WO2000023837A1 - Multiplexeur/demultiplexeur optique - Google Patents

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WO2000023837A1
WO2000023837A1 PCT/JP1999/005749 JP9905749W WO0023837A1 WO 2000023837 A1 WO2000023837 A1 WO 2000023837A1 JP 9905749 W JP9905749 W JP 9905749W WO 0023837 A1 WO0023837 A1 WO 0023837A1
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wavelength
demultiplexer
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optical multiplexer
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PCT/JP1999/005749
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Inventor
Takeshi Nakajima
Naoki Hashizume
Kanji Tanaka
Original Assignee
The Furukawa Electric Co., Ltd.
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    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12016—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the input or output waveguides, e.g. tapered waveguide ends, coupled together pairs of output waveguides

Definitions

  • IPC International Patent Classification
  • the present invention relates to an optical multiplexer / demultiplexer using an arrayed waveguide diffraction grating.
  • optical frequency division multiplexing In recent years, in optical communications, research and development on optical frequency division multiplexing has been actively pursued as a means to dramatically increase the transmission capacity. In order to dramatically increase the transmission capacity in optical communication, an optical device that can multiplex and demultiplex light having many wavelength components with the smallest possible wavelength interval is required.
  • an optical multiplexer / demultiplexer using an arrayed waveguide diffraction grating is known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-94936).
  • optical multiplexer / demultiplexer In this optical multiplexer / demultiplexer, a plurality of input waveguides, an input side slab waveguide, an array waveguide diffraction grating having a plurality of waveguides, an output side slab waveguide, and a plurality of output waveguides are connected in this order. Things.
  • the optical multiplexer / demultiplexer for example, converts wavelength-division multiplexed light (center wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 8, wavelength interval ⁇ ) incident on a specific one of the input waveguides into an input slab waveguide.
  • Array waveguide grating with multiple waveguides ⁇ Transmits to the output side slab waveguide, demultiplexes to each light of center wavelength ⁇ ⁇ ⁇ 8 and outputs the corresponding individual waveguides of multiple output waveguides. Output to wave path.
  • the width, height, and refractive index of the fabricated waveguide fluctuate, and the center wavelength of the light split by the output-side slab waveguide is changed. It is easy to deviate from the design value.
  • the deviation of the center wavelength of light from the design value is a constant deviation from a predetermined center wavelength designed in advance even if the arrayed waveguide grating is different, it is corrected by responding to the design. Possible, not a problem. However, when the shift of the center wavelength differs for each manufactured optical multiplexer / demultiplexer, it cannot be corrected. Moreover, such a shift of the center wavelength usually differs for each array waveguide diffraction grating.
  • the present invention has been made in view of the above points, and it is possible to multiplex or demultiplex wavelength-division multiplexed light by appropriately correcting the shift of the center wavelength even using an arrayed waveguide diffraction grating. It is an object of the present invention to provide an optical multiplexer / demultiplexer that can be manufactured with a good yield and at low cost. Disclosure of the invention
  • the ratio of the spacing to the spacing between the plurality of second waveguides at the connection with the second slab waveguide is determined by the focal length of the first slab waveguide and the second slab waveguide. The ratio is different from the focal length of the wave path.
  • the distance between the plurality of first waveguides is equal to the distance between the plurality of second waveguides at the connection portion with the second slab waveguide, and the focal length of the first slab waveguide is And the focal length of the second slab waveguide is different.
  • center wavelength used in the present specification refers to the center wavelength of light demultiplexed from wavelength-division multiplexed light.
  • the optical multiplexer / demultiplexer 1 is configured as described above, and the pitch ⁇ ⁇ 1 of the plurality of input waveguides 3 at the connection with the input side slab waveguide 4 and the plurality of Is different from the ratio of the focal length F 1 of the input side slab waveguide 4 to the focal length F 2 of the output side slab waveguide 6. .
  • n R refractive index of the medium 1 3 rollers down de £ 1 in 1
  • m is the diffraction order
  • lambda is the wavelength
  • d is the pitch of the diffraction grating.
  • the optical multiplexer / demultiplexer 1 has a plurality of input waveguides 3 and a plurality of output waveguides 7, and a connection portion between the input side slab waveguide 4 and the output side slab waveguide 6 has a low ground. They are arranged on a circle.
  • optical multiplexer / demultiplexer 1 can explain a function of multiplexing or demultiplexing wavelength-division multiplexed light by correcting the shift of the center wavelength as follows based on two types of Laurent circles. .
  • Case 3 is the same as Case 1 in both the incident angle and the outgoing angle. 9 Expressed the same as Equation 2.
  • the expression 14 indicates that the output waveguide 7 when the input waveguide 3 is shifted by ⁇ lines, that is, ⁇ ⁇ ⁇ 2, with respect to the position of the light incident on the Laurent circle 21 from the plurality of input waveguides 3.
  • the center wavelength of the output waveguide 7 when the input waveguide 3 is shifted by ⁇ lines that is, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ It shows that the deviation amount is the same.
  • the center wavelength shift amount in the output waveguide 7 when the input waveguide 3 is shifted by ⁇ lines is the conventional optical multiplexer / demultiplexer using the array waveguide diffraction grating. Is the same as
  • equation 16 is obtained.
  • Equation 16 is obtained when the input waveguide 3 is shifted by ⁇ lines (when ⁇ ⁇ ⁇ 2 is shifted) with respect to the position of light incident on the one-round circle 21 from the plurality of input waveguides 3.
  • the shift amount of the center wavelength in the output waveguide 7 on the land circle 21 is calculated by the conventional method using the arrayed waveguide diffraction grating.
  • the optical multiplexer / demultiplexer is shifted by ( ⁇ X1Z ⁇ X2) (F2 / F1) times.
  • the optical multiplexer / demultiplexer 1 of the present invention is 11 If the focal length F l, the focal length F 2 of the output side slab waveguide 6 and the pitch ⁇ ⁇ 1, mm X 2 are set appropriately, multiple By shifting the position of the input waveguide 3 into which the wavelength-division multiplexed light is incident out of the input waveguides 3, the light of the target center wavelength can be directed to a specific output waveguide in the plurality of output waveguides 7. The light can be condensed on the wave path 7, and the dispersion of the center wavelength generated in the manufacturing stage can be corrected.
  • the optical multiplexer / demultiplexer 1 inputs light beams of individual wavelengths from the plurality of output waveguides 7, and outputs the output slab waveguide 6 ⁇ the array waveguide diffraction grating 5 —the input slab waveguide. 4 can also be multiplexed with wavelength-division multiplexed light and output to a specific one of the plurality of input waveguides 3.
  • focal length F l 1 0 0 3 2 zm
  • output side slab waveguide 6 focal length F 2 8 7 7 8 m
  • operating wavelength range 1 In the 5.5 ⁇ band the operating characteristics were measured as follows under a wavelength interval of 100 GHz (-about 0.8 nm).
  • 20 waveguides of the output waveguide 7 were provided. 12
  • the optical multiplexer / demultiplexer 1 when the input waveguide 3 for inputting the wavelength multiplexed light is shifted by one from the fourth waveguide 3d to the fifth waveguide 3e, the output waveguide 7d is shifted to the specific output waveguide 7d.
  • the wavelength characteristics of the emitted light were measured.
  • Fig. 4 shows the results.
  • the dotted line shows the wavelength characteristics of the outgoing light measured at the output waveguide 7 d when the wavelength-division multiplexed light enters the fourth waveguide 3 d
  • the solid line shows the wavelength-division multiplexed light at the fifth waveguide 3 d.
  • This is the wavelength characteristic of the outgoing light measured at the output waveguide 7d when the light is incident on the waveguide 3e.
  • the optical multiplexer / demultiplexer 1 shifts the input waveguide 3 by one so that the center wavelength of the light emitted to the output waveguide 7 is 0.7 nm long wavelength side. You can see that it has shifted.
  • the central wavelength shift of light is 0.8 nm, whereas in the optical multiplexer / demultiplexer 1 of the present invention, the central wavelength shift of light is 0.7 nm.
  • the optical multiplexer / demultiplexer 1 has a pitch of a plurality of waveguides at both ends of the input side slab waveguide 4 side and the output side slab waveguide 6 side in the array waveguide diffraction grating 5. Were set equal, but it goes without saying that they could be different.
  • the number of waveguides of input waveguide 3 and output waveguide 7 depends on

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Description

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PCT/JP99/ 05749
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ェ nt . CI7 G02B6 / 12
According to International Patent Classification (IPC) or to both national classification and IPC
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Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols)
Int . CI7 G02B6/ 12 - 6 / 138
； are included in the fields searched
Jitsuyo Shinan Koho 1922 -1996 Toroku Jitsuyo Shinan Koho 1994 -2000 Kokai Jitsuyo Shinan Koho 1971-2000 Jitsuyo Shinan Toroku Koho 1996 -2000
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JP , 11— 2733 , A (Nippon Telephone & Telegraph Corporation) . - 3 06 January , 1999 ( 06 . 01 . 99 ) ( Family : none )
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"L" document which may throw doubts on priority claim(s) or which i: step when the document is taken alone
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"O" document referring to an oral disclosure, use, exhibition or other combined with one or more other such documents, such
means combination being obvious to a person skilled in the art
"P" document published prior to the international filing date but later "&" document member of the same patent family
than the priority date claimed
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11 January , 2000 ( 11 . 01 . 00 ) 25 January , 2000 ( 25 . 01 . 00 )
Name and mailing address of the ISA/ Authorized officer
Japanese Patent Of f ice
Facsimile No. Telephone No.
Form PCT/ISA/210 (second sheet) (July 1992) 明 細 書 光合分波器 技術分野
本発明は、 アレイ導波路回折格子を用いた光合分波器に関する。 背景技術
近年、 光通信においては、 伝送容量を飛躍的に増大させる手段 と して、 光周波数多重通信の研究開発が盛んに行われている。 光 通信において伝送容量を飛躍的に増大させるには、 波長間隔が可 能な限り 小さい多数の波長成分を有する光を合分波する こ とがで きる光デバイ スが必要で、 その 1 つの手段と してア レイ導波路回 折格子を用いた光合分波器が知 られている （例えば、 特開平 9 一 4 9 9 3 6号公報等） 。
この光合分波器は、 複数の入力導波路、 入力側ス ラブ導波路、 複数の導波路を有するア レイ導波路回折格子、 出力側スラブ導波 路及び複数の出力導波路を当該順に接続したものである。 そして、 この光合分波器は、 例えば、 入力導波路の特定の 1 つの導波路に 入射させた波長多重光 （中心波長 λ 1〜 λ 8， 波長間隔 Δ λ ) を入 力側スラブ導波路—複数の導波路を有するア レイ導波路回折格子 →出力側ス ラブ導波路と伝送して中心波長 λ ΐ〜え 8のそれぞれの 光に分波し、 複数の出力導波路の対応する個々の導波路へと出力 する。
と ころで、 ア レイ導波路回折格子は、 導波路の加工に際し、 作 製される導波路の幅， 高さ， 屈折率がばらつき、 出力側スラブ導 波路で分波される光の中心波長が設計値からずれ易い。 2 このとき、 光の中心波長の設計値からの前記ずれが、 アレイ導 波路回折格子が異なっても予め設計した所定の中心波長から一定 のずれ量であれば、 設計時に対応する こ とによって補正可能で、 問題とはならない。 しかし、 前記中心波長のずれが、 作製した光 合分波器毎に異なる場合には、 補正することができない。 しかも、 このような前記中心波長のずれは、 ア レイ導波路回折格子ごとに 異なるのが普通である。
このため、 ア レイ導波路回折格子を用いた光合分波器において は、 作製後における中心波長のずれを予め見積もる ことが困難で、 これが光合分波器の作製歩留ま り を著し く 低下させる原因となつ ていた。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、 ア レイ導波路回折 格子を用いても適正に中心波長のずれを補正して波長多重光を合 波あるいは分波する こ とが可能で、 歩留ま り よ く 安価に作製する ことができる光合分波器を提供するこ とを目的とする。 発明の開示
本発明においては上記目的を達成するため、 複数の第 1 の導波 路、 第 1 のスラブ導波路、 複数の導波路を有するア レイ導波路回 折格子、 第 2 のスラブ導波路及び複数の第 2 の導波路を備え、 前 記各導波路が前記の順に接続形成された光合分波器において、 前 記第 1 のスラブ導波路との接続部における前記複数の第 1 の導波 路の間隔と、 前記第 2 のスラブ導波路との接続部における前記複 数の第 2 の導波路の間隔との比が、 前記第 1 のスラブ導波路の焦 点距離と、 前記第 2 のスラブ導波路の焦点距離との比と異なるよ う に構成したのである。
好ま し く は、 前記第 1 のスラブ導波路との接続部における前記 3 複数の第 1 の導波路の間隔と、 前記第 2 のスラブ導波路との接続 部における前記複数の第 2 の導波路の間隔とが等し く 、 前記第 1 のスラブ導波路の焦点距離と、 前記第 2 のスラブ導波路の焦点距 離とが異なるよう に構成する。
また好ま し く は、 前記第 1 のスラブ導波路との接続部における 前記複数の第 1 の導波路の間隔と、 前記第 2 のスラブ導波路との 接続部における前記複数の第 2 の導波路の間隔とが異な り 、 前記 第 1 のスラブ導波路の焦点距離と、 前記第 2 のスラブ導波路の焦 点距離とが等しく なるよう に構成する。
こ こで、 本明細書で使用する中心波長とは、 波長多重光から分 波された光における中心波長をいう。 図面の簡単な説明
第 1 図は、 本発明の光合分波器の平面図、 第 2 A図は、 複数の 入力導波路の入力側スラブ導波路側における ピッチ Δ X 1を示す拡 大平面図、 第 2 B図は、 複数の出力導波路の出力側スラブ導波路 側における ピッチ Δ X 2を示す拡大平面図、 第 3 図は、 第 1 図の光 合分波器の機能を説明する模式図、 第 4 図は、 第 1 図の光合分波 器において、 波長多重光を入射させる入力導波路を 1 つずら した ときに特定の出力導波路で測定された出射光の波長特性図、 及び 第 5 図は、 第 1 図の光合分波器の作動原理を凹面回折格子を用い て説明する模式図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の一実施形態を第 1 図乃至第 4 図に基づいて詳細 に説明する。
光合分波器 1 は、 第 1 図に示すよ う に、 シリ コ ン， ガラス等の 4 基板 2 の上に石英系ガラス導波路からなる複数の第 1 の導波路と しての入力導波路 3 、 第 1 のス ラブ導波路と しての； 力側スラブ 導波路 4 、 アレイ導波路回折格子 5 、 第 2 のスラブ導波路と して の出力側スラブ導波路 6 及び複数の第 2 の導波路と しての出力導 波路 7が当該順に接続形成されている。
複数の入力導波路 3 は、 一端がシリ コン基板 2 の端面に露出し、 他端は入力側スラブ導波路 4 と接続されている。 前記接続部は、 第 2 A図に示すよう に、 複数の入力導波路 3 がピッチ Δ Χ 1で接続 されている。 このとき、 複数の入力導波路 3 は、 いずれか 1 つに 光フ ァイバ等の光導波路を介して分波すべき波長多重光が入射さ れる。
入力側スラブ導波路 4は、 F 1の焦点距離を有する凹面型のスラ ブ導波路で、 特定の入力導波路 3 から入射した波長多重光を回折 させてアレイ導波路回折格子 5へと出射する。
ア レイ導波路回折格子 5 は、 複数の導波路を有し、 隣り合う導 波路間の長さの差 A L ( =光路長差）を利用 した回折格子で、 入力 側スラブ導波路 4 における回折で広がった入射光をすベて受光す るのに十分な数の複数のチャ ンネル導波路を有している。 ア レイ 導波路回折格子 5 は、 入力側ス ラブ導波路 4側と出力側スラブ導 波路 6 側との両端における複数の導波路の間隔が等しく 設定され ている。 また、 アレイ導波路回折格子 5 を構成する複数の導波路 は、 接続損失を低減するため、 入力側スラブ導波路 4や出力側ス ラブ導波路 6 との接続部をテ一パ状に拡大している。
出力側スラブ導波路 6 は、 F 2の焦点距離を有する凹面型のスラ ブ導波路で、 ア レイ導波路回折格子 5 を伝搬した波長多重光を複 数の出力導波路 7 に集光させる。 このとき、 波長多重光は、 ァ レ ィ導波路回折格子 5 における角分散によって複数の出力導波路 7 5 への集光位置が波長毎に異なり 、 波長毎に別々 の出力導波路 7 へ 出射される。
複数の出力導波路 7 は、 一端がシリ コン基板 2 の端面に露出し、 他端は出力側ス ラブ導波路 6 と接続されている。 前記接続部は、 第 2 B図に示すよう に、 複数の出力導波路 7 がピッチ Δ Χ 2で接続 されている。 このとき、 複数の入力導波路 3 及び複数の出力導波 路 7 は、 入力側スラブ導波路 4及び出力側スラブ導波路 6 との接 続部がローラン ド円上に配置される。 こ こで、 ローラン ド円とは、 ォゥ面格子の中央に立てた垂線を直径と し、 その長さがォゥ面の 曲率半径に等し く 、 しかも格子の刻線に垂直な面内にある円をい う （共立出版株式会社発行 「化学大辞典 9」 参照） 。
光合分波器 1 は、 以上のよう に構成され、 入力側スラブ導波路 4 との接続部における複数の入力導波路 3 のピッチ Δ Χ 1と、 出力 側スラブ導波路 6 との接続部における複数の出力導波路 7 のピッ チ Δ Χ 2との比が、 入力側スラブ導波路 4 の焦点距離 F 1と、 出力 側スラブ導波路 6 の焦点距離 F 2との比と異なる ことを特徴とする。
また、 光合分波器 1 は、 入力側スラブ導波路 4 との接続部にお ける複数の入力導波路 3 のピッチ Δ Χ 1と、 出力側スラブ導波路 6 との接続部における複数の出力導波路 7 のピッチ Δ Χ 2とが等しく 、 入力側スラブ導波路 4の焦点距離 F 1と、 出力側スラブ導波路 6 の 焦点距離 F 2とが異なるよう に構成する。 更に、 光合分波器 1 は、 入力側スラブ導波路 4 との接続部における複数の入力導波路 3 の ピッチ Δ Χ 1と、 出力側スラブ導波路 6 との接続部における複数の 出力導波路 7 のピッチ Δ Χ 2とが異なり、 入力側スラブ導波路 4 の 焦点距離 F 1と、 出力側スラブ導波路 6 の焦点距離 F 2とが等し く なるよう に構成する。
上記のよ う に構成される光合分波器 1 は、 第 5 図に示す凹面回 折格子 1 0 を用いて以下のよう に作動原理を説明する こ とができ る。
先ず、 凹面回折格子 1 0 は、 ピッチ dで格子が形成され、 曲率 半径を Rとする。 そして、 凹面回折格子 1 0 の表面に回折格子 1 0の中心 Oで接するローラン ド円 1 1 (半径 = RZ 2 ) を考える。 このとき、 第 5 図において、 点 Fは凹面回折格子 1 0 の焦点であ る。
ローラ ン ド円 1 1 上の任意の位置に入カス リ ッ ト 1 2 を置き、 入カス リ ッ ト 1 2から光を入射させる と、 この入射光は凹面回折 格子 1 0で次の回折方程式を満たす角度に回折され、 ローラ ン ド 円 1 1 上の点に集光する。
n R d (sin0 i + sin0 。) = m λ (式 1 )
こ こで、 0 i は入射角、 0 。は出射角、 n Rはローラ ン ド円 1 1 内の媒体 1 3の屈折率、 mは回折次数、 λ は波長、 dは回折格子 のピッチである。
従って、 前記集光位置に出力ス リ ッ ト 1 4 を形成すれば、 特定 波長え 、 特定次数 mの回折光だけを出力する ことができる。
前記のよ う に、 光合分波器 1 は、 複数の入力導波路 3及び複数 の出力導波路 7 は、 入力側ス ラブ導波路 4及び出力側スラブ導波 路 6 との接続部がローラン ド円上に配置されている。
従って、 光合分波器 1 は、 複数の入力導波路 3 , 入力側スラブ 導波路 4， 入力側スラブ導波路 4 とア レイ導波路回折格子 5 との 接続部が、 凹面回折格子 1 0 のそれぞれ入力ス リ ッ ト 1 2 , 媒体 1 3 ， 格子面と対応する こ とになる。 同様に、 複数の出力導波路 7 ， 出力側スラブ導波路 6， ア レイ導波路回折格子 5 と出力側ス ラブ導波路 6 との接続部が、 凹面回折格子 1 0 のそれぞれ出カス リ ッ ト 1 4， 媒体 1 3 ， 格子面と対応する。 また、 入力側ス ラブ 導波路 4及び出力側スラブ導波路 6 の焦点距離 F 1， F 2は、 凹面 回折格子 1 0 の焦点距離と対応する。
と ころで、 光合分波器 1 は、 ア レイ導波路回折格子 5 が複数の チャ ンネル導波路を有し、 これら複数のチャ ンネル導波路は N番 目 と （N + 1 )番目の導波路（Nは自然数）の光路長差 が一定に 設定されている。 このため、 ア レイ導波路回折格子 5 は、 入力側 スラブ導波路 4 との接続部から出力側スラブ導波路 6 との接続部 に至る全長を波長多重光が伝搬する こ とで、 凹面回折格子 1 0 と 同一の回折作用をする。
従って、 光合分波器 1 は、 第 1 図において、 例えば、 入力導波 路 3 の 4番目の導波路 3 d に入射した波長多重光 （中心波長 λ 1〜 λ 8 , 波長間隔 Δ λ ) を、 入力側スラブ導波路 4—アレイ導波路回 折格子 5→出力側ス ラブ導波路 6 と伝送し、 中心波長 λ ΐ〜え 8の それぞれの光を分波し、 複数の出力導波路 7 の対応する個々 の導 波路へと出力する。
このとき、 本発明の光合分波器 1 においては、 入力側スラブ導 波路 4 との接続部における複数の入力導波路 3 のピッチ Δ Χ 1と、 出力側スラブ導波路 6 との接続部における複数の出力導波路 7 の ピッチ△ X 2との比が、 入力側ス ラブ導波路 4 の焦点距離 F 1と、 出力側スラブ導波路 6 の焦点距離 F 2との比と異なる ことを特徴と する。
また、 光合分波器 1 は、 2種類のローラ ン ド円に基づいて、 以 下のよう に中心波長のずれを補正して波長多重光を合波あるいは 分波する機能を説明することができる。
先ず、 複数の入力導波路 3 及び複数の出力導波路 7 は、 入力側 スラブ導波路 4及び出力側スラブ導波路 6 との接続部が、 第 3 図 に示す模式図において、 ローラ ン ド円 2 1 上に配置されている場 合を考える。
凹面回折格子 2 0 のローラン ド円 2 1 に関し、 円 2 1上の点 B 1 から波長 λ 、 回折次数 mの光を入射させ、 この入射光が凹面回折 格子 2 0で回折されて円 2 1 上の他の点 Cに集光する とき （この 場合をケース 1 とする） 、 回折方程式は前記式 1 の左辺にア レイ 導波路回折格子 5で生じる位相差 n e A Lを加えた次式で示される t n R d ( s i n 0 i + s i n 0 。） + n c Δ L = m λ (式 2 ) こ こで、 n cはアレイ導波路回折格子 5の実効屈折率、 A Lはァ レイ導波路回折格子 5の隣り合う導波路間の光路長差である。
また、 点 B 1から η Δ X 2 ( nは整数）だけ離れたローラ ン ド円 2 1 上の点 B 2から波長 λ B2、 回折次数 mの光を入射させ、 この入射 光が凹面回折格子 2 0で回折されて点 Cに集光する とき （この場 合をケース 2 とする） 、 入射角を 0 B 2 とする と、 上記と同様にし て、 回折方程式は次式で示される。
n R d (sin0 B 2 + sin0。） + n c A L =m A B 2 (式 3 ) 従って、 式 2及び式 3よ り次の式 4が得られる。
入 B 2— 入 = n R d Zm (sin0 B 2 "~ sin0 ； ) (式 4 ) 次に、 第 3 図において、 複数の入力導波路 3 と入力側ス ラブ導 波路 4 との接続部が凹面回折格子 2 5 のローラン ド円 2 6 上に、 複数の出力導波路 7 と出力側スラブ導波路 6 との接続部が、 ロー ラン ド円 2 1上に配置されている場合を考える。
こ こで、 凹面回折格子 2 0， 2 5 は共通の中点〇を有し、 口一 ラン ド円 2 6上の点 A 1は、 〇 B 1の延長上にある。
このとき、 ローラン ド円 2 6上の点 A 1から波長え 、 回折次数 m の光を入射させ、 この入射光が凹面回折格子 2 5で回折されて点 Cに集光する とき （この場合をケース 3 とする） 、 ケース 3 はケ ース 1 と入射角、 出射角共に同じであるから、 回折方程式は前記 9 式 2 と同一に表現される。
n R d ( s i n 0 i + s i n 0 o ) + n c Δ L = m λ (式 5 ) また、 点 A 1から n △ X 1 ( n は整数）だけ離れたローラン ド円 2 6上の点 A 2から波長 λ Α2、 回折次数 mの光を入射させ、 この入射 光が点 C に集光する とき （この場合をケース 4 とする） 、 入射角 を 0 A 2 とすると、 上記と同様にして、 回折方程式は次式で示され る。
n R d (sin( A 2 + sin0 0) + n c A L =m A A 2 (式 6 ) 従って、 式 5及び式 6 よ り次の式 7 が得られる。
A A 2 - A = n R d / m ( s in Θ A 2 - s in Θ ； ) (式 7 ) このとき、 0 は十分に小さ いので sin S ^ S と し、 λ Α 2 — λ = Δ λ Α、 λ Β 2 - λ = Δ λ Β 、 θ Α 2 - θ , = Α θ Α, θ Β 2 - θ , = A 0 Βとすると、 式 4及び式 7 は以下のよう に書き換えられる。
△ λ Β = (n R d Zm) · Δ θ Β (式 8 )
Δ λ Α = ( η R d / m) · Δ 0 Α (式 9 )
ところで、 入力側スラブ導波路 4 は焦点距離が F 1、 出力側スラ ブ導波路 6 は焦点距離が F 2であるから、 第 3 図よ り、 次式が導か れる。
η Δ X 2= F 2厶 θ B (式 1 0 )
n △ X 1 = F 1 Δ Θ A (式 1 1 )
従って、 式 1 0 , 式 1 1 を式 8 ， 式 9 にそれぞれ代入して得た 式に基づいて、 Δ λ Αと Δ λ Βとの比を求めこれを整理する こ とに より、 次式が得られる。
Δ λ Α= (Δ Χ 1/ Δ Χ 2) ( F 2/ F 1) Δ λ Β (式 1 2 ) この式 1 2 を基に、 入力側スラブ導波路 4 の焦点距離 F l、 出力 側スラブ導波路 6 の焦点距離 F 2、 Δ X 1, Δ Χ 2の関係について検 討する。 10 先ず、 次に示す式 1 3が成立する場合、 式 1 4が導かれる。
F 1 ： F 2= Δ X 1 ： Δ X 2 (式 1 3 )
厶 λ Α = Δ λ B (式 1 4 )
即ち、 式 1 4は、 複数の入力導波路 3 から ローラ ン ド円 2 1 に 入射する光の位置に関し、 入力導波路 3 を η本、 即ち、 η Δ Χ2ず ら したときの出力導波路 7での中心波長のずれ量と、 ローラ ン ド 円 2 6 に入射させる光の位置に関し、 入力導波路 3 を η本、 即ち、 η Δ Χ Ιずら したときの出力導波路 7での中心波長のずれ量とが同 じであることを示している。
従って、 式 1 3 の関係を満たす限り 、 入力導波路 3 を η本ずら したときの出力導波路 7での中心波長ずれ量は、 ア レイ導波路回 折格子を用いた従来の光合分波器と同じである。
一方、 次の式 1 5が成立する場合には、 式 1 6 となる。
F 1 ： F 2≠ Δ X 1 ： Δ X 2 (式 1 5 )
厶 λ Α≠△ λ Β (式 1 6 )
即ち、 式 1 6 は、 複数の入力導波路 3か ら 口一ラ ン ド円 2 1 に 入射する光の位置に関し、 入力導波路 3 を η本ずら したとき （ η Δ Χ 2ずら したとき） の出力導波路 7での中心波長のずれ量と、 口 —ラン ド円 2 6 に入射させる光の位置に関し、 入力導波路 3 を η 本ずら したとき （ η Δ Χ Ιずら したとき） の出力導波路 7での中心 波長のずれ量とが異なることを示している。
従って、 ローラン ド円 2 6上の入力導波路 3 を η本ずら したと きのローラ ン ド円 2 1 上の出力導波路 7 における中心波長のずれ 量は、 アレイ導波路回折格子を用した従来の光合分波器と異なり、 式 1 2から明らかなように、 （Δ X 1Z Δ X 2) ( F 2/ F 1)倍ずれる ことになる。
以上から、 本発明の光合分波器 1 は、 入力側スラブ導波路 4の 11 焦点距離 F l、 出力側スラブ導波路 6 の焦点距離 F 2、 ピッチ Δ Χ 1, 厶 X 2を適切に設定すれば、 作製中に生じた中心波長のずれの度合 いに応じて、 複数の入力導波路 3 のう ち、 波長多重光を入射させ る入力導波路 3 の位置をずらすこ とによ り 、 目的とする中心波長 の光を複数の出力導波路 7 中の特定の出力導波路 7 に集光させる こ とができ、 作製段階で生じた中心波長のばらつきを補正する こ とができる。
こ こで、 光合分波器 1 は、 複数の出力導波路 7側から個々 の波 長の光を入射させ、 出力側スラブ導波路 6 →ア レイ導波路回折格 子 5—入力側スラブ導波路 4 を伝搬させる こ とによって波長多重 光に合波させて複数の入力導波路 3 の特定の導波路に出射させる こともできる。
実施例 1
第 1 図に示す光合分波器 1 において、 第 2 A図に示す入力側ス ラブ導波路 4 との接続部における複数の入力導波路 3 のピッチ Δ X 1 と、 第 2 B図に示す出力側スラブ導波路 6 との接続部におけ る複数の出力導波路 7 のピッチ Δ Χ 2とを 2 0 mに設定し （厶 X 1 = Δ Χ 2= 2 0 m) 、 入力側スラブ導波路 4 の焦点距離 F l = 1 0 0 3 2 z m、 出力側スラブ導波路 6 の焦点距離 F 2= 8 7 7 8 m ( F 1 ： F 2= 8 ： 7 ) に設定し、 動作波長域 1. 5 5 μ ηι帯で、 波長間隔 1 0 0 GHz (-約 0. 8 n m )の下に、 作動特性を以下のよう に測定した。
光合分波器 1 は、 他の設計諸元を、 多重チャ ンネル数 N ch= l 6 、 線分散 - Z S ^ mZ n m アレイ導波路回折格子 5 の導波路 ピッチ = 1 5 , 導波路数 = 1 0 0 本、 光路長差 A L = 6 5. 3 u m 回折次数 m= 6 1 、 FSR (Fr ee Spectral Range) = 2 5 n m と した。 なお、 出力導波路 7 の導波路は 2 0本配設した。 12 こ こで、 光合分波器 1 は、 F l : F 2= 8 ： 7 と したので、 式 1 3 よ り Δ Χ Ι : Δ X 2= 8 ： 7であれば、 前記従来の光合分波器と 同一の特性を示すことになる。
しかし、 光合分波器 1 は、 Δ Χ 1 = Δ Χ2としたので、 前記従来 の光合分波器とは特性が異なる。
そこで、 光合分波器 1 において、 波長多重光を入射する入力導 波路 3 を 4番目の導波路 3 dから 5番目の導波路 3 e に 1 つずら したとき、 特定の出力導波路 7 d に出射される光の波長特性を測 定した。 その結果を第 4図示す。
第 4図において、 点線は、 波長多重光を 4番目の導波路 3 d に 入射させたとき、 出力導波路 7 dで測定された出射光の波長特性、 実線は、 波長多重光を 5番目の導波路 3 e に入射させたとき、 出 力導波路 7 dで測定された出射光の波長特性である。 第 4図から 明らかなよ う に、 光合分波器 1 は、 入力導波路 3 を 1 つずらすこ とで、 出力導波路 7 へ出射される光の中心波長が、 0. 7 n m長波 長側へずれたこ とが分かる。 前記した従来の光合分波器では、 光 の中心波長ずれ量が 0. 8 n mであるのに対し、 本発明の光合分波 器 1では、 光の中心波長ずれ量が 0. 7 n mとなった。
この結果は、 使用 した波長多重光の波長間隔 0. 8 n mに対し、 式 1 2 よ り 計算される 1 X 7 / 8 X0. 8 = 0. 7 n mと一致した。 このこ とから、 本実施例の光合分波器 1 は、 波長補正が可能であ ることが確認された。
こ こで、 本実施例の光合分波器 1 は、 ア レイ導波路回折格子 5 において、 入力側ス ラブ導波路 4側と出力側スラブ導波路 6側と の両端における複数の導波路の ピッチを等し く 設定したが、 異な らせてもよいことは言う までもない。
また、 入力導波路 3や出力導波路 7 の導波路の数は、 使用する

Claims

13 波長多重光の数とは関係なく 、 設計に応じて適宜変更する こ とが できる。
実施例 2
第 1 図に示す光合分波器 1 において、 入力側スラブ導波路 4 と の接続部における複数の入力導波路 3 のピッチ Δ Χ 1と、 出力側ス ラブ導波路 6 との接続部における複数の出力導波路 7 のピッチ Δ X2とを、 それぞれ Δ Χ 1= 1 5 / ιη, Δ X 2= 2 0 rn ( Δ X 1 ： Δ X 2= 3 ： 4 ) と し、 入力側スラブ導波路 4の焦点距離 F 1と、 出力側スラブ導波路 6の焦点距離 F 2とを等しく 設定し、 他の設計 諸元を実施例 1 と同じに設定した。
このとき、 本実施例の光合分波器 1 において、 波長多重光を入 射する入力導波路 3 を 4番目の導波路 3 dから 5番目の導波路 3 e に 1 つずらすと、 出力導波路 7 へ出射される光の中心波長のず れ量は、 前記従来の光合分波器において入力導波路を 1 つずら し たときの出力導波路での中心波長のずれ量 0. 8 n mに対し、 式 1 2 よ り 0. 6 n m (= 3 / 4 X0. 8 n m) となる。
そこで、 本実施例の光合分波器 1 において、 入力導波路 3 を 1 つずら したときの特定の 1 つの出力導波路 7 における中心波長の ずれを測定したところ、 0. 6 1 n mであった。 この結果は、 使用 した波長多重光の波長間隔 0. 8 n mの式 1 2 に基づく 3ノ 4の値 である 0. 6 n mとほぼ一致した。 このこ とから、 本実施例の光合 分波器 1 においても、 波長補正が可能である ことが確認された。 産業上の利用可能性
本発明のア レイ導波路回折格子を用いて適正に中心波長のずれ を補正して波長多重光を合波あるいは分波する こ とが可能な光合 分波器を歩留ま りよ く安価に提供する ことができる。
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