JP5358461B2 - 導波路型光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光通信に適用される光合分波器に関する。特に、波長分割多重システムにおいて、波長の異なる光信号の多重、分離を行う導波路型光デバイスに関する。

波長分割多重システムでは、多くの異なる波長の光信号を合波あるいは分波する光合分波器が必要不可欠である。光合分波器としては量産性、安定性の点からアレイ導波路回折格子型光合分波器が多く使われている。導波路型光デバイスとしてアレイ導波路回折格子型光合分波器の従来構成について説明する。なお、導波路型光デバイスとしてマッハツェンダ型干渉計であっても同様である。

アレイ導波路回折格子型光合分波器の導波路基板としてシリコンウェハが用いられ、シリコンウェハの上に形成する導波路材料には石英系ガラスが用いられている。図１に従来のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０１を示す。アレイ導波路回折格子型光合分波器１０１の透過中心波長は数式１で定まる。

ここで、λ_０：透過中心波長、ΔＬ：アレイ導波路における隣り合うチャネル導波路の長さの差、ｍ：回折次数、ｎ_ｃ：チャネル導波路屈折率である。

ところが、導波路基板のシリコンと導波路材料の石英系ガラスとの間には熱膨張差があり、製造時の高温から室温に冷却する過程で内部残留応力が発生し、アレイ導波路内に応力による０．０００２程度の導波路複屈折が生じる。この導波路複屈折は、基板と垂直な電界を有するＴＭモードの透過中心波長を、基板に平行な電界を有するＴＥモードの透過中心波長に比べて長波長側にシフトさせる。つまり、透過中心波長の偏波依存性によって波長シフトが生じている。以下、ＴＭモードでの透過中心波長とＴＥモードでの透過中心波長の差を偏波波長シフトという。この偏波波長シフトは分波間隔０．４ｎｍのアレイ導波路回折格子型光合分波器で約０．２ｎｍとなる。

従来、この偏波波長シフトを解消する偏波依存性解消手段として、アレイ導波路内に主軸を基板に対して４５度傾けた半波長板による偏波モード変換器を挿入し、ＴＥモードとＴＭモードを相互変換する手段（例えば、特許文献１を参照。）が提案されている。図２に従来のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０２を示す。すなわち、左右の導波路構造が対称になるように偏波依存性解消手段１７を配置して、左右で発生する光路長（実効屈折率と導波路長さの積）の差の偏波依存性を数式２のように相殺している。

ここで、ｎ_ＣＴＥ：ＴＥモードチャネル導波路屈折率、ｎ_ＣＴＭ：ＴＭモードチャネル導波路屈折率、λ_ＴＥ：アレイ導波路回折格子型光合分波器を透過するＴＥモードの透過中心波長、λ_ＴＭ：アレイ導波路回折格子型光合分波器を透過するＴＭモードの透過中心波長である。

一方、数式１にあるように、λ_０は光路長差で決定されるが、光路長差は温度に依存するため、λ_０は温度に依存することになる。従って、気温変化が１０℃〜６０℃程度の環境の中でアレイ導波路回折格子型光合分波器を使用する際には、温度を一定に保つための制御が求められていた。しかし、ヒータやペルチェ素子を利用すれば、アレイ導波路回折格子型光合分波器の大きさが大きくなり、価格が高くなるという課題があった。そこで、導波路と異なる符号の温度係数を持つ温度補償手段を光路長差に相当する割合で挿入する方法（例えば、特許文献２を参照。）が提案されている。図３に従来のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０３を示す。導波路と異なる符号の温度係数を持つ温度補償手段を光路長差に相当する割合で挿入し、数式３のように波長の温度依存性を相殺している。

ここで、ｎ’：温度補償手段屈折率、ΔＬ’：温度補償手段挿入部の隣り合うチャネル導波路の長さの差、λ_Ｔｅｍｐ：アレイ導波路回折格子型光合分波器を透過する透過中心波長である。
特開平４−２４１３０４号公報 国際公開ＷＯ９８／３６２９９パンフレット

ここで、従来技術を組合せ、アレイ導波路回折格子型光合分波器の偏波依存性と温度依存性の両方を解消しようとすると、アレイ導波路回折格子型光合分波器は、図４のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０４のように偏波依存性解消手段１７の右側又は左側に温度補償手段が配置される構造となる。アレイ導波路回折格子型光合分波器１０４の透過中心波長は数式４で示される。

また、図５のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０５のように入力スラブ導波路又は出力スラブ導波路に温度補償手段が配置される構造としても、低損失で偏波依存性と温度依存性の両方を解消することができる。アレイ導波路回折格子型光合分波器１０５の透過中心波長は数式５で示される。

ここで、ｎ_ＳＴＥ：ＴＥモードスラブ導波路屈折率、ｎ_ＳＴＭ：ＴＭモードスラブ導波路屈折率である。

しかし、図４及び図５のいずれの場合も、温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化しようとすると、数式４及び数式５に示すように、温度補償手段に相当する分のＡＷＧ透過中心波長差（ＴＥ−ＴＭ）、つまり、温度補償手段を挿入することによる偏波波長シフトが発生し、偏波依存損失（以下、「偏波依存損失（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）」を「ＰＤＬ」と略記する。）が大きいという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減できるアレイ導波路回折格子型光合分波器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る導波路型光デバイスは、ｐ本（ｐは２以上の整数）の導波路と、ｐ本の前記導波路に施される偏波依存性解消手段と、ｐ本又は（ｐ−１）本の前記導波路に施され、ｐ本の前記導波路における光路長差の温度依存性を補償する温度補償手段と、を備える。そして、前記偏波依存性解消手段は、前記偏波依存性解消手段の一方の側の偏波モード間の光路長差を他方の側の偏波モード間の光路長差で補償することを特徴とする。

導波路型光デバイスがアレイ導波路回折格子型光合分波器の場合、アレイ導波路の複屈折による光路長差の偏波依存性及び温度補償手段の光路長差の偏波依存性を解消する偏波依存性解消手段をアレイ導波路に挿入することとした。

具体的には、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、導波路基板上に少なくとも１本以上の入力チャネル導波路と、前記入力チャネル導波路に接続される入力スラブ導波路と、前記入力スラブ導波路に接続される複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路に施される偏波依存性解消手段と、前記アレイ導波路に接続される出力スラブ導波路と、前記入力スラブ導波路、前記出力スラブ導波路又は前記アレイ導波路に施され、前記アレイ導波路の前記チャネル導波路における光路長差の温度依存性を補償する温度補償手段と、前記出力スラブ導波路に接続される少なくとも１本以上の出力チャネル導波路と、を備えるアレイ導波路回折格子型光合分波器であって、前記偏波依存性解消手段が前記入力スラブ導波路から前記出力スラブ導波路までの各チャネルの偏波依存性を解消することを特徴とする。

数式４のＡＷＧ透過中心波長差は、温度補償手段を偏波依存性解消手段の一方の側に配置したことにより、アレイ導波路、入力スラブ導波路及び出力スラブ導波路を含めた導波路部分の光路長がその分だけ少なくなるため発生したものである。そこで、偏波依存性解消手段が前記入力スラブ導波路から前記出力スラブ導波路までの各チャネルのトータルの偏波依存性を解消することで、アレイ導波路回折格子型光合分波器は温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減できる。なお、偏波依存性解消手段はトータルの偏波依存性を解消するため、温度補償手段の偏波依存性がある場合であっても、アレイ導波路回折格子型光合分波器はＰＤＬの影響を低減できる。

例えば、複数の導波路と、前記複数の導波路に施される偏波依存性解消手段と、前記複数の導波路に施され、前記複数の導波路における光路長差の温度依存性を補償する温度補償手段と、を備えている導波路型光デバイスの場合、前記偏波依存性解消手段の設定により、前記偏波依存性解消手段の一方の側の偏波モード間の光路長差を他方の側の偏波モード間の光路長差で補償することが可能である。

具体的には、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器の前記偏波依存性解消手段は、前記偏波依存性解消手段の前記入力スラブ導波路側の偏波モード間の光路長差を前記偏波依存性解消手段の前記出力スラブ導波路側の偏波モード間の光路長差で補償する。このように補償することで偏波依存性解消手段はトータルの偏波依存性を解消することができる。

前記温度補償手段が挿入された部分の長さのチャネル間差をΔＬ’とし、前記偏波依存性解消手段が前記入力スラブ導波路又は前記出力スラブ導波路から前記偏波依存性解消手段までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長をΔＬ”とした場合、ＡＷＧ透過中心波長差は数式６で示される。

前記偏波依存性解消手段は、ΔＬ”を調整することができる。そのため、前記偏波依存性解消手段がΔＬ’＋２×ΔＬ”＝０となるようにΔＬ”を調整することで、アレイ導波路回折格子型光合分波器は、温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減できる。

具体的には、前記偏波依存性解消手段は、ΔＬ”＝−ΔＬ’／２とすることでトータルの偏波依存性を解消する。

また、図５のように入力スラブ導波路又は出力スラブ導波路に温度補償手段を配置した場合、ＡＷＧ透過中心波長差は数式７で示される。

前記偏波依存性解消手段が
（ｎ_ＳＴＭ−ｎ_ＳＴＥ）×ΔＬ’＋２×（ｎ_ＣＴＭ−ｎ_ＣＴＥ）×ΔＬ”＝０
となるようにΔＬ”を調整することで、アレイ導波路回折格子型光合分波器は、温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減できる。

具体的には、前記偏波依存性解消手段は、ΔＬ”＝−Ａ×ΔＬ’／２とすることでトータルの偏波依存性を解消する。ここで、Ａ＝（ｎ_ＳＴＭ−ｎ_ＳＴＥ）／（ｎ_ＣＴＭ−ｎ_ＣＴＥ）である。

また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器の前記偏波依存性解消手段は、前記アレイ導波路の各チャネル導波路の光軸に対して所定の角度で設置する。

前記偏波依存性解消手段の前記アレイ導波路の各チャネル導波路の光軸に対する角度を調整することで、アレイ導波路回折格子型光合分波器は、温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減できる。なお、前記アレイ導波路のうち前記偏波依存性解消手段が配置される部分が直線であることまたは直線と近似できる程度曲率が低いことが好ましい。偏波依存性解消手段を配置するための設計が容易になり、非対称補正の効果の精度を高めることができる。

本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器の前記アレイ導波路におけるチャネル導波路の屈折率のチャネル間差に偏波依存性があり、前記偏波依存性解消手段の位置が前記アレイ導波路の中心より前記入力スラブ導波路側又は前記出力スラブ導波路側に寄っていてもよい。

以下の説明において、アレイ導波路における各チャネル導波路の屈折率のチャネル間差を導波路間屈折率差と記す。導波路間屈折率差に偏波依存性がある場合、偏波依存性解消手段の位置を中心から入力スラブ導波路側又は出力スラブ導波路側にずらすことで偏波無依存化することができる。図８のように温度補償手段がない場合、ＡＷＧ透過中心波長差は数式８で示される。

ここで、Δｎ_ＣＴＥ：ＴＥモード導波路間屈折率差、Δｎ_ＣＴＭ：ＴＭモード導波路間屈折率差、Ｌ_Ｌｅｆｔ：アレイ導波路の直線部分の長さのうち、偏波依存性解消手段の左側の長さ、Ｌ_{Ｒｉｇｈｔ}：アレイ導波路の直線部分の長さのうち、偏波依存性解消手段の右側の長さである。

数式８において、Ｌ_Ｌｅｆｔ＝Ｌ_{Ｒｉｇｈｔ}の場合、ＡＷＧ透過中心波長差は０になる。Ｌ_Ｌｅｆｔ≠Ｌ_{Ｒｉｇｈｔ}の場合、Ｌ_Ｌｅｆｔ−Ｌ_{Ｒｉｇｈｔ}に応じたＡＷＧ透過中心波長差が発生する。この現象を利用するとアレイ導波路回折格子型光合分波器の偏波無依存化ができる。

次に、図９のように温度補償手段が入力スラブ導波路に配置された場合のアレイ導波路回折格子型光合分波器について検討する。この場合、ＡＷＧ透過中心波長差は数式９で示される。

ＡＷＧ透過中心波長差が０となるようにＬ_ＬｅｆｔとＬ_{Ｒｉｇｈｔ}を調整する。すなわち、偏波依存性解消手段の位置を数式１０のようにすることで、偏波依存性解消手段と導波路間屈折率差の偏波依存性とで前記入力スラブ導波路から前記出力スラブ導波路までの各チャネルのトータルの偏波依存性を解消できる。従って、アレイ導波路回折格子型光合分波器は温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減できる。また、前記アレイ導波路のうち前記偏波依存性解消手段が配置される部分が直線であることまたは直線と近似できる程度曲率が低いことが好ましい。偏波依存性解消手段を配置するための設計が容易になり、非対称補正の効果の精度を高めることができる。

なお、導波路間屈折率差の偏波依存性は、前記偏波依存性解消手段近傍における前記アレイ導波路の前記チャネル導波路の間隔がそれぞれ異なることで生ずる。これは、アレイ導波路の直線部分のチャネル導波路間隔が一様でない場合、製造時の高温から室温に冷却する過程で発生する内部残留応力が前記チャネル導波路間でわずかに変わることにより、屈折率が変わる現象が生ずるためである。

ここで、導波路型光デバイスのマッハツェンダ型干渉計についても補足しておく。図１０は、マッハツェンダ型干渉計１１０の構成を説明する図である。マッハツェンダ型干渉計の偏波依存性と温度依存性の両方を解消しようとすると、図１０のマッハツェンダ型干渉計１１０のように偏波依存性解消手段１７の右側又は左側に温度補償手段２７が配置される構造となる。マッハツェンダ型干渉計１１０の透過中心波長は数式１１で示される。以下、マッハツェンダ型干渉計をＭＺＩと記載する場合がある。

ここで、ΔＬはアーム１の導波路長さＬ１とアーム２の導波路長さＬ２との差（ΔＬ＝Ｌ１−Ｌ２）であり、ΔＬ’はアーム１における温度補償手段長さＬ１’とアーム２における温度補償手段長さＬ２’との差（ΔＬ’＝Ｌ１’−Ｌ２’）である。また、ｎ_ＣＴＥはＴＥモードのアーム導波路実効屈折率であり、ｎ_ＣＴＭはＴＭモードのアーム導波路実効屈折率である。なお、アーム１及びアーム２で２本のチャネル導波路を構成する。

数式１１のように、マッハツェンダ型干渉計でも偏波依存性解消手段の左側のアームに配置した温度補償手段によってアームの屈折率差×補償手段の長さの差に相当する波長差が偏波モード間で発生する。

そこで、マッハツェンダ型干渉計でも、トータルの偏波依存性を解消する偏波依存性解消手段を２本のチャネル導波路に挿入することとした。

具体的には、本発明に係るマッハツェンダ型干渉計は、導波路基板上に少なくとも１本以上の入力チャネル導波路と、前記入力チャネル導波路に接続される第１カプラと、前記第１カプラに接続される２本のチャネル導波路と、前記２本のチャネル導波路に施される偏波依存性解消手段と、前記２本のチャネル導波路に接続される第２カプラと、前記２本のチャネル導波路の少なくとも１つに施され、前記２本のチャネル導波路における光路長差の温度依存性を補償する温度補償手段と、前記第２カプラに接続される少なくとも１本以上の出力チャネル導波路と、を備え、前記偏波依存性解消手段が前記第１カプラから前記第２カプラまでの各チャネルの偏波依存性を解消することを特徴とする。

偏波依存性解消手段が第１カプラから第２カプラまでの各チャネルのトータルの偏波依存性を解消することで、マッハツェンダ型干渉計は温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減できる。なお、偏波依存性解消手段はトータルの偏波依存性を解消するため、温度補償手段の偏波依存性がある場合であっても、マッハツェンダ型干渉計はＰＤＬの影響を低減できる。

前記偏波依存性解消手段は、前記偏波依存性解消手段の前記第１カプラ側の偏波モード間の光路長差を前記偏波依存性解消手段の前記第２カプラ側の偏波モード間の光路長差で補償する。このように補償することで偏波依存性解消手段はトータルの偏波依存性を解消することができる。

温度補償手段が挿入された部分の長さのチャネル間差をΔＬ’とし、偏波依存性解消手段が第１カプラ又は第２カプラから偏波依存性解消手段までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長をΔＬ”とした場合、ＭＺＩ透過中心波長差は数式１２で示される。

数式１２が示すように、偏波依存性解消手段が、ΔＬ”＝−ΔＬ’／２とすることでトータルの偏波依存性を解消することができる。具体的には、偏波依存性解消手段を２本のチャネル導波路の光軸に対して所定の角度で設置することでトータルの偏波依存性を解消することができる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減できるアレイ導波路回折格子型光合分波器を提供することができる。

従来の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。 従来の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。 従来の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。 従来の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。 本発明に係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。 本発明に係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。 本発明に係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。 本発明に係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。 本発明に係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。 従来のマッハツェンダ型干渉計の概略構成図である。 本発明に係るマッハツェンダ型干渉計の概略構成図である。

１０１〜１０９：アレイ導波路回折格子型光合分波器
１１０、１１１：マッハツェンダ型干渉計
１１：導波路基板
１２：入力ポート
１３：入力チャネル導波路
１４：入力スラブ導波路
１５：アレイ導波路
１５ａ：直線部分
１６、１９、２６：溝
１７：偏波依存性解消手段
１８：出力スラブ導波路
２１：出力チャネル導波路
２２−１〜６４：出力ポート
２７、２７−１、２７−２：温度補償手段
３４：第１カプラ
３５−１、３５−２：チャネル導波路
３８：第２カプラ

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
以下、本発明を実施するための形態を図面に基いて説明する。図６は本実施形態のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０６の形態を示す。本形態の特徴は、アレイ導波路に挿入した偏波依存性解消手段によってトータルの偏波依存性を解消する構造にある。以下、図面に基づいて詳細に説明する。

図６に、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０６の概略図を示す。図６に示すように、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０６は、シリコン製の導波路基板１１上に石英系導波路で構成される。石英系導波路は、入力ポート１２に接続される少なくとも１本以上の入力チャネル導波路１３と、入力チャネル導波路１３に接続される入力スラブ導波路１４と、入力スラブ導波路１４に接続される複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路１５と、アレイ導波路１５に施される偏波依存性解消手段１７と、アレイ導波路１５に接続される出力スラブ導波路１８と、偏波依存性解消手段１７の入力スラブ導波路１４側のアレイ導波路１５に施される温度補償手段２７と、出力スラブ導波路１８に接続される少なくとも１本以上の出力チャネル導波路２１を備える。温度補償手段２７は、偏波依存性解消手段１７の入力スラブ導波路１４側のアレイ導波路１５ではなく、出力スラブ導波路１８側にあってもよい。

アレイ導波路回折格子型光合分波器１０６は、アレイ導波路１５を横切るように溝２６を２つ備える。溝２６の数は２つに限定されない。溝２６はアレイ導波路１５の最も光路長の短いチャネル導波路で溝幅が狭くなるよう、最も光路長の長いチャネル導波路で溝幅が広くなる形状である。溝２６には、温度補償手段２７が挿入される。温度補償手段２７は、アレイ導波路１５のチャネル導波路における光路長差の温度依存性を補償する。温度補償手段２７は、チャネル導波路とは異なる符号の屈折率の温度係数をもつ温度補償手段である。例えば、温度補償手段２７は、シリコン樹脂である。

アレイ導波路回折格子型光合分波器１０６は、アレイ導波路１５を斜めに横切るように溝１６を有する。この溝１６に偏波依存性解消手段１７を挿入する。偏波依存性解消手段１７は、導波路基板１１に垂直な電界であるＴＭモードと導波路基板１１に平行な電界であるＴＥモードとを相互に入れ換える偏波モード変換器であり、例えば、主軸を導波路基板１１に対して４５度傾けたポリイミド製半波長板である。半波長板を導波路基板に対して４５度傾けると、半波長板に入射した光のうちＴＭモードはＴＥモードに、ＴＥモードはＴＭモードに変換されて出射される。

偏波依存性解消手段１７は、図２のようにアレイ導波路１５のチャネル導波路に対して垂直に配置した場合、数式２で説明したようにアレイ導波路１５の導波路複屈折による偏波依存性を解消できる。一方、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０６では、温度補償手段２７がアレイ導波路１５の溝２６に挿入されており、アレイ導波路１５の長さが温度補償手段２７が挿入されている部分の長さだけ減少する。このため、偏波依存性解消手段１７の入力スラブ導波路１４側と出力スラブ導波路１８側とでチャネル導波路の長さが異なることになり、偏波依存性解消手段１７は偏波依存性を解消できなくなる。

そこで、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０６では、偏波依存性解消手段１７を溝１６によりアレイ導波路１５のチャネル導波路に対して斜めに配置している。アレイ導波路１５のチャネル導波路の間隔が略同程度であるため、偏波依存性解消手段１７は、偏波依存性解消手段１７の入力スラブ導波路１４側の偏波モード間の光路長差を偏波依存性解消手段１７の出力スラブ導波路１８側の偏波モード間の光路長差で補償することができる。

すなわち、偏波依存性解消手段１７はアレイ導波路１５のチャネル導波路に対する角度で、数式６で説明した非対称補正長ΔＬ”を調整することができる。偏波依存性解消手段１７の入力スラブ導波路１４側において偏波依存性解消手段１７が入力スラブ導波路１４から偏波依存性解消手段１７までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長をΔＬ”とした場合、偏波依存性解消手段１７の出力スラブ導波路１８側において偏波依存性解消手段１７が出力スラブ導波路１８から偏波依存性解消手段１７までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長は−ΔＬ”となり、偏波依存性解消手段１７が、ΔＬ”＝−ΔＬ’／２となるような角度で配置されることで、入力スラブ導波路１４から出力スラブ導波路１８までの各チャネルの偏波依存性を解消することができる。

以下、偏波依存性解消手段１７を斜めに配置して、入力スラブ導波路から出力スラブ導波路までの各チャネルの偏波依存性を解消することを「非対称補正」と記す。

具体例としてアレイ導波路の入力スラブ導波路側の１箇所に温度補償手段を形成するタイプのアレイ導波路回折格子型光合分波器を挙げる。このアレイ導波路回折格子型光合分波器はチャネル数４０、チャネル間隔０．８ｎｍでアレイ導波路の本数は２５０本であり、ΔＬは５０ｕｍで、ΔＬ’は１．２５ｕｍで、アレイ導波路１５のチャネル導波路間隔は２０ｕｍである。温度補償手段として導波路に溝を形成して溝の中にシリコン樹脂を充填しており、溝は４つに分割してアレイ導波路１５の１箇所に配置してある。このアレイ導波路回折格子型光合分波器において非対称補正の効果が得られる角度θは０度＞θ＞−３．６度である。また、非対称補正の効果が得られる角度θの最適値は−１．８度である。

従って、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０６は、温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減することができる。なお、偏波依存性解消手段１７を配置する近傍のアレイ導波路１５は直線であることまたは直線と近似できる程度曲率が低いことが好ましい。偏波依存性解消手段１７を配置するための設計が容易になり、非対称補正の効果の精度を高めることができる。

（実施形態２）
図７に、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０７の概略図を示す。アレイ導波路回折格子型光合分波器１０７と図６のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０６との違いは、温度補償手段２７がアレイ導波路１５ではなく、入力スラブ導波路１４に配置されていることである。温度補償手段２７は、入力スラブ導波路１４ではなく、出力スラブ導波路１８に配置されていてもよい。

アレイ導波路回折格子型光合分波器１０７は、入力スラブ導波路１４を横切るように溝２６を２つ備える。溝２６の数は２つに限定されない。溝２６は湾曲したアレイ導波路１５の内側方向で溝幅が狭くなり、外側方向で溝幅が広くなる形状である。図６のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０６と同様に、溝２６には温度補償手段２７が挿入される。

偏波依存性解消手段１７は、図５のようにアレイ導波路１５のチャネル導波路に対して垂直に配置した場合、数式７で説明したようにＡＷＧ透過中心波長差が残留する。図６のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０６で説明したように、偏波依存性解消手段１７のアレイ導波路１５のチャネル導波路に対する角度で、ΔＬ”を調整することができる。すなわち、ΔＬ”＝−Ａ×ΔＬ’／２（ここで、Ａ＝（ｎ_ＳＴＭ−ｎ_ＳＴＥ）／（ｎ_ＣＴＭ−ｎ_ＣＴＥ）である。）となるような角度で偏波依存性解消手段１７を配置することで入力スラブ導波路から出力スラブ導波路までの各チャネルのトータルの偏波依存性を解消することができる。

ここで、ｎ_ＣＴＭ−ｎ_ＣＴＥ＝０．０００２程度、ｎ_ＳＴＭ−ｎ_ＳＴＥ＝０．０００７程度であるため、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０７の場合、図６のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０６に比べて３．５倍程度の非対称補正が必要である。

従って、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０７は、温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減することができる。なお、偏波依存性解消手段１７を配置する近傍のアレイ導波路１５は直線であることまたは直線と近似できる程度曲率が低いことが好ましい。図６で説明したような効果を得られる。

（実施形態３）
図９に、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０９の概略図を示す。アレイ導波路回折格子型光合分波器１０９と図７のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０７との違いは、偏波依存性解消手段１７が斜めに配置されていないこと、アレイ導波路１５の中心に配置されていないことである。また、直線部分１５ａに屈折率の偏波依存性分布が有り、導波路間屈折率差に偏波依存性がある。具体的には、アレイ導波路１５の導波路長が短い方から長い方にかけてチャネル導波路の間隔が狭くなっている。例えば、アレイ導波路１５の本数は２５０本であり、アレイ導波路１５のチャネル導波路の最小間隔は１５ｕｍで、チャネル導波路の間隔変化率は０．１〜０．２％／本である。

アレイ導波路回折格子型光合分波器１０９においては、数式１０のＬ_Ｌｅｆｔ−Ｌ_{Ｒｉｇｈｔ}が３０００μｍ程度であることから、偏波依存性解消手段１７の位置を０＜（Ｌ_Ｌｅｆｔ−Ｌ_{Ｒｉｇｈｔ}）／２＜３０００μｍの範囲でずらすことで温度依存性と偏波依存性とを同時に低減でき、１５００μｍ程度ずらすことで無依存化することができる。アレイ導波路回折格子型光合分波器１０９では、偏波依存性解消手段１７の位置をアレイ導波路１５の中心から出力スラブ導波路１８側にずらして配置する。

アレイ導波路回折格子型光合分波器１０９のように、偏波依存性解消手段１７の挿入位置付近におけるアレイ導波路１５の直線部分１５ａに屈折率の偏波依存性分布が有り、導波路間屈折率差に偏波依存性がある場合、偏波依存性解消手段１７を斜めに配置しなくても、偏波依存性解消手段１７の位置をアレイ導波路１５の中心から入力スラブ導波路１４側又は出力スラブ導波路１８側へずらすことで図７のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０７と同様の効果が得られる。

アレイ導波路回折格子型光合分波器１０９は、温度補償手段２７が入力スラブ導波路１４に配置されているが、出力スラブ導波路１８や図６のアレイ導波路回折格子型光合分波器１０６のようにアレイ導波路１５に配置されていても、同様に温度依存性と偏波依存性とを同時に無依存化し、ＰＤＬの影響を低減することができる。また、アレイ導波路回折格子型光合分波器１０９のアレイ導波路１５には直線部分１５ａがあるが、直線部分１５ａがない場合でも偏波依存性解消手段１７の位置をアレイ導波路１５の中心から入力スラブ導波路１４側又は出力スラブ導波路１８側へずらすことでも同様の効果が得られる。

（実施形態４）
図１０に、マッハツェンダ型干渉計１１０の概略図を示す。マッハツェンダ型干渉計１１０は、導波路基板１１上に石英系導波路で構成される。石英系導波路は、少なくとも１本以上の入力チャネル導波路１３と、入力チャネル導波路１３に接続される第１カプラ３４と、第１カプラ３４に接続される２本のチャネル導波路（３５−１、３５−２）と、２本のチャネル導波路（３５−１、３５−２）に施される偏波依存性解消手段１７と、２本のチャネル導波路（３５−１、３５−２）に接続される第２カプラ３８と、２本のチャネル導波路（３５−１、３５−２）にそれぞれ施され、２本のチャネル導波路（３５−１、３５−２）における光路長差の温度依存性を補償する温度補償手段（２７−１、２７−２）と、第２カプラ３８に接続される少なくとも１本以上の出力チャネル導波路２１と、を備える。

第１カプラ３４及び第２カプラ３８は、例えば、方向性結合器や多モード干渉器である。温度補償手段（２７−１、２７−２）は、偏波依存性解消手段１７の第１カプラ３４側のチャネル導波路（３５−１、３５−２）ではなく、第２カプラ３８側にあってもよい。

図１０に記載されないが、温度補償手段（２７−１、２７−２）は、図６で説明したように導波路基板１１に形成された溝に挿入されていてもよい。温度補償手段（２７−１、２７−２）は、図６で説明したようにチャネル導波路とは異なる符号の屈折率の温度係数をもつ温度補償手段である。例えば、温度補償手段（２７−１、２７−２）は、シリコン樹脂である。

マッハツェンダ型干渉計１１０は、図６で説明したように、チャネル導波路（３５−１、３５−２）の双方を横切るように溝を備え、この溝に偏波依存性解消手段１７を挿入してもよい。

偏波依存性解消手段１７は、図１０のようにチャネル導波路（３５−１、３５−２）に対して垂直に配置した場合、ＡＷＧの例で説明した数式２のようにチャネル導波路（３５−１、３５−２）の導波路複屈折による偏波依存性を解消できる。しかし、マッハツェンダ型干渉計１１０では、温度補償手段（２７−１、２７−２）がそれぞれチャネル導波路（３５−１、３５−２）に挿入されており、チャネル導波路（３５−１、３５−２）の長さ（Ｌ１、Ｌ２）が温度補償手段（２７−１、２７−２）が挿入されている部分の長さ（Ｌ１’、Ｌ２’）だけ減少する。このため、偏波依存性解消手段１７の第１カプラ３４側と第２カプラ３８側とでチャネル導波路の長さがΔＬ’＝Ｌ１’−Ｌ２’分だけ異なることになる。ΔＬ’により数式１１で説明したようにＭＺＩ透過中心波長差が生ずるため、通常の偏波依存性解消手段では偏波依存性を解消できなくなる。

偏波依存性解消手段１７には、ＭＺＩ透過中心波長差を解消し、第１カプラ３４から第２カプラ３８までの各チャネルの偏波依存性を解消する機能が求められる。具体的には、図１１のマッハツェンダ型干渉計１１１のように、偏波依存性解消手段１７をチャネル導波路（３５−１、３５−２）に対して斜めに配置する。斜めに配置された偏波依存性解消手段１７は、偏波依存性解消手段１７の第１カプラ３４側の偏波モード間の光路長差を偏波依存性解消手段１７の第２カプラ３８側の偏波モード間の光路長差で補償することができる。

すなわち、偏波依存性解消手段１７はチャネル導波路（３５−１、３５−２）に対する角度で、数式１２で説明した非対称補正長ΔＬ”を調整することができる。偏波依存性解消手段１７の第１カプラ３４側において偏波依存性解消手段１７が第１カプラ３４から偏波依存性解消手段１７までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長をΔＬ”とした場合、偏波依存性解消手段１７の第２カプラ３８側において偏波依存性解消手段１７が第２カプラ３８から偏波依存性解消手段１７までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長は−ΔＬ”となり、偏波依存性解消手段１７が、ΔＬ”＝−ΔＬ’／２となるような角度で配置されることで、第１カプラ３４から第２カプラ３８までの各チャネルの偏波依存性を解消することができる。なお、光路長差の温度依存性を補償する温度補償手段（２７−１、２７−２）は、温度補償手段２７−２の長さがゼロとなる場合もある。この場合においてもＬ１’−Ｌ２’≠０となるので同様に温度補償効果が得られる。

以上、光合波器と光分波器を例として本発明のアレイ導波路回折格子型光合分波器の形態を説明したが、本発明のアレイ導波路回折格子は、複数の入力、複数の出力ポートを持つ光合分波器であって、入力ポートと出力ポート間で波長ルーティング機能を有する波長ルータにも適用できる。

さらに、本発明に用いるアレイ導波路回折格子は、シリコン基板上に形成されたものに限定されるものではなく、石英ガラス、セラミック、プラスチック、他の半導体基板上に形成することができる。また、導波路の材料も石英系ガラスだけでなく、他の成分のガラスやプラスチック、半導体などの光学材料で導波路を構成することができる。

Claims (3)

1. 導波路基板上に少なくとも１本以上の入力チャネル導波路と、
   前記入力チャネル導波路に接続される入力スラブ導波路と、
   前記入力スラブ導波路に接続される複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、
   前記アレイ導波路に施される偏波依存性解消手段と、
   前記アレイ導波路に接続される出力スラブ導波路と、
   前記入力スラブ導波路、前記出力スラブ導波路、前記偏波依存性解消手段に対し前記入力スラブ導波路側の前記アレイ導波路、又は前記偏波依存性解消手段に対し前記出力スラブ導波路側の前記アレイ導波路に施され、前記アレイ導波路の前記チャネル導波路における光路長差の温度依存性を補償する温度補償手段と、
   前記出力スラブ導波路に接続される少なくとも１本以上の出力チャネル導波路と、
   を備える導波路型光デバイスであって、
   前記偏波依存性解消手段は、
   前記偏波依存性解消手段の前記入力スラブ導波路側において前記偏波依存性解消手段が前記入力スラブ導波路から前記偏波依存性解消手段までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長をΔＬ”としたとき、
   前記偏波依存性解消手段の前記出力スラブ導波路側において前記偏波依存性解消手段が前記出力スラブ導波路から前記偏波依存性解消手段までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長は−ΔＬ”であり、
   前記温度補償手段が挿入された部分の長さのチャネル間差をΔＬ’、前記温度補償手段を配置する入力スラブ導波路、出力スラブ導波路又はアレイ導波路の複屈折について前記アレイ導波路の複屈折による除をＡとしたとき、
   ΔＬ”＝−Ａ×ΔＬ’／２
   を満たすように前記アレイ導波路の各チャネル導波路の光軸に対して所定の角度で設置され、
   前記入力スラブ導波路から前記出力スラブ導波路までの各チャネルのトータルの偏波依存性を解消することを特徴とする導波路型光デバイス。
2. 前記アレイ導波路のうち前記偏波依存性解消手段が配置される部分が直線であることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光デバイス。
3. 導波路基板上に少なくとも１本以上の入力チャネル導波路と、
   前記入力チャネル導波路に接続される第１カプラと、
   前記第１カプラに接続される２本のチャネル導波路と、
   前記２本のチャネル導波路に施される偏波依存性解消手段と、
   前記２本のチャネル導波路に接続される第２カプラと、
   前記偏波依存性解消手段に対し前記第１カプラ側の前記２本のチャネル導波路の少なくとも１つ、又は前記偏波依存性解消手段に対し前記第２カプラ側の前記２本のチャネル導波路の少なくとも１つに施され、前記２本のチャネル導波路における光路長差の温度依存性を補償する温度補償手段と、
   前記第２カプラに接続される少なくとも１本以上の出力チャネル導波路と、
   を備える導波路型光デバイスであって、
   前記偏波依存性解消手段は、
   前記偏波依存性解消手段の前記第１カプラ側において前記偏波依存性解消手段が前記第１カプラから前記偏波依存性解消手段までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長をΔＬ”としたとき、
   前記偏波依存性解消手段の前記第２カプラ側において前記偏波依存性解消手段が前記第２カプラから前記偏波依存性解消手段までの長さのチャネル間差を補正する非対称補正長は−ΔＬ”であり、
   前記温度補償手段が挿入された部分の長さのチャネル間差をΔＬ’としたとき、
   ΔＬ”＝−ΔＬ’／２
   を満たすように前記２本のチャネル導波路の光軸に対して所定の角度で設置され、
   前記第１カプラから前記第２カプラまでの各チャネルの偏波依存性を解消することを特徴とする導波路型光デバイス。

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