WO2012026524A1 - マッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子及び平面光波回路チップ - Google Patents

マッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子及び平面光波回路チップ Download PDF

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奈良　一孝
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Definitions

  • the present invention relates to a Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating and a planar lightwave circuit chip using an asymmetric Mach-Zehnder interferometer as an input waveguide.
  • MZI-AWG Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating
  • AWG arrayed waveguide grating
  • this MZI-AWG 100 a layout in which the two arm waveguides 110 and 110 ′ of the MZI 102 are inverted by using a cross waveguide obtained by crossing the two arm waveguides 110 and 110 ′ at the intersection 112. The number of wafers taken from one wafer is increased.
  • loss occurs at the intersection 112, and further, the radiated light generated at the intersection 112 may become stray light, leading to deterioration of the MZI-AWG characteristics.
  • the loss (diffraction loss) generated at the intersection 112 increases as the relative refractive index difference ⁇ is reduced in order to further reduce the size of the planar lightwave circuit.
  • loss occurs when the crossing angle ⁇ of the crossing portion 112 is small, it is desirable to make the crossing angle ⁇ larger than about 60 degrees.
  • the crossing angle ⁇ is increased, the formation region of the arm waveguides 110 and 110 ′ increases, and it becomes difficult to reduce the size of the planar lightwave circuit.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a Mach-Zehnder interferometer-array waveguide capable of securing the number without degrading the MZI-AWG characteristics. It is to provide a grating and a planar lightwave circuit chip.
  • an invention according to a first aspect of the present invention is a Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating, comprising an input waveguide, an input-side coupler connected to the input waveguide, A Mach-Zehnder interferometer having an output-side coupler and two arm waveguides connected between the input-side coupler and the output-side coupler and having an optical path length difference; and an output side of the Mach-Zehnder interferometer An input slab waveguide connected to the coupler, a plurality of output waveguides, an output slab waveguide connected to the output waveguide, and connected between the input slab waveguide and the output slab waveguide An arrayed waveguide grating having an arrayed waveguide composed of a plurality of channel waveguides, so that a free spectral interval of the Mach-Zehnder interferometer and a channel interval of the arrayed waveguide grating coincide with each other.
  • the arm waveguide having the longer optical path length is disposed on the same side as the channel waveguide having the longer optical path length in the arrayed waveguide.
  • the input-side coupler is arranged on a straight line connecting the center of one end face of the input slab waveguide where the arrayed waveguide is formed and the output-side coupler.
  • the invention according to the second aspect of the present invention is a planar lightwave circuit chip comprising the Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating according to the first aspect, wherein the curved central part having the arrayed waveguide, Extending from one end of the central portion and extending from the other end of the central portion at an angle with a first straight portion having the input slab waveguide; A second straight portion having the output slab waveguide; a first side end having the Mach-Zehnder interferometer; and extending from the second straight portion. And a second side end portion having the plurality of output waveguides, and a boomerang shape.
  • the input side coupler and the output side coupler of the Mach-Zehnder interferometer are arranged so that the radius of the input slab waveguide is centered on the central portion of one end face where the arrayed waveguide of the input slab waveguide is formed.
  • the extension line By arranging them on the extension line, it is possible to secure the number of wafers taken from one wafer without degrading the characteristics of MZI-AWG.
  • the number of wafers to be picked up is increased by using the crossed waveguide and inverting the arm waveguide portion of the Mach-Zehnder interferometer that becomes the input waveguide.
  • a flat Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating with low loss is realized without using a crossed waveguide, so that the MZI-AWG characteristics are not degraded. , Can ensure the number of picks.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating according to a first embodiment of the present invention. Explanatory drawing which expands and shows a part of Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating shown in FIG. The top view in which a plurality of Mach-Zehnder interferometer-array waveguide gratings show a part of a substrate (wafer).
  • FIG. 4 is a plan view showing one planar lightwave circuit chip cut out from the substrate shown in FIG. 3. The top view which shows schematic structure of the Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • the top view which shows schematic structure of the Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
  • the top view which shows schematic structure of the conventional Mach-Zehnder interferometer-array waveguide grating.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a Mach-Zehnder interferometer-arrayed waveguide grating (hereinafter referred to as MZI-AWG) 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the MZI-AWG 10 includes a Mach-Zehnder interferometer (hereinafter referred to as MZI) 20 and an arrayed waveguide grating (hereinafter referred to as AWG) 30 using the MZI 20 as an input waveguide. ing.
  • MZI Mach-Zehnder interferometer
  • AWG arrayed waveguide grating
  • the free spectral interval (FSR) of the MZI 20 is matched with the channel interval of the AWG 30.
  • the MZI 20 is connected between the input waveguide 40, the input-side coupler 21 connected to the input waveguide 40, the output-side coupler 22, and the input-side coupler 21 and the output-side coupler 22, and has a predetermined optical path length difference ⁇ L.
  • This is an asymmetric Mach-Zehnder interferometer having two arm waveguides 23 and 24 provided.
  • the predetermined optical path length difference ⁇ L is set to a value that matches the FSR of the MZI 20 with the channel interval of the AWG 30.
  • the input side coupler 21 is composed of, for example, a Y branching unit, and the output side coupler 22 is composed of, for example, a 3 dB directional coupler.
  • An input waveguide 40 is connected to the input side coupler 21.
  • the input side coupler 21 may be configured with a 3 dB directional coupler.
  • the AWG 30 includes an input slab waveguide 31 to which the output side coupler 22 of the MZI 20 is connected, a plurality of output waveguides 32, an output slab waveguide 33 to which the output waveguide 32 is connected, and an input slab waveguide 31. And an arrayed waveguide 34 composed of a plurality of channel waveguides 34 a connected to the output slab waveguide 33.
  • the plurality of channel waveguides 34a are arranged so that the optical path length difference between the adjacent channel waveguides 34a differs by a certain value.
  • the other end face 31b of the input slab waveguide 31 to which the output-side coupler 22 of the MZI 20 is connected is one of the ends on which the arrayed waveguide 34 is formed. It is an arcuate end surface having a focal length Lf as a radius from the central part a 0 of the end surface 31a.
  • the feature of the MZI-AWG 10 is that it has the following configuration as shown in FIGS. (1)
  • the arm waveguide 23 on the longer optical path length side of the MZI 20 is on the same side as the channel waveguide 34 a on the longer optical path length side in the arrayed waveguide 34.
  • the input slab waveguide 31 in which the input-side coupler 21 and the output-side coupler 22 of the MZI 20 are centered on the central portion a 0 of one end face 31a where the arrayed waveguide 34 of the input slab waveguide 31 is formed. Are arranged on an extension line of the radius (the radius of the focal length Lf).
  • the slab waveguide 31 is arranged on a straight line extending from a point at a radius position.
  • the input side coupler 21 and the output side coupler 22 of MZI20 is, the center a 0 of the one end face 31a of the input slab waveguide 31, and the focal length Lf from the center a 0 radius It is arranged on a linear extension line A 0 connecting the center part b 0 of the other end face 31 b which is an arcuate end face.
  • the output side coupler 22 of the MZI 20 is connected to the other end face 31 b of the input slab waveguide 31.
  • the output-side coupler 22 is connected to the input slab waveguide 31 at the center b 0 of the other end face 31b.
  • the two output ends of the output-side coupler 22 composed of a 3 dB directional coupler are connected to the input slab waveguide 31 at a position that is symmetric with respect to the central portion b 0 .
  • the MZI 20 in which the arm waveguides 23 and 24 have the optical path length difference ⁇ L is used as the input waveguide of the AWG 30, the FSR of the MZI 20 is matched with the channel spacing of the AWG 30, and the optical path length of the MZI 20
  • the long-side arm waveguide 23 is arranged on the same side as the long-side channel waveguide 34 a of the arrayed waveguide 34.
  • the input-side coupler 21 and the output-side coupler 22 of the MZI 20 are on an extension line of the radius of the focal length Lf of the input slab waveguide 31 with the central portion a 0 of one end face 31a of the input slab waveguide 31 as the center. Has been placed.
  • the MZI-AWG 10 having the above configuration can perform a wavelength demultiplexing function for extracting a desired wavelength from each output waveguide 32 and a wavelength multiplexing function for tracing the opposite optical path, similarly to a normal AWG. .
  • the MZI-AWG 10 when light multiplexed with a plurality of wavelengths ( ⁇ 1 to ⁇ n) is incident on the input waveguide 40 of the MZI 20, at the light incident portion (light incident surface) of the input slab waveguide 31 of the AWG 30, the channel of the AWG 30 Due to the wavelength characteristics of the MZI 20 in which the interval and the FSR coincide with each other, the position of the optical electric field distribution varies with the period of the FSR of the MZI 20 depending on the wavelength in a predetermined wavelength region of each channel. On the other hand, in the light emission part (condensing surface) of the output slab waveguide 33 of the AWG 30, the condensing position varies depending on the wavelength in a predetermined wavelength region of each channel.
  • the position of the light condensing on the condensing surface of the output slab waveguide 33 moves depending on the wavelength, and the optical electric field distribution (optical field) depends on the wavelength due to the wavelength characteristics of the MZI 20 on the light incident surface of the input slab waveguide 31. ) Is changed by changing the position of FSR in the cycle of FSR. In this way, apparently, the movement of the optical field with respect to the wavelength on the condensing surface of the output slab waveguide 33 is stopped and flattened in a predetermined wavelength region of each channel.
  • the following operational effects can be obtained.
  • the MZI-AWG 10 having the above-described configuration, the following operational effects can be obtained.
  • the MZI-AWG having a low loss and a flat transmission spectrum characteristic in a predetermined band in each channel by stagnating the movement of the optical electric field distribution near the center optical frequency with respect to the optical frequency change. .
  • the output side coupler 22 of the MZI 20 is located at the focal length Lf from the central part a 0 of the one end face 31 of the input slab waveguide 31 (the central part b 0 of the other end face 31 b which is an arcuate end face),
  • the input slab waveguide 31 is connected. Therefore, unlike the prior art using the crossed waveguide, no loss occurs at the crossing portion 112, and the radiated light generated at the crossing portion 112 becomes stray light, leading to deterioration of the MZI-AWG characteristics. The possibility disappears.
  • the input-side coupler 21 and the output-side coupler 22 of the MZI 20 are formed by a central part a 0 of one end face 31a of the input slab waveguide 31 and an arcuate end face having a focal length Lf as a radius from the central part a 0. It is arranged on a straight extension line A 0 connecting the center part b 0 of the other end face 31b.
  • a part of the MZI 20 (a part of the arm waveguides 23 and 24, the coupler 21 on the input side) and the input waveguide 40 connected to the coupler 21 are located on the inner side 31c of the input slab waveguide 31. Does not protrude in the direction (right side in FIG. 1).
  • a plurality of MZI-AWGs 10 are placed on one wafer 50 (for example, a wafer such as a 4-inch diameter silicon substrate) so that adjacent MZI-AWGs 10 do not cross each other. When forming them close to each other, the number of MZI-AWGs 10 can be secured.
  • the number of MZI-AWGs 10 per wafer can be further increased by reducing the relative refractive index difference ⁇ to make the MZI-AWG 10 itself smaller.
  • the relative refractive index difference ⁇ is reduced to make the MZI-AWG circuit itself smaller, the diffraction loss at the intersection 112 (see FIG. 7) increases. It is necessary to increase ⁇ .
  • the MZI-AWG circuit itself is increased, and the number of MZI-AWG circuits taken per wafer is reduced.
  • the MZI-AWG 10 according to the present embodiment it is possible to secure the number of acquisitions without deteriorating the MZI-AWG characteristics.
  • FIG. 4 shows one planar lightwave circuit chip (hereinafter referred to as a PLC chip) 60 cut out from the wafer 50 shown in FIG.
  • reference numeral “51” denotes a cutting line by a laser such as a carbon dioxide laser when each PLC chip 60 is cut from the wafer 50.
  • the MZI-AWG (MZI-AWG circuit) 10 shown in FIG. 1 is formed on the substrate 50A.
  • the PLC chip 60 having the MZI-AWG 10 is cut by a laser along a cutting line 51 from a single wafer 50 formed so that a plurality of MZI-AWGs 10 do not cross each other as shown in FIG. It has been done.
  • the entire contour of one PLC chip 60 cut from one wafer 50 has a boomerang shape having the following configurations a to d.
  • A It has the curved center part 60a in which the arrayed waveguide 34 was formed.
  • B It has left and right straight portions 60b and 60c extending from both sides of the central portion 60a so as to form an angle with the input slab waveguide 31 and the output slab waveguide 33, respectively.
  • C It has a left end 60d where the MZI 20 is formed.
  • D It has a right end 60e in which a plurality of output waveguides 32 are formed.
  • a linear input side end face 61 in which an incident port 71 that is an end of the input waveguide 40 exists is formed at the left end 60d.
  • a linear output side end face 62 in which the emission port 72 which is each end of the plurality of output waveguides 32 exists is formed.
  • the input side end face 61 and the output side end face 62 are substantially parallel.
  • the PLC chip 60 shown in FIG. 4 is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 3, a plurality of MZI-AWGs 10 each including an optical waveguide composed of a core and a clad are combined on a wafer 50 such as a quartz substrate or a silicon substrate by combining optical fiber manufacturing technology and semiconductor microfabrication technology. Form. Next, by cutting the wafer 50 shown in FIG. 3 along the cutting line 51, a plurality of PLC chips 60 are manufactured. As described above, the PLC chip 60 having the whole contour of the boomerang shape and having the MZI-AWG 10 can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced.
  • the PLC chip 60 is provided with a linear input side end face 61 and a linear output side end face 62, so that it has an optical fiber serving as a transmission line for signal light, and an optical waveguide based on a silica-based material. Connection with another PLC chip, an optical active component such as a semiconductor laser element or a semiconductor light receiving element is facilitated.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of the MZI-AWG 10A according to the second embodiment of the present invention.
  • the two couplers 21 and 22 of the MZI 20 are connected to the central part a 0 of one end face 31a of the input slab waveguide 31 and the other end face (arc-shaped). Is located on a straight line A 1 connecting points b 1 (points at a focal length Lf from the center a 0 ) b 1 shifted to the left from the center b 0 of the edge 31 b.
  • Other configurations of the MZI-AWG 10A are the same as those of the MZI-AWG 10 shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a schematic configuration of the MZI-AWG 10B according to the second embodiment of the present invention.
  • the two couplers 21 and 22 of the MZI 20 are connected to the central part a 0 of one end face 31a of the input slab waveguide 31 and the other end face (arc-shaped).
  • the point shifted rightward from the central portion b 0 of the end face) 31b is disposed on the extension line a 2 of a straight line connecting b 2.
  • Other configurations of the MZI-AWG 10B are the same as those of the MZI-AWG 10 shown in FIG.
  • the two couplers 21 and 22 of the MZI 20 are connected to the central portion a 0 of one end face 31a of the input slab waveguide 31 and the other end face (circle).
  • the center wavelength can be corrected by disposing it on the extended line of the straight line connecting the point b 1 or b 2 shifted from the central part b 0 of the arc-shaped end face 31b.
  • the two couplers 21 and 22 of the MZI 20 are connected to the central portion a 0 of one end surface 31a of the input slab waveguide 31 and the other end surface (arc-shaped end surface) 31b.
  • the design is performed so that the center wavelength is set when it is arranged on the extended line of the straight line connecting the center b 0 , but the center wavelength of each chip differs depending on the distribution of process errors in the wafer surface during manufacturing. May end up.
  • the couplers 21 and 22 are connected to the central portion a 0 of one end face 31a of the input slab waveguide 31 and the other end face (arc-shaped).
  • the center wavelength is arbitrarily corrected by adjusting the amount of shift from the central portion b 0 , which is arranged on a straight line connecting the point b 1 or b 2 shifted from the central portion b 0 of the central portion 31 b. be able to.
  • this invention can also be changed and embodied as follows.
  • the present invention is not limited to the configurations of the first to third embodiments described above, and the two couplers 21 and 22 of the MZI 20 include the central portion a 0 of one end face 31 a of the input slab waveguide 31 and the central portion a 0. This is also applied to the case where the input slab waveguide 31 is disposed on a straight line extending from the point at the focal length Lf of the input slab waveguide 31.
  • the two couplers 21 and 22 of the MZI 20 are connected to the central points a 0 of one end face 31a of the input slab waveguide 31 and the points b 0 , b 1 , and the like on the other end face 31b that is an arcuate end face.
  • the present invention when placed on an extension of a line connecting the b 2 arbitrary point other than can be applied.

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Abstract

本発明は、ＭＺＩ－ＡＷＧ特性を劣化させずに、取り数を確保することができるマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子及び平面光波回路チップを提供する。本発明の一実施形態に係るマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子（ＭＺＩ－ＡＷＧ）１０は、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）２０と、ＭＺＩ２０を入力導波路に用いたアレイ導波路格子（ＡＷＧ）３０とを備える。ＭＺＩ２０のＦＳＲをＡＷＧ３０のチャネル間隔と一致させた。ＭＺＩ２０の入力側カプラ２１と出力側カプラ２２が、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、この中心部ａ0から焦点距離Ｌｆを半径とする円弧状の端面である他方の端面３１ｂの中心部ｂ0とを結ぶ直線の延長線Ａ0上に配置されている。

Description

マッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子及び平面光波回路チップ
　本発明は、非対称マッハツェンダー干渉計を入力導波路に用いたマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子及び平面光波回路チップに関する。
　従来、二つのアーム導波路間に光路長差を持たせたマッハツェンダー干渉計を入力導波路に用いたマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子（ＭＺＩ－ＡＷＧ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このＭＺＩ－ＡＷＧ１００を図７に示す。ＭＺＩ－ＡＷＧ１００は、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）１０２と、ＭＺＩ０２を入力導波路に用いたアレイ導波路格子（ＡＷＧ）１０４とを備える。このＭＺＩ－ＡＷＧ１００では、交差部１１２で二つのアーム導波路１１０，１１０´を交差させた交差導波路を用いて、ＭＺＩ１０２の二つのアーム導波路１１０，１１０´を反転させたレイアウトとすることで、１枚のウエハからの取り数を増加させている。
ＥＰ　１８５７８４６号公報
　しかしながら、上記従来技術では、交差部１１２で損失が発生し、さらに、交差部１１２で発生した放射光が迷光になりＭＺＩ－ＡＷＧ特性の劣化につながる可能性がある。特に、交差部１１２で発生する損失（回折損失）は、平面光波回路をより小型化するために比屈折率差Δを小さくする程大きくなる。また、交差部１１２の交差角θが小さいと損出が発生するために、交差角θを６０度程度より大きくするのが望ましい。しかし、交差角θを大きくすると、アーム導波路１１０，１１０´の形成領域が大きくなり、平面光波回路を小型化するのが難しくなる。
　本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、ＭＺＩ－ＡＷＧ特性を劣化させずに、取り数を確保することができるマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子及び平面光波回路チップを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る発明は、マッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子であって、入力導波路と、該入力導波路に接続された入力側カプラと、出力側カプラと、該入力側カプラと該出力側カプラとの間に接続され光路長差を持たせた二つのアーム導波路とを有するマッハツェンダー干渉計と、前記マッハツェンダー干渉計の出力側カプラが接続された入力スラブ導波路と、複数本の出力導波路と、該出力導波路が接続された出力スラブ導波路と、該入力スラブ導波路と該出力スラブ導波路との間に接続され複数本のチャネル導波路からなるアレイ導波路を有するアレイ導波路格子と、を備え、前記マッハツェンダー干渉計の自由スペクトル間隔と前記アレイ導波路格子のチャネル間隔とが一致するように構成され、前記マッハツェンダー干渉計の二つのアーム導波路のうち、光路長の長い側のアーム導波路が、前記アレイ導波路における光路長の長い側のチャネル導波路と同じ側に配置されており、前記入力側カプラが、前記入力スラブ導波路の前記アレイ導波路が形成されている一方の端面の中心部と、前記出力側カプラとを結ぶ直線上に配置されていることを特徴とする。
　本発明の第２の態様に係る発明は、上記第１の態様に係るマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子を備える平面光波回路チップであって、前記アレイ導波路を有する湾曲した中央部と、前記中央部の一方の端から延在し、前記入力スラブ導波路を有する第１の直線部と、前記中央部の他方の端から前記第１の直線部と角度を成して延在し、前記出力スラブ導波路を有する第２の直線部と、前記第１の直線部から延在し、前記マッハツェンダー干渉計を有する第１の側端部と、前記第２の直線部から延在し、前記複数本の出力導波路を有する第２の側端部と、を備えたブーメラン形状であることを特徴とする。
　本発明によれば、マッハツェンダー干渉計の入力側カプラと出力側カプラを、入力スラブ導波路のアレイ導波路が形成されている一方の端面の中心部を中心とする、入力スラブ導波路の半径の延長線上に配置することで、ＭＺＩ－ＡＷＧの特性を劣化させずに、１枚のウエハからの取り数を確保できる。
　つまり、上記従来技術では、交差導波路を用いて，入力導波路となるマッハツェンダー干渉計のアーム導波路部分を反転させた配置とすることで、ウエハからの取り数を増加させているので、交差導波路で損失が発生し、その結果、発生した放射光が迷光になりＭＺＩ－ＡＷＧ特性の劣化につながる可能性があった。これに対して、本発明によれば、低損失でフラット型のマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子を実現するのに、交差導波路を用いていないので、ＭＺＩ－ＡＷＧ特性を劣化させずに、取り数を確保することができる。
本発明の第１実施形態に係るマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子の概略構成を示す平面図。 図１に示すマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子の一部を拡大して示す説明図。 複数個のマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子が基板（ウエハ）の一部を示す平面図。 図３に示す基板から切り出された一つの平面光波回路チップを示す平面図。 本発明の第２実施形態に係るマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子の概略構成を示す平面図。 本発明の第３実施形態に係るマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子の概略構成を示す平面図。 従来のマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子の概略構成を示す平面図。
　次に、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において、同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
（第１実施形態）
　図１は本発明の第１実施形態に係るマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子（以下、ＭＺＩ－ＡＷＧという。）１０の概略構成を示している。
　ＭＺＩ－ＡＷＧ１０は、図１に示すように、マッハツェンダー干渉計（以下、ＭＺＩという。）２０と、ＭＺＩ２０を入力導波路に用いたアレイ導波路格子（以下、ＡＷＧという。）３０と、を備えている。このＭＺＩ－ＡＷＧ１０では、ＭＺＩ２０の自由スペクトル間隔（ＦＳＲ）をＡＷＧ３０のチャネル間隔と一致させている。
　ＭＺＩ２０は、入力導波路４０と、入力導波路４０に接続された入力側カプラ２１と、出力側カプラ２２と、入力側カプラ２１と出力側カプラ２２の間に接続され所定の光路長差ΔＬを持たせた二つのアーム導波路２３，２４とを有する非対称マッハツェンダー干渉計である。所定の光路長差ΔＬは、ＭＺＩ２０のＦＳＲをＡＷＧ３０のチャネル間隔と一致させるような値に設定される。
　なお、入力側カプラ２１は例えばＹ分岐器で構成され、出力側カプラ２２は例えば３ｄＢ方向性結合器で構成されている。入力側カプラ２１には、入力導波路４０が接続されている。入力側カプラ２１は、３ｄＢ方向性結合器で構成しても良い。
　ＡＷＧ３０は、ＭＺＩ２０の出力側カプラ２２が接続された入力スラブ導波路３１と、複数本の出力導波路３２と、出力導波路３２が接続された出力スラブ導波路３３と、入力スラブ導波路３１と出力スラブ導波路３３との間に接続された複数本のチャネル導波路３４ａからなるアレイ導波路３４とを備えている。複数のチャネル導波路３４ａは、その隣接するチャネル導波路３４ａ間の光路長差が一定値だけ異なるように配置されている。
　また、図１及び図２に示すように、入力スラブ導波路３１の両端面のうち、ＭＺＩ２０の出力側カプラ２２が接続された他方の端面３１ｂは、アレイ導波路３４が形成されている一方の端面３１ａの中心部ａ0から焦点距離Ｌｆを半径とする円弧状の端面である。
　このＭＺＩ－ＡＷＧ１０の特徴は、図１及び図２に示すように、以下の構成を有する点にある。
　（１）ＭＺＩ２０の光路長の長い側のアーム導波路２３がアレイ導波路３４における光路長の長い側のチャネル導波路３４ａと同じ側にある。
　（２）ＭＺＩ２０の入力側カプラ２１と出力側カプラ２２が、入力スラブ導波路３１のアレイ導波路３４が形成されている一方の端面３１ａの中心部ａ0を中心とする、入力スラブ導波路３１の半径（焦点距離Ｌｆの半径）の延長線上に配置されている。
　つまり、入力側カプラ２１と出力側カプラ２２が、入力スラブ導波路３１の両端面のうち、アレイ導波路３４が形成されている一方の端面３１ａの中心部ａ0と、中心部ａ0から入力スラブ導波路３１の半径の位置にある点とを結ぶ直線の延長線上に配置されている。
　本実施形態では、一例として、ＭＺＩ２０の入力側カプラ２１と出力側カプラ２２が、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、この中心部ａ0から焦点距離Ｌｆを半径とする円弧状の端面である他方の端面３１ｂの中心部ｂ0とを結ぶ直線の延長線Ａ0上に配置されている。
　（３）ＭＺＩ２０の出力側カプラ２２が入力スラブ導波路３１の他方の端面３１ｂに接続されている。
　本実施形態では、出力側カプラ２２が、他方の端面３１ｂの中心部ｂ0で、入力スラブ導波路３１に接続されている。
　具体的には、３ｄＢ方向性結合器で構成された出力側カプラ２２の二つの出力端が、中心部ｂ0に関して対称となる位置で、入力スラブ導波路３１に接続されている。
　このように、ＭＺＩ－ＡＷＧ１０では、アーム導波路２３，２４に光路長差ΔＬを持たせたＭＺＩ２０をＡＷＧ３０の入力導波路に用い、ＭＺＩ２０のＦＳＲをＡＷＧ３０のチャネル間隔と一致させ、ＭＺＩ２０の光路長の長い側のアーム導波路２３がアレイ導波路３４における光路長の長い側のチャネル導波路３４ａと同じ側になるレイアウトにしている。そして、ＭＺＩ２０の入力側カプラ２１と出力側カプラ２２が、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0を中心とする、入力スラブ導波路３１の焦点距離Ｌｆの半径の延長線上に配置されている。
　以上の構成を有するＭＺＩ－ＡＷＧ１０は、通常のＡＷＧと同様に、各出力導波路３２から所望の波長を取り出す波長分波機能と、その逆の光路を辿る波長合波機能とを果たすことができる。
　ＭＺＩ－ＡＷＧ１０では、ＭＺＩ２０の入力導波路４０に複数の波長（λ１～λｎ）が多重された光が入射すると、ＡＷＧ３０の入力スラブ導波路３１の光入射部（光入射面）では、ＡＷＧ３０のチャネル間隔とＦＳＲを一致させたＭＺＩ２０の波長特性により、各チャネルの所定の波長域において、波長によって光電界分布の位置がＭＺＩ２０のＦＳＲの周期で変化する。
　一方、ＡＷＧ３０の出力スラブ導波路３３の光出射部（集光面）では、各チャネルの所定の波長域において、集光する位置が波長によって異なる。
　このように出力スラブ導波路３３の集光面において、波長によって集光する位置が動くのを、入力スラブ導波路３１の光入射面において、ＭＺＩ２０の波長特性により、波長によって光電界分布（光フィールド）の位置をＦＳＲの周期で変化させることでキャンセルする。
　このようにすることで、見かけ上、各チャネルの所定の波長域で、出力スラブ導波路３３の集光面における波長に対する光フィールドの動きを停止させてフラット化を行っている。
　上記構成を有するＭＺＩ－ＡＷＧ１０によれば、以下の作用効果を奏する。
　各チャネルにおいて、光周波数変化に対して中心光周波数付近で光電界分布の動きを停滞させて、各チャネルにおける所定の帯域で低損失かつフラットな透過スペクトル特性のＭＺＩ－ＡＷＧを実現することができる。
　ＭＺＩ２０の出力側カプラ２２が入力スラブ導波路３１の一方の端面３１の中心部ａ0から焦点距離Ｌｆの位置にある点（円弧状の端面である他方の端面３１ｂの中心部ｂ0）で、入力スラブ導波路３１に接続されている。このため、交差導波路を用いた上記従来技術のように、交差部１１２で損失が発生したりせず、また、交差部１１２で発生した放射光が迷光になりＭＺＩ－ＡＷＧ特性の劣化につながる可能性も無くなる。
　また、交差導波路を用いていないため、比屈折率差Δを小さくして平面光波回路を小型化するのが容易になる。
　さらに、ＭＺＩ２０の入力側カプラ２１と出力側カプラ２２が、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、この中心部ａ0から焦点距離Ｌｆを半径とする円弧状の端面である他方の端面３１ｂの中心部ｂ0とを結ぶ直線の延長線Ａ0上に配置されている。この構成により、ＭＺＩ２０の一部（アーム導波路２３，２４の一部、入力側のカプラ２１）及びカプラ２１に接続された入力導波路４０が、入力スラブ導波路３１の内側側面３１ｃよりも内方（図１で右側）へ突出しない。
　これにより、図３に示すように、複数個のＭＺＩ－ＡＷＧ１０を１枚のウエハ（例えば、直径４インチのシリコン基板等のウエハ）５０上に、隣接するＭＺＩ－ＡＷＧ１０同士が互いに交差しないように近接させて形成する際に、ＭＺＩ－ＡＷＧ１０の取り数を確保することができる。
　また、比屈折率差Δを小さくしてＭＺＩ－ＡＷＧ１０自体を小さくすることで、１枚のウエハ当たりのＭＺＩ－ＡＷＧ１０の取り数を更に増やすことができる。これに対して、上記従来技術では、比屈折率差Δを小さくしてＭＺＩ－ＡＷＧ回路自体を小さくしようとすると、上記交差部１１２（図７参照）での回折損失が大きくなるので、交差角θを大きくする必要がある。これにより、ＭＺＩ－ＡＷＧ回路自体が大きくなり、１枚のウエハ当たりのＭＺＩ－ＡＷＧ回路の取り数が減ってしまう。
　このように、本実施形態に係るＭＺＩ－ＡＷＧ１０によれば、ＭＺＩ－ＡＷＧ特性を劣化させずに、取り数を確保することができる。
　図４は、図３に示すウエハ５０から切り出された一つの平面光波回路チップ（以下、ＰＬＣチップという。）６０を示している。図３において、符号「５１」は、一つ一つのＰＬＣチップ６０をウエハ５０から切り出す際の、炭酸ガスレーザ等のレーザによる切断線である。
　図４に示すＰＬＣチップ６０は、図１に示すＭＺＩ－ＡＷＧ（ＭＺＩ－ＡＷＧ回路）１０が基板５０Ａ上に形成されている。
　ＭＺＩ－ＡＷＧ１０を有するＰＬＣチップ６０は、図３に示すように複数個のＭＺＩ－ＡＷＧ１０が互いに交差しないように近接させて形成された一枚のウエハ５０から、切断線５１に沿ってレーザにより切断されたものである。
　このように１枚のウエハ５０から切断された一つのＰＬＣチップ６０全体の輪郭が、次のような構成ａ乃至ｄを有するブーメラン形状である。
　（ａ）アレイ導波路３４が形成された湾曲した中央部６０ａを有する。
　（ｂ）中央部６０ａの両側から互いに角度を成すように延び、入力スラブ導波路３１及び出力スラブ導波路３３がそれぞれ形成された左右の直線部６０ｂ、６０ｃを有する。
　（ｃ）ＭＺＩ２０が形成された左側端部６０ｄを有する。
　（ｄ）複数本の出力導波路３２が形成された右側端部６０ｅを有する。
　さらに、左側端部６０ｄには、入力導波路４０の端部である入射ポート７１が存在する直線状の入力側端面６１が形成されている。右側端部６０ｅには、複数の出力導波路３２の各端部である出射ポート７２が存在する直線状の出力側端面６２が形成されている。入力側端面６１と出力側端面６２は略平行である。
　図４に示すＰＬＣチップ６０は、次のようにして作製される。
　まず、図３に示すように、石英基板或いはシリコン基板などのウエハ５０上に、光ファイバ製造技術と半導体微細加工技術を組み合わせて、コアとクラッドからなる光導波路をそれぞれ含む複数個のＭＺＩ－ＡＷＧ１０を形成する。
　次に、図３に示すウエハ５０を切断線５１に沿って切断することにより、複数個のＰＬＣチップ６０が作製される。
　このように全体の輪郭がブーメラン形状でＭＺＩ－ＡＷＧ１０を有するＰＬＣチップ６０は、小型化が可能で、かつ製造コストを低減することができる。
　また、ＰＬＣチップ６０には直線状の入力側端面６１及び直線状の出力側端面６２が設けられているので、信号光の伝送線路となる光ファイバ、シリカ系材料をベースとした光導波路を有する別のＰＬＣチップ、半導体レーザ素子や半導体受光素子等の光能動部品との接続が容易になる。
（実施例）
　　実施例として、比屈折率差Δ＝１．２％の石英系ＰＬＣを用いて、チャネル間隔１００ＧＨｚ、チャネル数４０ｃｈのＭＺＩ－ＡＷＧ１０を有するＰＬＣチップ６０を作製した。
　また、１枚のウエハ５０から作製できたＰＬＣチップ６０の数については、以下のような結果が得られた。
　比屈折率差Δ＝１．２％の石英系ＰＬＣを用いて、チャネル間隔１００ＧＨｚ、チャネル数４０ｃｈのＭＺＩ－ＡＷＧを作製した場合：
　本実施形態では、４インチのウエハ１枚から１０個のＰＬＣチップ６０を作製することができた。これに対して、上記従来技術を用いた場合、４インチのウエハ１枚から作製できたＰＬＣチップは４個であった。
（第２実施形態）
　図５は本発明の第２実施形態に係るＭＺＩ－ＡＷＧ１０Ａの概略構成を示している。　このＭＺＩ－ＡＷＧ１０Ａでは、図２及び図５に示すように、ＭＺＩ２０の二つのカプラ２１，２２が、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、その他方の端面（円弧状の端面）３１ｂの中心部ｂ0から左方へずれた点（中心部ａ0から焦点距離Ｌｆの位置にある点）ｂ1を結ぶ直線の延長線Ａ1上に配置されている。ＭＺＩ－ＡＷＧ１０Ａのその他の構成は、図１に示すＭＺＩ－ＡＷＧ１０と同様である。
（第３実施形態）
　図６は本発明の第２実施形態に係るＭＺＩ－ＡＷＧ１０Ｂの概略構成を示している。　このＭＺＩ－ＡＷＧ１０Ｂでは、図２及び図６に示すように、ＭＺＩ２０の二つのカプラ２１，２２が、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、その他方の端面（円弧状の端面）３１ｂの中心部ｂ0から右方へずれた点（中心部ａ0から焦点距離Ｌｆの位置にある点）ｂ2を結ぶ直線の延長線Ａ2上に配置されている。ＭＺＩ－ＡＷＧ１０Ｂのその他の構成は、図１に示すＭＺＩ－ＡＷＧ１０と同様である。
　なお、第２実施形態、および第３実施形態に示すように、ＭＺＩ２０の二つのカプラ２１，２２を、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、その他方の端面（円弧状の端面）３１ｂの中心部ｂ0からずれた点ｂ1またはｂ2とを結ぶ直線の延長線上に配置することで、中心波長の補正することができる。
　通常、第１実施形態に示すように、ＭＺＩ２０の二つのカプラ２１，２２を、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、その他方の端面（円弧状の端面）３１ｂの中心部ｂ0とを結ぶ直線の延長線上に配置した場合に設定された中心波長となるように設計を行うが、製造上のウエハ面内のプロセス誤差の分布等で各チップの中心波長が異なってしまう場合がある。
　このような場合、第２実施形態、および第３実施形態に示すように、カプラ２１，２２を、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、その他方の端面（円弧状の端面）３１ｂの中心部ｂ0からずれた点ｂ1またはｂ2とを結ぶ直線の延長線上に配置し、中心部ｂ0からのずらし量を調整することで任意に中心波長の補正を行うことができる。
　なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
　本発明は、上記第１乃至第３実施形態の構成に限らず、ＭＺＩ２０の二つのカプラ２１，２２が、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、この中心部ａ0から入力スラブ導波路３１の焦点距離Ｌｆの位置にある点とを結ぶ直線の延長線上に配置されている場合にも適用される。
　例えば、ＭＺＩ２０の二つのカプラ２１，２２が、入力スラブ導波路３１の一方の端面３１ａの中心部ａ0と、円弧状の端面である他方の端面３１ｂ上の上記各点ｂ0、ｂ1、ｂ2以外の任意の点を結ぶ直線の延長線上に配置されている場合にも本発明は適用可能である。

Claims (7)

  1. 　マッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子であって、
    　入力導波路と、該入力導波路に接続された入力側カプラと、出力側カプラと、該入力側カプラと該出力側カプラとの間に接続され光路長差を持たせた二つのアーム導波路とを有するマッハツェンダー干渉計と、
    　前記マッハツェンダー干渉計の出力側カプラが接続された入力スラブ導波路と、複数本の出力導波路と、該出力導波路が接続された出力スラブ導波路と、該入力スラブ導波路と該出力スラブ導波路との間に接続され複数本のチャネル導波路からなるアレイ導波路を有するアレイ導波路格子と、
    　を備え、
    　前記マッハツェンダー干渉計の自由スペクトル間隔と前記アレイ導波路格子のチャネル間隔とが一致するように構成され、
    　前記マッハツェンダー干渉計の二つのアーム導波路のうち、光路長の長い側のアーム導波路が、前記アレイ導波路における光路長の長い側のチャネル導波路と同じ側に配置されており、
    　前記入力側カプラが、前記入力スラブ導波路の前記アレイ導波路が形成されている一方の端面の中心部と、前記出力側カプラとを結ぶ直線上に配置されている
    　ことを特徴とするマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子。
  2. 　前記入力スラブ導波路の他方の端面は、前記一方の端面の中心部から焦点距離Ｌｆを半径とする円弧状の端面であり、該円弧状の端面に前記マッハツェンダー干渉計の出力側カプラが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子。
  3. 　前記マッハツェンダー干渉計の出力側カプラが、前記円弧状の端面の中心部に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子。
  4. 　前記マッハツェンダー干渉計の出力側カプラが、前記円弧状の端面の中心部からずれた位置に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子。
  5. 　前記マッハツェンダー干渉計の出力側カプラが３ｄＢ方向性結合器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一つに記載されたマッハツェンダー干渉計-アレイ導波路格子を備える平面光波回路チップであって、
    　前記アレイ導波路を有する湾曲した中央部と、
    　前記中央部の一方の端から延在し、前記入力スラブ導波路を有する第１の直線部と、
    　前記中央部の他方の端から前記第１の直線部と角度を成して延在し、前記出力スラブ導波路を有する第２の直線部と、
    　前記第１の直線部から延在し、前記マッハツェンダー干渉計を有する第1の側端部と、
    　前記第２の直線部から延在し、前記複数本の出力導波路を有する第２の側端部と、
    　を備えたブーメラン形状であることを特徴とする平面光波回路チップ。
  7. 　前記左側端部は、前記マッハツェンダー干渉計の入力側カプラに接続された前記入力導波路の端部が存在する直線状の入力側端面を有し、かつ前記右側端部は、前記複数の出力導波路の各端部が存在する直線状の出力側端面を有することを特徴とする請求項６に記載の平面光波回路チップ。
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