(57)【要約】  本発明は、基板上に形成された第１のスラブ導波路と、前記基板上に形成された第２のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された第１の入出力導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された第２の入出力導波路と、前記第１のスラブ導波路と前記第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２以上のチャネル導波路群と、前記第１のスラブ導波路及び前記第２のスラブ導波路の少なくとも一方に配設された光フィルタと、を備えることを特徴とするアレイ導波路回折格子である。
2013105466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１のスラブ導波路と、
前記基板上に形成された第２のスラブ導波路と、
前記第１のスラブ導波路に接続された第１の入出力導波路と、
前記第２のスラブ導波路に接続された第２の入出力導波路と、
前記第１のスラブ導波路と前記第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２以上のチャネル導波路群と、
前記第１のスラブ導波路及び前記第２のスラブ導波路の少なくとも一方に配設された光フィルタと、
を備えることを特徴とするアレイ導波路回折格子。
【請求項２】
前記光フィルタが、配設される前記第１のスラブ導波路に接続される前記第１の入力導波路または前記第２のスラブ導波路に接続される前記第２の入力導波路から入力された信号光を波長帯毎に前記２以上のチャネル導波路群へ分波、
あるいは波長帯毎に前記２以上のチャネル導波路群から入力された信号光を、配設される第１のスラブ導波路に接続される前記第１の入力導波路または前記第２のスラブ導波路に接続される前記第２の入力導波路に合波す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。
【請求項３】
前記２以上のチャネル導波路群が、それぞれ異なる経路長差を持つことを特徴とする請求項１または２に記載のアレイ導波路回折格子。
【請求項４】
前記第１のスラブ導波路及び前記第２のスラブ導波路に、前記チャネル導波路群との接続部が形成され、
当該接続部が、前記チャネル導波路群の数と同数であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアレイ導波路回折格子。
【請求項５】
前記第１のスラブ導波路に形成される２本のスラブ中心軸、及び前記第２のスラブ導波路に形成される２本のスラブ中心軸のうち少なくとも一方が直交す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アレイ導波路回折格子。
【請求項６】
前記第１のスラブ導波路に形成される２本のスラブ中心軸のチャネル導波路群で挟まれる側の角度、及び前記第２のスラブ導波路に形成される２本のスラブ中心軸のチャネル導波路群で挟まれる側の角度のうち少なくとも一方が、９０度より小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアレイ導波路回折格子。
【請求項７】
前記第１のスラブ導波路における２本のスラブ長、及び前記第２のスラブ導波路における２本のスラブ長のうち少なくとも一方が等しいことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のアレイ導波路回折格子。
【請求項８】
前記第一のスラブ導波路又は前記第二のスラブ導波路のうち、前記光フィルタの配設されたいずれかで、前記光フィルタを通過する光が前記光フィルタの通過によって生じる光路のずれの分だけ、前記第一の入出力導波路の側の中心軸又は前記第二の入出力導波路の側の中心軸と前記チャネル導波路群の側の中心軸とがずれていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のアレイ導波路回折格子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のアレイ導波路回折格子と、当該アレイ導波路回折格子を構成する前記第１の入出力導波路と接続される少なくとも１本のファイバが保持された第１のファイバブロックと、前記アレイ導波路回折格子を構成する前記第２の入出力導波路と接続される少なくとも１本の光ファイバが保持された第２のファイバブロックと、
前記第１のファイバブロックと繋がる第１の光コネクタと、
前記第２のファイバブロックと繋がる第２の光コネクタと、
を含むことを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載のアレイ導波路回折格子と、加入者装置と、局側装置と、を備え、
前記アレイ導波路回折格子と加入者装置及び前記局側装置が光ファイバで接続され、
前記アレイ導波路回折格子における一方の前記入出力導波路群から入力される信号光の波長帯及び波長間隔と、他方の前記入出力導波路群から入力される信号光の波長帯及び波長間隔が異なる信号光であ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、アレイ導波路回折格子、当該アレイ導波路回折格子を備えた光モジュール及び光通信システムに関する。さらに詳しくは、波長多重通信用の光合分波に関し、異なる波長帯であってかつ異なる波長間隔を持つ光信号を振り分けることの可能な光合分波回路となるアレイ導波路回折格子、当該アレイ導波路回折格子を備えた光モジュール及び光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＰＯＮ）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個のセンタ装置およ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化（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）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（ＧＥ−ＰＯＮ）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。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。【０００５】
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化（ＴＤＭ）及び波長分割多重化（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）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。）。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光合分波器が必要であるため、かかる波長光合分波器として、アレイ導波路回折格子を用いることが考えられる。【０００６】
波長光合分波器であるアレイ導波路回折格子は、入力導波路と、入力側スラブ導波路と、出力導波路と、出力側スラブ導波路と、入力側スラブ導波路と出力側スラブ導波路を接続するチャネル導波路群から構成されており、チャネル導波路群は、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からなる（例えば、特許文献１、特許文献２または特許文献３を参照。）。かかるアレイ導波路回折格子は、適用するシステムに合わせて波長帯や波長間隔を設定することができ、例えば、１．３μｍ帯広波長間隔のアレイ導波路回折格子や、１．５μｍ帯狭波長間隔のアレイ導波路回折格子等が報告されている。しかし、アレイ導波路回折格子の波長間隔は、チャネル導波路群の経路長差に依存するため、１．３μｍ帯では広波長間隔、１．５μｍ帯では狭波長間隔の信号光を振り分けすることのできるアレイ導波路回折格子は、これまでの技術では実現不可能であった。【０００７】
そこで、１．３μｍ帯では広波長間隔、１．５μｍ帯では狭波長間隔の信号光を振り分けすることのできるアレイ導波路回折格子として、１．３μｍ帯（波長帯Ａ）、広波長間隔（波長間隔Ｘ）の信号光の波長振り分けを行う機能を有するアレイ導波路回折格子と、１．５μｍ帯（波長帯Ｂ）、狭波長間隔（波長間隔Ｙ）の信号光の波長振り分けを行うアレイ導波路回折格子を組み合わせて用いて、各アレイ導波路回折格子の入出力ポートを、それぞれ、光フィルタを介して接続することが考えられ、検討が進められた。【０００８】
図２２は、２つのアレイ導波路回折格子３０２、３０３と、入出力ポートを接続する多数の光フィルタ３０１、３０４を組み合わせた従来の波長振り分け器Ｈの一例を示した概略図である。かかる波長振り分け器Ｈは、複数の光フィルタ３０１と、アレイ導波路回折格子３０２と、アレイ導波路回折格子３０３と、複数の光フィルタ３０４と、これら複数の光フィルタ３０１と３０４と、アレイ導波路回折格子３０２、３０３の入力導波路もしくは出力導波路とを接続するための光ファイバ３０７とで構成されている。【０００９】
なお、以下の説明では、波長振り分け器Ｈにおける入出力口３０５側から入射されて入出力口３０６側へ出射される信号光を上り信号、入出力口３０６側から入射されて入出力口３０５側へ出射される信号光を下り信号と呼ぶことにする。また、信号光として、入出力口３０５の数と入出力口３０６の数がともにＮであって、波長帯Ａの信号光｛λａ１、λａ２、 ・・・、 λａＮ；波長間隔Ｘ｝が波長帯Ｂの信号光｛λｂ１、λｂ２、・・・、λｂＮ；波長間隔Ｙ｝よりも短波長側であり、波長間隔Ｘが波長間隔Ｙより大きい場合を例に挙げ、光フィルタ３０１と３０４としては、後記する図２及び図３に示す特性を備えた薄膜フィルタ（光干渉フィルタ））（例えば、特許文献４を参照。）によって構成される場合について説明する。【００１０】
入出力口３０５のＩ１から入射された信号光｛λｂ１、λｂ２、・・・λｂｎ｝は、光フィルタ３０１−１内の薄膜フィルタを透過し、狭波長間隔用のアレイ導波路回折格子３０２に到達する。アレイ導波路回折格子３０２によって各信号光は光フィルタ３０４−１〜光フィルタ３０４−ｎへと振り分けられる。振り分けられた各信号光は、光フィルタ３０４内の薄膜フィルタを透過し、入出力口３０６のＯ１〜Ｏｎに出射される。【００１１】
入出力口３０５のＩ２から入射された信号光｛λｂ１、λｂ２、・・・λｂｎ｝は、光フィルタ３０１−１内の薄膜フィルタを透過し、狭波長間隔用のアレイ導波路回折格子３０２に到達する。アレイ導波路回折格子３０２の持つ周回特性によって各信号光は光フィルタ３０４−２、３０４−３、・・・、３０４−ｎ、３０４−１へと振り分けられる。振り分けられた各信号光は、光フィルタ３０４内の薄膜フィルタを透過し、入出力口３０６のＯ２、Ｏ３、・・・、Ｏｎ、Ｏ１に出射される。入出力口３０５のＩ３〜Ｉｎから入射された信号光｛λｂ１、λｂ２、・・・λｂｎ｝についても同様で、後記する図２３（ｂ）のように波長振り分けされることとなる。【００１２】
入出力口３０５のＩ１から入射された信号光｛λａ１、λａ２、・・・λａｎ｝は、光フィルタ３０１−１内の薄膜フィルタにおいて反射され、広波長間隔用のアレイ導波路回折格子３０３に到達する。アレイ導波路回折格子３０３によって各信号光は光フィルタ３０４−１ 〜光フィルタ３０４−ｎへと振り分けられる。振り分けられた各信号光は、光フィルタ３０４内の薄膜フィルタを反射し、入出力口３０６のＯ１〜Ｏｎに出射される。【００１３】
入出力口３０５のＩ２から入射された信号光｛λａ１、λａ２、・・・λａｎ｝は、光フィルタ３０１−１内の薄膜フィルタにおいて反射され、広波長間隔用アレイの導波路回折格子３０３に到達する。アレイ導波路回折格子３０３の持つ周回特性によって各信号光は光フィルタ３０４−２、３０４−３、・・・、３０４−ｎ、３０４−１へと振り分けられる。振り分けられた各信号光は、光フィルタ３０４内の薄膜フィルタを反射し、入出力口３０６のＯ２、Ｏ３、・・・、Ｏｎ、Ｏ１に出射される。入出力口３０５のＩ３〜Ｉｎから入射された信号光｛λａ１、λａ２、・・・λａｎ｝についても同様で、後記する図２３（ａ）のように波長振り分けされることとなる。【００１４】
なお、前記した波長振り分けについては、光の進行方向の可逆性により、信号光が入出力口３０６側から入射して入出力口３０５側から出射する場合も後記する図２３（ａ）及び図２３（ｂ）の対応関係を満たすことができる。【００１５】
このようにして、図２２に一例を示した波長振り分け器Ｈにより、短波長帯かつ広波長間隔の上り信号と長波長帯かつ狭波長間隔の下り信号が、一芯双方向で波長振り分けされることになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｈ．Ｎａｋａｍｕｒａ、ｅｔ  ａｌ．，ＯＦＣ２０１１、ＯＴｈＴ４、 ２０１１．
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平９−２９７２２８号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４４４６号公報
【特許文献３】特開２００５−１４８５８５号公報
【特許文献４】特開平８−２３４０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、このような波長振り分け器Ｈは、通信事業者局内の限られた空間に設置されることが想定されるため、小型化の実現が強く望まれている。一方、前記した従来の技術による波長振り分け器は、光フィルタと、狭波長間隔のアレイ導波路回折格子及び広波長間隔のアレイ導波路回折格子とを組み合わせるとともに、それぞれを光ファイバで接続して装置化する必要があるため、専有面積が大きくなってしまうといった問題があった。加えて、従来の波長振り分け器は、部品点数が多く、コスト高となってしまうため、改善が望まれていた。【００１９】
そこで、本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、異なる波長帯であってかつ異なる波長間隔を持つ光信号を一芯双方向で波長振り分けでき、コンパクトに収まり、低コストなアレイ導波路回折格子、当該アレイ導波路回折格子を備えた光モジュール及び光通信システム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】
【００２０】
上記目的を達成するために、アレイ導波路回折格子は、２以上のチャネル導波路群を備えて、合分波することとした。【００２１】
具体的には、本発明は、基板上に形成された第１のスラブ導波路と、前記基板上に形成された第２のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された第１の入出力導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された第２の入出力導波路と、前記第１のスラブ導波路と前記第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２以上のチャネル導波路群と、前記第１のスラブ導波路及び前記第２のスラブ導波路の少なくとも一方に配設された光フィルタと、を備えることを特徴とするアレイ導波路回折格子である。【００２２】
本発明によれば、基板上に形成された第１のスラブ導波路及び第２のスラブ導波路の少なくとも一方に光フィルタを配設し、２以上のチャネル導波路群を備える構成により、波長多重された、波長帯及び波長間隔が異なる信号光を、単一の平面光波回路内において波長振り分けすることができるため、コンパクトに収まり、低コストなアレイ導波路回折格子とすることができる。【００２３】
本発明に係るアレイ導波路回折格子は、前記した本発明において、前記光フィルタが、配設される前記第１のスラブ導波路に接続される前記第１の入力導波路または前記第２のスラブ導波路に接続される前記第２の入力導波路から入力された信号光を波長帯毎に前記２以上のチャネル導波路群へ分波、あるいは波長帯毎に前記２以上のチャネル導波路群から入力された信号光を、配設される第１のスラブ導波路接続される前記第１の入力導波路または前記第２のスラブ導波路に接続される前記第２の入力導波路に合波することを特徴とする。【００２４】
本発明に係るアレイ導波路回折格子は、前記した本発明において、前記２以上のチャネル導波路群は、それぞれ異なる経路長差を持つことを特徴とする。【００２５】
本発明に係るアレイ導波路回折格子は、前記した本発明において、前記第１のスラブ導波路及び前記第２のスラブ導波路に、前記チャネル導波路群との接続部が形成され、当該接続部が、前記チャネル導波路群の数と同数であることを特徴とする。【００２６】
本発明に係るアレイ導波路回折格子は、前記した本発明において、前記第１のスラブ導波路に形成される２本のスラブ中心軸、及び前記第２のスラブ導波路に形成される２本のスラブ中心軸のうち少なくとも一方が直交することを特徴とする。【００２７】
本発明に係るアレイ導波路回折格子は、前記第１のスラブ導波路に形成される２本のスラブ中心軸のチャネル導波路群で挟まれる側の角度、及び前記第２のスラブ導波路に形成される２本のスラブ中心軸のチャネル導波路群で挟まれる側の角度のうち少なくとも一方が、９０度より小さいことを特徴とする。【００２８】
本発明に係るアレイ導波路回折格子は、前記した本発明において、前記第１のスラブ導波路における２本のスラブ長、及び前記第２のスラブ導波路における２本のスラブ長のうち少なくとも一方が等しいことを特徴とする。【００２９】
本発明に係るアレイ導波路回折格子は、前記第一のスラブ導波路又は前記第二のスラブ導波路のうち、前記光フィルタの配設されたいずれかで、前記光フィルタを通過する光が前記光フィルタの通過によって生じる光路のずれの分だけ、前記第一の入出力導波路の側の中心軸又は前記第二の入出力導波路の側の中心軸と前記チャネル導波路群の側の中心軸とがずれていることを特徴とする。【００３０】
本発明に係る光モジュールは、前記した本発明に係るアレイ導波路回折格子と、当該アレイ導波路回折格子を構成する前記第１の入出力導波路と接続される少なくとも１本のファイバが保持された第１のファイバブロックと、前記アレイ導波路回折格子を構成する前記第２の入出力導波路と接続される少なくとも１本の光ファイバが保持された第２のファイバブロックと、前記第１のファイバブロックと繋がる第１の光コネクタと、前記第２のファイバブロックと繋がる第２の光コネクタと、を含むことを特徴とする。【００３１】
本発明に係る光通信システムは、前記した本発明に係るアレイ導波路回折格子と、加入者装置と、局側装置と、を備え、前記アレイ導波路回折格子と加入者装置及び前記局側装置が光ファイバで接続され、前記アレイ導波路回折格子における一方の前記入出力導波路群から入力される信号光の波長帯及び波長間隔と、他方の前記入出力導波路群から入力される信号光の波長帯及び波長間隔が異なる信号光であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係るアレイ導波路回折格子によれば、基板上に形成された第１のスラブ導波路及び第２のスラブ導波路の少なくとも一方に光フィルタを配設し、２以上のチャネル導波路群を備える構成により、波長多重された、波長帯及び波長間隔が異なる信号光を、単一の平面光波回路内において波長振り分けすることができるため、コンパクトに収まり、低コストなアレイ導波路回折格子とすることができる。【００３３】
本発明に係る光モジュールは、前記した本発明に係るアレイ導波路回折格子を備えているので、当該アレイ導波路回折格子の奏する効果を享受し、アレイ導波路回折格子に外部からの信号光を入出力することができる光モジュールとして使用することができる。【００３４】
本発明に係る光通信システムは、前記した本発明に係るアレイ導波路回折格子を備えているので、当該アレイ導波路回折格子の奏する効果を享受し、低コストな波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子を示した概略図である。
【図２】光フィルタ（干渉膜フィルタ）の特性の一例を示した概略図である。
【図３】光フィルタ（干渉膜フィルタ）の波長合分波の一例を示した概略図である。
【図４】図１に示したアレイ導波路回折格子の動作原理を説明するための説明図である。
【図５】図１に示したアレイ導波路回折格子の動作原理を説明するための説明図である。
【図６】第１実施形態のアレイ導波路回折格子を構成するスラブ導波路の構造の一例を示した概略図である。
【図７】アレイピッチｄとスラブ長Ｌｆの関係を示した図である。
【図８】ＡＷＧ１のＮｃｈを変化させた場合のｄ１とｄ２の関係を示した図である。
【図９】ＡＷＧ２のＮｃｈを変化させた場合のｄ１とｄ２の関係を示した図である。
【図１０】ＡＷＧ１の中心波長λｃ１を変化させた時の、ＡＷＧ１のアレイピッチｄ１とＡＷＧ２のアレイピッチｄ２の関係を示した図である。
【図１１】ＡＷＧ２の中心波長λｃ２を変化させた時の、ＡＷＧ１のアレイピッチｄ１とＡＷＧ２のアレイピッチｄ２の関係を示した図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るアレイ導波路回折格子を示した概略図である。
【図１３】図１２に示したアレイ導波路回折格子の動作原理を説明するための説明図である。
【図１４】図１２に示したアレイ導波路回折格子の動作原理を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子を用いた光通信システムの一態様を示した概略図である。
【図１６】波長配置の一例を示した概略図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に係るアレイ導波路回折格子を用いた光通信システムの一態様を示した概略図である。
【図１８】第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子の他の態様を示した概略図である。
【図１９】第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子の他の態様を示した概略図である。
【図２０】第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子の他の態様を示した概略図である。
【図２１】本発明の第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子を備えた光モジュールの一態様を示した概略図である。
【図２２】従来の波長振り分け器の一例を示した概略図である。
【図２３】波長振り分け特性の例を説明する図である。
【図２４】波長振り分け特性の例を説明する図である。
【図２５】波長振り分け特性の例を説明する図である。
【図２６】第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子の他の態様を示した概略図である。
【図２７】第１実施形態のアレイ導波路回折格子を構成するスラブ導波路の光フィルタ１２１を光が通過する例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。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符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。各実施形態は可能な限り組み合わせることができる。
【００３７】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子１の一態様を示した概略図である。図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子１は、両側入出力導波路一体型のアレイ導波路回折格子１となり、シリコン基板やガラス基板等から構成される基板１０１の上に、第１のスラブ導波路１０３と、第２のスラブ導波路１０７と、第１のスラブ導波路１０３に接続された第１の入出力導波路１０２と、第２のスラブ導波路１０７に接続された第２の入出力導波路１０９と、両端が第１のスラブ導波路１０３及び第２のスラブ導波路１０７に接続された第１のチャネル導波路群１０５と、両端が第１のスラブ導波路１０３及び第２のスラブ導波路１０７に接続された第２のチャネル導波路群１０６が形成されている。
【００３８】
アレイ導波路回折格子１を構成する第１のチャネル導波路群１０５と、第２のチャネル導波路群１０６は、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から形成されている。また、アレイ導波路回折格子１を構成する第１のスラブ導波路１０３の一部に形成したスリット１０４に光フィルタである干渉膜フィルタから構成される光フィルタ１２１が埋め込まれて配設されており、第２のスラブ導波路１０７の一部に形成したスリット１０８にも、干渉膜フィルタからなる光フィルタ１２２が埋め込まれて配設されている。
【００３９】
なお、図１において、第１の入出力導波路１０２と第１のスラブ導波路１０３との接続部分を接続部１１１、第２の入出力導波路１０９と第２のスラブ導波路１０７との接続部分を接続部１１６、第１のスラブ導波路１０３と第１のチャネル導波路群１０５との接続部分を接続部１１２、第１のスラブ導波路１０３と第２のチャネル導波路群１０６との接続部分を接続部１１３、第２のスラブ導波路１０７と第１のチャネル導波路群１０５との接続部分を接続部１１４、第２のスラブ導波路１０７と第２のチャネル導波路群１０６との接続部分を接続部１１５、としている。
【００４０】
また、第１のスラブ導波路１０３には、２本のスラブ中心軸１３１、１３２が形成される。一方のスラブ中心軸１３１は、第１の入出力導波路１０２と第１のスラブ導波路１０３との接続部１１１における曲率中心１４１と、第１のチャネル導波路群１０５と第１のスラブ導波路１０３との接続部１１２における曲率中心１４２を結ぶ軸であり、他方のスラブ中心軸１３２は、第２のチャネル導波路群１０６と第１のスラブ導波路１０３との接続部１１３における曲率中心１４３と、前記した一方のスラブ中心軸１３１と第１のスラブ導波路１０３に配設される光フィルタ１２１との交点を結ぶ軸（及びその延長軸）である。
【００４１】
同様に、第２のスラブ導波路１０７にも、２本のスラブ中心軸１３３、１３４が形成される。一方のスラブ中心軸１３３は、第２の入出力導波路１０９と第２のスラブ導波路１０７との接続部１１６における曲率中心１４６と、第１のチャネル導波路群１０５と第２のスラブ導波路１０７との接続部１１４における曲率中心１４４を結ぶ軸であり、他方のスラブ中心軸１３４は、第２のチャネル導波路群１０６と第２のスラブ導波路１０７との接続部１１５における曲率中心１４５と、前記した一方のスラブ中心軸１３３と第２のスラブ導波路１０７に配設される光フィルタ１２２との交点を結ぶ軸（及びその延長軸）である。
【００４２】
図１に示すように、本実施形態に係るアレイ導波路回折格子１にあっては、２つのチャネル導波路（第１のチャネル導波路群１０５及び第２のチャネル導波路群１０６）が形成されている。また、第１のスラブ導波路１０３には、第１のチャネル導波路群１０５との接続部１１２及び第２のチャネル導波路群１０６との接続部１１３というチャネル導波路群と同数の２つの接続部が形成されている。同様に、第２のスラブ導波路１０７にも、第１のチャネル導波路群１０５との接続部１１４及び第２のチャネル導波路群１０６との接続部１１５というチャネル導波路群と同数の２つの接続部が形成されている。
【００４３】
本実施形態に係るアレイ導波路回折格子１を構成する第１のチャネル導波路群１０５は、その長さが所定の導波路経路長差ΔＬで順次長くなるように形成され、また、第２のチャネル導波路群１０６は、その長さが所定の導波路経路長差ΔＬ´で順次長くなるように形成されている。ここで、導波路経路長差ΔＬとΔＬ’の関係としてΔＬ＞ΔＬ’の場合を例に挙げると、第１のチャネル導波路群１０５は、第２のチャネル導波路群１０６に比べて狭い波長間隔の信号光を透過させる特性を有する。
【００４４】
本実施形態において、アレイ導波路回折格子１に配設される光フィルタ１２１（干渉膜フィルタ１２１）は、光フィルタ１２１と、第１のスラブ導波路１０３におけるスラブ中心軸１３１とがなす角度と、スラブ中心軸１３２と光フィルタ１２１とがなす角度が一致するように配置されている。同様に、光フィルタ１２２（干渉膜フィルタ１２２）は、光フィルタ１２１と、第１のスラブ導波路１０３におけるスラブ中心軸１３３とがなす角度と、スラブ中心軸１３４と光フィルタ１２１とがなす角度が一致するように配置されている。
【００４５】
また、光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２１、１２２は、異なる波長帯域（以下、波長帯Ａ、波長帯Ｂとする。）の２つの信号光について、波長帯Ａの光を反射、波長帯Ｂの光を透過する。
【００４６】
図２は、光フィルタ（干渉膜フィルタ１２１、１２２）の特性の一例を示した概略図を示す。図２中、実線部の波長帯Ａにあっては、後記する図３における地点（１）から地点（３）への波長帯と透過率の関係を、また、波線部の波長帯Ｂにあっては、図３における地点（１）から地点（２）への波長帯と透過率の関係を示すことになる。
【００４７】
図３は、図２に特性を示した光フィルタ（干渉膜フィルタ１２１、１２２）の波長合分波の一例を示した概略図を示す。図３に示すように、地点（１）より入射されたλＡ（波長帯Ａ）の信号光は、光フィルタ１２１、１２２により反射され、地点（３）に向かう。一方、地点（１）より入射されたλＢ（波長帯Ｂ）は、光フィルタ１２１、１２２を透過し、地点（２）に向かう、同様に、地点（２）より入射されたλＢは光フィルタを透過し地点（１）に向かい、地点（３）より入射されたλＡは、光フィルタを反射し、地点（１）に向かうことになる。
【００４８】
以下、光フィルタとして、異なる波長帯域の２つの信号光について、図２に示すような特性を有し、図３に示すような波長合分波を行うことができる光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２１、１２２を利用し、波長帯Ａかつ広波長間隔（波長間隔Ｘ）をもつ信号光と、波長帯Ｂかつ狭波長間隔（波長間隔Ｙ）をもつ信号光を一芯双方向で透過させる波長振り分けの動作原理について、図４及び図５を用いて説明する。ここでは、Ｘ＞Ｙとなる。
【００４９】
図４及び図５は、図１に示したアレイ導波路回折格子１の動作原理を説明するための説明図である。図４は、波長帯Ｂでかつ狭波長間隔の信号光１５１が、第１の入出力導波路１０２のうちの１本の導波路から入力され、波長に応じて第２の入出力導波路１０９の各導波路に振り分けられる態様を示している。
【００５０】
図４において、波長帯Ｂの信号光１５１（波長λｂｘ）が、第１の入出力導波路１０２から第１のスラブ導波路１０３に入力され、第１のスラブ導波路１０３を伝搬する。ここで、光フィルタ１２１は、図２に示したように波長帯Ｂの光を透過させるので、信号光１５１はスポットサイズを拡大させながら、第１のスラブ導波路１０３をさらに伝搬する。このとき、第１のスラブ導波路１０３と第１のチャネル導波路群１０５の入力口との接続部１１２は、第１の入力用導波路１０２と第１のスラブ導波路１０３との接続部１１１に曲率中心１４１をもつような円弧状に形成された面となっているため、この信号光１５１は等位相で第１のチャネル導波路群１０５に入射し、第１のチャネル導波路群１０５を構成する各チャネル導波路に分配されることになる。
【００５１】
第１のチャネル導波路群１０５を構成する各チャネル導波路は、前記したように長さがそれぞれ異なるため、第１のチャネル導波路群１０５の出力口においては、チャネル導波路ごとに位相のずれた信号光が出力される。第１のチャネル導波路群１０５の導波路経路長差をΔＬとすると、隣接するチャネル導波路間での位相差φは式（１）で表され、信号光の波長に依存することが分かる。なお、式（１）中、λは信号光の波長、ｎはチャネル導波路の実効屈折率を示す。
φ＝２πｎΔＬ／λ    （１）
【００５２】
また、かかる式（１）式を波長λで微分すると、以下の式（２）を得ることができる。かかる式（２）より、位相差の波長依存性δφは、波長変化であるδλに比例することがわかる。
δφ＝−２πｎΔＬδλ／λ２    （２）
【００５３】
次に、第１のチャネル導波路群１０５で位相変化を受けた信号光１５１は、第１のチャネル導波路群１０５の接続部１１４から第２のスラブ導波路１０７に出力される。このとき、各チャネル導波路間で位相差があるため、等位相面は第２のスラブ導波路１０７の端面１０７ａに対して傾きを生じる。また、位相差φが波長依存性をもつため、等位相面の傾きも波長依存性をもつ。第１のチャネル導波路群１０５を構成する各チャネル導波路における円弧上での間隔をｓとすると、各波長間（δλ）の位相面の傾きであるδθは式（２）より下記式（３）となる。
δθ＝−ｔａｎ−１｛ΔＬδλ／（ｓλ）｝    （３）
【００５４】
従って、波長間隔δλかつ波長帯Ｂの信号光１５１（波長λｂ１〜λｂｎ）は、角度間隔δθずつ異なった方向に伝搬される。この場合にあって、光フィルタ１２２は波長帯Ｂの光に対して透明であるため、波長帯Ｂの信号光は光フィルタ１２２を通過することになる。さらに、第１のチャネル導波路群１０５の端面１０５ａが、円弧状で、その曲率中心１４６が同スラブ導波路１０７の端面１０７ｂ上にあるため、波長多重光λｂ１〜λｂｎは、第２のスラブ導波路１０７の端面１０７ｂに集光され、それぞれ、第２の入出力導波路１０９から出力されることになる。
【００５５】
図５は、図４と同様に、図１に示したアレイ導波路回折格子１の動作原理を説明するための説明図である。図５は、波長帯Ａでかつ広波長間隔の信号光１５２が、入出力導波路１０２のうちの一つの導波路から入力され、波長に応じて第２の入出力導波路１０９の各導波路に振り分けられる態様を示している。
【００５６】
図５において、波長帯Ａの信号光１５２（波長λａｘ）が、第１の入出力導波路１０２から第１のスラブ導波路１０３に入力され、第１のスラブ導波路１０３を伝搬する。ここで、光フィルタ１２１は波長帯Ａの光を反射するので、この信号光１５２は入射角と等しい角度で反射され、第１のスラブ導波路１０３と第２のチャネル導波路群１０６との接続部１１３の方向に伝搬する。このとき、第１のスラブ導波路１０３は基板１０１の平面と平行な方向に閉じ込めがなく、信号光１５２のスポットサイズは伝搬とともに拡大され、加えて光フィルタ１２１における反射により、信号光１５２は、第１のスラブ導波路１０３と第２のチャネル導波路群１０６の入力口との接続部１１３に上下反転して分配されることになる。このとき、第１のスラブ導波路１０３と第２のチャネル導波路群１０６の入力口との接続部１１３は、光フィルタ１２１を鏡面として接続部１１３側から見たきに、入出力導波路１０２とスラブ導波路１０３との接続部１１１の虚像上に曲率中心１４１をもつような円弧状に形成されているため、信号光１５２は等位相で第２のチャネル導波路群１０６に入射し、各チャネル導波路に分配されることになる。
【００５７】
第２のチャネル導波路群１０６を構成する各チャネル導波路は長さがそれぞれ異なるため、第２のチャネル導波路群１０６の出力口においては、チャネル導波路ごとに位相のずれた信号光が出力される。第２のチャネル導波路群１０６の導波路経路長差をΔＬ’とすると、隣接するチャネル導波路間での位相差φは前記した式（１）で表され、信号光の波長に依存することが分かる。また、式（１）を波長λ’で微分すると、前記した式（２）となり、位相差の波長依存性δφは、波長変化δλ’に比例することがわかる。
【００５８】
第２のチャネル導波路群１０６で位相変化を受けた信号光１５２は、第２のチャネル導波路群１０６の接続部１１５から第２のスラブ導波路１０７に出力される。このとき、各チャネル導波路間で位相差があるため、等位相面は第２のスラブ導波路１０７の端面１０７ｃに対して傾きを生じる。また、位相差φが波長依存性をもつため、等位相面の傾きも波長依存性をもつことになる。第２のチャネル導波路群１０６を構成する各チャネル導波路の、円弧上での間隔をｓとすると、各波長間（δλ’）の位相面の傾きδθは前記した式（２）より、前記した式（３）となる。
【００５９】
従って、波長間隔δλ’かつ波長帯Ｂの信号光１５２（波長λａ１〜λａｎ）は、角度間隔δθずつ異なった方向に伝搬される。このとき、光フィルタ１２２は波長帯Ａの光を反射するため、波長帯Ｂの信号光は光フィルタ１２２において反射し、上下方向に反転して第２のスラブ導波路１０７の端面１０７ｂの方向へ向かう。さらに、第２のチャネル導波路群１０６の端面１０６ａが円弧状で、光フィルタ１２２を鏡面として端面１０６ａ側から見たときに、端面１０６ａの曲率中心１４６が第２のスラブ導波路１０７の端面１０７ｂの虚像上にあるため、波長多重光λａ１〜λａｎは、第２のスラブ導波路１０７の端面１０７ｂに集光され、それぞれ、第２の入出力導波路１０９から出力されることになる。
【００６０】
以上のような動作原理で、図４で示した、第１の入出力導波路１０２の各ポートＩ１〜Ｉｎから入射されたλｂ１〜λｂｎの各波長の信号光が、第２の入出力導波路１０９の各ポートＯ１〜Ｏｎに波長振り分けされて出力された際の波長振り分け特性の例を図２３（ｂ）に、図５で示した、入出力導波路１０２の各ポートＩ１〜Ｉｎから入射されたλａ１〜λａｎの各波長の信号光が、第２の入出力導波路１０９の各ポートＯ１〜Ｏｎに波長振り分けされて出力された際の波長振り分け特性の例を図２３（ａ）にそれぞれ示す。
【００６１】
なお、前記した図４及び図５の例では、第１の入出力導波路１０２側から信号光を入射し、第２の入出力用導波路１０９側から信号光が出射される場合について述べたが、第２の入出力用導波路１０９側から信号光を入射して第１の入出力導波路１０２側から信号光が出射される場合についても同様である。
【００６２】
次に、本実施形態に係るアレイ導波路回折格子１の設計方法の一例を説明する。なお、下記の説明では、便宜上、波長帯Ａを１．３μｍ帯、波長間隔２０ｎｍとし、波長帯Ｂを１．５μｍ帯、周波数間隔１００ＧＨｚとした場合について説明する。また、広波長間隔用のアレイ導波路回折格子１をＡＷＧ１、狭波長間隔用のアレイ導波路回折格子１をＡＷＧ２として説明する。
【００６３】
図６は、第１実施形態のアレイ導波路回折格子１を構成するスラブ導波路（第１のスラブ導波路１０３、第２のスラブ導波路１０７。以下の説明では総称して「スラブ導波路Ｓ」とすることもある。）の構造の一例を示した概略図である。スラブ導波路Ｓにおいて、波長帯Ａと波長帯Ｂの２つの波長帯の信号光を一芯双方向で振り分けるには、第１の入出力導波路１０２と、第２の入出力導波路１０９（図１参照）が、それぞれ波長帯Ａと波長帯Ｂのいずれも同じ入出力導波路が使用されることが好ましい。
【００６４】
また、第１のスラブ導波路１０３や第２のスラブ導波路１０７において、波長帯Ａと波長帯Ｂの２つの波長帯の信号光を一芯双方向で振り分けるには、第１のスラブ導波路１０３であれば、第１の入出力導波路１０２と第１のスラブ導波路１０３との接続部１１１における曲率中心１４１と、第１のチャネル導波路１０５と第１のスラブ導波路１０３との接続部１１２における曲率中心１４２を結ぶ軸（スラブ中心軸１３１）で形成される長さであるスラブ長ａと、第１の入出力導波路１０２と第１のスラブ導波路１０３との接続部１１１における曲率中心１４１から第１のスラブ導波路１０２に配設される光フィルタ１２１までのスラブ中心軸１３１上の長さと、第２のチャネル導波路群１０６と第１のスラブ導波路１０３との接続部１１３における曲率中心１４３から第１のスラブ導波路１０３に配設される光フィルタ１２１までのスラブ中心軸１３２上の長さの和で形成されるスラブ長ｂを等しくすることが好ましい。
【００６５】
同様に、第２のスラブ導波路１０７であれば、第２の入出力導波路１０９と第２のスラブ導波路１０７との接続部１１６における曲率中心１４６と、第１のチャネル導波路１０５と第２のスラブ導波路１０７との接続部１１４における曲率中心１４４を結ぶ軸で形成される長さであるスラブ長ｃと、第２の入出力導波路１０９と第２のスラブ導波路１０７との接続部１１６における曲率中心１４６から第２のスラブ導波路１０７に配設される光フィルタ１２２までのスラブ中心軸１３３上の長さと、第２のチャネル導波路群１０６と第２のスラブ導波路１０７との接続部１１５における曲率中心１４５から第２のスラブ導波路１０７に配設される光フィルタ１２２までのスラブ中心軸１３４上の長さの和で形成されるスラブ長ｄを等しくすることが好ましい。スラブ長ａとスラブ長ｂ、スラブ長ｃとスラブ長ｄの少なくとも一方を等しく、特に好ましくは両方とも等しくすることにより、スラブ導波路Ｓ（第１のスラブ導波路１０３及び第２のスラブ導波路１０７）に配設される光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２１、１２２を透過する波長帯Ａの信号光がスラブ導波路Ｓを伝搬する距離と、光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２１、１２２において反射される波長帯Ｂの信号光がスラブ導波路Ｓを伝搬する距離とが等しくなる。
【００６６】
さらに、第１のスラブ導波路１０３や第２のスラブ導波路１０７において、波長帯Ａと波長帯Ｂの２つの波長帯の信号光を一芯双方向で振り分けるには、第１のスラブ導波路１０３におけるスラブ中心軸１３１とスラブ中心軸１３２（ともに図１参照）とが直交することが好ましい。また、第２のスラブ導波路１０７におけるスラブ中心軸１３３とスラブ中心軸１３４（ともに図１参照）とが直交していることが好ましく、スラブ中心軸１３１とスラブ中心軸１３２、及びスラブ中心軸１３３とスラブ中心軸１３４が両方とも直交するように形成されていることが特に好ましい。
【００６７】
図６に示したスラブ導波路Ｓは、波長帯Ａと波長帯Ｂが伝搬されるスラブ長がそれぞれ等しくなるように、また、例えば、スラブ導波路Ｓに配設された光フィルタ１２１、１２２の水平方向（図６のｘ軸方向）に対する挿入角度をθとすると、スラブ中心軸１３１は角度θ＋π／４（ｒａｄ．）、スラブ中心軸１３２は角度θ−π／４（ｒａｄ．）となるよう形成されている。なお、図６にあっては、スラブ導波路として第１のスラブ導波路１０３の場合のスラブ中心軸１３１、１３２を例に挙げたが、スラブ中心軸１３１をスラブ中心軸１３３、スラブ中心軸１３２をスラブ中心軸１３４とした第２のスラブ導波路１０７についても同様である。
【００６８】
第１のスラブ導波路１０３に形成される２本のスラブ中心軸のチャネル導波路群１０５、１０６で挟まれる側の角度、及び第２のスラブ導波路１０７に形成される２本のスラブ中心軸のチャネル導波路群１０５、１０６で挟まれる側の角度のうち少なくとも一方が、９０度より小さくてもよい。例えば、図６において、スラブ中心軸１３１は角度θ＋α（ｒａｄ．）、スラブ中心軸１３２は角度θ−α（ｒａｄ．）となるよう形成されてもよい。αは＜π／４である。αがπ／４より小さいことにより、チャネル導波路群同士を近づけて配置できるため、アレイ導波路回折格子を小型化することができる。ここでは、スラブ導波路として第１のスラブ導波路１０３の場合のスラブ中心軸１３１、１３２を例に挙げたが、スラブ中心軸１３１をスラブ中心軸１３３、スラブ中心軸１３２をスラブ中心軸１３４に置き換えて、第２のスラブ導波路１０７についても同様である。
【００６９】
以下、アレイ導波路回折格子１の設計方法について、数式を用いて、より具体的に説明する。一般的に、アレイ導波路回折格子１のスラブ長Ｌｆは式（４）より与えられる。なお、式（４）における各変数の指す意味は図２４に定めるとおりである。
Ｌｆ＝（Ｎｃｈ・ｎｓ・ｄ・Ｄ）／λｃ    （４）
【００７０】
ＡＷＧ１とＡＷＧ２をそれぞれ独立した個々のアレイ導波路回折格子１と考えて、波長数Ｎｃｈとアレイピッチｄを変化させたときの、ＡＷＧ１およびＡＷＧ２それぞれのアレイピッチｄとスラブ長Ｌｆの関係を図７に示す（なお、図７中、「１．３帯」は１．３μｍ帯、「１．５帯」は１．５μｍ帯をそれぞれ示す。以下、図８〜図１１について同じ。また、図７中、線の種類が共通するものについては、スラブ長Ｌｆが長い方が１．３μｍ帯、短い方が１．５μｍ帯を示す。）。図７に示すように、同じスラブ長Ｌｆにするにあたっては、ＡＷＧ１に対して、ＡＷＧ２のＮｃｈやｄを大きくする必要があることがわかる。
【００７１】
共通化のため、ＡＷＧ１（１．３μｍ帯）とＡＷＧ２（１．５μｍ帯）のスラブ長Ｌｆと入出力ピッチＤを等しくしたとすると、式（４）を用いて、式（５）のような条件式が得られる。かかる式（５）を満たすよう、波長数Ｎｃｈ、スラブ屈折率ｎｓ、アレイピッチｄ、及び中心波長λｃを決定すればよい。
（Ｎch、1・ｎs、1・ｄ1）／λc、1＝（Ｎch、2・ｎs、2・ｄ2）／λc、2      （５）
【００７２】
具体的な設計例として、λｃとｎｓを一定にし、Ｎｃｈを変化させた時の、ＡＷＧ１のアレイピッチｄ１とＡＷＧ２のアレイピッチｄ２の関係を図８及び図９に示す。なお、図８は、ＡＷＧ１のＮｃｈを変化させた場合のｄ１とｄ２の関係を示した図、図９は、ＡＷＧ２のＮｃｈを変化させた場合のｄ１とｄ２の関係を示した図である。
【００７３】
さらに、ＡＷＧ１とＡＷＧ２の波長数を等しくして、Ｎ個×Ｎ個の入出力ポートを備えた波長振り分け器を実現したい場合（Ｎｃｈ１＝Ｎｃｈ２）、式（５）は式（６）のように変形される。
（ｎs、1・ｄ1）／λc、1＝（ｎs、2・ｄ2）／λc、2    （６）
【００７４】
かかる式（６）を満たすよう、ＡＷＧ２の中心波長λｃ２を一定にし、ＡＷＧ１の中心波長λｃ１を変化させた時の、ＡＷＧ１のアレイピッチｄ１とＡＷＧ２のアレイピッチｄ２の関係を図１０に示す。同様に、ＡＷＧ１の中心波長λｃ１を一定にし、ＡＷＧ２の中心波長λｃ２を変化させた時の、ＡＷＧ１のアレイピッチｄ１とＡＷＧ２のアレイピッチｄ２の関係を図１１に示す。
【００７５】
このように、式（５）の関係を満たすようパラメータを設定すれば、入出力部を一体化したアレイ導波路回折格子１が実現することができる。さらに、式（６）の関係を満たすようにパラメータを設定すれば、図２３（ａ）及び図２３（ｂ）に示した波長振り分け特性を満たすようなＮポート×Ｎポートの波長振り分け器が実現できる。
【００７６】
第一のスラブ導波路１０３又は第二のスラブ導波路１０７のうち、光フィルタ１２１、１２２の配設されたいずれかで、光フィルタ１２１、１２２を通過する光が光フィルタ１２１、１２２の通過によって生じる光路のずれの分だけ、第一の入出力導波路１０２の側の中心軸又は第二の入出力導波路１０９の側の中心軸とチャネル導波路群１０５の側の中心軸とがずれていることが望ましい。光路のずれとは、光フィルタ１２１、１２２が配設されず、第一のスラブ導波路１０３又は第二のスラブ導波路１０７が均質な媒質で構成された場合の光路の中心と、光フィルタ１２１、１２２が配設された場合の光路の中心との間隔をいう。
【００７７】
図２６に示すスラブ導波路Ｓ（１０３、１０７）は、第一の入出力導波路１０２の側又は第二の入出力導波路１０９の側とチャネル導波路群１０５の側とで、Δｘのずれ量だけ中心軸のずれを設けている。光路の中心と中心軸をを整合させることで、全てのチャネル導波路に均等に光が分配され、あるいは全てのチャネル導波路から均等に光が分配されるため、アレイ導波路回折格子の損失を低減することが可能となる。
【００７８】
中心軸のずれ量について説明する。第一の入出力導波路１０２からの光が第一のスラブ導波路１０３内の光フィルタ１２１を通過する例を図２７で説明する。第一のスラブ導波路１０３の屈折率をｎｓａ、光フィルタ１２１の平均屈折率をｎｓｂとする。入力光は、光フィルタ１２１に入射角φｓａで入射し、第一のスラブ導波路１０３と光フィルタ１２１との界面及び光フィルタ１２１と第一のスラブ導波路１０３との界面で屈折して、出射角φｓａで第一のスラブ導波路１０３内を進む。このとき、光フィルタ１２１内の光は屈折角φｓｂを持つ。光フィルタ１２１内の光路長をＬｂとすると、光フィルタ１２１の光路長は、Ｌｂ・ｃｏｓφｓｂで表される。第一の入出力導波路１０２の側の中心軸とチャネル導波路群１０５の側の中心軸のずれ量Δｘは下記で表される。
Δｘ＝Ｌｂ・ｓｉｎ（φｓａ−φｓｂ）              （７）
ただし、φｓａとφｓｂは、下記のスネルの法則の関係がある。
ｎｓａ・ｓｉｎφｓａ＝ｎｓｂ・ｓｉｎφｓｂ          （８）
【００７９】
また、図２６におけるスラブ長の関係は以下のように表される。スラブ長Ｌｆは、第一の入出力導波路１０２の側の中心軸のスラブ内光路長をＬａ、光フィルタ１２１内の光路長をＬｂ、チャネル導波路群１０５側の中心軸のスラブ内光路長Ｌｃとしたとき、次式で表される。
Ｌｆ＝Ｌａ＋（ｎｓｂ／ｎｓａ）Ｌｂ＋Ｌｃ            （９）  
【００８０】
なお、ここで示したパラメータは本発明の一例であり、使用する波長帯（周波数帯）、波長間隔（周波数間隔）、波長数、導波路材料、多層膜フィルタの種類などによって変わりうるものである。
【００８１】
以上説明した本発明の第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子１は、基板上に形成された第１のスラブ導波路１０３及び第２のスラブ導波路１０７に光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２１、１２２を配設している構成により、波長多重された、波長帯及び波長間隔が異なる信号光（例えば、波長帯Ａかつ広波長間隔の信号光１５１と、波長帯Ｂかつ狭波長間隔の信号光１５２）を、単一の平面光波回路内において一芯双方向で波長振り分けすることができるため、コンパクトに収まり、低コストな両側入出力導波路一体型のアレイ導波路回折格子１となる。
【００８２】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態を添付図面に基づいて詳述する。なお、以下の説明においては、前記した第１実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
【００８３】
図１２は本発明の第２実施形態に係るアレイ導波路回折格子２の一態様を示した概略図である。図１２に示すように、本発明の第２実施形態に係るアレイ導波路回折格子２は、片側入出力導波路一体型のアレイ導波路回折格子２となり、シリコン基板やガラス基板等から構成される基板２０１の上に、第１のスラブ導波路２０３と、第２のスラブ導波路２０７と、第１のスラブ導波路２０３に接続された第１の入出力導波路２０２と、第２のスラブ導波路２０７に接続された２つの第２の入出力導波路２０９、２１０と、両端が第１のスラブ導波路２０３及び第２のスラブ導波路２０７に接続された第１のチャネル導波路群２０５と、両端が第１のスラブ導波路２０３及び第２のスラブ導波路２０７に接続された第２のチャネル導波路群２０６が形成されている。
【００８４】
アレイ導波路回折格子２を構成する第１のチャネル導波路群２０５と、第２のチャネル導波路群２０６は、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から形成されている。また、アレイ導波路回折格子１を構成する第１のスラブ導波路２０３の一部に形成したスリット２０４に光フィルタである干渉膜フィルタ２２１が埋め込まれて配設されている。
【００８５】
なお、図１２において、第１の入出力導波路２０２と第１のスラブ導波路２０３との接続部分を接続部２１１、第２の入出力導波路２０９と第２のスラブ導波路２０７との接続部分を接続部２１６、第２の入出力導波路２１０と第２のスラブ導波路２０７との接続部分を２１８、第１のスラブ導波路２０３と第１のチャネル導波路群２０５との接続部分を接続部２１２、第１のスラブ導波路２０３と第２のチャネル導波路群２０６との接続部分を接続部２１３、第２のスラブ導波路２０７と第１のチャネル導波路群２０５との接続部分を接続部２１４、第２のスラブ導波路２０７と第２のチャネル導波路群２０６との接続部分を接続部２１５、としている。
【００８６】
第１のスラブ導波路２０３には、２本のスラブ中心軸２３１、２３２が形成される。一方のスラブ中心軸２３１は、第１の入出力導波路２０２と第１のスラブ導波路２０３との接続部２１１における曲率中心２４１と、第１のチャネル導波路群２０５と第１のスラブ導波路２０３との接続部２１２における曲率中心２４２を結ぶ軸であり、他方のスラブ中心軸２３２は、第２のチャネル導波路群２０６と第１のスラブ導波路２０３との接続部２１３における曲率中心２４３と、前記した一方のスラブ中心軸２３１と第１のスラブ導波路２０３に配設される光フィルタ２２１との交点を結ぶ軸（及びその延長軸）である。
【００８７】
同様に、第２のスラブ導波路２０７にも、２本のスラブ中心軸２３３、２３４が形成される。一方のスラブ中心軸２３３は、第２の入出力導波路２０９と第２のスラブ導波路２０７との接続部２１６における曲率中心２４６と、第１のチャネル導波路群２０５と第２のスラブ導波路２０７との接続部２１４における曲率中心２４４を結ぶ軸であり、他方のスラブ中心軸２３４は、第２のチャネル導波路群２０６と第２のスラブ導波路２０７との接続部２１５における曲率中心２４５と、第２の入出力導波路２１０と第２のスラブ導波路２０７との接続部２１８における曲率中心２４８を結ぶ軸である。
【００８８】
図１２に示すように、本実施形態に係るアレイ導波路回折格子２にあっては、２つのチャネル導波路（第１のチャネル導波路群２０５及び第２のチャネル導波路群２０６）が形成されている。また、第１のスラブ導波路２０３には、第１のチャネル導波路群２０５との接続部２１２及び第２のチャネル導波路群２０６との接続部２１３というチャネル導波路群と同数の２つの接続部が形成されている。同様に、第２のスラブ導波路２０７にも、第１のチャネル導波路群２０５との接続部２１４及び第２のチャネル導波路群２０６との接続部２１５というチャネル導波路群と同数の２つの接続部が形成されている。
【００８９】
また、第１実施形態と同様、本実施形態に係るアレイ導波路回折格子２を構成する第１のチャネル導波路群２０５は、その長さが所定の導波路経路長差ΔＬで順次長くなるように形成され、また、第２のチャネル導波路群２０６は、その長さが所定の導波路経路長差ΔＬ’で順次長くなるように形成されている。ここで、導波路経路長差ΔＬとΔＬ’の関係としてΔＬ＞ΔＬ’の場合を例に挙げると、第１のチャネル導波路群２０５は、第２のチャネル導波路群２０６に比べて狭い波長間隔の信号光を透過させる特性を有する。
【００９０】
本実施形態において、アレイ導波路回折格子２に配設される光フィルタ２２１（干渉膜フィルタ２２１）は、光フィルタ２２１と、第１のスラブ導波路２０３におけるスラブ中心軸２３１とがなす角度と、スラブ中心軸２３２と光フィルタ２２１とがなす角度が一致するように配置されている。
【００９１】
以下、光フィルタとして、異なる波長帯域の２つの信号光について、図２に示すような特性を有し、図３に示すような波長合分波を行うことができる光フィルタ（干渉膜フィルタ）２２１を利用し、波長帯Ａかつ広波長間隔（波長間隔Ｘ）をもつ信号光と、波長帯Ｂかつ狭波長間隔（波長間隔Ｙ）をもつ信号光を一芯双方向で透過させる波長振り分けの動作原理について、図１３及び図１４を用いて説明する。第１実施形態と同様、Ｘ＞Ｙの関係がある。
【００９２】
図１３及び図１４は、図１２に示したアレイ導波路回折格子２の動作原理を説明するための説明図である。図１３は、波長帯Ｂでかつ狭波長間隔の信号光１５３が、第１の入出力導波路２０２のうちの１本の導波路から入力され、波長に応じて入出力導波路２０９の各導波路に振り分けられる態様を示している。
【００９３】
図１３において、波長帯Ｂの信号光２５１（波長λｂｘ）が、第１の入出力導波路２０２から第１のスラブ導波路２０３に入力され、第１のスラブ導波路２０３を伝搬する。ここで、光フィルタ２２１は、図２に示したように波長帯Ｂの光を透過させるので、信号光２５１はスポットサイズを拡大させながら、第１のスラブ導波路２０３をさらに伝搬する。このとき、第１のスラブ導波路２０３と第１のチャネル導波路群２０５の入力口との接続部２１２は、第１の入力用導波路２０２と第１のスラブ導波路２０３との接続部２１１に曲率中心２４１をもつような円弧状に形成された面となっているため、この信号光２５１は等位相で第１のチャネル導波路群２０５に入射し、第１のチャネル導波路群２０５を構成する各チャネル導波路に分配されることになる。
【００９４】
第１のチャネル導波路群２０５を構成する各チャネル導波路は、前記したように長さがそれぞれ異なるため、第１のチャネル導波路群２０５の出力口においては、チャネル導波路ごとに位相のずれた信号光が出力される。第１のチャネル導波路群２０５の導波路経路長差をΔＬとすると、隣接するチャネル導波路間での位相差φは前記した式（１）で表され、信号光の波長に依存する。
【００９５】
また、かかる式（Ｉ）式を波長λで微分すると、前記した式（２）を得ることができる。かかる式（２）より、位相差の波長依存性δφは、波長変化であるδλに比例することがわかる。
【００９６】
次に、第１のチャネル導波路群２０５で位相変化を受けた信号光２５１は、第１のチャネル導波路群２０５の接続部２１４から第２のスラブ導波路２０７に出力される。このとき、各チャネル導波路間で位相差があるため、等位相面は第２のスラブ導波路２０７の端面２０７ａに対して傾きを生じる。また、位相差φが波長依存性をもつため、等位相面の傾きも波長依存性をもつ。第１のチャネル導波路群２０５を構成する各チャネル導波路における円弧上での間隔をｓとすると、各波長間（δλ）の位相面の傾きであるδθは式（２）より、前記した式（３）となり、波長間隔δλかつ波長帯Ｂの信号光２５１（波長λｂ１〜λｂｎ）は、角度間隔δθずつ異なった方向に伝搬される。また、第１のチャネル導波路群２０５の端面２０５ａが、円弧状で、その曲率中心２４６が同スラブ導波路２０７の端面２０７ｂ上にあるため、波長多重光λｂ１〜λｂｎは、第２のスラブ導波路２０７の端面２０７ｂに集光され、それぞれ、第２の入出力導波路２０９から出力されることになる。
【００９７】
図１４は、図１３と同様に、図１２に示したアレイ導波路回折格子１の動作原理を説明するための説明図である。図１４は、波長帯Ａでかつ広波長間隔の信号光２５２が、入出力導波路２０２のうちの一つの導波路から入力され、波長に応じて第２の入出力導波路２１０の各導波路に振り分けられる態様を示している。
【００９８】
図１４において、波長帯Ａの信号光２５２（波長λａｘ）が、第１の入出力導波路２０２から第１のスラブ導波路２０３に入力され、第１のスラブ導波路２０３を伝搬する。ここで、光フィルタ２２１は波長帯Ａの光を反射するので、この信号光２５２は入射角と等しい角度で反射され、第１のスラブ導波路２０３と第２のアレイ導波路２０６との接続部２１３の方向に伝搬する。このとき、第１のスラブ導波路２０３は基板２０１の平面と平行な方向に閉じ込めがなく、信号光２５２のスポットサイズは伝搬とともに拡大され、加えて光フィルタ２２１における反射により、信号光２５２は、第１のスラブ導波路２０３と第２のチャネル導波路群２０６の入力口との接続部２１３に上下反転して分配されることになる。このとき、第１のスラブ導波路２０３と第２のチャネル導波路群２０６の入力口との接続部２１３は、干渉膜フィルタ２２１を鏡面として接続部２１３側から見たきに、入出力導波路２０２とスラブ導波路２０３との接続部２１１の虚像上に曲率中心２４２をもつような円弧状に形成されているため、信号光２５２は等位相で第２のチャネル導波路群２０６に入射し、各チャネル導波路に分配されることになる。
【００９９】
第２のチャネル導波路群２０６を構成する各チャネル導波路は長さがそれぞれ異なるため、第２のチャネル導波路群２０６の出力口においては、チャネル導波路ごとに位相のずれた信号光が出力される。第２のチャネル導波路群２０６の導波路経路長差をΔＬ’とすると、隣接するチャネル導波路間での位相差φは前記した式（１）で表され、信号光の波長に依存することが分かる。また、式（１）を波長λ’で微分すると、前記した式（２）となり、位相差の波長依存性δφは、波長変化δλ’に比例することがわかる。
【０１００】
第２のチャネル導波路群２０６で位相変化を受けた信号光２５２は、第２のチャネル導波路群２０６の接続部２１５から第２のスラブ導波路２０７に出力される。このとき、各チャネル導波路間で位相差があるため、等位相面は第２のスラブ導波路２０７の端面２０７ｃに対して傾きを生じる。また、位相差φが波長依存性をもつため、等位相面の傾きも波長依存性をもつことになる。第２のチャネル導波路群２０６を構成する各チャネル導波路の、円弧上での間隔をｓとすると、各波長間（δλ’）の位相面の傾きδθは前記した式（２）より、前記した式（３）となる。
【０１０１】
従って、波長間隔δλ’かつ波長帯Ｂの信号光２５２（波長λａ１〜λａｎ）は、角度間隔δθずつ異なった方向に伝搬される。
【０１０２】
第２のチャネル導波路群２０６の接続部２１５から第２のスラブ導波路２０７に出力された信号光２５２は、第２のスラブ導波路２０７の端面２０７ｄの方向へ向かう。さらに、第２のチャネル導波路群２０６の端面２０６ａが円弧状で、その曲率中心２４８が第２のスラブ導波路２０７の端面２０７ｄ上にあるため、波長多重光λａ１〜λａｎは、第２のスラブ導波路２０７の端面２０７ｄに集光され、それぞれ、第２の入出力導波路２１０から出力されることになる。
【０１０３】
以上のような動作原理で、図１３で示した、第１の入出力導波路２０２の各ポートＩ１〜Ｉｎから入射されたλｂ１〜λｂｎの各波長の信号光が、第２の入出力導波路２０９の各ポートＱ１〜Ｑｎに波長振り分けされて出力された際の波長振り分け特性の例を図２５（ｂ）に、図１４で示した、第１の入出力導波路２０２の各ポートＩ１〜Ｉｎから入射されたλａ１〜λａｎの各波長の信号光が、第２の入出力導波路２１０の各ポートＰ１〜Ｐｎに波長振り分けされて出力された際の波長振り分け特性の例を図２５（ａ）にそれぞれ示した。
【０１０４】
なお、前記した図１４及び図１５の例では、第１の入出力導波路２０２側から信号光を入射し、第２の入出力用導波路２０９側または第２の入出力導波路２１０側から信号光が出射される場合について述べたが、第２の入出力用導波路２０９側または第２の入出力導波路２１０側から信号光を入射して第１の入出力導波路２０２側から信号光が出射される場合についても同様である。
【０１０５】
また、本実施形態に係るアレイ導波路回折格子２の設計方法は、前記した第１実施形態で説明した設計方法と同様な設計方法を用いればよいので、説明を省略する。
【０１０６】
例えば、第１実施形態と同様、第１のスラブ導波路２０３や第２のスラブ導波路２０７において、波長帯Ａと波長帯Ｂの２つの波長帯の信号光を一芯双方向で振り分けるには、第１のスラブ導波路２０３であれば、第１の入出力導波路２０２と第１のスラブ導波路２０３との接続部２１１における曲率中心２４１と、第１のチャネル導波路２０５と第１のスラブ導波路２０３との接続部２１２における曲率中心２４２を結ぶ軸（スラブ中心軸２３１）で形成される長さであるスラブ長ａと、第１の入出力導波路２０２と第１のスラブ導波路２０３との接続部２１１における曲率中心２４１から第１のスラブ導波路２０３に配設される光フィルタ２２１までのスラブ中心軸２３１上の長さと、第２のチャネル導波路群２０６と第１のスラブ導波路２０３との接続部２１３における曲率中心２４３から第１のスラブ導波路２０３に配設される光フィルタ２２１までのスラブ中心軸１３２上の長さの和で形成されるスラブ長ｂを等しくすることが好ましい。スラブ長ａとスラブ長ｂを等しくすることにより、第１のスラブ導波路２０３に配設される光フィルタ（干渉膜フィルタ）２２１を透過する波長帯Ａの信号光が第１のスラブ導波路２０３を伝搬する距離と、光フィルタ（干渉膜フィルタ）２２１において反射される波長帯Ｂの信号光がスラブ導波路Ｓを伝搬する距離とが等しくなる。
【０１０７】
さらに、第１実施形態と同様、第１のスラブ導波路２０３や第２のスラブ導波路２０７において、波長帯Ａと波長帯Ｂの２つの波長帯の信号光を一芯双方向で振り分けるには、第１のスラブ導波路２０３におけるスラブ中心軸２３１とスラブ中心軸２３２（ともに図１２参照）とが直交することが好ましい。また、第２のスラブ導波路２０７におけるスラブ中心軸１３３とスラブ中心軸１３４（ともに図１２参照）とが直交していることが好ましく、スラブ中心軸２３１とスラブ中心軸２３２、及びスラブ中心軸２３３とスラブ中心軸２３４が両方とも直交するように形成されていることが特に好ましい。
【０１０８】
以上説明した本発明の第２実施形態に係るアレイ導波路回折格子２は、基板２０１上に形成された第１のスラブ導波路２０３に光フィルタ２２１を配設している構成により、波長多重された、波長帯及び波長間隔が異なる信号光を、単一の平面光波回路内において一芯双方向で波長振り分けすることができるため、コンパクトに収まり、低コストな片側入出力導波路一体型アレイ導波路回折格子２となる。
【０１０９】
（第３実施形態）
以下、本発明に係るアレイ導波路回折格子１を用いた光通信システムＺ１の一例を、図を用いて説明する。
【０１１０】
図１５は、本発明の第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子１を用いた光通信システムＺ１の一態様を示した概略図である。図１６に示す光通信システムＺ１は、第１実施形態に係る両側入出力導波路一体型アレイ導波路回折格子１を用いた、上り／下りで波長帯と波長間隔の異なる波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮとなる。
【０１１１】
図１５に示す光通信システムＺ１は、アレイ導波路回折格子１と、加入者装置４０１と、局側装置５０１と、それらを接続する光ファイバＦ１〜Ｆ３によって構成されており、また、光パワースプリッタＰを介して各ポートに複数の加入者装置４０１が接続されている。なお、光通信システムＺ１としては、光パワースプリッタＰを介さずに、アレイ導波路回折格子１の加入者側の各ポートＩ１〜Ｉｎに加入者装置４０１がそれぞれ１台ずつ直接接続されるようにしても問題はない。
【０１１２】
以下、局側装置５０１から加入者装置４０１へ伝送される信号光を下り信号、加入者装置４０１から局側装置５０１へ伝送される信号光を上り信号として説明する。
【０１１３】
光通信システムＺ１を構成する局側装置５０１は、１つ以上の光送受信器５１２と、制御部５１１を備えており、光送受信器５１２は、下り信号を送信する光送信器５２１と、上り信号を受信する光受信器５２２と、上り信号と下り信号とを合分波する波長フィルタ等からなる光合分波器５２３を備える。光送信器５２１は、波長間隔Ｙの信号光を送信する特性を備え、出力波長をλｂ１〜λｂｎに変化させられる機能を備える。
【０１１４】
一方、加入者装置４０１は、上り信号を送信する光送信器４１１と、下り信号を受信する光受信器４１２と、上り信号光と下り信号光を合分波する波長フィルタ等からなる光合分波器４１３と、制御部４１４を備える。また、光送信器４１１は、波長間隔Ｘの信号光を送信する特性を備え、出力波長をλａ１〜λａｎに変化させることができる機能を備える。
【０１１５】
図１６は、波長配置の一例を示した概略図である。図１６に示すように、波長帯Ａ、波長間隔Ｘの光信号λａ１〜λａｎが上り信号を、波長帯Ａとは異なる波長帯の波長帯Ｂ、波長間隔Ｙ（Ｘ＞Ｙ）の光信号λｂ１〜λｂｎが下り信号を形成する。
【０１１６】
また、アレイ導波路回折格子１は、具体的には前記した第１実施形態のところで説明したとおりであるが、加入者側ポートＩ１〜Ｉｎ及び局側ポートＯ１〜Ｏｎ（ｎは整数）を備える。局側ポートと加入者側ポートと入出力波長との関係は、前記した前記した図２３（ａ）、図２３（ｂ）に示すような周回性を持っている。なお、アレイ導波路回折格子１の加入者各側ポートＩ１〜Ｉｎに接続された加入者装置または加入者装置群を、それぞれＰＯＮ−１〜ＰＯＮ−ｎとする。
【０１１７】
図１５に示す光通信システムＺ１における信号の流れの一例について、まず、下り信号の流れについて説明する。局側装置５０１内の送受信器５１２−ｉ（１≦ｉ≦ｎ、ｉは整数）の中の光送信器５２１−ｉから送信される、波長間隔Ｙで波長λｂｘ（１≦ｘ≦ｎ、ｎは整数）の下り信号は、波長合分波器５２３−ｉ及び光ファイバＦ３−ｉを経てアレイ導波路回折格子１の基板１０１上の局側ポートＯｉに入力される。Ｏｉに入力された下り信号は、図２３（ｂ）に示す波長とポートの対応表に従って加入者側ポートＩｊ（１≦ｊ≦ｎ、ｊは整数）に受動的に出力される。Ｉｊから出力された下り信号は、光ファイバＦ２−ｊを経て光パワースプリッタＰ−ｊに到達する。光パワースプリッタＰ−ｊにおいて、かかる下り信号は等分配され、光パワースプリッタＰ−ｊの下流に属する全加入者装置、すなわちＰＯＮ−ｊに等しく到達させる。下り信号は、光ファイバＦ１−ｊを経て加入者装置４０１−ｊに到達することになる。
【０１１８】
なお、光通信システムＺ１における下り信号にあっては、１つの加入者装置４０１内の光受信器には、ある時刻において１つの下り信号のみが入力されるように、局側装置５０１内の光送受信器５１２の出力波長と出力タイミングが制御される。
【０１１９】
次に、光通信システムＺ１における上り信号の流れについて説明する。加入者装置４０１−ｊ（１≦ｊ≦ｎ、ｊは整数）内の光送信器４１１−ｊから送信される、波長間隔Ｘで波長λａｙ（１≦ｙ≦ｎ、ｙは整数）の上り信号は、波長合分波器４１３−ｊおよび光ファイバＦ１−ｊ、光パワースプリッタＰ−ｊ、光ファイバＦ２−ｊを経て、アレイ導波路回折格子１０１の局側ポートＩｊに入力される。Ｉｊに入力された上り信号は、図２３（ａ）に示す波長とポートの対応表に従って局側ポートＯｉ（１≦ｉ≦ｎ、ｉは整数）に受動的に出力される。Ｏｉから出力された上り信号は、光ファイバＦ３−ｉを経て、局側装置５０１内の送受信器５１２−ｉの中の波長合分波器５２３−ｉを経て、光受信器５２２−ｉに到達することになる。
【０１２０】
なお、光通信システムＺ１における上り信号にあっても、前記した下り信号と同様、１つの局側装置５０１内の光受信器５２２には、ある時刻において１つの上り信号のみが入力されるように加入者装置４０１内の光送信器４１１の出力波長と出力タイミングが制御される。
【０１２１】
また、図１７は、本発明の第２実施形態に係るアレイ導波路回折格子２を用いた光通信システムＺ２の一態様を示した概略図である。図１８に示す光通信システムＺ２は、第１実施形態に係る片側入出力導波路一体型アレイ導波路回折格子２を用いた、上り／下りで波長帯と波長間隔の異なる波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮとなる。
【０１２２】
図１７に示す光通信システムＺ２は、アレイ導波路回折格子２と、加入者装置４０１と、局側装置６０１と、それらを接続する光ファイバＦによって構成されている。また、光パワースプリッタＰを介して各ポートに複数の加入者装置４０１が接続されている。なお、光通信システムＺ２としては、光パワースプリッタＰを介さずに、アレイ導波路回折格子２の加入者側の各ポートＩ１〜Ｉｎに加入者装置４０１がそれぞれ１台ずつ直接接続されるようにしても問題はない。
【０１２３】
以下、局側装置６０１から加入者装置４０１へ伝送される信号光を下り信号、加入者装置４０１から局側装置５０１へ伝送される信号光を上り信号として説明する。
【０１２４】
光通信システムＺ２を構成する局側装置６０１は、アレイ導波路回折格子２の基板２０１上の局側ポートＰ１〜Ｐｎに接続された１つ以上の光受信器６１１と、局側ポートＱ１〜Ｑｎに接続された１つ以上の光送信器６１２と、制御部６１３とを備える。光送信器６１２は、波長間隔Ｙの信号光を送信する特性を備え、出力波長をλｂ１〜λｂｎに変化させられる機能を備える。
【０１２５】
一方、加入者装置４０１は、上り信号を送信する光送信器４１１と、下り信号を受信する光受信器４１２と、上り信号光と下り信号光を合分波する波長フィルタ等からなる光合分波器４１３と、制御部４１４を備える。光信号送受信器４１１は、波長間隔Ｘの信号光を送信する特性を備え、出力波長をλａ１〜λａｎに変化させられる機能を備える。上り信号λａ１〜λａｎ及び下り信号λｂ１〜λｂｎの波長配置は、前記した図１６に示すものであり、図１５の光通信システムＺ１と共通する。
【０１２６】
アレイ導波路回折格子２は、具体的には前記した第２実施形態のところで説明したとおりであるが、加入者側ポートＩ１〜Ｉｎ及び２つの局側ポートＰ１〜Ｐｎ、Ｑ１〜Ｑｎ（ともにｎは整数）を備える。局側ポートと加入者側ポートと入出力波長との関係は、前記した図２５（ａ）、図２５（ｂ）に示すような周回性を持っている。なお、アレイ導波路回折格子２の加入者各側ポートＩ１〜Ｉｎに接続された加入者装置または加入者装置群を、それぞれＰＯＮ−１〜ＰＯＮ−ｎとする。
【０１２７】
図１７に示す光通信システムＺ２における信号の流れの一例について、まず、下り信号の流れについて説明する。局側装置６０１内の送信器６１２−ｉ（１≦ｉ≦ｎ、ｉは整数）から送信される、波長間隔Ｙで波長λｂｘ（１≦ｘ≦ｎ、ｎは整数）の下り信号は、光ファイバＦ３−ｉを経てアレイ導波路回折格子１の基板２０１上の局側ポートＱｉに入力される。Ｑｉに入力された前記下り信号は、図２５（ｂ）に示す波長とポートの対応表に従って加入者側ポートＩｊ（１≦ｊ≦ｎ、ｊは整数）に受動的に出力される。Ｉｊから出力された下り信号は、光ファイバＦ２−ｊを経て光パワースプリッタＰ−ｊに到達する。光パワースプリッタＰ−ｊにおいて、下り信号は等分配され、光パワースプリッタＰ−ｊの下流に属する全加入者装置、すなわちＰＯＮ−ｊに等しく到達する。下り信号は、光ファイバＦ１−ｊを経て加入者装置４０１−ｊに到達する。
【０１２８】
なお、光通信システムＺ２における下り信号にあっては、１つの加入者装置４０１内の光受信器には、ある時刻において１つの下り信号のみが入力されるように局側装置６０１内の光送信器の出力波長と出力タイミングが制御される。
【０１２９】
次に、光通信システムＺ２における上り信号の流れについて説明する。加入者装置４０１−ｊ（１≦ｊ≦ｎ、ｊは整数）内の光送信器４１１−ｊから送信される、波長間隔Ｘで波長λａｙ（１≦ｙ≦ｎ、ｙは整数）の上り信号は、波長合分波器４１３−ｊおよび光ファイバＦ１−ｊ、光パワースプリッタＰ−ｊ、光ファイバＦ２−ｊを経て、アレイ導波路回折格子１の基板２０１上の局側ポートＩｊに入力される。Ｉｊに入力された上り信号は、図２５（ａ）に示す波長とポートの対応表に従って局側ポートＰｉ（１≦ｉ≦ｎ、ｉは整数）に受動的に出力される。Ｐｉから出力された上り信号は、光ファイバＦ３−ｉを経て、局側装置６０１内の光受信器６１１−ｉに到達する。
【０１３０】
なお、光通信システムＺ２における上り信号にあっても、前記した下り信号と同様、１つの局側装置６０１内の光受信器６１１には、ある時刻において１つの上り信号のみが入力されるように加入者装置４０１内の光送信器４１１の出力波長と出力タイミングが制御される。
【０１３１】
以上説明した光通信システムＺ２は、前記した本発明に係るアレイ導波路回折格子２を備え、加入者装置内の送信器には安価な広波長間隔の波長可変光源を用いることができ、上り信号と下り信号で波長帯及び波長間隔が異なる波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮが経済的に実現できる。また、局側装置内及びアレイ導波路回折格子２内において信号光が通過する波長合分波器の数を削減することができ、光パワー損失を減らした波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮとなる。
【０１３２】
（第４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。
【０１３３】
前記した第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子１は、基板１０１上に、第１のスラブ導波路１０３と、第２のスラブ導波路１０７と、第１のスラブ導波路１０３に接続された第１の入出力導波路１０２と、第２のスラブ導波路１０７に接続された第２の入出力導波路１０９と、両端が第１のスラブ導波路１０３および第２のスラブ導波路１０７に接続された第１のチャネル導波路群１０５と、両端がスラブ導波路１０３およびスラブ導波路１０７に接続された第２のチャネル導波路群１０６とが形成されている。また、第１のチャネル導波路群１０５と、第２のチャネル導波路群１０６は、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からなる。さらに、第１のスラブ導波路１０３の一部に形成したスリット１０４に光フィルタ１２１が挿入され、第２のスラブ導波路１０７の一部に形成したスリット１０８に光フィルタ１２２が挿入される用にして構成される。一方、本発明に係るアレイ導波路回折格子１としては、かかる構成を備えた、下記の図１８ないし図２０の構成を用いるようにしてもよい。
【０１３４】
図１８から図２０は、本発明の第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子１の他の態様を示した概略図である。
【０１３５】
図１８に示したアレイ導波路回折格子１ａは、前記した第１実施形態の構成を備えた上で、スリット１０４、１０８の形成としてダイシングソーを用いて、第１のスラブ導波路１０３におけるスリット１０４の形成としては、基板１０１の端面より第１のスラブ導波路１０３を横切るようにして溝を形成し、スリット１０４としている。また、第２のスラブ導波路１０７におけるスリット１０８の形成も、基板１０１の端面より第２のスラブ導波路１０７を横切るよう溝を形成し、スリット１０８としている。そして、このようにして形成されたスリット１０４とスリット１０８に、それぞれ光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２１、１２２を挿入している。
【０１３６】
なお、アレイ導波路回折格子１ａを構成する光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２１、１２２は、４５°入射の光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２１、１２２を用いた。また、第１のスラブ導波路１０３のスラブ中心軸１３１とスラブ中心軸１３２は、それぞれ、基板１０１に対し角度θ＋π／４（ｒａｄ．）、角度θ−π／４（ｒａｄ．）で形成されており、スリット１０４は、基板１０１に対して角度θで形成されている。第２のスラブ導波路１０７のスラブ中心軸１３３とスラブ中心軸１３２４は、それぞれ、基板１０１に対し角度θ＋π／４（ｒａｄ．）、角度θ−π／４（ｒａｄ．）で形成されており、スリット１０８は、基板１０１に対して角度θで形成されている。
【０１３７】
なお、光フィルタとして挙げた干渉膜フィルタ１２１、１２２の種類としては特に制限はなく、例えば、前記した図２の特性や図３の波長分合波を実施することができる任意の構成のものを用いることができる。
【０１３８】
また、前記したスラブ中心軸１３１〜１３４の関係やスリット１０４、１０８の基板１０１に対する角度は一例であり、光フィルタの特性に応じて、任意の角度に設定してもよい。さらに、スリット１０４、１０８の形成方法としても、ダイシングソーのほか、ウェットエッチング、ドライエッチング、サンドブラスト等の任意の手段を用いることができる。
【０１３９】
また、図１９に示すアレイ導波路回折格子１ｂは、前記した第１実施形態の構成を備えた上で、基板１０１と基板１０１ｂ上に、第１のスラブ導波路１０３と、第２のスラブ導波路１０７と、第１のスラブ導波路１０３に接続された第１の入出力導波路１０２と、第２のスラブ導波路１０７に接続された第２の入出力導波路１０９と、両端が第１のスラブ導波路１０３および第２のスラブ導波路１０７に接続された第１のチャネル導波路群１０５と、両端が第１のスラブ導波路１０３及び第２のスラブ導波路１０７に接続された第２のチャネル導波路群１０６が形成されている。
【０１４０】
図１９に示すアレイ導波路回折格子１ｂにおいて、第１のチャネル導波路群１０５と、第２のチャネル導波路群１０６は、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からなる。さらに、光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２１が第１のスラブ導波路１０３を、光フィルタ（干渉膜フィルタ）１２２が第２のスラブ導波路１０７を横切るように基板１０１と基板１０１ｂに挟まれている。
【０１４１】
なお、かかる基板１０１と基板１０１ｂは、それぞれ別々に作製しても良いし、あらかじめ１枚の基板を作製し、ダイシング、ウェットエッチング、ドライエッチング、サンドブラスト等の公知の手段により基板１０１と基板１０１ｂに分けてもよい。
【０１４２】
さらに、図２０に示すアレイ導波路回折格子１ｃは、前記した第１実施形態の構成を備えた上で、第１の入出力導波路１０２と第１のスラブ導波路１０３との接続部分を接続部１１１、第２の入出力導波路１０９と第２のスラブ導波路１０７との接続部分を接続部１１６、第１のスラブ導波路１０３と第１のチャネル導波路群１０５との接続部分を接続部１１３、第１のスラブ導波路１０３と第２のチャネル導波路群１０６との接続部分を接続部１１２、第２のスラブ導波路１０７と第１のチャネル導波路群１０５との接続部分を接続部１１５、第２のスラブ導波路１０７と第２のチャネル導波路群１０６との接続部分を接続部１１４、として構成される。かかる構成により、第１のスラブ導波路１０３に配設される光フィルタ（干渉膜フィルタ）１０４を透過した信号光が第２のチャネル導波路群１０６を伝搬し、光フィルタ（干渉膜フィルタ）１０４で反射された信号光が第１のチャネル導波路群１０５を伝搬することになる。
【０１４３】
なお、図２１は、本発明の第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子１を備えた光モジュールＭの実施態様の一例を示した概略図である。図２１に示すように、光モジュールＭは、筐体７０１に収められた第１実施形態に係るアレイ導波路回折格子１における基板１０１の第１の入出力導波路１０２に図示しない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ＦＢ１が接続され、また、第２の入出力導波路１０９に図示しない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ＦＢ２が接続されている。そして、光モジュールＭは、第１のファイバブロックＦＢ１に繋がれた第１の光コネクタＯＣ１と、第２のファイバブロックＦＢ２に繋がれた第１の光コネクタＯＣ２より、本発明のアレイ導波路回折格子１に外部からの信号光を入出力することができることになる。
【０１４４】
なお、図２１では、光モジュールＭとして、アレイ導波路回折格子１を構成する第１のスラブ導波路１０３及び第２のスラブ導波路１０７に、モニターポート７０２、７０３を接続した態様を示している。
【０１４５】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明は、情報通信産業に利用することができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ．２    アレイ導波路回折格子
１０１、２０１  基板
１０２、２０２  第１の入出力導波路
１０３、２０３  第１のスラブ導波路
１０４、１０８、２０４、２０８  スリット
１０５、２０５  第１のチャネル導波路
１０５ａ、２０５ａ  第１のチャネル導波路の端面
１０６、２０６  第２のチャネル導波路
１０６ａ、２０６ａ  第２のチャネル導波路の端面
１０７、２０７  第２のスラブ導波路
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ  第２のスラブ導波路の端部
１０９、２０９、２１０  第２の入出力導波路
１２１、１２２、２２１  光フィルタ（干渉膜フィルタ）
１１１〜１１６、２１１〜２１６  スラブ中心軸
１３１〜１３４、２３１〜２３４  スラブ中心軸
１４１〜１４６、２４１〜２４６、２４８  曲率中心
４０１  加入者装置
４１１  光送信器
４１２  光受信器
４１３  光合分波器
４１４  制御部
５０１、６０１  局側装置
５１１、６１３  制御部
５１２  光送受信器
５２１、６１２  光送信器
５２２、６１１  光受信器
５２３  光合分波器
７０１  筐体
７０２、７０３  モニターポート
Ｆ  光ファイバ
ＦＢ１  第１のファイバブロック
ＦＢ２  第２のファイバブロック
Ｍ  光モジュール
ＯＣ１  第１の光コネクタ
ＯＣ２  第２の光コネクタ
Ｐ  光パワースプリッタ
Ｓ  スラブ導波路
Ｚ１、Ｚ２  光通信システム
ａ、ｂ、ｃ、ｄ  スラブ長
Ｈ  従来の波長振り分け器
３０２、３０３  アレイ導波路回折格子
３０１、３０４  光フィルタ
３０５、３０６  入出力口
３０７  光ファイバ
【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】
2013105466.tif 000029
【国際調査報告】
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2013105466.tif 000031
2013105466.tif 000032
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