JP4091944B2 - Optical circuit - Google Patents

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Description

本発明は、光回路に関し、より詳細には、基板上に形成された小型で高性能な光回路に関する。   The present invention relates to an optical circuit, and more particularly to a small and high-performance optical circuit formed on a substrate.

光通信システムの急速な普及に伴い、光信号を分岐したり光路を切り替えるための光回路、複数の異なる波長の光信号を合分波するための光回路の重要性が増している。このような光回路には、小型かつ高性能であることが求められている。このような背景において、光導波路構造を利用した集積光部品が開発されている。光の波動としての性質を利用した集積光部品は、光導波路長の調整により光干渉計の作製を容易にしたり、半導体分野における回路加工技術を適用することにより、光部品の集積化が容易になる。   With the rapid spread of optical communication systems, the importance of optical circuits for branching optical signals and switching optical paths and optical circuits for multiplexing and demultiplexing optical signals of different wavelengths has increased. Such an optical circuit is required to be small and have high performance. Against this background, integrated optical components using an optical waveguide structure have been developed. Integrated optical components that utilize the properties of light waves make it easy to manufacture optical interferometers by adjusting the optical waveguide length, and to easily integrate optical components by applying circuit processing technology in the semiconductor field. Become.

図1に、従来のアレイ導波路格子フィルタの構成を示す。アレイ導波路格子フィルタは、複数の異なる波長の光信号を合分波するため光回路である(例えば、非特許文献1参照)。入力光導波路101に接続されたスラブ光導波路102と、出力光導波路105に接続されたスラブ光導波路104との間をアレイ導波路103で接続している。アレイ導波路103の各々の導波路は、隣接する導波路の光学的な長さが、内側から外側に向かって等しい大きさだけ増加するように設定されている。   FIG. 1 shows the configuration of a conventional arrayed waveguide grating filter. The arrayed waveguide grating filter is an optical circuit for multiplexing / demultiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths (see, for example, Non-Patent Document 1). An array waveguide 103 connects the slab optical waveguide 102 connected to the input optical waveguide 101 and the slab optical waveguide 104 connected to the output optical waveguide 105. Each waveguide of the arrayed waveguide 103 is set so that the optical length of the adjacent waveguide increases by an equal amount from the inside toward the outside.

入力光導波路101に入力された光信号は、スラブ光導波路102により光路が広げられて、各々のアレイ導波路103へと導かれる。アレイ導波路103の光路長差により、スラブ光導波路104で合成される光信号の波面は、波長に応じて傾きを有する。その結果、波長に応じて異なる出力光導波路104へと出力することになり、波長分波器が実現される。   The optical signal input to the input optical waveguide 101 is guided to the respective arrayed waveguides 103 by expanding the optical path by the slab optical waveguide 102. Due to the optical path length difference of the arrayed waveguide 103, the wavefront of the optical signal synthesized by the slab optical waveguide 104 has an inclination according to the wavelength. As a result, output to the different output optical waveguides 104 depending on the wavelength is achieved, and a wavelength demultiplexer is realized.

K. Okamoto, “Fundamentals of optical waveguides,” Academic Press, 2000K. Okamoto, “Fundamentals of optical waveguides,” Academic Press, 2000

しかしながら従来の光回路は、スラブ光導波路、アレイ導波路などの個別の光回路要素を組み合わせて構成していたので、小型化が難しいという問題があった。また、光回路要素を複合的に組み合わせて大規模な光回路システムを構成する場合には、光回路要素の特性に合わせて詳細なレイアウト設計を行う必要があるため、設計工数が増大するという問題もあった。   However, since the conventional optical circuit is configured by combining individual optical circuit elements such as a slab optical waveguide and an arrayed waveguide, there is a problem that miniaturization is difficult. In addition, when a large-scale optical circuit system is configured by combining optical circuit elements in combination, it is necessary to perform a detailed layout design according to the characteristics of the optical circuit elements, which increases the design man-hours. There was also.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数の光回路構成を組み合わせることなく、単一の光回路要素で、異なる機能を実現し、かつ小型で高性能な光回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to realize different functions with a single optical circuit element without combining a plurality of optical circuit configurations, and to be small in size. The object is to provide a high-performance optical circuit.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、基板上に形成された少なくとも1本の入力光導波路と、前記基板上に形成された少なくとも1本の出力光導波路と、前記入力光導波路と前記出力光導波路との間に、光信号の伝搬方向に沿って2本以上の光導波路が並行して配設され、隣接する光導波路の間で光学的に結合されたアレイ導波路とを備え、前記アレイ導波路を構成する光導波路の本数は、前記入力光導波路の本数および前記出力光導波路の本数のいずれよりも大きく、前記アレイ導波路を構成する光導波路の少なくともいずれか1本は、該光導波路の幅が、光の伝搬方向に沿って変化し、前記アレイ導波路中の任意の点において、前記アレイ導波路の入力端からの入力フィールドの順伝搬のフィールドの波面と、前記アレイ導波路の出力端からの出力フィールドの逆伝搬させたフィールドの波面とが一致するように、前記光導波路の幅が変動していることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention is characterized in that at least one input optical waveguide formed on a substrate and at least one output formed on the substrate. Two or more optical waveguides are arranged in parallel along the propagation direction of the optical signal between the optical waveguide, the input optical waveguide, and the output optical waveguide, and optically between adjacent optical waveguides. And the number of optical waveguides constituting the arrayed waveguide is greater than both the number of the input optical waveguides and the number of the output optical waveguides, and the optical waveguides constituting the arrayed waveguides. In at least one of the waveguides, the width of the optical waveguide changes along the light propagation direction, and the order of the input field from the input end of the arrayed waveguide at any point in the arrayed waveguide. Propagation field And the surface, so that the wave front of the back propagation is allowed fields of the output fields from the output end of the arrayed waveguide matches, characterized in that the width of the optical waveguide fluctuates.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の前記アレイ導波路を構成する光導波路は、前記入力光導波路から入力された、複数の異なる波長の光信号を、波長に応じて分波して異なる出力光導波路から出力し、波長に応じて異なる出力光導波路から入力された光信号を合波して、前記入力光導波路から出力するように、前記光導波路の幅が変化していることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the optical waveguide constituting the arrayed waveguide according to the first aspect is configured to demultiplex a plurality of optical signals having different wavelengths input from the input optical waveguide according to the wavelength. Then, the width of the optical waveguide is changed so that the optical signals output from the different output optical waveguides are combined and the optical signals input from the different output optical waveguides are combined and output from the input optical waveguide. It is characterized by that.

請求項に記載の発明は、請求項1または2に記載の前記アレイ導波路を構成する光導波路は、光導波路幅の最小値が1μmであり、前記光導波路の隣り合う間隔が1μm以上であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical waveguide constituting the arrayed waveguide according to the first or second aspect , the minimum value of the optical waveguide width is 1 μm, and the interval between the adjacent optical waveguides is 1 μm or more. It is characterized by being.

請求項に記載の発明は、請求項1に記載の前記基板は、シリコン基板と石英基板のいずれかであり、前記光導波路が石英ガラスからなる埋め込み型光導波路であることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is characterized in that the substrate according to claim 1 is either a silicon substrate or a quartz substrate, and the optical waveguide is an embedded optical waveguide made of quartz glass.

以上説明したように、本発明によれば、アレイ導波路を構成する光導波路の幅を、用途に応じて非周期的に変調することにより、単一の光回路要素で、異なる機能を実現し、小型で高性能な光回路を実現することが可能となる。   As described above, according to the present invention, different functions can be realized with a single optical circuit element by aperiodically modulating the width of the optical waveguide constituting the arrayed waveguide according to the application. It is possible to realize a small and high-performance optical circuit.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態において、同一機能を有する部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, parts having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

また、本実施形態において、光回路は、シリコン基板または石英基板の上に形成された石英系光導波路である。このような組み合わせにより、信頼性に優れた光回路を提供することができるからである。しかしながら、本発明は、このような組み合わせに限定されるものではなく、ポリマーなどの基板材料を用いたり、誘電体、半導体などの他の導波路材料を用いても勿論構わない。   In the present embodiment, the optical circuit is a silica-based optical waveguide formed on a silicon substrate or a quartz substrate. This is because such a combination can provide an optical circuit with excellent reliability. However, the present invention is not limited to such a combination. Of course, a substrate material such as a polymer or other waveguide material such as a dielectric or a semiconductor may be used.

図2に、本発明の第1の実施形態にかかる光回路の構成を示す。基板10上に、入力光導波路11と、アレイ導波路12と、出力光導波路13とが、この順に光学的に接続されている。アレイ導波路12は、21本の光導波路から構成されており、各々の光導波路の幅は非周期的に変調されている。すなわち、光の導波方向に沿って、光導波路の幅が非周期的に変化している。各々の光導波路の幅の非周期的な変調は、波面整合法あるいは遺伝的アルゴリズムによって設計することができる。   FIG. 2 shows the configuration of the optical circuit according to the first embodiment of the present invention. On the substrate 10, the input optical waveguide 11, the arrayed waveguide 12, and the output optical waveguide 13 are optically connected in this order. The arrayed waveguide 12 is composed of 21 optical waveguides, and the width of each optical waveguide is aperiodically modulated. That is, the width of the optical waveguide changes aperiodically along the light guiding direction. The aperiodic modulation of the width of each optical waveguide can be designed by wavefront matching methods or genetic algorithms.

例えば、波面整合法で設計する場合には、入力光導波路11が接続されているアレイ導波路12の入力端から入力フィールドを入力して順伝搬させる。一方、出力光導波路13が接続されているアレイ導波路12の出力端から、所望の出力フィールドを入力して逆伝搬させる。入力端および出力端から入力された2つのフィールドの波面が、アレイ導波路12中の任意の点で一致するように、アレイ導波路12の各々の光導波路の幅を変化させる。   For example, when designing by the wavefront matching method, the input field is input from the input end of the arrayed waveguide 12 to which the input optical waveguide 11 is connected, and is propagated forward. On the other hand, a desired output field is input from the output end of the arrayed waveguide 12 to which the output optical waveguide 13 is connected, and propagates backward. The width of each optical waveguide of the arrayed waveguide 12 is changed so that the wavefronts of the two fields input from the input end and the output end coincide at an arbitrary point in the arrayed waveguide 12.

一方、遺伝的アルゴリズムで設計する場合には、最初に、初期値となるアレイ導波路12を与える。次に、アレイ導波路12の屈折率分布の少なくとも一部を微小に変化させた第1世代のアレイ導波路を作成する。第1世代のアレイ導波路の中から、特性の優れたアレイ導波路を選び出して配合することにより、第2世代のアレイ導波路を作成する。同様にして何世代かにわたって配合を繰り返し、入力から出力に至る所与の特性が得られるアレイ導波路を作成する。   On the other hand, when designing with a genetic algorithm, first, an arrayed waveguide 12 that is an initial value is provided. Next, a first generation array waveguide in which at least a part of the refractive index distribution of the array waveguide 12 is minutely changed is created. A second generation array waveguide is created by selecting and mixing array waveguides with excellent characteristics from the first generation array waveguides. Similarly, the compounding is repeated for several generations to create an arrayed waveguide that provides a given characteristic from input to output.

アレイ導波路12の各々の光導波路の幅を、非周期的に変調することにより、隣り合う光導波路が十分に結合して、大きな波長依存性を有する。従って、入力光導波路11から、複数の異なる波長の光信号を入力すると、各波長の光信号は、アレイ導波路12中を伝搬して各々異なる出力光導波路13から出力される。   By modulating the width of each optical waveguide of the arrayed waveguide 12 non-periodically, adjacent optical waveguides are sufficiently coupled and have a large wavelength dependency. Therefore, when a plurality of optical signals having different wavelengths are input from the input optical waveguide 11, the optical signals having the respective wavelengths propagate through the arrayed waveguide 12 and are output from the different output optical waveguides 13.

ここで、アレイ光導波路12の光導波路幅の非周期的な変調は、光の伝搬方向(図2では、紙面に向かって横方向)1μmに対して、光の伝搬方向に垂直な方向(紙面に向かって縦方向)への変化幅は、最大±0.1μmである。これは、急激な光導波路幅の変調を禁止することで、波長依存性が滑らかとなり、再現性の優れた光回路を提供することができるからである。しかしながら、本発明は、この例に限定されるものではなく、より急峻な光導波路幅の変動があっても勿論構わない。   Here, the non-periodic modulation of the optical waveguide width of the arrayed optical waveguide 12 is a direction perpendicular to the light propagation direction (paper surface) with respect to 1 μm of the light propagation direction (lateral direction toward the paper surface in FIG. 2). The change width in the vertical direction) is ± 0.1 μm at the maximum. This is because by prohibiting the rapid modulation of the optical waveguide width, the wavelength dependency becomes smooth, and an optical circuit with excellent reproducibility can be provided. However, the present invention is not limited to this example, and it is of course possible that there are more steep fluctuations in the optical waveguide width.

また、アレイ導波路12の光導波路幅は、最小1μmである。このような条件とすることで作製の容易な光回路を実現することができるからである。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、光導波路幅の最小値は、0.1μmであっても勿論構わない。また、アレイ導波路12の光導波路幅の最大値は3μmである。しかしながら、この値は、20μmでも勿論構わない。   The optical waveguide width of the arrayed waveguide 12 is a minimum of 1 μm. This is because an optical circuit that can be easily manufactured can be realized under such conditions. However, the present invention is not limited to this example, and the minimum value of the optical waveguide width may of course be 0.1 μm. The maximum value of the optical waveguide width of the arrayed waveguide 12 is 3 μm. However, this value may of course be 20 μm.

また、アレイ導波路12の隣り合う光導波路の間隔は最小1μmである。このような条件とすることで作製の容易な光回路を実現することができるからである。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、隣り合う光導波路は、最小0.5μmであっても勿論構わない。一方、アレイ導波路12の隣り合う光導波路の間隔は最大3μmである。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、最大20μmとしても勿論構わない。但し、隣り合う光導波路が十分に結合して、大きな波長依存性を実現するためには、最大10μm程度であることが望ましい。   The interval between adjacent optical waveguides of the arrayed waveguide 12 is 1 μm at the minimum. This is because an optical circuit that can be easily manufactured can be realized under such conditions. However, the present invention is not limited to this example, and the adjacent optical waveguides may of course be at least 0.5 μm. On the other hand, the distance between adjacent optical waveguides of the arrayed waveguide 12 is 3 μm at the maximum. However, the present invention is not limited to this example, and of course, a maximum of 20 μm may be used. However, in order to sufficiently combine adjacent optical waveguides and realize a large wavelength dependence, it is desirable that the maximum is about 10 μm.

第1の実施形態の光回路は、シリコン基板上に形成された石英系光導波路によって作製する。ただし、本発明はこの例に限定されるものではなく、石英基板上に形成してもよく、石英系光導波路ではなく誘電体光導波路であってもポリマー光導波路であっても勿論構わない。   The optical circuit of the first embodiment is manufactured by a quartz optical waveguide formed on a silicon substrate. However, the present invention is not limited to this example, and it may be formed on a quartz substrate, and may of course be a dielectric optical waveguide or a polymer optical waveguide instead of a silica-based optical waveguide.

図3に、本発明の第1の実施形態にかかる光回路の断面図を示す。基板10上に、下部クラッド21を火炎堆積法により堆積し、下部クラッド21上にコア層を火炎堆積法により堆積して透明化を行う。コア層の上に、図2に示したアレイ光導波路12となるようにマスクを形成し、コア層を反応性イオンエッチングによりパターン化を行い、コア22を形成する。最後に、下部クラッド21とコア22とを覆うように、上部クラッド23を火炎堆積法により堆積して透明化を行う。下部クラッド21および上部クラッド23の屈折率は1.4443であり、コア22の屈折率は1.4552である。   FIG. 3 is a sectional view of an optical circuit according to the first embodiment of the present invention. A lower clad 21 is deposited on the substrate 10 by a flame deposition method, and a core layer is deposited on the lower clad 21 by a flame deposition method to make it transparent. A mask is formed on the core layer so as to be the array optical waveguide 12 shown in FIG. 2, and the core layer is patterned by reactive ion etching to form the core 22. Finally, the upper clad 23 is deposited by a flame deposition method so as to cover the lower clad 21 and the core 22 and is made transparent. The refractive index of the lower cladding 21 and the upper cladding 23 is 1.4443, and the refractive index of the core 22 is 1.4552.

基板10はシリコン基板であり、下部クラッド21、コア22、上部クラッド23は石英系光導波路として構成されている。石英系光導波路により、信頼性に優れた光回路を提供することができる。なお、本発明はこの例に限定されるものではなく、誘電体や半導体など、別の材料を用いても勿論構わないし、上部クラッドのないリッジ型の光導波路構成を用いても勿論構わない。   The substrate 10 is a silicon substrate, and the lower clad 21, the core 22, and the upper clad 23 are configured as a silica-based optical waveguide. The quartz optical waveguide can provide an optical circuit with excellent reliability. Note that the present invention is not limited to this example, and other materials such as a dielectric and a semiconductor may be used as a matter of course, or a ridge type optical waveguide structure without an upper clad may be used.

図4に、本発明の第1の実施形態にかかる光回路の透過率を示す。1.55μm帯に含まれる異なる4つの波長が合波された光信号を、入力光導波路11からアレイ導波路12に入力する。波長1.52μmの光信号が出力光導波路13aから出力され、波長1.54μmの光信号が出力光導波路13bから出力され、波長1.56μmの光信号が出力光導波路13cから出力され、波長1.58μmの光信号が出力光導波路13dから出力されていることがわかる。このようにして、第1の実施形態にかかる光回路を用いれば、任意の波長を選択して、任意の出力光導波路から出力させることができる。   FIG. 4 shows the transmittance of the optical circuit according to the first embodiment of the present invention. An optical signal in which four different wavelengths included in the 1.55 μm band are combined is input from the input optical waveguide 11 to the arrayed waveguide 12. An optical signal having a wavelength of 1.52 μm is output from the output optical waveguide 13a, an optical signal having a wavelength of 1.54 μm is output from the output optical waveguide 13b, and an optical signal having a wavelength of 1.56 μm is output from the output optical waveguide 13c. It can be seen that an optical signal of .58 μm is output from the output optical waveguide 13d. Thus, if the optical circuit according to the first embodiment is used, an arbitrary wavelength can be selected and output from an arbitrary output optical waveguide.

図5に、本発明の第1の実施形態にかかる光回路の変形例を示す。図3に示したアレイ導波路12は矩形であるが、図5に示すように多角形の形状を有するアレイ導波路14としてもよい。また、矩形であっても、異なる長さ、幅により光回路を構成することもできる。   FIG. 5 shows a modification of the optical circuit according to the first embodiment of the present invention. The arrayed waveguide 12 shown in FIG. 3 is rectangular, but may be an arrayed waveguide 14 having a polygonal shape as shown in FIG. Moreover, even if it is a rectangle, an optical circuit can also be comprised by different length and width.

図6に、本発明の第2の実施形態にかかる光回路の構成を示す。基板10上に、入力光導波路11と、アレイ導波路15と、出力光導波路13とが、この順に光学的に接続されている。アレイ導波路15は、9本の光導波路から構成されており、各々の光導波路の幅は非周期的に変調されている。各々の光導波路の幅の非周期的な変調は、第1の実施形態と同様に、波面整合法あるいは遺伝的アルゴリズムによって設計することができる。   FIG. 6 shows a configuration of an optical circuit according to the second embodiment of the present invention. On the substrate 10, the input optical waveguide 11, the arrayed waveguide 15, and the output optical waveguide 13 are optically connected in this order. The arrayed waveguide 15 is composed of nine optical waveguides, and the width of each optical waveguide is aperiodically modulated. The non-periodic modulation of the width of each optical waveguide can be designed by a wavefront matching method or a genetic algorithm as in the first embodiment.

第2の実施形態の光回路は、石英基板上に形成された石英系光導波路によって作製する。ただし、本発明はこの例に限定されるものではなく、シリコン基板上に形成しても良いし、石英系光導波路ではなく誘電体光導波路であってもポリマー光導波路であっても勿論構わない。   The optical circuit of the second embodiment is manufactured by a silica-based optical waveguide formed on a quartz substrate. However, the present invention is not limited to this example, and may be formed on a silicon substrate, and may of course be a dielectric optical waveguide or a polymer optical waveguide instead of a silica-based optical waveguide. .

図7に、本発明の第2の実施形態にかかる光回路の透過率を示す。入力光導波路11に入力された光信号のうち、90%が出力光導波路13bから出力され、10%が出力光導波路13aから出力され、分岐回路を構成していることがわかる。このように、第2の実施形態の光回路を用いれば、波長依存性のある光回路だけでなく、波長依存性の小さな光回路を提供することもできる。すなわち、第1の実施形態と同様に、アレイ導波路を構成する光導波路の幅を、用途に応じて非周期的に変調することにより、様々な機能を有する光回路を単一の光回路要素で実現することができる。   FIG. 7 shows the transmittance of the optical circuit according to the second embodiment of the present invention. It can be seen that 90% of the optical signal input to the input optical waveguide 11 is output from the output optical waveguide 13b and 10% is output from the output optical waveguide 13a to constitute a branch circuit. As described above, when the optical circuit of the second embodiment is used, not only an optical circuit having wavelength dependency but also an optical circuit having small wavelength dependency can be provided. That is, as in the first embodiment, optical circuits having various functions can be converted into a single optical circuit element by aperiodically modulating the width of the optical waveguides constituting the arrayed waveguide according to the application. Can be realized.

図8に、本発明の第2の実施形態にかかる光回路の第1変形例を示す。第2の実施形態の第1変形例の光回路では、アレイ導波路16が7本の光導波路から構成されており、そのうち1本の導波路16aは、導波路の幅が変調されていない。このような構成であっても、導波路16aと隣接する光導波路の幅が、非周期的に変調されていることにより、導波路16aと隣接する光導波路とが結合することができる。従って、図6に示した光回路と同様に、波長依存性の小さな分岐回路を構成することができる。   FIG. 8 shows a first modification of the optical circuit according to the second embodiment of the present invention. In the optical circuit of the first modification of the second embodiment, the arrayed waveguide 16 is composed of seven optical waveguides, and the waveguide width of one of the waveguides 16a is not modulated. Even in such a configuration, the waveguide 16a and the adjacent optical waveguide can be coupled to each other because the width of the optical waveguide adjacent to the waveguide 16a is aperiodically modulated. Therefore, similarly to the optical circuit shown in FIG. 6, it is possible to configure a branch circuit having a small wavelength dependency.

図9に、本発明の第2の実施形態にかかる光回路の第2変形例を示す。第2変形例の光回路では、アレイ導波路18が3本の光導波路から構成されており、そのうち1本の導波路18aのみが非周期的に変調されている。このような構成であっても、導波路18aの幅が、非周期的に変調されていることにより、導波路18aと隣接する光導波路とが結合することができる。従って、図6に示した光回路と同様に、波長依存性の小さな分岐回路を構成することができる。   FIG. 9 shows a second modification of the optical circuit according to the second embodiment of the present invention. In the optical circuit of the second modification, the arrayed waveguide 18 is composed of three optical waveguides, and only one of the waveguides 18a is aperiodically modulated. Even in such a configuration, the waveguide 18a and the adjacent optical waveguide can be coupled by asymmetrically modulating the width of the waveguide 18a. Therefore, similarly to the optical circuit shown in FIG. 6, it is possible to configure a branch circuit having a small wavelength dependency.

図10に、本発明の第3の実施形態にかかる光回路の構成を示す。基板10上に、2本の入力光導波路11と、アレイ導波路17と、2本の出力光導波路13とが、この順に光学的に接続されている。アレイ導波路17は、17本の光導波路から構成されており、各々の光導波路の幅は非周期的に変調されている。このような構成も本発明の範疇であり、同様な効果を奏する。各々の光導波路の幅の非周期的な変調は、第1の実施形態と同様に、波面整合法あるいは遺伝的アルゴリズムによって設計することができる。   FIG. 10 shows a configuration of an optical circuit according to the third embodiment of the present invention. On the substrate 10, two input optical waveguides 11, an arrayed waveguide 17, and two output optical waveguides 13 are optically connected in this order. The arrayed waveguide 17 is composed of 17 optical waveguides, and the width of each optical waveguide is aperiodically modulated. Such a configuration is also within the scope of the present invention and has the same effect. The non-periodic modulation of the width of each optical waveguide can be designed by a wavefront matching method or a genetic algorithm as in the first embodiment.

図11に、本発明の第3の実施形態にかかる光回路の断面図を示す。基板10上に、下部クラッド21を火炎堆積法により堆積し、下部クラッド21上にコア層を火炎堆積法により堆積して透明化を行う。コア層の上に、図10に示したアレイ光導波路17となるようにマスクを形成し、コア層を反応性イオンエッチングによりパターン化を行い、コア22を形成する。次に、コア22と同じ高さまで、第二コア24を堆積して透明化を行う。最後に、コア22と第二コア24とを覆うように、上部クラッド23を火炎堆積法により堆積して透明化を行う。   FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical circuit according to the third embodiment of the present invention. A lower clad 21 is deposited on the substrate 10 by a flame deposition method, and a core layer is deposited on the lower clad 21 by a flame deposition method to make it transparent. A mask is formed on the core layer so as to be the array optical waveguide 17 shown in FIG. 10, and the core layer is patterned by reactive ion etching to form the core 22. Next, the second core 24 is deposited to the same height as the core 22 to make it transparent. Finally, the upper clad 23 is deposited by a flame deposition method so as to cover the core 22 and the second core 24 to be transparent.

下部クラッド21および上部クラッド23の屈折率は1.4443であり、コア22の屈折率は1.4552であり、第二コア24の屈折率は1.4491である。第二コア24を設けることで、散乱光を低減することができ、光回路の透過損失の劣化を防ぐことができる。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、第二コア24を除いた構成でも勿論構わない。   The refractive index of the lower cladding 21 and the upper cladding 23 is 1.4443, the refractive index of the core 22 is 1.4552, and the refractive index of the second core 24 is 1.4491. By providing the second core 24, scattered light can be reduced and deterioration of transmission loss of the optical circuit can be prevented. However, the present invention is not limited to this example, and a configuration excluding the second core 24 may of course be used.

図12に、本発明の第3の実施形態にかかる光回路の透過率を示す。入力光導波路11のうち一方の光導波路に入力された光信号のうち、波長1.52μmおよび波長1.58μmの光信号が出力光導波路13aから出力され、波長1.54μmおよび波長1.56μmの光信号が出力光導波路13bから出力されていることがわかる。このようにして、第3の実施形態にかかる光回路を用いれば、任意の複数の波長を選択して、それぞれ任意の出力光導波路から出力させることができる。   FIG. 12 shows the transmittance of the optical circuit according to the third embodiment of the present invention. Of the optical signals input to one of the input optical waveguides 11, optical signals having a wavelength of 1.52 μm and a wavelength of 1.58 μm are output from the output optical waveguide 13 a, and have a wavelength of 1.54 μm and a wavelength of 1.56 μm. It can be seen that the optical signal is output from the output optical waveguide 13b. As described above, when the optical circuit according to the third embodiment is used, an arbitrary plurality of wavelengths can be selected and output from an arbitrary output optical waveguide.

種々の特性を有する小型で高性能な光回路を構成することができる。特に、複数の波長の光信号を合分波するための光フィルタ、波長依依存性のない分岐回路に適用することができる。   A small and high-performance optical circuit having various characteristics can be configured. In particular, the present invention can be applied to an optical filter for multiplexing / demultiplexing optical signals having a plurality of wavelengths and a branch circuit having no wavelength dependence.

従来のアレイ導波路格子フィルタの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the conventional array waveguide grating filter. 本発明の第1の実施形態にかかる光回路の構成を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the optical circuit concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態にかかる光回路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical circuit concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態にかかる光回路の透過率を示す図である。It is a figure which shows the transmittance | permeability of the optical circuit concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態にかかる光回路の変形例を示す上面図である。It is a top view which shows the modification of the optical circuit concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態にかかる光回路の構成を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the optical circuit concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態にかかる光回路の透過率を示す図である。It is a figure which shows the transmittance | permeability of the optical circuit concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態にかかる光回路の第1変形例を示す上面図である。It is a top view which shows the 1st modification of the optical circuit concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態にかかる光回路の第2変形例を示す上面図である。It is a top view which shows the 2nd modification of the optical circuit concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態にかかる光回路の構成を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the optical circuit concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態にかかる光回路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical circuit concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態にかかる光回路の透過率を示す図である。It is a figure which shows the transmittance | permeability of the optical circuit concerning the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100,10 基板
101,11 入力光導波路
102,104 スラブ光導波路
103,12〜18 アレイ導波路
105,13 出力光導波路
100, 10 Substrate 101, 11 Input optical waveguide 102, 104 Slab optical waveguide 103, 12-18 Array waveguide 105, 13 Output optical waveguide

Claims (4)

基板上に形成された少なくとも1本の入力光導波路と、
前記基板上に形成された少なくとも1本の出力光導波路と、
前記入力光導波路と前記出力光導波路との間に、光信号の伝搬方向に沿って2本以上の光導波路が並行して配設され、隣接する光導波路の間で光学的に結合されたアレイ導波路とを備え、
前記アレイ導波路を構成する光導波路の本数は、前記入力光導波路の本数および前記出力光導波路の本数のいずれよりも大きく、
前記アレイ導波路を構成する光導波路の少なくともいずれか1本は、該光導波路の幅が、光の伝搬方向に沿って変化し、前記アレイ導波路中の任意の点において、前記アレイ導波路の入力端からの入力フィールドの順伝搬のフィールドの波面と、前記アレイ導波路の出力端からの出力フィールドの逆伝搬させたフィールドの波面とが一致するように、前記光導波路の幅が変動していることを特徴とする光回路。
At least one input optical waveguide formed on the substrate;
At least one output optical waveguide formed on the substrate;
An array in which two or more optical waveguides are arranged in parallel along the optical signal propagation direction between the input optical waveguide and the output optical waveguide, and are optically coupled between adjacent optical waveguides. A waveguide,
The number of optical waveguides constituting the arrayed waveguide is greater than both the number of input optical waveguides and the number of output optical waveguides,
In at least one of the optical waveguides constituting the arrayed waveguide, the width of the optical waveguide changes along the light propagation direction, and at any point in the arrayed waveguide, The width of the optical waveguide varies so that the wavefront of the forward propagation field of the input field from the input end coincides with the wavefront of the backpropagated field of the output field from the output end of the arrayed waveguide. An optical circuit characterized by that.
前記アレイ導波路を構成する光導波路は、前記入力光導波路から入力された、複数の異なる波長の光信号を、波長に応じて分波して異なる出力光導波路から出力し、波長に応じて異なる出力光導波路から入力された光信号を合波して、前記入力光導波路から出力するように、前記光導波路の幅が変化していることを特徴とする請求項1に記載の光回路。   The optical waveguides that constitute the arrayed waveguides are demultiplexed according to the wavelength and output from different output optical waveguides depending on the wavelength, and differ according to the wavelength. 2. The optical circuit according to claim 1, wherein the width of the optical waveguide is changed so that optical signals input from the output optical waveguide are combined and output from the input optical waveguide. 前記アレイ導波路を構成する光導波路は、光導波路幅の最小値が1μmであり、前記光導波路の隣り合う間隔が1μm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の光回路。   3. The optical circuit according to claim 1, wherein the optical waveguide constituting the arrayed waveguide has a minimum optical waveguide width of 1 μm, and an interval between adjacent optical waveguides is 1 μm or more. 前記基板は、シリコン基板と石英基板のいずれかであり、前記光導波路が石英ガラスからなる埋め込み型光導波路であることを特徴とする請求項1に記載の光回路。   2. The optical circuit according to claim 1, wherein the substrate is one of a silicon substrate and a quartz substrate, and the optical waveguide is a buried optical waveguide made of quartz glass.
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