(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャンネルをなす波長多重光信号を入射され、特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号と残余の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号とに合分波する機能を有し、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路よりなる光フィルタと
前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号を入射され、該複数の波長多重光信号を、それぞれのチャンネルをなす単一波長の光信号に合分波する機能を有し石英よりなる光導波路からなる光導波路回折格子型の光合分波器と
前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号を除く前記残余の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号を射出する分岐ポートと
よりなる結合回路が単一の基板上にモノリシックに形成されてなるユニットの複数
よりなり、
前記ユニットの一つの分岐ポートに他の一つのユニットの入射ポートが、光ファイバよりなる１本の分岐導波路を介して接続され、前記ユニットの一つが分岐する波長多重光信号が前記他の一つのユニットに入射される波長多重光信号とされて、前記ユニットの複数が階層的構成をなしてなる
ことを特徴とする波長多重光信号の合分波方式。
【請求項２】
前記残余の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲は、前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲より長い波長の波長範囲である
ことを特徴とする請求項１記載の多重光信号の合分波方式。
【請求項３】
前記残余の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲は、前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲より短い波長の波長範囲である
ことを特徴とする請求項１記載の多重光信号の合分波方式。
【請求項４】
前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲は、前記入射される複数のチャンネルをなす波長多重光信号の波長範囲の末端を除く波長範囲である
ことを特徴とする請求項１記載の多重光信号の合分波方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は光導波路回折格子型の光合分波器(以下、ＡＷＧ型の光合分波器または回路ということもある。)を使用する波長多重光信号の合分波方式の改良に関する。特に、ＡＷＧ型の光合分波器を使用する波長多重光信号の合分波方式に使用可能な波長帯域を拡張して、リンク系(幹線系)は勿論、アクセス系（加入者系）においても、各チャンネルを構成するそれぞれの光ファイバ等の光信号伝送路の利用効率を向上するとゝもに、ＡＷＧ型の光合分波器を使用する波長多重光信号の合分波方式を構成する装置をユニット化することを可能にし、さらに、そのＡＷＧ型の光合分波波方式に使用する装置の大量生産対応性を向上し、さらには、特にアクセス系（加入者系）において、チャンネル数の増加に当たり、既存設備を廃棄することなく、若干の器具の追加をもって、チャンネル数の増加を可能にする改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を信号媒体として使用してなす通信方式においては、各加入者等の送信端からの信号をもって、１３１０ｎｍ帯域、１５５０ｎｍ帯域等の光搬送波を変調して伝送することゝされているが、光ファイバ等の光信号伝送路の利用効率を向上するため波長多重変調方式が使用されることが一般である。光を信号媒体として使用してなす通信方式においては、理論的には、光ファイバ等の光信号伝送路の１本毎に１００００チャンネル程度を乗せる波長多重変調方式とすることが可能である筈であるが、現在の技術水準においては、クロストークを避けるために、各チャンネル相互間に約０.４ｎｍ以上の波長間隔を設ける必要があるので、光信号伝送路の１本当たりのチャンネル数をそれ程多くすることはできない。それでも、光ファイバ等の光信号伝送路の１本毎に乗せるチャンネル数を、幹線伝送路においてはできるだけ多くして、できれば数千チャンネル程度にすることが望ましい。そして、通信需要の少ない支線伝送路においては、光ファイバ等の光信号伝送路の１本毎に乗せるチャンネル数を、１０００チャンネル、１００チャンネルのように、次第に小さくすることが望ましい。この概念を実現するため、光波長多重変調方式においては、光合分波器が必須である。光ファイバ等の光信号伝送路の数そのものを、幹線伝送路においては多くしておき、支線伝送路においては次第に少なくしておくことは当然であるが、それに加えて、支線伝送路においては光ファイバ等の光信号伝送路の１本毎に乗せる波長帯域をある範囲に限定しておき、幹線伝送路においては、それらの波長帯域の全てを使用するようにすることができるからである。
【０００３】
伝統的な光合分波回路としては、方向性結合器と、マッハツエンダ干渉型光合分波回路と、干渉膜フィルタ型光合分波回路とが知られている。干渉膜フィルタ型光合分波回路には、ある範囲の波長帯域を一括してパスまたはストップする、所謂、バンドパスフィルタ型のものもあるが、方向性結合器とマッハツエンダ干渉型光合分波回路とは、いずれも、ある波長をもってパス波長域とストップ波長域とに分割する、所謂、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタ型のものである。いずれにせよ、これらの光合分波回路は、連続する短い波長間隔をもって隔てられる複数の波長すなわち複数のチャンネルよりなる多重波を、それぞれの単一波長すなわちそれぞれの単一チャンネルに合分波することはできない。ところが、連続する短い波長間隔をもって隔てられる複数の波長すなわち複数のチャンネルよりなる多重波を、それぞれの単一波長すなわちそれぞれの単一チャンネルに合分波することが可能な光導波路回折格子型合分波器（上記したとおり、ＡＷＧ型の光合分波器または回路ということもある。）が開発されて、光波長多重変調方式を広く実用することが可能になった。
【０００４】
こゝで、上記の従来技術に係る方向性結合器と、マッハツエンダ干渉型光合分波回路と、干渉膜フィルタ型光合分波回路と、ＡＷＧ型の光合分波回路とを、それぞれ、図面を参照して、概説する。
【０００５】
図３・図４参照
まず、方向性結合器は、１０μｍ以下の距離相互に離隔して配置されておりそれぞれ独立して動作する二つの光導波路が相互に５０μｍ程度以上の距離（光導波路にそう距離であり、本明細書においては、結合長と言う。）接近している領域（本明細書においては結合点と言う。）を有すると、その接近している領域（結合点）において、一方の光導波路を伝播している二つの異なる波長の波の一つが、他方の光導波路に移転するという性質を利用したものである。図はその１例を示すが、図３は平面図であり、図４はそのＡ-Ａ断面図である。図において、１はシリコン基板であり、２はＳｉＯ２よりなる下部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。３はゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり、屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなコア層であり、光導波路の本体をなす。４はＳｉＯ２よりなる上部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。図において、矢印Ｂの方向に左から波長多重波が入射されると、Ｃ点（結合点）において、分波され、それぞれの単一波長の光が、矢印Ｄ・Ｅの方向に射出される。
【０００６】
図５・図６参照
次に、マッハツエンダ干渉型光合分波回路は、上記の方向性結合器において、光導波路の一部が相互に接近している領域（結合点）が２箇所あり、それらの結合点の長さすなわち結合長がいくらか短く、それらの結合点が相互に離隔する領域（本明細書においては、光路長差付与部と言う。）の長さが１０ｍｍ程度ある場合、特に、光路長差付与部に電圧が印加されて、その中を流れる光の位相が他方の光導波路の中を流れる光の位相と一致しない場合、一方の光導波路を伝播している二つの異なる波長の光の一方が、高精度に他方の光導波路に移転するという性質を利用したものである。図はその１例を示すが、図５は平面図であり、図６はそのＦ-Ｆ断面図である。図において、１はシリコン基板であり、２はＳｉＯ２よりなる下部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。３はゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり、屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなコア層であり、光導波路の本体をなす。４はＳｉＯ２よりなる上部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。図において、その長さ（結合長）がいくらか短くされている結合点はＣとＧとの２箇所あり、それらの結合点Ｃ・Ｇが相互に離隔する領域（光路長差付与部）の長さは１０ｍｍ程度である。そして、矢印Ｈの方向に左から波長多重波が入射されると、結合点Ｃにおいて、波長多重波の１部は他方の光導波路に移り、位相が一方の光導波路を流れる波の位相と位相差をもって結合点Ｇに至り、こゝで、合波された後、再度高精度に分波されて、それぞれの単一波長の光が、矢印Ｊ・Ｋの方向に射出される。
【０００７】
図７・図８参照
第３に、干渉膜フィルタ型の光合分波回路は、例えば、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜との積層体よりなる誘電体干渉膜が有する光の選択的透過能を利用したものである。図はその１例を示すが、図７は平面図であり、図８はそのＬ-Ｌ断面図である。図において、１はシリコン基板であり、２はＳｉＯ２よりなる下部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。３はゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり、屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなコア層であり、光導波路の本体をなす。４はＳｉＯ２よりなる上部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。５が光の選択的透過能を有する誘電体干渉膜であり、例えば、厚さが０.１７μｍのＴｉＯ２膜１０層と厚さが０.２７μｍのＳｉＯ２膜１０層との積層体よりなる誘電体干渉膜であり、光が通る光導波路に垂直に配置される必要があるので、従来、光導波路に垂直の方向にシリコン基板面に溝を穿ち、この溝にインプラントする方式で製造されている。図において、矢印Ｍの方向に左から波長多重波が入射されると、誘電体干渉膜５において、波長多重波の一部が反射して分波され、一部は矢印Ｎの方向に射出され、他の一部は矢印Ｐの方向に射出される。
【０００８】
図１３・図１４参照
第４に、ＡＷＧ型の光合分波器または回路は、波長多重波に、それぞれ長さの異なるＡＷＧ型の光導波路群のそれぞれを通過させると、その出力端において、それぞれのＡＷＧ型の光導波路を通る多重波毎に位相に差が生ずることになり、このそれぞれ位相差を有する複数の波長多重波のそれぞれは、出力側スラブの入力端に、それぞれ隣接する別個の位置に並んで入射されることになる。そして、このそれぞれ位相差を有する波長多重波を、この出力側スラブの互に曲率が異なり対向する二つの曲面の一方に入射すると、このそれぞれ位相差を有する波長多重波のそれぞれは相互に干渉して各単一波長の光に分波され、各単一波長の光が、他方の曲面上のそれぞれ隣接する位置に並んで射出されることになるという光分波能と、その逆の方向に光を通過させると発現する合波能とを利用したものである。図はその１例を示すが、図１３は平面図であり、図１４はそのＱ-Ｑ断面図（光路に沿う断面図）である。図において、１はシリコン基板であり、２はＳｉＯ２よりなる下部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。３はゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり、屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなコア層であり、光導波路の本体をなす。４はＳｉＯ２よりなる上部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。６は、点Ｒから波長多重光を入射させ点Ｓに射出する１本の入射用光導波路である。７は入射側と射出側とが相互に対向しておりそれぞれ二つの特定の曲面を有し（この例においては、光信号は、１本の入射用光導波路を介して入射するので、入射側には、曲面は必須ではない。）、平面図が概ね扇形をなす部材であり、当業界においては入射側スラブ導波路と呼ばれている。この入射側スラブ導波路７の入射点Ｓに波長多重波が入射されると、入射点Ｓを起点として放射状に広がり、対向する面Ｔ上に同時に射出されることになる。８はそれぞれ特定の長さづゝ異なる長さを有する複数の導波路であり、当業界においてはＡＷＧ導波路と呼ばれている。曲面Ｔ上に同時に射出された波長多重波は、ＡＷＧ導波路８のそれぞれの中に同時に入射する。そして、それぞれのＡＷＧ導波路８中を通る波長多重波は、それぞれのＡＷＧ導波路８中において位相差が与えられて、曲面Ｕ上のそれぞれ隣接する位置に、概ね同時に射出される。９は入射側と射出側とが相互に対向しておりそれぞれ特定の曲面を有し平面図が概ね逆扇形をなす部材であり、当業界においては、射出側スラブ導波路と呼ばれている。この射出側スラブ導波路９の入射側曲面Ｕに入射した波長多重波（相互に位相差を有する複数の波長多重波）は、この射出側スラブ導波路９において、相互に干渉して、分波され、複数の単一波長の光として、射出曲面Ｖ上の相互に隣接するそれぞれ異なる位置に射出される。このようにして、分波機能が發現される。１０は複数の単一波長の光をそれぞれの射出ポートＷに導く射出用光導波路である。
【０００９】
【発明が解決する課題】
上記のとおり、ＡＷＧ型の光合分波器は、連続する短い波長間隔をもって隔てられる複数の波長の光（複数のチャンネル）をそれぞれの単一波長の光（チャンネル）に合分波することが可能であるが、その構造的制約から、合分波できる波長（チャンネル）の数はそれ程大きくはなく、最大でも１００程度であるという欠点がある。換言すれば、ＡＷＧ導波路を構成する複数の光導波路の本数に本来的制限はない筈であるが、事実上、スラブ導波路の大きさを無限に大きくはできないから、ＡＷＧ型の光合分波器が合分波できる波長の光（チャンネル）の数はそれ程大きくはない。そのため、現在の技術水準において、単一のＡＷＧ型の光合分波器に許容される波長の光（チャンネル）の数は３０〜６０程度であり、加入者系においては大きな問題はないが、リンク系(局相互間系等幹線系)に広く使用するには、なお、改良の余地がある。ＡＷＧ型の光合分波器が合分波しうるチャンネルの数を増加すれば、光ファイバ等の光信号伝送路の１本毎に乗せるチャンネル数は増加することになり、光ファイバ等の光信号伝送路の１本毎に乗せるチャンネル数が多くなれば、光ファイバ等の光信号伝送路の利用効率が向上するからである。ところで、リンク系(局相互間系等幹線系)においても、増設の簡易さ・容易さを考慮すると、ＡＷＧ型の光合分波器の許容波長数（許容チャンネル数）を無限に増加することのみが、技術開発の目標とも言いきれないということも、明らかな事実である。すなわち、別の観点からは、光合分波回路のユニット化・大量生産対応性の増大等（ＡＷＧ型の光合分波器と他の光フィルタ（方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路）とを結合回路とし、この結合回路を単一の基板上にモノリシックに形成してユニット化すること等）も、技術開発の目標として、充分有意義であることは明らかである。また、既存の設備の通信容量を増加する場合、既存の設備を廃棄することなく、若干の器具の追加で、既存の設備の通信容量を増加することも、有意義な改良である。この改良は、アクセス系（加入者系）において、特に有意義な改良である。
【００１０】
本発明の目的は、ＡＷＧ型の光合分波器または回路を使用する波長多重光信号の合分波方式において、その使用可能な波長帯域を拡張して、リンク系(幹線系)は勿論、アクセス系（加入者系）においても、各チャンネルを構成するそれぞれの光ファイバ等の光信号伝送路の利用効率を向上するとゝもに、ＡＷＧ型の光合分波器と他の光フィルタ（方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路）とを結合回路とし、この結合回路を単一の基板上にモノリシックに形成してユニット化することゝして、ＡＷＧ型の光合分波器または回路を使用する波長多重光信号の合分波方式を構成する装置をユニット化することを可能にし、さらに、そのＡＷＧ型の光合分波波方式を構成する装置の大量生産対応性を向上し、さらには、既存設備を廃棄することなく、若干の器具の追加をもって、チャンネル数の増加を可能にすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、光フィルタ（ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器）とＡＷＧ型の光合分波器との組よりなるユニットの複数個を階層的に使用することゝし、多数の単一波長の光（チャンネル）を有する波長多重光信号を、先ず、第１段のユニットの光フィルタ（ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器）に入射して、その第１段ユニットのＡＷＧ型の光合分波器が受け入れることができるチャンネル数だけの光信号を透過させて、その第１段ユニットのＡＷＧ型の光合分波器に入射して、その中で、そのチャンネル数だけの光信号をそれぞれのチャンネルに分波し、残余のチャンネルの光信号は、一括、第２段のユニットの光フィルタに入射して、その第２段ユニットのＡＷＧ型の光合分波器が受け入れることができるチャンネル数だけの光信号を透過させて、その第２段ユニットのＡＷＧ型の光合分波器に入射して、その中で、そのチャンネル数だけの光信号をそれぞれのチャンネルに分波し、残余のチャンネルの光信号は、一括、第３段のユニットの光フィルタに入射するという階層的光合分波工程を、順次実行させるという技術思想によって達成される。
【００１２】
より正確に表現すれば、本願発明に係る波長多重光信号の合分波方式は、複数のチャンネル例えば７００〜２０００ｎｍの波長範囲であり３２５０チャンネルをなす波長多重光信号を入射され、特定の波長範囲例えば７００〜７５０ｎｍの波長範囲であり１２５チャンネルをなす複数の波長多重光信号と残余の波長多重光信号例えば７５０〜２０００ｎｍの波長範囲であり３１２５チャンネルをなす複数の波長多重光信号とに合分波する光フィルタ（ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器）と、前記の特定の波長範囲例えば７００〜７５０ｎｍの波長範囲であり１２５チャンネルをなす波長多重光信号を入射され、この複数の波長多重光信号例えば７００〜７５０ｎｍの波長範囲であり１２５チャンネルをなす波長多重光信号を、それぞれのチャンネルをなす１２５チャンネルの単一波長の光信号に合分波するＡＷＧ型の光合分波器と、前記の特定の波長範囲例えば７００〜７５０ｎｍの波長範囲であり１２５チャンネルをなす波長多重光信号を除く残余のチャンネル例えば７５０〜２０００ｎｍの波長範囲であり３１２５チャンネルをなす複数の波長多重光信号を射出する分岐ポートとよりなる第１段ユニット（各ユニットは、ＡＷＧ型の光合分波器と他の光フィルタ（方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路）とを結合回路とし、この結合回路を単一の基板上にモノリシックに形成したユニットである。）と、この第１段ユニットと同様な構成を有し、第１段ユニットが分岐する特定の波長範囲例えば７５０〜２０００ｎｍの波長範囲であり３１２５チャンネルをなす複数の波長多重光信号を入射されて、第１段ユニットと同様に動作する第２段ユニットと、同様な第３段ユニット、第４段ユニット、・・・と複数のユニットが階層的構成をなしており、入射される波長多重光信号を、各段のユニットにおいて、逐次、分波することゝされている波長多重光信号の合分波方式である。
【００１３】
こゝで、前記の光フィルタには、ハイパスフィルタ型光合分波器またはローパスフィルタ型光合分波回路とする場合は、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型の光合分波回路を使用することができ、バンドパスフィルタ型光合分波器とする場合は、干渉膜フィルタ型の光合分波回路を使用すればよい。
【００１４】
さらに、前記のユニットは、半導体装置を製造する技術を使用して、１枚の基板上にモノリシックに形成することができ、その場合は、大量生産対応大生性が向上する。
【００１５】
また、本発明に係るユニットは、単一のユニットでも機能することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の三つの実施の形態に係る波長多重光信号の合分波方式の構成とその振る舞いとその製造方法とを説明する。
【００１７】
第１実施例
図１参照
光信号の光源は半導体レーザであり、半導体レーザの発振波長は、その半導体レーザの活性層を構成する半導体の禁制帯幅（Ｅｇ）によって決まる基礎吸収端波長の近傍に存在するので、半導体レーザの活性層の材料（ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＨｇＣｄＴｅ系等）の選択と混晶比の選択とによって、可視光範囲を含み紫外光領域から赤外光領域に及ぶ広い波長範囲であるが、光信号伝送媒体である光ファイバの伝送効率（光透過率）を考慮すると、実用上使用可能な波長範囲は７００〜２０００ｎｍである。そこで、本実施例において使用する波長範囲は７００〜２０００ｎｍとし、各チャンネル相互間の波長間隔は０.４ｎｍとし、使用チャンネル数は３２５０チャンネルとする。図１は、本実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の全体構成を示す。図において、１１は第１段ユニットをなす光合分波回路であり、第１段ＡＷＧ型光合分波器１１１と、第１段光フィルタ（ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器を使用しうるが、本実施例においては、ハイパスフィルタ型光合分波器である。）１１２と、と入力導波路１１３と、結合導波路１１４と、出力導波路１１５と、分岐導波路１１６とをもって構成される。そして、入力導波路１１３には、波長範囲が７００〜２０００ｎｍである３２５０チャンネルの光信号が入射される。第１段光フィルタ（ハイパスフィルタ型光合分波器）１１２により、波長範囲が７００〜７５０ｎｍの１２５チャンネルの光信号が結合導波路１１４を介して第１段ＡＷＧ型光合分波器１１１に入射され、こゝで、各チャンネル毎に分波され、１２５個の出力導波路１１５を介して射出される。一方、波長範囲が７５０〜２０００ｎｍである３１２５チャンネルの光信号は分岐導波路１１６を介して第２段ユニットをなす光合分波回路１２に入射される。そして、この第２段ユニットをなす光合分波回路１２が、上記と同様に動作して、波長範囲が７５０〜８００ｎｍである１２５チャンネルの光信号は、各チャンネル毎に分波される。一方、波長範囲が８００〜２０００ｎｍである３０００チャンネルの光信号は第３段ユニットをなす光合分波回路１３に入射される。このようにして、２６段の各段光合分波回路において、３２５０チャンネルが各チャンネル毎に分波されることになる。こゝで、各段の光フィルタは、上記のとおり、ハイパスフィルタ型光合分波器またはローパスフィルタ型光合分波回路とする場合は、方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタ型光合分波回路でも使用でき、バンドパスフィルタ型光合分波器とする場合は、干渉膜フィルタ型光合分波回路が使用できる。
【００１８】
図２参照
次に、各段のユニット１１、１２、１３、・・・の構成を説明する。第１段光合分波回路１１を例として説明すると、１１１はＡＷＧ型光合分波器であり、１１２は光フィルタ（方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタハ干渉型光合分波回路でもよい。）であり、１１３は１本の光ファイバよりなる１本の入力導波路であり、１１４は１本の光ファイバよりなる１本の結合導波路であり、１１５は１２５本の光ファイバが平面的に集合されている集合型出力導波路であり、１１６は１本の光ファイバよりなる１本の分岐導波路であり、いずれも、プラスチック基板１１上に接着されている。
【００１９】
ところで、ＡＷＧ型光合分波器１１１は、シリコン基板上に形成されている、１本のプレーナ型入力導波路１１１１と、１個の入力側スラブ導波路１１１２と、複数本（本数に意味はない。）のＡＷＧ型光合分波器１１１３と、１個の出力側スラブ導波路１１１４と、１２５本のプレーナ型出力導波路１１１５とよりなる。ＡＷＧ型光合分波器１１１を構成する部材は、図１３・図１４に示した従来技術の場合と同様に、いずれも、シリコン基板上に形成されたＳｉＯ２層よりなる下部クラッド層の上に形成されたゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなコア層と、その上に形成されたＳｉＯ２よりなる上部クラッド層とよりなり、全ての光導波路は接続点を介さずに連続している。したがって、これを製造するには、図１３・図１４を参照して説明した従来技術の場合と同様に、シリコン基板上にＳｉＯ２層よりなる下部クラッド層を形成し、その上にゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなＳｉＯ層を形成し、このゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２層を図２に示す形状（プレーナ型入力導波路１１１１と、入力側スラブ導波路１１１２と、ＡＷＧ型光合分波器１１１３と、出力側スラブ導波路１１１４と、プレーナ型出力導波路１１１５とが、接続点を介することなく連続して一体とされている形状）にパターニングし、その上にＳｉＯ２よりなる上部クラッド層を形成すればよい。従来技術の記載において上記してあるように、ＡＷＧ型の光合分波器または回路は、波長多重波を、それぞれ長さの異なるＡＷＧ型の光導波路群１１１３のそれぞれに流すと、その出力端において、それぞれのＡＷＧ型の光導波路１１１３を通る多重波毎に位相に差が生ずることになり、このそれぞれ位相差を有する複数の波長多重波のそれぞれは、出力側スラブ１１１４の入力端のそれぞれ隣接する別個の位置に並んで入射されることになるから、このそれぞれ位相差を有する波長多重波を、この出力側スラブ１１１４の互に曲率が異なり対向する二つの曲面の一方に入射すると、このそれぞれ位相差を有する波長多重波のそれぞれは相互に干渉して各単一波長の光に分波され、各単一波長の光が、他方の曲面上のそれぞれ隣接する位置に並んで射出されることになるという光分波能を利用したものであるから、入力側スラブ導波路１１１２は入射側ポートと射出側ポートとが相互に対向しており、射出側ポートが特定の曲面を有し平面図が概ね扇形をなす部材である。そして、ＡＷＧ型光合分波器１１１３は、それぞれ特定の長さづゝ異なる長さを有する複数の光導波路であり、出力側スラブ導波路１１１４は入射側と射出側とが相互に対向しておりそれぞれ特定の曲面を有し平面図が概ね逆扇形をなす部材である。こゝで、ＡＷＧ型光合分波器１１１の振る舞いに就いて述べる。プレーナ型入力導波路１１１１を介して入射側スラブ導波路１１１２に波長多重光が入射されると、入射側スラブ導波路１１１２の対向する面上に広がって射出されることになり、その侭、ＡＷＧ導波路１１１３のそれぞれの中に入射し、ＡＷＧ導波路１１１３のそれぞれの中で、位相差を与えられた後、出力側スラブ導波路１１１５の中に射出し、この出力側スラブ導波路１１１５の内において、相互に干渉して分波され、１２５本のプレーナ型出力導波路１１１５を介して、それぞれ別々の光ファイバ１１５に射出される。
【００２０】
第１段光フィルタ１１２には、上記のとおり、方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタ型光合分波回路でも使用できる。但し、バンドパスフィルタ型光合分波回路の場合は、干渉膜フィルタ型光合分波回路に限られる。
【００２１】
図３・図４再参照
第１段フィルタ１１２として、方向性結合器を使用する場合について説明する。方向性結合器は、１０μｍ以下の距離相互に離隔して配置されており、それぞれ独立して動作する二つの光導波路が相互に５０μｍ程度以上の距離（光導波路にそう距離であり、結合長と言う。）接近していると、その接近している領域において、一方の光導波路を伝播している複数の異なる波長の波の一部が、他方の光導波路に移転するという性質を利用したものであるから、シリコン基板１上にＳｉＯ２よりなる下部クラッド層２を形成し、その上に、ゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなコア層３を形成し、図示すようにパターニングした後、ＳｉＯ２よりなる上部クラッド層４を形成すれば製造できる。図において、矢印Ｂの方向に左から多重波が入射されると、Ｃ点（結合点）において、分波され、それぞれが、矢印Ｄ・Ｅの方向に射出される。
【００２２】
図５・図６再参照
第１段光フィルタ１１２として、マッハツエンダ干渉型光合分波回路を使用する場合について説明する。マッハツエンダ干渉型光合分波回路の構造は、上記の方向性結合器において、光導波路の一部が相互に接近している領域（結合点）を２箇所としたものであるから、シリコン基板１上にＳｉＯ２よりなる下部クラッド層２を形成し、その上に、ゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなコア層３を形成し、図示すようにパターニングし、ＳｉＯ２よりなる上部クラッド層４を形成すれば製造できる。図において、矢印Ｈの方向に左から多重波が入射されると、Ｃ点（結合点）とＧ点とにおいて、分波され、それぞれが、矢印Ｊ・Ｋの方向に射出される。
【００２３】
図７・図８再参照
第１段光フィルタ１１２として、干渉膜フィルタ型の光合分波回路を使用する場合について説明する。干渉膜フィルタ型の光合分波回路は、例えば、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜との積層体よりなる誘電体干渉膜が有する光の選択的透過能を利用したものであるから、図７（平面図）・図８（図７のＬ-Ｌ断面図）において、シリコン基板１上にＳｉＯ２よりなる下部クラッド層２を形成し、その上にゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなＳｉＯ２よりなるコア層３を形成し、図示すようにパターニングし、ＳｉＯ２よりなる上部クラッド層４を形成した後、誘電体干渉膜は光導波路に垂直に配置される必要があるので、光導波路に垂直の方向にシリコン基板面に、例えば、溝等を穿ち、その溝を使用して、例えば、厚さが０.１７μｍのＴｉＯ２膜１０層と厚さが０.２７μｍのＳｉＯ２膜１０層との積層体よりなる干渉膜を、図示するように、コア層３に垂直にインプラントする方式で製造できる。図において、矢印Ｍの方向に左から多重波が入射されると、干渉膜５において、多重波の一部が反射して分波され、一部は矢印Ｎの方向に射出され、他の一部は矢印Ｐの方向に射出される。
【００２４】
１本の入力導波路で１１３と、１本の結合導波路１１４と、１２５本の集合型出力導波路１１５と、１本の分岐導波路１１６とは、光ファイバまたは光ファイバが平面的に集合されている集合型光ファイバであり、いずれも、プラスチック基板の上に接着される。
【００２５】
第２実施例
図９・図１０・図１１参照
本実施例は、全体構成（図９に示す。）の技術思想は、第１例と全く同一であるが、各段の合分波ユニット２１、２２、２３、・・・は、図示するように、１枚のシリコン基板２１の上に、モノリシックに形成されている。図１０は、第１段合分波ユニット２１の平面図であり、図１１はそのＸ-Ｘ断面図である。図において、２１１（破線をもって示す。）はＡＷＧ型光合分波回路であり、２１２（破線をもって示す。）は光フィルタであり、ハイパスフィルタ型光合分波器またはローパスフィルタ型光合分波回路の場合は、方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタ型光合分波回路でもよく、バンドパスフィルタ型光合分波回路の場合は、干渉膜フィルタ型光合分波回路が使用できる。２１３は１本のプレーナ型入力導波路であり、２１４は１本のプレーナ型結合導波路であり、２１５は１２５本のプレーナ型出力導波路であり、２１６は１本のプレーナ型分岐導波路であり、シリコン基板２１の上に、モノリシックに形成されている。これを製造するには、シリコン基板１上にＳｉＯ２よりなる下部クラッド層２を形成し、その上に、ゲルマニュウムがドープされたＳｉＯ２よりなり屈折率がＳｉＯ２の屈折率より大きなコア層３を形成し、図示すようにパターニングし、ＳｉＯ２よりなる上部クラッド層４を形成すればよい。このようにすれば、これらの光導波路の全ては、接続点を介することなく連続した一体の光導波路となる。唯、光フィルタ２１２として、干渉膜フィルタ型光合分波回路を使用する場合は、誘電体干渉膜を光導波路に垂直に設ける必要があるので、誘電体干渉膜を重力を使用して垂下させながら、治具を使用して誘導する等して、誘電体干渉膜を光導波路に対して極めて正確に垂直に接着する必要がある。この実施例の振る舞いは、第１実施例の場合と全く同一である。
【００２６】
第３実施例
図１２参照
本実施例は、１３１０ｎｍ系加入者回線（４チャンネル回線）に、さらに、１５５０ｎｍチャンネル１回線を増設する場合の例である。４チャンネル用のＡＷＧ型光合分波器が使用されることゝされているが、将来、これに１５５０ｎｍの１チャンネル回線を増設しようとすると、既存の４チャンネル用のＡＷＧ型光合分波器を除去して、新たに、８チャンネル用のＡＷＧ型光合分波器を設けなければならず、甚だ不経済である。本実施例は、この欠点を解消したものであり、図示するように、既存の４チャンネル用のＡＷＧ型光合分波器３１１の前段に、光フィルタ（方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタハ干渉型光合分波回路でも使用できるが、１５５０ｎｍチャンネル１回線の増設であるから、ローパスフィルタ型光合分波回路である。）３１２を追加すればよい。図において、３１１はは既存の４チャンネル用のＡＷＧ型光合分波器であり、３１１１は１本の入力導波路であり、３１１２は入力側スラブ導波路であり、３１１３は複数本（本数に意味はない。）よりなるＡＷＧ導波路であり、３１１４は４チャンネル用の出力側スラブ導波路であり、３１１５は４本の光ファイバが平面的に集合されている集合型出力導波路であり、プラスチック等の基板３１１の上に接着されている。３１２が本実施例の要旨に係る光フィルタであるが、上記のとおり、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路よりなるローパスフィルタ型光合分波回路であり、プラスチック等の基板３１１の上に接着されている。なお、３１３は１本の入力導波路であり、３１４は結合用光導波路であり、既存の４チャンネル用のＡＷＧ型光合分波器３１１の入力導波路３１１１に接続する。３１５は４本の光ファイバよりなる出力側導波路であり、３１６は１本の光ファイバよりなる分岐用導波路である。
【００２７】
光フィルタ３１２に、１３１０ｎｍ系４チャンネルと１５５０ｎｍチャンネル１回線とを入力すると、１３１０ｎｍ系４チャンネルは、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路を透過して、既存の４チャンネル用のＡＷＧ型光合分波器３１１の入力導波路３１１１に入射するが、１５５０ｎｍチャンネル１回線は、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路よりなる光フィルタ３１２において反射して、１本の光ファイバよりなる分岐用導波路３１６を介して、１５５０ｎｍチャンネルの光受信モジュウル（図示せず。）に射出される。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本願発明に係る波長多重光信号の合分波方式においては、光フィルタ（ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器）とＡＷＧ型の光合分波器との結合回路よりなるユニット（各ユニットは、前記の結合回路を単一の基板上にモノリシックに形成したユニットである。）の複数個を階層的に使用することゝし、多数の単一波長の光（チャンネル）を有する波長多重光信号を、先ず、第１段のユニットの光フィルタ（ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器）に入射して、その第１段ユニットのＡＷＧ型の光合分波器が受け入れることができるチャンネル数だけの光信号を透過させて、その第１段ユニットのＡＷＧ型の光合分波器に入射して、その中で、そのチャンネル数だけの光信号をそれぞれのチャンネルに分波し、残余のチャンネルの光信号は、一括、第２段のユニットの光フィルタに入射して、その第２段ユニットのＡＷＧ型の光合分波器が受け入れることができるチャンネル数だけの光信号を透過させて、その第２段ユニットのＡＷＧ型の光合分波器に入射して、その中で、そのチャンネル数だけの光信号をそれぞれのチャンネルに分波し、残余のチャンネルの光信号は、一括、第３段のユニットの光フィルタに入射するという階層的合分波工程を、順次実行させることゝされているので、その使用可能な波長帯域を拡張するとゝもに、光フィルタ（ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器）とＡＷＧ型の光合分波器とが結合回路とされているので、本発明に係るＡＷＧ型の光合分波器または回路を使用する波長多重光信号の合分波方式を構成する装置をユニット化することにより製造コストを低減し、取り扱いを容易にし、さらに、そのＡＷＧ型の光合分波波方式を構成する装置の大量生産対応性を向上し、さらには、既存設備の増設に当たり、既存設備を廃棄することなく、若干の器具の追加をもって、チャンネル数の増加を可能にすることができる。しかも、光フィルタ（ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器）とＡＷＧ型の光合分波器との結合回路の形成には、複雑な回路構成を必要としないという実用的利益や各部材を温度制御する等の特殊の条件を必要としないという実用的利益も特筆するべき実用的利益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の全体構成図である。
【図２】本願発明の第１実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の構成要素である各段ユニット（第１段ユニット）の平面図である。
【図３】方向性結合器よりなる光フィルタの平面図である。
【図４】方向性結合器よりなる光フィルタの断面図（図３のＡ-Ａ断面図）である。
【図５】マッハツエンダ干渉型光合分波回路の平面図である。
【図６】マッハツエンダ干渉型光合分波回路の断面図（図５のＦ−Ｆ断面図）である。
【図７】干渉膜フィルタ型の光合分波回路の平面図である。
【図８】干渉膜フィルタ型の光合分波回路の断面図（図７のＬ−Ｌ断面図）である。
【図９】本願発明の第２実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の全体構成図である。
【図１０】本願発明の第２実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の構成要素である各段ユニット（第１段ユニット）の平面図である。
【図１１】本願発明の第２実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の構成要素である各段ユニット（第１段ユニット）の断面図（図１０のＸ−Ｘ断面図）である。
【図１２】本願発明の第３実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の全体構成図である。
【図１３】ＡＷＧ型の光合分波器または回路の平面図である。
【図１４】ＡＷＧ型の光合分波器または回路の断面図（図１３のＱ−Ｑ断面図）である。
【符号の説明】
１      シリコン基板
２      下部クラッド層
３      コア層
４      上部クラッド層
５      誘電体干渉膜
６      入射用光導波路
７      入射側スラブ導波路
８      ＡＷＧ導波路
９      射出側スラブ導波路
１０    射出用光導波路
１１    第１段ユニット
１２    第２段ユニット
１３    第３段ユニット
１１１  第１段ＡＷＧ光合分波器
１１２  第１段光フィルタ（図１においては、ハイパスフィルタ型光合分波器）
１１３  入力導波路
１１４  結合導波路
１１５  出力導波路
１１６  分岐導波路
１１１１プレーナ型入力導波路
１１１２入力側スラブ導波路
１１１３ＡＷＧ型光合分波器
１１１４出力側スラブ導波路
１１１５プレーナ型出力導波路
２１    第１段ユニット
２２    第２段ユニット
２３    第３段ユニット
２１１  ＡＷＧ型光合分波器
２１２  光フィルタ
２１３  プレーナ型入力導波路
２１４  プレーナ型結合導波路
２１５  プレーナ型出力導波路
２１６  プレーナ型分岐導波路
３１    ユニット
３１１  ＡＷＧ型光合分波器
３１２  光フィルタ
【図１】
0003651876.tif 000002
【図２】
0003651876.tif 000003
【図３】
0003651876.tif 000004
【図４】
0003651876.tif 000005
【図５】
0003651876.tif 000006
【図６】
0003651876.tif 000007
【図７】
0003651876.tif 000008
【図８】
0003651876.tif 000009
【図９】
0003651876.tif 000010
【図１０】
0003651876.tif 000011
【図１１】
0003651876.tif 000012
【図１２】
0003651876.tif 000013
【図１３】
0003651876.tif 000014
【図１４】
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