JP5100175B2

JP5100175B2 - アレイ導波路格子型の合分波装置

Info

Publication number: JP5100175B2
Application number: JP2007085165A
Authority: JP
Inventors: 一孝奈良
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: US7542640B2; US20080253716A1; JP2008242257A

Description

本発明は、基板上に形成されたアレイ導波路格子を有するアレイ導波路格子型の合分波装置に関する。

従来、アレイ導波路格子型の合分波装置に関して、次のような技術が知られている。
（１）アレイ導波路格子（AWG）を有する合波（MUX）用のモジュール（合波器）と、アレイ導波路格子を有する分波（DEMUX）用のモジュール(分波器)を別々に製造する。
（２）非特許文献１のようにMUX用のアレイ導波路格子と、DEMUX用のアレイ導波路格子を一つのチップ上に集積する技術る。
I.Ogawa,et al., "32ch reconfiguable optical add multiplexer using technique for stacked integaration of chip-scale-package PDs on silica-based PLC", ECOC2006, Tu4.4.2 阿部他，"紫外レーザー光照射による温度無依存か石英系AWGの中波長制御"，電子情報通信学会総合大会2000年,p.255

しかしながら、上記従来技術（１）では、MUX用のモジュール（合波器）と、DEMUX用のモジュール(分波器)を別々に製造しているため、局側では、MUX用のモジュールとDEMUX用のモジュールを個別に購入し、これらのモジュールを局舎内で個別に収納する必要があった。そのため、局などのユーザ側では、MUX用とDEMUX用の２台分のコストが必要になると共に、収納スペースも２台分必要であった。

また、上記従来技術（２）の方法では、MUX用アレイ導波路格子のアレイ導波路と、DEMUX用アレイ導波路格子のアレイ導波路とが異なるため，製造誤差により，それぞれの中心波長が若干異なる。そのため，非特許文献２のような位相トリミング技術を用いてそれぞれの中心波長の微調整を行う必要があった。また、その微調整を位相トリミング技術を用いて行うためには、大掛かりな装置が必要になるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、低コストで小型なアレイ導波路格子型の合分波装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るアレイ導波路格子型の合分波装置は、基板上に形成されたアレイ導波路格子を有するアレイ導波路格子型の合分波装置において、前記アレイ導波路格子は、２つのスラブ導波路の各端面に、波長の異なる複数の光信号が多重された光信号を入力或いは出力する第１の入出力導波路と、波長の異なる複数の光信号を個別に入力或いは出力する第２の入出力導波路群を２つずつ有し、かつ、前記アレイ導波路格子の一つのアレイ導波路を、合波と分波に共用することを特徴とする。

この態様によれば、一つのアレイ導波路格子により、合波（MUX）と分波（DEMUX）を同時に行うことができる。つまり、２つのスラブ導波路の一方（一方のスラブ導波路）の端面に接続された第１の入出力導波路から入力された光信号を、その他方（他方のスラブ導波路）の端面に接続された第２の入出力導波路群から出力することで、波長多重された光信号を波長ごとに分割して出力する分波（DEMUX）がなされる。また、一方のスラブ導波路の端面に接続された第２の入出力導波路群から入力された光信号を、他方のスラブ導波路の端面に接続された第１の入出力導波路から出力することで、波長の異なる複数の光信号を多重して出力する合波（MUX）がなされる。このようにして、分波と合波を一つのアレイ導波路格子で同時に行うことができる。

これと逆に、他方のスラブ導波路の端面に接続された第１の入出力導波路から入力された光信号を、一方のスラブ導波路の端面に接続された第１の入出力導波路群から出力することで、分波（DEMUX）がなされる。また、他方のスラブ導波路の端面に接続された第２の入出力導波路群から入力された光信号を、一方のスラブ導波路の端面に接続された第１の入出力導波路から出力することで、合波（MUX）がなされる。この場合にも、分波と合波を一つのアレイ導波路格子で同時に行うことができる。

このように、分波と合波を、一つのアレイ導波路格子を有する１台の合分波器で同時に行うことができるので、次のような効果を奏する。

・局などのユーザ側では、上記従来技術（１）の場合、MUX用とDEMUX用の２台分のコストが必要であったのに対し、１台の合分波器を購入すればよく、コストが略半分で済むと共に、収納スペースも１台分で済む。

・上記非特許文献１のようにMUX用のアレイ導波路格子と、DEMUX用のアレイ導波路格子を一つのチップ上に集積する技術では、サイズが大きくなる。これに対し、一つのアレイ導波路格子をMUX用とDEMUX用に共用しているので、従来のMUX用或いはDEMUX用のものと略同じサイズになる。

・上記従来技術（２）の方法では、上述したように、非特許文献２のような位相トリミング技術を用いて中心波長の微調整を行う必要があるため、大掛かりな装置が必要であった。これに対し、そのような大掛かりな装置は不要であり、製造コストを低減することができる。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子型の合分波装置は、前記２つのスラブ導波路の各端面に接続された前記第１の入出力導波路は、前記第２の入出力導波路群と、波長ごとに分割されて前記第２の入出力導波路群の各導波路に結合する各波長の回折次数の異なる光が出力される位置との間に配置されていることを特徴とする。

この態様によれば、２つのスラブ導波路の各端面において、第１の入出力導波路と第２の入出力導波路群との間には、各波長の回折次数の異なる光（ＦＳＲ光）が存在しないので、分波された各波長の光についてそれぞれに発生する設計回折次数以外の次数の光(FSR光)が第１の入出力導波路に混在することによる光信号の劣化を防止することができる。

本発明の他の態様に係るアレイ導波路格子型の合分波装置は、前記２つのスラブ導波路の各端面において、前記第１の入出力導波路と、前記第２の入出力導波路群の中心導波路とが、前記スラブ導波路の中心線に対し，等距離に配置されていることを特徴とする。

この態様によれば、アレイ導波路部分はできるだけ配置を変化させずに、中心波長を所定のITUグリッドに合わせることが可能になり、製造時のプロセス誤差の影響を軽減することができる。

本発明によれば、低コストで小型なアレイ導波路格子の合分波器を作製することができる。

次に、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態）
図１は本発明の一実施形態に係る合分波装置を示す斜視図、図２はスラブ導波路および入出力導波路付近を示す拡大図である。

図１に示すように、合分波装置１は、基板１０上に形成された一つのアレイ導波路格子２０を有する。アレイ導波路格子２０は、石英基板或いはシリコン基板などの基板１０上に、光ファイバ製造技術と半導体微細加工技術を組み合わせてコアとクラッドからなる光導波路が作られた平面光波回路（PLC: Planer Lightwave Circuit)である。

アレイ導波路格子２０は、幅広なマルチモード導波路である２つのスラブ導波路２１，２２と、スラブ導波路２１，２２間に接続された長さの異なる多数のシングルモード導波路である一つのアレイ導波路２３と、スラブ導波路２１，２２の各端面２１ａ，２２ａに２つずつ接続された第１の入出力導波路Ａ，Ｂおよび第２の入出力導波路群Ｃ，Ｄと、を備えている。本実施形態では、２つのスラブ導波路２１の端面２１ａには第１の入出力導波路Ａと第２の入出力導波路群Ｃが接続され、スラブ導波路２２の端面２２ａには第１の入出力導波路Ｂと第２の入出力導波路群Ｄが接続されている。

この合分波装置１の特徴は、次の構成にある。
・２つのスラブ導波路２１，２２の各端面２１ａ，２２ａに、波長の異なる複数の光信号が多重された光信号（λ１〜λn）を入力或いは出力する第１の入出力導波路Ａ，Ｂと、波長の異なる複数の光信号（λ１〜λn）を個別に入力或いは出力する第２の入出力導波路群Ｃ，Ｄが２つずつ接続されている。

・一つのアレイ導波路２３を、合波(MUX)と分波(DEMUX)に共用する。

この合分波装置１は、合波（MUX）と分波（DEMUX）を同時に行うことができるようになっている。

つまり、この合分波装置１では、一方のスラブ導波路２１の端面２１ａに接続された第１の入出力導波路Ａから入力された光信号を、他方のスラブ導波路２２の端面２２ａに接続された第２の入出力導波路群Ｄから出力することで、波長の異なる複数の光信号が多重された光信号（λ１〜λn）を波長ごとに分けて出力する分波（DEMUX）がなされる。つまり、第１の入出力導波路Ａからスラブ導波路２１に入力された光信号は、スラブ導波路２１で回折により広がって、アレイ導波路２３に入る。アレイ導波路２３の各導波路は長さがΔＬずつ異なるので、アレイ導波路２３の出力端では、波長に依存した位相差が生じる。スラブ導波路２２では、光は多重干渉により同位相条件が成立する（お互いに強め合う）各波長の光が対応する第２の入出力導波路Ｄに結合するので、分波（DEMUX）がなされる。

また、一方のスラブ導波路２１の端面２１ａに接続された第２の入出力導波路群Ｃの各導波路から入力された波長の異なる複数の光信号（λ１〜λn）を、他方のスラブ導波路２２の端面２２ａに接続された第１の入出力導波路Ｂから出力することで、波長の異なる複数の光信号を多重して出力する合波（MUX）がなされる。

これと逆に、スラブ導波路２２の端面２２ａに接続された第１の入出力導波路Ｂから入力された波長の異なる複数の光信号が多重された光信号（λ１〜λn）を、スラブ導波路２１の端面２１ａに接続された第１の入出力導波路群Ｃから出力することで、分波（DEMUX）がなされる。また、スラブ導波路２２の端面２２ａに接続された第２の入出力導波路群Ｄの各導波路から入力された波長の異なる複数の光信号（λ１〜λn）を、スラブ導波路２１の端面２１ａに接続された第１の入出力導波路Ａから出力することで、合波（MUX）がなされる。

このような合分波装置１では、上述したように第１の入出力導波路Ａから入力された光信号を第２の入出力導波路群Ｄから出力することで、分波（DEMUX）で使用する場合に、アレイ導波路格子（AWG）２０の設計回折次数以外の次数の光(各波長の回折次数の異なる光：FSR光)が同時に出力される。この場合、もしもこのFSR光が第１の入出力用導波路Ｂに混在化してしまうと、MUXとして動作させる際に不都合が生じてしまう。つまり、第１の入出力導波路Ａから入力された光信号を第２の入出力導波路群Ｄから出力して分波（DEMUX）で使用する場合には、第２の入出力導波路群Ｃから入力された光信号を第１の入出力導波路Ｂから出力して合波（MUX）で使用する。この場合、もしも上記FSR光が第１の入出力用導波路Ｂに混在すると、合波された光信号の劣化を生じる恐れがある。

これを避けるために、図２のように、スラブ導波路２２の端面２２ａ側では、第２の入出力導波路群Ｄと、アレイ導波路格子２０のFSR光が出力される位置Ｚの間に、第１の入出力用導波路Ｂが配置されている。なお、図２の位置Ｚは、第２の入出力導波路群Ｄのうち第１の入出力用導波路Ｂから最も離れた位置にある導波路に結合する光（例えば、波長λnの光）のFSR光が出力される位置である。

これとは逆に、第１の入出力導波路Ｂから入力された光信号を第２の入出力導波路群Ｃから出力することで、分波（DEMUX）で使用する場合にも、各波長の回折次数の異なる光（FSR光)が同時に出力される。この場合にも、もしもこのFSR光が第１の入出力用導波路Ａに混在化してしまうと，MUXとして動作させる際に不都合が生じてしまう。つまり、第１の入出力導波路Ｂから入力された光信号を第２の入出力導波路群Ｃから出力して分波（DEMUX）で使用する場合には、第２の入出力導波路群Ｄから入力された光信号を第１の入出力導波路Ａから出力して合波（MUX）で使用する。この場合にも、もしも上記FSR光が第１の入出力用導波路Ａに混在すると、合波された光信号の劣化を生じる恐れがある。これを避けるために、図２に示すスラブ導波路２２の端面２２ａ側と同様に、スラブ導波路２１の端面２１ａ側でも、第２の入出力導波路群Ｃと上記FSR光が出力される位置の間に、第１の入出力用導波路Ａが配置されている。

さらに、従来のアレイ導波路格子（AWG）は、入力導波路をスラブ導波路中心線に配置しているため，その中心線から入力導波路がシフトした場合，中心波長を所定のITUグリッドに合わせる際にあらかじめ設定するアレイ導波路の光路長差が異なってしまう。なお、ITUグリッドは、周波数193.1THz(1,552.525nm)を基準に、100GHz(0.8nm)間隔で並んだ周波数グリッドをいう。ここで経験的に製造時のプロセス誤差の影響を軽減するため，アレイ導波路２３部分はできるだけ配置を変化させないことが重要である．そのため，この合分波装置１では、図２に示すように、スラブ導波路２２の中心線２２ｃから第１の入出力導波路Ｂの中心までの距離Ｘと、その中心線２２ｃから第２の入出力導波路群Ｄの中心導波路Ｄｃまでの距離Ｙが一致するように、第１の入出力導波路Ｂと第２の入出力導波路群Ｄを配置してある。

そして、この合分波装置１では、スラブ導波路２１の端面２１ａにそれぞれ接続された第１の入出力導波路Ａと第２の入出力導波路群Ｃについても、第１の入出力導波路Ｂと第２の入出力導波路群Ｄと同様の位置関係に配置されている。
（実施例）
実施例として、100GHz-16chのアレイ導波路格子（AWG）２０を作製した。このアレイ導波路格子２０では、FSR=3200GHz，AWG線分散=20μmであり、第１の入出力導波路Ａ，Ｂをそれぞれ１本，第２の入出力導波路郡Ｃ，Ｄをそれぞれ16本配置し，入力導波路と出力導波路の間は３本分の間隔をあけた。この際、上記距離ＸとＹ（Ｘ＝Ｙ）は100μmとした。測定結果を以下の図３(Ａ)および（Ｂ）に示す。

図３（Ａ）は、第１の入出力導波路Ａから入力された光信号を第２の入出力導波路群Ｄから出力して分波（DEMUX）を行うと共に、第２の入出力導波路群Ｃから入力された光信号を第１の入出力導波路Ｂから出力して合波（MUX）を行う場合に得られたスペクトル特性を示している（使用例１）。

また、図３(Ｂ)は、第１の入出力導波路Ｂから入力された光信号を第２の入出力導波路群Ｃから出力して分波（DEMUX）を行うと共に、第２の入出力導波路群Ｄから入力された光信号を第１の入出力導波路Ａから出力して合波（MUX）を行う場合に得られたスペクトル特性を示している（使用例２）。

図３(Ａ)および（Ｂ）から、上記使用例１，２のいずれの使用方法でも同一のスペクトル特性が得られていることがわかる。

以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

○一つのアレイ導波路格子２０により、合波（MUX）と分波（DEMUX）を同時に行うことができる。

○分波と合波を、一つのアレイ導波路格子２０を有する１台の合分波器１で同時に行うことができる。これにより、低コストのアレイ導波路格子型の合分波器を実現することができる。

○局などのユーザ側では、上記従来技術（１）の場合、MUX用とDEMUX用の２台分のコストが必要であったのに対し、１台の合分波器１を購入すればよく、コストが略半分で済むと共に、収納スペースも１台分で済む。

○上記非特許文献１のようにMUX用のアレイ導波路格子と、DEMUX用のアレイ導波路格子を一つのチップ上に集積する技術では、サイズが大きくなる。これに対し、一つのアレイ導波路格子２０をMUX用とDEMUX用に共用しているので、従来のMUX用或いはDEMUX用のものと略同じサイズになる。これにより、サイズの小さいアレイ導波路格子型の合分波器１を実現することができる。

○上記従来技術（２）の方法では、上述したように、非特許文献２のような位相トリミング技術を用いて中心波長の微調整を行う必要があるため、大掛かりな装置が必要であった。これに対し、そのような大掛かりな装置は不要であり、製造コストを低減することができる。

○スラブ導波路２２の端面２２ａ側では、第２の入出力導波路群Ｄと、アレイ導波路格子２０のFSR光が出力される位置Ｚの間に、第１の入出力用導波路Ｂが配置されている。また、スラブ導波路２１の端面２１ａ側でも、第２の入出力導波路群Ｃと上記FSR光が出力される位置の間に、第１の入出力用導波路Ａが配置されている。これにより、２つのスラブ導波路２１，２２の各端面２１ａ，２２ａにおいて、第１の入出力導波路Ａ，Ｂと第２の入出力導波路群Ｃ，Ｄとの間（ＡとＣの間，ＢとＤの間）には、各波長の回折次数の異なる光（ＦＳＲ光）が存在しない。このため、分波された各波長の光についてそれぞれに発生する設計回折次数以外の次数の光(FSR光)が、第１の入出力導波路Ａ又はＢに混在することが無く、光信号の劣化を防止することができる。つまり、上記使用例１では、FSR光が第１の入出力導波路Ｂに混在することが無く、光信号の劣化を防止することができる。また、上記使用例２では、FSR光が第１の入出力導波路Ａに混在することが無く、光信号の劣化を防止することができる。

○スラブ導波路２２の中心線２２ｃから第１の入出力導波路Ｂの中心までの距離Ｘと、その中心２２ｃから第２の入出力導波路群Ｄの中心導波路Ｄｃまでの距離Ｙが一致するように、第１の入出力導波路Ｂと第２の入出力導波路群Ｄを配置してある。また、第１の入出力導波路Ａと第２の入出力導波路群Ｃについても、第１の入出力導波路Ｂと第２の入出力導波路群Ｄと同様の位置関係に配置されている。これにより、アレイ導波路２３部分はできるだけ配置を変化させずに、中心波長を所定のITUグリッドに合わせることが可能になり、製造時のプロセス誤差の影響を軽減することができる。
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。

・上記一実施形態において、第１の入出力導波路Ｂと第２の入出力導波路群Ｄの位置を、図２に示すスラブ導波路２２の中心線２２ｃに関して線対称になるように入れ替えて配置してもよい。この場合、第１の入出力導波路Ａと第２の入出力導波路群Ｃの位置も、スラブ導波路２１の中心線（図２で示すスラブ導波路２２の中心線２２ｃを参照）に関して線対称になるように入れ替えて配置する。

・上記一実施形態において、合分波器１は、合波（MUX）のみに、或いは分波（DEMUX）のみに用いることができるのは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る合分波装置を示す斜視図。スラブ導波路および入出力導波路付近を示す拡大図。（Ａ）は分波と合波を同時に行う使用例１で得られるスペクトル特性を示すグラフ、（Ｂ）は分波と合波を同時に行う使用例２で得られるスペクトル特性を示すグラフ。

符号の説明

１…合分波装置
１０…基板
２０…アレイ導波路格子（AWG）
２１，２２…スラブ導波路
２１ａ，２２ａ…端面
２２ｃ…スラブ導波路の中心線
２３…アレイ導波路
Ａ，Ｂ…第１の入出力導波路
Ｃ，Ｄ…第２の入出力導波路群

Claims

基板上に形成された、２つのスラブ導波路と該スラブ導波路の間に接続されたアレイ導波路格子とを有するアレイ導波路格子型の合分波装置において、
前記２つのスラブ導波路の前記アレイ導波路と接続されていない各端面に、波長の異なる複数の光信号が多重された光信号を入力或いは出力する第１の入出力導波路と、波長の異なる複数の光信号を個別に入力或いは出力する第２の入出力導波路群をそれぞれ１つずつ有し、
前記２つのスラブ導波路の各端面に接続された前記第１の入出力導波路は、前記第２の入出力導波路群と、波長ごとに分割されて前記第２の入出力導波路群の各導波路に結合する各波長の隣接する回折次数の異なる光が出力される位置との間に配置されていることを特徴とするアレイ導波路格子型の合分波装置。
前記２つのスラブ導波路の各端面において、前記第１の入出力導波路と、前記第２の入出力導波路群の中心導波路とが、前記スラブ導波路の中心線に対し、等距離に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路格子型の合分波装置。
基板上に形成された、２つのスラブ導波路と該スラブ導波路の間に接続されたアレイ導波路格子とを有するアレイ導波路格子型の合分波装置において、
前記２つのスラブ導波路の前記アレイ導波路と接続されていない各端面に、波長の異なる複数の光信号が多重された光信号を入力或いは出力する第１の入出力導波路と、波長の異なる複数の光信号を個別に入力或いは出力する第２の入出力導波路群をそれぞれ１つずつ有し、
前記２つのスラブ導波路の各端面において、前記第１の入出力導波路と、前記第２の入出力導波路群の中心導波路とが、前記スラブ導波路の中心線に対し、等距離に配置されていることを特徴とするアレイ導波路格子型の合分波装置。