JPWO2003083534A1 - アレイ導波路型波長分波器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信に適用されるアレイ導波路型波長分波器に関する。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分離を行う波長分波器であって、アレイ導波路による回折格子型の波長分波器およびその製造方法に関する。
背景技術
波長分割多重伝送システムに適用する光受信機では、多くの異なる波長の光信号を分波する波長分波器が必要不可欠である。波長分波器としては量産性、安定性の点からアレイ導波路型波長分波器が多く使われている。アレイ導波路型波長分波器の従来構成について、図31を参照して説明する。図31は従来例によるアレイ導波路型波長分波器の概略構成図である。図31において、導波路基板11に入力ポート82と出力ポート88が設けられ、入力ポート82から入力導波路83、入力スラブ導波路84、アレイ導波路85、出力スラブ導波路86、出力チャネル導波路87、出力ポート88へと順次接続されている。入力導波路83、アレイ導波路85及び出力チャネル導波路87の各導波路はシングルモード型導波路で構成されている。
アレイ導波路85を構成する複数のチャネル導波路は隣のチャネル導波路どうしで光路長が一定値だけ異なるように配置されている。入力導波路83と入力スラブ導波路84との接続部、アレイ導波路85と入力スラブ導波路84との接続部は互いに向き合った円弧上に配置され、同様に出力チャネル導波路87と出力スラブ導波路86との接続部、アレイ導波路85と出力スラブ導波路86との接続部も互いに向き合った円弧上に配置されている。アレイ導波路85の光路長差による光信号の位相遅延差が波長によって異なることを利用し、各波長に応じ、光信号を異なる出力チャネル導波路87に分波することができる。その結果、アレイ導波路型波長分波器は波長分波機能を有することとなる。
従来、アレイ導波路型波長分波器は合波器の機能も併用していたため、出力チャネル導波路87はシングルモード型導波路で構成されていた。しかし、出力チャネル導波路87をシングルモード型導波路で構成すると、分波する光の波長において平坦な透過域で且つ低透過損失とすることは困難であった。従来のアレイ導波路型波長分波器の特性を図32、図33に示す。いずれの図においても、横軸は波長を、縦軸は透過損失を表す。本特性例では、8波長の波長分波器の特性を示している。図32に示すように、波長分波特性の透過域を平坦にすると透過損失が大きくなる。一方、透過損失を小さくすると、図33に示すように、透過域が狭くなるという欠点があった。
上記の点に鑑みて、本発明は、平坦な透過域で且つ低透過損失のアレイ導波路型波長分波器を提供することを目的とする。
発明の開示
前述した目的を達成するために、第一発明は、導波路基板上で少なくとも1本以上のシングルモード型入力チャネル導波路と、入力スラブ導波路と、所定の導波路長差を有する複数本のシングルモード型導波路からなるチャネル導波路アレイと、出力スラブ導波路とが順次縦続接続されたアレイ導波路型波長分波器であって、前記出力スラブ導波路の出力端が前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第一発明により、任意のコア形状を有する光ファイバを出力スラブ導波路の出力端に接続することができる。
第二発明は、導波路基板上で少なくとも1本以上のシングルモード型入力チャネル導波路と、入力スラブ導波路と、所定の導波路長差を有する複数本のシングルモード型導波路からなるチャネル導波路アレイと、出力スラブ導波路とが順次縦続接続され、前記導波路基板の出力端面に形成されている前記出力スラブ導波路の出力端にマルチモード型光ファイバアレイが接続されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第二発明により、平坦な透過域で且つ低透過損失のアレイ導波路型波長分波器を実現することができる。
第三発明は、第一発明のアレイ導波路型波長分波器において、前記入力スラブ導波路に接続される前記チャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第三発明により、導波路基板の出力端面に形成されているチャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路を利用して、出力スラブ導波路の出力端に接続する光ファイバアレイを高精度に位置調整ができる。
第四発明は、第二発明のアレイ導波路型波長分波器において、前記入力スラブ導波路に接続される前記チャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成され、前記マルチモード型光ファイバアレイに、前記チャネル導波路アレイの導波路の出力端に接続される少なくとも1本のシングルモード型光ファイバが付加されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第四発明により、導波路基板の出力端面に形成されているチャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路と、マルチモード型光ファイバアレイに付加されている少なくとも1本のシングルモード型光ファイバとを利用して、出力スラブ導波路の出力端に接続する光ファイバアレイを高精度に位置調整ができる。
第五発明は、導波路基板上で少なくとも1本以上のシングルモード型入力チャネル導波路と、入力スラブ導波路と、所定の導波路長差を有する複数本のシングルモード型導波路からなるチャネル導波路アレイと、出力スラブ導波路と、マルチモード型出力チャネル導波路とが順次縦続接続されたアレイ導波路型波長分波器であって、前記マルチモード型出力チャネル導波路の出力端が前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第五発明により、平坦な透過域で且つ低透過損失のアレイ導波路型波長分波器を実現することができる。
第六発明は、導波路基板上で少なくとも1本以上のシングルモード型入力チャネル導波路と、入力スラブ導波路と、所定の導波路長差を有する複数本のシングルモード型導波路からなるチャネル導波路アレイと、出力スラブ導波路と、マルチモード型出力チャネル導波路を順次縦続接続され、前記導波路基板の出力端面に形成されている前記マルチモード型出力チャネル導波路の出力端にマルチモード型光ファイバアレイが接続されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第六発明により、平坦な透過域で且つ低透過損失のアレイ導波路型波長分波器を実現することができる。
第七発明は、第五発明のアレイ導波路型波長分波器において、前記入力スラブ導波路に接続される前記チャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第七発明により、導波路基板の出力端面に形成されているチャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路を利用して、出力スラブ導波路の出力端に接続する光ファイバアレイを高精度に位置調整ができる。
第八発明は、第六発明のアレイ導波路型波長分波器において、前記入力スラブ導波路に接続される前記チャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成され、前記マルチモード型光ファイバアレイに、前記チャネル導波路アレイの導波路の出力端に接続される少なくとも1本のシングルモード型光ファイバが付加されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第八発明により、導波路基板の出力端面に形成されているチャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路と、マルチモード型光ファイバアレイに付加されている少なくとも1本のシングルモード型光ファイバとを利用して、チャネル導波路アレイの導波路の出力端に接続する光ファイバアレイを高精度に位置調整ができる。
第九発明は、第五発明のアレイ導波路型波長分波器において、前記出力スラブ導波路に接続される少なくとも1本のシングルモード型導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第九発明により、導波路基板の出力端面に形成されている1本のシングルモード型導波路を利用して、チャネル導波路アレイの導波路の出力端に接続する光ファイバアレイを高精度に位置調整ができる。
第十発明は、第六発明のアレイ導波路型波長分波器において、前記出力スラブ導波路に接続される少なくとも1本のシングルモード型導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成され、前記マルチモード型光ファイバアレイに、前記シングルモード型導波路の出力端に接続される少なくとも1本のシングルモード型光ファイバが付加されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第十発明により、導波路基板の出力端面に形成されている1本のシングルモード型導波路と、マルチモード型光ファイバアレイに付加されている少なくとも1本のシングルモード型光ファイバとを利用して、チャネル導波路アレイの導波路の出力端に接続する光ファイバアレイを高精度に位置調整ができる。
第十一発明は、第四、八、又は十発明のアレイ導波路型波長分波器の前記シングルモード型入力チャネル導波路に光を入力し、前記マルチモード型光ファイバアレイに付加される前記シングルモード型光ファイバの出力が最大になるように、前記導波路基板と前記マルチモード型光ファイバアレイの配置を調整して固定することを特徴とする第四、八、又は十発明のアレイ導波路型波長分波器の製造方法である。
第十一発明により、アレイ導波路型波長分波器とマルチモード型光ファイバアレイとの接続が容易になる。
第十二発明は、第五から第八発明のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、マルチモード型出力チャネル導波路の断面形状が半弓状をなしていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第十二発明により、方形状の導波路に比べて多モード分散を小さくすることができる。
第十三発明は、第五から第八発明のアレイ導波路型波長分波器において、前記出力スラブ導波路との境界近傍における前記マルチモード型出力チャネル導波路のコアが、テーパ形状をなしていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第十三発明により、テーパ形状の広がりを調整することによって、アレイ導波路型波長分波器の透過域を調整することができる。
第十四発明は、第五から第八発明のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、前記マルチモード型出力チャネル導波路の導波路間が、光を遮断する材質で構成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第十四発明により、出力チャネル導波路から漏洩した光信号が他の出力チャネル導波路に再結合することを防止することができる。
第十五発明は、第五から第八発明のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、前記マルチモード型出力チャネル導波路の導波路間に形成された溝に光を遮断する材質が充填されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第十五発明により、出力チャネル導波路から漏洩した光信号が他の出力チャネル導波路に再結合することを防止することができる。
第十六発明は、第五から第八発明のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、前記マルチモード型出力チャネル導波路の導波路間に溝が形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第十六発明により、出力チャネル導波路から漏洩した光信号が他の出力チャネル導波路に再結合することを防止することができる。
第十七発明は、第十六発明のアレイ導波路型波長分波器において、溝の壁面の少なくとも一部が前記導波路基板の垂直面に対して角度をなしていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第十七発明により、出力チャネル導波路から漏洩した光信号が他の出力チャネル導波路に再結合することを防止することができる。
第十八発明は、第五から第八発明のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、前記マルチモード型出力チャネル導波路の導波路間にダミーのチャネル導波路が形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器である。
第十八発明により、出力チャネル導波路から漏洩した光信号が他の出力チャネル導波路に再結合することを防止することができる。
なお、これらの各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、本発明はこれらの形態に限定して解釈されない。
(実施形態1) 本発明の実施の形態を図1、図2に示す。図1、図2とも、導波路基板11に入力用チャネル導波路13と、入力光を導波路に対して平行方向に広げるための入力スラブ導波路14と、隣接する導波路間で所定の長さだけ長くなっている導波路からなるアレイ導波路15と、アレイ導波路の光を干渉させるための出力スラブ導波路16とを、順次縦続接続して形成されるアレイ導波路型波長分波器である。入力チャネル導波路13とアレイ導波路15の各導波路はシングルモード型導波路で構成されている。
図1において、導波路基板11の端面に設けられた入力チャネル導波路13の入力ポート12から入力された波長多重光信号は、入力チャネル導波路13から入力スラブ導波路14に入射して導波路基板に平行方向に広げられ、さらに、アレイ導波路15の各導波路を伝搬し、出力スラブ導波路16で干渉し、出力ポート17で分波されて出力されることになる。
アレイ導波路15の光路長による光信号の位相遅延差が波長によって異なるため、出力スラブ導波路16の出力端には各波長に応じて連続的に集光位置が変化する分波スペクトルが得られる。従って、出力スラブ導波路16の出力端を出力ポートとして、該出力ポートに任意の開口を設定すれば、中心波長と透過域が任意に設定された波長特性を得ることができる。ここで、開口とは、例えば、出力ポート17に密着した導波路又は光ファイバであり、あるいは一部に光透過部を有するスリットでもよい。さらに、入力導波路によって形成される像より大きな開口を用いれば、平坦な透過域で、且つ低透過損失の分波特性が得られることになる。従って、例えば、図1のアレイ導波路型波長分波器に対して出力ポート17に密着させる光ファイバアレイのコア径を入力導波路のコア径より大きく設定することにより、平坦な透過域で、且つ低透過損失の波長分波器を得ることができる。さらに、光ファイバアレイを密着させる出力ポート17に対する位置によって分波する中心波長を任意に設定することができ、それぞれの光ファイバ間の間隔によって分波する中心波長の間隔を任意に設定することができる。
図2はアレイ導波路15の各導波路間で、光路長差が小さい場合に採用するアレイ導波路型波長分波器の構成を示した図である。この配置構成は、上記の出力ポート17に形成される分波スペクトルの波長範囲を広くし、広い波長範囲で分波動作をさせるような場合に適用できる。この構成は、入力チャネル導波路13の入力ポート12の面と対向する端面に出力ポート17が配置され、かつアレイ導波路15の曲がりを小さくできるので回路面積が小さくなる点で有利である。機能的には図1に示すアレイ導波路型波長分波器と同じである。
図1、図2において、入力チャネル導波路13は、1本でもよいが、後述するように複数本の導波路から構成することによって、透過中心波長を微調整できるようになる。
(実施の形態2) 本発明の実施の形態を図3、図4に示す。図3、図4とも、導波路基板11に入力用チャネル導波路13と、入力光を導波路に対して平行方向に広げるための入力スラブ導波路14と、隣接する導波路間で所定の長さだけ長くなっている導波路からなるアレイ導波路15と、アレイ導波路15からの光信号を干渉させるための出力スラブ導波路16とを順次縦続接続して形成し、前記導波路基板11の出力端面に形成された出力スラブ導波路16の出力端に、分波した光信号を出力するための光ファイバアレイ18を接続して構成するアレイ導波路型波長分波器である。
図4はアレイ導波路15の各導波路間で、光路長差が小さい場合に採用するアレイ導波路型波長分波器の構成を示した図である。この配置構成は、広い波長範囲で分波動作をさせるような場合に適用できる。この構成は、入力チャネル導波路13の入力ポート12の面と対向する端面に光ファイバアレイ18が接続されるため、直線的な配置にすることができる。また、アレイ導波路15の曲がりを小さくできるので回路面積が小さくなる点で有利である。
図3、図4において、導波路基板11の入力端面に設けられた入力チャネル導波路13の入力ポート12から入力された波長多重光信号は、入力チャネル導波路13から入力スラブ導波路14に入射して導波路基板に平行方向に広げられ、さらに、アレイ導波路15の各導波路を伝搬し、出力スラブ導波路16で干渉し、マルチモード型光ファイバからなる光ファイバアレイ18に分波されて、光ファイバ19から出力されることになる。アレイ導波路15の光路長差による光信号の位相遅延差が波長によって異なることを利用し、各波長に応じ、光信号を光ファイバアレイ18の異なる位置のマルチモード型光ファイバに分波することができる。光ファイバアレイ18のファイバコア径を入力導波路のコア径よりも大きくすることによって、平坦な透過域で、且つ低透過損失の波長分波器とすることができる。光ファイバアレイを密着させる出力スラブ導波路16の出力端面の位置によって分波する中心波長を任意に設定することができ、それぞれの光ファイバ間の間隔によって分波する中心波長の間隔を任意に設定することができる。
特に、接続する光ファイバアレイ18を所定の配置とすることにより、任意の波長特性を持つ波長分波器を構成することができるため、導波路基板11に基本構成の導波路を構成して、接続する光ファイバアレイ18を各種準備しておけば、各種の波長特性を有するアレイ導波路型波長分波器を構成することができる。
また、本実施形態における複数の入力ポート12は、その入力ポートに応じて光信号の透過中心波長を微調整できる機能がある。そのために出力スラブ導波路16に接続する光ファイバアレイ18の配置を入力スラブ導波路14に接続する入力チャネル導波路13の間隔よりわずかに広くすれば(特開平8−211237)、入力ポートの選択により、分波される光信号の透過中心波長を微調整することができる。微調整が不要な場合は入力チャネル導波路13は1本だけでも十分である。
(実施の形態3) 本発明の実施の形態を図5、図6に示す。図5、図6とも、導波路基板上に入力用チャネル導波路13と、入力光を導波路に対して平行方向に広げるための入力スラブ導波路14と、隣接する導波路間で所定の長さだけ長くなっている導波路からなるアレイ導波路15と、アレイ導波路の光を干渉させるための出力スラブ導波路16と、分波した光信号を出力するためのマルチモード型出力チャネル導波路20とを、順次縦続接続して形成されるアレイ導波路型波長分波器である。
図6はアレイ導波路15の各導波路間で、光路長差が小さい場合に採用するアレイ導波路型波長分波器の構成を示した図である。この配置構成は、上記の出力チャネル導波路20に形成される分波スペクトルの波長範囲を広くし、広い波長範囲で分波動作をさせるような場合に適用できる。この構成は、入力チャネル導波路13から出力チャネル導波路20までが直線的に配置され、かつアレイ導波路15の曲がりを小さくできるので回路面積が小さくなる点で有利である。
図5、図6において、導波路基板11の端面に設けられた入力チャネル導波路13の入力ポート12から入力された波長多重光信号は、入力チャネル導波路13から入力スラブ導波路14に入射して導波路基板に平行方向に広げられ、さらに、アレイ導波路15の各導波路を伝搬し、出力スラブ導波路16で干渉し、マルチモード型導波路からなる出力チャネル導波路20に分波され、出力ポート21から出力されることになる。アレイ導波路15の光路長差による光信号の位相遅延差が波長によって異なることを利用し、各波長に応じ、出力チャネル導波路20の異なる位置のマルチモード型導波路に分波され、分波された光信号が出力ポート21から出力される。
本実施の形態であるアレイ導波路型波長分波器の分波特性の例を図7に示す。図28、図29と比較しても分かるように、図7に示す分波特性は、図28と同程度に平坦な透過域が実現でき、かつ図29と同程度の低透過損失も実現できたことがわかる。出力チャネル導波路をシングルモード型の導波路よりも、コアの大きいマルチモード型導波路で構成することにより、平坦な透過域で、且つ2dB以下の低透過損失の分波特性を持ったアレイ導波路型波長分波器が実現できた。
本実施の形態では、マルチモード型の出力チャネル導波路を所定の配置と形状とすることにより、任意の波長特性を持つ波長分波器を構成することができる。
また、本実施形態における複数の入力ポート12は、その入力ポートに応じて光信号の透過中心波長を微調整できる機能がある。そのために出力スラブ導波路16に接続する出力チャネル導波路20の配置を入力スラブ導波路14に接続する入力チャネル導波路13の間隔よりわずかに狭くすれば(特開平8−211237)、入力ポートの選択により、分波される光信号の透過中心波長を微調整することができる。微調整が不要な場合、入力チャネル導波路は1本だけでも十分である。
(実施の形態4) 本発明の実施の形態を図8、図9に示す。図8、図9とも、導波路基板11に入力用チャネル導波路13と、入力光を導波路に対して平行方向に広げるための入力スラブ導波路14と、隣接する導波路間で所定の長さだけ長くなっている導波路からなるアレイ導波路15と、アレイ導波路の光信号を干渉させるための出力スラブ導波路16と、分波した光信号を出力するためのマルチモード型の出力チャネル導波路20とを、順次縦続接続し、さらに、入力チャネル導波路13の入力端にシングルモード型光ファイバからなる光ファイバアレイ31を装着し、出力チャネル導波路20の出力端に出力用にマルチモード型光ファイバからなる光ファイバアレイ32を装着したアレイ導波路型波長分波器である。
アレイ導波路15の光路長による光信号の位相遅延差が波長によって異なるため、出力スラブ導波路16の出力端には各波長に応じて連続的に集光位置が変化する分波スペクトルが得られる。従って、出力スラブ導波路16の出力端に入力導波路によって形成される像より大きなコア径のマルチモード型導波路を用いれば、平坦な透過域で、低透過損失の分波特性が得られる。
図9はアレイ導波路15の各導波路間で、光路長差が小さい場合に採用するアレイ導波路型波長分波器の構成を示した図である。この配置構成は、上記の光ファイバアレイ32に出力される分波スペクトルの波長範囲を広くし、広い波長範囲で分波動作をさせるような場合に適用できる。この構成は、入力用の光ファイバアレイ31から出力用の光ファイバアレイ32が直線的に配置され、かつアレイ導波路15の曲がりを小さくできるので回路面積が小さくなる点で有利である。
本実施の形態では、実施の形態3で説明した発明の効果に加え、入出力端に光ファイバアレイを装着しているため、他の光通信用部品との接続が容易となる。
(実施の形態5) 通過域が平坦な分波スペクトルを実現するためには、図1等におけるアレイ導波路15と出力スラブ導波路16との境界での電界振幅と電界位相分布をsinc関数の振幅と位相となるようにする方法が知られている(例えば、特開平11−142661)。sinc関数とは、
sinc ξ=(sinξ)/ξ
で表される関数をいう。アレイ導波路15のm番目の導波路では、ξ=π(m−149)/60(本数298のチャネル導波路アレイに相当)
となる。
アレイ導波路15と出力スラブ導波路16との境界における電界分布をsinc関数状となるようにする方法としては、入力スラブ導波路との境界領域における入力チャネル導波路として、図10に示す様なパラボラ形状の導波路131を用いる方法が知られている。入力チャネル導波路13の入力スラブ導波路14への接続部分をパラボラ形状の導波路131とし、パラボラ形状と長さを適当な値に設定すると、図10に示す様にほぼ矩形の光分布132が実現できる。図10に示す矩形の光分布132がアレイ導波路15に入射されると、空間的フーリエ変換の関係によりアレイ導波路15の電界分布はsinc関数状の分布となり、出力スラブ導波路16と出力チャネル導波路20との境界で、ほぼ矩形の光分布が再び形成される。その結果、前述したように透過域が平坦で、かつ遮断特性も矩形に近い優れた波長分波特性が得られることになる。
その他、図10のパラボラ部分に替えて、Y分岐構成や、MMI(多モード干渉回路)構成の入力導波路形状としても、双方性の強度分布からなる矩形に近い強度分布が得られるからフラットで低損失な透過特性を実現することができる。また、図10のパラボラ形状の導波路131を図11に示すテーパ形状の導波路133に替えてもよい。入力チャネル導波路13の入力スラブ導波路14への接続部分をテーパ形状の導波路133とし、テーパ広がりと長さを適当な値に設定すると、図11に示すようなガウス型の光分布134となるため、遮断特性は若干劣化するが、出力導波路幅が広いために透過域は平坦となり、パラボラ形状の導波路を用いた場合に近い特性が実現できる。
(実施の形態6) 出力スラブ導波路に接続する光ファイバアレイや出力チャネル導波路はマルチモード型のため、透過域が平坦で透過損失が小さくなる反面、導波路基板の出力端面に接続する光ファイバアレイの高精度な位置調整が困難になるという欠点がある。
そこで、位置調整用のシングルモード型の導波路を導波路基板の出力端面の横に設ける。本実施の形態を図12乃至図14に示す。図12は、入力スラブ導波路14の出力をシングルモード型の調整用導波路41で出力スラブ導波路16の横に導きだしたものである。図13は、入力スラブ導波路14の出力の一部をシングルモード型の調整用導波路42で出力チャネル導波路20の横に導きだしたものである。図14は、出力スラブ導波路16の出力の一部をシングルモード型調整用導波路43で出力チャネル導波路20の横に導き出したものである。これらのシングルモード型の調整用導波路を光ファイバアレイ接続時の位置基準として利用し、導波路基板11に接続する光ファイバアレイの位置調整を高精度かつ容易にすることができる。即ち、本実施の形態では、調整用のシングルモード型光ファイバを含む光ファイバアレイを用いることを想定し、予め位置調整用の導波路を設けておくものである。
アレイ導波路型波長分波器においては、出力スラブ導波路端面に分波された波長成分が連続して並ぶので、ここに接続されるマルチモード型光ファイバの位置で分波特性の中心波長が決定される。このため、図12の構成においては、出力スラブ導波路16に対して所定の位置にシングルモード型の調整用導波路41が配置され、出力スラブ導波路16の出力ポート17の波長配置に対する基準となっている。即ち、シングルモード型の調整用導波路41の軸中心から一定距離だけ隔てた出力スラブ導波路16の出力ポート17に特定の波長の光信号が出力されるようになっている。
一方、図13、図14の場合には、出力スラブ導波路に接続された出力チャネル導波路により出力波長の配置は既に決まっている。しかし、マルチモード型光ファイバと接続する場合には、導波路コア径が大きいために、ピークサーチ法による最適接続位置の検出感度が低く、高精度な位置調整が困難である。このため、1本の導波路の接続損失だけからは、最適な位置調整ができず、多くの導波路の接続損失を確認する必要がある。このような場合に、シングルモード型の導波路の最適位置範囲が狭いために、1本又は2本のシングルモード型の調整用導波路で位置調整すれば、他の総てのマルチモード型導波路について高精度な位置調整ができることになる。
以下の実施の形態でも同様である。
(実施の形態7) 本発明は、シングルモード型の調整用導波路を導波路基板の出力端面の横に設けた上で、導波路基板に接続する出力光ファイバアレイにも調整用のシングルモード型光ファイバを備えるものである。本実施の形態を図15乃至図17に示す。図15は、マルチモード型の光ファイバアレイ33にシングルモード型の光ファイバ36を追加し、この光ファイバ36を、図12の導波路基板11に形成されたシングルモード型の調整用導波路41に突き合わせることによって位置合わせをするものである。図16は、マルチモード型の光ファイバアレイ34にシングルモード型の光ファイバ37を追加し、この光ファイバ37を、図13の導波路基板11に形成されたシングルモード型の調整用導波路42に突き合わせることによって位置合わせをするものである。図17は、マルチモード型の光ファイバアレイ35にシングルモード型の光ファイバ38を追加し、この光ファイバ38を、図14の導波路基板11に形成されたシングルモード型の調整用導波路43に突き合わせることによって位置合わせをするものである。
導波路基板11の底面から出力スラブ導波路16又は出力チャネル導波路20のコア中心までの距離と、光ファイバアレイ33、34又は35の底面から光ファイバのコア中心までの距離を一致させた上で、出力スラブ導波路16に対する調整用導波路41、出力チャネル導波路20に対する調整用導波路42又は43の相対位置と光ファイバアレイ33、34又は35の光ファイバに対するシングルモード型光ファイバ36、37又は38の相対位置を合わせておけば、導波路基板11と光ファイバアレイ33、34又は35を同一の基準平面に載置し、出力ポートの出力端面と光ファイバアレイの入力端面を密着させ、シングルモード型の調整用導波路41、42又は43の出力端と光ファイバアレイ33、34又は35のシングルモード型光ファイバ36、37又は38の入力端が一致するように、光ファイバアレイ33、34又は35を平行移動するだけで、光ファイバアレイを出力ポートに高精度で且つ容易に装着することができる。シングルモード型の調整用導波路41、42又は43の出力端と、光ファイバアレイ33、34又は35のシングルモード型光ファイバ36、37又は38の入力端の一致には、入力チャネル導波路13に光を入力し、光ファイバアレイ33、34又は35のシングルモード型光ファイバ36、37又は38への入力が最大になる位置を探ればよい。
本実施形態で使用するシングルモード型の光ファイバ36乃至38のコア径は10μm程度のため、導波路基板と光ファイバアレイは1μm以下の精度で位置合わせをすることが可能になる。
(実施の形態8) 出力スラブ導波路に接続する光ファイバアレイや出力チャネル導波路はマルチモード型のため、透過域が平坦で且つ透過損失が小さくなる反面、導波路基板の出力端面に接続する光ファイバアレイの最適な位置調整が困難になるという欠点がある。そこで、2本のシングルモード型の調整用導波路を導波路基板の出力端面の横に設ける。本実施の形態を図18乃至図20に示す。図18は、入力スラブ導波路14の出力の一部をシングルモード型の調整用導波路41、44で出力スラブ導波路16の横に導きだしたものである。図19は、入力スラブ導波路14の出力の一部をシングルモード型の調整用導波路42、45で出力チャネル導波路20の横に導きだしたものである。図20は、出力スラブ導波路16の出力の一部をシングルモード型の調整用導波路43、46で出力チャネル導波路20の横に導き出したものである。
これらのシングルモード型の調整用導波路を光ファイバアレイ接続時の位置基準として利用し、導波路基板11に接続する光ファイバアレイの位置調整を高精度で且つ容易にすることができる。即ち、本実施の形態では、2本のシングルモード型光ファイバを備える光ファイバアレイを用いることを想定し、予め位置調整用の導波路を設けておくものである。特に、2本のシングルモード型調整用を利用すれば、光ファイバアレイを導波路基板11の出力端面に密着させて、2箇所の位置を高精度に調整することによって、光ファイバアレイの位置調整を一層容易にすることができる。
(実施の形態9) 本発明は、シングルモード型の調整用導波路を導波路基板の出力端面の横に設けた上で、導波路基板に接続する出力光ファイバアレイにも調整用の2本のシングルモード型光ファイバを備えるものである。本実施の形態を図21乃至図23に示す。図21は、マルチモード型の光ファイバアレイ33にシングルモード型の2本の光ファイバ36を追加し、これら2本の光ファイバ36を、図18の導波路基板11に形成された2本のシングルモード型の調整用導波路41、42に突き合わせることによって位置合わせをするものである。図22は、マルチモード型の光ファイバアレイ34にシングルモード型の2本の光ファイバ37を追加し、これら2本の光ファイバ37を、図19の導波路基板11に形成された2本のシングルモード型の調整用導波路42、45に突き合わせることによって位置合わせをするものである。図23は、マルチモード型の光ファイバアレイ35にシングルモード型の2本の光ファイバ38を追加し、これら2本の光ファイバ38を、図20の導波路基板11に形成された2本のシングルモード型の調整用導波路43、46に突き合わせることによって位置合わせをするものである。
導波路基板11の出力ポートと光ファイバアレイの突き合わせには3次元的な位置調整が必要である。そのうち、出力ポートの出力端面と光ファイバアレイの入力端面を密着させることにより、1次元の位置合わせは完了する。次に、出力スラブ導波路16に対する調整用導波路41と43、又は出力チャネル導波路20に対する調整用導波路42と45又は43と46の相対位置と光ファイバアレイ33、34又は35の光ファイバに対するシングルモード型光ファイバ36、37又は38の相対位置を合わせておけば、導波路基板11の出力端面に形成された2本のシングルモード型の調整用導波路出力端と、光ファイバアレイの2本のシングルモード型光ファイバ入力端が一致するように調整するだけで、2次元の位置調整が完了する。2本のシングルモード型の調整用導波路出力端と、光ファイバアレイの2本のシングルモード型光ファイバ入力端の一致には、入力チャネル導波路13に光を入力し、光ファイバアレイの2本のシングルモード型光ファイバ36、37又は38への入力が最大になる位置を探ればよい。この結果、光ファイバアレイ33、34又は35を出力ポートに高精度で且つ容易に装着することができる。
(実施の形態10) 本発明では、出力スラブ導波路との境界領域における出力チャネル導波路として、図24に示す様なテーパ形状の導波路201を用いるものである。本アレイ導波路型波長分波器では、透過波長の透過域は出力スラブ導波路16における出力チャネル導波路20の開口の程度によって決定される。そこで、テーパ形状の広がりを調整することによって、透過域を任意に設計することができる。
出力チャネル導波路はマルチモード型の導波路で構成されているため、テーパ形状を変更しても透過損失に大きな影響を与えることはなく、アレイ導波路型波長分波器の透過域を調整することができる。
(実施の形態11) 本発明は、マルチモード型の出力チャネル導波路の多モード分散を小さくするものである。
従来のマルチモード型導波路の断面形状を図25(a)に示す。シングルモード型導波路と同じ導波路基板層51の上に、方形状のマルチモード型導波路52を形成し、その上からクラッド層53を堆積する。本発明のマルチモード型導波路の断面形状を図25(b)に示す。シングルモード型導波路と同じ導波路基板層51の上に、半弓状のマルチモード型導波路54を形成し、その上からクラッド層53を堆積する。マルチモード型導波路54を形成する際に、下部は幅を広くし、上部は幅を狭めると図25(b)のような断面形状のマルチモード型導波路54ができる。ここで、導波路基板層51の上面部(クラッド層53の側)には下部クラッド層が存在するが、簡単のため図では省略してある。以下の説明で使用する図面でも同様である。
本発明の断面形状が半弓状のマルチモード型導波路にすることにより実効屈折率分布をグレーディッド型にできるため、方形状の導波路に比べて多モード分散を小さくでき、高速の光信号が通過する場合でも、パルス形状の劣化を抑制することができる。
(実施の形態12) 本発明は、出力チャネル導波路の各導波路間に遮断材を装填するものである。図26に示すように、導波路基板11上のマルチモード型の導波路で構成された出力チャネル導波路20の導波路間には、出力スラブ導波路16から出力チャネル導波路に入射しなかった光信号が存在する。また、マルチモード型の導波路で構成された出力チャネル導波路20の曲線部分では、光信号が導波路から漏洩しやすい。出力チャネル導波路に入射しなかった光信号や漏洩した光信号が出力チャネル導波路に再結合すると、分波特性の劣化となり、設計目標とするアレイ導波路型波長分波器の特性が実現できなくなる。そこで、出力チャネル導波路の各導波路間に遮断材55を装填することによって、入射しなかった光信号が出力チャネル導波路に再結合することを防止する。遮断材としては、金属や黒鉛を含有した樹脂が適用できる。
(実施の形態13) 本発明は、出力チャネル導波路の各導波路間に溝を形成するものである。マルチモード型の導波路で構成された出力チャネル導波路の導波路間には、出力スラブ導波路から出力チャネル導波路に入射しなかった光信号が存在する。また、マルチモード型の導波路で構成された出力チャネル導波路の曲線部分では、光信号が導波路から漏洩しやすい。出力チャネル導波路に入射しなかった光信号や漏洩した光信号が出力チャネル導波路に再結合すると、分波特性の劣化となり、設計目標とするアレイ導波路型波長分波器の特性が実現できなくなる。
そこで、図27に示すように、半弓状のマルチモード型導波路54の各導波路間に溝56を形成することによって、入射しなかった光信号が出力チャネル導波路に再結合することを防止する。溝56は導波路基板層51に達する深さまで形成することが好ましい。
半弓状のマルチモード型導波路54の各導波路間に溝56を形成する際に、図28に示すように、溝の壁面が導波路基板の垂直面に対して角度をなすように形成すると、クラッド層53から放射した光信号が再度クラッド層53に入射しても入射角が変化するため、出力チャネル導波路に結合する割合が減少する。溝の壁面は全部が導波路基板の垂直面に対して角度をなす必要はなく、溝の壁面の少なくとも一部が導波路基板の垂直面に対して角度をなすように形成されていればよい。また、溝の壁面が凹面あるいは凸面になるように形成してもよい。
なお、図27、図28において、溝56は、クラッド層53若しくは導波路基板層51の下部クラッド層に達する深さまで形成することが好ましいが、遮光したい漏洩光のレベルに応じて、溝深さは調整してよい。また、半弓状のマルチモード型導波路ばかりでなく、方形状のマルチモード型導波路等の他の形状のマルチモード型導波路でも同様の効果がある。
(実施の形態14) 本発明は、出力チャネル導波路の各導波路間に形成された溝に光を遮断する遮断材を充填するものである。マルチモード型の導波路で構成された出力チャネル導波路の導波路間には、出力スラブ導波路から出力チャネル導波路に入射しなかった光信号が存在する。また、マルチモード型の導波路で構成された出力チャネル導波路の曲線部分では、光信号が導波路から漏洩しやすい。出力チャネル導波路に入射しなかった光信号や漏洩した光信号が出力チャネル導波路に再結合すると、分波特性の劣化となり、設計目標とするアレイ導波路型波長分波器の特性が実現できなくなる。
そこで、図29に示すように、出力チャネル導波路の各導波路間に形成された溝56に光を遮断する遮断材57を充填することによって、入射しなかった光信号や漏洩した光信号がクラッド層53に放射され、隣接するマルチモード型導波路54に再結合することを防止する。遮断材としては、金属や黒鉛を含有した樹脂が適用できる。
図29に示す遮断材57を充填した溝を有する導波路を上面から見た図が図26である。図26における遮断材55、出力チャネル導波路20は、それぞれ図29における遮断材57、マルチモード型導波路54に相当する。
(実施の形態15) 本発明は、マルチモード型の導波路で構成された出力チャネル導波路の導波路間には、出力スラブ導波路1から出力チャネル導波路に入射しなかった光信号が存在する。また、マルチモード型の導波路で構成された出力チャネル導波路の曲線部分では、光信号が導波路から漏洩しやすい。出力チャネル導波路に入射しなかった光信号や漏洩した光信号が出力チャネル導波路に再結合すると、分波特性の劣化となり、設計目標とするアレイ導波路型波長分波器の特性が実現できなくなる。
そこで、図30に示すように、導波路基板層51上で隣接する半弓状のマルチモード型導波路54の間のクラッド層53に、ダミーのチャネル導波路58を設けることによって、入射しなかった光信号や漏洩した光信号をダミーのチャネル導波路58に結合させて、出力チャネル導波路に再結合することを防止する。また、半弓状のマルチモード型導波路ばかりでなく、方形状のマルチモード型導波路等の他の形状のマルチモード型導波路でも同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
図1は、任意の波長特性を実現できるアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図2は、任意の波長特性を実現できるアレイ導波路型波長分波器の他の構成を示す図である。
図3は、光ファイバアレイを変更することによって、任意の波長特性を実現できるアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図4は、光ファイバアレイを変更することによって、任意の波長特性を実現できるアレイ導波路型波長分波器の他の構成を示す図である。
図5は、マルチモード型出力チャネル導波路を設けたアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図6は、マルチモード型出力チャネル導波路を設けたアレイ導波路型波長分波器の他の構成を示す図である。
図7は、本発明によるアレイ導波路型波長分波器の特性を示す図である。
図8は、マルチモード型出力チャネル導波路を設けたアレイ導波路型波長分波器の入出力ポートに光ファイバアレイを装着した構成を示す図である。
図9は、マルチモード型出力チャネル導波路を設けたアレイ導波路型波長分波器の入出力ポートに光ファイバアレイを装着した他の構成を示す図である。
図10は、入力チャネル導波路の導波路形状を示す図である。
図11は、入力チャネル導波路の他の導波路形状を示す図である。
図12は、アレイ導波路型波長分波器にシングルモード型の調整用導波路を設けた構成を示す図である。
図13は、マルチモード型出力チャネル導波路を設けたアレイ導波路型波長分波器にシングルモード型の調整用導波路を設けた構成を示す図である。
図14は、マルチモード型出力チャネル導波路を設けたアレイ導波路型波長分波器にシングルモード型の調整用導波路を設けた構成を示す図である。
図15は、調整用導波路を利用して光ファイバアレイを装着したアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図16は、調整用導波路を利用して光ファイバアレイを装着したアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図17は、調整用導波路を利用して光ファイバアレイを装着したアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図18は、アレイ導波路型波長分波器にシングルモード型の調整用導波路を設けた構成を示す図である。
図19は、マルチモード型出力チャネル導波路を設けたアレイ導波路型波長分波器にシングルモード型の調整用導波路を設けた構成を示す図である。
図20は、マルチモード型出力チャネル導波路を設けたアレイ導波路型波長分波器にシングルモード型の調整用導波路を設けた他の構成を示す図である。
図21は、調整用導波路を利用して光ファイバアレイを装着したアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図22は、調整用導波路を利用して光ファイバアレイを装着したアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図23は、調整用導波路を利用して光ファイバアレイを装着したアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図24は、出力チャネル導波路の導波路形状を示す図である。
図25は、マルチモード型導波路の断面形状を示す図である。
図26は、出力チャネル導波路の導波路間に遮断材を装填したアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図27は、出力チャネル導波路の導波路間に溝を形成したアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図28は、出力チャネル導波路の導波路間に溝を形成した他のアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図29は、出力チャネル導波路の導波路間に形成した溝に光遮断材質が充填されているアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図30は、出力チャネル導波路の導波路間にダミーのチャネル導波路が形成されているアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図31は、従来のアレイ導波路型波長分波器の構成を示す図である。
図32は、従来のアレイ導波路型波長分波器の特性を示す図である。
図33は、従来のアレイ導波路型波長分波器の他の特性を示す図である。
図中の符号の説明は次の通りである。11は導波路基板、12は入力ポート、13は入力チャネル導波路、14は入力スラブ導波路、15はアレイ導波路、16は出力スラブ導波路、17は出力ポート、18は光ファイバアレイ、19は光ファイバ、20は出力チャネル導波路、21は出力ポート、31、32、33、34、35は光ファイバアレイ、36、37、38はシングルモード型光ファイバ、41、42、43、44、45、46は:調整用導波路、51は導波路基板層、52は方形状のマルチモード型導波路、53はクラッド層、54は半弓状のマルチモード型導波路、55は遮断材、56は溝、57は遮断材、58はダミーのチャネル導波路、82は入力ポート、83は入力導波路、84は入力スラブ導波路、85はアレイ導波路、86は出力スラブ導波路、87は出力チャネル導波路、88は出力ポートである。
Claims (18)
- 導波路基板上で少なくとも1本以上のシングルモード型入力チャネル導波路と、入力スラブ導波路と、所定の導波路長差を有する複数本のシングルモード型導波路からなるチャネル導波路アレイと、出力スラブ導波路とが順次縦続接続されたアレイ導波路型波長分波器であって、前記出力スラブ導波路の出力端が前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 導波路基板上で少なくとも1本以上のシングルモード型入力チャネル導波路と、入力スラブ導波路と、所定の導波路長差を有する複数本のシングルモード型導波路からなるチャネル導波路アレイと、出力スラブ導波路とが順次縦続接続され、前記導波路基板の出力端面に形成されている前記出力スラブ導波路の出力端にマルチモード型光ファイバアレイが接続されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項1に記載のアレイ導波路型波長分波器において、前記入力スラブ導波路に接続される前記チャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項2に記載のアレイ導波路型波長分波器において、前記入力スラブ導波路に接続される前記チャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成され、前記マルチモード型光ファイバアレイに、前記チャネル導波路アレイの導波路の出力端に接続される少なくとも1本のシングルモード型光ファイバが付加されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 導波路基板上で少なくとも1本以上のシングルモード型入力チャネル導波路と、入力スラブ導波路と、所定の導波路長差を有する複数本のシングルモード型導波路からなるチャネル導波路アレイと、出力スラブ導波路と、マルチモード型出力チャネル導波路とが順次縦続接続されたアレイ導波路型波長分波器であって、前記マルチモード型出力チャネル導波路の出力端が前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 導波路基板上で少なくとも1本以上のシングルモード型入力チャネル導波路と、入力スラブ導波路と、所定の導波路長差を有する複数本のシングルモード型導波路からなるチャネル導波路アレイと、出力スラブ導波路と、マルチモード型出力チャネル導波路を順次縦続接続され、前記導波路基板の出力端面に形成されている前記マルチモード型出力チャネル導波路の出力端にマルチモード型光ファイバアレイが接続されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項5に記載のアレイ導波路型波長分波器において、前記入力スラブ導波路に接続される前記チャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項6に記載のアレイ導波路型波長分波器において、前記入力スラブ導波路に接続される前記チャネル導波路アレイの少なくとも1本の導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成され、前記マルチモード型光ファイバアレイに、前記チャネル導波路アレイの導波路の出力端に接続される少なくとも1本のシングルモード型光ファイバが付加されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項5に記載のアレイ導波路型波長分波器において、前記出力スラブ導波路に接続される少なくとも1本のシングルモード型導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項6に記載のアレイ導波路型波長分波器において、前記出力スラブ導波路に接続される少なくとも1本のシングルモード型導波路の出力端が、前記導波路基板の出力端面に形成され、前記マルチモード型光ファイバアレイに、前記シングルモード型導波路の出力端に接続される少なくとも1本のシングルモード型光ファイバが付加されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項4、8、又は10に記載のアレイ導波路型波長分波器の前記シングルモード型入力チャネル導波路に光を入力し、前記マルチモード型光ファイバアレイに付加される前記シングルモード型光ファイバの出力が最大になるように、前記導波路基板と前記マルチモード型光ファイバアレイの配置を調整して固定することを特徴とする請求項6又は8に記載したアレイ導波路型波長分波器の製造方法。
- 請求項5から10に記載のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、マルチモード型出力チャネル導波路の断面形状が半弓状をなしていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器
- 請求項5から10に記載のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、前記出力スラブ導波路との境界近傍における前記マルチモード型出力チャネル導波路のコアが、テーパ形状をなしていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項5から10に記載のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、前記マルチモード型出力チャネル導波路の導波路間が、光を遮断する材質で構成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項5から10に記載のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、前記マルチモード型出力チャネル導波路の導波路間に形成された溝に光を遮断する材質が充填されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項5から10に記載のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、前記マルチモード型出力チャネル導波路の導波路間に溝が形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項16に記載のアレイ導波路型波長分波器において、溝の壁面の少なくとも一部が前記導波路基板の垂直面に対して角度をなしていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
- 請求項5から10に記載のいずれかのアレイ導波路型波長分波器において、前記マルチモード型出力チャネル導波路の導波路間にダミーのチャネル導波路が形成されていることを特徴とするアレイ導波路型波長分波器。
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