(57)【要約】【課題】波長多重された、任意の波長帯であってかつ任意のチャネル間隔を持つ光信号を、単一の平面光波回路内において合分波することができる、コンパクトで低コストなアレイ導波路回折格子型ルータを提供すること。【解決手段】本実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータ４１１は、基板４０１上に形成された、第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１と、第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２と、第１の多チャネル交差導波路群３１１と、第２の多チャネル交差導波路群３１２と、第１の多チャネル交差導波路群３１１から基板端面に取り出される入出力導波路３２１と、第２の多チャネル交差導波路群３１２から基板端面に取り出される入出力導波路３２２とから構成される。【選択図】図１
2014038174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、
第１のスラブ導波路と、第２のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路及び前記第２のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔＬ１で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第１のチャネル導波路群と、前記第１のスラブ導波路に接続された第１のスラブ入出力導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された第２のスラブ入出力導波路とから構成された第１のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型波長合分波器、
第３のスラブ導波路と、第４のスラブ導波路と、前記第３のスラブ導波路及び前記第４のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔＬ２で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第２のチャネル導波路群と、前記第３のスラブ導波路に接続された第３のスラブ入出力導波路と、前記第４のスラブ導波路に接続された第４のスラブ入出力導波路とから構成された第２のＡＷＧ型波長合分波器、
前記第１のスラブ入出力導波路と前記第３のスラブ入出力導波路のうちのＭ（Ｍは２以上の整数）本の導波路とが交差し形成された第１の多チャネル交差導波路群、
前記第２のスラブ入出力導波路と前記第４のスラブ入出力導波路のうちのＮ（Ｎは２以上の整数）本の導波路とが交差し形成された第２の多チャネル交差導波路群、
前記第１の多チャネル交差導波路群から前記基板の端面に取り出される入出力導波路、並びに、
前記第２の多チャネル交差導波路群から前記基板の端面に取り出される入出力導波路
から構成されたアレイ導波路回折格子型ルータであって、
前記第１の多チャネル交差導波路群は、前記第１のスラブ入出力導波路と前記第３のスラブ入出力導波路とが交差し形成された第ｍ（ｍ＝１，２，．．．，Ｍ）の挿入点と、少なくともＭ・（Ｍ−１）／２個の交差点を有し、Ｍ個の前記挿入点を結ぶ線上に１つ又は複数の光フィルタが配設され、
前記第２の多チャネル交差導波路群は、前記第２のスラブ入出力導波路と前記第４のスラブ入出力導波路とが交差し形成された第ｎ（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）の挿入点と、少なくともＮ・（Ｎ−１）／２個の交差点を有し、Ｎ個の前記挿入点を結ぶ線上に１つ又は複数の光フィルタが配設されたことを特徴とするアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項２】
前記第１の多チャネル交差導波路群の挿入点近傍における前記第１のスラブ入出力導波路と前記第３のスラブ入出力導波路と入出力導波路とのモードフィールド径が、ＷからＷ１ｍに変換され、
前記第２の多チャネル交差導波路群の挿入点近傍における前記第２のスラブ入出力導波路と前記第４のスラブ入出力導波路と入出力導波路とのモードフィールド径が、ＷからＷ２ｎに変換されることを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項３】
前記第１の多チャネル交差導波路群の第ｍ´（ｍ´＝１，２，．．．，Ｍ−１）の挿入点と第ｍ´＋１の挿入点との間の距離は、（Ｗ１ｍ´＋Ｗ１ｍ´+１）／２より大きく、
前記第２の多チャネル交差導波路群の第ｎ´（ｎ´＝１，２，．．．，Ｎ−１）の挿入点と第ｎ´＋１の挿入点との間の距離は、（Ｗ２ｎ´＋Ｗ２ｎ´+１）／２より大きいことを特徴とする請求項２に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項４】
前記第１の多チャネル交差導波路群の第ｍの挿入点近傍における前記第１のスラブ入出力導波路と前記第３のスラブ入出力導波路とが交差する角度をθ１ｍとし、前記第２の多チャネル交差導波路群の挿入点近傍における前記第２のスラブ入出力導波路と前記第４のスラブ入出力導波路とが交差する角度をθ２ｎとしたとき、θ１ｍとθ２ｎとは、ともに３０度以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項５】
前記第１の多チャネル交差導波路群のＭ個の挿入点と、前記第２の多チャネル交差導波路群のＮ個の挿入点とは、一直線上にあることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項６】
前記第１の多チャネル交差導波路群のＭ・（Ｍ−１）／２個の交差点近傍において、導波路のモードフィールド径が変換され、
前記第２の多チャネル交差導波路群のＮ・（Ｎ−１）／２個の交差点近傍において、導波路のモードフィールド径が変換されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項７】
前記第１の多チャネル交差導波路群のＭ個の挿入点に、それぞれ前記基板の端面に取り出されるモニター導波路が接続され、
前記第２の多チャネル交差導波路群のＮ個の挿入点に、それぞれ前記基板の端面に取り出されるモニター導波路が接続されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項８】
前記第１のＡＷＧ型波長合分波器は、Ｃ帯設計であり、
前記第２のＡＷＧ型波長合分波器は、Ｌ帯設計であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項９】
基板上に形成され、
第１のスラブ導波路と、第２のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路及び前記第２のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔＬ１で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第１のチャネル導波路群と、前記第１のスラブ導波路に接続された第１のスラブ入出力導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された第２のスラブ入出力導波路とから構成された第１のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型波長合分波器、
第３のスラブ導波路と、第４のスラブ導波路と、前記第３のスラブ導波路及び前記第４のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔＬ２で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第２のチャネル導波路群と、前記第３のスラブ導波路に接続された第３のスラブ入出力導波路と、前記第４のスラブ導波路に接続された第４のスラブ入出力導波路とから構成された第２のＡＷＧ型波長合分波器、
前記第１のスラブ入出力導波路と前記第３のスラブ入出力導波路のうちのＭ（Ｍは２以上の整数）本の導波路とが交差し形成された第１の多チャネル交差導波路群、
前記第１の多チャネル交差導波路群から前記基板の端面に取り出される入出力導波路、並びに、
前記第２のスラブ入出力導波路及び前記第４のスラブ入出力導波路から前記基板の端面に取り出される入出力導波路、
から構成されたアレイ導波路回折格子型ルータであって、
前記第１の多チャネル交差導波路群は、前記第１のスラブ入出力導波路と前記第３のスラブ入出力導波路とが交差し形成された第ｍ（ｍ＝１，２，．．．，Ｍ）の挿入点と、少なくともＭ・（Ｍ−１）／２個の交差点を有し、Ｍ個の前記挿入点を結ぶ線上に１つ又は複数の光フィルタが配設されたことを特徴とするアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項１０】
前記第１の多チャネル交差導波路群の挿入点近傍における前記第１のスラブ入出力導波路と前記第３のスラブ入出力導波路と入出力導波路とのモードフィールド径が、ＷからＷ１ｍに変換されることを特徴とする請求項９に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項１１】
前記第１の多チャネル交差導波路群の第ｍ´（ｍ´＝１，２，．．．，Ｍ−１）の挿入点と第ｍ´＋１の挿入点との間の距離は、（Ｗ１ｍ´＋Ｗ１ｍ´+１）／２より大きいことを特徴とする請求項１０に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項１２】
前記第１の多チャネル交差導波路群の第ｍの挿入点近傍における前記第１のスラブ入出力導波路と前記第３のスラブ入出力導波路とが交差する角度をθ１ｍとしたとき、θ１ｍは、３０度以上であることを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項１３】
前記第１の多チャネル交差導波路群のＭ・（Ｍ−１）／２個の交差点近傍において、導波路のモードフィールド径が変換されることを特徴とする請求項９乃至１２の何れか１項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項１４】
前記第２のスラブ入出力導波路と前記第４のスラブ入出力導波路とが交差し、該交差点近傍において導波路のモードフィールド径が変換されることを特徴とする請求項９乃至１３の何れか１項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【請求項１５】
前記第１の多チャネル交差導波路群のＭ個の挿入点に、それぞれ前記基板の端面に取り出されるモニター導波路が接続されたことを特徴とする請求項９乃至１４の何れか１項に記載のアレイ導波路回折格子型ルータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重通信用の光合分波器に関し、さらに詳しくは、任意の波長帯であってかつ任意のチャネル間隔を持つ光信号を合分波することの可能なアレイ導波路回折格子型ルータに関する。
【背景技術】
【０００２】
（従来技術の第一例）
近年の急速なインターネット普及に伴い、アクセスサービスシステムの大容量化、高度化、経済化が求められている中、それを実現する手段として受動光ネットワーク（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ：本明細書では「ＰＯＮ」と略称されることがある）の研究が進められている。ＰＯＮとは、光ファイバ網の途中に分岐装置を挿入して、１本の光ファイバを複数の加入者宅に引き込むシステムのことであり、光受動素子による光合分波器を用いて、１個のセンタ装置及び伝送路の一部を複数ユーザで共有することにより経済化を図る光通信システムである。
【０００３】
現在、日本では主として１Ｇｂｐｓの回線容量を最大３２ユーザで時分割多重（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：本明細書では「ＴＤＭ」と略称されることがある）化によって共有する経済的な光通信システムや、いわゆるＧｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ＰＯＮ（本明細書では、「ＧＥ−ＰＯＮ」と略称されることがある）が導入されている。これにより、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）サービスが現実的な料金で提供されるようになっている。
【０００４】
また、より大容量のニーズに対応するため、次世代光アクセスシステムとして、総帯域が１０Ｇｂｐｓレベルである１０ＧＥ−ＰＯＮの研究が進められており、２００９（平成２１）年に国際標準化が完了した。これは、送受信器のビットレートを増大させることにより、光ファイバ等の伝送路部分はＧＥ−ＰＯＮと同一のものを利用しながら大容量化を実現する光通信システムである。
【０００５】
そして、さらなる将来には、超高精細映像サービスやユビキタスサービスなど、１０Ｇレベルを超える大容量が求められることが考えられる一方、単純に送受信器のビットレートを１０Ｇレベルから４０／１００Ｇ級に増大させるだけでは、システムアップグレードにかかるコストの増大により、実用化が難しいという問題があった。
【０００６】
かかる問題を解決する技術としては、帯域要求量に応じてセンタ局装置内の送受信器を段階的に増設することができるように、送受信器に波長可変性を付加し、前記した時分割多重（ＴＤＭ）化、及び、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：本明細書では「ＷＤＭ」と略称されることがある）化を効果的に組み合わせた波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮが報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００７】
このような波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮのシステムを実現するにあたり、従来のシステムと共存できるように未使用波長を用いることとし、かつ、これを低コストで実現するためには、ユーザ側装置内には１．３μｍ帯の広波長間隔の波長可変光送信器を用い、センタ装置側には１．５μｍ帯の狭波長間隔の波長可変光送信器を用いることが考えられる。一方、これら１．３μｍ帯の広波長間隔の信号光や、１．５μｍ帯の狭波長間隔の信号光の波長振り分けを行う際には波長合分波器が必要であるため、かかる波長合分波器として、アレイ導波路回折格子（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ：本明細書では「ＡＷＧ」と略称されることがある）型波長合分波器を用いることが考えられる。
【０００８】
ＡＷＧ型波長合分波器は、図２９に示すように、入力側スラブ導波路９０１と、出力側スラブ導波路９０２と、入力側スラブ導波路９０１と出力側スラブ導波路９０２を接続し、それぞれ所定の経路長差で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなるアレイ導波路９１１と、入力側スラブ導波路９０１に接続され基板端面に取り出される入力導波路９２１と、出力側スラブ導波路９０２に接続され基板端面に取り出される出力導波路９２２と、から構成されている。
【０００９】
かかるＡＷＧ型波長合分波器は、適用するシステムに合わせて波長帯やチャネル間隔を設定することができ、例えば、１．３μｍ帯広間隔のＡＷＧ型波長合分波器（図２９（ａ））や、１．５μｍ帯狭間隔のＡＷＧ型波長合分波器（図２９（ｂ））などが報告されている（例えば、特許文献１、特許文献２、または特許文献３を参照）。
【００１０】
（従来技術の第二例）
しかし、ＡＷＧ型波長合分波器のチャネル間隔はチャネル導波路の経路長差に依存し、１．３μｍ帯で広間隔であれば、１．５μｍ帯でも広間隔となり（図３０（ａ））、１．５μｍ帯で狭間隔であれば、１．３μｍ帯でも狭間隔となった（図３０（ｂ））。そのため、例えば、１．３μｍ帯では広間隔、１．５μｍ帯では狭間隔のように、異なる波長帯であってかつ異なるチャネル間隔を持つ光信号を一つのＡＷＧ型波長合分波器で合分波することは、これまでの技術では実現不可能であった。
【００１１】
そこで、複数の光部品を組み合わせることにより、上記機能を持たせることが考えられる。図３１に、１．３μｍ帯用のＡＷＧ型波長合分波器９８１と、１．５μｍ帯用のＡＷＧ型波長合分波器９７１と、Ｍ＋Ｎ個の１入力２出力１．３／１．５μｍ帯分離光フィルタ９３１〜９３８と、ＡＷＧ型波長合分波器９７１，９８１及び光フィルタ９３１〜９３８を接続する２・（Ｍ＋Ｎ）本の光ファイバ９４１〜９５６とを組み合わせた光部品の構成例を示す。
【００１２】
（従来技術の第三例）
前述のＡＷＧ型波長合分波器を異なる波長帯で用いると、屈折率の波長依存性により、チャネル間隔がずれる。例えば、チャネル間隔１００ＧＨｚのＬ帯用ＡＷＧ型波長合分波器は、Ｌ帯では、透過波長が周波数間隔１００ＧＨｚの周波数グリッドに乗るが、例えば図３２に示すように、異なる波長帯では周波数グリッドからずれる。そのため、システムで使用する波長帯に合わせ、複数のＡＷＧ型波長合分波器を準備する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１０４４４６号公報
【特許文献２】特開平９−２９７２２８号公報
【特許文献３】特開２００５−１４８５８５号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｈ．Ｎａｋａｍｕｒａ、ｅｔ  ａｌ．、ＯＦＣ２０１１、ＯＴｈＴ４、 ２０１１．
【非特許文献２】Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａ、ｅｔ  ａｌ．、ＯＦＣ２００４、ＴｕＩ４、 ２００４．
【非特許文献３】Ｙ．Ｓａｋａｍａｋｉ、ｅｔ  ａｌ．、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．２７、ｐｐ．２２５７−２２６３、２００９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、従来技術の第一例で示したように、従来のＡＷＧ型波長合分波器では、異なる波長帯であってかつ異なるチャネル間隔を持つ光信号を、単一のＡＷＧ型波長合分波器で振り分けることは不可能であった。
【００１６】
そこで、従来技術の第二例で示したように、多数の光部品を組み合わせることにより、上記機能を代用することが考えられる。しかし、この方法では、２種類のＡＷＧ型波長合分波器と、使用する入出力ポートと同数の１入力２出力１．３／１．５μｍ帯分離光フィルタと、さらにその倍の本数の光ファイバが必要であり、膨大な数の部品が必要である。さらに、多数の部品間を光学的に接続する必要があり、サイズが大きく、製造コストが高いという問題があった。
【００１７】
また、従来技術の第三例で示したように、チャネル間隔が同じであっても、異なる波長帯ではチャネル間隔のずれが生じる。そのため、波長帯ごとにカスタマイズしたＡＷＧ型波長合分波器を準備する必要があり、高コストになるという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものである。本発明は、波長多重された、任意の波長帯であってかつ任意のチャネル間隔を持つ光信号を、単一の平面光波回路内において合分波することができる、コンパクトで低コストなアレイ導波路回折格子型ルータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、基板上に形成され、第１のスラブ導波路と、第２のスラブ導波路と、第１のスラブ導波路及び第２のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔＬ１で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第１のチャネル導波路群と、第１のスラブ導波路に接続された第１のスラブ入出力導波路と、第２のスラブ導波路に接続された第２のスラブ入出力導波路とから構成された第１のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型波長合分波器、第３のスラブ導波路と、第４のスラブ導波路と、第３のスラブ導波路及び第４のスラブ導波路を接続しそれぞれ所定の経路長差ΔＬ２で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第２のチャネル導波路群と、第３のスラブ導波路に接続された第３のスラブ入出力導波路と、第４のスラブ導波路に接続された第４のスラブ入出力導波路とから構成された第２のＡＷＧ型波長合分波器、第１のスラブ入出力導波路と第３のスラブ入出力導波路のうちのＭ（Ｍは２以上の整数）本の導波路とが交差し形成された第１の多チャネル交差導波路群、第２のスラブ入出力導波路と第４のスラブ入出力導波路のうちのＮ（Ｎは２以上の整数）本の導波路とが交差し形成された第２の多チャネル交差導波路群、第１の多チャネル交差導波路群から基板の端面に取り出される入出力導波路、並びに、第２の多チャネル交差導波路群から基板の端面に取り出される入出力導波路から構成されたアレイ導波路回折格子型ルータであって、第１の多チャネル交差導波路群は、第１のスラブ入出力導波路と第３のスラブ入出力導波路とが交差し形成された第ｍ（ｍ＝１，２，．．．，Ｍ）の挿入点と、少なくともＭ・（Ｍ−１）／２個の交差点を有し、Ｍ個の挿入点を結ぶ線上に１つ又は複数の光フィルタが配設され、第２の多チャネル交差導波路群は、第２のスラブ入出力導波路と第４のスラブ入出力導波路とが交差し形成された第ｎ（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）の挿入点と、少なくともＮ・（Ｎ−１）／２個の交差点を有し、Ｎ個の挿入点を結ぶ線上に１つ又は複数の光フィルタが配設されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、波長多重された、任意の波長帯であってかつ任意のチャネル間隔を持つ光信号を、単一の平面光波回路内において合分波することができる、コンパクトで低コストなアレイ導波路回折格子型ルータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の多チャネル交差導波路群の構成を示す図である。（ａ）は光フィルタを配設する前、（ｂ）は光フィルタを配設した後の様子を示す。
【図３】本発明の第１実施形態で用いた光フィルタの透過／反射特性を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの透過スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態で用いた光フィルタと逆の透過／反射特性を持つ光フィルタの特性を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態の多チャネル交差導波路群の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの透過スペクトルを示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態の多チャネル交差導波路群の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の多チャネル交差導波路群の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態において、交差角度に対する交差導波路の過剰損失を示す図である。
【図１３】本発明の第５実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第６実施形態の多チャネル交差導波路群の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第７実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図１６】本発明の第７実施形態の多チャネル交差導波路群の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第８実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図１８】本発明の第９実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図１９】本発明の第１０実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図２０】本発明の第１１実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図２１】本発明の第１１実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの透過スペクトルを示す図である。
【図２２】本発明の第１２実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図２３】本発明の第１３実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図２４】本発明の第１４実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図２５】本発明の第１４実施形態の多チャネル交差導波路群の構成を示す図である。
【図２６】本発明の第１４実施形態における交差導波路を示す図である。
【図２７】本発明の第１５実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図２８】本発明の第１６実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータの構成を示す図である。
【図２９】従来技術の第一例における（ａ）１．３μｍ帯広間隔、（ｂ）１．５μｍ帯狭間隔のＡＷＧ型波長合分波器の構成例を示す図である。
【図３０】従来技術の第一例における（ａ）広間隔、（ｂ）狭間隔ＡＷＧ型波長合分波器のチャネル間隔の例を示す図である。
【図３１】従来技術の第二例におけるＡＷＧ型波長合分波器の構成例を示す図である。
【図３２】従来技術の第三例におけるＬ帯用ＡＷＧ型波長合分波器をＣ帯で用いたときの透過スペクトル例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。各実施形態は可能な限り組み合わせることができる。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。図１に示すように、本実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータ４１１は、基板４０１上に形成された、第１のスラブ導波路１０１と、第２のスラブ導波路１０２と、第１のスラブ導波路１０１及び第２のスラブ導波路１０２を接続し、それぞれ所定の経路長差ΔＬ１で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第１のチャネル導波路群１１１と、第１のスラブ導波路１０１に接続された第１のスラブ入出力導波路１２１と、第２のスラブ導波路１０２に接続された第２のスラブ入出力導波路１２２とからなる第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１、第３のスラブ導波路２０１と、第４のスラブ導波路２０２と、第３のスラブ導波路２０１及び第４のスラブ導波路２０２を接続し、それぞれ所定の経路長差ΔＬ２で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第２のチャネル導波路群２１１と、第３のスラブ導波路２０１に接続された第３のスラブ入出力導波路２２１と、第４のスラブ導波路２０２に接続された第４のスラブ入出力導波路２２２とからなる第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２、第１のスラブ入出力導波路１２１と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちのＭ（Ｍは２以上の整数）本の導波路とが交差し形成された第１の多チャネル交差導波路群３１１、第２のスラブ入出力導波路１２２と第４のスラブ入出力導波路２２２のうちのＮ（Ｎは２以上の整数）本の導波路とが交差し形成された第２の多チャネル交差導波路群３１２、第１の多チャネル交差導波路群３１１から基板端面に取り出される入出力導波路３２１、並びに、第２の多チャネル交差導波路群３１２から基板端面に取り出される入出力導波路３２２とからなる。
【００２４】
本実施形態では、第１のスラブ入出力導波路１２１を４本、第２のスラブ入出力導波路１２２を４本、第３のスラブ入出力導波路２２１を４本、第４のスラブ入出力導波路２２２を４本、入出力導波路３２１を４本、入出力導波路３２２を４本、Ｍ＝４、Ｎ＝４としたが、もちろん、その他の本数であってもかまわない。
【００２５】
図２に、第１の多チャネル交差導波路群３１１の拡大図を示す。第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの１本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの１本目の導波路とが交差し、第１の挿入点５０１が形成されている。また、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの２本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの２本目の導波路とが交差し、第２の挿入点５０２が形成されている。また、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの３本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの３本目の導波路とが交差し、第３の挿入点５０３が形成されている。また、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの４本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの４本目の導波路とが交差し、第４の挿入点５０４が形成されている。さらに、第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの１本目の導波路と第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの２〜４本目の導波路とが交差し、交差点５１１、５１４、５１６が形成されている。さらにまた、第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの２本目の導波路と第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの３、４本目の導波路とが交差し、交差点５１２、５１５が形成されている。さらにまた、第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの３本目の導波路と第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの４本目の導波路とが交差し、交差点５１３が形成されている。
【００２６】
これらの交差点５１１〜５１６の数はＭ・（Ｍ−１）／２個であり、本実施形態ではＭ＝４に設定したので６個である。そして、図２（ａ）に示すようにＭ個の挿入点５０１〜５０４は一つの線５０９上に並べられ、図２（ｂ）に示すようにＭ個の挿入点５０１〜５０４を結ぶ線５０９上に光フィルタ３３１が配設されている。
【００２７】
第２の多チャネル交差導波路群３１２は、第１の多チャネル交差導波路群３１１と同様に、第２のスラブ入出力導波路１２２と第４のスラブ入出力導波路２２２とが交差し形成されたｎ個（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）の挿入点と、少なくともＮ・（Ｎ−１）／２個の交差点を有し、Ｎ個の挿入点を結ぶ線上に光フィルタ３３２が配設されている。
【００２８】
本実施形態の設計例を示す。第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１は、波長数Ｎｃｈ１＝４、中心波長λｃ１＝１．５８μｍ、周波数間隔（チャネル間隔）Δｆ１＝２００ＧＨｚ、ＦＳＲ１＝８００ＧＨｚ、ガウシアン形状とし、第１のチャネル導波路群１１１の経路長差ΔＬ１＝２５３μｍに設定した。第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２は、波長数Ｎｃｈ２＝４、中心波長λｃ２＝１．３μｍ、波長間隔（チャネル間隔）Δλ２＝２０ｎｍ、ＦＳＲ２＝８０ｎｍ、フラット形状とし、第２のチャネル導波路群２１１の経路長差ΔＬ２＝１４．３５μｍに設定した。第１の多チャネル交差導波路群３１１の挿入点５０１〜５０４の間隔を２５０μｍ、挿入点５０１〜５０４における第１のスラブ入出力導波路と第３のスラブ入出力導波路との交差角度を９０度、交差点５１１〜５１６の交差角度を９０度に設定した。第２の多チャネル交差導波路群３１２も、第１の多チャネル交差導波路群３１１と同じ設定にした。
【００２９】
上記の設計値に基づき、基板４０１上にアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。そして、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点を結ぶ線上にスリット３４１を、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ個の挿入点を結ぶ線上にスリット３４２を形成し、誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３１、３３２を、それぞれスリット３４１、３４２に埋め込んだ。
【００３０】
図３に、本実施形態で用いた光フィルタの透過率と反射率の波長依存性を示す。この光フィルタは長波長側の波長を透過し、短波長側の波長を反射するよう設計されており、透過ポートは１．５μｍ帯を透過、１．３μｍ帯を遮断し、反射ポートは１．３μｍ帯を透過、１．５μｍ帯を遮断する。
【００３１】
作製したアレイ導波路回折格子型ルータの入出力導波路３２１のうちの１本に光を入力し、入出力導波路３２２の４本より出力した光の透過スペクトルを図４に示す。１．３μｍ帯では、図４（ａ）に示すように、波長１２７１ｎｍ、１２９１ｎｍ、１３１１ｎｍ、１３３１ｎｍが出力された。一方、１．５μｍ帯では、図４（ｂ）に示すように、波長１５７５．４ｎｍ、１５７７．０ｎｍ、１５７８．７ｎｍ、１５８０．４ｎｍが出力された。したがって、１．３μｍ帯では２０ｎｍ間隔、１．５μｍ帯では２００ＧＨｚ間隔になっていることを確認できた。入出力導波路３２２から光を入力し、入出力導波路３２１より出力した光の透過スペクトルも図４と同様の特性となった。以上の測定結果から、１．３μｍ帯では２０ｎｍ間隔、１．５μｍ帯では２００ＧＨｚ間隔の周回性ＡＷＧとして機能するアレイ導波路回折格子型ルータを実現した。
【００３２】
なお、スラブ入出力導波路の接続の組み合わせは任意である。例えば、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの２本目と３本目を交差させる。そして、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの２本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの３本目の導波路とを交差させ、第３の挿入点５０３を形成し、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの３本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの２本目の導波路とを交差させ、第２の挿入点５０２を形成しても良い。このとき、入出力導波路３２２から光を入力し、入出力導波路３２１の２本目から出力される波長が１２９１ｎｍ、１５７７．０ｎｍ、入出力導波路３２１の３本目から出力される波長が１３１１ｎｍ、１５７８．６９ｎｍだったとすると、１．５μｍ帯の合分波波長が入れ替わり、入出力導波路３２１の２本目から出力される波長が１２９１ｎｍ、１５７８．６９ｎｍ、入出力導波路３２１の３本目から出力される波長が１３１１ｎｍ、１５７７．０ｎｍとなる。
【００３３】
以上、本実施形態では、長波長側の波長を透過し、短波長側の波長を反射する光フィルタを用いたが、その他の設計の光フィルタを用いることができる。例えば、ある波長帯を透過し、他を反射するバンドパスフィルタ、あるいは、ある波長帯を反射し、他を透過するバンドストップフィルタを用いても良い。また、短長波長側の波長を透過し、長波長側の波長を反射する光フィルタを用いても良い。図５に、短長波長側の波長を透過し、長波長側の波長を反射する設計の光フィルタを埋め込んだアレイ導波路回折格子型ルータの構成例、図６に光フィルタの特性例を示す。
【００３４】
（第２実施形態）
第１実施形態において、単一の導波路中を伝搬する光のモードフィールド径をＷとしたとき、光フィルタへの入射光のモードフィールド径もＷであった。しかし、光フィルタ中での回折を抑制し、損失を抑制するには、モードフィールドを適切に設定する必要がある（例えば、非特許文献２のＦｉｇ．１を参照）。
【００３５】
そこで、本実施形態では、光フィルタ中で設定したいモードフィールド径をＷ１ｍ、Ｗ２ｎとしたとき、光フィルタの挿入点近傍において、モードフィールドを変換する手段を設け、モードフィールド径をＷからＷ１ｍ、Ｗ２ｎに変換する構成とした。
【００３６】
図７は本発明の第２実施形態における多チャネル交差導波路群の一態様を示した概略図である。第１の多チャネル交差導波路群３１１の挿入点近傍における第１のスラブ入出力導波路１２１と第３のスラブ入出力導波路２２１と入出力導波路３２１とのモードフィールド径がＷからＷ１ｍ（ｍ＝１，２，．．．，Ｍ）に変換されている。また、第２の多チャネル交差導波路群３１２の挿入点近傍における第２のスラブ入出力導波路１２２と第４のスラブ入出力導波路２２２と入出力導波路３２２とのモードフィールド径がＷからＷ２ｎ（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）に変換されている。
【００３７】
本実施形態では、モードフィールドを変換する手段として、導波路の幅を一定の割合で徐々に変化させた線形のテーパ導波路を使用した。図７に示すように、多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４近傍において、スラブ入出力導波路の幅ｗがテーパ導波路５３１〜５３４を介して幅ｗｐに変換され、スラブ入出力導波路の幅ｗがテーパ導波路５３９〜５４２を介して幅ｗｐに変換され、入出力導波路の幅ｗがテーパ導波路５３５〜５３８を介して幅ｗｐに変換されている。
【００３８】
本実施形態の設計例を示す。導波路の幅ｗを９μｍ、幅ｗｐを１５μｍ、幅ｗｐの導波路５６１〜５６４の長さを０．５ｍｍ、幅ｗｐの導波路５６５〜５６８の長さを０．２５ｍｍ、テーパ導波路の長さを０．２５ｍｍに設定した。多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４の間隔は１５０μｍ、幅ｗｐの導波路５６１〜５６４と、幅ｗｐの導波路５６５〜５６８の交差角度を９０度に設定した。
【００３９】
上記の設計値に基づき、基板４０１上に、図７の構成の多チャネル交差導波路群を有するアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。そして、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点を結ぶ線上にスリット３４１を、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ個の挿入点を結ぶ線上にスリット３４２を形成し、誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３１、３３２を、それぞれスリット３４１、３４２に埋め込んだ。
【００４０】
作製したアレイ導波路回折格子型ルータの、幅ｗの導波路のモードフィールド径Ｗは８μｍ、幅ｗｐの導波路のモードフィールド径Ｗ１ｍ、Ｗ２ｎは１４μｍであった。入出力導波路３２１の１本目に光を入力し、入出力導波路３２２の１〜４本目より出力した光の透過スペクトルを図８（ａ）、（ｂ）に示す。光フィルタの透過／反射損失を抑えるよう、挿入点近傍のモードフィールド径Ｗ１ｍ、Ｗ２ｎを設定したことで、光フィルタで生じる過剰損失を抑え、アレイ導波路回折格子型ルータの損失を低減した。
【００４１】
本実施形態では、モードフィールドを変換する手段として、導波路の幅をｗからｗｐに拡大する線形のテーパ導波路を使用したが、断面形状が非線形に変化する導波路、導波路が分断されたセグメント導波路、形状は一定で屈折率を徐々に変化させた導波路など、任意のモードフィールド変換手段を用いることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、第１の多チャネル交差導波路群３１１の第１から第Ｍの挿入点近傍における導波路のモードフィールド径と、第２の多チャネル交差導波路群３１２の第１から第Ｎの挿入点近傍における導波路のモードフィールド径を全て一定にしたが、Ｗ１ｍ、Ｗ２ｎはそれぞれ任意の値に設定しても良い。
【００４３】
（第３実施形態）
第２実施形態において、モードフィールドを変換する手段を設け、モードフィールド径を拡大する構成とした。ここで、挿入点間の距離を近くすると回路サイズが縮小できる反面、モードフィールド径が大きいと隣接する挿入点の導波路へのクロストークが増すため、挿入点間の距離を適切に設定する必要がある。そこで、本実施形態では、多チャネル交差導波路群の挿入点間の距離を、モードフィールド径より広くする構成とした。
【００４４】
図９は本発明の第３実施形態における多チャネル交差導波路群の一態様を示した概略図である。第１の多チャネル交差導波路群３１１の第１の挿入点５０１と第２の挿入点５０２との間の距離が（Ｗ１１＋Ｗ１２）／２より大きく、第２の挿入点５０２と第３の挿入点５０３との間の距離が（Ｗ１２＋Ｗ１３）／２より大きく、第３の挿入点５０３と第４の挿入点５０４との間の距離が（Ｗ１３＋Ｗ１４）／２より大きくなるよう設定した。また、第２の多チャネル交差導波路群３１２についても同様に、第ｎ´（ｎ´＝１，２，．．．，Ｎ−１）の挿入点と第ｎ´＋１の挿入点との間の距離が（Ｗ２ｎ´＋Ｗ２ｎ´+１）／２より大きくなるよう設定した。
【００４５】
本実施形態では、モードフィールドを変換する手段として、導波路の幅を一定の割合で徐々に変化させた線形のテーパ導波路を使用した。図９に示すように、多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４近傍において、スラブ入出力導波路の幅ｗがテーパ導波路５３１〜５３４を介して幅ｗｐに変換され、スラブ入出力導波路の幅ｗがテーパ導波路５３９〜５４２を介して幅ｗｐに変換され、入出力導波路の幅ｗがテーパ導波路５３５〜５３８を介して幅ｗｐに変換されている。
【００４６】
本実施形態の設計例を示す。導波路の幅ｗを４．５μｍ、幅ｗｐを１μｍ、幅ｗｐの導波路５６１〜５６４の長さを０．２ｍｍ、幅ｗｐの導波路５６５〜５６８の長さを０．１ｍｍ、テーパ導波路の長さを１ｍｍに設定した。多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４の間隔はいずれも３０μｍ、幅ｗｐの導波路５６１〜５６４と、幅ｗｐの導波路５６５〜５６８との交差角度を９０度に設定した。
【００４７】
上記の設計値に基づき、基板４０１上に、図９の構成の多チャネル交差導波路群を有するアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。そして、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点を結ぶ線上にスリット３４１を、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ個の挿入点を結ぶ線上にスリット３４２を形成し、誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３１、３３２を、それぞれスリット３４１、３４２に埋め込んだ。
【００４８】
作製した幅ｗの導波路のモードフィールド径Ｗは８μｍであった。幅ｗｐの導波路は、導波路幅ｗｐを１μｍと狭くすることで、光がコアから染み出し、モードフィールド径Ｗ１ｍ、Ｗ２ｎは２０μｍに拡大された。作製したアレイ導波路回折格子型ルータの透過スペクトルを評価し、光フィルタで生じるクロストークが抑えられることを確認した。このように、クロストークが生じない範囲で、多チャネル交差導波路群の挿入点の間隔を近づけることで、アレイ導波路回折格子型ルータの回路サイズを縮小することができた。また、挿入点の間隔が近ければ、光フィルタを透過／反射する位置も近く、複数のポート間で均一性の良好な特性が得られる。
【００４９】
本実施形態では、第１の多チャネル交差導波路群３１１の第１から第Ｍの挿入点近傍における導波路のモードフィールド径と、第２の多チャネル交差導波路群３１２の第１から第Ｎの挿入点近傍における導波路のモードフィールド径を全て一定にし、挿入点の間隔も全て一定にしたが、個々に設定しても良い。例えば、第１の多チャネル交差導波路群３１１の第１〜第４の挿入点５０１〜５０４の近傍におけるモードフィールド径がそれぞれＷ１１＝１４μｍ、Ｗ１２＝１９μｍ、Ｗ１３＝２５μｍ、Ｗ１４＝１８μｍである場合、第１と第２の挿入点の距離を（Ｗ１１＋Ｗ１２）／２＝１６．５μｍより大きく、第２と第３の挿入点の距離を（Ｗ１２＋Ｗ１３）／２＝２２μｍより大きく、第３と第４の挿入点の距離を（Ｗ１３＋Ｗ１４）／２＝２１．５μｍより大きくすれば良い。
【００５０】
（第４実施形態）
第１〜第３実施形態において、多チャネル交差導波路群の挿入点における交差角度を９０度に設定した。光フィルタへの入射角と反射角が等しいとした時、入射角と反射角はそれぞれ交差角度の半分の４５度であった。交差角度が大きいと、多チャネル交差導波路群のサイズと交差損失とを小さくすることができる。一方、交差角度が小さいと、多チャネル交差導波路群のサイズが大きくなり、交差損失も増えやすくなる反面、良好な光フィルタの特性が得やすくなり、歩留まりが向上する。そこで、本実施形態では、交差角度を適切に設定することで、交差損失の増加を抑制しつつ、光フィルタへの入射角を小さくすることとした。
【００５１】
図１０は本発明の第４実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。図１１は本発明の第４実施形態における多チャネル交差導波路群の一態様を示した概略図である。
【００５２】
第１の多チャネル交差導波路群３１１の第ｍの挿入点近傍における第１のスラブ入出力導波路と第３のスラブ入出力導波路が交差する角度をθ１ｍ、第２の多チャネル交差導波路群３１２の挿入点近傍における第２のスラブ入出力導波路と第４のスラブ入出力導波路が交差する角度をθ２ｎとした時、θ１ｍとθ２ｎが３０度になるようにした。なお、交差角度は、２本の導波路が交差することで生じる２つの角度のうちの小さい方の角度として定義する。したがって、定義上、０＜θ１ｍ≦９０度、０＜θ２ｎ≦９０度となる。図１０では、２本のスラブ入出力導波路が交差することで生じる２つの角度３０度と１５０度のうち、小さい方の３０度を交差角θ１ｍ、θ２ｎとした。
【００５３】
図１２は本実施形態における、交差角度に対する交差導波路の過剰損失を示す。交差角度が３０度以上であれば、過剰損失を０．１ｄＢ以下に抑えることができる。もちろん、ここで目安として挙げた３０度は一例であり、条件によって変わりうる値である。例えば、導波路材料、組成、構造などが変われば、図１２に示した交差角度に対する過剰損失も変化するので、最小角度も変化する。また、過剰損失０．１ｄＢ以下は目安の一例であり、０．１ｄＢを超えたとしても本発明は適用可能である。
【００５４】
本実施形態の設計例を示す。第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１は、波長数Ｎｃｈ１＝４、中心波長λｃ１＝１．５４μｍ、周波数間隔Δｆ１＝２００ＧＨｚ、ＦＳＲ１＝８００ＧＨｚ、ガウシアン形状とし、第１のチャネル導波路群１１１の経路長差ΔＬ１＝２５３μｍに設定した。第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２は、波長数Ｎｃｈ２＝４、中心波長λｃ２＝１．３１μｍ、波長間隔Δλ２＝２０ｎｍ、ＦＳＲ２＝８０ｎｍ、フラット形状とし、第２のチャネル導波路群２１１の経路長差ΔＬ２＝１４．４５μｍに設定した。導波路の幅ｗを５μｍ、幅ｗｐを２０μｍ、幅ｗｐの導波路５６１〜５６４の長さを１．１ｍｍ、幅ｗｐの導波路５６５〜５６８の長さを０．５ｍｍ、テーパ導波路の長さを０．８ｍｍに設定した。多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４の間隔は１００μｍに設定した。
【００５５】
上記の設計値に基づき、基板４０１上にアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。作製した基板をダイシングし、チップに切り出した後、再度ダイシングにより、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点を結ぶ線上に溝３５１を、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ個の挿入点を結ぶ線上に溝３５２を形成した。そして、誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３１、３３２を、それぞれ溝３５１、３５２に挿入し、接着剤で固定した。本実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を複数作製し、透過スペクトルを評価したところ、再現性の良い特性を得た。
【００５６】
本実施形態では、θ１ｍ、θ２ｎは全て一定値としたが、例えばθ１１＝３０度、θ１２＝３１度のように、異なる値にしても良い。また、光フィルタはダイシングにより形成された溝に挿入したが、第１実施形態のように、スリットを形成し、光フィルタを埋め込んでも良い。
【００５７】
（第５実施形態）
図１３は本発明の第５実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。本実施形態では、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点と、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ個の挿入点を一直線上に配置した。このような構成にすることにより、１つの溝３５１を形成するだけで、第１の多チャネル交差導波路群３１１と第２の多チャネル交差導波路群３１２とに光フィルタ３３１、３３２を埋め込むことができ、生産性が向上する。
【００５８】
本実施形態の設計例を示す。第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１は、波長数Ｎｃｈ１＝４、中心波長λｃ１＝１．５５μｍ、周波数間隔Δｆ１＝２００ＧＨｚ、ＦＳＲ１＝８００ＧＨｚ、ガウシアン形状とし、第１のチャネル導波路群１１１の経路長差ΔＬ１＝２５３μｍに設定した。第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２は、波長数Ｎｃｈ２＝４、中心波長λｃ２＝１．３０５μｍ、波長間隔Δλ２＝５ｎｍ、ＦＳＲ２＝２０ｎｍ、フラット形状とし、第２のチャネル導波路群２１１の経路長差ΔＬ２＝５７．６μｍに設定した。多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４の間隔を３００μｍ、挿入点５０１〜５０４における第１のスラブ入出力導波路と第３のスラブ入出力導波路との交差角度を９０度、交差点５１１〜５１６の交差角度を９０度に設定した。
【００５９】
上記の設計値に基づき、基板４０１上にアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。作製した基板をダイシングし、チップに切り出した後、再度ダイシングにより、溝３５１を形成した。そして、誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３１、３３２を、それぞれ、溝３５１に挿入した。
【００６０】
（第６実施形態）
第２実施形態では、光フィルタの挿入点近傍のモードフィールドを変換したことで、光フィルタで生じる過剰損失を抑え、アレイ導波路回折格子型ルータの損失を低減した。これと同様に、交差点近傍において、モードフィールドを変換する手段を設け、モードフィールド径を適切に設定することで、交差導波路の交差損失を低減することができる。また、交差導波路を伝搬する光信号の高次モードや放射モードが所望の導波路以外に結合することを避けることができ、クロストークを改善することができる。
【００６１】
図１４は本発明の第６実施形態における多チャネル交差導波路群の一態様を示した概略図である。第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ・（Ｍ−１）／２個の交差点近傍において導波路のモードフィールド径が変換されている。図示しないが、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ・（Ｎ−１）／２個の交差点近傍においても同様に導波路のモードフィールド径が変換されている。
【００６２】
本実施形態では、モードフィールドを変換する手段として、導波路の幅を一定の割合で徐々に変化させた線形のテーパ導波路を使用した。図１４に示すように、交差点５１１〜５１６近傍において、入出力導波路の幅ｗがテーパ導波路５４３〜５４６を介して幅ｗｑに変換されている。また、交差点５１１〜５１６近傍において、スラブ入出力導波路の幅ｗがテーパ導波路５４７〜５５０を介して幅ｗｑに変換されている。交差点近傍では、幅ｗｑの導波路のモードフィールド径が、交差導波路の交差損失が抑制されるモードフィールド径と整合しているので、交差損失が低減される。
【００６３】
本実施形態では、さらに、第２実施形態で説明したような、多チャネル交差導波路群の挿入点近傍にモードフィールドを変換する手段を設け、スラブ入出力導波路と入出力導波路３２１とのモードフィールド径をＷからＷ１ｍ、Ｗ２ｎに変換する構成とした。より具体的には、多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４近傍において、スラブ入出力導波路の幅ｗがテーパ導波路５３１〜５３４を介して幅ｗｐに変換され、スラブ入出力導波路につながる幅ｗｑの導波路５７５〜５７８がテーパ導波路５３９〜５４２を介して幅ｗｐに変換され、入出力導波路につながる幅ｗｑの導波路５７１〜５７４がテーパ導波路５３５〜５３８を介して幅ｗｐに変換されている。
【００６４】
本実施形態の設計例を示す。導波路の幅ｗを６μｍ、幅ｗｑを１２μｍ、幅ｗから幅ｗｑに変換するテーパ導波路５４３〜５５０の長さを０．５ｍｍ、幅ｗｐを２０μｍ、幅ｗｑから幅ｗｐに変換するテーパ導波路５３５〜５４２の長さを０．３ｍｍ、幅ｗから幅ｗｐに変換するテーパ導波路５３１〜５３４の長さを０．７ｍｍ、幅ｗｐの導波路５６１〜５６４の長さを０．６ｍｍ、幅ｗｐの導波路５６５〜５６８の長さを０．３ｍｍに設定した。多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４の間隔は２００μｍ、幅ｗｐの導波路５６１〜５６４と、幅ｗｐの導波路５６５〜５６８との交差角度を６０度に設定した。
【００６５】
上記の設計値に基づき、基板４０１上に、図１４の構成の多チャネル交差導波路群を有するアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。作製した基板をダイシングし、チップに切り出した後、再度ダイシングにより溝３５１を形成し、誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３１を溝３５１に埋め込んだ。
【００６６】
作製したアレイ導波路回折格子型ルータの、幅ｗ、ｗｑ、ｗｐの導波路のモードフィールド径はそれぞれ、５μｍ、１０μｍ、１６μｍであった。交差点近傍のモードフィールド径を適切に設定したことで、交差導波路の交差損失を低減した。さらに、挿入点近傍のモードフィールド径を適切に設定したことで、光フィルタで生じる過剰損失を低減した。
【００６７】
本実施形態では、モードフィールドを変換する手段として、導波路の幅が線形に変化するテーパ導波路を使用したが、任意のモードフィールド変換手段を用いることができる。例えば、断面形状が非線形に変化する導波路、導波路が分断されたセグメント導波路、形状は一定で屈折率を徐々に変化させた導波路、コアの幅及び高さの少なくとも一方が連続的に変動する導波路（例えば、非特許文献３のＦｉｇ．２を参照）などを用いても良い。
【００６８】
また、本実施形態では、多チャネル交差導波路群の交差点５１１〜５１６近傍における導波路のモードフィールド径を全て一定にしたが、それぞれ任意の値に設定しても良い。また、多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４近傍における導波路のモードフィールド径を全て一定にしたが、それぞれ任意の値に設定しても良い。
【００６９】
（第７実施形態）
図１５は本発明の第７実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第１実施形態の構成と似ているが、多チャネル交差導波路群に接続されたモニター導波路３６１〜３６４、及び、モニター導波路３６５〜３６８を有する点で異なる。これらモニター導波路は、アレイ導波路回折格子型ルータの光学特性の検査を容易にする効果や、不要な光を放出し、アレイ導波路回折格子型ルータの特性劣化を防ぐ効果などがある。
【００７０】
図１６に、第１の多チャネル交差導波路群３１１の拡大図を示す。第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの１本の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの１本の導波路とが交差し、第１の挿入点５０１が形成されている。同様に、第２〜第４の挿入点５０２〜５０４が形成され、挿入点５０１〜５０４が並ぶ線５０９上に光フィルタ３３１が配置されている。また、挿入点５０１につながる第３のスラブ入出力導波路２２１と第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの３本の導波路とが交差し、交差点５１１、５１４、５１６が形成されている。また、挿入点５０２につながる第３のスラブ入出力導波路２２１と第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの２本の導波路とが交差し、交差点５１２、５１５が形成されている。また、挿入点５０３につながる第３のスラブ入出力導波路２２１と第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの１本の導波路とが交差し、交差点５１３が形成されている。挿入点５０１〜５０４には、基板端面に取り出される入出力導波路３２１が接続されている。さらに、挿入点５０１に、基板端面に取り出されるモニター導波路３６１が接続されている。さらにまた、挿入点５０２に、モニター導波路３６２が接続されており、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの１本の導波路と交差する交差点５１７を形成して基板端面に取り出されている。さらにまた、挿入点５０３に、モニター導波路３６３が接続されており、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの２本の導波路と交差する交差点５１８、５２０を形成して基板端面に取り出されている。さらにまた、挿入点５０４に、モニター導波路３６４が接続されており、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの３本の導波路と交差する交差点５１９、５２１、５２２を形成して基板端面に取り出されている。挿入点５０１〜５０４と入出力導波路３２１との間の交差点５１１〜５１６の数はＭ・（Ｍ−１）／２個であり、本実施形態ではＭ＝４に設定したので６個であったが、モニター導波路３６１〜３６４を加えたことで、第１の多チャネル交差導波路群３１１における交差点の数はＭ・（Ｍ−１）／２個以上となった。具体的には、本実施形態の第１の多チャネル交差導波路群３１１では、１２個となった。
【００７１】
第２の多チャネル交差導波路群３１２は、第１の多チャネル交差導波路群３１１と同様に、第２のスラブ入出力導波路１２２のうちの１本の導波路と第４のスラブ入出力導波路２２２のうちの１本の導波路とが交差し、第１の挿入点５０１が形成されている。同様に、第２〜第４の挿入点５０２〜５０４が形成され、挿入点５０１〜５０４が並ぶ線上に光フィルタ３３２が配置されている。また、Ｎ・（Ｎ−１）／２個の交差点が形成され、挿入点５０１〜５０４には、基板端面に取り出される入出力導波路３２２が接続されている。さらに、挿入点５０１〜５０４に、それぞれ基板端面に取り出されるモニター導波路３６５〜３６８が接続されている。
【００７２】
本実施形態の設計例を示す。第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１は、波長数Ｎｃｈ１＝４、中心波長λｃ１＝１．５７μｍ、周波数間隔Δｆ１＝２００ＧＨｚ、ＦＳＲ１＝８００ＧＨｚ、ガウシアン形状とし、第１のチャネル導波路群１１１の経路長差ΔＬ１＝２５３μｍに設定した。第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２は、波長数Ｎｃｈ２＝４、中心波長λｃ２＝１．２９μｍ、波長間隔Δλ２＝２０ｎｍ、ＦＳＲ２＝８０ｎｍ、フラット形状とし、第２のチャネル導波路群２１１の経路長差ΔＬ２＝１４．２３μｍに設定した。多チャネル交差導波路群の挿入点５０１〜５０４の間隔を２００μｍ、挿入点５０１〜５０４における第１のスラブ入出力導波路と第３のスラブ入出力導波路との交差角度を６０度、交差点５１１〜５１６の交差角度を６０度に設定した。
【００７３】
上記の設計値に基づき、基板４０１上にアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。作製したアレイ導波路回折格子型ルータ４１１の入出力導波路３２１と入出力導波路３２２とを用いて第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１の透過スペクトルを評価した。また、モニター導波路３６１〜３６４とモニター導波路３６５〜３６８を用いて第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２の透過スペクトルを評価した。透過スペクトルを評価した後、ダイシングにより、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点を結ぶ線上に溝３５１を、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ個の挿入点を結ぶ線上に溝３５２を形成し、図３で示した特性の光フィルタ３３１、３３２を、それぞれ溝３５１、３５２に挿入し、接着剤で固定した。なお、入出力導波路とモニター導波路を入れ替え、図６で示した特性の光フィルタを用いても良い。
【００７４】
（第８実施形態）
図１７は本発明の第８実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。本実施形態では、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点を結ぶ線上に第１のマーカ５８１が形成され、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ個の挿入点を結ぶ線上に第２のマーカ５９１が形成されている。これらマーカを用いることにより、精度良く溝の位置を形成することができる。
【００７５】
本実施形態の設計例を示す。第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１は、波長数Ｎｃｈ１＝８、中心波長λｃ１＝１．５４μｍ、周波数間隔Δｆ１＝１００ＧＨｚ、ＦＳＲ１＝８００ＧＨｚ、ガウシアン形状とし、第１のチャネル導波路群１１１の経路長差ΔＬ１＝２５３μｍに設定した。第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２は、波長数Ｎｃｈ２＝８、中心波長λｃ２＝１．３μｍ、波長間隔Δλ２＝２．５ｎｍ、ＦＳＲ２＝２０ｎｍ、フラット形状とし、第２のチャネル導波路群２１１の経路長差ΔＬ２＝５７．４μｍに設定した。多チャネル交差導波路群の挿入点の間隔を１００μｍ、挿入点における交差角度を６０度に設定した。
【００７６】
上記の設計値に基づき、基板４０１上にアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。作製した基板をダイシングし、チップに切り出した後、第１のマーカ５８１と第２のマーカ５９１とを目印にし、再度ダイシングにより、溝３５１を形成した。そして、誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３１、３３２を、溝３５１に挿入した。
【００７７】
（第９実施形態）
図１８は本発明の第９実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第１〜第８の実施形態ではＭ＝Ｎとしたが、本実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータはＭ＝２、Ｎ＝８とした。
【００７８】
より詳細には、第１のスラブ入出力導波路１２１と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの２本の導波路とが交差し形成された第１の多チャネル交差導波路群３１１、第２のスラブ入出力導波路１２２と第４のスラブ入出力導波路２２２のうちの８本の導波路とが交差し形成された第２の多チャネル交差導波路群３１２、第１の多チャネル交差導波路群３１１から基板端面に取り出される入出力導波路３２１、及び第２の多チャネル交差導波路群３１２から基板端面に取り出される入出力導波路３２２からなる。
【００７９】
本実施形態では、第１のスラブ入出力導波路１２１を２本、第２のスラブ入出力導波路１２２を８本、第３のスラブ入出力導波路２２１を２本、第４のスラブ入出力導波路２２２を８本、入出力導波路３２１を２本、入出力導波路３２２を８本、Ｍ＝２、Ｎ＝８とした。このように、Ｍ≠Ｎのアレイ導波路回折格子型ルータであっても本発明を適用することができる。
【００８０】
（第１０実施形態）
図１９は本発明の第１０実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第１〜第９の実施形態では、第１のスラブ入出力導波路１２１と第３のスラブ入出力導波路２２１と入出力導波路３２１との本数をＭに等しくし、第２のスラブ入出力導波路１２２と第４のスラブ入出力導波路２２２と入出力導波路３２２との本数をＮに等しくしたが、本実施形態のように異なっていても良い。
【００８１】
より詳細には以下の通り説明する。図１９に示すように、本実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータ４１１の第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１の波長数Ｎｃｈ１を８とし、第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２の波長数Ｎｃｈ２を８とした。もちろん、Ｎｃｈ１とＮｃｈ２は異なっていても良い。
【００８２】
第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１の第１のスラブ導波路１０１に接続された８本の導波路のうちの１本目と３〜６本目の合計５本を第１のスラブ入出力導波路１２１とし、第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２の第３のスラブ導波路２０１に接続された６本の導波路のうちの３〜６本目の合計４本を第２のスラブ入出力導波路２２１とした。そして、５本の第１のスラブ入出力導波路１２１と４本の第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの４（＝Ｍ）本の導波路とが交差し、第１の多チャネル交差導波路群３１１が形成されている。また、第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１の第２のスラブ導波路１０２に接続された６本の導波路を第２のスラブ入出力導波路１２２とし、第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２の第４のスラブ導波路２０２に接続された５本の導波路を第４のスラブ入出力導波路２２２とした。そして、６本の第２のスラブ入出力導波路１２２と５本の第４のスラブ入出力導波路２２２のうちの４（＝Ｎ）本の導波路が交差し、第２の多チャネル交差導波路群３１２が形成されている。第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの１本はモニター導波路３６１とし、第２のスラブ入出力導波路１２２のうちの２本はモニター導波路３６６、３６７とし、第４のスラブ入出力導波路２２２のうちの１本はモニター導波路３６８とし、基板端面に取り出されている。
【００８３】
さらに、第７実施形態で説明したように、第１の多チャネル交差導波路群３１１の挿入点に、それぞれ基板端面に取り出されるモニター導波路３６２〜３６５が接続されており、第２の多チャネル交差導波路群３１２の挿入点に、それぞれ基板端面に取り出されるモニター導波路３６９〜３７２が接続されている。
【００８４】
本実施形態の設計例を示す。第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１は、中心波長λｃ１＝１．５４μｍ、周波数間隔Δｆ１＝１００ＧＨｚ、ＦＳＲ１＝８００ＧＨｚ、ΔＬ１＝２５３μｍに設定した。第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２は、中心波長λｃ２＝１．３μｍ、波長間隔Δλ２＝２．５ｎｍ、ＦＳＲ２＝２０ｎｍ、ΔＬ２＝５７．４μｍに設定した。
【００８５】
上記の設計値に基づき、基板４０１上にアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。作製したアレイ導波路回折格子型ルータ４１１の入出力導波路３２１と入出力導波路３２２とモニター導波路３６１とモニター導波路３６６、３６７とを用いて第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１の透過スペクトルを評価した。また、モニター導波路３６２〜３６５とモニター導波路３６８〜３７２とを用いて第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２の透過スペクトルを評価した。透過スペクトルを評価した後、サンドブラストにより、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点を結ぶ線上に溝３５１を、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ個の挿入点を結ぶ線上に溝３５２を形成し、光フィルタ３３１、３３２を、それぞれ溝３５１、３５２に挿入し、接着剤で固定した。
【００８６】
（第１１実施形態）
図２０は本発明の第１１実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第１〜第１０の実施形態では、第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１と第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２との波長帯及びチャネル間隔が大きく異なっていたが、波長帯やチャネル間隔が近くても本発明は有用である。例えば、Ｃ帯用ＡＷＧ型波長合分波器をＬ帯で使用すると周波数グリッドからのずれが生じる。そこで、第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１をＣ帯設計とし、第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２をＬ帯設計とし、本発明を適用することにより、Ｃ帯とＬ帯が共に周波数グリッドに合うアレイ導波路回折格子型ルータを実現することができる。
【００８７】
本実施形態の設計例を示す。第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１は、波長数Ｎｃｈ１＝１６、中心波長λｃ１＝１．５５μｍ、周波数間隔Δｆ１＝１００ＧＨｚ、ＦＳＲ１＝１６００ＧＨｚ、ガウシアン形状とし、第１のチャネル導波路群１１１の経路長差ΔＬ１＝１２６μｍに設定した。第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２は、波長数Ｎｃｈ２＝１６、中心波長λｃ２＝１．５９μｍ、周波数間隔Δｆ２＝１００ＧＨｚ、ＦＳＲ２＝１６００ＧＨｚ、ガウシアン形状とし、第２のチャネル導波路群２１１の経路長差ΔＬ２＝１２６μｍに設定した。
【００８８】
上記の設計値に基づき、基板４０１上にアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。作製したアレイ導波路回折格子型ルータ４１１の入出力導波路３２１と入出力導波路３２２とを用いて第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１の透過スペクトルを評価した。また、モニター導波路３６１〜３６８とモニター導波路３６９〜３７６とを用いて第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２の透過スペクトルを評価した。透過スペクトルを評価した後、ダイシングにより、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ＝８個の挿入点と、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ＝８個の挿入点を結ぶ線上に溝３５１を形成し、Ｌ帯を透過し、Ｃ帯を反射する光フィルタ３３１、３３２を、溝３５１に挿入した。
【００８９】
図２１に、作製したアレイ導波路回折格子型ルータの透過スペクトルを示す。Ｃ帯とＬ帯が共に周波数グリッドに合うことを確認した。
【００９０】
（第１２実施形態）
図２２は本発明の第１２実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。第１〜第１１の実施形態では、多チャネル交差導波路群の挿入点を結ぶ線上に光フィルタが１つ配設されていたが、本実施形態のように、複数の光フィルタが配設されていても良い。
【００９１】
本実施形態の設計例を示す。第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１は、波長数Ｎｃｈ１＝１６、中心波長λｃ１＝１．５７μｍ、周波数間隔Δｆ１＝１００ＧＨｚ、ＦＳＲ１＝１６００ＧＨｚ、ガウシアン形状とし、第１のチャネル導波路群１１１の経路長差ΔＬ１＝１２７μｍに設定した。第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２は、波長数Ｎｃｈ２＝１６、中心波長λｃ２＝１．３μｍ、波長間隔Δλ２＝２．５ｎｍ、ＦＳＲ２＝４０ｎｍ、フラット形状とし、第２のチャネル導波路群２１１の経路長差ΔＬ２＝２８．７μｍに設定した。多チャネル交差導波路群の第１〜第８の挿入点の間隔を１００μｍ、第８と第９の挿入点の間隔を２０００μｍ、第９〜第１６の挿入点の間隔を１００μｍに設定した。挿入点における交差角度は６０度に設定した。
【００９２】
本実施形態では、第１のスラブ入出力導波路１２１を１６本、第２のスラブ入出力導波路１２２を１６本、第３のスラブ入出力導波路２２１を１６本、第４のスラブ入出力導波路２２２を１６本、入出力導波路３２１を１６本、入出力導波路３２２を１６本、Ｍ＝１６、Ｎ＝１６としたが、もちろん、その他の本数であってもかまわない。
【００９３】
上記の設計値に基づき、基板４０１上にアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。作製した基板をダイシングし、チップに切り出した後、再度ダイシングにより、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ＝１６個の挿入点を結ぶ線上に溝３５１を、第２の多チャネル交差導波路群３１２のＮ＝１６個の挿入点を結ぶ線上に溝３５１を形成した。そして、誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３１、３３２を溝３５１に挿入し、光フィルタ３３２が第９〜第１６の挿入点を、光フィルタ３３１が第１〜第８の挿入点を通るよう位置を調整し固定した。また誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３３、３３４を溝３５１に挿入し、光フィルタ３３３が第９〜第１６の挿入点を、光フィルタ３３４が第１〜第８の挿入点を通るよう位置を調整し固定した。その後、１本もしくは複数本の光ファイバが束ねられた第１のファイバブロック６１１を、入出力導波路３２１のうちの１つもしくは複数に接続した。また、１本もしくは複数本の光ファイバが束ねられた第２のファイバブロック６１２を、入出力導波路３２２のうちの１つもしくは複数に接続した。
【００９４】
本実施形態では、第１の多チャネル交差導波路群のＭ個の挿入点を結ぶ線上に二つの光フィルタを配設し、第２の多チャネル交差導波路群のＮ個の挿入点を結ぶ線上に二つの光フィルタを配設したが、三つ以上の光フィルタを配設しても良い。また、それぞれの光フィルタと交わる挿入点の数は任意である。
【００９５】
（第１３実施形態）
図２３は本発明の第１３実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。図２３に示すように、本実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータ４１１は、基板４０１上に形成された、第１のスラブ導波路１０１、第２のスラブ導波路１０２、第１のスラブ導波路１０１と第２のスラブ導波路１０２とを接続し、それぞれ所定の経路長差ΔＬ１で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第１のチャネル導波路群１１１、第１のスラブ導波路１０１に接続された第１のスラブ入出力導波路１２１、及び第２のスラブ導波路１０２に接続された第２のスラブ入出力導波路１２２からなる第１のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型波長合分波器３０１と、第３のスラブ導波路２０１、第４のスラブ導波路２０２、第３のスラブ導波路２０１と第４のスラブ導波路２０２とを接続し、それぞれ所定の経路長差ΔＬ２で順次経路長が長くなる複数本のチャネル導波路の集合体からなる第２のチャネル導波路群２１１、第３のスラブ導波路２０１に接続された第３のスラブ入出力導波路２２１、及び第４のスラブ導波路２０２に接続された第４のスラブ入出力導波路２２２からなる第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２と、第１のスラブ入出力導波路１２１と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちのＭ（Ｍは２以上の整数）本の導波路とが交差し形成された第１の多チャネル交差導波路群３１１と、第１の多チャネル交差導波路群３１１から基板端面に取り出される入出力導波路３２１と、第２のスラブ入出力導波路１２２から基板端面に取り出される入出力導波路３２３と、第４のスラブ入出力導波路２２２から基板端面に取り出される入出力導波路３２２とからなる。
【００９６】
本実施形態では、第１のスラブ入出力導波路１２１を４本、第２のスラブ入出力導波路１２２を４本、第３のスラブ入出力導波路２２１を４本、第４のスラブ入出力導波路２２２を４本、入出力導波路３２１を４本、入出力導波路３２２を４本、入出力導波路３２３を４本、Ｍ＝４としたが、もちろん、その他の本数であってもかまわない。
【００９７】
第１の多チャネル交差導波路群３１１は図２と同様の構成とした。すなわち、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの１本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの１本目の導波路とが交差し、第１の挿入点５０１が形成されている。また、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの２本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの２本目の導波路とが交差し、第２の挿入点５０２が形成されている。また、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの３本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの３本目の導波路とが交差し、第３の挿入点５０３が形成されている。また、第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの４本目の導波路と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの４本目の導波路とが交差し、第４の挿入点５０４が形成されている。さらに、第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの１本目の導波路と第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの２〜４本目の導波路とが交差し、交差点５１１、５１４、５１６が形成されている。さらにまた、第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの２本目の導波路と第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの３、４本目の導波路とが交差し、交差点５１２、５１５が形成されている。さらにまた、第３のスラブ入出力導波路２２１のうちの３本目の導波路と第１のスラブ入出力導波路１２１のうちの４本目の導波路とが交差し、交差点５１３が形成されている。これら交差点５１１〜５１６の数はＭ・（Ｍ−１）／２個であり、本実施形態ではＭ＝４に設定したので６個である。そして、Ｍ個の挿入点５０１〜５０４は一つの線上に並べられ、Ｍ個の挿入点５０１〜５０４を結ぶ線５０９上に光フィルタ３３１が配設されている。
【００９８】
本実施形態の設計例を示す。第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１は、波長数Ｎｃｈ１＝４、中心波長λｃ１＝１．５８μｍ、周波数間隔（チャネル間隔）Δｆ１＝２００ＧＨｚ、ＦＳＲ１＝８００ＧＨｚ、ガウシアン形状とし、第１のチャネル導波路群１１１の経路長差ΔＬ１＝２５３μｍに設定した。第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２は、波長数Ｎｃｈ２＝４、中心波長λｃ２＝１．３μｍ、波長間隔（チャネル間隔）Δλ２＝２０ｎｍ、ＦＳＲ２＝８０ｎｍ、フラット形状とし、第２のチャネル導波路群２１１の経路長差ΔＬ２＝１４．３５μｍに設定した。第１の多チャネル交差導波路群３１１の挿入点５０１〜５０４の間隔を２５０μｍ、挿入点５０１〜５０４における第１のスラブ入出力導波路と第３のスラブ入出力導波路との交差角度を９０度、交差点５１１〜５１６の交差角度を９０度に設定した。
【００９９】
上記の設計値に基づき、基板４０１上にアレイ導波路回折格子型ルータ４１１を形成した。そして、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点を結ぶ線上にスリット３４１を形成し、図３に示した特性の誘電体多層膜フィルタからなる光フィルタ３３１を、スリット３４１に埋め込んだ。
【０１００】
作製したアレイ導波路回折格子型ルータの入出力導波路３２１の１本目に光を入力し、入出力導波路３２２の１〜４本目より出力した光の透過スペクトルは図４（ａ）と類似の特性となり、それぞれ波長１３３１ｎｍ、１２７１ｎｍ、１２９１ｎｍ、１３１１ｎｍが出力された。また、入出力導波路３２１の１本目に光を入力し、入出力導波路３２３の１〜４本目より出力した光の透過スペクトルは図４（ｂ）と類似の特性となり、それぞれ波長１５７５．３７ｎｍ、１５７７．０３ｎｍ、１５７８．６９ｎｍ、１５８０．３５ｎｍが出力された。さらに、入出力導波路３２２、３２３から光を入力し、入出力導波路３２１より出力した光の透過スペクトルも図４（ａ）、（ｂ）と類似の特性となった。以上の測定結果から、１．３μｍ帯では２０ｎｍ間隔、１．５μｍ帯では２００ＧＨｚ間隔の周回性ＡＷＧとして機能するアレイ導波路回折格子型ルータを実現した。
【０１０１】
以上、本実施形態では、長波長側の波長を透過し、短波長側の波長を反射する光フィルタを用いたが、その他の設計の光フィルタを用いることができる。例えば、ある波長帯を透過し、他を反射するバンドパスフィルタ、あるいは、ある波長帯を反射し、他を透過するバンドストップフィルタを用いても良い。また、短長波長側の波長を透過し、長波長側の波長を反射する光フィルタを用いても良い。
【０１０２】
（第１４実施形態）
図２４は本発明の第１４実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。
【０１０３】
図２５に、第１の多チャネル交差導波路群３１１の拡大図を示す。
【０１０４】
本実施形態の第１の多チャネル交差導波路群３１１において、第２実施形態で説明した特徴を導入した（第２実施形態を参照）。より詳細には、第１の多チャネル交差導波路群３１１の挿入点近傍における第１のスラブ入出力導波路１２１と第３のスラブ入出力導波路２２１と入出力導波路３２１とのモードフィールド径がＷからＷ１ｍ（ｍ＝１，２，．．．，Ｍ）に変換されている。このように、挿入点近傍にモードフィールド変換手段を設け、導波路のモードフィールド径Ｗを、光フィルタ中で設定したいモードフィールド径Ｗ１ｍに変換することで、光フィルタ中での回折を抑制し、損失を抑制した。
【０１０５】
また、本実施形態の第１の多チャネル交差導波路群３１１において、第３実施形態で説明した特徴を導入した（第３実施形態を参照）。より詳細には、第１の多チャネル交差導波路群３１１の第ｍ´（ｍ´＝１，２，．．．，Ｍ−１）の挿入点と第ｍ´＋１の挿入点との間の距離が（Ｗ１ｍ´＋Ｗ１ｍ´+１）／２より大きくなるよう設定した。このように、多チャネル交差導波路群の挿入点間の距離をモードフィールド径より広くすることで、隣接する挿入点の導波路へのクロストークを抑制した。
【０１０６】
さらに、本実施形態の第１の多チャネル交差導波路群３１１において、第４実施形態で説明した特徴を導入した（第４実施形態を参照）。より詳細には、第１の多チャネル交差導波路群３１１の第ｍの挿入点近傍における第１のスラブ入出力導波路１２１と第３のスラブ入出力導波路２２１とが交差する角度をθ１ｍとしたとき、θ１ｍが３０度以上になるようにした。交差角度を適切に設定することで、交差損失の増加を抑制しつつ、光フィルタへの入射角を小さくすることとした。
【０１０７】
さらにまた、本実施形態の第１の多チャネル交差導波路群３１１において、第６実施形態で説明した特徴を導入した（第６実施形態を参照）。より詳細には、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ・（Ｍ−１）／２個の交差点近傍において、導波路のモードフィールド径が変換されている。交差点近傍において、モードフィールドを変換する手段を設け、モードフィールド径を適切に設定することで、交差導波路の交差損失を低減できる。また、交差導波路を伝搬する光信号の高次モードや放射モードが所望の導波路以外に結合することを避けることができ、クロストークを改善できる。
【０１０８】
図２６に、第４のスラブ入出力導波路２２２又は第２のスラブ入出力導波路１２２に接続された入出力導波路３２２、３２３付近の交差導波路３１３の拡大図を示す。第２のスラブ入出力導波路１２２のうちのＮ１本の導波路と、第４のスラブ入出力導波路２２２のうちのＮ２本の導波路が交差し、Ｎ１×Ｎ２個の交差点５１ｌ〜５２６が形成されている。そして、交差点５１ｌ〜５２６近傍において導波路のモードフィールド径が変換されている。
【０１０９】
本実施形態では、モードフィールドを変換する手段として、導波路の幅を一定の割合で徐々に変化させた線形のテーパ導波路を使用した。図２６に示すように、交差点５１１〜５２６近傍において、スラブ入出力導波路１２２の幅ｗがテーパ導波路５３１〜５３４を介して幅ｗｑに変換され、幅ｗｑの導波路５７１〜５７４がテーパ導波路５４３〜５４６を介して幅ｗに変換され、入出力導波路３２３より基板端面に取り出される。また、スラブ入出力導波路２２２の幅ｗがテーパ導波路５３５〜５３８を介して幅ｗｑに変換され、幅ｗｑの導波路５７５〜５７８がテーパ導波路５３９〜５４２を介して幅ｗに変換され、入出力導波路３２２より基板端面に取り出される。
【０１１０】
本実施形態の設計例を示す。導波路の幅ｗを６μｍとし、第１の多チャネル交差導波路群３１１において、幅ｗｑを１５μｍ、幅ｗｐを２０μｍ、幅ｗから幅ｗｑに変換するテーパ導波路５４４〜５４９の長さを０．４ｍｍ、幅ｗｑから幅ｗｐに変換するテーパ導波路５３６〜５４１の長さを０．３ｍｍ、幅ｗから幅ｗｐに変換するテーパ導波路５３１〜５３４、５３５、５４２の長さを０．７ｍｍ、幅ｗｐの導波路５６１〜５６４の長さを０．６ｍｍ、幅ｗｐの導波路５６５〜５６８の長さを０．３ｍｍ、挿入点５０１〜５０４の間隔は２００μｍ、幅ｗｐの導波路５６１〜５６４と、幅ｗｐの導波路５６５〜５６８の交差角度を６０度に設定した。また、交差導波路３１３において、幅ｗｑを１５μｍ、幅ｗから幅ｗｑに変換するテーパ導波路５３１〜５４６の長さを０．４ｍｍ、幅ｗｑの導波路５７１〜５７４と幅ｗｑの導波路５７５〜５７８の交差角度を９０度に設定した。
【０１１１】
本実施形態では、第２のスラブ入出力導波路１２２と第４のスラブ入出力導波路２２２とを交差させる構成とした。それにより、図２３の構成に比べ、入出力導波路３２２、３２３をよりコンパクトに基板端面に取り出すことができ、チップサイズを小型化できる。なお、第２のスラブ導波路と第４のスラブ導波路とを交差させるなど、入出力導波路以外で交差させても良い。
【０１１２】
（第１５実施形態）
図２７は本発明の第１５実施形態におけるアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。図２７に示すように、本実施形態のアレイ導波路回折格子型ルータ４１１は、第１のＡＷＧ型波長合分波器３０１、第２のＡＷＧ型波長合分波器３０２、第１のスラブ入出力導波路１２１と第３のスラブ入出力導波路２２１のうちのＭ（Ｍは２以上の整数）本の導波路とが交差し形成された第１の多チャネル交差導波路群３１１、第１の多チャネル交差導波路群３１１から基板端面に取り出される入出力導波路３２１、及び第２のスラブ入出力導波路１２２と第４のスラブ入出力導波路２２２から基板端面に取り出される入出力導波路３２２からなる。
【０１１３】
本実施形態では、第２のスラブ入出力導波路１２２と第４のスラブ入出力導波路２２２とが交差し、光フィルタ３３２が配設されている。本構成により、任意の波長帯であってかつ任意の波長間隔を持つ光信号を合分波することの可能なＭ×１のアレイ導波路回折格子型ルータが実現された。
【０１１４】
（第１６実施形態）
図２８は本発明の第１６実施形態に係るアレイ導波路回折格子型ルータの一態様を示した概略図である。
【０１１５】
本実施形態の第１の多チャネル交差導波路群３１１において、第７実施形態で説明した特徴を導入した（第７実施形態を参照）。より詳細には、第１の多チャネル交差導波路群３１１のＭ個の挿入点に、それぞれ基板端面に取り出されるモニター導波路３６１〜３７６を接続した。
【０１１６】
また、本実施形態の第１の多チャネル交差導波路群３１１において、第８実施形態で説明した特徴を導入した（第８実施形態を参照）。より詳細には、Ｍ個の挿入点を結ぶ線上にマーカ５８１〜５８３を形成した。これらのマーカを目印にし、ダイシングにより、溝３５１を形成した。そして２枚の光フィルタ３３１、３３２を溝３５１に挿入した。
【０１１７】
（その他の実施形態）
なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本発明に含まれるものである。
【０１１８】
以上、説明した実施形態における設計例は、シリコン基板上に形成された石英光導波路を用いた場合の例であり、その導波路材料がポリイミド、シリコン、半導体、ＬｉＮｂＯ２などであっても良いし、基板材質が石英などであっても良い。また、光フィルタとして誘電体多層膜フィルタを用いたが、任意の材料の光フィルタを用いることができる。
【０１１９】
以上、説明した実施形態では、第１のＡＷＧ型波長合分波器のチャネル導波路は基板の上の端面に向けて順次経路長が長くなり、第２のＡＷＧ型波長合分波器のチャネル導波路は基板の下の端面に向けて順次経路長が長くなるようレイアウトしたが、共に同じ端面に向けて順次経路長が長くなるようレイアウトしてかまわない。また、チップに対し、斜めにレイアウトしてもかまわない。
【０１２０】
以上、各実施形態で説明したアレイ導波路回折格子型ルータの任意の入出力導波路に光ファイバを接続し、光モジュールに収めても良い。そして、ペルチェ素子でチップの温度を調整しても良いし、ＡＷＧ型波長合分波器をアサーマル化し、温度変化に対する波長ずれを抑制しても良い。
【符号の説明】
【０１２１】
１０１  第１のスラブ導波路
１０２  第２のスラブ導波路
１１１  第１のチャネル導波路群
１２１  第１のスラブ入出力導波路
１２２  第２のスラブ入出力導波路
２０１  第３のスラブ導波路
２０２  第４のスラブ導波路
２１１  第２のチャネル導波路群
２２１  第３のスラブ入出力導波路
２２２  第４のスラブ入出力導波路
３０１  第１のアレイ導波路回折格子
３０２  第２のアレイ導波路回折格子
３１１  第１の多チャネル交差導波路群
３１２  第２の多チャネル交差導波路群
３１３  交差導波路
３２１〜３２３  入出力導波路
３３１〜３３４  光フィルタ
３４１，３４２  スリット
３５１，３５２  溝
３６１〜３９２  モニター導波路
４０１  基板
４１１  アレイ導波路回折格子型ルータ
５０１〜５０４  挿入点
５０９  挿入点を結ぶ線
５１１〜５２６  交差点
５３１〜５５０  テーパ導波路
５６１〜５６８  幅ｗｐの導波路
５７１〜５７８  幅ｗｑの導波路
５８１〜５８３  第１のマーカ
５９１，５９２  第２のマーカ
６０１〜６０３  光ファイバ
６１１  第１のファイバブロック
６１２  第２のファイバブロック
６１３  第３のファイバブロック
９０１  入力側スラブ導波路
９０２  出力側スラブ導波路
９１１  アレイ導波路
９２１  入力導波路
９２２  出力導波路
９３１〜９３８  １．３／１．５μｍ分離光フィルタ
９４１〜９５６  光ファイバ
９６１〜９６４  ファイバブロック
９７１  １．５μｍ帯用のＡＷＧ型波長合分波器
９８１  １．３μｍ帯用のＡＷＧ型波長合分波器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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