JPH05157920A - 導波路回折格子 - Google Patents
導波路回折格子Info
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- JPH05157920A JPH05157920A JP31927791A JP31927791A JPH05157920A JP H05157920 A JPH05157920 A JP H05157920A JP 31927791 A JP31927791 A JP 31927791A JP 31927791 A JP31927791 A JP 31927791A JP H05157920 A JPH05157920 A JP H05157920A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 この発明は、偏波依存性を改良したアレー導
波路回折格子に関するものである。 【構成】 複屈折率Ｂを有し光路長Ｌｉのチャンネル導
波路２１〜２ｉからなるアレー導波路２上に、上記複屈
折率ＢをＢ’に変化させる応力付与部が装荷されてなる
導波路格子であって、この応力付与部がチャンネル導波
路を覆う部分の長さがｌｉである場合において、応力付
与部が Ｂ（Ｌｉ＋１−Ｌｉ）＝（Ｂ−Ｂ’）（ｌｉ＋１−ｌ
ｉ） を満足する形状である。 【効果】 導波路回折格子の複屈折性の除去と偏波依存
性の改良とを、少労力、低コストで実現できる。
波路回折格子に関するものである。 【構成】 複屈折率Ｂを有し光路長Ｌｉのチャンネル導
波路２１〜２ｉからなるアレー導波路２上に、上記複屈
折率ＢをＢ’に変化させる応力付与部が装荷されてなる
導波路格子であって、この応力付与部がチャンネル導波
路を覆う部分の長さがｌｉである場合において、応力付
与部が Ｂ（Ｌｉ＋１−Ｌｉ）＝（Ｂ−Ｂ’）（ｌｉ＋１−ｌ
ｉ） を満足する形状である。 【効果】 導波路回折格子の複屈折性の除去と偏波依存
性の改良とを、少労力、低コストで実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、偏波依存性を改良した
アレー導波路回折格子に関するものである。
アレー導波路回折格子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信の分野においては、複数の信号を
別々の波長の光に載せ、１本の光ファイバで伝送し、通
信容量を拡大する方法（波長分割多重伝送方式）が検討
されている。この方式においては、異なる波長の光を合
波あるいは分波する光合分波器が重要な役割を果たして
いるが、なかでもアレー導波路回折格子を用いた光合分
波器は狭い波長間隔で通信容量の多重数を大きくするこ
とができ有望視されている。
別々の波長の光に載せ、１本の光ファイバで伝送し、通
信容量を拡大する方法（波長分割多重伝送方式）が検討
されている。この方式においては、異なる波長の光を合
波あるいは分波する光合分波器が重要な役割を果たして
いるが、なかでもアレー導波路回折格子を用いた光合分
波器は狭い波長間隔で通信容量の多重数を大きくするこ
とができ有望視されている。
【０００３】また、近年、波長分割多重伝送システムに
おいて、多重度を増やし伝送量を飛躍的に増大させよう
とする試みがなされている。その実現には、波長間隔が
１ナノメートル程度、あるいはそれ以下の複数の信号光
を合波・分波できる合分波器が必要である。しかしなが
ら、従来の回折格子を用いた光合分波器では、利用でき
る回折次数に制限があり十分な分散が得られないことか
ら、波長間隔を１ナノメートル以下にすることができな
かった。
おいて、多重度を増やし伝送量を飛躍的に増大させよう
とする試みがなされている。その実現には、波長間隔が
１ナノメートル程度、あるいはそれ以下の複数の信号光
を合波・分波できる合分波器が必要である。しかしなが
ら、従来の回折格子を用いた光合分波器では、利用でき
る回折次数に制限があり十分な分散が得られないことか
ら、波長間隔を１ナノメートル以下にすることができな
かった。
【０００４】上記の問題を解決する有力な方法として、
アレー導波路型回折格子を用いる方法が知られている。
（'Arrayed-waveguide grating for wavelength divisi
on multi/demultiplexer with nanometer resolution';
Electronics Letters, vol.26, pp.87-88,1990. およ
び特願平１−６５５８８号を参照。）
アレー導波路型回折格子を用いる方法が知られている。
（'Arrayed-waveguide grating for wavelength divisi
on multi/demultiplexer with nanometer resolution';
Electronics Letters, vol.26, pp.87-88,1990. およ
び特願平１−６５５８８号を参照。）
【０００５】図５はアレー導波路２を用いた従来の光合
分波器１の構成を示す概略図である。この光合分波器１
は基板３上に形成されたものであって、入力導波路４
と、入力側および出力側スラブ導波路５１，５２と、ア
レー導波路２と、出力導波路６とから構成されるもので
ある。波長多重光は、入力導波路４から光合分波器１内
へ導入され、この入力導波路４に続く入力側スラブ導波
路５１において回折効果により広げられた後、さらに入
力側スラブ導波路５１に続くアレー導波路２に導入され
る。このアレー導波路２内に導入された光は、アレー導
波路２を構成する複数個のチャンネル導波路２１…内に
伝搬され、アレー導波路２に接続された出力側スラブ導
波路５２に導入される。ここでアレー導波路２内に導入
された光は、各チャンネル導波路２１…の長さが異なる
ために、個々の光束は位相がずれる。そのため、出力側
スラブ導波路５２の端部で集光される位置は波長により
異なり、波長毎に異なった位置で出力導波路６から信号
光が取り出されることとなる。
分波器１の構成を示す概略図である。この光合分波器１
は基板３上に形成されたものであって、入力導波路４
と、入力側および出力側スラブ導波路５１，５２と、ア
レー導波路２と、出力導波路６とから構成されるもので
ある。波長多重光は、入力導波路４から光合分波器１内
へ導入され、この入力導波路４に続く入力側スラブ導波
路５１において回折効果により広げられた後、さらに入
力側スラブ導波路５１に続くアレー導波路２に導入され
る。このアレー導波路２内に導入された光は、アレー導
波路２を構成する複数個のチャンネル導波路２１…内に
伝搬され、アレー導波路２に接続された出力側スラブ導
波路５２に導入される。ここでアレー導波路２内に導入
された光は、各チャンネル導波路２１…の長さが異なる
ために、個々の光束は位相がずれる。そのため、出力側
スラブ導波路５２の端部で集光される位置は波長により
異なり、波長毎に異なった位置で出力導波路６から信号
光が取り出されることとなる。
【０００６】ここで、アレー導波路回折格子２において
は、
は、
【０００７】
【数２】
【０００８】なる式が満足される。（２）式において、
ｎsはスラブ導波路５における実効屈折率、ｎcはアレー
導波路２を構成するチャンネル導波路２１…の実効屈折
率、ｄは出力側スラブ導波路５２との接続部分における
アレー導波路２の導波路間隔の周期（ピッチ）、θは出
力側スラブ導波路５２内における回折光の回折角、ΔＬ
はアレー導波路２を構成するチャンネル導波路２１…間
の光路長差、ｍ（整数）は回折次数、λは波長を、それ
ぞれ表わす。中心波長λ0付近では、回折次数ｍは、
ｎsはスラブ導波路５における実効屈折率、ｎcはアレー
導波路２を構成するチャンネル導波路２１…の実効屈折
率、ｄは出力側スラブ導波路５２との接続部分における
アレー導波路２の導波路間隔の周期（ピッチ）、θは出
力側スラブ導波路５２内における回折光の回折角、ΔＬ
はアレー導波路２を構成するチャンネル導波路２１…間
の光路長差、ｍ（整数）は回折次数、λは波長を、それ
ぞれ表わす。中心波長λ0付近では、回折次数ｍは、
【０００９】
【数３】
【００１０】となる。また、この時ｓｉｎθ≒θ、ｃｏ
ｓθ≒１が成立する範囲においては、（１）式より、分
散は、
ｓθ≒１が成立する範囲においては、（１）式より、分
散は、
【００１１】
【数４】
【００１２】で与えられる。アレー導波路型回折格子に
おいては、分散は光路長差ΔＬに比例する。従って、Δ
Ｌを大きく取ることにより従来の回折格子とは比較なら
ないほど大きな分散を得ることができる特徴がある。
おいては、分散は光路長差ΔＬに比例する。従って、Δ
Ｌを大きく取ることにより従来の回折格子とは比較なら
ないほど大きな分散を得ることができる特徴がある。
【００１３】しかも、すべての光導波路回路を一括して
３インチ程度の基板上に作製できるので、レンズや回折
格子を組み立てて作製するバルク型と比較して、量産
性、特性の安定性、低価格などの点でも有利である。こ
のようにアレー導波路型回折格子は、波長間隔の狭い波
長分割多重伝送用光合分波器を作製する上で、従来の他
の回折格子よりも優れた特徴を有している。
３インチ程度の基板上に作製できるので、レンズや回折
格子を組み立てて作製するバルク型と比較して、量産
性、特性の安定性、低価格などの点でも有利である。こ
のようにアレー導波路型回折格子は、波長間隔の狭い波
長分割多重伝送用光合分波器を作製する上で、従来の他
の回折格子よりも優れた特徴を有している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記光合分
波器１は偏波依存性を持つという欠点があった。これ
は、アレー導波路２を構成するチャンネル導波路２１…
が複屈折性を有することに起因する。すなわち上記
（２）式において、水平偏波（ＴＥ）光に対するチャン
ネル導波路２１…の実効屈折率ｎTEと、垂直偏波（Ｔ
Ｍ）光に対する実効屈折率ｎTMとが異なるため、ＴＥ光
とＴＭ光とで中心波長λ0が一致しないのである。例え
ば、火炎堆積法により作製した石英系導波路の場合、複
屈折値Ｂ＝ｎTM−ｎTE＝４×１０-4である。このとき
（２）式より中心波長のずれは約０．４ｎｍである。波
長間隔１ｎｍで多重された光を分波するのに、０．４ｎ
ｍの波長ずれは大き過ぎる。チャンネル導波路２１…の
複屈折性は、用いる材料および作製方法に依存してい
る。異方性結晶の場合には当然、複屈折性を有するが、
本来等方性であるはずのガラス系の導波路においても複
屈折性を有することがある。例えば、火炎堆積法でシリ
コン基板上に作製した石英系導波路の場合、シリコンと
石英ガラスの熱膨張係数の値が１桁も異なることが複屈
折性の原因となっている。
波器１は偏波依存性を持つという欠点があった。これ
は、アレー導波路２を構成するチャンネル導波路２１…
が複屈折性を有することに起因する。すなわち上記
（２）式において、水平偏波（ＴＥ）光に対するチャン
ネル導波路２１…の実効屈折率ｎTEと、垂直偏波（Ｔ
Ｍ）光に対する実効屈折率ｎTMとが異なるため、ＴＥ光
とＴＭ光とで中心波長λ0が一致しないのである。例え
ば、火炎堆積法により作製した石英系導波路の場合、複
屈折値Ｂ＝ｎTM−ｎTE＝４×１０-4である。このとき
（２）式より中心波長のずれは約０．４ｎｍである。波
長間隔１ｎｍで多重された光を分波するのに、０．４ｎ
ｍの波長ずれは大き過ぎる。チャンネル導波路２１…の
複屈折性は、用いる材料および作製方法に依存してい
る。異方性結晶の場合には当然、複屈折性を有するが、
本来等方性であるはずのガラス系の導波路においても複
屈折性を有することがある。例えば、火炎堆積法でシリ
コン基板上に作製した石英系導波路の場合、シリコンと
石英ガラスの熱膨張係数の値が１桁も異なることが複屈
折性の原因となっている。
【００１５】一方、導波路の複屈折値を制御する方法と
しては、導波路上にアモルファスシリコンなどの残留応
力を有する膜を装荷する方法が知られている。（IEEE J
OURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL.8,
No.6, PP.1128-1131, AUG.1990）アモルファスシリコ
ン膜が導波路に及ぼす応力により導波路の複屈折値が変
化する。図６（ａ）は、残留応力を有する膜を装荷した
導波路の一例を示した図である。この導波路は、シリコ
ン基板７の上にクラッディングガラス８に囲まれた導波
路コア９が作製されてなるものであって、クラッディン
グガラス８上には、スパッタ法で作製された幅Ｗのアモ
ルファスシリコン膜１０が積層されてなるものである。
図６（ｂ）は、図（ａ）の構成の導波路における複屈折
値Ｂと幅Ｗとの関係を示したものであって、応力付与膜
の厚さが６μｍの時の複屈折率の変化を示すグラフであ
る。（IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICAT
IONS. VOL.8, No.6, PP.1128-1131, AUG.1990参照）
しては、導波路上にアモルファスシリコンなどの残留応
力を有する膜を装荷する方法が知られている。（IEEE J
OURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL.8,
No.6, PP.1128-1131, AUG.1990）アモルファスシリコ
ン膜が導波路に及ぼす応力により導波路の複屈折値が変
化する。図６（ａ）は、残留応力を有する膜を装荷した
導波路の一例を示した図である。この導波路は、シリコ
ン基板７の上にクラッディングガラス８に囲まれた導波
路コア９が作製されてなるものであって、クラッディン
グガラス８上には、スパッタ法で作製された幅Ｗのアモ
ルファスシリコン膜１０が積層されてなるものである。
図６（ｂ）は、図（ａ）の構成の導波路における複屈折
値Ｂと幅Ｗとの関係を示したものであって、応力付与膜
の厚さが６μｍの時の複屈折率の変化を示すグラフであ
る。（IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICAT
IONS. VOL.8, No.6, PP.1128-1131, AUG.1990参照）
【００１６】このものでは、アモルファスシリコン膜１
０の幅Ｗを変えることによって複屈折値Ｂを変化させる
ことはできるが、０にはできない。すなわちこの方法を
アレー導波路回折格子に適用し、アレー導波路２を構成
する複数のチャンネル導波路２１…に沿うようにアモル
ファスシリコン膜を装荷しただけでは、偏波依存性を解
消することはできない。本発明は上記従来技術に鑑みて
成されたものであり、アレー導波路回折格子に
０の幅Ｗを変えることによって複屈折値Ｂを変化させる
ことはできるが、０にはできない。すなわちこの方法を
アレー導波路回折格子に適用し、アレー導波路２を構成
する複数のチャンネル導波路２１…に沿うようにアモル
ファスシリコン膜を装荷しただけでは、偏波依存性を解
消することはできない。本発明は上記従来技術に鑑みて
成されたものであり、アレー導波路回折格子に
【００１７】おける偏波依存性の解消を課題とし、より
実用的な波長分割多重伝送用の光合分波器を実現するこ
とを目的とする。
実用的な波長分割多重伝送用の光合分波器を実現するこ
とを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の導波路回折格子
は、基板上に作製され、複屈折値Ｂを有し光路長がＬｉ
（ｉ＝１，２，３，…）の複数のチャンネル導波路から
なるアレー導波路回折格子上に、該チャンネル導波路の
複屈折値をＢ’に変化させる応力付与部が少なくとも１
個以上装荷されてなる導波路格子であって、該応力付与
部が該チャンネル導波路を覆う部分の長さがｌｉ（ｉ＝
１，２，３，…）である場合において、該応力付与部が
は、基板上に作製され、複屈折値Ｂを有し光路長がＬｉ
（ｉ＝１，２，３，…）の複数のチャンネル導波路から
なるアレー導波路回折格子上に、該チャンネル導波路の
複屈折値をＢ’に変化させる応力付与部が少なくとも１
個以上装荷されてなる導波路格子であって、該応力付与
部が該チャンネル導波路を覆う部分の長さがｌｉ（ｉ＝
１，２，３，…）である場合において、該応力付与部が
【００１９】
【数５】
【００２０】を満足する形状であることを解決手段とし
た。
た。
【００２１】
【作用】本発明においては、残留応力を有し導波路の複
屈折値を変化させる膜（以下、応力付与膜と呼ぶ。）
を、導波路上の少なくとも一部分に装荷することによっ
て、偏波依存性を解消する。本発明の特徴は、チャンネ
ル導波路において応力付与膜が装荷された部分と装荷さ
れていない部分とで生じる複屈折値の差を利用して総合
的に偏波依存性を解消するものである。よってチャンネ
ル導波路の複屈折を除去する必要がなく、入力光の偏光
状態に依存しない導波路回折格子を簡便に作製できるこ
とにある。
屈折値を変化させる膜（以下、応力付与膜と呼ぶ。）
を、導波路上の少なくとも一部分に装荷することによっ
て、偏波依存性を解消する。本発明の特徴は、チャンネ
ル導波路において応力付与膜が装荷された部分と装荷さ
れていない部分とで生じる複屈折値の差を利用して総合
的に偏波依存性を解消するものである。よってチャンネ
ル導波路の複屈折を除去する必要がなく、入力光の偏光
状態に依存しない導波路回折格子を簡便に作製できるこ
とにある。
【００２２】図１は本発明を詳細に説明するための図で
あり、応力付与膜１１が装荷された付近のアレー導波路
２のチャンネル導波路２i…を示したものである。アレ
ー導波路２を構成するチャンネル導波路２i（ｉ＝１，
２，３，…）の長さはそれぞれＬiであり、それらの差
は一定であって、ΔＬ＝Ｌi+1−Ｌi である。また応力
付与膜１１が装荷されいていない部分の導波路の実効屈
折率は、ＴＥ光とＴＭ光に対してそれぞれ、ｎTE、ｎTM
である。また応力付与膜１１が装荷されいている部分の
長さはｌi（ｉ＝１，２，３，…）であって、その実効
屈折率はそれぞれ、ｎ’TE、ｎ’TMである。
あり、応力付与膜１１が装荷された付近のアレー導波路
２のチャンネル導波路２i…を示したものである。アレ
ー導波路２を構成するチャンネル導波路２i（ｉ＝１，
２，３，…）の長さはそれぞれＬiであり、それらの差
は一定であって、ΔＬ＝Ｌi+1−Ｌi である。また応力
付与膜１１が装荷されいていない部分の導波路の実効屈
折率は、ＴＥ光とＴＭ光に対してそれぞれ、ｎTE、ｎTM
である。また応力付与膜１１が装荷されいている部分の
長さはｌi（ｉ＝１，２，３，…）であって、その実効
屈折率はそれぞれ、ｎ’TE、ｎ’TMである。
【００２３】ＴＥ光に対する隣接するチャンネル導波路
２i…間の実効光路長差は、
２i…間の実効光路長差は、
【００２４】
【数６】
【００２５】であって、また同様にＴＭ光に対する場合
は、
は、
【００２６】
【数７】
【００２７】である。したがってＴＥ光の実効光路長と
ＴＭ光の実効光路長差の差は（６）式−（５）式より
ＴＭ光の実効光路長差の差は（６）式−（５）式より
【００２８】
【数８】
【００２９】となる。ただし（７）式において、Ｂ＝ｎ
TM−ｎTE、Ｂ’＝ｎ’TM−ｎ’TEとする。
TM−ｎTE、Ｂ’＝ｎ’TM−ｎ’TEとする。
【００３０】（７）式の値が０となるように応力付与膜
１１が装荷される部分の長さｌiを設定すれば、ＴＥ光
との間の実効光路長差の差がなくなり、中心波長のずれ
はなくなり、すなわち偏波依存性を解消することができ
る。
１１が装荷される部分の長さｌiを設定すれば、ＴＥ光
との間の実効光路長差の差がなくなり、中心波長のずれ
はなくなり、すなわち偏波依存性を解消することができ
る。
【００３１】
（実施例１）図２に本発明の第１の実施例として、アレ
ー導波路回折格子を用いた波長分割多重光合分波器の構
成を示した。この波長分割多重光合分波器は、シリコン
基板１上に、入力導波路４、入力側スラブ導波路５１、
アレー導波路回折格子２、応力付与膜１１、出力側スラ
ブ導波路５２、出力導波路６が順次配置されてなるもの
である。応力付与膜１１はアモルファスシリコン膜から
なり、導波路は火炎堆積法により作製された石英系導波
路からなる。導波路コアは７μｍ×７μｍ、比屈折率差
は０．７５％とした。アレー導波路回折格子２の光路長
差は１２２．９３μｍ、ピッチは２５μｍ、焦点距離
（扇型スラブ導波路の半径）は７７６６μｍとし、出力
導波路６の間隔は２５μｍとした。これらの設計値は波
長多重間隔１ｎｍの光を合分波できる様に設計した。
ー導波路回折格子を用いた波長分割多重光合分波器の構
成を示した。この波長分割多重光合分波器は、シリコン
基板１上に、入力導波路４、入力側スラブ導波路５１、
アレー導波路回折格子２、応力付与膜１１、出力側スラ
ブ導波路５２、出力導波路６が順次配置されてなるもの
である。応力付与膜１１はアモルファスシリコン膜から
なり、導波路は火炎堆積法により作製された石英系導波
路からなる。導波路コアは７μｍ×７μｍ、比屈折率差
は０．７５％とした。アレー導波路回折格子２の光路長
差は１２２．９３μｍ、ピッチは２５μｍ、焦点距離
（扇型スラブ導波路の半径）は７７６６μｍとし、出力
導波路６の間隔は２５μｍとした。これらの設計値は波
長多重間隔１ｎｍの光を合分波できる様に設計した。
【００３２】本発明の導波路回折格子においては、光通
信網からの信号光は入力導波路４に接続された光ファイ
バ（図示省略）を介して本発明の合分波器に入る。信号
光は入力側スラブ導波路５１内では回折により広げら
れ、アレー導波路回折格子２を構成する複数のチャンネ
ル導波路２i…に入射される。アレー導波路回折格子２
を通った信号光は、出力導波路６の端部で収束する。そ
の位置はアレー導波路回折格子２の分散作用により波長
毎に異なり、多重された信号光は別々の出力導波路６か
ら取り出される。
信網からの信号光は入力導波路４に接続された光ファイ
バ（図示省略）を介して本発明の合分波器に入る。信号
光は入力側スラブ導波路５１内では回折により広げら
れ、アレー導波路回折格子２を構成する複数のチャンネ
ル導波路２i…に入射される。アレー導波路回折格子２
を通った信号光は、出力導波路６の端部で収束する。そ
の位置はアレー導波路回折格子２の分散作用により波長
毎に異なり、多重された信号光は別々の出力導波路６か
ら取り出される。
【００３３】応力付与膜１１による偏波依存性解消法を
説明するにあたり、まず応力付与膜１１が装荷されてい
ない場合（Ｗ＝０に相当）について述べる。この時、チ
ャンネル導波路２iの実効屈折率ｎcはＴＥ光に対しては
ｎTE＝１．４５００、ＴＭ光に対してはｎTM＝１．４５
０４であり、その差である複屈折値はＢ＝４×１０-4で
ある。（２）式よりＴＥ光の中心波長は１．５５００μ
ｍで、ＴＭ光では１．５００４μｍであり、０．４ｎｍ
のずれが生じている。
説明するにあたり、まず応力付与膜１１が装荷されてい
ない場合（Ｗ＝０に相当）について述べる。この時、チ
ャンネル導波路２iの実効屈折率ｎcはＴＥ光に対しては
ｎTE＝１．４５００、ＴＭ光に対してはｎTM＝１．４５
０４であり、その差である複屈折値はＢ＝４×１０-4で
ある。（２）式よりＴＥ光の中心波長は１．５５００μ
ｍで、ＴＭ光では１．５００４μｍであり、０．４ｎｍ
のずれが生じている。
【００３４】図３（ａ）は波長１．５５μｍの無偏光の
ＬＥＤ光を、図５に示した従来の導波路回折格子の入力
導波路４から入射し、回折角０度の出力導波路６、すな
わち中央の出力導波路６から出射される光の損失の波長
特性をスペクトラムアナライザーを用いて測定した結果
を示すグラフである。入力光のパワーがＴＥ成分とＴＭ
成分とに二分されるため中心波長が０．４ｎｍずれ、し
かも３ｄＢの過剰な損失を生じており、波長間隔１ｎｍ
の光合分波器としては問題がある。
ＬＥＤ光を、図５に示した従来の導波路回折格子の入力
導波路４から入射し、回折角０度の出力導波路６、すな
わち中央の出力導波路６から出射される光の損失の波長
特性をスペクトラムアナライザーを用いて測定した結果
を示すグラフである。入力光のパワーがＴＥ成分とＴＭ
成分とに二分されるため中心波長が０．４ｎｍずれ、し
かも３ｄＢの過剰な損失を生じており、波長間隔１ｎｍ
の光合分波器としては問題がある。
【００３５】次に、応力付与膜１１を装荷した本発明の
導波路回折格子を用いた場合を考える。応力付与膜１１
はアモルファスシリコンからなり、その形状は、図１に
示したようにチャンネル導波路２iを覆う部分の長さが
図面下方に行くに従い、３２７．８μｍずつ増える様な
三角形とした。すなわちｌi+1−ｌi＝３２７．８μｍと
した。このとき導波路を覆う応力付与膜１１の幅Ｗは無
限大と見なせるので、図６（ｂ）のグラフより、複屈折
値はＢ’＝２．５×１０-4となる。これらの値を（７）
式に代入すると、
導波路回折格子を用いた場合を考える。応力付与膜１１
はアモルファスシリコンからなり、その形状は、図１に
示したようにチャンネル導波路２iを覆う部分の長さが
図面下方に行くに従い、３２７．８μｍずつ増える様な
三角形とした。すなわちｌi+1−ｌi＝３２７．８μｍと
した。このとき導波路を覆う応力付与膜１１の幅Ｗは無
限大と見なせるので、図６（ｂ）のグラフより、複屈折
値はＢ’＝２．５×１０-4となる。これらの値を（７）
式に代入すると、
【００３６】 ＢΔＬ＋（Ｂ’−Ｂ）（ｌi+1−ｌi） ＝４×10-4×122.93×10-6＋（2.5×10-4−４×10-4）×327.8×10-6＝０
【００３７】となることから明らかなように、ＴＥ光と
ＴＭ光の光路長差が等しくなり、偏波依存性が解消され
る。図３（ｂ）はこの時の損失を、図３（ａ）と同様の
条件で測定したグラフである。このグラフのピークは１
つであり、かつ過剰な損失もなくなり、偏波依存性が解
消されたことが確認できた。
ＴＭ光の光路長差が等しくなり、偏波依存性が解消され
る。図３（ｂ）はこの時の損失を、図３（ａ）と同様の
条件で測定したグラフである。このグラフのピークは１
つであり、かつ過剰な損失もなくなり、偏波依存性が解
消されたことが確認できた。
【００３８】（実施例２）図４は本発明の第２の実施例
を示したものである。図４に示したものが図２に示した
ものと異なる点は、アレー導波路回折格子２にアモルフ
ァスシリコン薄膜製の応力付与膜１１を複数個装荷した
点である。この例にあっては応力付与膜１１…となるア
モルファスシリコン膜をトリミングすることにより、歩
留まりを向上できる。図４の例にあっては、アレー導波
路２上には３つのアモルファスシリコン応力付与膜１
１，１２，１３が装荷されている。トリミング前の応力
付与膜１２，１３は、いずれも長方形であり、チャンネ
ル導波路２i…を覆う長さはどの導波路においても等し
いので、トリミング実施前は偏波依存性解消には無関係
である。中央部の応力付与膜１１はその形状が第１の実
施例と同様に設計されていて、第１の実施例の応力付与
膜１１と同等の効果により偏波依存性をほぼ解消でき
る。しかしながら、一般に導波路の複屈折値および応力
付与膜１１による複屈折値変化量には製造ばらつきがあ
るため、応力付与膜１１だけでは偏波依存性を正確には
解消できないことも有り得る。そこで入力導波路４およ
び出力導波路６に光ファイバを接続し波長特性の測定を
行いながら、図３（ｂ）の特性が得られるまでスラブ導
波路５に隣接した２つの応力付与膜１２，１３を徐々に
トリミングする。図４中の破線部は応力付与膜１２，１
３のそれぞれトリミングされた部分を表わしている。ト
リミング形状は図に示したような三角形であり、３つの
応力付与膜１１，１２，１３を合わせて（７）式の値が
厳密に０になるように（ｌi+1−ｌi）が調整されてい
る。本トリミング方法の主旨からすれば、応力付与膜１
１は必ずしも３個である必要はなく、適宜その数を選択
することができるが、トリミングのやり直しや光回路の
対称性を考慮し、予備も含めて３個程度が妥当である。
なお、測定しながらトリミングすることを考えると、ト
リミングにはＹＡＧレーザなどを用いるのが最適である
が、もちろんドライエッチング，ウエットエッチング等
でトリミングしたのちに測定するという作業を繰り返し
てもよい。
を示したものである。図４に示したものが図２に示した
ものと異なる点は、アレー導波路回折格子２にアモルフ
ァスシリコン薄膜製の応力付与膜１１を複数個装荷した
点である。この例にあっては応力付与膜１１…となるア
モルファスシリコン膜をトリミングすることにより、歩
留まりを向上できる。図４の例にあっては、アレー導波
路２上には３つのアモルファスシリコン応力付与膜１
１，１２，１３が装荷されている。トリミング前の応力
付与膜１２，１３は、いずれも長方形であり、チャンネ
ル導波路２i…を覆う長さはどの導波路においても等し
いので、トリミング実施前は偏波依存性解消には無関係
である。中央部の応力付与膜１１はその形状が第１の実
施例と同様に設計されていて、第１の実施例の応力付与
膜１１と同等の効果により偏波依存性をほぼ解消でき
る。しかしながら、一般に導波路の複屈折値および応力
付与膜１１による複屈折値変化量には製造ばらつきがあ
るため、応力付与膜１１だけでは偏波依存性を正確には
解消できないことも有り得る。そこで入力導波路４およ
び出力導波路６に光ファイバを接続し波長特性の測定を
行いながら、図３（ｂ）の特性が得られるまでスラブ導
波路５に隣接した２つの応力付与膜１２，１３を徐々に
トリミングする。図４中の破線部は応力付与膜１２，１
３のそれぞれトリミングされた部分を表わしている。ト
リミング形状は図に示したような三角形であり、３つの
応力付与膜１１，１２，１３を合わせて（７）式の値が
厳密に０になるように（ｌi+1−ｌi）が調整されてい
る。本トリミング方法の主旨からすれば、応力付与膜１
１は必ずしも３個である必要はなく、適宜その数を選択
することができるが、トリミングのやり直しや光回路の
対称性を考慮し、予備も含めて３個程度が妥当である。
なお、測定しながらトリミングすることを考えると、ト
リミングにはＹＡＧレーザなどを用いるのが最適である
が、もちろんドライエッチング，ウエットエッチング等
でトリミングしたのちに測定するという作業を繰り返し
てもよい。
【００３９】なお、第１および第２の両実施例におい
て、応力付与膜１１を装荷することにより導波路の複屈
折値が変化すると同時に導波路の実効屈折率も変化す
る。この効果により中心波長がずれるが、これを補償す
るには、波長ずれを見込んでアレー導波路２の光路長差
ΔＬを設定する、入力あるいは出力導波路を波長ずれに
相当する分だけずらして配置する、など設計段階で対処
できる。また、ガラスの屈折率が温度に依存することを
用いて、導波路全体の温度を調節し中心波長を合わせる
ことも可能である。
て、応力付与膜１１を装荷することにより導波路の複屈
折値が変化すると同時に導波路の実効屈折率も変化す
る。この効果により中心波長がずれるが、これを補償す
るには、波長ずれを見込んでアレー導波路２の光路長差
ΔＬを設定する、入力あるいは出力導波路を波長ずれに
相当する分だけずらして配置する、など設計段階で対処
できる。また、ガラスの屈折率が温度に依存することを
用いて、導波路全体の温度を調節し中心波長を合わせる
ことも可能である。
【００４０】また、上記第１および第２の実施例では導
波路には火炎堆積法で作製した石英系導波路を用いてい
るが、本発明はこの材料系に限定されるものではなく、
ニオブ酸リチウム等の結晶導波路、ＰＭＭＡなどの有機
材料系の導波路など、任意の導波路材料に適用できるこ
とは明らかである。またさらに、応力付与膜１１にはア
モルファスシリコン膜を用いているが本発明はこれに限
定されるものではなく、導波路に応力を付与した複屈折
値を変化させることのできる膜であれば、どの様な材料
や作製方法の膜でも適用可能である。
波路には火炎堆積法で作製した石英系導波路を用いてい
るが、本発明はこの材料系に限定されるものではなく、
ニオブ酸リチウム等の結晶導波路、ＰＭＭＡなどの有機
材料系の導波路など、任意の導波路材料に適用できるこ
とは明らかである。またさらに、応力付与膜１１にはア
モルファスシリコン膜を用いているが本発明はこれに限
定されるものではなく、導波路に応力を付与した複屈折
値を変化させることのできる膜であれば、どの様な材料
や作製方法の膜でも適用可能である。
【００４１】
【発明の効果】通常、干渉を用いた導波路型光デバイス
においては、導波路の複屈折性が偏波依存性の原因とな
る。従来、複屈折性の除去には多大の労力を必要とし、
生産性の低下や高価格の要因となり、実用に適する偏波
依存性の無い光デバイスを実現することは困難であっ
た。
においては、導波路の複屈折性が偏波依存性の原因とな
る。従来、複屈折性の除去には多大の労力を必要とし、
生産性の低下や高価格の要因となり、実用に適する偏波
依存性の無い光デバイスを実現することは困難であっ
た。
【００４２】以上説明したように、本発明の導波路回折
格子は、チャンネル導波路の複屈折性を除去するのでは
なく、複屈折値の微妙な変化を巧みに用いて、アレー導
波路回折格子の偏波依存性を総合的に解消するものであ
る。しかも、その作製工程は従来の手順で作製された導
波路上にアモルファスシリコン膜等の応力付与膜をスパ
ッタ法で装荷するだけであり、少労力、低コストで実現
が可能である。
格子は、チャンネル導波路の複屈折性を除去するのでは
なく、複屈折値の微妙な変化を巧みに用いて、アレー導
波路回折格子の偏波依存性を総合的に解消するものであ
る。しかも、その作製工程は従来の手順で作製された導
波路上にアモルファスシリコン膜等の応力付与膜をスパ
ッタ法で装荷するだけであり、少労力、低コストで実現
が可能である。
【００４３】本発明の導波路回折格子によれば、偏波無
依存の光合分波器が大量生産に適した導波路型で、しか
も狭波長間隔のものが実用化可能となる。これによって
波長間隔が１ナノメートル以下の高密度波長分割多重伝
送システムの実現が可能となり、光通信システムの大容
量化において計り知れないほど大きな効果が期待され
る。
依存の光合分波器が大量生産に適した導波路型で、しか
も狭波長間隔のものが実用化可能となる。これによって
波長間隔が１ナノメートル以下の高密度波長分割多重伝
送システムの実現が可能となり、光通信システムの大容
量化において計り知れないほど大きな効果が期待され
る。
【図１】本発明の導波路回折格子の要部拡大図である。
【図２】本発明の導波路回折格子の一実施例を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図３】（ａ）は従来の導波路回折格子の中心波長附近
の損失の波長特性を示すグラフ、（ｂ）は本発明の導波
路回折格子の中心波長附近の損失の波長特性を示すグラ
フである。
の損失の波長特性を示すグラフ、（ｂ）は本発明の導波
路回折格子の中心波長附近の損失の波長特性を示すグラ
フである。
【図４】本発明の導波路回折格子の他の実施例を示す概
略構成図である。
略構成図である。
【図５】従来の導波路回折格子の一例を示した概略構成
図である。
図である。
【図６】（ａ）は従来の応力付与膜の概略構成図であ
り、（ｂ）は（ａ）に示した応力付与膜により発生する
チャンネル導波路の複屈折値の変化を示すグラフであ
る。
り、（ｂ）は（ａ）に示した応力付与膜により発生する
チャンネル導波路の複屈折値の変化を示すグラフであ
る。
２ アレー導波路 ２１ チャンネル導波路 ３ 基板 １１ 応力付与膜 １２ 応力付与膜 １３ 応力付与膜
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に作製され、複屈折値Ｂを有し光
路長がＬｉ（ｉ＝１，２，３，…）の複数のチャンネル
導波路からなるアレー導波路回折格子上に、該チャンネ
ル導波路の複屈折値をＢ’に変化させる応力付与部が少
なくとも１個以上装荷されてなる導波路格子であって、
該応力付与部が該チャンネル導波路を覆う部分の長さが
ｌｉ（ｉ＝１，２，３，…）である場合において、該応
力付与部が 【数１】 を満足する形状であることを特徴とする導波路回折格
子。 - 【請求項２】 応力付与部がトリミング可能な膜である
ことを特徴とする請求項１記載の導波路回折格子。 - 【請求項３】 チャンネル導波路が石英系導波路であ
り、応力付与部がアモルファスシリコンであることを特
徴とする請求項１または請求項２記載の導波路回折格
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31927791A JP3266632B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 導波路回折格子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31927791A JP3266632B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 導波路回折格子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157920A true JPH05157920A (ja) | 1993-06-25 |
| JP3266632B2 JP3266632B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=18108412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31927791A Expired - Lifetime JP3266632B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 導波路回折格子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3266632B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0762163A1 (en) * | 1995-08-29 | 1997-03-12 | AT&T Corp. | Waveguide grating router with polarisation compensation |
| US6222956B1 (en) | 1998-05-29 | 2001-04-24 | Hitachi Cable Ltd. | Optical wavelength multiplexer/demultiplexer |
| WO2003036345A1 (fr) * | 2001-10-19 | 2003-05-01 | Ntt Electronics Corporation | Multiplexeur optique / filtre de derivation du type a reseau de diffraction selectif planaire |
| US6847772B2 (en) | 2002-02-14 | 2005-01-25 | Fujitsu Limited | Planar optical waveguide device |
| CN110031466A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-19 | 山东大学 | 一种基于阵列波导光栅结构的接触型线性浓度传感器及其流体检测方法 |
-
1991
- 1991-12-03 JP JP31927791A patent/JP3266632B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0762163A1 (en) * | 1995-08-29 | 1997-03-12 | AT&T Corp. | Waveguide grating router with polarisation compensation |
| US6222956B1 (en) | 1998-05-29 | 2001-04-24 | Hitachi Cable Ltd. | Optical wavelength multiplexer/demultiplexer |
| WO2003036345A1 (fr) * | 2001-10-19 | 2003-05-01 | Ntt Electronics Corporation | Multiplexeur optique / filtre de derivation du type a reseau de diffraction selectif planaire |
| US6904204B2 (en) | 2001-10-19 | 2005-06-07 | Ntt Electronics Corporation | Array waveguide diffraction grating type optical multiplexer/demultiplexer |
| US6847772B2 (en) | 2002-02-14 | 2005-01-25 | Fujitsu Limited | Planar optical waveguide device |
| CN110031466A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-19 | 山东大学 | 一种基于阵列波导光栅结构的接触型线性浓度传感器及其流体检测方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3266632B2 (ja) | 2002-03-18 |
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