WO2000028357A1 - Multiplexeur/demultiplexeur optique - Google Patents

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WO2000028357A1
WO2000028357A1 PCT/JP1999/005908 JP9905908W WO0028357A1 WO 2000028357 A1 WO2000028357 A1 WO 2000028357A1 JP 9905908 W JP9905908 W JP 9905908W WO 0028357 A1 WO0028357 A1 WO 0028357A1
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waveguide
face
slab
input
slab waveguide
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PCT/JP1999/005908
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shiro Nakamura
Takeshi Nakajima
Kanji Tanaka
Original Assignee
The Furukawa Electric Co., Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • 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
    • G02B6/12014—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 wavefront splitting or combining section, e.g. grooves or optical elements in a slab waveguide

Definitions

  • the present invention relates to an optical multiplexer / demultiplexer having an arrayed waveguide diffraction grating, and more particularly to an optical multiplexer / demultiplexer capable of correcting a wavelength shift of multiplexed / demultiplexed light.
  • Optical wavelength (optical frequency) multiplexing is a technique in which an optical transmission line is divided into narrow wavelength intervals on the wavelength (frequency) axis to dramatically increase the transmission capacity.
  • the multiplexing function multiplexes a plurality of signal lights, and the optical multiplexer / demultiplexer on the receiving side separates the wavelength multiplexed light into the original signal light by the demultiplexing function.
  • a diffraction grating is sometimes used to separate wavelength-division multiplexed light.However, conventional diffraction gratings cannot sufficiently disperse wavelength-division multiplexed light because the diffraction order is limited.
  • this type of optical multiplexer / demultiplexer has slab waveguides 110 and 112 connected to both ends of an arrayed waveguide diffraction grating 107, and an input waveguide 103
  • the wavelength-division multiplexed light 200 introduced from the optical waveguide is split into a plurality of signal lights and extracted from a plurality of output waveguides 105.
  • Reference numeral 101 denotes a substrate.
  • the input-side slab waveguide 110 is composed of a two-dimensional waveguide that acts to confine light vertically, and its input end face (input waveguide end face) and output end face (diffraction grating end face) are flat. It is formed in a visual arc shape.
  • the center of curvature 1 1 0 y of the output end face of the input side slab waveguide 1 1 0 matches the center 1 1 0 y of the input end face of the slab waveguide 1 1 0, and the input at this center of curvature 1 1 0 y
  • the waveguide 103 is connected to the input end face of the input side slab waveguide 110.
  • an arrayed waveguide diffraction grating 107 is formed.
  • the input ends of the plurality of channel waveguides 107a are connected to the output end face of the slab waveguide 110 at an interval in the width direction of the end face.
  • the wavelength-division multiplexed light introduced from the input waveguide 103 to the input side slab waveguide 110 is dispersed in the slab waveguide, and the dispersed light waves have the same phase at the output end face of the slab waveguide 110.
  • reference numeral 210 denotes this equiphase plane.
  • the output side slab waveguide 1 1 2 is composed of a two-dimensional waveguide that acts to confine the light in the vertical direction.
  • the input end face (the end face on the diffraction grating side) and the output end face (the end face on the output waveguide side) have an arc shape in plan view.
  • the center of curvature O of the input end face matches the center ⁇ of the output end face.
  • the outermost one of the plurality of channel waveguides 107a has a longer waveguide length, and each output end is spaced apart from the input end face of the output side slab waveguide 112 in the width direction thereof. It is connected.
  • the light waves propagating in the respective channel waveguides 107a are output from the exit of the diffraction grating 117.
  • the phases are different from each other.
  • These light waves are scattered in the output side slab waveguide 112, and are collected on the output end face of the slab waveguide at different widthwise positions depending on the wavelength.
  • ns ⁇ D ⁇ 3 ⁇ 12 + nc ⁇ L m A (1)
  • ⁇ 112 is the diffraction angle of light in the output side slab waveguide 1 1 2
  • ⁇ is the wavelength
  • ns is the slab waveguide 1 Refractive index of 1
  • nc is the refractive index of channel waveguide 107 a
  • ⁇ L is the difference between the waveguide lengths of adjacent channel waveguides 107 a
  • D is the input end face of slab waveguide 1 1 2
  • the spacing between the channel waveguides 107a and m represent the diffraction orders.
  • the light wave having a wavelength at which the diffraction angle ⁇ 112 becomes zero (center wavelength ⁇ ⁇ ) has an equiphase surface 220 a along the input end face of the output side slab waveguide 112. Since the input end face of the slab waveguide 112 is formed in an arc shape with the center of curvature O at the center O of the output end face of the slab waveguide 112, light having a center wavelength ⁇ ⁇ ⁇ is condensed at the center ⁇ of the output end face. Is done. On the other hand, the diffraction angle ⁇ 112 The light having a wavelength having ( ⁇ 0) has an equal phase surface 220 inclined at an angle ⁇ 112 counterclockwise in FIG.
  • the light is focused on a position P on the output end face of the output side slab waveguide 112, which is shifted in the width direction from the center ⁇ of the output end face. That is, the light condensing position P changes according to the diffraction angle () 112. In other words, the distance X between the center ⁇ of the output end face of the output side slab waveguide 112 and the light condensing position P changes depending on the wavelength ⁇ .
  • nsD D ⁇ + ncAL m ⁇
  • ⁇ L (mAM) / n c
  • each channel waveguide may slightly deviate from the design values due to manufacturing errors.
  • the center wavelength of the light to be multiplexed / demultiplexed deviates from the design value, which causes a problem that the respective wavelengths of the signal light extracted from the plurality of output waveguides of the optical multiplexing / demultiplexing device deviate from the desired wavelength.
  • the arrayed waveguide grating type multiplexer / demultiplexer has the characteristic that the loss when multiplexing / demultiplexing light having a wavelength falling within a narrow wavelength range is extremely small, and the center wavelength of the multiplexed / demultiplexed light is the desired wavelength. If it is deviated, a loss occurs at the time of multiplexing / demultiplexing, and there is a problem that the signal light is attenuated while repeating the multiplexing / demultiplexing.
  • connection is made at positions deviated from the center of the input end face of the input side slab waveguide (center of curvature of the output end face) and the center of the output end face of the output side slab waveguide (center of curvature of the input end face).
  • There has been proposed a technique for correcting the shift of the center wavelength using the corrected input waveguide and output waveguide see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-149936.
  • this technology for example, if the focal position of the central wavelength light shifts from 0 to P in FIG. 4, it deviates from the center of the input end face of the input side slab waveguide 110 as shown by the two-dot chain line in FIG.
  • the wavelength-division multiplexed light enters the slab waveguide 110 via the correction input waveguide 103 connected to the set position, and the wavelength-division multiplexed light is dispersed in the slab waveguide 110.
  • the phase plane 2 10 a of the dispersed light (shown by the two-dot chain line in FIG. 4) is the same as the phase plane 2 10 when wavelength-multiplexed light is incident on the center 110 y of the input end face. 4. Tilt clockwise clockwise by an angle of ⁇ 112.
  • the light having the center wavelength ⁇ ⁇ is equal phase plane 2 when the wavelength multiplexed light is incident on the center of the input end face of the input side slab waveguide 110 at the exit of the arrayed waveguide diffraction grating 107. It has an equiphase surface 220 a inclined clockwise by an angle ⁇ 112 with respect to 20, and is condensed at the center ⁇ of the output end face of the output side slab waveguide 112.
  • the proposed technology uses a correction amount sufficient to cancel the shift of the center wavelength caused by the shift of the phase plane of the light wave propagating in the output-side slab waveguide, and the incident position of the wavelength-multiplexed light,
  • the light wave propagating in the input side slab waveguide is generated on the
  • the deviation of the center wavelength of the multiplexed / demultiplexed light (the deviation of the focusing position of the light wave having the center wavelength) is corrected.
  • the shift amount of the center wavelength takes an arbitrary value depending on the manufacturing error of the optical multiplexer / demultiplexer, there is a restriction on the installation interval of the input / output waveguide for correction.
  • the distance between the correction waveguide and the reference waveguide and the distance between the correction waveguides are set to the minimum permissible distance such that the crosstalk characteristic does not deteriorate due to light coupling (crosstalk) between the waveguides. Need to be larger than Therefore, according to the proposed technology, the minimum correction amount of the center wavelength shift is limited by the minimum waveguide interval required to avoid deterioration of crosstalk characteristics due to optical coupling between the waveguides, and The displacement may not be corrected optimally. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to ensure that waveguide gaps that can avoid optical coupling between waveguides are removed, and that the wavelength shift of the multiplexed / demultiplexed light can be optimally corrected by removing restrictions on the amount of wavelength shift correction,
  • An object of the present invention is to provide an arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer capable of greatly reducing the wavelength shift.
  • the present invention provides an arrayed waveguide diffraction grating comprising a plurality of waveguides having different waveguide lengths, and first and second slabs respectively connected to both ends of the diffraction grating.
  • the optical multiplexer / demultiplexer having the formed substrate at least one of the plurality of first waveguides is disposed apart from an end face of the first slab waveguide on the first waveguide side, and the first waveguide is provided. Characterized by having a slab waveguide-side end face that extends obliquely at an acute angle with respect to the optical axis.
  • light output from the first waveguide having an oblique end face separated from the end face of the first slab waveguide is refracted at this oblique end face, and obliquely travels toward the first slab waveguide.
  • light from the first waveguide is aligned with the optical axis of the first waveguide.
  • the light enters the end face of the first slab waveguide at a position approaching or moving away from another first waveguide as viewed in the width direction of the first slab waveguide from a position where the end face of the first slab waveguide intersects.
  • the light incident position mainly depends on the distance between the oblique end face of the first waveguide and the opposing end face of the first slab waveguide, the angle between the oblique end face and the optical axis of the first waveguide, and Changes according to the refractive index of the light transmission medium and the refractive index of the first waveguide between the oblique end face of the first waveguide and the opposite end face of the first slab waveguide that define the incident angle and refraction angle of light at the end face I do.
  • the incident position of light from the first waveguide having the oblique end face to the end face of the first slab waveguide deviates from the position where the optical axis of the first waveguide intersects the end face of the first slab waveguide. I do. Therefore, the distance between the incident position of light from the first waveguide having an oblique end face to the first slab waveguide and the incident position of light from another first waveguide to the first slab waveguide is each The distance between two intersections where the optical axis of the first waveguide intersects with the end face of the first slab waveguide (distance between these first waveguides at the end face of the first slab waveguide) is different.
  • the optical multiplexer / demultiplexer In the optical multiplexer / demultiplexer, light incident on the second slab waveguide from the first waveguide via the first slab waveguide and the array waveguide diffraction grating is incident on the second waveguide side end face of the second slab waveguide.
  • the light is condensed at different positions depending on the wavelength, and these light condensing positions also change depending on the incident position of light from the first waveguide to the end face of the first slab waveguide on the waveguide side.
  • light when light is incident on the first slab waveguide, light is combined by using another first waveguide instead of the first waveguide having an oblique end face, or by using the former instead of the latter.
  • the wavelength shift correction in the optical waveguide can be performed.Therefore, the distance between the incident position of light from each of the first waveguide having an oblique end face and another first waveguide to the first slab waveguide is determined by an optical multiplexing / demultiplexing. It corresponds to the correction amount of the center wavelength shift in the device.
  • the correction amount of the center wavelength shift is not restricted by the installation interval of the waveguides. That is, by appropriately setting the distance between the oblique end face of the first waveguide and the end face of the first slab waveguide and the extension angle of the oblique end face, the amount of correction of the center wavelength shift can be reduced to the installation interval of the first waveguide. It can be smaller or larger than the corresponding value.
  • the correction amount of the center wavelength shift can be set without being restricted by the installation interval of the l-th waveguide. Therefore, the center wavelength shift can be optimally corrected, and a low-loss optical multiplexer / demultiplexer can be provided with a high yield.
  • the plurality of first waveguides are arranged on both sides of a reference first waveguide as viewed in a width direction of the first waveguide side end surface of the first slab waveguide. Including the first waveguide. In this case, whether the wavelength exceeds or falls below the desired wavelength due to the wavelength shift, the wavelength shift can be corrected by using an appropriate one of the plurality of first waveguides for correcting the wavelength shift. .
  • the at least one first waveguide for wavelength shift correction is disposed apart from an end face of the first slab waveguide on the first waveguide side, and is arranged with respect to an optical axis of the first waveguide. And has a slab waveguide side end surface that extends obliquely at an acute angle in plan view.
  • the end face of the first waveguide for wavelength shift correction on the slab waveguide side is closer to the reference first waveguide as viewed in the width direction of the first slab waveguide.
  • the first slab waveguide is close to the first waveguide-side end face as viewed in the longitudinal direction of the waveguide.
  • the distance between the incident positions of the light from the reference and correction input waveguides that is, the amount of correction of the center wavelength shift is determined by setting the input waveguide.
  • the distance is restricted by the distance, and it is difficult to reduce the minimum correction amount of the center wavelength shift from the viewpoint of preventing deterioration of the multiplexing / demultiplexing characteristics due to light coupling between input waveguides.
  • the first guide of the reference is used.
  • the distance between the incident position of the light from the waveguide to the first slab waveguide and the incident position of the light from the first waveguide to the first slab waveguide for correcting the wavelength shift can be set as appropriate, and the inside of the first slab waveguide can be set. Therefore, the minimum value of the correction amount of the inclination of the equi-phase plane of the light wave propagating through the optical waveguide and the minimum value of the correction amount of the center wavelength shift can be made sufficiently small, and the center wavelength shift can be optimally corrected.
  • the distance of each of the first waveguides for correction from the reference first waveguide in the width direction of the first slab waveguide is set.
  • the correction amount can be variably set substantially continuously.
  • the demultiplexing function mainly extracts light (wavelength multiplexed light) from the first waveguide to the first slab waveguide and extracts signal light having a different wavelength from each of the plurality of second waveguides.
  • the signal multiplexer based on the principle of reciprocity of the present optical circuit, enters the plurality of second waveguides and extracts the wavelength-multiplexed light from the first waveguide. It also plays a wave function.
  • FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a basic configuration of an arrayed waveguide grating optical multiplexer / demultiplexer according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view showing light propagation near the input waveguide of the optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 is a diagram showing the principle of correcting the center wavelength shift by the optical multiplexer / demultiplexer shown in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing a conventional arrayed waveguide grating optical multiplexer / demultiplexer. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the optical multiplexer / demultiplexer includes a substrate 1, on which an input waveguide 3, an input-side slab waveguide 10, and an outer one have a longer waveguide length. More than one An arrayed waveguide diffraction grating 7 comprising a Yannel waveguide 7a, an output side slab waveguide 12 and a plurality of output waveguides 5 are formed.
  • the output end face 10 b of the input side slab waveguide 10 is connected to the input side of the arrayed waveguide grating 7, and the output side of the arrayed waveguide grating 7 is the input end face 1 2 b of the output side slab waveguide 12.
  • the output end face 12 a of the output side slab waveguide 12 is connected to the output waveguide 5.
  • the substrate 1 is made of, for example, silicon or a glass material.
  • the input waveguide 3, the channel waveguide 7a, and the output waveguide 5 are ridge-type waveguides.
  • a ridge having a higher refractive index is formed as a core on the lower cladding layer.
  • an upper clad layer can be formed by laminating the upper clad layer.
  • silica-based glass and various optical materials can be used for example.
  • the input waveguide 3 includes a reference input waveguide 3 a having an output end face connected to the center (more generally, the center) of the input end face 10 a of the input side slab waveguide 10, and a slab waveguide.
  • 10 Input end face 10 Consists of, for example, six wavelength shift correction input waveguides 3 b arranged on both sides of the reference input waveguide 3 a when viewed in the width direction of 10 a, and the output end face of the correction input waveguide 3 3 s is spaced apart from the input end face 10 a of the slab waveguide 10 in the length direction of the slab waveguide, and forms an acute angle with the optical axis of the waveguide 3 b in plan view. It extends obliquely.
  • the correction input waveguide 3b changes the phase plane of the light incident on the slab waveguide 10 from the waveguide 3b into the phase plane of the light incident on the waveguide 3a. Act to tilt with respect to, thereby correcting the wavelength shift.
  • the input-side slab waveguide 10 and the output-side slab waveguide 12 are each a two-dimensional waveguide having an optical confinement effect only in the vertical direction of the substrate 1.
  • the same materials as those used for the core can be used.
  • the input end face 10a and the output end face 10b of the input side slab waveguide 10 are each formed in an arc shape in plan view, and the center of curvature 10X of the input end face 10a is aligned with the center of the output end face 10b. Also, the center of curvature 10 y of the output end face 10 b matches the center of the input end face 10 a. ing. Similarly, the input end face 1 2b of the output side slab waveguide 1 2 is formed in an arc shape in plan view with the center of curvature 1 2 y at the center of the output end face 1 2a, and the output end face 1 2a is the input end face. 1
  • the slab waveguides 10 and 12 have arc-shaped input / output end faces, it is possible to appropriately manage the phase plane of light input / output to / from the channel waveguide 7a of the diffraction grating 7 via the slab waveguide. It is.
  • the arc length of the output end face 10 b of the input side slab waveguide 10 is longer than the arc length of the input end face 10 a, and the arc length of the input end face 1 2 b of the output side slab waveguide 12 is The length is longer than the arc length of the output end face 12a.
  • the distance between the channel waveguides 7a at the connection between the slab waveguides 10 and 12 and the diffraction grating 7 is D.
  • the plurality of output waveguides 5 are connected to the output end faces 12 a of the output side slab waveguides 12, and the distance between the output waveguides 5 at the connection between the slab waveguides 12 and the output waveguides 5.
  • the center wavelength light is output from the output waveguide 5 a connected to the slab waveguide 12 at the center of the output end face 12 a of the slab waveguide 12 (the center of curvature 12 y of the input end face 12 b).
  • the input waveguide is a waveguide for transmitting wavelength-multiplexed light
  • the output waveguide is a waveguide for transmitting single-wavelength light obtained by splitting wavelength-multiplexed light.
  • the principle of reciprocity (reversibility) of the present optical circuit is not limited to the case where light is transmitted from the input waveguide to the output waveguide and demultiplexed. It is also possible to perform a wave and take out the obtained WDM light from the input waveguide.
  • optical multiplexer / demultiplexer of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.
  • the output end face of the reference input waveguide 3 a is connected to the input end face 10 a of the input side slab waveguide 10.
  • Each of 3b has an output end face 3s connected to the input end face 10a of the slab waveguide 10 via a light transmission medium composed of, for example, an upper cladding layer. That is, the output end face 3 s of the correction input waveguide 3 b is separated from the input end face 10 a of the slab waveguide 10.
  • Figure 2 shows the reference input waveguide among the multiple input waveguides for correction 3b.
  • the correction input waveguide 3b disposed adjacent to the left side of the path 3a in plan view is illustrated.
  • the optical axis of the correction input waveguide 3 b is not the center of the connection between the reference input waveguide 3 a and the slab waveguide 10.
  • the slab waveguide 10 is disposed so as to intersect with the input end face 10 a of the slab waveguide 10 at a position V separated by a predetermined distance R therefrom.
  • the distance R is set to a value corresponding to the wavelength interval ⁇ of the multiplexed / demultiplexed signal light.
  • the symbol G indicates a distance in the optical axis direction between the output end face 3 s of the waveguide 3 b and the input end face 10 a of the slab waveguide 10.
  • the output end face 3 s of the correction input waveguide 3 b has a predetermined angle 01 with respect to a vertical plane W orthogonal to the optical axis of the waveguide 3 b and extending along the input end face 10 a of the slab waveguide 10.
  • the output end face 3 s extends at an acute angle (90 ° -01) in plan view with respect to the optical axis of the waveguide 3 b.
  • the wavelength multiplexed light (center wavelength ⁇ ) 20 transmitted through the input waveguide for correction 3 b enters the upper cladding layer at an incident angle of 01 at the output end face 3 s of the waveguide 3 b, and enters at an angle of refraction of 02.
  • the light After propagating in the upper cladding layer, the light enters the point U on the input end face 10 a of the slab waveguide 10 at an incident angle ⁇ 2 and propagates in the input slab waveguide 10.
  • the incident position U on the input slab waveguide 10 is, as viewed in the width direction of the slab waveguide 10, the following formula:
  • the distance represented by (3) is on the reference input waveguide 3a side.
  • the relationship expressed by the following equation holds between ni and the refractive index n2 of the upper cladding layer.
  • ⁇ 2 sin ⁇ 1 ⁇ (ni / n2) Xsin ⁇ l ⁇
  • the optical axis of the correction input waveguide 3 b and the input end face 10 a of the slab waveguide 10 are The value of the distance from the intersection position of to the light incident position U is determined according to the values of the above parameters 01, ⁇ , ⁇ 2, and G. Therefore, the inclination angle S 1 of the output end face 3 s of the waveguide 3 b, the refractive index ⁇ ⁇ of the waveguide 3 b, the refractive index n 2 of the cladding layer, and the output end face 3 s of the waveguide 3 b and the slab waveguide 1
  • the separation distance G between the zero input end face 10 a and the input end face 10 a the distance can be changed substantially continuously.
  • the distance represents the amount of correction of the light incident position by the above configuration from the oblique output end face 3s of the input waveguide for correction 3b and from the output end face 3s to the input end face 10a of the slab waveguide 10.
  • the correction amount of the light incident position is variable, the light from each of the reference input waveguide 3 a and the correction input waveguide 3 b is not restricted by the distance between the waveguides 3 a and 3 b.
  • the distance between the incident positions (R-AR) and thus the wavelength shift correction amount can be set appropriately.
  • the innermost correction input waveguide 3b adjacent to the left side of the reference input waveguide 3a in FIG. 1 is provided at a distance R to the left from the reference input waveguide 3a, as described above.
  • Light is incident on the input waveguide 3a at a distance (R-AR) to the left from the input waveguide 3a.
  • R-AR distance to the left from the input waveguide 3a.
  • an intermediate correction input waveguide 3b is provided in the width direction of the input end face of the slab waveguide at a distance equal to or different from the above distance R. Have been killed.
  • a leftmost input waveguide 3b for correction is provided at a distance equal to or different from the distance R.
  • the angle of the output end face 0 1 and the separation distance G and the refractive index ⁇ ⁇ , n 2 are determined by the parameters 0 1 for the innermost waveguide 3 b.
  • G, ni and n 2 can be set to the same value or different values.
  • the innermost correction input waveguide 3b adjacent to the right side of the reference input waveguide 3a is separated from the reference input waveguide 3a to the right by a distance equal to or different from the above distance R.
  • the light is incident on the reference input waveguide 3a at a position away from the reference input waveguide 3a to the right by a distance equal to or different from the above-mentioned distance (R-AR).
  • R-AR above-mentioned distance
  • an intermediate correction input waveguide 3b is provided in the width direction of the input end face of the slab waveguide at a distance equal to or different from the above distance R.
  • the rightmost input waveguide for correction 3b is the same as or equal to the above distance R.
  • the angle 01 of the output end face, the separation distance G, and the refractive indices ni and n2 can be set to appropriate values.
  • the output end facet angle 0 1 of the correction input waveguide 3 b on the left side of the reference input waveguide 3 a is set to a positive value (the counterclockwise direction in FIG. 3 is positive)
  • the reference input waveguide It is generally preferable to set the output end facet angle 01 of the correction input waveguide 3b on the right side of 3a to a negative value.
  • the optical multiplexer / demultiplexer disperses wavelength-division multiplexed light input via the reference input waveguide 3a and distributes the center wavelength light to the center (input) of the output end face 12a of the output side slab waveguide 12.
  • the center wavelength may deviate due to manufacturing errors.
  • the center wavelength light is condensed, for example, at a position T shifted to the right from the center O of the output end face of the output side slab waveguide 12.
  • Such a center wavelength shift due to the shift of the condensing position (hereinafter denoted by the symbol ⁇ ) is located on the input end face 10a of the input side slab waveguide 10 and is located at the center of the input end face (output end face 1). (Correction center of 0b) Correction can be made by inputting light from the correction input waveguide 3b to the position U deviated leftward from 10y. Hereinafter, the reason will be described.
  • the dispersion dXZd A of the distance X with respect to the wavelength ⁇ is the curvature of the slab waveguide end face. It is expressed as the product of the radius f 0 and the variance d / ⁇ ⁇ of the diffraction angle ⁇ with respect to the wavelength ⁇ .
  • the dispersion dc ⁇ Zd A and the difference ⁇ L between the refractive index ns of the slab waveguide, the refractive index nc of the channel waveguide, and the waveguide length ⁇ L of the channel waveguide have already been described and are described below. The following equation, which is shown again, holds.
  • the ratio wZ ⁇ i can be represented by the product of the dispersion d ⁇ Zd ⁇ of the diffraction angle ⁇ and the radius of curvature ii of the output end face of the input side slab waveguide. That is, the following equation holds.
  • the magnitude of the deviation of the center wavelength ⁇ 5 ⁇ when the signal light 20 is incident on the reference input waveguide 3a of the optical multiplexer / demultiplexer is measured. Even if the signal light 20 is diffracted in the input side slab waveguide 10 and enters the plurality of channel waveguides 7a with the same phase (equal phase plane 21), the core width of the channel waveguide 7a ⁇ refraction.
  • the light having the center wavelength ⁇ is condensed, for example, at a position ⁇ ⁇ shifted to the right from the center 0 of the output end face of the output side slab waveguide 12. In this case, the isophase surface 22 tilts counterclockwise in FIG.
  • the signal light is sequentially incident on three correction input waveguides 3 b provided on the left side of the reference input waveguide 3 a.
  • the deviation of the center wavelength light emitted from the output waveguide 5a connected to the center O of the output end face of the slab waveguides 12 from the designed value is sequentially measured to minimize the deviation.
  • the wavelength-division multiplexed light can be input through an appropriate one of the correction input waveguides 3b formed on both sides of the reference input waveguide 3a. Even if the shift amount of the center wavelength slightly increases or decreases from ⁇ ⁇ ⁇ , this change can be corrected.
  • an intermediate correction input waveguide 3 b connected to a position U deviated leftward from the center 10 y of the input end face of the input side slab waveguide 10 is selected, and the signal light is input.
  • the incident light enters the position U of the side slab waveguide 10 and its isophase surface 21a is angled clockwise in FIG. 3 with respect to the isophase surface 21 of the light incident from the reference input waveguide 3a.
  • the correction amount ⁇ added to the output light is different in sign from the center wavelength shift amount ⁇ , and has substantially the same value, so that the wavelength shift (5 ⁇ is The light having the center wavelength ⁇ is output from the output waveguide 5 a connected to the center 0 of the output end face of the output side slab waveguide 12.
  • the case where the center wavelength shift amount when wavelength-division multiplexed light enters from the reference waveguide 3a is ⁇ ⁇ (> 0), but the magnitude of the shift from the desired center wavelength ⁇ ⁇
  • a different light incident position distance from the connection between the reference input waveguide 3a and the slab waveguide 10
  • the wavelength shift can be corrected by using an appropriate one of the input waveguides 3b.
  • wavelength multiplexed light is mainly input from the input waveguide (first waveguide) 3a or 3b to the input side slab waveguide (first slab waveguide) 10 and a plurality of output waveguides are output.
  • the optical platform demultiplexer of the present invention uses the input waveguide based on the principle of reciprocity of the optical circuit. It also has a multiplexing function of injecting signal light into a waveguide or output waveguide and extracting wavelength-division multiplexed light from an input waveguide or output waveguide.
  • the arrayed waveguide grating optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 1 was fabricated by forming the waveguide grating 7, the output side slab waveguides 12, and the plurality of output waveguides 5. Note that the reference input waveguide 3a is connected to the input end face 10a of the input side slab waveguide 10, and the correction input waveguide 3b is spaced apart from the input end face 10a.
  • the waveguide length difference between adjacent channel waveguides 7a is 65 m, the distance between the waveguides is 15; m, the radius of curvature of slab waveguides 10 and 12 is 9 mm, and the adjacent output waveguides
  • the interval between 5 was 20 m.
  • the center wavelength of the light output from the output waveguide 5a is 0. 0 4 ⁇ m.
  • the input waveguides 3b for correction were arranged at equal intervals, and the angle 0 between the output end face and the plane perpendicular to the optical axis of the waveguide was changed in the range of 10 ° to 80 °.
  • the distance between the output end face and the input end face 10a was set to 100 m.
  • the center wavelength of the input side slab waveguide 10 was measured.
  • the shift of the center wavelength was minimized to 0.000 nm.
  • the present invention is not limited to the above preferred embodiments and examples, and can be variously modified.
  • a total of six correction input waveguides 3b are provided on both sides of the reference input waveguide 3a.However, the number of correction input waveguides 3b is not limited to six.
  • the correction input waveguide 3b can be formed only on one side of the reference input waveguide 3a.
  • the output end face 3 s of the correction input waveguide 3 b is set closer to the reference waveguide 3 a so that the output end face 3 s is closer to the input end face 10 a of the input side slab waveguide 10. > 0) It is formed obliquely so that light is incident on a position inside the arrangement position of the waveguide 3b when viewed in the width direction of the input side slab waveguide 10, but the output end face 3s Is formed so that the closer to the input end face 10a of the slab waveguide 10 is closer to the anti-reference waveguide 3a side (0 1 ⁇ 0), and the light incident position is the waveguide as viewed in the slab waveguide width direction. It may be located outside the installation position.

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Description

明 細 書
光波長合分波器 技術分野
本発明は、 アレイ導波路回折格子を有する光合分波器に関し、 特に、 合分波光の 波長ずれを補正できる光合分波器に関する。 背景技術
光波長 （光周波数） 多重通信は、 光伝送路を波長 （周波数） 軸上で狭い波長間隔 に分割して伝送容量を飛躍的に増大するものであって、送信側の光合分波器におい てその合波機能により複数の信号光を多重化し、 また、 受信側の光合分波器ではそ の分波機能により波長多重光を当初の信号光に分離する。この種の光合分波器にお いて波長多重光の分離に回折格子を用いることがあるが、 従来の回折格子は、 回折 次数に制限があるため波長多重光を充分に分散させることができず、複数の信号光 の波長間隔が狭い場合には波長多重光を複数の信号光へ分離することが困難であ つた。 そこで、 その様な光の多重化や多重光の分離には、 例えば、 アレイ導波路回 折格子を利用した光合分波器が用いられる。
図 4に示すように、 この種の光合分波器は、 アレイ導波路回折格子 1 0 7の両端 にスラブ導波路 1 1 0、 1 1 2を接続したものであり、 入力導波路 1 0 3から導入 した波長多重光 2 0 0を複数の信号光に分離して複数の出力導波路 1 0 5から取 り出すようになつている。 符号 1 0 1は基板を示す。
詳しくは、入力側スラブ導波路 1 1 0は、 垂直方向に光閉じ込め作用を奏する 2 次元導波路からなり、 その入力端面 （入力導波路側端面） および出力端面 （回折格 子側端面） は平面視円弧状に形成されている。入力側スラブ導波路 1 1 0の出力端 面の曲率中心 1 1 0 yはスラブ導波路 1 1 0の入力端面の中心 1 1 0 yに合致し ており、この曲率中心 1 1 0 yにおいて入力導波路 1 0 3が入力側スラブ導波路 1 1 0の入力端面に接続されている。 また、 アレイ導波路回折格子 1 0 7を構成する 複数のチャンネル導波路 1 0 7 aのそれぞれの入力端は、スラブ導波路 1 1 0の出 力端面に同端面の幅方向に互いに間隔をおいて接続されている。
入力導波路 1 0 3から入力側スラブ導波路 1 1 0へ導入された波長多重光は、同 スラブ導波路内で分散され、分散された光波はスラブ導波路 1 1 0の出力端面に等 位相で到達する。 図 4中、 符号 2 1 0はこの等位相面を示す。
出力側スラブ導波路 1 1 2は、垂直方向に光閉じ込め作用を奏する 2次元導波路 からなり、 その入力端面 （回折格子側端面） および出力端面 （出力導波路側端面） は平面視円弧状に形成され、入力端面の曲率中心 Oは出力端面の中心〇に合致して いる。複数のチャンネル導波路 1 0 7 aは、 外側のものほど導波路長が長く、 それ ぞれの出力端は、出力側スラブ導波路 1 1 2の入力端面にその幅方向に互いに間隔 をおいて接続されている。
回折格子 1 0 7のチャンネル導波路 1 0 7 aの導波路長が互いに異なるので、そ れぞれのチャンネル導波路 1 0 7 a内を伝播した光波は、回折格子 1 1 7の出口に おける位相を互いに異にする。 これらの光波は、 出力側スラブ導波路 1 1 2内で分 散され、 同スラブ導波路の出力端面上の、波長によって異なる幅方向位置に集光さ れる。
アレイ導波路回折格子型光合分波器では次式 （1 ) が成立する。
n s · D · 3ϊη ΐ 12 + n c - Δ L =m A … （1 ) ここで、記号 φ 112は出力側スラブ導波路 1 1 2における光の回折角、 λは波長、 n sはスラブ導波路 1 1 2の屈折率、 n cはチャンネル導波路 1 0 7 aの屈折率、 △ Lは相隣るチャンネル導波路 1 0 7 aの導波路長の差、 Dはスラブ導波路 1 1 2 の入力端面におけるチャネル導波路 1 0 7 aの間隔、 m (整数） は回折次数をそれ ぞれ表す。
回折角 Φ 112が零になる波長 （中心波長 λ Μ) の光波は、 出力側スラブ導波路 1 1 2の入力端面に沿う等位相面 2 2 0 aを有する。スラブ導波路 1 1 2の入力端面 が同スラブ導波路 1 1 2の出力端面中心 Oを曲率中心とする円弧状に形成されて いるので、 中心波長 λ Μの光は出力端面中心〇に集光される。 一方、 回折角 Φ 112 (≠ 0) を有する波長の光は、 中心波長 λΜに係る等位相面 2 2 0 aに対して、 図 4中、 反時計方向に角度 Φ112だけ傾斜した等位相面 2 2 0を有し、 従って、 出力 側スラブ導波路 1 1 2の出力端面上の、出力端面中心〇から幅方向に偏倚した位置 Pに集光される。 すなわち、 集光位置 Pは回折角 () 112に応じて変化する。 換言す れば、出力側スラブ導波路 1 1 2の出力端面中心〇と集光位置 Pとの間の距離 Xは、 波長 λによって変化する。
回折角 Φ 112 (以下、 Φと称する）が小さい場合、 Sind> Φであるから、式（1) を変形して次式を得る。
ns · D · φ + nc · A L =m · λ
上式を Φについて解いて、
Φ = (m · λ - nc · Δ L) / (η s - D)
を得る。
上式の両辺を λで微分して、
(ά /d λ) = [ {m— (dnc/d λ) - AL} · ns— { (m · λ— n c · AL) · (d ns/d A) } ] / { (ns) 2 · D}
中心波長 λΜの近傍では
λ =AM= (nc · Δ L) /
が成立し、 従って、 次の関係が成立する。
Δ L = (m · AM) /n c
上記の関係を （ά φΖοΙ λ) に係る上記の式の右辺に代入して、
{ά φ/ά λ) = (AL/ns · D · AM) X {n c - AM · (d nc/d λ) } 出力側スラブ導波路の入力端面の曲率半径を f oで表すと、波長 λに対する距離 Xの分散 dXZd λは次式 （2) で表される。
dX/d λ= f ο · (d ΦΖοΙ λ)
= { ( f ο · Δ L) I (ns · D · λΜ)} X {nc - λΜ · (d nc/d λ) } … (2 ) 上式 （2) は、 出力側スラブ導波路の出力端面中心〇から距離 dXだけ離れた位 置で同スラブ導波路に接続された出力導波路 1 0 5を介して、 中心波長 AMと だけ異なる波長の分波光が取り出されることを示す。
しかしながら、各チャンネル導波路のコア幅や屈折率が製造誤差により設計値か らわずかにずれることがある。 この場合、 合分波される光の中心波長が設計値から ずれ、 このため、 光合分波器の複数の出力導波路から取り出される信号光の各々の 波長が所望波長からずれるという問題が生じる。
そして、 アレイ導波路回折格子型合分波器は、 狭い波長領域に入る波長を有した 光を合分波する際の損失が極めて小さいという特性を有し、合分波光の中心波長が 所望波長からずれている場合には、 合分波の際に損失が生じ、合分波を繰り返すう ちに信号光が減衰するという問題が生じる。
このような問題を解決するため、 入力側スラブ導波路の入力端面中心（出力端面 の曲率中心） および出力側スラブ導波路の出力端面中心 （入力端面の曲率中心） か らそれぞれ偏倚した位置に接続された補正用の入力導波路および出力導波路を用 いて中心波長のずれを補正する技術が提案されている（特開平 9一 4 9 9 3 6号参 照） 。 この技術では、 例えば、 図 4において中心波長光の集光位置が 0から Pにず れた場合、図 4に二点鎖線で示すように入力側スラブ導波路 1 1 0の入力端面中心 から偏倚した位置に接続された補正用入力導波路 1 0 3を介して、波長多重光がス ラブ導波路 1 1 0へ入射され、波長多重光はスラブ導波路 1 1 0内で分散される。 分散された光の等位相面 2 1 0 a (図 4中二点鎖線で示す） は、 入力端面中心 1 1 0 yに波長多重光を入射した場合の等位相面 2 1 0に対して図 4中時計方向に角 度 Φ 112だけ傾く。 従って、 中心波長 λ Μを有する光は、 アレイ導波路回折格子 1 0 7の出口において、波長多重光を入力側スラブ導波路 1 1 0の入力端面中心に入 射させた場合の等位相面 2 2 0に対して角度 Φ 112 だけ時計方向に傾いた等位相 面 2 2 0 aを有し、従って、 出力側スラブ導波路 1 1 2の出力端面中心〇に集光さ れる。
上述のように、 提案技術は、 出力側スラブ導波路内を伝播する光波の等位相面の ずれに起因する中心波長のずれを打ち消すに足るような補正量を、波長多重光の入 射位置ひいては入力側スラブ導波路内を伝播する光波の等位相面に生じさせ、これ により合分波光の中心波長のずれ（中心波長を有する光波の集光位置のずれ） を補 正するものである。
しかしながら、中心波長のずれ量が光合分波器の製造誤差に依存する任意の値を とる一方で、 補正用入出力導波路の設置間隔には制約がある。 すなわち、 補正用導 波路と基準導波路との間隔および補正用導波路同士の間隔を、導波路間での光の結 合（クロストーク） によるクロストーク特性の劣化が生じないような許容最小間隔 よりも大きくする必要がある。 従って、 提案技術によれば、 中心波長ずれの最小補 正量は、導波路間での光結合によるクロストーク特性の劣化を回避するのに最小限 必要な導波路間隔によって制約され、中心波長のずれを最適に補正できないことが ある。 発明の開示
本発明の目的は、導波路間での光結合を回避可能とする導波路間隔を確保しつつ、 波長ずれ補正量に対する制約を除去して合分波光の波長ずれを最適に補正可能と し、波長ずれを大幅に低減可能なアレイ導波路回折格子型光合分波器を提供するこ とにある。
上記目的を達成するため、 本発明は、 導波路長を互いに異にする複数の導波路か らなるアレイ導波路回折格子と、前記回折格子の両端にそれぞれ接続された第 1及 び第 2スラブ導波路と、前記第 1スラブ導波路に向けて光を出力可能な複数の第 1 導波路と、前記第 2スラブ導波路から出力される光をそれぞれ入力可能な複数の第 2導波路とが形成された基板を有する光合分波器において、前記複数の第 1導波路 の少なくとも一つが、前記第 1スラブ導波路の第 1導波路側端面から離間して配さ れると共に該第 1導波路の光軸に対して平面視で鋭角をなして斜めに延びるスラ ブ導波路側端面を有することを特徴とする。
本発明によれば、第 1スラブ導波路の端面から離間した斜め端面を有する第 1導 波路から出力された光は、 この斜め端面において屈折され、 第 1スラブ導波路へ向 けて斜め方向に伝播する。 このため、 第 1導波路からの光は、 第 1導波路の光軸と 第 1スラブ導波路の端面とが交わる位置から第 1スラブ導波路の幅方向にみて別 の第 1導波路に対して接近または離反した位置において第 1スラブ導波路の端面 に入射する。 光の入射位置は、 主に、 第 1導波路の斜め端面と第 1スラブ導波路の 対向端面との間の距離、 斜め端面と第 1導波路の光軸とがなす角度、 ならびに、 斜 め端面における光の入射角および屈折角を規定する第 1導波路の斜め端面と第 1 スラブ導波路の対向端面との間の光伝達媒体の屈折率および第 1導波路の屈折率 に応じて変化する。
いずれにしても、斜め端面を有する第 1導波路から第 1スラブ導波路の端面への 光の入射位置は、第 1導波路の光軸が第 1スラブ導波路の端面と交わる位置から偏 倚する。従って、 斜め端面を有する第 1導波路から第 1スラブ導波路への光の入射 位置と別の第 1導波路から第 1スラブ導波路への光の入射位置との間隔は、それぞ れの第 1導波路の光軸と第 1スラブ導波路端面とが交わる 2つの交差位置の間の 間隔 （第 1スラブ導波路端面におけるこれら第 1導波路の設置間隔） と異なる。 光合分波器において、第 1導波路から第 1スラブ導波路およびァレイ導波路回折 格子を介して第 2スラブ導波路へ入射した光は、第 2スラブ導波路の第 2導波路側 端面上の、 波長によって異なる位置に集光されるが、 これらの集光位置は、 第 1導 波路から第 1スラブ導波路の導波路側端面への光の入射位置によつても変化する。 換言すれば、第 1スラブ導波路へ光を入射させる際に、斜め端面を有する第 1導波 路に代えて別の第 1導波路を用い或いは後者に代えて前者を用いることにより光 合分波器における波長ずれ補正を行え、 従って、斜め端面を有する第 1導波路およ び別の第 1導波路のそれぞれから第 1スラブ導波路への光の入射位置の間隔は、光 合分波器における中心波長ずれの補正量に対応する。
上記 2つの第 1導波路からの光入射位置の間隔が両導波路の設置間隔と異なる ことは、中心波長ずれの補正量が導波路設置間隔によって制約されないことを示す。 すなわち、第 1導波路の斜め端面と第 1スラブ導波路の端面との距離や斜め端面の 延在角度を適宜設定することにより、中心波長ずれの補正量を第 1導波路の設置間 隔に対応する値よりも小さくしたり或いは大きくすることができる。 この様に、本 ' - ■ 発明によれば、 第 l導波路の設置間隔による制約を受けることなく、 中心波長ずれ の補正量を設定可能である。 従って、 中心波長ずれを最適に補正可能であり、 低損 失の光合分波器を歩留まり良く提供することが可能になる。
好ましくは、 前記複数の第 1導波路は、 前記第 1スラブ導波路の前記第 1導波路 側端面の幅方向にみて基準の第 1導波路の両側に配される波長ずれ補正用の複数 の第 1導波路を含む。 この場合、 波長ずれにより波長が所望波長を上回った場合お よび下回った場合のいずれにおいても、波長ずれ補正用の複数の第 1導波路のうち 適宜の一つを用いることにより波長ずれを補正できる。
本発明において、 前記波長ずれ補正用の少なくとも一つの第 1導波路は、 前記第 1スラブ導波路の第 1導波路側端面から離間して配されると共に該第 1導波路の 光軸に対して平面視で鋭角をなして斜めに延びるスラブ導波路側端面を有する。前 記波長ずれ補正用の第 1導波路の前記スラブ導波路側端面は、前記第 1スラブ導波 路の幅方向にみて前記基準の第 1導波路に近接した側ほど、前記第 1スラブ導波路 の長さ方向にみて前記第 1スラブ導波路の前記第 1導波路側端面に近接している。 既に述べたように、従来のアレイ導波路型光合分波器は、 基準の及び補正用の入 力導波路からの光の入射位置の間隔すなわち中心波長ずれの補正量が、入力導波路 の設置間隔により制約されるものとなっており、入力導波路間での光の結合による 合分波特性の劣化防止の観点から、中心波長ずれの最小補正量を小さくすることが 困難であった。
これに対して、本発明の上記好適態様によれば、 合分波特性のクロストーク劣化 を回避するに足る広さの間隔で第 1導波路を設置した場合にも、基準の第 1導波路 から第 1スラブ導波路への光の入射位置と波長ずれ補正用の第 1導波路から第 1 スラブ導波路への光の入射位置との間隔を適宜に設定でき、第 1スラブ導波路内を 伝播する光波の等位相面の傾きの補正量の最小値ひいては中心波長ずれの補正量 の最小値を充分に小さくすることができ、 中心波長ずれを最適に補正可能である。 特に、 波長ずれ補正用の第 1導波路を複数設ける場合において、それぞれの補正 用の第 1導波路の、第 1スラブ導波路の幅方向における基準の第 1導波路からの距 離、第 1スラブ導波路の長さ方向における第 1スラブ導波路の端面からの距離、斜 め端面の角度などを適宜設定することにより、それぞれの波長ずれ補正用の第 1導 波路による波長ずれ補正量を実質上連続的に可変設定することができる。その結果、 中心波長のずれ量がどのような値であっても、適宜の補正用導波路を選定すること により、 波長ずれ量を最も小さくなるように、好ましくは丁度打ち消す補正を行つ て、中心波長のずれを大幅に低減してずれ量を最小化し好ましくは実質的に 0にで き、 光合分波器の損失特性や製品歩留りを向上できる。
上記の説明では、 主に、 第 1導波路から光 （波長多重光） を第 1スラブ導波路へ 入射して複数の第 2導波路のそれぞれから波長を異にする信号光を取り出す分波 機能について説明したが、 本発明の光合分波器は、本光回路の相反性の原理からし て、複数の第 2導波路へ信号光を入射して第 1導波路から波長多重光を取り出す合 波機能をも奏する。 図面の簡単な説明
図 1は、本発明の好適態様によるアレイ導波路回折格子型光合分波器の基本構成 を例示する概略平面図、
図 2は、図 1に示した光合分波器の入力導波路近傍での光の伝播を示す部分拡大 図、
図 3は、図 1及び図 2に示した光合分波器による中心波長ずれ補正の原理を示す 図、
図 4は、 従来のアレイ導波路回折格子型光合分波器を示す概略平面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の好適態様によるアレイ導波路回折格子型光合分波器の基本構成を 図 1に基づいて説明する。
図 1に示すように、 光合分波器は基板 1を備え、 この基板 1上には、 入力導波路 3と、 入力側スラブ導波路 1 0と、 外側のものほど長い導波路長を有した複数のチ ヤンネル導波路 7 aから成るアレイ導波路回折格子 7と、出力側スラブ導波路 1 2 と、複数の出力導波路 5とが形成されている。入力側スラブ導波路 1 0の出力端面 1 0 bはアレイ導波路回折格子 7の入力側に接続され、アレイ導波路回折格子 7の 出力側は出力側スラブ導波路 1 2の入力端面 1 2 bに接続され、出力側スラブ導波 路 1 2の出力端面 1 2 aは出力導波路 5に接続されている。
基板 1は、 例えばシリコンやガラス材料から構成される。 また、 入力導波路 3、 チヤンネル導波路 7 aおよび出力導波路 5は、それぞれリッジ型の導波路となって いて、例えば、下部クラッド層の上にこれより屈折率の高いリッジ部をコアとして 形成させた後、 その上方に上部クラッド層を積層して作成することができる。上部 および下部クラッド層ならびにコアとしては、 例えば、 石英系ガラスや種々の光学 材料を用いることができる。
入力導波路 3は、 入力側スラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 aの中心（より一般的 にはその中央部） に接続された出力端面を有する基準入力導波路 3 aと、 スラブ導 波路 1 0の入力端面 1 0 aの幅方向にみて基準入力導波路 3 aの両側に配された 例えば 6つの波長ずれ補正用入力導波路 3 bとからなり、補正用入力導波路 3 の 出力端面 3 sは、スラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 aから同スラブ導波路の長さ方 向に離間して配されると共に、導波路 3 bの光軸に対して平面視で鋭角をなして斜 めに延びている。 後述のように、 補正用入力導波路 3 bは、 同導波路 3 bからスラ ブ導波路 1 0へ入射された光の等位相面を上記導波路 3 aから入射された光の等 位相面に対して傾けるように作用し、 これにより波長ずれを補正する。
入力側スラブ導波路 1 0および出力側スラブ導波路 1 2は、それぞれ基板 1の垂 直方向にのみ光閉じ込め作用のある 2次元導波路となっている。これらのスラブ導 波路に用いる材料としては、上記コアに用いたのと同様なものを用いることができ る。
入力側スラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 a及び出力端面 1 0 bはそれぞれ平面 視円弧状に形成され、入力端面 1 0 aの曲率中心 1 0 Xは出力端面 1 0 bの中心に 合致し、 また、 出力端面 1 0 bの曲率中心 1 0 yは入力端面 1 0 aの中心に合致し ている。 同様に、 出力側スラブ導波路 1 2の入力端面 1 2 bは出力端面 1 2 aの中 ' 心を曲率中心 1 2 yとする平面視円弧状に形成され、出力端面 1 2 aは入力端面 1
2 bの中心を曲率中心 1 2 Xとする平面視円弧状に形成されている。スラブ導波路 1 0、 1 2が円弧状の入出力端面を有するので、 スラブ導波路を介して回折格子 7 のチャンネル導波路 7 aに対して入出力される光の位相面を適切に管理可能であ る。そして、入力側スラブ導波路 1 0の出力端面 1 0 bの円弧長は入力端面 1 0 a の円弧長よりも長く、 また、 出力側スラブ導波路 1 2の入力端面 1 2 bの円弧長は 出力端面 1 2 aの円弧長よりも長くなつている。 また、 スラブ導波路 1 0、 1 2と 回折格子 7との接続部におけるチャンネル導波路 7 a間の間隔は Dになっている。 複数の出力導波路 5は、出力側スラブ導波路 1 2の出力端面 1 2 aに接続してお り、スラブ導波路 1 2と出力導波路 5との接続部における出力導波路 5間の間隔は Xになっている。 そして、 中心波長光は、 スラブ導波路 1 2の出力端面 1 2 aの中 心（入力端面 1 2 bの曲率中心 1 2 y ) においてスラブ導波路 1 2に接続された出 力導波路 5 aから出力される。
なお、 本発明において、 入力導波路とは波長多重光を伝送する導波路を、 出力導 波路とは波長多重光を分波して得られる単一波長光を伝送する導波路をいう。また、 本光回路の相反性（可逆性） の原理から、 入力導波路から出力導波路に光を伝送し て分波する場合に限らず、 出力導波路から単一波長光を伝送して合波を行い、 得ら れた波長多重光を入力導波路から取り出すことも可能である。
次に、 本発明の光合分波器について、 図 2を参照してさらに詳細に説明する。
図 2において、基準入力導波路 3 aの出力端面は入力側スラブ導波路 1 0の入力 端面 1 0 aに接続されている。 これに対して、 スラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 a の幅方向にみて基準入力導波路 3 aの両側に配された波長ずれ補正用入力導波路
3 b (図 1 ) のそれぞれは、 例えば上部クラッド層からなる光伝達媒体を介してス ラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 aに接続された出力端面 3 sを有している。すなわ ち、 補正用入力導波路 3 bの出力端面 3 sは、 スラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 a から離間している。 図 2には、 複数の補正用入力導波路 3 bのうち、 基準入力導波 路 3 aの平面視左側に隣接して配された補正用入力導波路 3 bが図示されている。 この補正用入力導波路 3 bは、入力側スラブ導波路 10の入力端面 10 aの幅方 向にみて、その光軸が基準入力導波路 3 aとスラブ導波路 10との接続部の中心か ら所定距離 Rだけ離れた位置 Vでスラブ導波路 1 0の入力端面 10 aと交わるよ うに配置されている。距離 Rは、 合分波される信号光の波長間隔 Δλに対応する値 に設定されている。記号 Gは、導波路 3 bの出力端面 3 sとスラブ導波路 10の入 力端面 10 aとの間の光軸方向の離間距離を示す。そして、補正用入力導波路 3 b の出力端面 3 sは、同導波路 3 bの光軸に直交しかつスラブ導波路 10の入力端面 10 aに沿って延びる垂直平面 Wに対して所定角度 01 (但し、 0° <θι<9 0° ) をなして延びている （図 3において反時計方向を正としたとき、 01は正の 値をとる） 。 換言すれば、 出力端面 3 sは導波路 3 bの光軸に対して平面視で鋭角 (90° —01) をなして延びている。 また、 出力端面 3 sは、 スラブ導波路 10 の幅方向にみて基準入力導波路 3 aに近接した側 （お側） ほど、 スラブ導波路 10 の長さ方向においてスラブ導波路 10の入力端面 10 aに近接している。
そして、 補正用入力導波路 3 b内を伝送された波長多重光 （中心波長 λΜ) 20 は、 導波路 3 bの出力端面 3 sにおいて入射角 01で上部クラッド層へ入射し、 屈 折角 02で上部クラッド層内を伝播した後、 スラブ導波路 10の入力端面 10 a上 の点 Uに入射角 φ 2で入射して入力スラブ導波路 10内を伝播する。 このとき、 入 カスラブ導波路 10への入射位置 Uは、 スラブ導波路 10の幅方向にみて、導波路 3 bの光軸がスラブ導波路 10の入力端面 10 aと交わる位置 Vよりも次式 （3) で表される距離 だけ基準入力導波路 3 a側にある。
AR = GX t a η φ2=ΘΧ t a n (Θ 2— Θ l) - (3) 導波路 3 bの出力端面 3 sにおける波長多重光の入射角 01、 屈折角 02、 導波 路 3 bの屈折率 niおよび上部クラッド層の屈折率 n 2との間には次式で表される 関係が成立する。
Θ 2 = sin~1 { (ni/n2) Xsin^ l}
すなわち、補正用入力導波路 3 bの光軸とスラブ導波路 10の入力端面 10 aと の交差位置から光入射位置 Uまでの距離 の値は、 上記のパラメ一夕 0 1、 η ι、 Π 2及び Gの値に応じて決まる。 従って、 導波路 3 bの出力端面 3 sの傾斜角度 S 1、 導波路 3 bの屈折率 η ι、 クラッド層の屈折率 n 2、 及び導波路 3 bの出力端面 3 sとスラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 aとの間の離隔距離 Gを適宜変えること によって、 上記距離 を実質上連続的に変化可能である。 距離 は、 補正用入 力導波路 3 bの斜めの出力端面 3 sおよび同出力端面 3 sからスラブ導波路 1 0 の入力端面 1 0 aに至る上記構成による光入射位置の補正量を表す。 この様に、光 入射位置の補正量 が可変であるので、 導波路 3 a、 3 bの間隔に制約されずに、 基準入力導波路 3 aおよび補正用入力導波路 3 bのそれぞれからの光入射位置の 間の間隔 （R— A R) ひいては波長ずれ補正量を適宜に設定できる。
図 1で基準入力導波路 3 aの左側に隣接する最内方の補正用入力導波路 3 bは、 上述のように、基準入力導波路 3 aから距離 Rだけ左側離隔して設けられ、基準入 力導波路 3 aから距離（R— A R) だけ左側へ離れた位置に光を入射する。 そして、 この最内方の導波路 3 bの左側には中間の補正用入力導波路 3 bがスラブ導波路 の入力端面の幅方向に上記距離 Rと同一またはこれと異なる距離だけ離隔して設 けられている。 また、 中間の導波路 3 bの左側には最左方の補正用入力導波路 3 b が上記距離 Rと同一またはこれと異なる距離だけ離隔して設けられている。中間お よび最左方の導波路 3 bの各々についての出力端面の角度 0 1 および離隔距離 G ならびに屈折率 η ι、 n 2は、 最内方の導波路 3 bについてのパラメ一夕 0 1、 G、 n i及び n 2のそれぞれと同一値或いは異なる値に設定可能である。
また、基準入力導波路 3 aの右側に隣接する最内方の補正用入力導波路 3 bは、 基準入力導波路 3 aから上記距離 Rと同一またはこれと異なる距離だけ右側へ離 隔して設けられ、 基準入力導波路 3 aから上記距離（R— A R) と同一またはこれ と異なる距離だけ右側へ離れた位置に光を入射する。 そして、 この最内方の導波路 3 bの右側には中間の補正用入力導波路 3 bがスラブ導波路の入力端面の幅方向 に上記距離 Rと同一またはこれと異なる距離だけ離隔して設けられ、 また、 中間の 導波路 3 bの右側には最右方の補正用入力導波路 3 bが上記距離 Rと同一または これと異なる距離だけ離隔して設けられている。これら 3つの導波路 3 bに関し、 出力端面の角度 01および離隔距離 Gならびに屈折率 ni、 n2 は適宜の値に設定 可能である。基準入力導波路 3 aの左側の補正用入力導波路 3 bの出力端面角度 0 1を正の値 （図 3で反時計方向を正とする） になるように設定した場合、 基準入力 導波路 3 aの右側の補正用入力導波路 3 bの出力端面角度 01 を負の値になるよ うに設定することが一般には好ましい。
以下、上記光合分波器における中心波長ずれとこれを補正する方法を図 3に基づ いて説明する。
図 3において、光合分波器は、基準入力導波路 3 aを介して入力された波長多重 光を分散させて中心波長光を出力側スラブ導波路 1 2の出力端面 1 2 aの中心（入 力端面 1 2 bの曲率中心） Oに集光するものであるが、 製造誤差に起因して中心波 長にずれが生じることがある。 この場合、 中心波長光は、 例えば、 出力側スラブ導 波路 1 2の出力端面中心 Oから右側にずれた位置 Tに集光される。この様な集光位 置ずれによる中心波長ずれ （以下、 記号 δ λοを付して示す） は、 入力側スラブ導 波路 1 0の入力端面 1 0 a上にあって入力端面中心 （出力端面 1 0 bの曲率中心） 1 0 yから左側に偏倚した位置 Uに対して補正用入力導波路 3 bから光を入射す ることにより、 補正できる。 以下、 その理由を説明する。
上記 （2) 式に関連して述べたように、 回折角 Φが小さく且つ波長 λが中心波長 λΜの近傍にあれば、 波長 λに対する距離 Xの分散 dXZd Aは、 スラブ導波路端 面の曲率半径 f 0と波長 λに対する回折角 Φの分散 d /ά λとの積で表される。 また、 分散 d c^Zd Aと、 スラブ導波路の屈折率 n s、 チャンネル導波路の屈折率 n c及びチヤンネル導波路の導波路長の差 Δ Lとの間には、既に説明済みであり以 下に再掲する次式が成立する。
(d /ά λ) = (AL/ns · D · AM) X {n c - AM · (d nc/d λ) } さて、 本光合分波器では中心波長ずれ δ λοの補正のため、 上述のように入カス ラブ導波路 1 0の入力端面中心 1 0 yから距離 wだけ離れた位置 Uに光を入射す るが、 このときに出力光の波長に加えられる補正量 <5 λιと上記距離 wとの比 wZ δ λιは、 上記 （2) 式での距離 Xの分散 dX d λに対応している。 従って、 比 wZ δ λ iは、回折角 φの分散 d φ Z d λと入力側スラブ導波路の出力端面の曲率 半径 iiとの積によって表すことができる。 すなわち、 次式が成立する。
w/ δ λ±= { ( f i · AL) / (ns - D - AM)} X {nc - λΜ · (dncZd λ) } … （4) w=R-AR … (5) であるので、 （4) 式から、
(R-AR) / d Ai
= { ( fiAL) I (nsDAM)} X {nc-λΜ (d nc/d λ) } … (6) を得る。 従って、
δ λι= δ λο … (7) となるように、 （6)式における の値を実質上連続的に変えることによって、 中心波長ずれ (5 λ oを実質的に打ち消すことが可能となる。
次に、 中心波長のずれを補正する具体的な手順について説明する。
図 3において、 まず、光合分波器の基準入力導波路 3 aに信号光 20を入射した ときの中心波長のずれ <5 λοの大きさが測定される。信号光 20が入力側スラブ導 波路 1 0内を回折して複数のチャンネル導波路 7 aに等位相（等位相面 2 1)で入 射したとしても、チヤンネル導波路 7 aのコァ幅ゃ屈折率が設計値からずれている 場合には、 中心波長 λΜの光は、 例えば、 出力側スラブ導波路 1 2の出力端面中心 0から右側にずれた位置 Τに集光する。 この場合、 等位相面 2 2は、 出力端面中心 0に集光した場合の等位相面 22 aに対して図 3で反時計方向に角度ひ傾き、出力 端面中心 Oに接続された出力導波路 5 aからは当初の設計値から δ λοずれた中 心波長 （λΜ+ δ λο) の光が出力される。
この様に、 中心波長が所定波長 λΜよりも増大する方向へずれた場合には、 基準 入力導波路 3 aの左側に設けられている 3つの補正用入力導波路 3 bに信号光を 順次入射しつつ、スラブ導波路 1 2の出力端面中心 Oに接続した出力導波路 5 aか ら出射される中心波長光の設計値からのずれ量を順次測定し、ずれ量を最小にする 入力導波路 3 bを選定する。
図 1ないし図 3に示した好適態様では、基準入力導波路 3 aの両側に形成された 補正用入力導波路 3 bの適宜の一つを介して波長多重光を入力することができ、中 心波長のずれ量が δ λ οから多少増減変動しても、 この変動を補正可能である。 図 3に示す例では、入力側スラブ導波路 1 0の入力端面中心 1 0 yから左側へ偏 倚した位置 Uに接続された中間の補正用入力導波路 3 bが選択され、信号光は入力 側スラブ導波路 1 0の位置 Uに入射し、 その等位相面 2 1 aは、 基準入力導波路 3 aから入射される光の等位相面 2 1に対して図 3で時計方向に角度ひ傾いている。 この場合、 上述したように、 出力光に加えられる補正量 δ λ ιは中心波長ずれ量 δ λ οと符号が異なり、 大きさが実質的に等しい値をとるため、 波長ずれ (5 λ οが打 ち消され、出力側スラブ導波路 1 2の出力端面中心 0に接続した出力導波路 5 aか ら中心波長 λ Μの光が出力されることになる。
上記の例では、基準導波路 3 aから波長多重光を入射したときの中心波長ずれ量 が δ λ ο (> 0 ) である場合について説明したが、 所望中心波長 λ Μからのずれの 大きさや方向が上記の例と異なる場合にも、 異なる光入射位置（基準入力導波路 3 aとスラブ導波路 1 0との接続部からの距離） 、 すなわち異なる波長補正量 <5 λ ι をそれぞれ与える補正用入力導波路 3 bの適宜の一つを用いることにより、波長ず れを補正可能である。
すなわち、 既に述べたように、 補正用入射導波路 3 bのそれぞれに関して、 その 出力端面 3 sの傾斜角度 0 1、導波路 3 bの屈折率 η ι、上部クラッド層の屈折率 n 2 及び導波路 3 bの出力端面 3 sとスラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 aとの間の 離隔距離 Gを適宜設定可能であるので、補正用入力導波路 3 bの光軸とスラブ導波 路 1 0の入力端面 1 0 aとの交差位置から光入射位置 Uまでの距離 ひいては 波長ずれ補正量 <5 λ iは、 実質上連続的に設定可能である。 従って、 補正用入力導 波路 3 bのいずれか一つを選択することにより、波長ずれ <5 λ οを最も小さくし、 好ましくは波長ずれ δ λ οを丁度打ち消すような補正量 δ λ iを生じさせること ができる （ （6 ) 式および （7 ) 式） 。 上記の説明では、 主に、 入力導波路 （第 1導波路） 3 a又は 3 bから波長多重光 を入力側スラブ導波路 （第 1スラブ導波路） 1 0へ入射して複数の出力導波路 （第 2導波路） 5のそれぞれから波長を異にする信号光を取り出す分波機能について説 明したが、 本発明の光台分波器は、 本光回路の相反性の原理から、 入力導波路また は出力導波路へ信号光を入射して入力導波路または出力導波路から波長多重光を 取り出す合波機能をも奏する。 実施例
シリコン基板 1上に、 石英系ガラスを用いて、 入力導波路 3 a、 複数の補正用入 力導波路 3 b、入力側スラブ導波路 1 0、複数のチャンネル導波路 7 aから成るァ レイ導波路回折格子 7、 出力側スラブ導波路 1 2、 及び複数の出力導波路 5を形成 して、 図 1に示すアレイ導波路回折格子型光合分波器を作製した。 なお、 基準入力 導波路 3 aは入力側スラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 aに接続し、補正用入力導波 路 3 bは入力端面 1 0 aと離間配置されている。
隣接するチャンネル導波路 7 a間の導波路長差を 6 5 m、導波路間の間隔を 1 5； mとし、 スラブ導波路 1 0及び 1 2の曲率半径を 9 mm、 隣接する出力導波路 5間の間隔を 2 0 mとした。
まず、 この合分波器の基準入力導波路 3 aに波長 1 5 5 1 . 3 2 n mの光を入射 したところ、 出力導波路 5 aから出力される光の中心波長は設定値より 0 . 0 4 η mずれたものとなった。
次に、中心波長のずれを打ち消すようなスラブ導波路 1 0への光の入射位置を求 めるため、補正用入力導波路 3 bのそれぞれに光を入射して同様な評価を行った。 各補正用入力導波路 3 bは等間隔で配置させ、その出力端面が該導波路の光軸に垂 直な平面となす角 0を 1 0 ° 〜8 0 ° の範囲で変えた。 また、 出力端面と入力端面 1 0 aとの間の距離を 1 0 0 mとした。
そして、各補正用入力導波路 3 bに信号光を入射したときに出力導波路 5 aから 出力される中心波長光の波長を測定したところ、入力側スラブ導波路 1 0の曲率中 心 1 0 yから距離 1 m離れた位置に光を入射した場合に、中心波長のずれが 0 . 0 0 n mと最も小さくなつた。
本発明は上記好適態様や実施例のものに限定されず、 種々に変形可能である。 例えば、好適態様では、基準入力導波路 3 aの両側に合計 6つの補正用入力導波 路 3 bを設けたが、 補正用入力導波路 3 bの配設数は 6つに限定されず、 また、 基 準入力導波路 3 aの一側のみに補正用入力導波路 3 bを形成可能である。 また、基 準入力導波路 3 aの出力端面 3 sをスラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 aに接続す ることは必須ではなく、 入力端面 1 0 aから離間して配置しても良い。 そして、 上 記好適態様においては、補正用入力導波路 3 bの出力端面 3 sをその基準導波路 3 a側ほど入力側スラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 aに近接するように （ 1> 0 ) 斜めに形成して、入力側スラブ導波路 1 0の幅方向にみて導波路 3 bの配設位置よ りも内方の位置に光を入射するようにしたが、出力端面 3 sをその反基準導波路 3 a側ほどスラブ導波路 1 0の入力端面 1 0 aに近接するように （0 1< 0 ) 形成し て、 光入射位置が、 スラブ導波路幅方向にみて導波路配設位置よりも外方になるよ うにしても良い。

Claims

請 求 の 範 囲
1 .導波路長を互いに異にする複数の導波路からなるアレイ導波路回折格子と、 前記回折格子の両端にそれぞれ接続された第 1及び第 2スラブ導波路と、前記第 1 スラブ導波路に向けて光を出力可能な複数の第 1導波路と、前記第 2スラブ導波路 から出力される光をそれぞれ入力可能な複数の第 2導波路とが形成された基板を 有する光合分波器において、
前記複数の第 1導波路の少なくとも一つが、前記第 1スラブ導波路の第 1導波路 側端面から離間して配されると共に該第 1導波路の光軸に対して平面視で鋭角を なして斜めに延びるスラブ導波路側端面を有することを特徴とする光合分波器。
2 .前記第 1導波路の前記スラブ導波路側端面と前記第 1スラブ導波路の対向端 面との間に光伝達媒体が配され、 前記光伝達媒体は、 前記アレイ導波路回折格子の 前記複数の導波路、前記第 1及び第 2スラブ導波路ならびに前記第 1及び第 2導波 路のそれぞれの構成材料の屈折率よりもわずかに小さい屈折率を有する材料から 構成されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光合分波器。
3 . 前記第 1スラブ導波路の回折格子側端面は、 前記第 1スラブ導波路の第 1導 波路側端面の中央部に設定された曲率中心を有する平面視円弧状に形成され、また、 前記第 2スラブ導波路の回折格子側端面は、前記第 2スラブ導波路の第 2導波路側 端面の中央部に設定された曲率中心を有する平面視円弧状に形成されることを特 徵とする請求の範囲第 1項に記載の光合分波器。
4. 前記第 1スラブ導波路の前記第 1導波路側端面は、 前記第 1スラブ導波路の 前記回折格子側端面の中央部に設定された曲率中心を有する平面視円弧状に形成 され、 また、 前記第 2スラブ導波路の前記第 2導波路側端面は、 前記第 2スラブ導 波路の前記回折格子側端面の中央部に設定された曲率中心を有する平面視円弧状 に形成されることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の光合分波器。
5 . 前記複数の第 1導波路は、 前記第 1スラブ導波路の前記第 1導波路側端面の 中央部に向けて光を出力可能な基準の第 1導波路と波長ずれ補正用の少なくとも 一つの第 1導波路とを含むことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光合分波 器。
6 . 前記基準の第 1導波路は、 前記第 1スラブ導波路の前記第 1導波路側端面 の前記中央部に接続されることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の光合分波 器。
7 . 前記複数の第 1導波路は、 前記第 1スラブ導波路の前記第 1導波路側端面の 幅方向にみて、前記基準の第 1導波路の両側に配される波長ずれ補正用の複数の第 1導波路を含むことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の光合分波器。
8 . 前記波長ずれ補正用の少なくとも一つの第 1導波路は、 前記第 1スラブ導波 路の第 1導波路側端面から離間して配されると共に該第 1導波路の光軸に対して 平面視で鋭角をなして斜めに延びるスラブ導波路側端面を有し、 また、 前記波長ず れ補正用の第 1導波路の前記スラブ導波路側端面は、前記第 1スラブ導波路の幅方 向にみて前記基準の第 1導波路に近接した側ほど、前記第 1スラブ導波路の長さ方 向にみて前記第 1スラブ導波路の前記第 1導波路側端面に近接していることを特 徴とする請求の範囲第 5項に記載の光合分波器。
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