(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ導波路型回折格子と、
前記アレイ導波路型回折格子に接続された２段ラティス回路と
を備える光波長合分波回路であって、
前記アレイ導波路型回折格子は、
アレイ導波路と、前記アレイ導波路の両端に接続された第１のスラブ導波路および第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された出力導波路とを備え、
前記２段ラティス回路は、前記第１のスラブ導波路の前記アレイ導波路と接続されていない他端に接続された第１の光カプラと、前記第１の光カプラに接続された第１のアーム導波路および第２のアーム導波路と、前記第１のアーム導波路および前記第２のアーム導波路の前記第１の光カプラと接続されていない他端に接続された第２の光カプラと、前記第２の光カプラに接続された第３のアーム導波路および第４のアーム導波路と、前記第３のアーム導波路および第４のアーム導波路の前記第２の光カプラと接続されていない他端に接続された第３の光カプラと、前記第３の光カプラに接続された入力導波路とを備え、
前記２段ラティス回路の光周波数周期は、前記アレイ導波路型回折格子の光周波数チャネル間隔と、前記光周波数チャネル間隔を１／２倍した周期とを含むことを特徴とする光波長合分波回路。
【請求項２】
前記第１の光カプラの結合率が５０％であることを特徴とする請求項１に記載の光波長合分波回路。
【請求項３】
前記第２の光カプラの結合率が５０％であることを特徴とする請求項２に記載の光波長合分波回路。
【請求項４】
前記第３の光カプラの結合率が２０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の光波長合分波回路。
【請求項５】
前記第１のアーム導波路と第２のアーム導波路との光路長差、および、前記第３のアーム導波路と第４のアーム導波路との光路長差によって規定される光周波数周期が、前記アレイ導波路型回折格子の光チャネル間隔に一致していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光波長合分波回路。
【請求項６】
前記第１のアーム導波路と前記第２のアーム導波路との光路長差によって規定される光周波数周期が、前記アレイ導波路型回折格子の光周波数チャネル間隔に一致し、
前記第３のアーム導波路と第４のアーム導波路との光路長差によって規定される光周波数周期が、前記アレイ導波路型回折格子の光周波数チャネル間隔の１／２であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光波長合分波回路。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の光波長合分波回路である第１の光合分波回路と、
請求項１から６のいずれかに記載の光波長合分波回路において、前記第１のアーム導波路と前記第２のアーム導波路との光路長差の値の正負、および、前記第３のアーム導波路と前記第４のアーム導波路との光路長差の値の正負を反転すると共に、前記第１の光カプラと前記第１及び第２のアーム導波路との間に交差導波路を配置して、前記第１の光合分波回路と透過波形が等しく波長分散が反転している光合分波回路である第２の光合分波回路と
を同一の光モジュール内に同数用いることを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の光波長合分波回路である第１の光合分波回路と、
請求項１から６のいずれかに記載の光波長合分波回路において、前記第１のアーム導波路と前記第２のアーム導波路との光路長差の値の正負、および、前記第３のアーム導波路と前記第４のアーム導波路との光路長差の値の正負を反転すると共に、前記第１の光カプラと前記第１及び第２のアーム導波路との間に交差導波路を配置して、前記第１の光合分波回路と透過波形が等しく波長分散が反転している光合分波回路である第２の光合分波回路と
を同一の伝送区間内に同数用いることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長合分波回路に関し、より詳細には、アレイ導波路型回折格子を備える光波長合分波回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板上に形成した石英系ガラス導波路によって構成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ）の研究開発が盛んに行われている。かかるＰＬＣ技術を利用したアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）は、多重化された複数の光周波数の信号光（波長分割多重信号）を所定の光周波数チャネル間隔の各信号光に分波する、あるいは各信号光を１つの波長分割多重信号に合波する機能を有する光波長合分波回路として光通信用システムの中で重要な役割を果たしている。【０００３】
一方、光通信システムの進展に伴い、リング網やメッシュ網など、多地点を接続しフレキシブルに通信路を切り替えるシステムが構築され始めている。このような高度なネットワークでは、光信号が電気信号に復調される事なく多地点を通過する事が求められており、使用される光波長合分波回路としては透過帯域が幅広く平坦であることが求められている。このような平坦な透過特性を有する波長合分波回路として、パラボラ導波路をスラブ導波路の入力端に配置したパラボラＡＷＧタイプの光波長合分波回路あるいは、マッハツェンダー干渉回路（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，ＭＺＩ）とＡＷＧとを組み合わせたＭＺＩ同期型ＡＷＧタイプの光波長合分波回路が提案されている。これら先行技術については特許文献１及び２に詳しく開示されている。【０００４】
図１は、パラボラＡＷＧタイプの波長合分波回路の構成の一例を示している。パラボラＡＷＧタイプ波長合分波回路１００は、第１のスラブ導波路１０１と、アレイ導波路１０２と、第２のスラブ導波路１０３と、出力導波路１０４と、入力導波路１０５と、パラボラ導波路１０６から構成されている。入力導波路１０５より入射した光は、パラボラ導波路１０６を通過した後、図２に示すような双峰形状の電界分布を形成する。このようにして得られた電界分布の光は、第１のスラブ導波路１０１を回折して通過し、アレイ導波路１０２の各導波路を励振して伝搬し、第２のスラブ導波路１０３において光周波数に応じて出力導波路１０４の位置に集光する。ここで、相反定理によってスラブ導波路１０３と出力導波路１０４の境界に集光する界分布も双峰形状の電界分布を形成する。一方、受光する出力導波路１０４の電界分布は図２に示すようにガウス分布で幅が狭いため、入力光の光周波数が変わって集光位置がずれても両者の重なり積分は一定に保たれ、図３Ａに示す平坦な透過特性が得られる。ここで、同図のチャネル間隔１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）の場合を示す。図３Ｂは図３Ａの拡大図である。【０００５】
図４は、ＭＺＩ同期型ＡＷＧタイプの波長合分波回路の構成の一例を示している。ＭＺＩ同期型ＡＷＧタイプ波長合分波回路４００は、第１のスラブ導波路４０１と、アレイ導波路４０２と、第２のスラブ導波路４０３と、出力導波路４０４と、入力導波路４０５と、第１の光カプラ４０６と、第１のアーム導波路４０７と、第２のアーム導波路４０８と、第２の光カプラ４０９により構成されている。入力導波路４０５より入射した光は、第２の光カプラ４０９により第１のアーム導波路４０７及び第２のアーム導波路４０８に分配され、その光路長差により光周波数に応じた位相差が生じる。各アーム導波路を伝搬する光は、第１の光カプラ４０６で合波干渉し、その位相差（すなわち光周波数）に応じて第１の光カプラ４０６と第１のスラブ導波路４０１の境界に集光する位置が図５Ａ及び５Ｂに示すように周期的に変化する。第１の光カプラ４０６より第１のスラブ導波路４０１に入射した光は回折してアレイ導波路４０２の各導波路を励振して伝搬し、第２のスラブ導波路４０３において光周波数に応じて集光する位置が変化し、出力導波路４０４各々に所望の光周波数の光が分波される。【０００６】
次に、平坦な透過特性が得られる原理について説明する。光周波数が中心周波数に対して低周波から高周波に変化すると、ＭＺＩ回路の出力する光界分布の入射位置は、第１の光カプラ４０６と第１のスラブ導波路４０１の境界で座標が負から正に変化する。今、光周波数の変化を無視すると、アレイ導波路４０２で発生する行路長差によって第２のスラブ導波路４０３と出力導波路４０４の境界に集光する光の位置の座標は正から負に変化する。また、光周波数が中心周波数に対して低周波から高周波に変化すると、アレイ導波路４０２で発生する行路長差によって、第２のスラブ導波路４０３と出力導波路４０４の境界に集光する光の位置の座標は負から正に変化する．したがって、両者の効果は互いに相殺し、光周波数が変化しても集光する位置は停留するようになり、図６Ａ及び６Ｂに示す平坦な透過特性が得られる。ここで、同図のチャネル間隔は１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）の場合を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２９７２２８号公報
【特許文献２】特開平８−６９０２１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】B. Fondeur et al., "Ultrawide AWG with Hyper-Gaussian Profile", IEE Photonics Technology Letters, vol. 16, pp. 2628-2630, 2004
【発明の概要】
【０００９】
上述のパラボラＡＷＧタイプの波長合分波回路、ＭＺＩ同期型ＡＷＧタイプの光波長合分波回路の平坦性を定義するため、非特許文献１に開示のように透過特性Ｔ（λ）をハイパー・ガウシャン（Ｈｙｐｅｒ−Ｇａｕｓｓｉａｎ，ＨＧ）関数
【００１０】
【数１】
0005462270.tif 000002
【００１１】
を使って近似する。ここで、ＢＷ3dBは３ｄＢ帯域幅，λcは中心波長、ｎはＨＧ関数の次数である。
【００１２】
図７Ａ及び７Ｂは、透過特性のＨＧ関数の次数依存性を示す。ｎ＝２の場合、透過特性はパラボラ関数になり、ｎの値が大きくなるに従い透過特性は矩形な形状になる。
【００１３】
前記のパラボラＡＷＧタイプの波長合分波回路の透過特性をＨＧ関数で近似した場合の次数は図３Ａ及び３Ｂに示すようにｎ＝３．６である。一方、前記のＭＺＩ同期型ＡＷＧタイプの光波長合分波回路の透過特性をＨＧ関数で近似した際の次数は４．０となる。すなわち、従来技術ではｎ＞４の矩形度の透過特性を実現することは困難であった。
【００１４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも矩形度の高い透過特性を有する光波長合分波回路を提供することにある。
【００１５】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、アレイ導波路型回折格子と、前記アレイ導波路型回折格子に接続された２段ラティス回路とを備える光波長合分波回路であって、前記アレイ導波路型回折格子は、アレイ導波路と、前記アレイ導波路の両端に接続された第１のスラブ導波路および第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された出力導波路とを備え、前記２段ラティス回路は、前記第１のスラブ導波路の前記アレイ導波路と接続されていない他端に接続された第１の光カプラと、前記第１の光カプラに接続された第１のアーム導波路および第２のアーム導波路と、前記第１のアーム導波路および前記第２のアーム導波路の前記第１の光カプラと接続されていない他端に接続された第２の光カプラと、前記第２の光カプラに接続された第３のアーム導波路および第４のアーム導波路と、前記第３のアーム導波路および第４のアーム導波路の前記第２の光カプラと接続されていない他端に接続された第３の光カプラと、前記第３の光カプラに接続された入力導波路とを備え、前記２段ラティス回路の光周波数周期は、前記アレイ導波路型回折格子の光周波数チャネル間隔と、前記光周波数チャネル間隔を１／２倍した周期とを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記第１の光カプラの結合率が５０％であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記第２の光カプラの結合率が５０％であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記第３の光カプラの結合率が２０％以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれかの態様において、前記第１のアーム導波路と第２のアーム導波路との光路長差、および、前記第３のアーム導波路と第４のアーム導波路との光路長差によって規定される光周波数周期が、前記アレイ導波路型回折格子の光チャネル間隔に一致していることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第６の態様は、第１から第４のいずれかの態様において、前記第１のアーム導波路と前記第２のアーム導波路との光路長差によって規定される光周波数周期が、前記アレイ導波路型回折格子の光周波数チャネル間隔に一致し、前記第３のアーム導波路と第４のアーム導波路との光路長差によって規定される光周波数周期が、前記アレイ導波路型回折格子の光周波数チャネル間隔の１/２であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の第７の態様は、第１から第６のいずれかの態様の光合分波回路である第１の光合分波回路と、第１から第６のいずれかの態様の光合分波回路において、前記第１のアーム導波路と前記第２のアーム導波路との光路長差の値の正負、および、前記第３のアーム導波路と前記第４のアーム導波路との光路長差の値の正負を反転すると共に、前記第１の光カプラと前記第１及び第２のアーム導波路との間に交差導波路を配置して、前記第１の光合分波回路と透過波形が等しく波長分散が反転している光合分波回路である第２の光合分波回路とを同一の光モジュール内に同数用いることを特徴とする光モジュールである。
【００２２】
また、本発明の第８の態様は、第１から第６のいずれかの態様の光合分波回路である第１の光合分波回路と、第１から第６のいずれかの態様の光合分波回路において、前記第１のアーム導波路と前記第２のアーム導波路との光路長差の値の正負、および、前記第３のアーム導波路と前記第４のアーム導波路との光路長差の値の正負を反転すると共に、前記第１の光カプラと前記第１及び第２のアーム導波路との間に交差導波路を配置して、前記第１の光合分波回路と透過波形が等しく波長分散が反転している光合分波回路である第２の光合分波回路とを同一の伝送区間内に同数用いることを特徴とする光通信システムである。
【００２６】
本発明によれば、アレイ導波路型回折格子と２段ラティス回路とを備える光波長合分波回路において、２段ラティス回路の光周波数周期が、アレイ導波路型回折格子の光周波数チャネル間隔と、当該光周波数チャネル間隔を２倍した周期とを含むように設計することにより、従来技術に比べて透過特性の矩形度を向上させることができ、信号光が多地点を通過する高度なネットワークにも適用可能な光合分波回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来のパラボラＡＷＧタイプの光波長合分波回路の構成図である。
【図２】図１のパラボラ導波路１０６及び出力導波路１０４の電界分布を示す図である。
【図３Ａ】図１のパラボラＡＷＧタイプの光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図３Ｂ】図１のパラボラＡＷＧタイプの光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図４】従来のＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路の構成図である。
【図５Ａ】図４の光カプラ４０６と第１のスラブ導波路４０１に集光する光分布を示す図である。
【図５Ｂ】図４の光カプラ４０６と第１のスラブ導波路４０１に集光する光分布を示す図である。
【図６Ａ】図４のＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図６Ｂ】図４のＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図７Ａ】透過特性のＨＧ関数の次数依存性を示す図である。
【図７Ｂ】透過特性のＨＧ関数の次数依存性を示す図である。
【図８】一般的なＭＺＩ回路を示す図である。
【図９Ａ】図８のＭＺＩ回路の光出力を示す図である。
【図９Ｂ】図８のＭＺＩ回路の光出力を示す図である。
【図１０Ａ】本発明による２段ラティス回路の構成図である。
【図１０Ｂ】本発明による２段ラティス回路の構成図である。
【図１１Ａ】図１０Ａの２段ラティス回路の光出力を示す図である。
【図１１Ｂ】図１０Ｂの２段ラティス回路の光出力を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施例による光波長合分波回路の構成図である。
【図１３】図１２の入力導波路１２０５から第１のスラブ導波路１２０１に至る部分を拡大した図である。
【図１４】第１の実施例による光波長合分波回路が備える第２の光カプラの別構成を示す図である。
【図１５Ａ】図１３の第１の光カプラ１２０６と第１のスラブ導波路１２０１の接続境界面に集光する光分布を示す図である。
【図１５Ｂ】図１３の第１の光カプラ１２０６と第１のスラブ導波路１２０１の接続境界面に集光する光分布を示す図である。
【図１６Ａ】第１の実施例による光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図１６Ｂ】第１の実施例による光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図１７】図１３の第３の光カプラ１２１２の結合率と透過スペクトルのＨＧ関数次数の関係を従来例の結果とともに示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施例による光波長合分波回路の構成図である。
【図１９】図１８の入力導波路１７０５から第１のスラブ導波路１７０１に至る部分を拡大した図である。
【図２０Ａ】図１９の第１の光カプラ１７０６と第１のスラブ導波路１７０１の接続境界面に集光する光分布を示す図である。
【図２０Ｂ】図１９の第１の光カプラ１７０６と第１のスラブ導波路１７０１の接続境界面に集光する光分布を示す図である。
【図２１Ａ】第２の実施例による光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図２１Ｂ】第２の実施例による光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図２２】図１８の第３の光カプラ１７１２の結合率と透過スペクトルのＨＧ関数次数の関係を従来例の結果とともに示す図である。
【図２３】本発明の第３の実施例による光波長合分波回路の構成図である。
【図２４】図２３の入力導波路２３０５から第１のスラブ導波路２３０１に至る部分を拡大した図である。
【図２５Ａ】Ｙ分岐導波路のパワー分配比と透過特性の関係を示す図である。
【図２５Ｂ】Ｙ分岐導波路のパワー分配比と透過特性の関係を示す図である。
【図２６Ａ】第３の実施例による光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図２６Ｂ】第３の実施例による光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図２７Ａ】第２の光カプラの結合率偏差と透過特性の関係を示す図である。
【図２７Ｂ】第２の光カプラの結合率偏差と透過特性の関係を示す図である。
【図２８】本発明の第４の実施例による光波長合分波回路の構成図である。
【図２９】図２６の入力導波路２６０５から第１のスラブ導波路２６０１に至る部分を拡大した図である。
【図３０Ａ】第４の実施例による光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図３０Ｂ】第４の実施例による光波長合分波回路の透過特性を示す図である。
【図３１】第５の実施例による同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路の構成を示す平面図である。
【図３２】図３２の入力導波路２９０５から第１のスラブ導波路２９０１に至る部分を拡大した図である。
【図３３Ａ】第５の実施例の光合分波回路と第１の実施例の光波長合分波回路の透過スペクトルを示す図である。
【図３３Ｂ】第５の実施例の光合分波回路と第１の実施例の光波長合分波回路の透過スペクトルを示す図である。
【図３３Ｃ】第５の実施例の光合分波回路と第１の実施例の光波長合分波回路の波長分散特性を示す図である。
【図３４】第５の実施例による反転した波長分散特性をもつ光波長合分波回路を用いて作製した、波長分散を相殺する光モジュールの構成図である。
【図３５】第５の実施例による光通信システムの構成図である。
【図３６】第６の実施例の同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路の構成を示す平面図である。
【図３７】図３６の入力導波路３４０５から第１のスラブ導波路３４０１に至る部分を拡大した図である。
【図３８Ａ】第６の実施例の光合分波回路と第２の実施例の光波長合分波回路の透過スペクトルを示す図である。
【図３８Ｂ】第６の実施例の光合分波回路と第２の実施例の光波長合分波回路の透過スペクトルを示す図である。
【図３８Ｃ】第６の実施例の光合分波回路と第２の実施例の光波長合分波回路の波長分散特性を示す図である。
【図３９】２つの同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路が集積した第７の実施例のチップの平面図である。
【図４０Ａ】図３９の第１の光波長分波回路３７００Ａにおける入力導波路３７０５Ａから第１のスラブ導波路３７０１Ａに至る部分を拡大した図である。
【図４０Ｂ】図３９の第２の光波長分波回路３７００Ｂにおける入力導波路３７０５Ｂから第１のスラブ導波路３７０１Ｂに至る部分を拡大した図である。
【図４１】２つの同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路が集積した第８の実施例のチップの平面図である。
【図４２Ａ】図４１の第１の光波長分波回路３９００Ａにおける入力導波路３９０５Ａから第１のスラブ導波路３９０１Ａに至る部分を拡大した図である。
【図４２Ｂ】図４１の第２の光波長分波回路３９００Ｂにおける入力導波路３９０５Ｂから第１のスラブ導波路３９０１Ｂに至る部分を拡大した図である。
【図４３】図４２の回路構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２９】
「背景技術」で説明したように、ＭＺＩ同期型ＡＷＧタイプの光波長合分波回路において、ＭＺＩのアーム導波路の位相差による光カプラ端で集光する位置の変化と、アレイ導波路の光路長差によるスラブ導波路端で集光する光の位置の変化の効果が相殺して、より広い光周波数範囲において集光する位置が停留するよう設計できれば、より平坦な透過特性で矩形度を向上させることができる。
【００３０】
図８は一般的なＭＺＩ回路を示している。ＭＺＩ回路５００は、入力導波路５０１と、第１の光カプラ５０２と、第１のアーム導波路５０３と、第２のアーム導波路５０４と、第２の光カプラ５０５と、出力導波路５０６によって構成されている。
【００３１】
ここで、チャネル間隔は５０ＧＨｚ、第１のアーム導波路５０３と第２のアーム導波路５０４との光路長差ΔＬ＝２０２３μｍの場合を挙げる。入力導波路５０１から入射した光は、第１のアーム導波路５０３と第２のアーム導波路５０４との光路長差ΔＬによって光周波数に応じて位相差が生じるので、図９Ａに示すように、光出力は１００ＧＨｚの光周波数周期で変化する。ここで、光路長差を２倍、すなわち２・ΔＬ＝４０４６μｍとすれば光出力は図９Ｂに示すように半分の光周波数周期５０ＧＨｚで変化する。したがって、ＡＷＧの前段にあるＭＺＩ回路の光路長差が、ΔＬだけでなく２・ΔＬの成分を有するような干渉回路にすれば、前記の光カプラ端で集光する位置の変化を更に精密に制御できるようになる。任意の波形をフーリエ級数展開する場合、より高次の周波数成分で展開するほどより忠実に波形を再現することができる。この事実のアナロジーとしてＡＷＧの前段にあるＭＺＩ回路の光路長差が、ΔＬだけでなく２・ΔＬの成分を有するような干渉回路にすれば、前記の光カプラ端で集光する位置の変化を更に精密に制御できるようになる。具体的には、図１０Ａ及び１０Ｂに示す２段ラティス回路の回路構成を適用すれば良い（チャネル間隔を１００ＧＨｚに設定）。
【００３２】
図１０Ａの２段ラティス回路１１００は、入力導波路１１０１と、第３の光カプラ１１０２と、第３のアーム導波路１１０３と、第４のアーム導波路１１０４と、第２の光カプラ１１０５と、第１のアーム導波路１１０６と、第２のアーム導波路１１０７と、第１の光カプラ１１０８と、出力導波路１１０９によって構成されており、第３のアーム導波路１１０３と第４のアーム導波路１１０４の光路長差、第１のアーム導波路１１０６と第２のアーム導波路１１０７の光路長差がそれぞれΔＬになるよう設計されている。そこで、アーム導波路１１０４、１１０７を通過する経路に対してアーム導波路１１０３、１１０６を通過する経路は２・ΔＬの光路長差を有する。また、アーム導波路１１０４、１１０７を通過する経路に対してアーム導波路１１０３、１１０７又はアーム導波路１１０４、１１０６を通過する経路はΔＬの光路長差を有することになる。
【００３３】
図１０Ｂの２段ラティス回路１１１０は、入力導波路１１１１と、第３の光カプラ１１１２と、第３のアーム導波路１１１３と、第４のアーム導波路１１１４と、第２の光カプラ１１１５と、第１のアーム導波路１１１６と、第２のアーム導波路１１１７と、第１の光カプラ１１１８と、出力導波路１１１９によって構成されており、第３のアーム導波路１１１３と第４のアーム導波路１１１４の光路長差、第１のアーム導波路１１１６と第２のアーム導波路１１１７の光路長差がそれぞれ２・ΔＬ、ΔＬになるよう設計されている。したがって、アーム導波路１１１３、１１１７を通過する経路に対してアーム導波路１１１４、１１１７を通過する経路は２・ΔＬの光路長差を有する。また、アーム導波路１１１３、１１１７を通過する経路に対してアーム導波路１１１３、１１１６を通過する経路はΔＬの光路長差を有することになる。
【００３４】
図１１Ａ及び１０Ｂは、図１０Ａ及び１０Ｂの２段ラティス回路の光出力を示す図である。光路長差がΔＬだけでなく２・ΔＬの成分を有するので、図９Ａの結果に比べて、急峻に出力を変化させることができ、ＡＷＧの透過特性の矩形度を向上させることができる。
【００３５】
以下、いくつかの実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に示された特定の数値等に限定されるものではない点に留意されたい。また、光カブラの実現手段として主に方向性結合器を用いて説明するが、本発明の適用範囲は、この実現手段に限定されるものではなく、所定の結合率を達成できるいかなるスプリッタ又はカプラを適用してもよく、例えば非対称Ｙ分岐やマルチモード干渉カプラ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｎｃｅ  ｃｏｕｐｌｅｒ，ＭＭＩ）などを適用してもよいことに留意されたい。
【第１の実施例】
【００３６】
図１２は、本発明の第１の実施例による光波長合分波回路を示す平面図であり、本実施例は、図１０Ａに示した種類の２段ラティス回路を備える具体例である。同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路１２００は、第１のスラブ導波路１２０１と、アレイ導波路１２０２と、第２のスラブ導波路１２０３と、出力導波路１２０４と、第１の光カプラ１２０６と、第１のアーム導波路１２０７と、第２のアーム導波路１２０８と、第２の光カプラ１２０９と、第３のアーム導波路１２１０と、第４のアーム導波路１２１１と、第３の光カプラ１２１２と入力導波路１２０５とを備える。
【００３７】
光波長合分波回路１２００は、比屈折率差Δが１．５％、コア膜厚は４．５μｍであり、入力導波路１２０５、出力導波路１２０４、アレイ導波路１２０２、第１のアーム導波路１２０７、第２のアーム導波路１２０８、第３のアーム導波路１２１０、第４のアーム導波路１２１１のコア幅は４．５μｍである。アレイ導波路１２０２の第１のスラブ導波路１２０１及び第２のスラブ導波路１２０３に接続する箇所は、１０μｍピッチで配置されている。出力導波路１２０４は、第２のスラブ導波路１２０３に接続する箇所で１７μｍピッチで波長チャネル数配置され、その終端には開口幅が１２．５μｍになるよう直線テーパ導波路が設置されている。また、光合分波回路１２００は、波長チャネル数４０、光周波数チャネル間隔１００ＧＨｚであり、第１のスラブ導波路１２０１、第２のスラブ導波路１２０３の長さは９５６６．８５μｍ、アレイ導波路１２０２の本数は１８７本、隣接するアレイ導波路間の光路長差は３３．９８μｍになるよう設計されている。
【００３８】
図１３は、図１２の入力導波路１２０５から第１のスラブ導波路１２０１に至る部分を拡大した図である。第１の光カプラ１２０６、第２の光カプラ１２０９及び第３の光カプラ１２１２は方向性結合器で構成されている。方向性結合器の導波路幅は4．５μｍ、導波路のピッチは６．5μｍであり、第１の光カプラ１２０６、第２の光カプラ１２０９及び第３の光カプラ１２１２の結合率はそれぞれ５０％、５０％及び８％になるよう設計した。第１のアーム導波路１２０７と第２のアーム導波路１２０８との光路長差、第３のアーム導波路１２１０と第４のアーム導波路１２１１との光路長差は共に２０２３μｍに設計されている。
【００３９】
第２の光カプラ１２０９として方向性結合器を適用したがこの構成に限定されない。図１４は別構成における第２の光カプラの近傍を拡大した図である。図１４の構成は、２入力２出力のマルチモード干渉カプラ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏｕｐｌｅｒ，ＭＭＩ）１４００を採用している。ここで幅１８μｍ、長さ７４０μｍ、入出力導波路ピッチ１２μｍであり、５０％の結合率を有する。ＭＭＩを適用することにより、方向性結合器と比較して結合率が作製誤差の影響を受けにくいため、より製造トレランスに優れた光波長合分波回路の実現が可能である。
【００４０】
図１５Ａ及び１５Ｂから、第１の光カプラ１２０６と第１のスラブ導波路１２０１の接続箇所の境界面で光周波数に応じて集光する位置が周期的に変化している様子が確認できる。
【００４１】
図１６Ａ及び１６Ｂは、本実施例の光波長合分波回路の透過スペクトル波形を示した図である。平坦な透過スペクトルが得られ、ＨＧ関数で近似した場合の次数はｎ＝５．０である。従来技術のＭＺＩ同期ＡＷＧタイプのｎ＝４．０に比べて１２５％の矩形度向上を実現している。
【００４２】
図１７は、第３の光カプラ１２１２の結合率と透過スペクトルのＨＧ関数次数の関係を示している。従来例（１）はパラボラ型ＡＷＧタイプ、従来例（２）は同期ＭＺＩ型ＡＷＧタイプの結果を示す。本実施例によるＨＧ関数次数は、結合率６％から単調に増加し、結合率２０％近傍で飽和する傾向にある。このときの矩形度としてはｎ＝４．８〜５．４を達成した。従って、第３の光カプラの結合率の設計を変更することで、透過特性の矩形度を容易に調整することができると共に簡便な設計を提供できることが確認された。また、前述のように２０％近傍で矩形度が飽和するので第３の光カプラの結合率としては２０％以下が望ましい。
【第２の実施例】
【００４３】
図１８は、本発明の第２の実施例による光波長合分波回路の平面図であり、本実施例は、図１０Ｂに示した種類の２段ラティス回路を備える具体例である。同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路１７００は、第１のスラブ導波路１７０１と、アレイ導波路１７０２と、第２のスラブ導波路１７０３と、出力導波路１７０４と、第１の光カプラ１７０６と、第１のアーム導波路１７０７と、第２のアーム導波路１７０８と、第２の光カプラ１７０９と、第３のアーム導波路１７１０と、第４のアーム導波路１７１１と、第３の光カプラ１７１２と、入力導波路１７０５とを備える。
【００４４】
光波長合分波回路１７００は、比屈折率差Δが１．５％、コア膜厚は４．５μｍであり、入力導波路１７０５、出力導波路１７０４、アレイ導波路１７０２、第１のアーム導波路１７０７、第２のアーム導波路１７０８、第３のアーム導波路１７１０、第４のアーム導波路１７１１のコア幅は４．５μｍである。アレイ導波路１７０２の第１のスラブ導波路１７０１及び第２のスラブ導波路１７０３に接続する箇所は１０μｍピッチで配置されている。出力導波路１７０４は、第２のスラブ導波路１７０３に接続する箇所で１７μｍピッチで波長チャネル数配置され、その終端には開口幅が１２．５μｍになるよう直線テーパ導波路が設置されている。また、光合分波回路１７００は、波長チャネル数４０、光周波数チャネル間隔１００ＧＨｚであり、第１のスラブ導波路１７０１、第２のスラブ導波路１７０３の長さは９５６６．８５μｍ、アレイ導波路１７０２の本数は１８７本、隣接するアレイ導波路間の光路長差は３３．９８μｍになるよう設計されている。
【００４５】
図１９は、入力導波路１７０５から第１のスラブ導波路１７０１に至る部分を拡大した図面である。第１の光カプラ１７０６、第２の光カプラ１７０９及び第３の光カプラ１７１２は方向性結合器で構成されている。方向性結合器の導波路幅は４．５μｍ、導波路のピッチは６．５μｍ、第１の光カプラ１７０６、第２の光カプラ１７０９及び第３の光カプラ１７１２の結合率はそれぞれ５０％、５０％及び８％になるよう設計した。第１のアーム導波路１７０７と第２のアーム導波路１７０８との光路長差、第３のアーム導波路１７１０と第４のアーム導波路１７１１との光路長差はそれぞれ２０２３μｍ、４０４６μｍに設計されている。
【００４６】
図２０Ａ及び２０Ｂは、第１の光カプラ１７０６と第１のスラブ導波路１７０１の接続箇所の境界面で光周波数に応じて集光する位置が周期的に変化している様子が確認できる。
【００４７】
図２１Ａ及び２１Ｂは、本実施例の光合分波回路の透過スペクトルの波形を示した図である。平坦な透過スペクトルが得られ、ＨＧ関数で近似した場合の次数はｎ＝６．３で従来技術のＭＺＩ同期ＡＷＧタイプのｎ＝４．０に比べて１５８％で矩形度の向上を実現している。
【００４８】
図２２は、第３の光カプラ１７１２の結合率と透過スペクトルのＨＧ関数次数の関係を示す。従来例（１）はパラボラ型ＡＷＧタイプ、従来例（２）は同期ＭＺＩ型ＡＷＧタイプの結果を示す。結合率６％から２０％の範囲でＨＧ関数次数は単調に増加し、矩形度はｎ＝４．９〜７．６を達成している。従って、第３の光カプラ１７１２の結合率の設計を変更することで、透過特性の矩形度を容易に調整することができると共に簡便な設計を提供することができる。
【第３の実施例】
【００４９】
図２３は、本発明の第３の実施例による光波長合分波回路の平面図であり、本実施例は、図１０Ｂに示した種類の２段ラティス回路を備える具体例である。同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路２３００は、第１のスラブ導波路２３０１と、アレイ導波路２３０２と、第２のスラブ導波路２３０３と、出力導波路２３０４と、第１の光カプラ２３０６と、第１のアーム導波路２３０７と、第２のアーム導波路２３０８と、第２の光カプラ２３０９と、第３のアーム導波路２３１０と、第４のアーム導波路２３１１と、第３の光カプラ２３１２と、入力導波路２３０５とを備える。
【００５０】
光波長合分波回路２３００は、比屈折率差Δが１．５％、コア膜厚は４．５μｍであり、入力導波路２３０５、出力導波路２３０４、アレイ導波路２３０２、第１のアーム導波路２３０７、第２のアーム導波路２３０８、第３のアーム導波路２３１０、第４のアーム導波路２３１１のコア幅は４．５μｍである。アレイ導波路２３０２の第１のスラブ導波路２３０１及び第２のスラブ導波路２３０３に接続する箇所は１０μｍピッチで配置されている。出力導波路２３０４は第２のスラブ導波路２３０３に接続する箇所で１７μｍピッチで波長チャネル数配置され、その終端には開口幅が１２．５μｍになるよう直線テーパ導波路が設置されている。また、光合分波回路２３００は、波長チャネル数４０、光周波数チャネル間隔１００ＧＨｚであり、第１のスラブ導波路２３０１、第２のスラブ導波路２３０３の長さは９５６６．８５μｍ、アレイ導波路２３０２の本数は１８７本，隣接するアレイ導波路間の光路長差は３３．９８μｍになるよう設計されている。
【００５１】
図２４は、入力導波路２３０５から第１のスラブ導波路２３０１に至る部分を拡大した図である。第１の光カプラ２３０６及び第２の光カプラ２３０９は方向性結合器で構成され、第３の光カプラ２３１２は非対称Ｙ分岐導波路で構成されている。第１の光カプラ２３０６及び第２の光カプラ２３０９の結合率はそれぞれ５０％及び６２％であり、非対称Ｙ分岐導波路２３１２は、アーム導波路２３１０と２３１１に１０％：９０％の分岐比で光パワーを分配するように設計した。アーム導波路２３１０に分配されるパワーを増せば透過波形の矩形度は向上するが、過剰損失が増大してしまう。ここでは、過剰損失を１ｄB以内に抑えられるようアーム導波路２３１０と２３１１に１０％：９０％の分岐比で光パワーを分配するよう設計した（図２５Ａ及び２５Ｂ参照）。第１のアーム導波路２３０７と第２のアーム導波路２３０８との光路長差、第３のアーム導波路２３１０と第４のアーム導波路２３１１との光路長差は２０２３μｍに設計されている。
【００５２】
図２６Ａ及び２６Ｂは、本実施例の光合分波回路の透過スペクトルの波形を示した図である。平坦な透過スペクトルが得られ、ＨＧ関数で近似した場合の次数はｎ＝５．４で従来技術のＭＺＩ同期ＡＷＧタイプのｎ＝４．０に比べて１３５％で矩形度の向上を実現している。すなわち、実施例１及び２では、第１及び第２の光カプラの結合率を５０％として設計したが、本実施例で示したように、第２の光カプラは必ずしも５０％に限定されるものではない。第２の光カプラの結合率を５０％でない４０％から６０％の範囲で変えることで、平坦な透過特性をリップルを有する双峰的な透過特性に変えて、矩形度を向上させることが可能である。一方、大きなリップルが光合分波回路の透過帯域に存在する場合、損失変動による通信信号の劣化が生じる。許容されるリップルは個々の光通信システムの設計により変わるが，ここでは、５０％に対して＋／−１０％程度の結合率偏差が許容されると考える（図２７Ａ及び２７Ｂ参照）。
【第４の実施例】
【００５３】
図２８は、本発明の第４の実施例による光波長合分波回路の平面図であり、本実施例は、図１０Ｂに示した種類の２段ラティス回路を備える具体例である。同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路２６００は、第１のスラブ導波路２６０１と、アレイ導波路２６０２と、第２のスラブ導波路２６０３と、出力導波路２６０４と、第１の光カプラ２６０６と、第１のアーム導波路２６０７と、第２のアーム導波路２６０８と、第２の光カプラ２６０９と、第３のアーム導波路２６１０と、第４のアーム導波路２６１１と、第３の光カプラ２６１２と、入力導波路２６０５とを備える。
【００５４】
光波長合分波回路２６００は、比屈折率差Δが１．５％、コア膜厚は４．５μｍであり、入力導波路２６０５、出力導波路２６０４、アレイ導波路２６０２、第１のアーム導波路２６０７、第２のアーム導波路２６０８、第３のアーム導波路２６１０、第４のアーム導波路２６１１のコア幅は４．５μｍである。アレイ導波路２６０２の第１のスラブ導波路２６０１及び第２のスラブ導波路２６０３に接続する箇所は１０μｍピッチで配置されている。出力導波路２６０４は、第２のスラブ導波路２６０３に接続する箇所で１７μｍピッチで波長チャネル数配置され、その終端には開口幅が１２．５μｍになるよう直線テーパ導波路が設置されている。また、光合分波回路２６００は、波長チャネル数４０、光周波数チャネル間隔１００ＧＨｚであり、第１のスラブ導波路２６０１、第２のスラブ導波路２６０３の長さは９５６６．８５μｍ、アレイ導波路２６０２の本数は１８７本、隣接するアレイ導波路間の光路長差は３３．９８μｍになるよう設計されている。
【００５５】
図２９は、入力導波路２６０５から第１のスラブ導波路２６０１に至る部分を拡大した図である。第１の光カプラ２６０６及び第２の光カプラ２６０９は方向性結合器で構成されており、第３の光カプラ２６１２は非対称Ｙ分岐導波路で構成されている。第１の光カプラ２６０６及び第２の光カプラ２６０９の結合率はそれぞれ５０％及び４０％であり、非対称Ｙ分岐導波路２６１２は、第３のアーム導波路２６１０と第４のアーム導波路２６１１に１０％：９０％の分岐比で光パワーを分配するように設計した。第１のアーム導波路２６０７と第２のアーム導波路２６０８との光路長差、第３のアーム導波路２６１０と第４のアーム導波路２６１１との光路長差は、それぞれ２０２３μｍ、４０４６μｍに設計されている。
【００５６】
図３０Ａ及び３０Ｂは、本実施例の光合分波回路の透過スペクトルの波形を示した図である。平坦な透過スペクトルが得られ、ＨＧ関数で近似した場合の次数はｎ＝６．１で従来技術のＭＺＩ同期ＡＷＧタイプのｎ＝４．０に比べて１５３％で矩形度の向上を実現している。すなわち、実施例１及び２では第１及び第２の光カプラの結合率を５０％として設計したが、本実施例で示したように、第２の光カプラは必ずしも５０％に限定されるものではない。更に、所定の分岐比を実現できれば良いので、本実施例で示したように第３のカプラを非対称Ｙ分岐導波路とすることも可能である。
【第５の実施例】
【００５７】
本発明の第５の実施例による光波長合分波回路について説明する。本実施例は、第１の実施例に記載の光波長合分波回路と同じ広帯域な透過スペクトルを保持したまま、反転した波長分散特性を有する光合分波回路である。
【００５８】
第５の実施例の反転した波長分散特性を有する光波長合分波回路と第１の実施例の光波長合分波回路を同数用いた光モジュールでは、波長分散特性を相殺することが可能であり、光波長合分波回路の波長分散特性に起因する伝送品質劣化を低減できる。
【００５９】
図３１は、本実施例による同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路の構成を示す平面図である。同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路２９００は、第１のスラブ導波路２９０１と、アレイ導波路２９０２と、第２のスラブ導波路２９０３と、出力導波路２９０４と、第１の光カプラ２９０６と、交差導波路２９１３と、第１のアーム導波路２９０７と、第２のアーム導波路２９０８と、第２の光カプラ２９０９と、第３のアーム導波路２９１０と、第４のアーム導波路２９１１と、第３の光カプラ２９１２と、入力導波路２９０５とを備える。
【００６０】
光波長合分波回路２９００は、比屈折率差Δが１．５％、コア膜厚は４．５μｍ、入力導波路２９０５、出力導波路２９０４、アレイ導波路２９０２、第１のアーム導波路２９０７、第２のアーム導波路２９０８、第３のアーム導波路２９１０、第４のアーム導波路のコア幅は４．５μｍである。アレイ導波路２９０１の第１のスラブ導波路２９０１、第２のスラブ導波路２９０３に接続する箇所は１０μｍピッチで配置されている。出力導波路２９０４は第２のスラブ導波路に接続する箇所で１７μｍピッチで波長チャネル数配置され、その終端には開口幅が１２．５μｍになるよう直線テーパ導波路が設置されている。また、光合分波回路２９００は、波長チャネル数４０、光周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、第１のスラブ導波路２９０１、第２のスラブ導波路２９０３の長さは９５６６．８５μｍ、アレイ導波路２９０２の本数は１８７本、隣接するアレイ導波路間の光路長差は３３．９８μｍになるよう設計されている。
【００６１】
図３２は、入力導波路２９０５から第１のスラブ導波路２９０１に至る部分を拡大した図である。第１の光カプラ２９０６、第２の光カプラ２９０９、第３の光カプラ２９１２は方向性結合器で構成される。方向性結合器の導波路幅は４．５μｍ、導波路のピッチは６．５μｍ、第１の光カプラ２９９０６、第２の光カプラ２９０９，第３の光カプラ２９１２の結合率は各々５０％、５０％、８％になるよう設計する。第１のアーム導波路２９０７、第２のアーム導波路２９０８の光路長差、第３のアーム導波路２９１０、第４のアーム導波路２９１１の光路長差は２０２３μｍに設計されている。
【００６２】
図３３Ａ及びＢは、本実施例の光合分波回路と第１の実施例の光波長合分波回路の透過スペクトルを示す図であり、図３３Ｃは、本実施例の光合分波回路と第１の実施例の光波長合分波回路の波長分散特性を示す図である。実線は本実施例の透過特性、「○」は第１の実施例の透過特性を示す。
【００６３】
第１の実施例と同じ平坦な透過スペクトルが得られると共に、波長分散特性が互いに反転していることを確認できる。
【００６４】
さらに、図３１の実施例による構成図においては交差導波路２９１３を用いたが、代わりに結合率１００％の方向性結合器を用いても同等の効果が得られることは言うまでもない。
【００６５】
図３４は、本実施例による反転した波長分散特性をもつ光波長合分波回路を用いて作製した、波長分散を相殺する光モジュールの構成図である。装置小型化、コスト削減のため、複数の光デバイスを１つの光モジュールに集積化する。その一例としてＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ  Ｄｒｏｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）と呼ばれる光モジュールが挙げられる。ＲＯＡＤＭモジュールでは、ＷＤＭ多重された入力信号を分波用の光波長合分波回路で分波した後に、各波長の信号毎にドロップまたはアドなどの信号処理を行い、最後に再び光波長合分波回路で各信号を合波して、光モジュールから出力する構成になっている。この様にＷＤＭ信号の一括処理をする光モジュールの多くには、分波用の光波長合分波回路と合波用の光波長合分波回路とを対で用いる。またＲＯＡＤＭモジュールはリング網などに用いられ、十数回以上直列に多段接続しても伝送信号の品質を劣化させないことが要求される。そのため個々のＲＯＡＤＭモジュールには、透過帯域の広帯域化と平坦化が求められるのと同時に、波長分散の低減が必要とされる。
【００６６】
図３４に示した光モジュール３２０１は、本発明の光合分波回路を用いたＲＯＡＤＭモジュールであるが、分波用に第１の光合分波回路３２０２を、合波用に第２の光合分波回路３２０３を用いているので、従来のＲＯＡＤＭモジュールに比べて広帯域で平坦性を備えた透過帯域を実現しながら、かつ第１の光合分波回路３２０２と第２の光合分波回路３２０３の波長分散特性が互いに相殺し、光モジュール全体として低波長分散な特性を実現することが可能になる。
【００６７】
図３５は、本実施例による光通信システムの構成図で、反転した波長分散特性をもつ光波長合分波回路を用いることにより、伝送品質の劣化を低減する。図３５に示した光通信システム３３０１では、１つのノード局３３０５に光波長合分波回路３３００が１台しか配置していないが、リング網３３０４に並ぶ各ノード局３３０５で、交互に第１の光合分波回路３３０２または第２の光合分波回路３３０３を用いることにより、伝送路の各区間で、群遅延量を累積することなく、透過帯域の広帯域化と平坦化が実現可能になる。各ノード局の透過帯幅域が拡大され、透過振幅特性も群遅延特性も平坦化されているので、多段のノード局を通過しても伝送品質の劣化は小さく抑えることが可能になる。
【第６の実施例】
【００６８】
本発明の第６の実施例による光波長合分波回路について説明する。第５の実施例ではアーム導波路の光路長差の正負を反転するとともに交差導波路を用いて反転した波長分散特性を実現したが、第６の実施例においては第３の光カプラの２つの入力ポートと入力導波路を入れ替えて接続すると共に、アレイ導波路型回折格子の光周波数チャネル間隔と２段ラティス回路の光周波数周期が一致するよう第１と第２のアーム導波路の位相差を調整することによって第１の実施例に記載の光波長合分波回路と同じ広帯域な透過スペクトルを保持したままに、反転した波長分散特性を実現する。
【００６９】
第６の実施例の反転した波長分散特性を有する光波長合分波回路と第１の実施例の光波長合分波回路を同数用いた光モジュールでは、波長分散特性を相殺することが可能であり光波長合分波回路の波長分散特性に起因する伝送品質劣化を低減できる。
【００７０】
図３６は、本実施例の同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路の構成を示す平面図である。同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路３４００は、第１のスラブ導波路３４０１と、アレイ導波路３４０２と、第２のスラブ導波路３４０３と、出力導波路３４０４と、第１の光カプラ３４０６と、第１のアーム導波路３４０７と、第２のアーム導波路３４０８と、第２の光カプラ３４０９と、第３のアーム導波路３４１０と、第４のアーム導波路３４１１と、第３の光カプラ３４１２と、入力導波路３４０５とを備える。第１の実施例の場合の入力導波路３４０５Ａを破線で示す。
【００７１】
光波長合分波回路３４００は、比屈折率差Δが１．５％、コア膜厚は４．５μｍ、入力導波路３４０５、出力導波路３４０４、アレイ導波路３４０２、第１のアーム導波路３４０７、第２のアーム導波路３４０８、第３のアーム導波路３４１０、第４のアーム導波路のコア幅は４．５μｍである。アレイ導波路３４０２の第１のスラブ導波路３４０１、第２のスラブ導波路３４０３に接続する箇所は１０μｍピッチで配置されている。出力導波路３４０４は第２のスラブ導波路に接続する箇所で１７μｍピッチで波長チャネル数配置され、その終端には開口幅が１２．５μｍになるよう直線テーパ導波路が設置されている。また、光合分波回路３４００は、波長チャネル数４０、光周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、第１のスラブ導波路３４０１、第２のスラブ導波路３４０３の長さは９５６６．８５μｍ、アレイ導波路３４０２の本数は１８７本、隣接するアレイ導波路間の光路長差は３３．９８μｍになるよう設計されている。
【００７２】
図３７は、入力導波路３４０５から第１のスラブ導波路３４０１に至る部分を拡大した図である。第１の光カプラ３４０６、第２の光カプラ３４０９、第３の光カプラ３４１２は方向性結合器で構成されている。方向性結合器の導波路幅は４．５μｍ、導波路のピッチは６．５μｍ、第１の光カプラ３４０６、第２の光カプラ３４０９、第３の光カプラ３４１２の結合率は各々５０％、５０％、８％になるよう設計する。第１のアーム導波路３４０７、第２のアーム導波路３４０８の光路長差、第３のアーム導波路３４１０、第４のアーム導波路３４１１の光路長差は２０２３μｍに設計されている。
【００７３】
図３８Ａ及び３８Ｂは、本実施例の光合分波回路と第２の実施例の光波長合分波回路の透過スペクトルを示す図であり、図３８Ｃは、本実施例の光合分波回路と第２の実施例の光波長合分波回路の波長分散特性を示す図である。実線は本実施例の透過特性，「○」は第１の実施例の透過特性を示す。
【００７４】
第１の実施例と同じ平坦な透過スペクトルが得られると共に、波長分散特性が互いに反転していることを確認できる。
【００７５】
図３７の本実施例による構成図においては、第３の光カプラ３４１２は２つの入力ポート３４０５、３４０５Ａを有し、上下の関係にある。ここで、入力導波路３４０５と光カプラ３４１２の間に交差導波路、または結合率１００％の方向性結合器を介することにより、２つの入力ポート３４０５、３４０５Ａの上下の位置関係を反対に配置することができる。
【００７６】
さらにまた、図３７の本実施例による構成図において光カプラ３４１２の結合率を（１００−８）％＝９２％とすることで、入射軸に対して下側に入力導波路を配置することができる。
【第７の実施例】
【００７７】
本発明の第７の実施例による光波長合分波回路について説明する。第７の実施例においては、波長分散特性を反転した２つの光波長合分波回路を互いにスラブ導波路が交差するよう配置して１チップに集積化すると共に、第１のアーム導波路および第２のアーム導波路によって構成される第１の遅延回路と第３のアーム導波路および第４のアーム導波路によって構成される第２の遅延回路が共に折り返された部分を有することによって２段ラティス回路の占有面積を最小にするよう構成することによって、ウエハからの収率向上を実現している。
【００７８】
図３９は、２つの同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路が集積した本実施例のチップの平面図である。第１の光合分波回路３７００Ａは、第１のスラブ導波路３７０１Ａと、アレイ導波路３７０２Ａと、第２のスラブ導波路３７０３Ａと、出力導波路３７０４Ａと、第１の光カプラ３７０６Ａと、第１のアーム導波路３７０７Ａと、第２のアーム導波路３７０８Ａと、第２の光カプラ３７０９Ａと、第３のアーム導波路３７１０Ａと、第４のアーム導波路３７１１Ａと、第３の光カプラ３７１２Ａと、入力導波路３７０５Ａとを備える。第２の光合分波回路３７００Ｂは、第１のスラブ導波路３７０１Ｂと、アレイ導波路３７０２Ｂと、第２のスラブ導波路３７０３Ｂと、出力導波路３７０４Ｂと、第１の光カプラ３７０６Ｂと、第１のアーム導波路３７０７Ｂと、第２のアーム導波路３７０８Ｂと、第２の光カプラ３７０９Ｂと、第３のアーム導波路３７１０Ｂと、第４のアーム導波路３７１１Ｂと、第３の光カプラ３７１２Ｂと、入力導波路３７０５Ｂとを備える。第１の光合分波回路３７００Ａの第１及び第２のスラブ導波路３７０１Ａ、３７０３Ａは、それぞれ第２の光合分波回路３７００Ｂの第２及び第１のスラブ導波路３７０３Ｂ、３７０１Ｂと交差している。
【００７９】
第１及び第２の光合分波回路３７００Ａ、３７００Ｂは、比屈折率差Δが１．５％、コア膜厚は４．５μｍ、入力導波路３７０５Ａ、３７０５Ｂ、出力導波路３７０４Ａ、３７０４Ｂ、アレイ導波路３７０２Ａ，３７０２Ｂ、第１のアーム導波路３７０７Ａ、３７０７Ｂ、第２のアーム導波路３７０８Ａ、３７０８Ｂ、第３のアーム導波路３７１０Ａ、３７１０Ｂ、第４のアーム導波路３７１１Ａ、３７１１Ｂのコア幅は４．５μｍである。アレイ導波路３７０２Ａ、３７０２Ｂの第１のスラブ導波路３７０１Ａ、３７０１Ｂ、第２のスラブ導波路３７０３Ａ、３７０３Ｂに接続する箇所は１０μｍピッチで配置されている。出力導波路３７０４Ａ、３７０４Ｂは第２のスラブ導波路に接続する箇所で１７μｍピッチで波長チャネル数配置され、その終端には開口幅が１２．５μｍになるよう直線テーパ導波路が設置されている。また、光合分波回路３７００は、波長チャネル数４０、光周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、第１のスラブ導波路３７０１Ａ、３７０１Ｂ、第２のスラブ導波路３７０３Ａ、３７０３Ｂの長さは９５６６．８５μｍ、アレイ導波路３７０２Ａ、３７０２Ｂの本数は１８７本、隣接するアレイ導波路間の光路長差は３３．９８μｍになるよう設計されている。
【００８０】
図４０Ａは、第１の光波長分波回路３７００Ａにおける入力導波路３７０５Ａから第１のスラブ導波路３７０１Ａに至る部分を拡大した図である。図４０Ｂは、第２の光波長分波回路３７００Ｂにおける入力導波路３７０５Ｂから第１のスラブ導波路３７０１Ｂに至る部分を拡大した図である。第１の光カプラ３７０６Ａ、３７０６Ｂ、第２の光カプラ３７０９Ａ、３７０９Ｂ、第３の光カプラ３７１２Ａ、３７１２Ｂは方向性結合器で構成される。ここで、方向性結合器の導波路幅は４．５μｍ、導波路のピッチは６．５μｍ、第１の光カプラ３７０６Ａ、３７０６Ｂ、第２の光カプラ３７０９Ａ、３７０９Ｂ、第３の光カプラ３７１２Ａ、３７１２Ｂの結合率は各々５０％、５０％、８％になるよう設計する。
【００８１】
第１の実施例では、２段ラティス回路は図１３のようにカプラが一直線上に配置されているので、入力導波路１２０５から入射した光が第１のスラブ導波路１２０１までの距離は、アーム導波路１２１０、１２０７の長さに依存して専有面積が大きくなる。したがって、ウエハからの収率向上が望めない。一方、本実施例の図４０Ａに示すように、２段ラティス回路中に屈曲部を設けて、ラティス回路を折り畳む構造とすることで、専有面積を小さくできるのでウエハ収率向上を実現できる。
【００８２】
また、入力導波路３７０５Ａ、３７０５Ｂは、第３の光カプラ３７１２Ａ、３７１２Ｂの入力ポートを反転するよう接続している。したがって、第６の実施例において記述したように、第１及び第２の光波長分波回路３７００Ａ、３７００Ｂは、広帯域な透過スペクトルを保持したまま、反転した波長分散特性を実現している。
【第８の実施例】
【００８３】
本発明の第８の実施例による光波長合分波回路について説明する。第５の実施例においては、第１のアーム導波路と第２のアーム導波路との光路長差の符号と、第３のアーム導波路と第４のアーム導波路との光路長差の符号が一致していたが、本構成においては、第１のアーム導波路と第２のアーム導波路との光路長差の符号と、第３のアーム導波路と第４のアーム導波路との光路長差の符号が反転する構成によって、折返しの形状の遅延回路を配置しやすいよう設計するものである。
【００８４】
図４１は、２つの同期型ＡＷＧタイプの光合分波回路が集積した本実施例のチップの平面図である。第１の光合分波回路３９００Ａは、第１のスラブ導波路３９０１Ａと、アレイ導波路３９０２Ａと、第２のスラブ導波路３９０３Ａと、出力導波路３９０４Ａと、第１の光カプラ３９０６Ａと、第１のアーム導波路３９０７Ａと、第２のアーム導波路３９０８Ａと、第２の光カプラ３９０９Ａと、第３のアーム導波路３９１０Ａと、第４のアーム導波路３９１１Ａと、第３の光カプラ３９１２Ａと、入力導波路３９０５Ａとを備える。第２の光合分波回路３９００Ｂは、第１のスラブ導波路３９０１Ｂと、アレイ導波路３９０２Ｂと、第２のスラブ導波路３９０３Ｂと、出力導波路３９０４Ｂと、第１の光カプラ３９０６Ｂと、第１のアーム導波路３９０７Ｂと、第２のアーム導波路３９０８Ｂと、第２の光カプラ３９０９Ｂと、第３のアーム導波路３９１０Ｂと、第４のアーム導波路３９１１Ｂと、第３の光カプラ３９１２Ｂと、入力導波路３９０５Ｂとを備える。第１の光合分波回路３９００Ａの第１及び第２のスラブ導波路３９０１Ａ、３９０３Ａは、それぞれ第２の光合分波回路３９００Ｂの第２及び第１のスラブ導波路３９０３Ｂ、３９０１Ｂと交差している。
【００８５】
第１及び第２の光波長合分波回路３９００Ａ、３９００Ｂは、比屈折率差Δが１．５％、コア膜厚は４．５μｍ、入力導波路３９０５Ａ、３９０５Ｂ、出力導波路３９０４Ａ、３９０４Ｂ、アレイ導波路３９０２Ａ、３９０２Ｂ、第１のアーム導波路３９０７Ａ、３９０７Ｂ、第２のアーム導波路３９０８Ａ、３９０８Ｂ、第３のアーム導波路３９１０Ａ、３９１０Ｂ、第４のアーム導波路３９１１Ａ、３９１１Ｂのコア幅は４．５μｍである。アレイ導波路３９０２Ａ、３９０２Ｂの第１のスラブ導波路３９０１Ａ、３９０１Ｂ、第２のスラブ導波路３９０３Ａ、３９０３Ｂに接続する箇所は１０μｍピッチで配置されている。出力導波路３９０４Ａ、３９０４Ｂは第２のスラブ導波路に接続する箇所で１７μｍピッチで波長チャネル数配置され、その終端には開口幅が１２．５μｍになるよう直線テーパ導波路が設置されている。また、第１及び第２の光合分波回路３９００Ａ、３９００Ｂは、波長チャネル数４０、光周波数チャネル間隔１００ＧＨｚ、第１のスラブ導波路３７０１Ａ、３７０１Ｂ、第２のスラブ導波路３７０３Ａ、３７０３Ｂの長さは９５６６．８５μｍ、アレイ導波路３９０２Ａ、３９０２Ｂの本数は１８７本、隣接するアレイ導波路間の光路長差は３３．９８μｍになるよう設計されている。
【００８６】
図４２Ａは、第１の光波長分波回路３９００Ａにおける入力導波路３９０５Ａから第１のスラブ導波路３９０１Ａに至る部分を拡大した図である。図４２Ｂは、第２の光波長分波回路３９００Ｂにおける入力導波路３９０５Ｂから第１のスラブ導波路３９０１Ｂに至る部分を拡大した図である。第１の光カプラ３９０６Ａ、３９０６Ｂ、第２の光カプラ３９０９Ａ、３９０９Ａ、第３の光カプラ３９１２Ａ、３９１２Ｂは方向性結合器で構成される。ここで、方向性結合器の導波路幅は４．５μｍ、導波路のピッチは６．５μｍ、第１の光カプラ３９０６Ａ、３９０６Ｂ、第２の光カプラ３９０９Ａ、３９０９Ｂ、第３の光カプラ３９１２Ａ、３９１２Ｂの結合率は各々５０％、１５０％、８％になるよう設計する。
【００８７】
図４３は、図４２の回路構成を説明するための図である。ここで、４１０１は第１のスラブ導波路、４１０５，４１０５Ａは入力導波路、４１０６は第１の光カプラ、４１０７は第１のアーム導波路、４１０８は第２のアーム導波路、４１０９は第２の光カプラ、４１１０は第３のアーム導波路、４１１１は第４のアーム導波路、４１１２は第３の光カプラ、４１１３は交差導波路である。交差導波路４１１３と入力導波路４１０５Ａを使うことにより、図１３の回路と同一構成を実現できる。また、交差導波路４１１３と入力導波路４１０５を使うことにより、図３７の回路と同一の構成になる。
【００８８】
実際には、交差導波路４１１３を１００％結合率カプラ４１１３Ａで置き換えることができるので、両者、すなわち、１００％結合率光カプラ４１１３Ａと５０％結合率光カプラ４１０９を連結して１つの光カプラ４１０９Ａとする。その結果、光カプラ４１０９Ａの結合率１５０％となるよう設計する必要がある。
【００８９】
一方、図４２の入力導波路３９０５Ａ、３９０５Ｂは、第３の光カプラ３９１２Ａ、３９１２Ｂの入力ポートを反転するよう接続している。したがって、第６の実施例において記述したように第１及び第２の光波長分波回路３９００Ａ、３９００Ｂは、広帯域な透過スペクトルを保持したまま、反転した波長分散特性を達成することができる。
【図１】
0005462270.tif 000003
【図２】
0005462270.tif 000004
【図３Ａ】
0005462270.tif 000005
【図３Ｂ】
0005462270.tif 000006
【図４】
0005462270.tif 000007
【図５Ａ】
0005462270.tif 000008
【図５Ｂ】
0005462270.tif 000009
【図６Ａ】
0005462270.tif 000010
【図６Ｂ】
0005462270.tif 000011
【図７Ａ】
0005462270.tif 000012
【図７Ｂ】
0005462270.tif 000013
【図８】
0005462270.tif 000014
【図９Ａ】
0005462270.tif 000015
【図９Ｂ】
0005462270.tif 000016
【図１０Ａ】
0005462270.tif 000017
【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
0005462270.tif 000019
【図１１Ｂ】
0005462270.tif 000020
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0005462270.tif 000023
【図１５Ａ】
0005462270.tif 000024
【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
0005462270.tif 000029
【図１９】
0005462270.tif 000030
【図２０Ａ】
0005462270.tif 000031
【図２０Ｂ】
0005462270.tif 000032
【図２１Ａ】
0005462270.tif 000033
【図２１Ｂ】
0005462270.tif 000034
【図２２】
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【図２３】
0005462270.tif 000036
【図２４】
0005462270.tif 000037
【図２５Ａ】
0005462270.tif 000038
【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
0005462270.tif 000040
【図２６Ｂ】
0005462270.tif 000041
【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
0005462270.tif 000046
【図３０Ｂ】
0005462270.tif 000047
【図３１】
0005462270.tif 000048
【図３２】
0005462270.tif 000049
【図３３Ａ】
0005462270.tif 000050
【図３３Ｂ】
0005462270.tif 000051
【図３３Ｃ】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３８Ｃ】
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【図３９】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４３】
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