラブ導波路６９を光軸９１およびＡＷＧチップ６２の表面と垂直な面で切ったとしたときの、第１の切断線６３₁よりも僅かに異なった角度θ₁となる第２の切断線６３₂で切断している。そしてこの第２の切断線６３₂に沿った方向としての矢印方向９２に移動させて、第１のＡＷＧチップ６２₁Ｂと第２のＡＷＧチップ６２₂Ｂの位置を調整して接着するようにしている。

一般に入力側スラブ導波路６９の光軸９１に対して直角とならない角度で入力側スラブ導波路６９を切断しこれを矢印方向９２に移動させると、移動する位置に応じてスラブの焦点距離が変化し、アイソレーションの劣化に繋がるおそれがある。しかしながら、この第２の変形例で示したように第１および第２の切断線６３₁、６３₂のなす角度θ₁を僅かな角度に設定して、第１のＡＷＧチップ６２₁Ｂと第２のＡＷＧチップ６２₂Ｂの位置関係をたとえば１００μｍ程度中央位置から移動させたとしても、スラブの焦点距離の誤差は１０μｍ程度である。これは入力側スラブ導波路６９のスラブ長が１０〜２０ｍｍであるのに比べると十分小さい。したがって、アイソレーションの劣化はほとんど生じない。

この図４に示した例ではスラブ切断位置としての第２の切断線６３₂で示す位置を第１の切断線６３₁に対して入射側に設定したが、これをチャネル導波路アレイ７２側に位置させることによっても同様に反射を低減することができる。

＜第３の変形例＞

図５は、本発明の第３の変形例としてのアレイ導波路回折格子素子の要部を説明するためのものである。先の第２の変形例ではＡＷＧチップ６２の表面と垂直な面で入力側スラブ導波路６９を切断したが、シリコン基板９５および導波路９６からなるこのチップ６２の厚さ方向に微小な角度θ₂だけ傾けて切断して第１のＡＷＧチップ６２₁と第２のＡＷＧチップ６２₂を得るようにしている。これらの切断面の位置を調整して接着することで、第２の変形例と同様にスラブ切断部で生じる光の反射を防ぐことができる。

なお、スラブ切断部で生じる光の反射を防止するためには、図４と図５で示した傾斜方向を任意に組み合わせて切断面を設定してもよい。すなわち、一般には切断面は光軸に垂直な面に対して３次元空間上の所定方向に僅かに方向を異ならせた面であれば、スラブ切断部で生じる光の反射を防止することが可能になる。

＜第４の変形例＞

図６は、本発明の第４の変形例としてのアレイ導波路回折格子素子を示したものである。この図６で図１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。第４の変形例のアレイ導波路回折格子素子６１Ｂは、第１のＡＷＧチップ１０１₁と、この第１のＡＷＧチップ１０１₁と切断線１０２を介して接着された第２のＡＷＧチップ１０１₂の２つのチップから構成されている。これら第１および第２のＡＷＧチップ１０１₁、１０１₂は本来１つのウェハであったものを切断線１０２で切断して、この切断線１０２の方向に所望の量だけ移動させた後に接着剤等で両者を固定したものである。第１のＡＷＧチップ１０１₁と第２のＡＷＧチップ１０１₂の境界部分には、補強用のやとい１０４を出力側の端部に接着した出力側スラブ導波路７１が配置されている。

この変形例でも図１に示したアレイ導波路回折格子素子６１と同様に第１および第２のＡＷＧチップ１０１₁、１０１₂の接着位置の調整によって波長の調整を行うことができる。もちろんこの図６に示した第４の変形例でも、図４に示した第２の変形例と同様に、切断箇所を光軸に垂直な面に対して３次元空間上の所定方向に僅かに方向を異ならせた面とすることで、反射による影響を防止することができる。

＜第５の変形例＞

図７は、本発明の第５の変形例としてのアレイ導波路回折格子素子を示したものである。この図７で図１および図６と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。第５の変形例のアレイ導波路回折格子素子６１Ｃは、第１のＡＷＧチップ１２１₁と、この第１のＡＷＧチップ１２１₁と切断線６３を介して接着された第２のＡＷＧチップ１２１₂と、第２のＡＷＧチップ１２１₂と他の切断線１０２を介して接着された第３のＡＷＧチップ１２１₃との３つのチップから構成されている。これら第１〜第３のＡＷＧチップ１２１₁〜１２１₃は本来１つのウェハであったものを切断線６３、１０２で切断して、これらの切断線６３、１０２の方向にそれぞれ所望の量だけ移動させた後に接着剤等でこれらを固定したものである。一方の切断線６３は先の実施例と同様に入力側スラブ導波路６９を切断しており、他方の切断線１０２は第４の実施例と同様に出力側スラブ導波路７１を切断している。

この変形例でも先の実施例および変形例に示したアレイ導波路回折格子素子６１、６１Ａと同様に第１および第２のＡＷＧチップ１２１₁、１２１₂の接着位置の調整および第２および第３のＡＷＧチップ１２１₂、１２１₃の接着位置の調整によって、それぞれ波長の調整を行うことができる。もちろんこの図７に示した第５の変形例でも、図４に示した第２の変形例と同様に、切断箇所を光軸に垂直な面に対して３次元空間上の所定方向に僅かに方向を異ならせた面とすることで、反射による影響を防止することができる。

＜第６の変形例＞

ところで、以上の実施例および変形例では入力側と出力側スラブ導波路の一方あるいは双方を切断してこれを所望の距離だけ移動して接着するようにした。このように導波路を形成した同一の基板を切断して接着するだけでなく、異なった基板同士を接着することも可能である。また、これを積極的に推し進めて、あるスラブ導波路を切断した一方のパターンと他方のパターンの導波路基板をそれぞれ単独で多量に作製し、必要に応じてこれらを適宜組み合わせて所望の特性あるいは機能のアレイ導波路回折格子素子を実現することも可能になる。

特に、アレイ導波路回折格子素子をスラブ導波路の箇所で切断した形の複数の部品として別々に製造すると、たとえばチャネル導波路アレイ７２のように高精度の加工が必要なものとそれ以外のものとをそれぞれ異なった精度で製造することが可能になり、製造工程に無駄がなくなるばかりでなく、歩留まりの向上も図ることができる。

図８は１つのアレイ導波路回折格子素子を３つの部品に分けて別々に製造し接着した状態を表わしたものである。第１〜第３の部品１４１〜１４３は接合面１４４、１４５でそれぞれ接着して１つのアレイ導波路回折格子素子６１Ｄを完成させている。このうち一方の接合面１４４は入力側スラブ導波路６９を接合する面であり、他方の接合面１４５は出力側スラブ導波路７１を接合する面である。

図９は、第１の部品を単独で示したものである。また、図１０〜図１２は図９に示した切断された形状の入力側スラブ導波路の端面近傍領域１５１を拡大して示す（同図（ａ））と共に、アレイ導波路回折格子素子の光出力の特性を示した（同図（ｂ））ものである。たとえば図１０（ａ）では入力側スラブ導波路６９Ａ₁に接続する入力導波路７４Ａ₁の接続部分の形状が、図１１（ａ）に示した、より拡大したものと図１２（ａ）のストレートなものとの中間的な形状となっている。したがって、この入力導波路７４Ａ₁を用いた第１の部品１４１を使用することで第３の部品１４３として標準的な特性を有する部品が使用されていれば、図１０（ｂ）に示すように通常の波長特性のスペクトルを得ることができる。

これに対して、図１１（ａ）に示したような入力導波路７４Ａ₂を用いた第１の部品１４１を使用すると、同図（ｂ）で実線で示すように頂上部分がフラットとなった波長特性のスペクトルを得ることができる。更に、図１２（ａ）に示したような入力導波路７４Ａ₃を用いた第１の部品１４１を使用すると、同図（ｂ）で実線で示すように頂上部分が急峻となった波長特性のスペクトルを得ることができる。したがって、所望のスペクトル形状に応じて入力導波路７４Ａ₁〜７４Ａ₃のいずれかを用いた第１の部品１４１を選択すればよい。

図１３は、第３の部品を単独で示したものである。また、図１４〜図１６は図１３に示した切断された形状の出力側スラブ導波路の端面近傍領域１５２を拡大して示す（同図（ａ））と共に、アレイ導波路回折格子素子の光出力の特性を示した（同図（ｂ））ものである。たとえば図１４（ａ）では出力側スラブ導波路７１Ａ₁に接続する出力導波路７５Ａ₁の接続部分の形状が、図１５（ａ）に示した、より拡大したものと図１６（ａ）のストレートなものとの中間的な形状となっている。したがって、この出力導波路７１Ａ₁を用いた第３の部品１４３を使用することで第１の部品１４１として標準的な特性を有する部品が使用されていれば、図１４（ｂ）に示すように通常の波長特性のスペクトルを得ることができる。

これに対して、図１５（ａ）に示したような出力導波路７５Ａ₂を用いた第３の部品１４３を使用すると、同図（ｂ）で実線で示すように頂上部分がフラットとなった波長特性のスペクトルを得ることができる。更に、図１６（ａ）に示したような出力導波路７５Ａ₃を用いた第３の部品１４３を使用すると、同図（ｂ）で実線で示すように頂上部分が急峻となった波長特性のスペクトルを得ることができる。したがって、これらの場合にも所望のスペクトル形状に応じて出力導波路７５Ａ₁〜７５Ａ₃のいずれかを用いた第３の部品１４３を選択すればよい。もちろん、第１および第３の部品１４１、１４３を組み合わせて使用することで、更に特性を多様なものとすることができる。

＜第７の変形例＞

図１７〜図２０は、第６の変形例に関連した変形例としてポート数や出力導波路の配置に特徴をもった出力側スラブ導波路の出力側近傍を示したものである。これらの図に示した切断された出力側スラブ導波路７１Ｂ₁〜７１Ｂ₄は、図１３に示した第３の部品１４３の出力側スラブ導波路の端面近傍領域１５２を拡大して示したものである。また、図２１〜図２４は、図１７〜図２０にそれぞれ示した出力側スラブ導波路および出力導波路を使用した場合のアレイ導波路回折格子素子の出力特性を１つずつ対応させて示したものである。

このうち図１７に示した例では出力側スラブ導波路７１Ｂ₁の出力側に１６チャネルの出力導波路７５Ｂ₁が接続されている。図１８に示した例ではこの１６チャネルがより広い間隔で配置されている。したがって、図１７に対応する図２１と、図１８に対応する図２２ではそれぞれの光出力の波長のピーク位置の間隔が異なっている。

一方、図１９に示した例では図１７に示した例と各チャネルの配置密度は同じであるが、図１９に示した例では３２チャネルにチャネル数が倍増している。このため図２３に示すように全チャネルの波長帯域は図２１に示した１６チャネルのものと比べると倍に増大していることになる。

図２０に示した例では、出力側スラブ導波路７１Ｂ₄の出力側の中央付近に出力導波路７５Ｂ₅を配置し、その両隣に所定の間隔を置いて１対の出力導波路７５Ｂ₄、７５Ｂ₆を配置している。後者の１対の出力導波路７５Ｂ₄、７５Ｂ₆は出力をモニタするために使用される。すなわち、図２４に対応させて示したように出力導波路７５Ｂ₅の光出力は出力側スラブ導波路７１Ｂ₄の出力側の比較的中央部分から得られるので比較的品質が良好であり、図示しないメインポートに入力されて通常の信号光として処理される。これに対して１対の出力導波路７５Ｂ₄、７５Ｂ₆の双方あるいはいずれか一方の光出力は図示しないモニタポートに入力されて信号光の強度の制御等のモニタ用に使用されることになる。

＜第８の変形例＞

図２５は、第８の変形例として切断及び研磨を考慮した場合に好適な入力側スラブ導波路近傍の形状を表わしたものである。この入力側スラブ導波路６９Ｃは、その切断箇所１８１が切断および研磨しろ分としてａμｍだけ長めにスラブ長Ｓが設定されるようにマスクパターンを設計している。そして、入力側スラブ導波路６９Ｃの入力導波路７４Ｃは中央部に接続される第１の入力導波路７４Ｃ₁と、その両側に所定の間隔を置いて接続される第２の入力導波路７４Ｃ₂とによって構成されている。第１の入力導波路７４Ｃ₁の接続されるスラブ入力端は第２の入力導波路７４Ｃ₂の接続される部分よりもａμｍだけ入射側に突出している。

図２６は本発明の第８の変形例の入力側スラブ導波路と対比するために、先の実施例で使用されたと同様の入力側スラブ導波路近傍の形状を表わしたものである。この入力側スラブ導波路６９Ｄは、その切断箇所１８１の分だけ図２５に示した入力側スラブ導波路６９Ｃと同様にスラブ長Ｓが長めに設定されている。このような入力側スラブ導波路６９Ｄは、切断前に特性をチェックしようとしてもスラブ長Ｓが長いので特性の初期評価を行うことができない。

これに対して図２５に示した変形例の場合には、第１の入力導波路７４Ｃ₁の接続されるスラブ入力端から計った切断前のスラブ長Ｓは長いのでこの部分での特性の初期評価は同様に不可能であるが、第２の入力導波路７４Ｃ₂の接続箇所はスラブ長Ｓよりもａμｍだけ短くなっている。したがって、切断前にはこの第２の入力導波路７４Ｃ₂を用いて特性の初期評価を行うことができる。そして、特性が良好とされる入力側スラブ導波路６９Ｃを良品として選択し、製品の使用の際には第１の入力導波路７４Ｃ₁を選択すればよい。

＜第９の変形例＞

図２７は、第９の変形例としての出力側スラブ導波路近傍の形状を表わしたものである。この出力側スラブ導波路７１Ｃは、その切断箇所１９１の近傍に配置された出力導波路７５Ｃの一番端の出力導波路７５Ｃ₁のみが出力側スラブ導波路７１Ｃとの接続箇所がストレートな形状となっており、スペクトルモニタ用となっている。図１４および図１６で説明したようにこの出力導波路７５Ｃ₁からは急峻なスペクトルの光信号を得ることができるので、この部分をモニタ用とすることで切断箇所１９１の接着を行う際に位置補正の精度を十分向上させることができる。なお、スペクトルモニタ用の出力導波路７５Ｃ₁は必ずしもストレートな形状である必要はなくその先端が狭まるようなテーパ状をなしていてもよい。この場合にも、同様に急峻なスペクトルの光信号を得ることができる。

＜第１０の変形例＞

図２８は、第１０の変形例としてのアレイ導波路モジュールを表わしたものである。このアレイ導波路モジュール３０１は、箱状のケース３０２とその底部に配置されたペルチェ素子からなる発熱あるいは冷却を行う温度制御素子３０３と、図１に示したアレイ導波路回折格子素子６１とこれらの間に介在する金属板３０４から構成されている。この変形例では金属板３０４として熱伝導性の良い銅板を使用している。金属板３０４は温度制御素子３０３の温度制御領域を拡大するために温度制御素子３０３の接触サイズよりも大きなものが使用されている。

金属板３０４の内部には温度センサ３０６が熱伝導性の高い材料３０７と共に埋め込まれている。この温度検出出力は、温度制御回路３０８に入力されて温度制御素子３０３の温度制御が行われるようになっている。温度センサ３０６にはサーミスタが使用されている。また、この図では示していないが、入力導波路側には入力光ファイバが接続され、出力導波路側には出力光ファイバが接続されている。

＜第１１の変形例＞

図２９は、第１１の変形例としての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ＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Network）装置（光送信機）４０１から送り出された波長λ₁〜λ_N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、アレイ導波路回折格子素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〜λ_Nに分離され、ＳＯＮＥＴ装置（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）４１１₁〜４１１_Mが配置されている。これらのノード４１１₁〜４１１_Mでは、所望の波長の光信号が入出力されることになる。

図３０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４１１₂〜４１１_Mも原理的には同一の構成となっている。図２９に示した光伝送路４０４からは光信号４０４が、第１のノード４１１₁の入力側アレイ導波路回折格子素子４２１に入力されて波長λ₁〜λ_NのＮチャネル分の光信号に分波され、各波長λ₁〜λ_Nごとに設けられた２入力２出力の光スィッチ４２２₁〜４２２_Nによって、それぞれの波長λ₁〜λ_Nの光信号のノード側受信部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出力の光スィッチ４２２₁〜４２２_Nの出力側はそれぞれに対応して設けられたアッテネータ（ＡＴＴ）４２７₁〜４２７_Nによってゲインを調整された後に出力側アレイ導波路回折格子素子４２８に入力されるようになっている。出力側アレイ導波路回折格子素子４２８は入力側アレイ導波路回折格子素子４２１と逆の構成の素子であり、波長λ₁〜λ_N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４０５として送り出すことになる。

このように図３０に示した第１のノード４１１₁を始めとして、図２９に示した第２〜第Ｍのノード４１１₂〜４１１_M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回折格子素子を使用している。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、アレイ導波路回折格子素子のよりフラットな光周波数特性が求められることになる。

ここでこの変形例で使用されるアレイ導波路回折格子素子としては、図１に示したアレイ導波路回折格子素子６１を少なくともその一部に使用することができる。これにより、先に説明した実施例と同様の効果を得ることができる。

最後に以上説明した本発明のスラブ導波路を切断するという技術におけるローランド配置からのずれを考察する。

図３１は入力側スラブ導波路の近傍を示したものである。入力側スラブ導波路６９の入力導波路７４が接続する側の端部である入力スラブの界面はローランド円２０１の一部を形成している。

所望の光入力位置が矢印２０３で示す点であるとし、スラブ導波路６９を切断線２０４で示す箇所で切断したとする。入力導波路７４が仮に第１〜第５の入力導波路７４₁〜７４₅で構成されているものとして、切断線２０４の箇所で接着位置を矢印２０５方向に移動させることで、このうちの第３の入力導波路７４₃を矢印２０３で示す点まで移動させたとすると、本来のローランド配置からの角度が比較的大きくずれる。しかしながら、入力導波路７４がこの例のように複数本で構成されているとすると、矢印２０３で示す点に最も近い第２の入力導波路７４₂から光を入射してこれをこの点まで移動させることで、角度のずれを小さく抑えることができる。その角度ずれは主に損失値に影響する。

図３２は、以上説明したような入力導波路の角度ずれに起因する過剰損失の計算結果の一例を表わしたものである。ここに示した数値は、アレイ状導波路を設計する際の各設計パラメータによって変化することはもちろんである。この図３２では、図３１に示した第３の入力導波路７４₃に光を入射させてそれを矢印２０５方向に移動させて中心波長補正を行う場合を示している。波長補正値（Δλ）が大きくなるほど、それぞれに伴う過剰損失が無視できなくなることがわかる。

前記したように図３１に示した例では第２の入力導波路７４₂に光を入射させて補正することで、角度ずれに起因する損失を低減することができる。このような手法は、従来技術として示した図３４および図３５のアレイ導波路回折格子素子の構成では不可能であり、本発明のようにスラブ導波路６９で切断して張り合わせたり、あるいは切断した形状同士のものを張り合わせることで初めて可能になる技術である。

本発明の一実施例におけるアレイ導波路回折格子素子を示した平面図である。本実施例のアレイ導波路回折格子素子の製造工程を示した流れ図である。本発明の第１の変形例におけるアレイ導波路回折格子素子の入力側スラブ導波路の周囲を示した平面図である。本発明の第２の変形例におけるアレイ導波路回折格子素子の製造原理を示す説明図である。本発明の第３の変形例におけるアレイ導波路回折格子素子の切断箇所を拡大して示した端面図である。本発明の第４の変形例としてのアレイ導波路回折格子素子を示した平面図である。本発明の第５の変形例としてのアレイ導波路回折格子素子を示した平面図である。本発明の第６の変形例で１つのアレイ導波路回折格子素子を３つの部品に分けて別々に製造し接着した状態を表わした平面図である。本発明の第６の変形例で第１の部品を単独で示した平面図である。本発明の第６の変形例で入力側スラブ導波路に接続する入力導波路の接続部分の形状とこれによる波長特性の第１の例を示した説明図である。本発明の第６の変形例で入力側スラブ導波路に接続する入力導波路の接続部分の形状とこれによる波長特性の第２の例を示した説明図である。本発明の第６の変形例で入力側スラブ導波路に接続する入力導波路の接続部分の第３の形状とこれによる波長特性の第３の例を示した説明図である。本発明の第６の変形例で第３の部品を単独で示した平面図である。本発明の第６の変形例で出力側スラブ導波路の端面近傍領域とアレイ導波路回折格子素子の光出力の特性の第１の例を示した説明図である。本発明の第６の変形例で出力側スラブ導波路の端面近傍領域とアレイ導波路回折格子素子の光出力の特性の第２の例を示した説明図である。本発明の第６の変形例で出力側スラブ導波路の端面近傍領域とアレイ導波路回折格子素子の光出力の特性の第３の例を示した説明図である。本発明の第７の変形例で１６チャネルＡＷＧの出力側スラブ導波路と出力導波路の一部を示した平面図である。本発明の第７の変形例で波長間隔を拡大した出力側スラブ導波路と出力導波路の一部を示した平面図である。本発明の第７の変形例で３２チャネルＡＷＧの出力側スラブ導波路と出力導波路の一部を示した平面図である。本発明の第７の変形例で出力モニタ導波路を付加した出力側スラブ導波路と出力導波路の一部を示した平面図である。図１７に示した出力側スラブ導波路および出力導波路を使用した場合のアレイ導波路回折格子素子の出力特性を示す特性図である。図１８に示した出力側スラブ導波路および出力導波路を使用した場合のアレイ導波路回折格子素子の出力特性を示す特性図である。図１９に示した出力側スラブ導波路および出力導波路を使用した場合のアレイ導波路回折格子素子の出力特性を示す特性図である。図２０に示した出力側スラブ導波路および出力導波路を使用した場合のアレイ導波路回折格子素子の出力特性を示す特性図である。本発明の第８の変形例における入力側スラブ導波路近傍の形状を表わした平面図である。第８の変形例と対比させるためのスラブ長を単に長めに設定した入力側スラブ導波路近傍の形状を表わした平面図である。本発明の第９の変形例としての出力側スラブ導波路近傍の形状を表わした平面図である。本発明の第１０の変形例としてのアレイ導波路モジュールを表わした側面図である。本発明の第１１の変形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。この第１１の変形例の光通信システムに使用されるノードの構成の概要を示したブロック図である。ローランド配置との関係を説明するための入力側スラブ導波路の近傍を示した説明図である。入力導波路の角度ずれに起因する過剰損失の計算結果の一例を表わした特性図である。従来のアレイ導波路回折格子の全体的な構成を表わした平面図である。アレイ状導波路ウェハの入力側のスラブ入射部で基板を切断したアレイ導波路回折格子素子の構成を表わした斜視図である。入力用ファイバをスラブ導波路用光導波路を介して入力側スラブ導波路に接続したアレイ導波路回折格子素子の構成を表わした平面図である。歩留まり向上対策として採りうる２連化されたアレイ状導波路の例を示した説明図である。

符号の説明

６１、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄアレイ導波路回折格子素子
６３、６３₂、１０２、２０４切断線
６９、６９Ａ、６９Ｂ、６９Ｃ入力側スラブ導波路
７１、７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ出力側スラブ導波路
７２チャネル導波路アレイ
７４入力導波路
７５出力導波路
１０１₁、１２１₁ 第１のＡＷＧチップ
１０１₂、１２１₂ 第２のＡＷＧチップ
１４１第１の部品
１４２第２の部品
１４３第３の部品
１４４、１４５接合面
３０１アレイ導波路モジュール
４０２光マルチプレクサ
４０８光デマルチプレクサ
４１１ノード
Ｓスラブ長

Claims

複数本の入力導波路と、当該入力導波路に接続する第１の入力側スラブ導波路と、が形成された第１の基板と、
前記第１の入力側スラブ導波路と接続する第２の入力側スラブ導波路と、当該第２の入力側スラブ導波路に接続し、複数の導波路が所定の導波路長差で順次変化するよう構成されたチャネル導波路アレイと、当該チャネル導波路アレイの他端側と接続する出力側スラブ導波路と、当該出力側スラブ導波路と接続する複数本の出力導波路と、が形成された第２の基板と、
を備え、
前記第１の入力側スラブ導波路は、他の前記入力導波路に比べて１本の前記入力導波路について、スラブ長が長くなるよう構成されていることを特徴とする、アレイ導波路回折格子素子。
複数本の入力導波路と、当該入力導波路に接続する第１の入力側スラブ導波路と、が形成された第１の基板と、
前記第１の入力側スラブ導波路と接続する第２の入力側スラブ導波路と、当該第２の入力側スラブ導波路に接続し複数の導波路が所定の導波路長差で順次変化するよう構成されたチャネル導波路アレイと、当該チャネル導波路アレイの他端側と接続する第１の出力側スラブ導波路と、が形成された第２の基板と、
前記第１の出力側スラブ導波路と接続する第２の出力側スラブ導波路と、当該第２の出力側スラブ導波路と接続する複数本の出力導波路と、が形成された第３の基板と、
を備え、
前記第１の入力側スラブ導波路は、他の前記入力導波路に比べて１本の前記入力導波路について、スラブ長が長くなるよう構成されていることを特徴とする、アレイ導波路回折格子素子。