JPH1152149A - アレイ導波路格子素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な波長特性を得る光通信，光交換，光情
報処理等に用いられるアレイ導波路格子素子を提供する
ことを課題とする。 【解決手段】 入出力導波路１１を接続したスラブ導波
路１２，１４をアレイ導波路１３の両端に有した光導波
路回路において、導波路１４の一部に高次モードを除去
する高次モードフィルター１６を挿入した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光交換、
光情報処理等に用いられる、アレイ導波路格子素子に関
し、良好な波長特性を得るために工夫したものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術の高度化に伴い、大容量の通
信を実現するために、波長多重（ＷＤＭ）化された信号
を用いることが重要となってきている。こうした中、多
重化された光の中から、必要とする波長を任意に抽出し
たり（バンドパスフィルター）、必要な波長の信号のみ
分離したり、また逆に必要な波長の光を追加したり（波
長合分波）、波長に応じて出射経路を変更することが出
来る（波長ルーター）機能を持つ素子はＷＤＭシステム
の中では非常に重要な役割を果たす。

【０００３】波長多重通信システムにおいては、非常に
多数の波長信号が非常に狭い周波数間隔（２００Ｇ〜５
０ＧＨｚ間隔）で密に詰め込まれることが想定されてい
る。このため、必要な波長の信号のみを有効に取り出す
ためには、これらのＷＤＭ用素子の波長特性には厳しい
条件が課せられる。すなわち、隣接する周波数の信号が
混信しないようにフィルター特性は急峻であることが必
要であり、また、多数のチャンネルから混入し蓄積され
るノイズ成分を生じないために、必要とする透過波長以
外は、透過率が非常に小さくなることすなわち、非常に
高い消光比を有することが必要である。

【０００４】こうした中、アレイ導波路格子素子はフィ
ルター特性が急峻であり、比較的高い消光比を有し、規
則的な周期性を持つ、また、多入力・多出力ポートの構
成であるので、容易に波長合分波器や波長ルーターを構
成できるなど、優れた特性を有しているため、ＷＤＭ用
集積部品の基本要素として期待されている。

【０００５】アレイ導波路格子は適切な設計を行えば、
高い消光比が得られることが予測される非常に有望な素
子であるが、実際に素子を試作した場合、設計で想定さ
れるほど高い消光比が得られず、実用化を図るために
は、消光比などの素子の波長特性の改善が求められてい
る。素子の消光比を劣化させる原因の一つは導波路の位
相誤差である。位相誤差は導波路の幅や厚みや屈折率が
設計値からわずかに変化することにより生じ、導波路の
素材やエッチング方法等の導波路の形成方法により決定
されるため、その改善は容易ではない。

【０００６】一方、もう一つの原因として、導波路の接
続等により生じる、高次モードならびに放射モード等に
より消光比が劣化する場合がある。

【０００７】図８はアレイ導波路格子の透過光強度の波
長特性の一例であるが、図中の矢印で示した部分に不必
要なピークを生じていることがわかる。これらのクロス
トークノイズの原因は解明することが容易ではないが、
我々の検討の結果導波路の接続部で生じる高次モード成
分によるクロストークに起因していることが明らかとな
ってきている。従来のアレイ導波路格子の概略を図７に
示す。同図に示すように、アレイ導波路格子は、入力導
波路０１、入力側の第１のスラブ導波路０２、アレイ導
波路０３、出力側の第２のスラブ導波路０４、出力導波
路０５から構成されているが、非常に多くの導波路接続
部を有している。

【０００８】そこで、それぞれの導波路をシングルモー
ドで形成することが良好な素子特性を得るためには望ま
しい。しかしながら、素子作製及び素子特性上の様々な
要因によって、全ての領域の導波路をシングルモードで
構成することが不可能な場合が少なくない。このため、
それぞれの導波路の接続部等で導波路の高次モードが励
振された場合、先程の図８で示したようなピークを生じ
ることとなり、素子特性に重大な影響を及ぼすこととな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、以
上の従来素子の問題点を解決し、波長多重広帯域通信
（ＷＤＭ）において利用されるアレイ格子素子の波長特
性を改善し良好な特性の素子を安定して安価に製造する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために、本発明による［請求項１］のアレイ導波路格
子では、入出力導波路を接続したスラブ導波路をアレイ
導波路の両端に有した光導波路回路において、導波路の
一部に高次モードを除去するフィルターを挿入したこと
を特徴とする。また、［請求項２］のアレイ導波路格子
素子では、請求項１の素子において、マルチモード干渉
を利用して高次モードを除去するフィルターを形成した
ことを特徴とする。また、［請求項３］のアレイ導波路
格子素子では、請求項２の素子において、導波路ならび
に高次モードフィルターをハイメサ導波路で形成したこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、導波路の入出力端もしく
はアレイ導波路部分に高次モードフィルターを配置する
ことによって、導波路の接続部で生じた導波路の高次モ
ードを除去し、アレイ導波路格子素子の波長特性を改善
することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１３】本発明による高次モードフィルターを有す
るアレイ導波路格子を用いることにより必要とされる高
い消光比を持つ波長特性を有するバンドパスフィルター
／波長合分波器／波長ルーター等を顕著な挿入損失の増
加なしに、簡易な構成で作製することが出来る。

【００１４】図１は本発明の、アレイ導波路格子素子の
実施の形態である。同図に示すように、本実施の形態の
アレイ導波路格子素子１０は、少なくとも１本以上の入
力導波路１１、第一のスラブ導波路（領域）１２、アレ
イ導波路格子１３、第２のスラブ導波路（領域）１４と
そのスラブ導波路（領域）１４の終端部に接続された少
なくとも１本以上の出力導波路１５から構成されてお
り、入力導波路１１、出力導波路１５、アレイ導波路格
子１３のいずれか、もしくはその全てに導波路の高次モ
ードを除去する高次モードフィルター１６を挿入したも
のである。

【００１５】ここで、図２を用いて本発明の動作原理お
よび効果の説明を行う。前述したように、アレイ導波路
格子１３はその構造、構成方法などのために必ずしも全
導波路領域でシングルモードとすることができないこと
が少なくない。このため、アレイ導波路格子素子では多
数ある導波路の接続箇所等において、導波路間のモード
のミスマッチによって高次モードを励振しやすくなる。
たとえば、アレイ導波路格子１３と光ファイバーとの接
続箇所やスラブ導波路１２，１４とアレイ導波路格子１
３との接続箇所、直線導波路と曲導波路との接続部な
ど、さまざまな原因によって、導波路の高次モードが生
じる。

【００１６】これらの高次モードは比較的強度が弱いた
め、その影響については従来の素子においては通常無視
することができる。しかしながら、アレイ導波路格子素
子１０は高い消光比が必要であるためこれらの高次モー
ドの影響については無視することができない。ここで発
生した高次モードは、図８中に示したように、通常とは
異なるポートに出力してしまうため、消光比を劣化させ
る原因となる。

【００１７】ここで、発生する高次モードを除去するこ
とができれば、高次モードに起因する漏れ光による消光
比の劣化を抑えることができ、高い消光比を得ることが
できる。

【００１８】導波路の高次モードを除去する方法として
は例えば図３の様なマルチモード干渉型のフィルターで
構成することができる。

【００１９】一方、本発明で取り上げるもう一つの技
術、高次モードフィルターに関して図３を用いて説明を
行う。図３に示す高次モードフィルター２１は、入出力
導波路２２とそれより幅の広いマルチモード干渉領域２
３からなっており、幅の広いマルチモード干渉領域２３
におけるモード間の干渉現象により、マルチモード干渉
領域の幅（Ｗｃ）と長さ（Ｌ）に依って出力特性のきま
る素子である。

【００２０】適切な干渉領域幅と干渉領域長を選べば、
入力導波路の基本モードに対する挿入損失は小さく保っ
たままで、高次モードに対する挿入損失を大きくできる
構造となっている。なお、このマルチモード干渉フィル
ター２１は構成する導波路２２の一部の導波路幅を拡大
しただけの非常に簡易な構造で、非常に容易に形成する
事ができる。

【００２１】図４はその透過特性の一例であるが、横軸
にマルチモード干渉領域長（Ｌ）、縦軸に導波路の各伝
搬モードの挿入損失（ｄＢ）を示している。図に示すよ
うに適切なマルチモード干渉領域長を選べば基本モード
に対しては挿入損失の増加は非常に軽微であり、高次モ
ードに対しては非常に高いフィルター特性を示してい
る。

【００２２】高次モード除去フィルターを導入した場合
の波長特性を図５に示す。マルチモード干渉フィルター
は構成する導波路の一部の導波路幅を拡大しただけの非
常に簡易な構造であり、幅が広い領域におけるモード間
の干渉現象によりマルチモード干渉領域の幅と長さによ
って、出力特性がきまる。

【００２３】導波路構造としては、図６（Ａ）及び
（Ｂ）に示したように埋め込み導波路やハイメサ導波路
など様々な構造の導波路で形成することが可能である。
本発明においては以上の高次モードを除去する構造を入
出力導波路もしくはアレイ導波路のいずれか、もしくは
その両方に挿入することにより、単に導波路の高次モー
ドを除去する働きを有するだけでなく、アレイ導波路格
子の波長特性を改善させる事ができる。

【００２４】以上図１に示した、本実施の形態において
は、簡単のため入力導波路および出力導波路の本数を１
本としているが、少なくとも１本以上の任意の本数とし
て良い。

【００２５】また、本実施の形態においては、材料系に
依存しないため、特に言及しなかったが、ＩｎＰ系、Ｓ
ｉＯ₂ 系をはじめとして、光導波路とすることが出来る
全ての材料系に適用することが可能である。

【００２６】

【発明の効果】前述のように本発明のアレイ導波路格子
素子においては、導波路の一部に高次モードフィルター
を挿入するという簡易な構成で、高い消光比を有するア
レイ導波路格子素子を容易に作成することができ、大容
量ＷＤＭシステム等で必要とされる、波長依存性を利用
する様々なアプリケーションにおける基本素子として非
常に重要な働きをさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のアレイ導波路格子素子の
概略図である。

【図２】本発明の実施の形態のアレイ導波路格子素子の
動作原理と効果を説明する図である。

【図３】マルチモード干渉による高次モードフィルター
の一例を示す図である。

【図４】図３の高次モードフィルターの特性を説明する
ための図である。

【図５】本発明のアレイ導波路格子素子の波長特性を示
した図である。

【図６】マルチモード干渉による高次モードフィルター
の一例を示す図である。

【図７】従来のアレイ導波路格子素子の図である。

【図８】従来のアレイ導波路格子素子の波長特性を示し
た図である。

【符号の説明】

１０ アレイ導波路格子素子 １１ 入力導波路 １２ 第一のスラブ導波路（領域） １３ アレイ導波路格子 １４ 第２のスラブ導波路（領域） １５ 出力導波路 １６高次モードフィルター

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入出力導波路を接続したスラブ導波路を
   アレイ導波路の両端に有した光導波路回路において、 導波路の一部に高次モードを除去するフィルターを挿入
   したことを特徴とするアレイ導波路格子素子。
2. 【請求項２】 請求項１のアレイ導波路格子素子におい
   て、 マルチモード干渉を利用して高次モードを除去するフィ
   ルターを形成したことを特徴とするアレイ導波路格子素
   子。
3. 【請求項３】 請求項２のアレイ導波路格子素子におい
   て、 導波路ならびに高次モードフィルターをハイメサ導波路
   で形成したことを特徴とするアレイ導波路格子素子。