JPWO2003083535A1 - 光導波路及び光合分波器 - Google Patents

Abstract

本発明は、入射用コア４と出射用コア５を有し、出射用コア５の幅が入射用コア４の幅の１．５倍超であることを特徴とする光導波路を提供する。この光導波路は、１０ｎｍ程度と広い範囲で光の波長が変動する場合でも、光を合分波できる。さらに本発明は、光の経路となる光導波路と、分光や集光を目的とする回折格子を使用した光合分波器において、使用する波長での光導波路コア層の膜平面に平行な方向の屈折率（ｎＴＥ）と光導波路コア層の膜平面に垂直な方向の屈折率（ｎＴＭ）の差の絶対値が０．００７以下であることを特徴とする光合分波器を提供する。この光合分波器は、光導波路コア層の複屈折率を０．００７以下とすることで、入力信号光の偏光方向に依存する出力信号光の波長変動を５ｎｍ以下に抑えることができる。

Description

技術分野
本発明は、光導波路及び光合分波器に関し、特に、複数の波長の光信号を波長ごとに分ける分波光導波路及び複数の波長の光信号をまとめる合波光導波路及び光合分波器に関する。本発明はさらに、波長間隔が数十ｎｍの波長分割多重伝送に用いられる光合分波器に関する。
背景技術
近年のインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このため、１本の光ファイバ内を複数の波長の光を通して信号を送る波長分割多重（ＷＤＭ）伝送技術が広まっている。遠距離の通信では、１本のファイバに出来るだけ多くの情報を載せるため、使用する波長間隔を１ｎｍ以下に狭くして、多くの波長の光を使った高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）伝送が用いられている。この場合の各波長における波長変動は０．１ｎｍ以下であることが必須であり、好ましくは０．０１ｎｍ以下であることが求められている。
一方、数ｋｍ〜数１０ｋｍの通信に対しては、１０ｎｍ程度の波長変動にも対応できるように波長間隔を２０ｎｍ以上に広げた低密度波長分割多重（ＣＷＤＭ）伝送が広まりつつある。この場合には、レーザ等の温度調節器が不要になり、コストの低減が可能になる。このようなＷＤＭ伝送を実現するには、複数の波長の光信号をまとめる光合波器及び波長ごとに光信号を分ける光分波器が必要になる。
ＤＷＤＭ用光合分波器としては、例えば、オプティカルファイバコンファレンス２００１テクニカルダイジェスト、ＷＢ１−１（２００１）に記載されているようなアレイ回折格子（ＡＷＧ）を用いたＤＷＤＭ用光合分波器があるが、０．１ｎｍ以下の狭い波長変動にのみ対応しており、ＣＷＤＭ用のように１０ｎｍ程度の波長変動があると全く合分波できなくなる。
ＣＷＤＭのように広範囲の波長変動に対応可能な光合分波器として、例えば、アプライドオプティクスＶｏｌ．２１、ｐ．２１９５（１９８２）には、光導波路と回折格子を用いた光合分波器が報告されている。光導波路と回折格子を用いた光合分波器は部品数の削減、小型化が可能である。
さらに、ＣＷＤＭ伝送を実現する方法としては、所定の波長範囲の光を通す薄膜多層膜フィルタを波長数分だけ用いることにより分波する方法がある。この方法に用いる光分波器は、高精度に膜厚が制御された１００層前後の薄膜からなるフィルタとコリメータレンズ及びファイバを光軸が合うように調整して組み立てられている。
従来のＡＷＧを用いた光合分波器では、０．１ｎｍ以下の狭い波長変動にのみ対応しており、ＣＷＤＭ用のように１０ｎｍ程度の波長変動があると全く合分波できなくなる。ＣＷＤＭ用では、１０ｎｍ程度の波長変動に対して損失が変らない図９に示すようなフラットトップな形状の特性が求められている。従来の回折格子を用いた合分波器では、上記アプライドオプティクスＶｏｌ．２１、ｐ．２１９５（１９８２）に記載されているように、損失が波長変動によって増大する山形の特性になっていた。また、薄膜多層フィルタを用いて合分波する方法では、高価で且つ量産性に乏しい多層薄膜フィルタを波長数に応じて複数枚使用する必要があり、また、それらと高精度なレンズ及びそれらとファイバを高精度に位置合せするため、非常に高価な装置になってしまう。また、生産性も低いため、量産化が難しいという課題もある。
光導波路と回折格子を用いた光合分波器の構成では、用いる光導波路について、膜平面に平行な方向の光導波路コア層の屈折率（ｎＴＥ）と膜平面に垂直な方向の光導波路コア層の屈折率（ｎＴＭ）の差の絶対値（以下「複屈折率」という）が大きい場合、入力信号光の偏光方向によって出力信号光の波長が変動するという問題があった。上述のようにＣＷＤＭ通信では、少なくとも１０ｎｍの出力信号光の波長変動があっても合分波可能であることが必要とされる。光源となるレーザーの製造ばらつきやレーザーの使用環境の温度変化により、レーザーの発振波長が少なくとも５ｎｍは変動し得るため、複屈折率により生じる波長変動は５ｎｍ以下であることが求められる。
複屈折率と波長変動の関係は、波長変動量をΔλ（ｎｍ）、使用波長をλ（ｎｍ）、使用波長における屈折率をｎ、使用波長における複屈折率をΔｎ、とすると一般に、
Δλ＝λ×Δｎ／ｎ・・・（１）
で表される。
例えば光導波路材料として用いられているフッ素化ポリイミドでは、シリコン基板上に製膜した場合、使用波長λが１３００ｎｍの場合、屈折率ｎは１．５２９１、複屈折率Δｎは０．００９である。これから波長変動量Δλは７から８ｎｍ程度となり、実用上大きな障害となる。
発明の開示
本発明の目的は、１０ｎｍ程度と広い範囲で光の波長が変動する場合でも光を合分波できる光導波路構造を提供することである。
本発明の他の目的は、出力信号光の波長変動が少ない光合分波器を提供することである。
本発明は、以下の光導波路、及び光合分波器を提供するものである。
（１）入射用コア４と出射用コア５を有し、出射用コア５の幅が入射用コア４の幅の１．５倍超であることを特徴とする光導波路。
（２）出射用コア５の幅が入射用コア４の幅の２〜２０倍である上記光導波路。
（３）入射用コア４の幅が３〜１０μｍであり、出射用コア５の幅が１５〜５０μｍである上記光導波路
（４）入射用コア４を伝搬する光がシングルモードであることを特徴とする上記光導波路。
（５）さらに位置合せ用コアを１以上有する上記光導波路。
（６）上記光導波路を用いた光合分波器。
（７）回折格子を有する上記光合分波器。
（８）回折格子が反射膜を有する上記光合分波器。
（９）使用する波長での光導波路コア層の膜平面に平行な方向の屈折率（ｎＴＥ）と光導波路コア層の膜平面に垂直な方向の屈折率（ｎＴＭ）の差の絶対値が０．００７以下であることを特徴とする上記６〜８のいずれか１項記載の光合分波器。
（１０）光の経路となる光導波路と、分光や集光を目的とする回折格子を使用した光合分波器において、使用する波長での光導波路コア層の膜平面に平行な方向の屈折率（ｎＴＥ）と光導波路コア層の膜平面に垂直な方向の屈折率（ｎＴＭ）の差の絶対値が０．００７以下であることを特徴とする光合分波器。
（１１）光導波路およびこれを支持する基板が樹脂製であることを特徴とする上記６〜１０のいずれか１項記載の光合分波器。
発明を実施するための最良の形態
本発明の第１の実施態様によれば、以下のような光導波路が提供される。
すなわち、入射用コア４と出射用コア５を有する光導波路において、出射用コア５の幅が入射用コア４の幅の１．５倍超、好ましくは２〜２０倍、さらに好ましくは２〜１０倍、最も好ましくは３〜８倍としたものである。
また、入射用コア４の幅は、好ましくは３〜１０μｍであり、出射用のコアの幅は好ましくは１５〜５０μｍである。例えば合分波器において分波特性を図９に示すようなフラットトップな特性にするには、出射用コア５に入る光が微小なスポット形状になっていることが好ましく、そのためには、入射用コア４を伝搬する光がシングルモードになるような光導波路にするのが良い。
ここでコアの幅とは、複数本のコアを使用した場合、それぞれのコアの幅をいう。
出射用コア５の幅が入射用コア４の幅の１．５倍以下である場合には、狭い波長の変動に対してのみ図９のフラットな損失になり、ＣＷＤＭに求められているような広い波長範囲の変動に対応することは出来ない。出射用コア５の幅が入射用コア４の幅の２０倍より大きい場合には、それに対応して光導波路のサイズが大きくなるという問題が生じる場合がある。たとえば、幅の広いコアに対応して、出射された光が入射する光ファイバのコア径や受光器の受光面積が大きくなった結果、光の伝送速度が制限され、高速伝送には不適となる場合がある。
本発明の光導波路では、出射用コア５の幅が入射用コア４の幅より大きいため、出射用コア５から出た光の強度をモニタして、光導波路と光ファイバや回折格子等の部材との位置合せを高精度に行うことが困難になる。そこで、上記コアの他に位置合せ用コアを１つ以上設け、この位置合せ用コアを用いて、上記回折格子等の入射光が当る部材の位置合せを行うことが望ましい。
本発明の光導波路は複数の入射用コア４とそれより幅の広い複数の出射用コア５と凹凸を有する或いは屈折率分布を有する回折格子７或いはアレイ光導波路回折格子１０と組合せ、１０ｎｍ程度の広い波長変動にも対応できる光合分波器に用いることが出来る。
また、本発明の光導波路は入射用コア４を複数本とし出射用コア５を１本とすることにより面積を縮小した光合波器に用いることが出来る。また、本発明の光導波路は入射用コア４を１本とし出射用コア５を複数本とすることにより面積を縮小した光分波器に用いることが出来る。１ｋｍを越えるような長距離伝送ではシングルモード光ファイバを用いるため、この場合には本発明の光合波器では光ファイバとの結合の際、損失が生じるため適さない。この場合には本発明の光導波路は光分波器に用いることが好ましい。
光合分波器に用いる表面に凹凸を有する回折格子としては、透過型と反射型が考えられるが、反射型では光の反射率を上げる為に金属等の反射膜を被着させたものが用いられる。また、このような構造の合分波器では、回折格子を光導波路に対して高精度に位置合せする必要がある。そのため、上記位置合せ用コアを作りこみ、回折格子からの回折光をこの位置合せ用コアに入射し、位置合せ用コアを通して出射された光の強度が最大になるように回折格子の位置を最適化するものである。このようにして完成した光合分波器は、光合分波器内での光の損失（入射光に対する出射光のパワーが減じた割合）をみた場合、１０ｎｍ程度の波長範囲では波長に依存しない図９に示すようなフラットトップ形状の波長特性を有し、レーザの温度変動などによる波長の変動に対して自由度の大きな特性を持つことが出来る。
本発明の上記光導波路を用いた光合分波器において、使用する波長での光導波路コア層の膜平面に平行な方向の屈折率（ｎＴＥ）と光導波路コア層の膜平面に垂直な方向の屈折率（ｎＴＭ）の差の絶対値は０．００７以下であることが望ましい。
本発明の第２の実施態様によれば、光の経路となる光導波路と、分光や集光を目的とする回折格子を使用した光合分波器において、使用する波長での光導波路コア層の膜平面に平行な方向の屈折率（ｎＴＥ）と光導波路コア層の膜平面に垂直な方向の屈折率（ｎＴＭ）の差の絶対値が０．００７以下であることを特徴とする光合分波器が提供される。
光の経路となる光導波路コア層の複屈折率を０．００７以下とすることにより、入力信号光の偏光方向に依存する出力信号光の波長変動を５ｎｍ以下に抑制できる。これは使用波長λを１２７０〜１６１０ｎｍ、屈折率ｎを１．４〜１．７として、上述の（１）式から波長変動量Δλが５ｎｍ以内となる複屈折率Δｎを求めた値である。
複屈折率が生じる原因としては材料のもつ固有複屈折率と光導波路コア層の製造プロセスにおいて生じる残留応力がある。本発明は、これら固有複屈折率と残留応力を小さくすることで上述の課題を解決しようとするものである。
固有複屈折率の小さい材料としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン樹脂、ＳｉＯ_２あるいはＳｉＯ_２にＧｅ、Ｔｉ、Ｆなどの添加物を１種類以上ドープし屈折率を制御したものが例として挙げられるが、中でもアクリル系樹脂およびＳｉＯ_２あるいはＳｉＯ_２にＧｅ、Ｔｉ、Ｆなどの添加物を１種類以上ドープし屈折率を制御したものは固有複屈折率が０．００１以下であることが知られており、これらのものを光導波路コア層に用いることが好ましい。
一方、光導波路コア層の残留応力を低減させるための手段としては、光導波路コア層を含む光導波路の熱膨張係数と基板の熱膨張係数の差を小さくする方法がある。熱膨張係数の差は、好ましくは３０倍以下、さらに好ましくは２０倍以下、最も好ましくは１０倍以下である。
例えばフッ素化ポリイミドを用いて光導波路コア層を含む光導波路を作製する場合、従来はシリコンや石英などの基板上に形成していた。この場合、光導波路と基板の熱膨張係数の比が１０倍以上あり、製膜後のポリイミド膜に残留応力が生じ、その応力のため、大きな複屈折率が生じていた。この課題を解決するためには光導波路と基板の熱膨張係数を近付ける、すなわち、光導波路をポリマー製とした場合、これを支持する基板も、光導波路に使用したポリマーの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する樹脂製とすることが有効である。
具体的な例としては、光導波路コア層材料としてフッ素化ポリイミド樹脂を用いる場合、基板をポリイミド製樹脂基板とすればよい。こうすることにより、複屈折率を０．００１未満にすることができる。
本発明の光合分波器に使用される回折格子としては、特に限定されないが、反射型の回折格子、例えば、回折格子表面に反射膜としてＡｌ、Ａｕなどの金属膜を有するもの等や、透過型の回折格子、例えば、回折格子の基材に石英、透明プラスチックなど光線を透過する材料を用いたもの等が挙げられる。
上記第１実施態様及び第２実施態様では、回折格子を光導波路基板と独立して設けた形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、回折格子を光導波路と一体化して設けることも可能である。このような形態では、回折格子と光導波路の素子レベルでの実装位置合わせが不要となるため、光合分波器の作製工程の簡略化やコスト低減が可能になる。
以下、本発明の実施例を示し本発明を具体的に説明する。
実施例１
本発明の光導波路の第１の実施例について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は本発明の光導波路の側面図、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。基板１の上に配置されたクラッド２内に横断面が矩形状のコア３が埋め込まれ、そのコア３のパターンは（ｂ）に示すように、４本の入射用コア４と４本の出射用コア５、位置合せ用の入射用コア８と出射用コア９、スラブ状のコア６で構成されており、光導波路右端には回折格子７が配置されている。ここで、この基板にはガラスや半導体（Ｓｉなど）やポリマ樹脂基板などを用いる。クラッド２およびコア３には、ＳｉＯ_２、あるいはＳｉＯ_２にＧｅ、Ｔｉ、Ｆなどの屈折率を制御する添加物を少なくとも１種類含んだもの、あるいはフッ素化ポリイミドやシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の屈折率を調整したポリマ材を用いることが出来る。回折格子７は表面に所定の周期の凹凸が形成されており、光導波路と接する表面には光を反射させるため、ＡｕやＡｌ等の金属が被着されている。
本合分波器を合波器として用いる場合には、図２に示すように４本の入射用コア４に波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの光を入力させる。入射された光は入射用コア４を伝搬してスラブ状コア６を通って回折格子７に当り、波長で決められた角度に反射される。波長λ１、λ２、λ３、λ４の光が決められた１本の出射用コア５に入射するように回折格子７を設計することにより、回折格子７で反射された４つの波長の光は１本の出射用コア５を通って外部に出射され、合波器として機能することが出来る。
また、本合分波器を分波器として用いる場合には、図３に示すように決められた入射用コア４に波長多重された波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの光信号を入射させる。入射された光は入射用コア４を伝搬し、更にスラブ状コア６を通って回折格子７に当り、波長で決められた角度に反射される。波長λ１、λ２、λ３、λ４の光が決められた４本の出射用コア５に入射するように回折格子７を設計することにより、回折格子７で反射された４つの波長の光は波長ごとに分かれて波長λ１、λ２、λ３、λ４に対応した各々の出射用コア５に入り、４本の出射用コア５を通って外部に出射され、分波器として機能することが出来る。
本実施例では出射用コア５の幅は入射用コア４の幅より大きくなっており、具体的には入射用コア４の幅は各７μｍ、出射用コア５の幅は各３０μｍである。
この実施例では入射用コア４、出射用コア５以外に回折格子７の位置合せ用入射用コア８と出射用コア９が形成されている。これは、回折格子７を精度良く所定の位置に配置させるために用いるものである。位置合せ用入射用コア８に波長λ５の光を入射させ、回折格子７で反射された光を出射用コア９で受け、出射用コア９から出射された光の強度を測定し、この光強度が最大になるように回折格子７の位置を動かすことにより回折格子７の位置合せを行うものである。
ここで、波長λ５はλ１〜λ４のいずれかを用いても良い。また、λ５として、λ１〜λ４以外の波長を用いることにより、位置合せ用入射用コア８としてλ１〜λ４が入射するいずれかの光入射用コア４を兼用することも出来る。本発明の光導波路の構成とすることにより、入射される光の波長λ１〜λ４が各々所定の波長範囲で変動しても、λ１〜λ４に対応した出射用コア５から光を出射させることが出来る。
本実施例では４波長に対応した光導波路について述べたが、４波長以外でも波長数に合わせて入射用コア４及び出射用コア５の本数を変えることで対応可能である。
実施例２
本発明の光導波路の第２の実施例について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は本発明の光導波路の側面図、図４（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。基板１の上に配置されたクラッド２内に矩形状のコア３が埋め込まれ、そのコア３のパターンは（ｂ）に示すように、４本の入射用コア４と１本の出射用コア５、位置合せ用の入射用コア８と出射用コア９、スラブ状のコア６で構成されており、光導波路右端には回折格子７が配置されている。ここで、この基板にはガラスや半導体（Ｓｉなど）やポリマ樹脂基板などを用いる。クラッド２およびコア３にはＳｉＯ_２、あるいはＳｉＯ_２にＧｅ、Ｔｉ、Ｆなどの屈折率を制御する添加物を少なくとも１種類含んだもの、あるいはフッ素化ポリイミドやシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の屈折率を調整したポリマ材を用いることが出来る。
回折格子７は表面に所定の周期の凹凸が形成されており、光導波路と接する表面には光を反射させるため、ＡｕやＡｌ等の金属が被着されている。
本構成をとることにより、光合波器として用いることが出来る。図４に示すように４本の入射用コア４に波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの光を入力させる。入射された光は入射用コア４を伝搬してスラブ状コア６を通って回折格子７に当り、波長で決められた角度に反射され、波長λ１、λ２、λ３、λ４の光が１本の出射用コア５に入射し、４つの波長の光は１本の出射用コア５を通って外部に出射され、合波器として機能することが出来る。
出射用コア５の幅は入射用コア４の幅より大きくなっており、本実施例では入射用コア４の幅は各７μｍ、出射用コア５の幅は３０μｍである。
本実施例には上記入射用コア４、出射用コア５以外に回折格子７の位置合せ用入射用コア８と出射用コア９が形成されている。これは、回折格子７を精度良く所定の位置に配置させるために用いるものである。位置合せ用入射用コア８に波長λ５の光を入射させ、回折格子７で反射された光を出射用コア９で受け、出射用コア９から出射された光の強度を測定し、この光強度が最大になるように回折格子７の位置を動かすことにより回折格子７の位置合せを行うものである。ここで、波長λ５はλ１〜λ４のいずれかを用いても良い。
また、λ５として、λ１〜λ４以外の波長を用いることにより、図５に示す光導波路のように、位置合せ用入射用コア８としてλ１〜λ４が入射するいずれかの光入射用コア４を兼用することも出来る。本発明の光導波路の構成とすることにより、入射される光の波長λ１〜λ４が各々所定の波長範囲で変動しても、波長λ１〜λ４の光は出射用コア５から出射させることが出来る。
本実施例では４波長に対応した光導波路について述べたが、４波長以外でも波長数に合わせて入射用コア４及び出射用コア５の本数を変えることで対応可能である。
実施例３
本発明の光導波路の第３の実施例について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は本発明の光導波路の側面図、図６（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。基板１の上に配置されたクラッド２内に矩形状のコア３が埋め込まれ、そのコア３のパターンは（ｂ）に示すように、１本の入射用コア４と４本の出射用コア５、位置合せ用の入射用コア８と出射用コア９、スラブ状のコア６で構成されており、光導波路右端には回折格子７が配置されている。ここで、この基板１にはガラスや半導体（Ｓｉなど）やポリマ樹脂基板などを用いる。クラッド２およびコア３にはＳｉＯ_２、あるいはＳｉＯ_２にＧｅ、Ｔｉ、Ｆなどの屈折率を制御する添加物を少なくとも１種類含んだもの、あるいはフッ素化ポリイミドやシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の屈折率を調整したポリマ材を用いることが出来る。
回折格子７は表面に所定の周期の凹凸が形成されており、光導波路と接する表面には光を反射させるため、ＡｕやＡｌ等の金属が被着されている。本構成をとることにより、光分波器として用いることが出来る。本合分波器を分波器として用いる場合には、図６に示すように決められた入射用コア４に波長多重された波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの光信号を入射させる。入射された光は入射用コア４を伝搬し、更にスラブ状コア６を通って回折格子７に当り、波長で決められた角度に反射され、４つの波長の光は波長ごとに分かれて波長λ１、λ２、λ３、λ４に対応した各々の出射用コア５に入り、４本の出射用コア５を通って外部に出射され、分波器として機能することが出来る。
出射用コア５の幅は入射用コア４の幅より大きくなっており、本実施例では入射用コア４の幅は７μｍ、出射用コア５の幅は各３０μｍである。
本実施例には上記入射用コア４、出射用コア５以外に回折格子７の位置合せ用入射用コア８と出射用コア９が形成されている。これは、回折格子７を精度良く所定の位置に配置させるために用いるものである。位置合せ用入射用コア８に波長λ５の光を入射させ、回折格子７で反射された光を出射用コア９で受け、出射用コア９から出射された光の強度を測定し、この光強度が最大になるように回折格子７の位置を動かすことにより回折格子７の位置合せを行うものである。
ここで、波長λ５はλ１〜λ４のいずれかを用いても良い。また、λ５として、λ１〜λ４以外の波長を用いることにより、図７に示す光導波路のように、位置合せ用入射用コア８としてλ１〜λ４が入射する光入射用コア４を兼用することも出来る。本発明の光導波路の構成とすることにより、入射される光の波長λ１〜λ４が各々所定の波長範囲で変動しても、波長λ１〜λ４の光は出射用コア５から出射させることが出来る。
本実施例では４波長に対応した光導波路について述べたが、４波長以外でも波長数に合わせて入射用コア４及び出射用コア５の本数を変えることで対応可能である。
実施例４
本発明の光導波路の第４の実施例について、図８を用いて説明する。図８は本発明の光導波路の構成図である。図８（ａ）に示すように、光導波路は基板１の上に配置されたクラッド２に矩形状のコア３が埋め込まれた構造になっており、そのコア３のパターンは図８（ｂ）に示すように、４本の入射用コア４と入射用コア４より幅の広い４本の出射用コア５、スラブ状のコア６とアレイ状のコア１０で構成されている。これはアレイ光導波路回折格子と呼ばれる構造である。これらの構成をとることにより、合分波器として機能させることが出来る。合波器として機能させるには、各入射用コア４に波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの光信号を入射させる。入射した光は入射用コア４を伝搬してスラブ状コア６に入射し、さらにアレイ状コア１０、スラブ状コア６を通り、４本の出射用コア５のうち１本に入射する。その際、１つの出射用コア５に４つの波長λ１、λ２、λ３、λ４の光が入射することで合波し、出射用コア５を伝搬して出射用コア５から出射される。
一方、分波器として機能させるには、入射用コア４に波長多重された波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの光信号を入射させる。入射した光は入射用コア４を伝搬してスラブ状コア６に入射し、さらにアレイ状コア１０、スラブ状コア６を通り出射用コア５に入射する。その際、光は波長ごとに分かれて波長λ１、λ２、λ３、λ４に対応した各々の出射用コア５に入り、出射用コア５を伝搬して出射用コア５から出射される。ここで、この基板にはガラスや半導体（Ｓｉなど）やポリマ樹脂基板などを用いる。クラッド２およびコア３にはＳｉＯ_２、あるいはＳｉＯ_２にＧｅ、Ｔｉ、Ｆなどの屈折率を制御する添加物を少なくとも１種類を含んだもの、あるいはフッ素化ポリイミドやシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の屈折率を調整したポリマ材を用いることが出来る。
出射用コア５の幅は入射用コア４の幅より大きくなっており、本実施例では入射用コア４の幅は各７μｍ、出射用コア５の幅は各３０μｍである。本発明の光導波路の構成とすることにより、入射される光の波長λ１〜λ４が各々所定の波長範囲で変動して光合分波器として機能させることが出来る。
本実施例では４波長に対応した光導波路について述べたが、４波長以外でも波長数に合わせて入射用コア４及び出射用コア５の本数を変えることで対応可能である。
次に本発明の第２の実施態様に係る光合分波器の一実施例について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０（ａ）は本発明の光合分波器の一実施例を示す構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’面における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’面における断面図である。図１０は反射型の回折格子４を使用した一例であるが、透過型の回折格子を使用した場合においても本発明は効果がある。
光導波路コア層２の複屈折率を０．００７以内とするために、例えばアクリル系樹脂、ＳｉＯ_２あるいはＳｉＯ_２にＧｅ、Ｔｉ、Ｆなどの添加物を１種類以上ドープし屈折率を制御したものを用いる。
また、フッ素化ポリイミドのような複屈折率の大きなものを光導波路コア層２に用いる場合であっても、基板５にポリイミドなど樹脂製の基板を用いることで複屈折率を０．００７以内にできる。
図１１は図１０記載の光合分波器において、多重化された入力信号光が回折格子によって分光された後、ＣＨ１からＣＨ４のポートに出力されることを示す図である。このような実施の形態とすることで、複屈折率を０．００７以内にすることが可能となり、図１１記載の出力信号光の波長変動量を５ｎｍ以下に抑制できる。
実施例５
複屈折率と波長変動量は上述の（１）式により説明される。（１）式によれば、光導波路コア層の複屈折率を小さくすれば波長変動を抑えることができる。光導波路コア層に用いるポリメチルメタクリレートをＳｉ基板上に製膜したときの複屈折率は、波長１３００ｎｍにおいて０．００１以下であった。光導波路コア層にこのポリメチルメタクリレートを、光導波路クラッド層にフッ素化することにより屈折率を調整したポリフルオロアルキルメタクリレートを用いて光導波路をＳｉ基板上に形成し、これと石英を母材とした回折格子を組み合わせた光合分波器とすることで、波長変動を１ｎｍ以下に抑制できる。
比較例１
光導波路コア層として日立化成工業製ＯＰＩ−Ｎ３２６５（フッ素化ポリイミド樹脂）を、光導波路クラッド層として同ＯＰＩ−Ｎ３１１５（フッ素化ポリイミド樹脂）を使用し、Ｓｉ基板上に光導波路を形成したもの（波長１３００ｎｍにおける光導波路コア層の複屈折率０．００９）と、石英を母材とした回折格子を組み合わせ、光合分波器を作製し、偏光方向と分波特性の関係を測定した。この場合、光導波路に入射する信号光がＴＥ偏光あるいはＴＭ偏光であるかにより、分波特性が異なり、８ｎｍの波長変動が生じた。この波長変動は上述の（１）式により求められる値とよい一致を示す。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、所定の波長範囲で波長が変動する複数の波長の光を合波及び分波することが出来る光合分波器に用いる光導波路を提供することができる。また、本発明は、波長分割多重通信に用いられる光合分波器において、光導波路コア層の複屈折率を０．００７以下とすることで、入力信号光の偏光方向に依存する出力信号光の波長変動を５ｎｍ以下に抑えた光合分波器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）は、本発明の実施例１の模式化された光合分波器の側面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図２（ａ）は、本発明の実施例１の模式化された光合波器の側面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図３（ａ）は、本発明の実施例１の模式化された光分波器の側面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図４（ａ）は、本発明の実施例２の模式化された光合波器の側面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図５（ａ）は、本発明の実施例２の模式化された光合波器の側面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図６（ａ）は、本発明の実施例３の模式化された光分波器の側面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図７（ａ）は、本発明の実施例３の模式化された光分波器の側面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図８（ａ）は、本発明の実施例４の模式化された光合分波器の側面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図９は、ＣＷＭＤ用合分波器の分波特性を示す図面である。
図１０（ａ）は本発明の実施の形態を示す光合分波器の構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’面における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’面における断面図である。
図１１は、図１０記載の光合分波器における分波特性を示す図面である。

Claims (11)

1. 入射用コア４と出射用コア５を有し、出射用コア５の幅が入射用コア４の幅の１．５倍超であることを特徴とする光導波路。
2. 出射用コア５の幅が入射用コア４の幅の２〜２０倍である請求項１記載の光導波路。
3. 入射用コア４の幅が３〜１０μｍであり、出射用コア５の幅が１５〜５０μｍである請求項１又は２記載の光導波路。
4. 入射用コア４を伝搬する光がシングルモードであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光導波路。
5. さらに位置合せ用コアを１以上有する請求項１〜４のいずれか１項記載の光導波路。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の光導波路を用いた光合分波器。
7. 回折格子を有する請求項６記載の光合分波器。
8. 回折格子が反射膜を有する請求項７記載の光合分波器。
9. 使用する波長での光導波路コア層の膜平面に平行な方向の屈折率（ｎＴＥ）と光導波路コア層の膜平面に垂直な方向の屈折率（ｎＴＭ）の差の絶対値が０．００７以下であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項記載の光合分波器。
10. 光の経路となる光導波路と、分光や集光を目的とする回折格子を使用した光合分波器において、使用する波長での光導波路コア層の膜平面に平行な方向の屈折率（ｎＴＥ）と光導波路コア層の膜平面に垂直な方向の屈折率（ｎＴＭ）の差の絶対値が０．００７以下であることを特徴とする光合分波器。
11. 光導波路およびこれを支持する基板が樹脂製であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項記載の光合分波器。

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