JP4946346B2 - 光導波路デバイスおよびその伝送損失の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信等に用いられる光導波路デバイスおよびその伝送損失の調整方法に関し、特に、アレイ導波路格子や光スプリッタや光スターカプラなどの複数の光導波路を備える光導波路デバイスおよびその伝送損失の調整方法に関する。

波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システムにおいて、アレイ導波路格子は、光分波器又は光合波器として一般的に使用されている。以下、アレイ導波路格子は、「ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）」と略称する。ＡＷＧの基本構成は、例えば、特許文献１に示されている。図８は、一般的なＡＷＧの基本構成を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。ＡＷＧ１００は、入力導波路１０１，ｎ本（ｎは、２以上の整数）の出力導波路１０２−１〜１０２−ｎ，複数のアレイ導波路１０３，入力導波路１０１とアレイ導波路１０３とを接続するスラブ導波路１０４，及びアレイ導波路１０３と出力導波路１０２−１〜１０２−ｎとを接続するスラブ導波路１０５が、基板１０６上に形成されて構成されている。

次に、ＡＷＧ１００の動作について、以下に説明する。ＡＷＧ１００は、光分波器として機能する。まず、波長分割多重（ＷＤＭ）信号光Ｌ０（λ１，λ２，λ３，…，λｎ）が、入力導波路１０１を通してＡＷＧ１００に入力される。すると、そのＷＤＭ信号光Ｌ０は、スラブ導波路１０４内で回折されて広がり、アレイ導波路１０３のそれぞれに出力される。アレイ導波路１０３は、隣接する導波路の長さが互いに異なる。そのため、アレイ導波路１０３を伝搬したそれぞれのＷＤＭ信号光は、アレイ導波路１０３の出力端のそれぞれで、位相差を生じる。それにより、スラブ導波路１０５に出力されたＷＤＭ信号光は、そこで多重干渉を起こす。そして、同じ波長を持つ信号光が、出力導波路１０２−１〜１０２−ｎの各入力端に集光し、各出力導波路１０２−１〜１０２−ｎに出力される。その結果、各出力導波路１０２−１〜１０２−ｎからは、異なる波長λ１，λ２，λ３，…，λｎをそれぞれ有する信号光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｎが、個々に出力される。

なお、ＡＷＧ１００は、出力導波路１０２−１〜１０２−ｎを入力用導波路として用い、入力導波路１０１を出力用導波路として用いることにより、光合波器として動作することもできる。それにより、各波長を有する個々の信号光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｎが出力導波路１０２−１〜１０２−ｎのそれぞれに入力されることで、ＷＤＭ信号光Ｌ０が入力導波路１０１から出力される。

しかしながら、ＡＷＧ１００は、波長依存性を持っている。具体的には、ＡＷＧ１００から出力される信号光Ｌ１（λ１），Ｌ２（λ２），Ｌ３（λ３），…，Ｌｎ（λｎ）は、強度が同じではない。図９は、一般的なＡＷＧの有する各ポート（各波長）毎の伝送損失を示すグラフである。なお、伝送損失とは、信号光が光学部品を透過したときに起こる光学的パワーの損失とする。このように、出力される波長毎に、伝送損失が異なっている。それは、スラブ導波路中を伝搬する光は、強度分布を持っており、出力導波路の中央付近ほど光の強度が強く、周辺部へ行くほど光の強度が弱くなる傾向があるためである。これにより、中央付近の波長ほど伝送損失が小さく、端の波長ほど伝送損失が大きくなる傾向がある。ところで、ＷＤＭ伝送システムにおいては、各波長の信号光の強度が同じであることが、伝送品質を維持する上で望ましい。そこで、この伝送損失のバラツキを補償するために、ＡＷＧの各ポート毎に光減衰器などを取り付け、各ポートの伝送損失を均一化する必要があった。このことが、モジュール全体の大型化及び高価格化を招いていた。

そこで、このような問題を解決しようとする提案が、特許文献１に開示されている。図１０は、特許文献１に開示された光導波路デバイスに適用されている光導波路構成を示す平面図である。光導波路構成１１０は、ＡＷＧ１００の出力導波路１０２−１〜１０２−ｎ上に設けられる。光導波路構成１１０は、信号光Ｌｍが透過する出力導波路１０２−ｍと、それと交差する交差導波路１１２−ｍで構成されている。なお、ｍは１≦ｍ≦ｎを満たすいずれかの整数である。交差導波路１１２−ｍは、交差部１１３−ｍにおいて、出力導波路１０２−ｍに交差している。それにより、交差導波路１１２−ｍは、信号光Ｌｍに過剰損失を与える。この光導波路構成１１０は、交差部１１３−ｍの交差角度ａ２を制御することで、伝送損失を制御するようにしている。

２０００−２２１３５０号公報（特に、図８および図１０）

しかしながら、光導波路構成１１０には、次のような課題がある。交差角度ａ２を調整するだけでは、所望の過剰損失量を得ることが困難である。それは、過剰損失量を調整するためのトレランスが厳しすぎたり、十分な過剰損失量のダイナミックレンジが取れない可能性があるためである。そのため、出力導波路間の伝送損失の差を十分に小さくすることができない。このように、これまでの提案では、複数の光導波路間において、それらの伝送損失差を高精度に制御することが困難であるという課題がある。

そこで、本発明の目的は、複数の光導波路のそれぞれで伝搬する信号光における伝送損失差をより高精度に制御するための光導波路デバイスおよびその伝送損失の調整方法を提供することにある。

本発明の光導波路デバイスは、信号光を伝搬する複数の光導波路と、前記複数の光導波路にそれぞれ接続して、前記信号光の一部を分岐して、前記信号光に過剰損失を与える複数の副光導波路とを備え、前記複数の光導波路に対する前記複数の副光導波路の幅を調整することによって、前記過剰損失量におけるダイナミックレンジおよびトレランスが調整されて、そして、前記複数の光導波路のそれぞれに対する前記複数の副光導波路のそれぞれの接続角度を調整することによって、前記信号光に与えられる前記過剰損失量が調整されることを特徴とする。

本発明の光導波路における伝送損失の調整方法は、複数の光導波路のそれぞれにより、信号光を伝搬し、前記複数の光導波路にそれぞれ接続される複数の副光導波路により、前記信号光の一部を分岐して過剰損失を与え、前記複数の光導波路に対する前記複数の副光導波路の幅を調整することによって、前記過剰損失量におけるダイナミックレンジとトレランスを調整し、前記複数の光導波路のそれぞれに対する前記複数の副光導波路のそれぞれの接続角度を調整することによって、前記信号光に与えられる前記過剰損失量を調整し、前記複数の信号光における伝送損失差を制御することを特徴とする。

なお、本発明の光導波路デバイスは、以下の特徴をさらに備えていても良い。

本発明の光導波路デバイスは、前記複数の副光導波路のそれぞれで分岐された前記信号光の一部が反射して、再び前記複数の光導波路のそれぞれに戻ることを防止する終端構造を、さらに備えていてもよい。また、前記副光導波路は、前記光導波路と交差していてもよい。または、前記副光導波路は、前記光導波路から分岐されていてもよい。さらに、前記光導波路のそれぞれに対して、前記副光導波路は、複数備えられていてもよい。

本発明の光導波路デバイスは、スラブ導波路をさらに備え、前記複数の光導波路が、前記スラブ導波路に接続されており、前記複数の副光導波路が、前記複数の光導波路のそれぞれに接続され、前記複数の光導波路で伝搬される前記信号光に与えられる前記過剰損失量が調整されていてもよい。そして、前記光導波路デバイスが、アレイ導波路格子、光スプリッタおよび光スターカプラのうちの１つであってもよい。

なお、本発明の光導波路における伝送損失の調整方法は、以下の特徴をさらに備えていても良い。

本発明の光導波路における伝送損失の調整方法は、さらに、前記複数の副光導波路のそれぞれで分岐された前記信号光の一部が、再び前記複数の光導波路のそれぞれに戻ることを防止してもよい。また、前記複数の光導波路が並列に配置され、前記伝送損失量の制御により、前記光導波路間における前記伝送損失量の不均一性が低減されてもよい。他に、前記複数の光導波路は、アレイ導波路格子における分波側の出力導波路であって、前記伝送損失の調整方法が、前記出力導波路間における前記伝送損失量の不均一性を低減してもよい。さらに、前記出力導波路のチャネル内で、中心波長のチャネルから端波長のチャネルに行くほど、過剰損失を小さく与えてもよい。また他に、前記複数の光導波路は、光スプリッタにおける出力導波路であって、前記伝送損失の調整方法が、前記出力導波路間における前記伝送損失量の不均一性を低減してもよい。また他に、前記複数の光導波路は、光スターカプラにおける出力導波路であって、前記伝送損失の調整方法が、前記出力導波路間における前記伝送損失量の不均一性を低減してもよい。

本発明に係る光導波路デバイスおよびその伝送損失の調整方法は、上記構成および上記方法により、複数の光導波路で伝搬する信号光のそれぞれに過剰損失を与えている。これにより、本発明では、その過剰損失量において、所望のダイナミックレンジおよびトレランスを得ることができるという効果を有する。従って、本発明では、複数の光導波路のそれぞれで伝搬する信号光における伝送損失差を、より高精度に制御することができるという効果を有する。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明を理解しやすいように、具体例を示すものであって、これらの実施例の内容だけに、本発明が制限されるわけではない。なお、複数の光導波路のそれぞれで伝搬される信号光の一部を分岐して、信号光に過剰損失を与える副光導波路の具体例として、実施形態では、交差導波路と分岐導波路で示す。
［実施例１］
以下に、本発明の第一実施形態に係る光導波路デバイスおよびその伝送損失の調整方法について、詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る光導波路回路を備えたＡＷＧを示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）における光導波路回路を示す平面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）における光導波路回路の光導波路を示す部分拡大図である。以下、これらの図面に基づき説明する。

ＡＷＧ１０は、図１（ａ）に示されるように、基板１６上に、１本の入力導波路１１、ｎ本（ｎは、２以上の整数）の出力導波路１２−１〜１２−ｎ、複数のアレイ導波路１３、入力導波路１１とアレイ導波路１３とを接続するスラブ導波路１４、アレイ導波路１３と出力導波路１２−１〜１２−ｎとを接続するスラブ導波路１５、そして出力導波路１２−１〜１２−ｎの中間部に形成された光導波路回路２０を備えている。光導波路回路２０は、出力導波路１２−１〜１２−ｎ間の原理的な伝送損失差を解消する働きを持っている。なお、入力導波路１１は、基板１６上に複数を設置しておき、その中から１本を選択して使用しても良い。

光導波路回路２０は、図１（ｂ）に示されるように、複数の出力導波路１２−１〜１２−ｎのそれぞれに交差している交差導波路２１−１〜２１−ｎを備えている。交差導波路２１−１〜２１−ｎのそれぞれは、出力導波路１２−１〜１２−ｎのそれぞれに対して、交差角度が調整されている。

次に、交差導波路について、図１（ｃ）を用いて、詳細に説明する。出力導波路１２−ｍ（ｍは、１〜ｎの中の任意の整数）は、信号光Ｌｍを伝搬する。交差導波路２１−ｍは、出力導波路１２−ｍに交差して、信号光Ｌｍに過剰損失を与える。交差導波路２１−ｍの交差角度θ２１ｍは、出力導波路１２−ｍに合わせて個々に調整されている。また、交差導波路２１−ｍの幅Ｗ２１ｍは、出力導波路１２−ｍの幅Ｗ１２ｍに対して、あらかじめ調整された寸法となっている。なお、交差導波路２１−１〜２１−ｎの幅Ｗ２１１〜Ｗ２１ｎも、交差角度と同様に、個々に調整しても良い。

次に、ＡＷＧ１０の製造方法について、以下に説明する。ＡＷＧ１０は、一般的な光導波路製造方法によって、作製することができる。まず、シリコン等の基板の上に、下層クラッドと呼ばれる石英系ガラスが、堆積される。その上に、コアと呼ばれる屈折率の高い石英系ガラスが、堆積される。そして、フォトリソグラフィ技術によりコアパターンが、形成される。更に、その上から下層クラッドと同程度の屈折率を有する上層クラッドと呼ばれる石英系ガラスが、堆積される。そして、パターン化されたコアが埋め込まれることにより、光導波路が作製される。なお、光導波路回路２０内の光導波路についても、上記の一般的な光導波路製造方法によって作製され、追加のプロセスは必要ない。

次に、ＡＷＧ１０の動作について、以下に説明する。ＡＷＧ１０は、光分波器として機能する。まず、波長分割多重（ＷＤＭ）信号光Ｌ０（λ１，λ２，λ３，…，λｎ）が、入力導波路１１からＡＷＧ１０に入力される。すると、そのＷＤＭ信号光Ｌ０は、スラブ導波路１４内で回折されて広がり、アレイ導波路１３のそれぞれに出力される。隣接するアレイ導波路１３は、それぞれ一定の光路長差（ΔＬ）を有しており、長さが少しずつ異なる。そのため、アレイ導波路１３を伝搬したそれぞれのＷＤＭ信号光は、アレイ導波路１３の出力端のそれぞれで、位相差を生じる。それにより、スラブ導波路１５に出力されたＷＤＭ信号光は、そこで多重干渉を起こす。そして、同じ波長を持つ信号光が、出力導波路１２−１〜１２−ｎの各入力端に集光する。そして、同じ波長を持つ信号光が、それぞれの波長の焦点位置に配置された複数の出力導波路１２−１〜１２−ｎに出力される。ここで、ＡＷＧ１０は、出力導波路１２−１〜１２−ｎの中間部に、光導波路回路２０を有している。光導波路回路２０では、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、交差導波路２１−１〜２１−ｎが出力導波路１２−１〜１２−ｎにそれぞれ交差している。これにより、例として、出力導波路１２−ｍを伝搬している信号光Ｌｍに過剰な損失が与えられる。これは、出力導波路１２−ｍを伝搬してきた信号光Ｌｍが、交差部２３−ｍにおいて回折したり、その一部が交差導波路２１−ｍに結合したりするからである。そこで、出力導波路１２−ｍに対する交差導波路２１−ｍの交差角度を制御することで、伝送損失を制御することが可能である。このようにして、各波長を有する信号光Ｌ１〜Ｌｎは、各出力導波路１２−１〜１２−ｎに設けられた各交差導波路２１−１〜２１−ｎにより、所定の過剰損失を与えられる。その結果、各波長λ１，λ２，λ３，…，λｎを有する信号光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｎが、その伝送損失を調節されて、各出力導波路１２−１〜１２−ｎから個々に出力される。このようにして、複数の波長が多重されたＷＤＭ信号光が、このＡＷＧ１０により、各波長毎の信号光Ｌ１〜Ｌｎに一括して分波される。

過剰損失量は、交差導波路２１−ｍの出力導波路１２−ｍに対する交差角度θ２１ｍによって、調整可能である。交差角度θ２１ｍを鋭角にするほど（０°に近づけるほど）、出力導波路１２−ｍから交差導波路２１−ｍに結合する信号光の量が増える。それにより、過剰損失量が増加する。よって、交差角度θ２１ｍにより、各出力導波路１２−１〜１２−ｎに与える過剰損失量を調整することができる。

なお、光導波路回路２０で与えられる過剰損失量は、列の中心側に設けられた出力導波路１２−ｍほど大きく、列の端側に設けられた出力導波路１２−ｍほど小さくなるように、設定されている。具体的には、交差導波路２１−１〜２１−ｎの交差角度θ２１１〜θ２１ｎは、出力導波路１２−１〜１２−ｎの中心側ほど鋭角に、端側ほど鈍角に設定されている。その結果、ＡＷＧ１０は、原理的に中心側にあるチャネルほど伝送損失が小さく端側にあるチャネルほど伝送損失が大きい、という損失特性を持っているが、その損失特性が光導波路回路２０によって補償される。そのため、チャネル間の伝送損失量が均一化される。

また、ＡＷＧ１０は、光合波器としても機能する。それぞれの波長を有する信号光Ｌ１〜Ｌｎが、それらに対応する出力導波路１２−１〜１２−ｎを通してＡＷＧ１０に入力される。すると、上記とは逆の動作によって、信号光Ｌ１〜ＬｎはＡＷＧ１０で合波されて、入力導波路１１から合波されたＷＤＭ信号光Ｌ０が出力される。

以下に、光導波路３０における伝送損失の調整方法について、詳細に説明する。図２は、図１（ｃ）の光導波路における損失特性のシミュレーション結果を示すグラフである。以下、図１（ｃ）及び図２に基づき説明する。

シミュレーションには、出力導波路１２−ｍの幅及び高さが６μｍ角、コアとクラッドとの比屈折率差が０．４％、という一般的な光導波路を使用した。また、光の波長は、１．５５μｍとした。そして、交差導波路２１−ｍの交差角度θ２１ｍ及び幅Ｗ２１ｍをパラメータとして、ＢＰＭ（有限差分ビーム伝搬法）によって、その過剰損失を計算した。

なお、交差角度θ２１ｍの下限値は５ｄｅｇとした。その値より小さくなると、出力導波路１２−ｍに交差導波路２１−ｍが接近し過ぎることにより、以下のような問題を生じる虞があるからである。その問題とは、出力導波路１２−ｍと交差導波路２１−ｍ間にクラッドを埋め込むことが困難になったり、両導波路が方向性結合器のように振る舞い、波長依存性や偏光依存性などが生じたりすることである。一方、交差角度θ２１ｍの上限値は４５ｄｅｇとした。その値以上で、過剰損失がほぼ一定になるからである。幅Ｗ２１ｍは、製造上及び特性上に何ら問題が生じない範囲として、下限値を４μｍ（出力導波路の２／３）、上限値を１６μｍ（出力導波路の８／３）とした。

図２のシミュレーション結果から、交差角度θ２１ｍ及び幅Ｗ２１ｍによる過剰損失の調整可能な範囲（以下「ダイナミックレンジ」という。）は、次のようになる。

［表１］交差角度θ２１ｍ（幅Ｗ２１ｍは一定）によるダイナミックレンジ
幅Ｗ21m 交差角度θ21m 過剰損失最大値〜最小値（ダイナミックレンジ）
［μｍ］ ［ｄｅｇ］ ［ｄＢ］
４一定 ５〜４５ ０．２８〜０．０１（０．２７）
６一定 ５〜４５ ０．４２〜０．０２（０．４１）
８一定 ５〜４５ ０．７４〜０．０３（０．７１）
１０一定 ５〜４５ １．０２〜０．０５（０．９７）
１２一定 ５〜４５ １．２３〜０．０７（１．１６）
１４一定 ５〜４５ １．３７〜０．１０（１．２８）
１６一定 ５〜４５ １．５０〜０．１２（１．３８）
表１から分かるように、幅Ｗ２１ｍを一定として、各出力導波路に対する交差角度θ２１ｍを５°から４５°まで調整することにより、過剰損失を自在に調整できることが分かる。さらに、幅Ｗ２１ｍを選択することで、調整トレランスかダイナミックレンジのうち、重視する方を選ぶことができる。具体的には、大きいダイナミックレンジが必要な場合は、幅Ｗ２１ｍが大きい値（例えば、１６μｍ）を選ぶ。それにより、ばらつきが大きい伝送損失差を補償することができる。逆に、調整トレランスを重視する場合は、幅Ｗ２１ｍが小さい値（例えば、４μｍ）を選ぶ。それにより、角度に対するトレランスが緩くなり、製造ばらつきを低減することができる。

次に、交差角度θ２１ｍを一定として、幅Ｗ２１ｍをパラメータとした場合を、表２に示す。

［表２］幅Ｗ２１ｍ（交差角度θ２１ｍは一定）によるダイナミックレンジ
幅Ｗ21m 交差角度θ21m 過剰損失最小値〜最大値（ダイナミックレンジ）
［μｍ］ ［ｄｅｇ］ ［ｄＢ］
４〜１６ ５一定 ０．２８〜１．５０（１．２２）
４〜１６ １０一定 ０．０９〜１．０５（０．９６）
４〜１６ １５一定 ０．０５〜０．６３（０．５８）
４〜１６ ２０一定 ０．０３〜０．４２（０．３９）
４〜１６ ２５一定 ０．０２〜０．３０（０．２８）
４〜１６ ３０一定 ０．０１〜０．２２（０．２１）
４〜１６ ３５一定 ０．０１〜０．１８（０．１７）
４〜１６ ４０一定 ０．０１〜０．１４（０．１３）
４〜１６ ４５一定 ０．０１〜０．１０（０．０９）
表２から分かるように、交差角度θ２１ｍを一定として、各出力導波路に対する交差導波路の幅Ｗ２１ｍを４μｍから１６μｍまで調整することにより、過剰損失を調整できることが分かる。このように、交差角度だけでなく、交差導波路の幅をも調整することで、過剰損失が、最小値０．０１ｄＢ（Ｗ２１ｍ＝４μｍ，θ２１ｍ＝４５°の場合）から最大値１．５０ｄＢ（Ｗ２１ｍ＝１６μｍ，θ２１ｍ＝５°の場合）まで調整可能となる。

以上により、第一実施形態に係る光導波路デバイスおよびその伝送損失の調整方法は、以下の効果を有する。第一実施形態では、交差導波路の交差角度を調整するだけでなく、交差導波路の幅を調整しているため、過剰損失量において所望のダイナミックレンジおよびトレランスを得ることができるという効果を有する。それにより、第一実施形態では、複数の信号光における伝送損失差を、より高精度に制御することができるという効果を有する。例えば、過剰損失量において大きなダイナミックレンジを必要とする場合は、交差導波路の幅を出力導波路の幅に対して広く設定すれば良い。逆に、過剰損失量において高い調整精度を必要とする場合は、交差導波路の幅を出力導波路と同等かそれ以下に狭く設定すれば良い。このように、第一実施形態では、所望とする伝送損失特性に合わせた調整を可能とする。
［実施例２乃至４］
次に、本発明の第二乃至第四実施形態に係る光導波路およびその伝送損失の調整方法における信号光の戻り防止について、以下に説明する。図３（ａ）は、第二実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。図３（ｂ）は、第三実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。図３（ｃ）は、第三実施形態の変形例に係る光導波路を示す部分拡大図である。図３（ｄ）は、第四実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図１（ｃ）と同じ部分は同じ符号を付すことにより、その説明を省略する。

第二乃至第四実施形態に係る光導波路４０，５０，５５，６０は、図１（ｃ）に示される光導波路３０の代わりに、図１（ｂ）に示される光導波路回路２０に使用される。

図３（ａ）に示される第二実施形態に係る交差導波路４１−ｍは、その端面に、信号光が反射して戻ることを防止する終端構造４２−ｍ，４３−ｍを設けている。終端構造４２−ｍ，４３−ｍは、交差導波路４１−ｍの光軸に垂直な面に対して傾いた端面を備えている。これにより、出力導波路１２−ｍから交差導波路４１−ｍへ入力された信号光Ｌｍの一部は、終端構造４２−ｍ，４３−ｍの端面によって、光軸に対して斜めの方向に反射される。そのため、その反射された戻り光は、交差導波路４１−ｍ内を伝搬することができず、クラッドへ放射される。よって、交差導波路４１−ｍの端面で信号光が反射して、その反射光が交差導波路４１−ｍを反対方向に送信されることを防止することができる。また、反射光が、交差導波路４１−ｍの端面間で多重反射を起こして、信号光に悪影響を与えることを防止することができる。

図３（ｂ）に示される第三実施形態に係る交差導波路５１−ｍも、図３（ａ）の光導波路４０と同様に、その先端で信号光が反射して戻ることを防止する終端構造５２−ｍ，５３−ｍを設けている。終端構造５２−ｍ，５３−ｍは、終端構造４２−ｍ，４３−ｍと異なり、先端の両方をテーパ状に狭くして信号光をクラッドに放射させる構造となっている。なお、終端構造は、上記のように交差導波路の先端を直線的に狭くする形状に限らない。例えば、交差導波路の先端が曲線的に狭くなるような形状にしてもよい。その例として、図３（ｃ）に示される第三実施形態の変形例に係わる交差導波路５６−ｍは、終端構造５７−ｍ，５８−ｍを設けている。終端構造５７−ｍ，５８−ｍは、図３（ｂ）の終端構造５２−ｍ，５３−ｍと異なり、その先端を曲線的に狭くして信号光をクラッドに放射させる構造となっている。

図３（ｄ）に示される第四実施形態に係る光導波路６０は、出力導波路１２−ｍに対して交差する方向によって、交差角度が変えられている。具体的には、交差導波路６１−ｍが、出力導波路１２−ｍと交差する部分を中心に、前側交差導波路６２−ｍ及び後側交差導波路６３−ｍに分けられている。そして、信号光Ｌｍが進行する方向に伸びる前側交差導波路６２−ｍと出力導波路１２−ｍとの交差角度をθ６２ｍとする。信号光Ｌｍが進行する方向と逆方向に伸びる後側交差導波路６３−ｍと出力導波路１２−ｍとの交差角度をθ６３ｍとする。前側交差導波路６２−ｍの交差角度θ６２ｍは、後側交差導波路６３−ｍの交差角度θ６３ｍよりも大きく設定されている。一般に、交差導波路６１−ｍの先端から反射する光の強さは、信号光の進行方向に伸びる前側交差導波路６２−ｍの方が後側交差導波路６３−ｍよりも大きい。また、反射する光の強さは、交差角度が小さいほど大きい。したがって、前側交差導波路６２−ｍの交差角度θ６２ｍを後側交差導波路６３−ｍの交差角度θ６３ｍよりも大きくすることにより、交差導波路６１−ｍの先端から反射する光を低減できる。

なお、これらの終端構造は、コアのパターンを変更するだけで実現できるので、製造工程が増えることがない。

第二乃至第四実施形態では、第一実施形態の効果に加え、複数の出力導波路のそれぞれで伝搬される信号光に過剰損失が与えられる際に、戻り光が発生することを防止することができるという効果を有する。このように、第二乃至第四実施形態では、交差導波路内で戻り光が発生することを防止することができるため、伝送品質の向上が図られるという効果を有する。また、これらの実施形態では、交差導波路内で多重反射が起こることを防ぐことができるという効果も有する。それにより、伝送品質の向上が図られるという効果もある。さらに、これらの実施形態を実施しても、新たな製造工程が増えることがないという利点もある。
［実施例５］
以下に、本発明の第五実施形態に係る光導波路デバイスおよびその伝送損失の調整方法について、詳細に説明する。

図４は、本発明の第五実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１（ｃ）と同じ部分は同じ符号を付すことにより、その説明を省略する。

第五実施形態の光導波路７０は、図１（ｃ）に示される光導波路３０の代わりに使用される。光導波路７０は、信号光Ｌｍを透過する出力導波路１２−ｍと、出力導波路１２−ｍから分岐している分岐導波路７１−ｍとを備えている。第一実施形態では、図１（ｃ）に示すように、交差導波路２１−ｍが、出力導波路１２−ｍを中心にして両側へ伸びている。それに対して、第五実施形態では、図４に示すように、分岐導波路７１−ｍは、出力導波路１２−ｍの片側だけに伸びている。このように、片側だけに伸びる分岐導波路７１−ｍは、両側に伸びる交差導波路２１−ｍよりも、場所を取らない。そのため、光導波路の構成を、よりコンパクトにすることができ、設計の自由度が向上する。

次に、第五実施形態に係る光導波路７０の動作について説明する。この第五実施形態における分岐導波路７１−ｍは、第一実施形態における交差導波路２１−ｍと同様の働きをする。すなわち、出力導波路１２−ｍを伝搬してきた信号光Ｌｍは、分岐部７３−ｍにおいて回折したり、その一部が分岐導波路７１−ｍに結合したりする。それにより、信号光Ｌｍに過剰損失が与えられる。

過剰損失量は、各分岐導波路７１−ｍの出力導波路１２−ｍに対する分岐角度θ７１ｍによって、調整可能である。分岐角度θ７１ｍを鋭角にするほど（０°に近づけるほど）、出力導波路１２−ｍから分岐導波路７１−ｍに結合する信号光の量が増える。それにより、過剰損失量が増加する。よって、交差角度θ７１ｍにより、各出力導波路１２−１〜１２−ｎに与える過剰損失量を調整することができる。それにより、光導波路７０を第一実施形態における光導波路３０の代わりに、ＡＷＧ１０に適用することで、チャネル間の伝送損失差を補償することができる。

ここで、分岐角度θ７１ｍを、図４に示すように、「信号光Ｌｍが進行する方向の出力導波路１２−ｍと、信号光Ｌｍが分岐される方向の分岐導波路７１−ｍのなす角度」と定義する。前述したように、交差導波路の場合、その先端から反射する光は、前側交差導波路の方が後側交差導波路よりも大きい。そこで、分岐角度θ７１ｍは、図４に示すように、鈍角とした方が良い。それにより、分岐導波路７１−ｍは、後側交差導波路と同じ構成となることから、分岐導波路７１−ｍの先端から反射される光が少なくなるという効果を得ることができる。

図５は、図４の光導波路における損失特性のシミュレーション結果を示すグラフである。以下、図４及び図５に基づき説明する。

シミュレーションには、出力導波路１２−ｍの幅及び深さが６μｍ角、コアとクラッドとの比屈折率差が０．４％、という一般的な光導波路を使用した。また、光の波長は、１．５５μｍとした。そして、分岐導波路７１−ｍの分岐角度θ７１ｍ及び幅Ｗ７１ｍをパラメータとして、ＢＰＭ（有限差分ビーム伝搬法）によって、その過剰損失を計算した。なお、分岐角度“１８０−θ７１ｍ”の下限値及び上限値、並びに幅Ｗ７１ｍの下限値及び上限値は、図２の場合と同じにした。

図５のシミュレーション結果から、分岐角度“１８０−θ７１ｍ”及び幅Ｗ７１ｍによる過剰損失の調整可能な範囲（以下「ダイナミックレンジ」という。）は次のようになる。

［表３］分岐角度１８０−θ７１ｍ（幅Ｗ７１ｍ一定）によるダイナミックレンジ
幅Ｗ71m 分岐角度180-θ71m 過剰損失最小値〜最大値（ダイナミックレンジ）
［μｍ］ ［ｄｅｇ］ ［ｄＢ］
４一定 ５〜４５ ０．００〜０．２４（０．２４）
６一定 ５〜４５ ０．０１〜０．５１（０．５１）
８一定 ５〜４５ ０．０２〜０．８１（０．７９）
１０一定 ５〜４５ ０．０３〜１．０７（１．０４）
１２一定 ５〜４５ ０．０４〜１．２８（１．２４）
１４一定 ５〜４５ ０．０５〜１．４６（１．４１）
１６一定 ５〜４５ ０．０５〜１．６０（１．５５）
表３から分かるように、幅Ｗ７１ｍを一定として、各出力導波路に対する分岐角度１８０−θ７１ｍを５°から４５°まで調整することにより、過剰損失を自在に調整できることが分かる。さらに、幅Ｗ７１ｍを選択することで、調整トレランスかダイナミックレンジのうち、重視する方を選ぶことができる。具体的には、大きいダイナミックレンジが必要な場合は、幅Ｗ７１ｍが大きい値（例えば、１６μｍ）を選ぶ。それにより、ばらつきが大きい伝送損失差を補償することができる。逆に、調整トレランスを重視する場合は、幅Ｗ７１ｍが小さい値（例えば、４μｍ）を選ぶ。それにより、角度に対するトレランスが緩くなり、製造ばらつきを低減することができる。

次に、分岐角度１８０−θ７１ｍを一定として、幅Ｗ７１ｍをパラメータとした場合を、表４に示す。

［表４］幅Ｗ７１ｍ（分岐角度１８０−θ７１ｍ一定）によるダイナミックレンジ
幅Ｗ71m 分岐角度180-θ71m 過剰損失最小値〜最大値（ダイナミックレンジ）
［μｍ］ ［ｄｅｇ］ ［ｄＢ］
４〜１６ ５一定 ０．２４〜１．６０（１．３６）
４〜１６ １０一定 ０．０６〜０．５８（０．５２）
４〜１６ １５一定 ０．０３〜０．３０（０．２７）
４〜１６ ２０一定 ０．０２〜０．１８（０．１６）
４〜１６ ２５一定 ０．０１〜０．１２（０．１１）
４〜１６ ３０一定 ０．０１〜０．０９（０．０８）
４〜１６ ３５一定 ０．０１〜０．０７（０．０６）
４〜１６ ４０一定 ０．０１〜０．０６（０．０５）
４〜１６ ４５一定 ０．００〜０．０５（０．０５）
表４から分かるように、分岐角度１８０−θ７１ｍを一定として、各出力導波路に対する分岐導波路の幅Ｗ７１ｍを４μｍから１６μｍまで調整することにより、過剰損失を調整できることが分かる。このように、分岐角度だけでなく、分岐導波路の幅をも調整することで、過剰損失が、最小値０．００ｄＢ（Ｗ７１ｍ＝４μｍ，１８０−θ７１ｍ＝４５°の場合）から最大値１．６０ｄＢ（Ｗ７１ｍ＝１６μｍ，１８０−θ７１ｍ＝５°の場合）まで調整可能となる。

以上により、第五実施形態に係る光導波路デバイスおよびその伝送損失の調整方法は、以下の効果を有する。第五実施形態では、第一実施形態と同様に、分岐導波路の分岐角度を調整するだけでなく、分岐導波路の幅を調整しているため、過剰損失量において所望のダイナミックレンジおよびトレランスを得ることができるという効果を有する。それにより、第五実施形態では、複数の信号光における伝送損失差を、より高精度に制御することができるという効果を有する。このように、第五実施形態では、所望とする伝送損失特性に合わせた調整を可能とする。さらに、第五実施形態では、分岐導波路が出力導波路の片側だけに伸びているため、両側に伸びる交差導波路よりも、場所を取らない。そのため、光導波路の構成をよりコンパクトにすることができ、設計の自由度が向上するという効果も有する。また、出力導波路に対する分岐導波路の分岐角度を鈍角にすることにより、分岐導波路は、交差導波路よりも反射による影響を小さくすることができるという効果も有する。

なお、第五実施形態においても、分岐導波路の先端部に、第二乃至第四実施形態での終端構造を適用することができる。それにより、分岐導波路からの戻り光を、より小さくすることができる効果が得られる。
［実施例６及び７］
図６（ａ）は、本発明の第六実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。図６（ｂ）は、本発明の第七実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図１（ｃ）と同じ部分は同じ符号を付すことにより、その説明を省略する。

第六及び第七実施形態に係る光導波路８０，９０は、図１（ｃ）に示される光導波路３０の代わりに、図１（ｂ）に示される光導波路回路２０に使用される。

図６（ａ）に示される光導波路８０は、出力導波路１２−ｍに二本の分岐導波路８１−ｍ，８２−ｍを備えている。その分、過剰損失が増加する。分岐導波路８１−ｍ，８２−ｍは、両方とも前述の後側交差導波路に相当するので、それらの先端から反射される光が少ない。そのため、戻り光を防止する効果が高い。

図６（ｂ）に示される光導波路９０は、出力導波路１２−ｍに二本の分岐導波路９１−ｍ，９２−ｍを備えている。その分、過剰損失が増加する。また、第七実施形態では、出力導波路１２−ｍを中心にして片側にだけ伸びる分岐導波路９１−ｍ，９２−ｍを用いている。そのため、第五実施形態と同様に、設計の自由度が向上する。
［実施例８及び９］
図７（ａ）は、本発明の第八実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。図７（ｂ）は、本発明の第九実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図１（ｃ）と同じ部分は同じ符号を付すことにより、その説明を省略する。

第七及び第八実施形態に係る光導波路９５，９８は、図１（ｃ）に示される光導波路３０の代わりに、図１（ｂ）に示される光導波路回路２０に使用される。

図７（ａ）に示される光導波路９５は、出力導波路１２−ｍに対して、カスケード状に複数の交差導波路９６−ｍ１，９６−ｍ２，・・・を備えている。このように、一本の出力導波路に対して、複数本の交差導波路を設けても良い。交差導波路の本数を増やすほど、過剰損失は大きくなる。それにより、過剰損失量を調整することができる。

同様に、図７（ｂ）に示される光導波路９８は、出力導波路１２−ｍに対して、カスケード状に複数の分岐導波路９９−ｍ１，９９−ｍ２，・・・を備えている。このように、一本の出力導波路に対して、複数本の分岐導波路を設けても良い。分岐導波路の本数を増やすほど、過剰損失は大きくなる。それにより、過剰損失量を調整することができる。
［変形例］
以上、本発明に係る実施形態を示したが、各構成部品の形状や配置などは図の構成だけに限定されるものではなく、本発明の特徴を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。また、複数の実施形態を、組み合わせて使用することもできる。例えば、第五乃至第七実施形態の分岐導波路の端面に、第二乃至第四実施形態の終端構造を設けても良い。このように、任意の実施形態を組み合わせることができる。

なお、過剰損失量は、交差導波路または分岐導波路の幅、交差または分岐の角度、交差または分岐の個数のいずれによって、実現してもよい。幅は、狭いほど過剰損失が小さくなり、広いほど過剰損失が大きくなる。角度は、小さいほど過剰損失が大きくなり、大きいほど過剰損失が小さくなる。個数は、多いほど過剰損失が大きくなり、少ないほど過剰損失が小さくなる。これらを組み合わせて用いることで、過剰損失量をさらに大きく変化させることができる。

本発明の第一実施形態に係る光導波路回路を備えたＡＷＧを示す平面図である。 図１（ａ）における光導波路回路を示す平面図である。 図１（ｂ）における光導波路回路の光導波路を示す部分拡大図である。 図１（ｃ）の光導波路における損失特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第二実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。 本発明の第三実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。 本発明の第三実施形態の変形例に係る光導波路を示す部分拡大図である。 本発明の第四実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。 本発明の第五実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。 図４の光導波路における損失特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第六実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。 本発明の第七実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。 本発明の第八実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。 本発明の第九実施形態に係る光導波路を示す部分拡大図である。 一般的なＡＷＧの基本構成を示す平面図である。 一般的なＡＷＧの有する各ポート毎の伝送損失を示すグラフである。 本発明に関連する光導波路デバイスに適用されている光導波路構成を示す平面図である。

符号の説明

１０ ＡＷＧ
１１ 入力導波路
１２−１〜１２−ｎ 出力導波路
１２−ｍ 出力導波路
１３ アレイ導波路
１４ スラブ導波路
１５ スラブ導波路
１６ 基板
２０ 光導波路回路
２１−１〜２１−ｎ 交差導波路
２１−ｍ 交差導波路
２３−ｍ 交差部
３０ 光導波路
４０ 光導波路
４１−ｍ 交差導波路
４２−ｍ，４３−ｍ 終端構造
５０ 光導波路
５１−ｍ 交差導波路
５２−ｍ，５３−ｍ 終端構造
５５ 光導波路
５６−ｍ 交差導波路
５７−ｍ，５８−ｍ 終端構造
６０ 光導波路
６１−ｍ 交差導波路
６２−ｍ 前側交差導波路
６３−ｍ 後側交差導波路
７０ 光導波路
７１−ｍ 分岐導波路
７３−ｍ 分岐部
８０ 光導波路
８１−ｍ，８２−ｍ 分岐導波路
９０ 光導波路
９１−ｍ，９２−ｍ 分岐導波路
９５ 光導波路
９６−ｍ１ 交差導波路
９８ 光導波路
９９−ｍ１ 分岐導波路

Claims (34)

1. 信号光を伝搬する複数の光導波路を形成する工程と、
   前記複数の光導波路にそれぞれ接続して、前記信号光の一部を分岐して、前記信号光に過剰損失を与える複数の副光導波路を形成する工程とを備え、
   前記信号光に与えられる伝送損失量が均一となるように、前記各副光導波路の幅、および前記光導波路に対する前記副光導波路の接続角度はそれぞれ調整され、
   前記副光導波路の幅は、前記接続角度に対して要求されるトレランスに基づいて定められることを特徴とすることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
2. 前記副光導波路の幅は、前記光導波路の幅の３分の２以上、３分の８以下で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイスの製造方法。
3. 前記副光導波路は、少なくとも２種類の幅で形成されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法。
4. 前記各副光導波路は、それぞれ異なる幅で形成されることを特徴とする請求項３に記載の光導波路デバイスの製造方法。
   
5. 前記各副光導波路の幅は、４μｍから１６μｍまで調整することで、過剰損失を調整することを特徴とする請求項４に記載の光導波路デバイスの製造方法。
6. 複数の光導波路を形成する工程は、列を形成し、中心部に設けられた前記光導波路の過剰損失を多く、端部に設けられた前記光導波路の過剰損失を小さくなるように、
   前記副光導波路の幅、および前記光導波路に対する前記副導波路の接続各度をそれぞれ調整することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光導波路デバイスの製造方法。
7. 前記複数の副光導波路のそれぞれで分岐された前記信号光の一部が反射して、再び前記複数の光導波路のそれぞれに戻ることを防止する終端構造を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光導波路デバイスの製造方法。
8. 前記終端構造を形成する工程は、前記副光導波路の光軸に垂直な面に対して、斜めの端面を形成することを特徴とする請求項７に記載の光導波路デバイスの製造方法。
9. 前記終端構造を形成する工程は、片テーパの形状を形成することを特徴とする請求項８に記載の光導波路デバイスの製造方法。
10. 前記斜めの端面は、前記副光導波路の光軸に垂直な面から数度以上傾いて形成されることを特徴とする請求項８に記載の光導波路デバイスの製造方法。
11. 前記終端構造を形成する工程は、両テーパの形状を形成することを特徴とする請求項７に記載の光導波路デバイスの製造方法。
12. 前記両テーパの形状は、直線的に狭く形成されることを特徴とする請求項１１記載の光導波路デバイスの製造方法。
13. 前記両テーパの形状は、曲線的に狭く形成されることを特徴とする請求項１１記載の光導波路デバイスの製造方法。
14. 前記副光導波路の接続角度は、前記光導波路に対して左右異なる値で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法。
15. 前記信号光が進行する方向に伸びる前記副導波路と前記光導波路との接続角度は、
    前記信号光が進行する方向とは逆方向に伸びる前記副導波路と前記光導波との接続角度よりも大きい値で形成されることを特徴とする請求項１４に記載の光導波路デバイスの製造方法。
16. 前記接続角度は、５度以上４５度以下で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法。
17. 前記副光導波路の幅は、４ミクロン以上１６ミクロン以下で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４または請求項６乃至請求項１６のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法。
18. 前記副光導波路の幅は、前記光導波路の幅の３分の２以上、３分の８以下で形成されることを特徴とする請求項１または請求項３乃至請求項１７のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法。
19. 前記副光導波路は、前記光導波路と交差して形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法。
20. 前記副光導波路は、前記光導波路から分岐されて形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法。
21. 前記光導波路のそれぞれに対して、前記副光導波路が複数形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法。
22. 前記複数の副光導波路は、前記光導波路の略同じ位置に接続され、両側に形成されていることを特徴とする請求項２１記載の光導波路デバイスの製造方法。
23. 前記複数の副光導波路は、前記光導波路の略同じ位置に接続され、片側に形成されていることを特徴とする請求項２１記載の光導波路デバイスの製造方法。
24. 前記複数の副光導波路は、前記光導波路の異なる位置に形成されていることを特徴とする請求項２１記載の光導波路デバイスの製造方法。
25. スラブ導波路を形成する工程をさらに備え、
    前記複数の光導波路が、前記スラブ導波路に接続されており、前記複数の副光導波路が、
    前記複数の光導波路のそれぞれに接続され、
    前記複数の光導波路で伝搬される前記信号光に与えられる前記過剰損失量が調整されることを特徴とする請求項１乃至請求項２４のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法。
26. 前記光導波路デバイスは、アレイ導波路格子、光スプリッタおよび光スターカプラのうちの１つで形成されることを特徴とする請求項２５記載の光導波路デバイスの製造方法。
27. 複数の光導波路のそれぞれにより、信号光を伝搬し、
    前記複数の光導波路にそれぞれ接続される複数の副光導波路により、前記信号光の一部を分岐して過剰損失を与え、
    前記複数の光導波路に対する前記複数の副光導波路の幅を調整することによって、前記過剰損失量におけるダイナミックレンジとトレランスを調整し、
    前記複数の光導波路のそれぞれに対する前記複数の副光導波路のそれぞれの接続角度を調整することによって、前記信号光に与えられる前記過剰損失量を調整し、
    前記信号光に与えられる前記伝送損失量が均一となるように、前記複数の信号光における伝送損失差を制御し、
    前記副光導波路の幅を、前記接続角度に対して要求されるトレランスに基づいて定めることを特徴とする光導波路における伝送損失の調整方法。
28. 前記複数の光導波路に対する前記複数の副光導波路の幅を前記副光導波路の幅が、前記光導波路の幅の３分の２以上、３分の８以下の範囲で調整することを特徴とする請求項２７に記載の光導波路における伝送損失の調整方法。
29. さらに、前記複数の副光導波路のそれぞれで分岐された前記信号光の一部が、再び前記複数の光導波路のそれぞれに戻ることを防止することを特徴とする請求項２８記載の伝送損失の調整方法。
30. 前記複数の光導波路が並列に配置され、前記伝送損失量の制御により、前記光導波路間における前記伝送損失量の不均一性が低減されることを特徴とする請求項２７または請求項２９に記載の伝送損失の調整方法。
31. 前記複数の光導波路が、アレイ導波路格子における分波側の出力導波路であって、前記伝送損失の調整方法が、前記出力導波路間における前記伝送損失量の不均一性を低減することを特徴とする請求項２８または請求項２９に記載の伝送損失の調整方法。
32. 前記出力導波路のチャネル内で、中心波長のチャネルから端波長のチャネルに行くほど、過剰損失を小さく与えることを特徴とする請求項３１記載の伝送損失の調整方法。
33. 前記複数の光導波路が、光スプリッタにおける出力導波路であって、前記伝送損失の調整方法が、前記出力導波路間における前記伝送損失量の不均一性を低減することを特徴とする請求項２８記載の伝送損失の調整方法。
34. 前記複数の光導波路が、光スターカプラにおける出力導波路であって、前記伝送損失の調整方法が、前記出力導波路間における前記伝送損失量の不均一性を低減することを特徴とする請求項２８記載の伝送損失の調整方法。

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