JP4506447B2 - 光分岐結合器、ビームスプリッタおよびアレイ導波路回折格子型光合分波器 - Google Patents

Description

本発明は、光信号を分岐または結合する光分岐結合器、光信号を分岐するビームスプリッタおよび光信号を合波あるいは分波するアレイ導波路回折格子型光合分波器に係わり、特に低損失な光分岐結合器、ビームスプリッタおよびアレイ導波路回折格子型光合分波器に関する。

情報伝送量の拡大に伴い、伝送容量を飛躍的に高めるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）伝送システムが、広く商用化されている。このＷＤＭ伝送システムでは、複数の波長の光信号を、１本の光ファイバで伝送する。このため、伝送路としての光ファイバの入出力部には、光合分波器が必要となる。この光合分波器は、複数の波長の光信号を１本の光ファイバで伝送するために合波したり、１本の光ファイバで伝送されてきた波長多重された光信号を波長ごとに分波したりする。アレイ導波路回折格子型光合分波器（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）は、数十ＧＨｚから１００ＧＨｚオーダの波長間隔での光合分波が可能である。そのため、ＷＤＭ伝送システムのキーデバイスとして広く使用されている。

アレイ導波路回折格子型光合分波器では、波長多重された光信号は、第１のスラブ導波路によって、アレイ導波路に等位相で入力される。分けられた同一位相の光信号は、光路長がそれぞれ異なるアレイ導波路内を伝搬することで、位相差が与えられる。次に、位相差が与えられた光信号は、第２のスラブ導波路に入力される。その光信号は、第２のスラブ導波路内で、波長ごとに集光位置が異なっている。そこで、その光信号は、波長ごとの集光位置に配置された出力導波路によって、波長ごとに分けられて出力される。アレイ導波路回折格子型光合分波器は、受動部品として、光信号の伝搬時の損失が極力低いことが重要である。このため低損失化の実現が要望されている。

アレイ導波路回折格子型光合分波器に特有の損失原因の１つとして、光信号が、スラブ導波路からアレイ導波路に伝搬される際に、アレイ導波路の間から漏れて、その一部がアレイ導波路に入射されないことがある。アレイ導波路とスラブ導波路の結合部分では、このような光の漏れによって、１〜２ｄＢ（デシベル）の損失が生じる。そこで、この損失を低減する第１の提案が行われている（たとえば特許文献１参照。）

この第１の提案では、スラブ導波路からアレイ導波路に光が入力する箇所に、テーパ状に傾斜したテーパ導波路を形成している。

図１５は、この第１の提案のアレイ導波路回折格子型光合分波器の主要部を表わしたものである。アレイ導波路回折格子型光合分波器１０におけるスラブ導波路１１と、複数本からなるアレイ導波路１２₁、１２₂、……、１２₅、……の接続箇所の周囲には、埋設層として楔形のテーパ導波路１３が、設置されている。これは、エッチング処理によって形成されている。このテーパ導波路１３の高さは、アレイ導波路１２₁、１２₂、……、１２₅、……が、スラブ導波路１１と接続している箇所ではスラブ導波路１１の高さとほぼ等しく、スラブ導波路１１から離れるに従って低くなっている。

このため、このアレイ導波路回折格子型光合分波器１０のスラブ導波路１１と、アレイ導波路１２₁、１２₂、……、１２₅、……の接続部では、電磁界分布が徐々に変化する。したがって、スラブ導波路１１を伝搬してきた光信号は、漏れることなく、アレイ導波路１２₁、１２₂、……、１２₅、……との接続部に入射される。この結果、低損失化を実現することができる。これと可逆的に、アレイ導波路１２₁、１２₂、……、１２₅、……内を伝搬してきた光信号は、低損失でスラブ導波路１１に入射することができる。

しかしながら、この楔形のテーパ導波路１３を形成するためには、エッチングにより、処理される深さ（高さ）を徐々に変えて、傾斜を作る必要がある。このため、光量を連続的に変化させるような特殊なフォトマスクやエッチング方法を用いなければならないという問題がある。よって、テーパ導波路１３の生産性に問題がある。更に、アレイ導波路１２₁、１２₂、……、１２₅、……間に形成されたテーパ導波路１３の厚さによって、光の伝搬特性が大きく変化する。このため、テーパ導波路１３の傾斜を高精度に制御する必要がある。よって、テーパ導波路１３の形状の再現性および均一性に問題がある。

そこで、スラブ導波路とアレイ導波路との接続箇所にメッシュ状の導波路を形成して挿入損失を低減しようとする第２の提案が行われている（たとえば特許文献２参照）。

図１６は、参考として、通常のアレイ導波路回折格子型光合分波器のスラブ導波路と、その周辺を表わしたものである。図１７は、この第２の提案のアレイ導波路回折格子型光合分波器のスラブ導波路と、その周辺を表わしたものである。図１６に示す通常のアレイ導波路回折格子型光合分波器２０では、スラブ導波路２１に入力導波路アレイ２２と出力導波路アレイ２３が、共に単純に接続された構造となっている。

これに対して、図１７に示す第２の提案のアレイ導波路回折格子型光合分波器３０では、入力導波路アレイ３２は特に異なるところがないが、出力導波路アレイ３３は、スラブ導波路３１との接続部近傍に転換領域３４を備えた構造となっている。ここで、転換領域３４は、出力導波路アレイ３３を横切る複数本の導波路パス３５によって形成されている。導波路パス３５は、図では本数を減らして示しているが、２０〜４０本、好ましくは３０本程度存在する。また、導波路パス３５は、出力導波路アレイ３３と同じ材料からなる。したがって、これらの導波路パス３５は、アレイ導波路回折格子型光合分波器３０を構成するスラブ導波路３１や出力導波路アレイ３３と同じ工程で製造することができる。また、導波路パス３５は、スラブ導波路３１から離れるに従って次第に幅が小さくなっている。これは、スラブ導波路３１から遠ざかるほど、出力導波路アレイ３３の間に漏れ出す光信号が徐々に減少していくためと、出力導波路アレイ３３内を伝搬する光信号が逆に導波路パス３５を介して漏れ出すことを減らすためである。これにより、出力導波路アレイ３３の間を伝搬する光信号を、導波路パス３５によって、効率的に出力導波路アレイ３３内に取り込むことができる。この第２の提案のアレイ導波路回折格子型光合分波器３０では、挿入損失を転換領域３４の存在によって減少させることができる。一例として、典型的なスターカプラでは、挿入損失を約０.８ｄＢから約０.３ｄＢへと減少させることができる。
特開２０００−１４７２８３号公報（第００１３段落、図１） 特開平１０−２７４７１９号公報（第００１０、第００１２段落、図１、図２）

しかしながら、第２の提案のアレイ導波路回折格子型光合分波器３０では、出力導波路アレイ３３と、それを横切る導波路パス３５との接続部分で、周期的な屈折率の変化が生じる。よって、特定の波長の光信号が累積されて、反射となって現われる。この反射は、光合分波器の合分波特性に、リップル、クロストーク、そして歪みなどを生じさせ、悪影響を与える。

そこで本発明の目的は、低損失化を実現する転換領域を備えるとともに、その転換領域で生じる光信号の反射を効果的に防止することを可能とする光分岐結合器、ビームスプリッタおよびアレイ導波路回折格子型光合分波器を提供することにある。

本発明の光分岐結合器は、（イ）スラブ導波路と、（ロ）前記したスラブ導波路に光信号を入力する１つ以上の入力導波路と、（ハ）前記したスラブ導波路から光信号を出力する複数の出力導波路とを備え、（ニ）複数の導波路パスが、前記した出力導波路の隣接するもの同士を連結することにより、前記したスラブ導波路と前記した出力導波路との接続状態を緩やかに変換し挿入損失を低減するための転換領域を構成することと、（ホ）前記した導波路パスは、前記した出力導波路との各接続点において、片側にだけ配置されていることと、（へ）前記した導波路パスは、前記した出力導波路それぞれと、これに左右に隣り合う２つの前記した出力導波路とを左右交互の順に連結することと、（ト）前記した導波路パスは、前記した出力導波路それぞれに対して左右に配置されるものが、スラブ導波路からの距離が異なっていることと、（チ）前記した導波路パスは、前記した出力導波路の長手方向に対して、ランダムな間隔で配置されていることを特徴としている。

また、本発明のビームスプリッタは、（イ）入力導波路と、（ロ）前記した入力導波路に連結して、光信号を出力する複数の出力導波路とを備え、（ハ）複数の導波路パスが、前記した入力導波路から前記した出力導波路への分岐の際に前記した出力導波路から漏れ出した光を捕獲して前記した出力導波路のいずれかに送り出すことと、（ニ）前記した導波路パスは、前記した出力導波路との各接続点において、片側にだけ配置されていることと、（ホ）前記した導波路パスは、前記した出力導波路それぞれに対して左右に配置されるものが、前記した入力導波路から前記した出力導波路への分岐点からの距離が異なっており、これにより、前記した導波路パスは、前記した出力導波路それぞれの長手方向において、前記した出力導波路それぞれに対して左右交互に接続されることと、（へ）前記した導波路パスは、前記した出力導波路の長手方向に対して、ランダムな間隔で配置されていることを特徴としている。

更に本発明のアレイ導波路回折格子型光合分波器は、（イ）光信号を入力する１つ以上の入力導波路と、（ロ）前記した入力導波路に結合され、前記した光信号を分岐する第１のスラブ導波路と、（ハ）前記した第１のスラブ導波路のもう一方の側に結合され、前記した光信号に位相差を与える複数のアレイ導波路と、（ニ）前記したアレイ導波路のもう一方の側に結合され、前記した光信号を分波して出力する第２のスラブ導波路とを備え、（ホ）複数の導波路パスが、前記したアレイ導波路の隣接するもの同士を連結することにより、前記した第１または前記した第２のスラブ導波路と前記したアレイ導波路との接続状態を緩やかに変換し挿入損失を低減するための転換領域を構成することと、（へ）前記した導波路パスは、前記したアレイ導波路との各接続点において、片側にだけ配置されていることと、（ト）前記した導波路パスは、前記したアレイ導波路それぞれと、これに左右に隣り合う２つの前記したアレイ導波路とを左右交互の順に連結することと、（チ）前記した導波路パスは、前記したアレイ導波路それぞれに対して左右に配置されるものが、前記した第１または前記した第２のスラブ導波路からの距離が異なっていることと、（リ）前記した導波路パスは、前記したアレイ導波路の長手方向に対して、ランダムな間隔で配置されていることを特徴としている。

なお、この導波路パスは、つぎのような条件を備えていてもよい。
（１）この導波路パスは、隣り合う出力導波路または導波路アレイを、左右交互の順で連結している。
（２）隣り合う導波路パス同士は、出力導波路または導波路アレイの長手方向に対して、ずれて配置されている。
（３）この導波路パスは、出力導波路の長手方向に対して、ランダムな間隔で配置されている。
（４）この導波路パスは、出力導波路または導波路アレイの長手方向に対して、次第に長くなる間隔で配置されている。
（５）この導波路パスの幅は、スラブ導波路または入力導波路から離れるほど、細くなる。
（６）この導波路パスは、出力導波路または導波路アレイに対して傾斜して、配置されている。
（７）この導波路パスの幅は、連結する出力導波路または導波路アレイの間で、異なっている。

以上説明したように、本発明は、次のような効果を有する。

本発明では、出力側導波路を連結する導波路パスが、出力導波路との各接続点において、片側にだけ配置されている。このため、交差して配置されている導波路パスと比べて、等価屈折率の変化を軽減することができ、光信号の透過特性を向上させることができる。

以下に、本発明の光分岐結合器、ビームスプリッタおよびアレイ導波路回折格子型光合分波器の基本構成およびその動作原理について説明する。

＜第１の実施の形態＞

まず、本発明の第１の実施の形態におけるアレイ導波路回折格子型光合分波器（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）の基本構成について、説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態におけるアレイ導波路回折格子型光合分波器の概要を表わしたものである。このアレイ導波路回折格子型光合分波器５０を構成する基板５１上には、１以上の第１のチャネル導波路５２と、複数の第２のチャネル導波路５３と、異なった曲率でそれぞれ一定方向に曲がった導波路アレイ５４が配置されている。また、第１のチャネル導波路５２と導波路アレイ５４を接続する第１のスラブ導波路５５と、導波路アレイ５４と第２のチャネル導波路５３を接続する第２のスラブ導波路５６とが配置されている。また、導波路アレイ５４において、第１のスラブ導波路５５、第２のスラブ導波路５６の近傍の一方あるいはその両方には、接続状態を緩やかに変換する転換領域６１が備えられている。導波路アレイ５４は、各導波路の間に一定の光路長差（導波路長差）ΔＬが設けられている。ここで、光路長は、順次長く、あるいは短くなるように設定されている。

次に、本発明の第１の実施の形態におけるアレイ導波路回折格子型光合分波器の基本動作について、説明する。

第１のチャネル導波路５２に入力された波長λ₁、λ₂、……λ_nの多重光信号は、第１のスラブ導波路５５によって進路を広げられ、導波路アレイ５４に等位相で入力される。等位相で入力された光信号は、導波路アレイ５４のそれぞれによって、一定間隔ずつの位相差が付けられて、第２のスラブ導波路５６に到達する。ここで、実際には波長分散があるため、波長によってその等位相面は傾いている。その結果、第２のスラブ導波路５６で拡散された光信号は、波長によって光が結像（集光）する位置が異なる。そこで、第２のスラブ導波路５６の境界面において、波長に対応したそれぞれの位置に第２のチャネル導波路５３が配置されている。よって、第２のチャネル導波路５３から波長成分λ₁、λ₂、……λ_nごとの光信号が個別に出力される。なお、この光分波作用と光合波作用は、可逆的に行われ、第２のチャネル導波路５３から波長成分λ₁、λ₂、……λ_nごとの光信号を個別に入力した場合、第１のチャネル導波路５２から波長λ₁、λ₂、……λ_nの多重光信号が出力される。

次に、本発明の第１の実施の形態におけるアレイ導波路回折格子型光合分波器の具体的な構成について説明する。

図２は、アレイ導波路回折格子型光合分波器における第１のスラブ導波路と導波路アレイの接続部分を具体的に表わしたものである。導波路アレイ５４は、第１のスラブ導波路５５と接続される箇所の近傍に、転換領域６１が備えられている。この転換領域６１では、導波路アレイ５４を構成する各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀の隣接するもの同士が、導波路パス６３によって連結されている。なお、導波路の数および図は説明のための例示であり、これに限定されるものではない。

本実施の形態の導波路パス６３は、次のような構造となっている。

導波路パス６３は、各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀に対する各接続点において、片側だけに配置されている。これらの導波路パス６３は、第２の提案の図１７とは異なり、各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀に対して交差して配置されていない。

また、本実施の形態の導波路パス６３は、次のような構造としてもよい。
（１）導波路パス６３は、転換領域６１において各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀の長手方向に等間隔Ｌで配置されている。
（２）導波路パス６３は、導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀における奇数番目と偶数番目の接続位置が、長手方向にＬ／２だけずれて配置されてもよい。たとえば、導波路６２₁と６２₂を連結する各導波路パス６３は、導波路６２₂と６２₃を連結する各導波路パス６３と、Ｌ／２だけずれて配置されていている。ここで、長さＬは、数μｍから数十μｍ程度であり、一例として２０μｍである。各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀および導波路パス６３を構成するコアの高さは、数μｍから十数μｍ程度であり、たとえば７μｍである。各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀のコアの幅は、数μｍから十数μｍ程度であり、たとえば７μｍである。また、導波路パス６３の幅は、数μｍから２０μｍ程度であり、たとえば７μｍである。
（３）導波路パス６３は、各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀に対して、数本〜数十本程度が設置される。
更に、本実施の形態では、次のような条件が付加されていてもよい。
（４）導波路パス６３は、転換領域６１で第１のスラブ導波路５５に近いほど、幅が太くてもよい。たとえば、導波路パス６３は、第１のスラブ導波路５５に最も近い場所で約１８μｍの幅で、最も遠い場所で約２μｍの幅となっている。これは、各導波路６２₁、６２₂、６２₃、６２₄……、６２₁₀間に漏れた光信号が捕獲される量が、第１のスラブ導波路５５に近いほど多くなるためである。
（５）各導波路パス６３は、各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀の入力端が配置されている曲線と、同心円をなす曲線で構成されていてもよい。

以上のような条件により、図１７に示す第２の提案の転換領域３４で生じる反射が、図２に示す本実施の形態の転換領域６１では著しく減少する。その理由を以下に説明する。

図３は、図１７に示す第２の提案のアレイ導波路回折格子型光合分波器における転換領域の一部の拡大を示したものである。また、図４は、図２に示す本実施の形態のアレイ導波路回折格子型光合分波器における転換領域の一部の拡大図である。

第２の提案のアレイ導波路回折格子型光合分波器３０の場合を、図３（Ａ）および図３（Ｂ）で説明する。

図３（Ａ）は、転換領域の導波路のパターンを示したものである。各導波路パス３５₁、３５₂、……は、出力導波路３３_nと交差している。なお、光信号８２は、出力導波路３３_nを矢印８１方向に伝搬している。図３（Ｂ）は、導波路を矢印８１方向に伝搬する光の感じる等価屈折率の変化を示す。このように、第２の提案では、導波路パスが、出力導波路に交差して両側に配置されているため、大きな等価屈折率の変化を生じる。また、距離Ｌごとに同周期で等価屈折率の変化が繰り返される。そのため、各導波路パス３５₁、３５₂、……の交差点において生じる微少な反射光のうち、特定波長だけが強め合う。それによって、特定波長の反射が増加する。

これに対して、本実施の形態のアレイ導波路回折格子型光合分波器５０の場合を、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に説明する。

図４（Ａ）は、転換領域の導波路のパターンを示す。各導波路パス６３_1R、６３_2R、６３_3R、６３_1L、６３_2L、６３_3Lは、出力導波路６２_nに対してＬ／２ずつずれて、片側にしか接続されていない。なお、光信号８４は、出力導波路６２_nを矢印８３方向に伝搬している。図４（Ｂ）は、導波路を矢印８３方向に伝搬する光の感じる等価屈折率の変化を示す。このように、図４（Ｂ）では、導波路パスが片側にしか配置されていないため、比較的小さな等価屈折率の変化しか受けない。したがって、各導波路パス６３_1R、６３_2R、６３_3R、６３_1L、６３_2L、６３_3Lによる光信号の反射が弱くなる。このように、本実施の形態では、図２に示す転換領域６１における周期的な等価屈折率変化が、大幅に低減される。よって、周期的な屈折率変化が低減されることによって、特定波長の反射が、大幅に低減される。従って、本実施の形態のアレイ導波路回折格子型光合分波器５０は、良好な透過特性を得ることができる。

＜第１の実施の形態の第１の変形例＞

図５は、第１の実施の形態の第１の変形例における第１のスラブ導波路と導波路アレイの接続部分を拡大したものである。この第１の変形例において、導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀から成る導波路アレイ５４は、第１の実施の形態と配置構造が同一である。転換領域６１Ａは、導波路アレイ５４を構成する各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀の隣接するもの同士が、導波路パス６３Ａによって連結されている。なお、導波路の数および図は説明のための例示であり、これに限定されるものではない。

この第１の変形例では、第１の実施の形態における（１）、（３）の条件については、同じ条件である。ただし、（２）の条件が、第１の実施の形態と異なっている。

（２）導波路パス６３Ａは、導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀のそれぞれを連結する位置が、隣同士でＬ／３ずつずれている。具体的には、導波路６２₄、６２₃を連結している導波路パス６３Ａと、導波路６２₃、６２₂を連結している導波路パス６３Ａと、導波路６２₂、６２₁を連結している導波路パス６３Ａは、Ｌ／３ずつずれて配置されている。なお、この図例と反対方向に、Ｌ／３ずつずらして配置してもよい。

更に、この第１の変形例でも、第１の実施の形態における（４）、（５）と同じ条件が付加されていてもよい。

この第１の変形例では、導波路パス６３Ａにより反射を生じる位置が、２／３周期ずつ変化している。そのため、周期Ｌにより増幅される波長の反射を、第１の実施の形態と同様に効果的に阻止することができる。

また、第１の実施の形態では、Ｌ／２置きに導波路パス６３を配置し、この第１の変形例ではＬ／３置きに導波路パス６３Ａを配置している例を示している。しかしながら、配置の形態はこれらに限るものではない。ｎを“１”以外の正の整数とすると、Ｌ／ｎ置きに、導波路パスを配置してもよい。

なお、各導波路パス６３Ａは、図５に示すように、各導波路６２₁、６２₂、……、６２₁₀がスラブ導波路５５と接続する端部で形成される曲線と、同心円上の曲線で形成されていてもよい。

＜第１の実施の形態の第２の変形例＞

図６は、第１の実施の形態の第２の変形例における転換領域の一部を示したものである。この第２の変形例の転換領域６１Ｂでは、各導波路６２₁、６２₂、６２₃、６２₄……のそれぞれにおいて、左右に配置される導波路パス６３Ｂが、ΔＬ（≠０）だけずれて配置されている。このように導波路パス６３Ｂの位置を、各導波路６２₁、６２₂、６２₃、６２₄……の長手方向に等間隔とならないように配置することで、第１の変形例と同様に反射される波長の増幅を抑えることができる。

このように、この第２の変形例では、導波路パス６３Ｂを、ΔＬだけずらして配置することで、導波路パス６３Ｂが各導波路６２₁、６２₂、６２₃、６２₄……に対して交差しないようにしている。したがって、光の伝搬の際に感じる等価屈折率の変化が弱められる。この第２の変形例は、図２に示す第１の実施の形態または図５に示す第１の変形例を、より一般化した構成である。

＜第１の実施の形態の第３の変形例＞

図７は、第１の実施の形態の第３の変形例における転換領域の一部を示したものである。この第３の変形例の転換領域６１Ｃでは、先の実施例および各変形例と異なり、図２あるいは図５に示す第１のスラブ導波路５５から離れる方向に、導波路パス６３Ｃの配置される間隔Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、……、Ｌ_n（ただし間隔Ｌ_nは図示せず）が次第に長くなっている。すなわち、図示した３つの間隔Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃の大小関係は、次の（１）式で示される。
Ｌ₁＜Ｌ₂＜Ｌ₃ …（１）

このように第１のスラブ導波路５５から離れる方向に、導波路パス６３Ｃの配置される間隔Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、……、Ｌ_nを長くしている。これは、各導波路６２₁、６２₂、６２₃、６２₄……、６２_n（ただし導波路６２_nは図示せず）間を漏れた光信号は、第１のスラブ導波路５５から遠ざかるほど、捕獲される量が少なくなるためである。これは、図５での導波路パス６１Ａの幅を、第１のスラブ導波路５５から離れるほど、細くなるように設定しているのと、共通の理由である。なお、この第３の変形例では、同じ導波路間に配置される導波路パス６３Ｃにおいても、配置される間隔Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、……、Ｌ_nが異なっている。そのため、特定の周波数の反射が増幅されることを、更に効果的に防ぐことができる。

なお、これまでの例では、導波路パスの間隔にある規則性を持たせた構成を示した。しかしながら、規則性を持たず、それぞれの導波路パスの間隔がランダムに変化するだけでも同様の効果が得られる。

＜第１の実施の形態の第４の変形例＞

図８は、第１の実施の形態の第４の変形例における転換領域の一部を示したものである。この第４の変形例の転換領域６１Ｄでは、導波路パス６３Ｄの配置される間隔Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、……が次の（２）式に示すようにランダムに異なっている。

Ｌ₁≠Ｌ₂，Ｌ₂≠Ｌ₃，Ｌ₁≠Ｌ₃ …（２）

これによって、各導波路６２₁、６２₂、６２₃、６２₄……の長さ方向において、反射が生じる波長を、ランダムに変化させることができる。よって、光信号の反射が周期的に生じることを防ぎ、特定波長の光信号の反射が累積することを低減できる。

＜第１の実施の形態の第５の変形例＞

図９は、第１の実施の形態の第５の変形例における転換領域の一部を示したものである。この第５の変形例の転換領域６１Ｅでは、互いに隣接する導波路６２₁と６２₂、６２₂と６２₃、６２₃と６２₄、などを接続する導波路パス６３Ｅが、所定の角度、傾斜して連結している。そのため、導波路パス６３Ｅは、導波路６２₁、６２₂、６２₃、６２₄……の長手方向において、異なった位置で接続される。その結果、屈折率の変化点が、異なった位置に存在する。たとえば導波路６２₂と導波路６２₃を連結する導波路パス６３Ｅ_Xは、導波路の長手方向に対して、異なった位置に屈折率変化点８５，８６を生じさせる。

これにより、各導波路間での屈折率の周期的な変化を低減している。従って、特定波長の光信号の反射が増幅することを、更に低減することができる。また、この第５の変形例では、導波路パス６３Ｅ_Xで捉えた漏れ光を、光の進行方向に傾斜された側の導波路６２₂に送り出しやすいという利点もある。更に、この第５の変形例では、導波路パス６３Ｅ_Xが光の進行方向に対して垂直となっていないため、ここで反射される光がスラブ導波路内に戻りにくいという効果もある。

＜第１の実施の形態の第６の変形例＞

図１０は、第１の実施の形態の第６の変形例における転換領域の一部を示したものである。この第６の変形例の転換領域６１Ｆでは、導波路パス６３Ｆは、一方向に幅が広がっている。この図では、一例として、第１の導波路パス６３Ｆ₁と、第２の導波路パス６３Ｆ₂とが反転された形状であるものを示している。このように、導波路パスの形状は、各導波路を交差しない形状において、自由に選択可能である。

＜第１の実施の形態の第７の変形例＞

図１１は、第１の実施の形態の第７の変形例における第１のスラブ導波路と導波路アレイの接続部分の拡大したものである。この第７の変形例は、図２の第１の実施例の形態と同様に、隣り合わせの導波路パスは、一例として、中心軸がＬ／２周期程度ずれて配置されている。ただし、導波路パス６３Ｇの幅の変化量がさらに大きくなっている。そのため、第１のスラブ導波路５５の近傍では、導波路パスの幅が広くなって、隣の導波路パスと重なっている領域が存在する。具体的には、導波路パス６３Ｇ_1Rと隣の導波路パス６３Ｇ_1Lは、導波路６２₂と接続されている領域６４Ａが重なっている。同じく、導波路パス６３Ｇ_1Lと隣の導波路パス６３Ｇ_2Rは、導波路６２₂に対して重なっている領域６４Ｂが存在する。このように、導波路パス６３Ｇ_3Lまでは、導波路６２₂に対して重なっている領域が存在する。なお、導波路パス６３Ｇ_3Lよりも図で上側の領域では、導波路パスの幅が狭くなっているため、重なっていない。

このように、隣り合う導波路パスは、中心軸がずれて配置されていれば、重なっている領域が存在してもかまわない。これによって、設計の自由度が大きくなる。図１１のように、スラブ導波路からの距離に対する導波路パスの幅の変化量を、さらに大きくすることが可能となる。スラブ導波路近傍では、漏れ光の光密度が高い。そこで、スラブ導波路近傍では、導波路パスの幅をより広くすることで、漏れ光を効率的に捉えることが可能となる。なお、スラブ導波路から離れた場所では、漏れ光の光密度が低い。そのため、図１１のように、導波路パスの幅を狭くして、隣り合う導波路パスが重ならないようにしてもよい。これにより、導波路６２から導波路パス６３Ｇ_nR、６３Ｇ_nL(ｎは、例えば４以上の整数)に、逆に光が漏れ出すことを防ぐことができる。

＜第２の実施の形態＞

図１２は、本発明の第２の実施の形態におけるビームスプリッタの構成を示したものである。このビームスプリッタ１０１は、１本の入力導波路１０２と、この入力導波路１０２を進行する光を２方向に分岐する第１および第２の出力導波路１０３、１０４を備えている。第１および第２の出力導波路１０３、１０４における分岐点から比較的近い場所には、分岐の際に第１あるいは第２の出力導波路１０３、１０４から漏れ出した光を捕獲する導波路パス１０５〜１１０が備えられている。これらの導波路パス１０５〜１１０の本数、幅、分岐点から配置される距離等の特徴は、第１の実施の形態と同様である。また、入力導波路１０２、第１および第２の出力導波路１０３、１０４のサイズも、第１の実施の形態と同様である。

この第２の実施の形態のビームスプリッタ１０１では、第１の実施の形態と同様に、出力導波路１０３、１０４に対して、導波路パス１０５〜１１０が交差していない。そのため、等価屈折率の急激な変化を抑え、特定波長の光信号が反射されることを低減できる。

＜第２の実施の形態の第１の変形例＞

図１３は、本発明の第２の実施の形態の第１の変形例におけるビームスプリッタの構成を示したものである。この第１の変形例のビームスプリッタ１０１Ａでは、それぞれの導波路パス１０５Ａ〜１１０Ａの出力導波路１０３あるいは１０４との接続部分が、ほぼ直角に接続されている。また、導波路パス１０５Ａ、１０６Ａについては、パスが曲線形状となって、出力導波路１０３と１０４を連結している。

＜第２の実施の形態の第２の変形例＞

図１４は、第２の実施の形態の第２の変形例におけるビームスプリッタの構成を示したものである。この第２の変形例のビームスプリッタ１１１は、１本の入力導波路１１２と、この入力導波路１１２から入力された光を拡散するスラブ導波路等のビーム拡散部１１３と、このビーム拡散部１１３の出力側に一定の間隔を置いて放射状に配置された複数の導波路１１４₁、１１４₂、……、１１４₁₀と、これらの導波路１１４₁、１１４₂、……、１１４₁₀の隣接するもの同士を接続する導波路パス１１５とを備えている。なお、各導波路１１４₁、１１４₂、……、１１４₁₀と導波路パス１１５の関係は、第１の実施の形態と同等であるので、その具体的な説明は省略する。なお、この例では、入力導波路を１本の例で示したが、入力導波路をＮ本として、Ｎ×Ｍ光カプラとしてもよい。

本発明が以上説明した実施例および変形例に限定されるものでないことは当然である。また、本発明が全ての選択肢、変更態様および均等物を含むことも当然である。

本発明の第１の実施の形態におけるアレイ導波路回折格子型光合分波器の概略構成図である。 図１の第１のスラブ導波路と導波路アレイの接続部分の拡大平面図である。 （Ａ）は、図１７のアレイ導波路回折格子型光合分波器における転換領域の一部の構成図、（Ｂ）は、その屈折率の変化を表した説明図である。 （Ａ）は、図１のアレイ導波路回折格子型光合分波器における転換領域の一部の構成図、（Ｂ）は、その屈折率の変化を表わした説明図である。 第１の実施の形態の第１の変形例における第１のスラブ導波路と導波路アレイの接続部分の拡大平面図である。 第１の実施の形態の第２の変形例における転換領域の一部を示した拡大平面図である。 第１の実施の形態の第３の変形例における転換領域の一部を示した拡大平面図である。 第１の実施の形態の第４の変形例における転換領域の一部を示した拡大平面図である。 第１の実施の形態の第５の変形例における転換領域の一部を示した拡大平面図である。 第１の実施の形態の第６の変形例における転換領域の一部を示した拡大平面図である。 第１の実施の形態の第７の変形例における第１のスラブ導波路と導波路アレイの接続部分の拡大平面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるビームスプリッタの構成を表わした平面図である。 第２の実施の形態の第１の変形例におけるビームスプリッタの構成を表わした平面図である。 第２の実施の形態の第２の変形例におけるビームスプリッタの構成を表わした平面図である。 従来の第１の提案によるアレイ導波路回折格子型光合分波器の主要部を表わした斜視図である。 通常のアレイ導波路回折格子型光合分波器のスラブ導波路とその周辺を表わした平面図である。 従来の第２の提案によるアレイ導波路回折格子型光合分波器のスラブ導波路とその周辺を表わした平面図である。

符号の説明

５０ アレイ導波路回折格子型光合分波器
５１ 基板
５４ 導波路アレイ
５５ 第１のスラブ導波路
５６ 第２のスラブ導波路
６１、６１Ａ〜６１Ｇ 転換領域
６２、１１４ 導波路
６３、１０５〜１１０、１１５ 導波路パス
１０１、１０１Ａ ビームスプリッタ
１０２、１１２ 入力導波路
１０３、１０４ 出力導波路
１１３ ビーム拡散部

Claims (9)

1. スラブ導波路と、
   前記スラブ導波路に光信号を入力する１つ以上の入力導波路と、
   前記スラブ導波路から光信号を出力する複数の出力導波路とを備え、
   複数の導波路パスが、前記出力導波路の隣接するもの同士を連結することにより、前記スラブ導波路と前記出力導波路との接続状態を緩やかに変換し挿入損失を低減するための転換領域を構成することと、
   前記導波路パスは、前記出力導波路との各接続点において、片側にだけ配置されていることと、
   前記導波路パスは、前記出力導波路それぞれと、これに左右に隣り合う２つの前記出力導波路とを左右交互の順に連結することと、
   前記導波路パスは、前記出力導波路それぞれに対して左右に配置されるものが、スラブ導波路からの距離が異なっていることと、
   前記導波路パスは、前記出力導波路の長手方向に対して、ランダムな間隔で配置されていること
   を特徴とする光分岐結合器。
2. 前記導波路パスの幅は、前記スラブ導波路から離れるほど、細くなることを特徴とする請求項１記載の光分岐結合器。
3. 前記導波路パスは、前記スラブ導波路から距離が互いに異なる位置において、隣接する前記出力導波路のそれぞれを連結していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光分岐結合器。
4. 前記導波路パスは、前記出力導波路に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光分岐結合器。
5. 前記導波路パスの幅は、連結する前記出力導波路の間で異なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光分岐結合器。
6. 入力導波路と、
   前記入力導波路に連結して、光信号を出力する複数の出力導波路とを備え、
   複数の導波路パスが、前記入力導波路から前記出力導波路への分岐の際に前記出力導波路から漏れ出した光を捕獲して前記出力導波路のいずれかに送り出すことと、
   前記導波路パスは、前記出力導波路との各接続点において、片側にだけ配置されていることと、
   前記導波路パスは、前記出力導波路それぞれに対して左右に配置されるものが、前記入力導波路から前記出力導波路への分岐点からの距離が異なっており、これにより、前記導波路パスは、前記出力導波路それぞれの長手方向において、前記出力導波路それぞれに対して左右交互に接続されることと、
   前記導波路パスは、前記出力導波路の長手方向に対して、ランダムな間隔で配置されていること
   を特徴とするビームスプリッタ。
7. 前記導波路パスの幅は、前記入力導波路から離れるほど、細くなることを特徴とする請求項６記載のビームスプリッタ。
8. 光信号を入力する１つ以上の入力導波路と、
   前記入力導波路に結合され、前記光信号を分岐する第１のスラブ導波路と、
   前記第１のスラブ導波路のもう一方の側に結合され、前記光信号に位相差を与える複数のアレイ導波路と、
   前記アレイ導波路のもう一方の側に結合され、前記光信号を分波して出力する第２のスラブ導波路とを備え、
   複数の導波路パスが、前記アレイ導波路の隣接するもの同士を連結することにより、前記第１または前記第２のスラブ導波路と前記アレイ導波路との接続状態を緩やかに変換し挿入損失を低減するための転換領域を構成することと、
   前記導波路パスは、前記アレイ導波路との各接続点において、片側にだけ配置されていることと、
   前記導波路パスは、前記アレイ導波路それぞれと、これに左右に隣り合う２つの前記アレイ導波路とを左右交互の順に連結することと、
   前記導波路パスは、前記アレイ導波路それぞれに対して左右に配置されるものが、前記第１または前記第２のスラブ導波路からの距離が異なっていることと、
   前記導波路パスは、前記アレイ導波路の長手方向に対して、ランダムな間隔で配置されていること
   を特徴とするアレイ導波路回折格子型光合分波器。
9. 前記導波路パスの幅は、前記第１のスラブ導波路または前記第２のスラブ導波路から離れるほど、細くなることを特徴とする請求項８記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。

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