JP5798096B2 - アレイ導波路回折格子型ルータ - Google Patents
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近年の急速なインターネット普及に伴い、アクセスサービスシステムの大容量化、高度化、経済化が求められている中、それを実現する手段として受動光ネットワーク(Passive Optical Network:本明細書では「PON」と略称されることがある)の研究が進められている。PONとは、光ファイバ網の途中に分岐装置を挿入して、1本の光ファイバを複数の加入者宅に引き込むシステムのことであり、光受動素子による光合分波器を用いて、1個のセンタ装置及び伝送路の一部を複数ユーザで共有することにより経済化を図る光通信システムである。
しかし、AWG型波長合分波器のチャネル間隔はチャネル導波路の経路長差に依存し、1.3μm帯で広間隔であれば、1.5μm帯でも広間隔となり(図30(a))、1.5μm帯で狭間隔であれば、1.3μm帯でも狭間隔となった(図30(b))。そのため、例えば、1.3μm帯では広間隔、1.5μm帯では狭間隔のように、異なる波長帯であってかつ異なるチャネル間隔を持つ光信号を一つのAWG型波長合分波器で合分波することは、これまでの技術では実現不可能であった。
前述のAWG型波長合分波器を異なる波長帯で用いると、屈折率の波長依存性により、チャネル間隔がずれる。例えば、チャネル間隔100GHzのL帯用AWG型波長合分波器は、L帯では、透過波長が周波数間隔100GHzの周波数グリッドに乗るが、例えば図32に示すように、異なる波長帯では周波数グリッドからずれる。そのため、システムで使用する波長帯に合わせ、複数のAWG型波長合分波器を準備する必要があった。
図1は本発明の第1実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。図1に示すように、本実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータ411は、基板401上に形成された、第1のスラブ導波路101と、第2のスラブ導波路102と、第1のスラブ導波路101及び第2のスラブ導波路102を接続し、それぞれ所定の経路長差ΔL1で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第1のチャネル導波路群111と、第1のスラブ導波路101に接続された第1のスラブ入出力導波路121と、第2のスラブ導波路102に接続された第2のスラブ入出力導波路122とからなる第1のAWG型波長合分波器301、第3のスラブ導波路201と、第4のスラブ導波路202と、第3のスラブ導波路201及び第4のスラブ導波路202を接続し、それぞれ所定の経路長差ΔL2で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第2のチャネル導波路群211と、第3のスラブ導波路201に接続された第3のスラブ入出力導波路221と、第4のスラブ導波路202に接続された第4のスラブ入出力導波路222とからなる第2のAWG型波長合分波器302、第1のスラブ入出力導波路121と第3のスラブ入出力導波路221のうちのM(Mは2以上の整数)本の導波路とが交差し形成された第1の多チャネル交差導波路群311、第2のスラブ入出力導波路122と第4のスラブ入出力導波路222のうちのN(Nは2以上の整数)本の導波路とが交差し形成された第2の多チャネル交差導波路群312、第1の多チャネル交差導波路群311から基板端面に取り出される入出力導波路321、並びに、第2の多チャネル交差導波路群312から基板端面に取り出される入出力導波路322とからなる。
第1実施形態において、単一の導波路中を伝搬する光のモードフィールド径をWとしたとき、光フィルタへの入射光のモードフィールド径もWであった。しかし、光フィルタ中での回折を抑制し、損失を抑制するには、モードフィールドを適切に設定する必要がある(例えば、非特許文献2のFig.1を参照)。
第2実施形態において、モードフィールドを変換する手段を設け、モードフィールド径を拡大する構成とした。ここで、挿入点間の距離を近くすると回路サイズが縮小できる反面、モードフィールド径が大きいと隣接する挿入点の導波路へのクロストークが増すため、挿入点間の距離を適切に設定する必要がある。そこで、本実施形態では、多チャネル交差導波路群の挿入点間の距離を、モードフィールド径より広くする構成とした。
第1〜第3実施形態において、多チャネル交差導波路群の挿入点における交差角度を90度に設定した。光フィルタへの入射角と反射角が等しいとした時、入射角と反射角はそれぞれ交差角度の半分の45度であった。交差角度が大きいと、多チャネル交差導波路群のサイズと交差損失とを小さくすることができる。一方、交差角度が小さいと、多チャネル交差導波路群のサイズが大きくなり、交差損失も増えやすくなる反面、良好な光フィルタの特性が得やすくなり、歩留まりが向上する。そこで、本実施形態では、交差角度を適切に設定することで、交差損失の増加を抑制しつつ、光フィルタへの入射角を小さくすることとした。
図13は本発明の第5実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。本実施形態では、第1の多チャネル交差導波路群311のM個の挿入点と、第2の多チャネル交差導波路群312のN個の挿入点を一直線上に配置した。このような構成にすることにより、1つの溝351を形成するだけで、第1の多チャネル交差導波路群311と第2の多チャネル交差導波路群312とに光フィルタ331、332を埋め込むことができ、生産性が向上する。
第2実施形態では、光フィルタの挿入点近傍のモードフィールドを変換したことで、光フィルタで生じる過剰損失を抑え、アレイ導波路回折格子型ルータの損失を低減した。これと同様に、交差点近傍において、モードフィールドを変換する手段を設け、モードフィールド径を適切に設定することで、交差導波路の交差損失を低減することができる。また、交差導波路を伝搬する光信号の高次モードや放射モードが所望の導波路以外に結合することを避けることができ、クロストークを改善することができる。
図15は本発明の第7実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第1実施形態の構成と似ているが、多チャネル交差導波路群に接続されたモニター導波路361〜364、及び、モニター導波路365〜368を有する点で異なる。これらモニター導波路は、アレイ導波路回折格子型ルータの光学特性の検査を容易にする効果や、不要な光を放出し、アレイ導波路回折格子型ルータの特性劣化を防ぐ効果などがある。
図17は本発明の第8実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。本実施形態では、第1の多チャネル交差導波路群311のM個の挿入点を結ぶ線上に第1のマーカ581が形成され、第2の多チャネル交差導波路群312のN個の挿入点を結ぶ線上に第2のマーカ591が形成されている。これらマーカを用いることにより、精度良く溝の位置を形成することができる。
図18は本発明の第9実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第1〜第8の実施形態ではM=Nとしたが、本実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータはM=2、N=8とした。
図19は本発明の第10実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第1〜第9の実施形態では、第1のスラブ入出力導波路121と第3のスラブ入出力導波路221と入出力導波路321との本数をMに等しくし、第2のスラブ入出力導波路122と第4のスラブ入出力導波路222と入出力導波路322との本数をNに等しくしたが、本実施形態のように異なっていても良い。
図20は本発明の第11実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第1〜第10の実施形態では、第1のAWG型波長合分波器301と第2のAWG型波長合分波器302との波長帯及びチャネル間隔が大きく異なっていたが、波長帯やチャネル間隔が近くても本発明は有用である。例えば、C帯用AWG型波長合分波器をL帯で使用すると周波数グリッドからのずれが生じる。そこで、第1のAWG型波長合分波器301をC帯設計とし、第2のAWG型波長合分波器302をL帯設計とし、本発明を適用することにより、C帯とL帯が共に周波数グリッドに合うアレイ導波路回折格子型ルータを実現することができる。
図22は本発明の第12実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第1〜第11の実施形態では、多チャネル交差導波路群の挿入点を結ぶ線上に光フィルタが1つ配設されていたが、本実施形態のように、複数の光フィルタが配設されていても良い。
図23は本発明の第13実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。図23に示すように、本実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータ411は、基板401上に形成された、第1のスラブ導波路101、第2のスラブ導波路102、第1のスラブ導波路101と第2のスラブ導波路102とを接続し、それぞれ所定の経路長差ΔL1で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第1のチャネル導波路群111、第1のスラブ導波路101に接続された第1のスラブ入出力導波路121、及び第2のスラブ導波路102に接続された第2のスラブ入出力導波路122からなる第1のアレイ導波路回折格子(AWG)型波長合分波器301と、第3のスラブ導波路201、第4のスラブ導波路202、第3のスラブ導波路201と第4のスラブ導波路202とを接続し、それぞれ所定の経路長差ΔL2で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第2のチャネル導波路群211、第3のスラブ導波路201に接続された第3のスラブ入出力導波路221、及び第4のスラブ導波路202に接続された第4のスラブ入出力導波路222からなる第2のAWG型波長合分波器302と、第1のスラブ入出力導波路121と第3のスラブ入出力導波路221のうちのM(Mは2以上の整数)本の導波路とが交差し形成された第1の多チャネル交差導波路群311と、第1の多チャネル交差導波路群311から基板端面に取り出される入出力導波路321と、第2のスラブ入出力導波路122から基板端面に取り出される入出力導波路323と、第4のスラブ入出力導波路222から基板端面に取り出される入出力導波路322とからなる。
図24は本発明の第14実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。
図27は本発明の第15実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。図27に示すように、本実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータ411は、第1のAWG型波長合分波器301、第2のAWG型波長合分波器302、第1のスラブ入出力導波路121と第3のスラブ入出力導波路221のうちのM(Mは2以上の整数)本の導波路とが交差し形成された第1の多チャネル交差導波路群311、第1の多チャネル交差導波路群311から基板端面に取り出される入出力導波路321、及び第2のスラブ入出力導波路122と第4のスラブ入出力導波路222から基板端面に取り出される入出力導波路322からなる。
図28は本発明の第16実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。
なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本発明に含まれるものである。
102 第2のスラブ導波路
111 第1のチャネル導波路群
121 第1のスラブ入出力導波路
122 第2のスラブ入出力導波路
201 第3のスラブ導波路
202 第4のスラブ導波路
211 第2のチャネル導波路群
221 第3のスラブ入出力導波路
222 第4のスラブ入出力導波路
301 第1のアレイ導波路回折格子
302 第2のアレイ導波路回折格子
311 第1の多チャネル交差導波路群
312 第2の多チャネル交差導波路群
313 交差導波路
321〜323 入出力導波路
331〜334 光フィルタ
341,342 スリット
351,352 溝
361〜392 モニター導波路
401 基板
411 アレイ導波路回折格子型ルータ
501〜504 挿入点
509 挿入点を結ぶ線
511〜526 交差点
531〜550 テーパ導波路
561〜568 幅wpの導波路
571〜578 幅wqの導波路
581〜583 第1のマーカ
591,592 第2のマーカ
601〜603 光ファイバ
611 第1のファイバブロック
612 第2のファイバブロック
613 第3のファイバブロック
901 入力側スラブ導波路
902 出力側スラブ導波路
911 アレイ導波路
921 入力導波路
922 出力導波路
931〜938 1.3/1.5μm分離光フィルタ
941〜956 光ファイバ
961〜964 ファイバブロック
971 1.5μm帯用のAWG型波長合分波器
981 1.3μm帯用のAWG型波長合分波器
Claims (15)
- 基板上に形成され、
第1のスラブ導波路と、第2のスラブ導波路と、前記第1のスラブ導波路及び前記第2のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔL1で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第1のチャネル導波路群と、前記第1のスラブ導波路に接続された第1のスラブ入出力導波路と、前記第2のスラブ導波路に接続された第2のスラブ入出力導波路とから構成された第1のアレイ導波路回折格子(AWG)型波長合分波器、
第3のスラブ導波路と、第4のスラブ導波路と、前記第3のスラブ導波路及び前記第4のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔL2で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第2のチャネル導波路群と、前記第3のスラブ導波路に接続された第3のスラブ入出力導波路と、前記第4のスラブ導波路に接続された第4のスラブ入出力導波路とから構成された第2のAWG型波長合分波器、
前記第1のスラブ入出力導波路からのM(Mは2以上の整数)本の導波路と、前記第3のスラブ入出力導波路からのM本の導波路とが交差し形成された第1の多チャネル交差導波路群、
前記第2のスラブ入出力導波路からのN(Nは2以上の整数)本の導波路と、前記第4のスラブ入出力導波路からのN本の導波路とが交差し形成された第2の多チャネル交差導波路群、
前記第1の多チャネル交差導波路群から前記基板の端面に取り出される第1の入出力導波路、並びに、
前記第2の多チャネル交差導波路群から前記基板の端面に取り出される第2の入出力導波路、
から構成されたアレイ導波路回折格子型ルータであって、
前記第1の多チャネル交差導波路群は、前記第1のスラブ入出力導波路と前記第3のスラブ入出力導波路とが交差し形成された第m(m=1,2,...,M)の挿入点と、少なくともM・(M−1)/2個の交差点を有し、M個の前記挿入点を結ぶ線上に1つ又は複数の光フィルタが配設され、
前記第2の多チャネル交差導波路群は、前記第2のスラブ入出力導波路と前記第4のスラブ入出力導波路とが交差し形成された第n(n=1,2,...,N)の挿入点と、少なくともN・(N−1)/2個の交差点を有し、N個の前記挿入点を結ぶ線上に1つ又は複数の光フィルタが配設されたことを特徴とするアレイ導波路回折格子型ルータ。 - 前記第1の多チャネル交差導波路群の第mの挿入点近傍における前記第1のスラブ入出力導波路と前記第3のスラブ入出力導波路と前記第1の入出力導波路とのモードフィールド径をW1 m とすると、前記第1の多チャネル交差導波路群の第mの挿入点近傍における前記第1のスラブ入出力導波路と前記第3のスラブ入出力導波路と前記第1の入出力導波路とのモードフィールド径が、WからW1mに変換され、
前記第2の多チャネル交差導波路群の第nの挿入点近傍における前記第2のスラブ入出力導波路と前記第4のスラブ入出力導波路と前記第2の入出力導波路とのモードフィールド径をW2 n とすると、前記第2の多チャネル交差導波路群の第nの挿入点近傍における前記第2のスラブ入出力導波路と前記第4のスラブ入出力導波路と前記第2の入出力導波路とのモードフィールド径が、WからW2nに変換されることを特徴とする請求項1に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。 - 前記第1の多チャネル交差導波路群の第m´(m´=1,2,...,M−1)の挿入点と第m´+1の挿入点との間の距離は、(W1m´+W1m´+1)/2より大きく、
前記第2の多チャネル交差導波路群の第n´(n´=1,2,...,N−1)の挿入点と第n´+1の挿入点との間の距離は、(W2n´+W2n´+1)/2より大きいことを特徴とする請求項2に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。 - 前記第1の多チャネル交差導波路群の第mの挿入点近傍における前記第1のスラブ入出力導波路と前記第3のスラブ入出力導波路とが交差する角度をθ1mとし、前記第2の多チャネル交差導波路群の挿入点近傍における前記第2のスラブ入出力導波路と前記第4のスラブ入出力導波路とが交差する角度をθ2nとしたとき、θ1mとθ2nとは、ともに30度以上であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
- 前記第1の多チャネル交差導波路群のM個の挿入点と、前記第2の多チャネル交差導波路群のN個の挿入点とは、一直線上にあることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
- 前記第1の多チャネル交差導波路群のM・(M−1)/2個の交差点近傍において、導波路のモードフィールド径が変換され、
前記第2の多チャネル交差導波路群のN・(N−1)/2個の交差点近傍において、導波路のモードフィールド径が変換されることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。 - 前記第1の多チャネル交差導波路群のM個の挿入点に、それぞれ前記基板の端面に取り出されるモニター導波路が接続され、
前記第2の多チャネル交差導波路群のN個の挿入点に、それぞれ前記基板の端面に取り出されるモニター導波路が接続されたことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。 - 前記第1のAWG型波長合分波器は、C帯設計であり、
前記第2のAWG型波長合分波器は、L帯設計であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。 - 基板上に形成され、
第1のスラブ導波路と、第2のスラブ導波路と、前記第1のスラブ導波路及び前記第2のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔL1で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第1のチャネル導波路群と、前記第1のスラブ導波路に接続された第1のスラブ入出力導波路と、前記第2のスラブ導波路に接続された第2のスラブ入出力導波路とから構成された第1のアレイ導波路回折格子(AWG)型波長合分波器、
第3のスラブ導波路と、第4のスラブ導波路と、前記第3のスラブ導波路及び前記第4のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔL2で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第2のチャネル導波路群と、前記第3のスラブ導波路に接続された第3のスラブ入出力導波路と、前記第4のスラブ導波路に接続された第4のスラブ入出力導波路とから構成された第2のAWG型波長合分波器、
前記第1のスラブ入出力導波路からのM(Mは2以上の整数)本の導波路と、前記第3のスラブ入出力導波路からのM本の導波路とが交差し形成された第1の多チャネル交差導波路群、
前記第1の多チャネル交差導波路群から前記基板の端面に取り出される第1の入出力導波路、並びに、
前記第2のスラブ入出力導波路及び前記第4のスラブ入出力導波路から前記基板の端面に取り出される第2の入出力導波路、
から構成されたアレイ導波路回折格子型ルータであって、
前記第1の多チャネル交差導波路群は、前記第1のスラブ入出力導波路と前記第3のスラブ入出力導波路とが交差し形成された第m(m=1,2,...,M)の挿入点と、少なくともM・(M−1)/2個の交差点を有し、M個の前記挿入点を結ぶ線上に1つ又は複数の光フィルタが配設されたことを特徴とするアレイ導波路回折格子型ルータ。 - 前記第1の多チャネル交差導波路群の第mの挿入点近傍における前記第1のスラブ入出力導波路と前記第3のスラブ入出力導波路と前記第1の入出力導波路とのモードフィールド径をW1 m とすると、前記第1の多チャネル交差導波路群の第mの挿入点近傍における前記第1のスラブ入出力導波路と前記第3のスラブ入出力導波路と前記第1の入出力導波路とのモードフィールド径が、WからW1mに変換されることを特徴とする請求項9に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
- 前記第1の多チャネル交差導波路群の第m´(m´=1,2,...,M−1)の挿入点と第m´+1の挿入点との間の距離は、(W1m´+W1m´+1)/2より大きいことを特徴とする請求項10に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
- 前記第1の多チャネル交差導波路群の第mの挿入点近傍における前記第1のスラブ入出力導波路と前記第3のスラブ入出力導波路とが交差する角度をθ1mとしたとき、θ1mは、30度以上であることを特徴とする請求項9乃至11の何れか1項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
- 前記第1の多チャネル交差導波路群のM・(M−1)/2個の交差点近傍において、導波路のモードフィールド径が変換されることを特徴とする請求項9乃至12の何れか1項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
- 前記第2のスラブ入出力導波路と前記第4のスラブ入出力導波路とが交差し、該交差点近傍において導波路のモードフィールド径が変換されることを特徴とする請求項9乃至13の何れか1項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
- 前記第1の多チャネル交差導波路群のM個の挿入点に、それぞれ前記基板の端面に取り出されるモニター導波路が接続されたことを特徴とする請求項9乃至14の何れか1項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
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