(57)【要約】【課題】異なる種類の光導波路間を接続する場合には、その接続部分において大きな損失が発生する問題があった。異なる種類の光導波路間では、各光導波路を伝搬する光のフィールドのサイズや形状がお互い異なっているため、フィールドミスマッチによる接続損失が発生していた。さらに、光導波路の接続時には少なからず接続の位置ズレが発生し、この位置ズレによる接続損失も発生していた。【解決手段】本発明は、異なる種類の光導波路を接続する際に生じる損失を低減し、異なる種類の光導波路が混在する光波回路において生じる損失を抑えて高性能な平面型光波回路を実現する。本平面型光波回路では、入力側回路機能と出力側回路機能とを有する入出力光回路との接続をスラブ導波路において行い、かつ、入力側回路機能と出力側回路機能を１つの入出力光回路上に構成する。本構成により、接続部分において生じる損失を低減する。【選択図】図２
2011164142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に作製され、入力側スラブ導波路と、出力側スラブ導波路と、前記入力側スラブ導波路および前記出力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路とを有する平面型光波回路において、
前記平面型光波回路は、前記入力側スラブ導波路への光信号の入力回路機能および前記出力側スラブ導波路からの光信号の出力回路機能を有する入出力光回路と、前記アレイ導波路を含む波長合分波回路とを接続することにより形成され、
前記入力側スラブ導波路を横断する第１の接続面と、前記第１の接続面と平行であって前記出力側スラブ導波路を横断する第２の接続面とがそれぞれ設けられ、
前記第１の接続面における線分散量と前記第２の接続面における線分散値とが等しく設定されていること
を特徴とする平面型光波回路。
【請求項２】
前記入力側スラブ導波路の中心対称線と、前記第１の接続面の法線とがなす第１の角、および、前記出力側スラブ導波路の中心対称線と、前記第２の接続面の法線とがなす第２の角は、絶対値が等しいことを特徴とする請求項１に記載の平面型光波回路。
【請求項３】
前記入力側スラブ導波路との接続点における前記アレイ導波路のアレイ導波路間隔と、
前記出力側スラブ導波路との接続点における前記アレイ導波路のアレイ導波路間隔とが等しく、
前記入力側スラブ導波路の前記アレイ導波路側の曲率半径と、前記出力側スラブ導波路の前記アレイ導波路側の曲率半径とは等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の平面型光波回路。
【請求項４】
前記入力側スラブ導波路の前記第１の接続面または前記出力側スラブ導波路前記第２の接続面の少なくとも一方において、前記各接続面のいずれか片側または両側に、フィールドサイズ変換器を設けたことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の平面型光波回路。
【請求項５】
前記第１の角および前記第２の角は、いずれも０度より大きく９０度より小さいことを特徴とする請求項２乃至４いずれかに記載の平面型光波回路。
【請求項６】
前記入出力光回路の光導波路の材料と、前記波長合分波回路の光導波路の材料とは異なることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の平面型光波回路。
【請求項７】
前記第１の接続面と、前記第２の接続面は同一平面上にあることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の平面型光波回路。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、平面型光波回路に関し、特に、波長合分波回路を含む平面型光波回路に関する。
【０００２】
光通信技術の進展に伴い、光信号を直接処理する光部品の開発が益々重要となっている。中でも、平面基板上に作製された光導波路を有する平面型光波回路は量産性に優れ、低コストでありおよび信頼性が高いなどの優れた特徴を持っている。
【０００３】
平面型光波回路に用いられる材料としては、光導波路に持たせる機能や特性によって、様々な種類が存在する。低損失性や長期安定性に優れている石英系ガラスを材料とする石英系ガラス光導波路は、特にパッシブデバイスにおいて多く用いられている。しかしながら、石英系ガラス光導波路では能動的な動作を実現するのは困難である。これに対して、半導体を材料とする半導体光導波路は、光の増幅や変調などの能動的な動作を実現可能であり、特にアクティブデバイスで用いられている。しかしながら、半導体導波路では導波損失の大きさが問題となる。
【０００４】
上述のように光導波路の材料にはそれぞれ一長一短があり、１つの光導波路材料に基づいて、１つの光導波路技術だけを使用して、光波回路に要求されるすべての機能を実現することは難しい。このような問題を解決するために、１つの光波回路を、異なる材料をそれぞれ使用した複数種の光導波路を使用して実現する方法が提案されている。
【０００５】
例えば、一方で、高速な位相変調機能が必要な部分に対してはＬｉＮＯ3やＩｎＰによる光導波路等を用い、他方で、光の分岐および合波や、曲げ導波路等による伝搬方向の変換、光波回路とそれに接続される入出力光ファイバの接続など、低損失性が求められる機能部分に対しては石英系ガラスによる光導波路を用いることができる。２つの異なる材料を使用した２種類の光導波路を用いて、光波回路を実現することができる。
【０００６】
このような光波回路は、それぞれの光導波路を別々の作製工程で作製した後でチップ化し、さらにその後チップ同士を接続することで１つの光波回路として構成される。このような手順によって、異なる材料によって構成された異なる種類の導波路から１つの光波回路を構成し、全体として、光導波路の種類によって異なる機能性や特性を補い合うことができる（特許文献１を参照）。
【０００７】
より具体的には、上述の方法で構成された光波回路として、アレイ導波路回折格子を用いた波長合分波回路と、この回路の構成材料とは異なる材料により構成された光導波路からなる光回路とを接続し、様々な機能を実現する回路がある。
【０００８】
図１は、波長合分波回路を含む光波回路の構成を示す図である。光波回路１０は、入力側光回路２、光波長合分波回路３および出力側光回路４が接続された構成となっている。光波長合分波回路３は、良く知られているように、入力導波路群５、入力側スラブ導波路６、アレイ導波路７、出力側スラブ導波路８、出力導波路群９が順次接続された構成を持つ。入力側光回路２および光波長合分波回路４は、それぞれ別のチップとして作製され、接続部分Ａで接続されている。同様に、出力側光回路３および光波長合分波回路４も、別のチップとして作製され、接続部分Ｂで接続されている。
【０００９】
図１のような光波回路１０の第１の例として、波長可変光源がある。入力側光回路２には発振波長の異なる複数の半導体レーザが配置される。それぞれのレーザ出力光は、波長合分波回路４の入力導波路群の１つに入力する。波長合分波回路４を低損失な石英系ガラス光導波路で構成することによって、入力側光回路２の半導体レーザから出力される光を、低損失に合波・分波することができる。合波されたレーザ光が光波長合分波回路４の出力導波路群９の１つから出力されるように設計しておくことで、光波回路全体で、波長可変光源を実現することができる。この場合、出力側光回路３を通常の半導体光導波路で構成することによって、光波回路１全体としては、出力導波路を入力側光回路２の半導体光導波路の形態に維持したままで、波長可変光源内に低損失な光波長合波機能を実現することができる。
【００１０】
光波回路１０の第２の例として、高速可変波長フィルタがある。この場合、光波長合分波回路４内のアレイ導波路７に半導体位相変調器が配置される。一方、入力側光回路２および出力側光回路３では、光ファイバと低損失な接続が可能な石英系ガラス導波路を採用することができる。第１の例の波長可変光源とは対照的な材料で構成された光導波路によって、光ファイバと低損失に接続できる高速可変波長フィルタを実現できる。
【００１１】
このように、アレイ導波路回折格子回路を用いた光波長合分波回路４の前後に、その回路の構成材料とは異なる材料の光導波路からなる入力側光回路２および出力側光回路３を接続することによって、様々な機能を実現できる。尚、光波長合分波回路の回路の対称性から、入力側光回路２および出力側光回路３が、それぞれ反対の出力機能および入力機能を兼ねている場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３８００５９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、これらの異なる種類の光導波路間を接続する場合には、その接続部分において大きな損失が発生する問題があった。従来技術において、２つの異なる材料で構成された光回路同士の接続は、例えば、特許文献１に示すような、孤立導波路同士の突き当て接続の方法により実施される。具体的には、それぞれの材料で作成した回路端に孤立導波路を配置し、これらの導波路の位置を高精度に調整して、接着剤等により接続される。
【００１４】
上述のような接続が行なわれる場合、大きな結合損失が発生する。その理由として、異なる種類の光導波路間では、各光導波路を伝搬する光のフィールドのサイズや形状がお互い異なっているため、フィールドミスマッチによる接続損失が発生していた。これに加え、光導波路の接続時には少なからず接続の位置ズレが発生し、この位置ズレによる接続損失も発生していた。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、異なる種類の光導波路を接続する際に生じる損失を低減し、異なる種類の光導波路が混在する光波回路において生じる損失を抑えて高性能な平面型光波回路を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に作製され、入力側スラブ導波路と、出力側スラブ導波路と、前記入力側スラブ導波路および前記出力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路とを有する平面型光波回路において、前記平面型光波回路は、前記入力側スラブ導波路への光信号の入力回路機能および前記出力側スラブ導波路からの光信号の出力回路機能を有する入出力光回路と、前記アレイ導波路を含む波長合分波回路とを接続することにより形成され、前記入力側スラブ導波路を横断する第１の接続面と、前記第１の接続面と平行であって前記出力側スラブ導波路を横断する第２の接続面とがそれぞれ設けられ、前記第１の接続面における線分散量と前記第２の接続面における線分散値とが等しく設定されていることを特徴とする平面型光波回路である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１の平面型光波回路であって、前記入力側スラブ導波路の中心対称線と、前記第１の接続面の法線とがなす第１の角、および、前記出力側スラブ導波路の中心対称線と、前記第２の接続面の法線とがなす第２の角は、絶対値が等しいことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２いずれかの平面型光波回路であって、前記入力側スラブ導波路との接続点における前記アレイ導波路のアレイ導波路間隔と、前記出力側スラブ導波路との接続点における前記アレイ導波路のアレイ導波路間隔とが等しく、前記入力側スラブ導波路の前記アレイ導波路側の曲率半径と、前記出力側スラブ導波路の前記アレイ導波路側の曲率半径とは等しいことを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの平面型光波回路であって、前記入力側スラブ導波路の前記第１の接続面または前記出力側スラブ導波路前記第２の接続面の少なくとも一方において、前記各接続面のいずれか片側または両側に、フィールドサイズ変換器を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４いずれかの平面型光波回路であって、前記第１の角および前記第２の角は、いずれも０度より大きく９０度より小さいことを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの平面型光波回路であって、前記入出力光回路の光導波路の材料と、前記波長合分波回路の光導波路の材料とは異なることを特徴とする。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６いずれかの平面型光波回路であって、前記第１の接続面と、前記第２の接続面は同一平面上にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の光波回路によって、異なる種類の光導波路を含む回路の接続部分において生じる損失を低減することができる。さらに、光波長合分波回路の合分波特性に影響する方向の接続位置ズレによって発生する、波長合分波回路の透過スペクトルのシフトを解消することができる。また、接続部分において生じる反射を低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術の光波回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の平面型光波回路の構成を示した概念図である。
【図３】従来技術において、異なる種類の光導波路が接続されたときの損失を説明する概念図である。
【図４】接続位置ズレによる損失の発生を従来技術と対比させて説明する図である。
【図５】フィールド高さ変換部分の構成例を示した図である。
【図６】フィールド高さ変換部分の別の構成例を示した図である。
【図７】スラブ導波路の接続位置ズレが合分波特性に与える影響および本発明の効果を示した図である。
【図８】本発明の光波回路における反射の抑制を説明する図である。
【図９】スラブ導波路の構成パラメータを説明する図である。
【図１０】作製した１００ＧＨｚ間隔１６ｃｈの波長分波回路の模式図を示す。
【図１１】回路接続時のズレ量に対する波長分波特性の変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、光波長合分波回路と、入力側回路機能と出力側回路機能とを有する入出力光回路との接続をスラブ導波路において行い、かつ、入力側回路機能と出力側回路機能を１つの入出力光回路上に構成する。この構成により、接続部分において生じる損失を低減することができる。さらに、光波長合分波回路の合分波特性に影響を与える方向の接続位置ズレによって発生する、光波長合分波回路の透過スペクトルのシフトを解消することができる。また、接続部分において生じる反射を低減することもできる。
【００２６】
図２は、本発明の平面型光波回路の構成を示した概念図である。平面型光波回路１は、光波長合分波回路４と、入出力光回路１１とが接続境界Ａにおいて接続された構成を持つ。入出力光回路１１は、入力側回路機能および出力側回路機能の両方の機能を有する。更に、光波長合分波回路４と入出力光回路１１との間の接続は、入力側スラブ導波路６および出力側スラブ導波路８の、２つのスラブ導波路において行う。すなわち、接続境界Ａが２つのスラブ導波路を横切るように構成されている。光波長合分波回路４の光導波路と、入出力光回路１１の光導波路とは、異なる種類の材料によって構成されている。ここで、異なる種類の材料とは、材料自体が異なる場合のほか、材料が同じであっても一部の性質が異なるために形成される光導波路の性質が異なる場合も含んでいる。
【００２７】
入出力光回路１１は、入力側スラブ導波路へ光信号を入力する入力側回路機能と、出力側スラブ導波路から光信号を出力する出力側回路機能とを少なくとも含んでいれば良い。従って、入出力光回路１１は、他の様々な光信号処理機能を含むことができる。
【００２８】
以下、本発明の平面型光波回路の構成による損失の低減効果について、従来技術と対比させながら説明する。上述のように、図１に示した従来技術の光波回路構成における損失の発生は、上述したように「フィールドミスマッチによる損失」および「接続位置ずれによる損失」の２つの原因による。まず、「フィールドミスマッチによる損失」の低減効果について説明する。
【００２９】
フィールドミスマッチとは、別々に製作された光回路の接続部分を境界として、その接続面の前後において、各光回路の光導波路で伝搬可能な光のフィールドの形状やサイズが異なっている状態を言う。フィールドミスマッチが生じている場合、入力側の光導波路を伝播してきた光の一部のみが、接続部分において出力側の光導波路に結合するため、結合損失が発生する。
【００３０】
図３は、従来技術において、異なる種類の光導波路が接続されたときの損失の発生を説明する概念図である。従来技術における光導波路同士の接続は、スラブ導波路ではなく、光の進行方向に対して縦横いずれの方向にも光を閉じ込める通常の光導波路で接続されていた。ここでは、通常の光導波路を、スラブ導波路に対して孤立導波路と呼ぶことにする。図３に示したように、従来技術においては、異なる種類の孤立光導波路２３、２４が、接続境界面２２を挟んで接続される。光回路の基板面２１に対して垂直な境界面２２において、ｘ軸およびｙ軸を図３のように定義する。ｘ軸は、基板面２１に対して平行な軸となり、ｙ軸は、基板面２１に対して垂直な軸となる。図１と対応させれば、孤立光導波路２３は入力側回路２の光導波路に相当し、孤立光導波路２４は光波長合分波回路４の入力光導波路群５の１つに相当する。
【００３１】
ここで、フィールドの形状を簡単に表現するため、光回路の基板面２１に平行なｘ軸方向のフィールドサイズを‘‘フィールド幅’’、基板に垂直なｙ軸方向のフィールドサイズを“フィールド高さ”と呼ぶ。孤立導波路の場合、フィールドサイズが完全に一致しない限り、損失が生じる。つまり、フィールド高さおよびフィールド幅が共に一致しない限り、損失が発生する。図３では簡単のためｘ軸方向のフィールド幅だけを示している。損失を最小限にするためには、孤立光導波路２３を伝播する光のフィールド幅１と、孤立光導波路２４を伝播する光のフィールド幅２とが完全に一致する必要がある。同様に、孤立導波路２３、２４のフィールド高さも完全に一致する必要がある。
【００３２】
一方、図２に示した本発明の平面型光波回路のように、異なる種類の光導波路の接続をスラブ導波路で行いスラブ導波路同士が接続された場合、フィールドミスマッチによる損失は減少する。なぜなら、スラブ導波路は、その導波路断面が平板構造をしており、光はスラブの厚さ方向のみに閉じ込められて伝搬するからである。従って、伝播可能な光に対してはフィールド高さのみが決定され、スラブ導波路のフィールド幅は限定されない。言い換えると、スラブ導波路同士では、どんなフィールド幅の光も損失なく接続される。従って、損失の発生は、異なる種類の光導波路の接続部前後で、光フィールドサイズのフィールド高さの差異のみに起因して生じることになり、全体として損失低減に繋がる。
【００３３】
これまでは、フィールドミスマッチによる損失について説明したが、次に、本発明の構成による「接続位置ずれによる損失」の低減効果について説明する。
【００３４】
図４は、接続位置ズレによる損失の発生を従来技術と対比させて説明した図である。孤立導波路においては、光導波路を伝搬する光の位置は一意に決定される。ここで、光回路の接続面において光の進行方向に垂直であってかつ基板面に平行な方向をｘ軸、基板面に垂直な方向をｙ軸とする。再び図３を参照すれば、孤立光導波路２３と孤立光導波路２４が接続面２２において接続されているが、その位置がｘ軸方向およびｙ軸方向でそれぞれわずかにずれている。位置ズレの量は、ｘ軸についてΔｘであり、ｙ軸についてΔｙとする。
【００３５】
図４では、ｘ軸方向のズレとｙ軸方向のズレによって生じる損失量を、従来技術の孤立導波路同士の接続の場合（ａ）、（ｂ）と、本発明のスラブ導波路同士の接続の場合（ｃ）、（ｄ）に分けて示した。孤立導波路同士の接続の場合、最低損失を実現できる最適接続位置は、接続面内において位置ズレ量が０となる１点のみである。（ａ）、（ｂ）に示したように、損失が最小となるのはΔｘ＝Δｙ＝０の点だけである。接続位置ズレが発生した場合、ｘ軸方向のズレとｙ軸方向のズレが共に損失増加に繋がる。
【００３６】
一方、スラブ導波路同士の接続の場合、伝搬する光はｘ軸方向には限定されず光の位置はｘ方向は任意であり、ｙ軸方向のみ一意に決定される。従って、（ｃ）に示したようにｘ軸方向の位置ズレによっては損失増加を生ない。（ｄ）に示すように、ｙ軸方向のみの位置ズレが損失を生じさせる。従って、本発明の光波回路のようにスラブ導波路において２つの光回路を接続することによって、接続位置ズレに起因して発生する損失を低減できる。
【００３７】
例えば、光波長合分波回路と入出力光回路とをスラブ導波路において接続することによって、接続損失の低減が可能となる。スラブ導波路同士の接続面において残存する接続損失は、さらに光導波路自体の構造を変化させることによって低減できる。
【００３８】
図５は、スラブ導波路同士を接続した場合に損失を低減する構成を示した図であり、フィールド高さ変換部分の構成例を示した図である。入力側スラブ導波路６近傍を拡大して示しており、接続面Ａを境界として入出力光回路１１と光波長合分波回路４が接続されている。入力導波路５が１本だけの例を示している。接続境界Ａの光波長合分波回路側には、フィールド高さ変換部分１２が設けられている。上述のように、スラブ導波路のフィールド高さが、接続面の前後のスラブ導波路間で異なっている場合、損失が発生する。そこで、図５に示すように接続面Ａを挟んで異なる種類のスラブ導波路間でフィールド高さが一致するように、屈折率の異なる部分を段階的に設けたフィールド高さ変換部分１２を設け、徐々にフィールド高さを一致させることによって、フィールドミスマッチによる接続損失を低減することができる。
【００３９】
図５に示した例では、光合分波回路４側のスラブ導波路のフィールド高さが、入出力回路１１側のスラブ導波路のフィールド高さよりも、小さい場合を示している。この場合、フィールド高さ変換部分１２は、光波長光合分波回路４から入出力光回路１１に向かって、スラブ導波路のない部分を徐々に設け、波長合分波回路側のスラブ導波路屈折率を平均的に下げることで、フィールド高さを大きくすることで、接続損失を低減している。
【００４０】
図６は、フィールド高さ変換部分の別の構成例を示した図である。図６の（ａ）は、スラブ導波路６の近傍の上面図を示しており、（ｂ）はＸ−Ｘ´線における基板側面から見た断面図を示す。光波長光合分波回路４側のクラッド３４内に形成されたコア３２と、入出力光回路１１側のクラッド３３内に形成されたコア３１の高さが異なる場合において、本例では、スラブ導波路のコアの厚さ自体を徐々に変換する構造となっている。接続するスラブ導波路の境界面Ａに対して、いずれか片方または両方にフィールド高さ変換部分構造を設けることによって、接続損失を低減できる。
【００４１】
これまでは、異なるスラブ導波路が接続された場合に、その接続面において生じる損失および本発明による損失の低減効果について説明した。しかしながら、スラブ導波路同士の接続を行うと、その接続面において生じる損失のほかに別の問題も生じる。それは、接続時に発生するｘ軸方向の接続位置ズレが、波長光合分波回路の合分波特性のズレを引き起こす問題である。スラブ導波路の基板面に平行な方向を含むｘ軸方向は、光の閉じ込めがないため、接続面においては損失は生じない。しかしながら、ｘ軸方向はアレイ導波路の合分波作用を生じる方向であるため、合分波特性に対して直接影響を与える。
【００４２】
図７は、スラブ導波路の基板面に並行な方向における接続位置ズレが合分波特性に与える影響および本発明の効果を示した図である。（ａ）は、入力側スラブ導波路において、ｘ軸方向の位置ズレがない場合を、（ｂ）は、入力側スラブ導波路において、ｘ軸方向の位置ズレがある場合を示している。それぞれ、上に光波回全体の模式図と光波長合分波器としての透過スペクトルを示す。
【００４３】
（ａ）を参照すれば、光波長合分波回路４と入力光回路２および出力光回路３がぞれぞれ、スラブ導波路において接続されている。入力側スラブ導波路側および出力側スラブ導波路側いずれもｘ軸方向に位置ズレがない場合は、透過率は所定の波長位置にピークを生じる。次に（ｂ）を参照すると、入力側スラブ導波路にｘ軸方向に図示した方向に位置ズレが存在する場合、透過スペクトルのピーク波長位置が短波長側にシフトする。ｘ軸の逆方向にズレていれば、長波長側にシフトする。尚、（ｂ）の例では短波長側にシフトしているが、アレイ導波路の湾曲方向との関係でシフト方向は決まる。また、（ｂ）のように入力側スラブ導波路ではなく、出力側スラブ導波路に位置ズレがある場合も、同様に透過スペクトルのシフトが生じる。ただし、出力側スラブ導波路に同方向の位置ズレが発生した場合、透過スペクトルを長波長側にシフトさせる。
【００４４】
上述のように、（ｂ）は、光回路の接続面において光波長合分波器の合分波動作に影響を与える方向（ｘ軸方向）に位置ズレが発生した場合、光波長合分波器において所望の合分波特性が得られないことを示している。しかしながら、本発明の光波回路の構成によれば、（ｂ）に示した接続位置ズレによる波長合分波回路の特性劣化を防ぐことができる。
【００４５】
本発明の光波回路では、入力側光回路と出力側光回路を１つの入出力回路１１として構成している。すなわち、入力側スラブ導波路と、出力側スラブ導波路とを１つの入出力側回路１１に設けることで、ｘ軸方向の位置ズレ量を２つのスラブ導波路間で等しくし、且つ、位置ズレに対する波長シフト量が等しくなる様に設計できる。
【００４６】
上述のように、入力側スラブ導波路および出力側スラブ導波路における「同方向の位置ズレ」によって、透過スペクトルのシフトは、逆方向に生じる。したがって、１つの入出力光回路として構成することによって、入力側スラブ導波路および出力側スラブ導波路で生じる波長シフトは互いに相殺される。ｘ軸方向の単位位置ズレ量当たりに発生する波長変化量は、波長線分散量と呼ばれる。入力側スラブ導波路および出力側スラブ導波路において、波長線分散量を適切に設定することによって、図７の（ｃ）に示した様にｘ軸方向の接続位置ズレによる波長合分波回路の特性劣化を抑えることができる。具体的には、入力側スラブ導波路における接続面を第１の接続面とし、出力側スラブ導波路における接続面を第２の接続面とすると、第１の接続面における線分散量と第２の接続面における線分散値とが等しく設定すれば良い。
【００４７】
図２に示した本発明の構成では、第１の接続面と、第２の接続面が、１つの同一平面上にあり、このような構成が最も簡単な構成である。しかし、第１の平面と第２の平面が平行な関係にあって、１つの入出力光回路として構成されていれば、同様な効果が得られるのは言うまでもない。従って、例えば、２つの光回路の形状をＬ字型と逆Ｌ字型などとして、第１の平面と第２の平面が同一平面上にない段違いの平面となるようにして良い。
【００４８】
片側のスラブ導波路の位置ズレに対する透過スペクトルのシフト量（線分散値）は、例えば、図９に示したスラブ導波路の構成パラメータによって制御可能である。例えば、スラブ導波路との接続点におけるアレイ導波路の間隔３７、アレイ導波路との接続点におけるスラブ導波路の曲率半径３６、アレイ導波路回路格子の回折次数によって制御できる。従って、入力側スラブ導波路側と出力側スラブ導波路側で、光波長合分波器のシフト量を同じにして、波長ズレを０とすることは設計上容易である。
【００４９】
また、本発明の光波回路では、接続位置における反射を抑制できる効果がある。異なる種類の光導波路でそれぞれ形成される波長合分波回路と入出力光回路とを接続する場合、屈折率の差によって、反射が発生する場合がある。本発明の光波回路のように、接続境界面とスラブ導波路とのなす角度を適切に設定することで、反射を抑制することができる。
【００５０】
図８は、本発明の光波回路における反射の抑制を説明する図である。光波長合分波回路４と、入出力光回路１１が、接続面Ａで接続されている。入力側スラブ導波路６および出力側スラブ導波路８を接続面Ａが横切るように構成されている。図８に示したように入力側スラブ導波路６および出力側スラブ導波路８の各中心対称線３５ａ、３５ｂが、０度より大きく９０度より小さな角度θslabを持って接続面Ａの法線と交差することで、反射を抑制することが可能となる。
【００５１】
図９は、スラブ導波路の構成パラメータを説明する図である。スラブ導波路６における中心対称線３５と接続面の法線との成す角度をθslabとする。θslabを大きな値にすることで、反射減衰量を大きくすることができる。但し、θslabを大きくすると、回路サイズを増大させてしまう。このため、十分な反射減衰量が確保可能であり、かつ、回路サイズが小さくなるように、θslabを設定する必要がある。
【００５２】
先に述べた、光波長合分波器の合分波動作に影響する方向（ｘ軸方向）の位置ズレにより発生する波長合分波回路の透過スペクトルのシフトを防ぐためには、θslabの絶対値を２つのスラブ間で等しくすることが望ましい。なぜなら、θslabがを異なった場合、接続面での線分散量を等しくするためには同一のスラブ導波路を用いることができず、設計が複雑になってしまうためである。
【００５３】
以上に述べたように、本発明は、波長合分波回路と、入力側回路機能と出力側回路機能とを有する入出力光回路との接続をスラブ導波路において行い、かつ、入力側回路機能と出力側回路機能を１つの入出力光回路上に構成する。この構成により、接続部分において生じる損失を低減することができる。さらに、光波長合分波回路の合分波特性に影響する方向の接続位置ズレによって発生する、波長合分波回路の透過スペクトルのシフトを解消することができる。また、接続部分において生じる反射を低減することもできる。次に、より詳細な実施例について説明する。
【実施例１】
【００５４】
本発明の効果を確認するため、光波長合分波回路として窒化シリコン光導波路を用いた回路を採用し、入出力光回路として石英系ガラス光導波路を用いた光回路を採用した。これら２つの光回路を接続することによって、１つの平面型光回路を実現した。窒化シリコン光導波路は、コアおよびクラッド間に大きな屈折率差を設けることができ、さらに小さな曲げ半径で低損失に光を曲げることが可能である。窒化シリコン光導波路のこれらの特徴によって、光波長合分波回路の小型化が可能となる。一方、入出力光回路には石英系ガラス導波路を採用することで、光ファイバと低損失に接続することができる。光波長合分波回路および入出力光回路のそれぞれに最適の種類の光導波路を選択することによって、これら２種類の光導波路の利点を生かした光回路を作製することができる。
【００５５】
図１０は、作製した１００ＧＨｚ間隔１６ｃｈの光波長分波回路の模式図を示す。本実施例の波長分波回路４１は、入出力光回路１１と光波長合分波回路４から構成される。入出力光回路１１は、入力導波路群５および出力導波路群９を含む。さらに、入力側スラブ導波路６と出力側スラブ導波路８は、入出力光回路１１と光波長合分波器４の接続面Ａを横切るように形成される。作製した光回路には、損失測定用の入力モニタポート４３、出力もに多ポート４５を設けている。２つのモニタポートに接続され、波長分波回路４１内を一巡する導波路４６、４７、４８はスラブ導波路ではなく通常の導波路であり、孤立光導波路によって接続面Ａで接続されている。同一回路内にスラブ導波路６、８および孤立光導波路４６−４８を設けることで、接続面Ａに沿った方向に同じ量の接続位置ズレがスラブ導波路および孤立光導波路にそれぞれ発生し、接続損失を比較できるようにした。
【００５６】
入出力光回路１１と光波長合分波回路４は共に、まず、Ｓｉ基板上に堆積した下部クラッド層およびコア層を堆積させる。コア層をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより形成し、上部クラッド層を作製した。石英系ガラス導波路の比屈折率差は０．７５％、窒化シリコン導波路の比屈折率差は５％とした。孤立導波路の断面形状は、石英系ガラス導波路が８μｍ角の正方形であり、窒化シリコン導波路が３μｍ角の正方形である。
【００５７】
作製した回路の損失を評価した。まず、接続面Ａにおいて接続位置ズレがない場合の損失を比較した。スラブ導波路６、８による回路の接続部分の損失は、２箇所を合わせて４．０ｄＢであった。一方、孤立光導波路４６、４７および孤立光導波路４７、４８同士の接続部分の損失は、２箇所を合わせて７．７ｄＢであった。スラブ導波路接続のほうが４ｄＢ近く損失を低く抑えられている。これは、先に説明したようにスラブ導波路による接続の方が、フィールドミスマッチが少ないためである。
【００５８】
次に、接続面Ａに沿って接続位置をずらして作成した回路の損失を評価した。位置ズレ量は、基板面に並行なｘ軸方向および基板面に垂直なｙ軸方向に共に１μｍとした。接続箇所２箇所のスラブ導波路接続および孤立導波路接続の接続損失は、それぞれ９．０ｄＢおよび４．６ｄＢであった。位置ズレのない場合に比べ、孤立導波路接続の場合、損失の増加が顕著である。一方、スラブ導波路接続の場合は、損失増加が０．６ｄＢ程度と少なく抑えられている。
【００５９】
図１１は、回路接続時のズレ量に対する波長分波特性の変化を示した図である。位置ズレのあるものと、位置ズレの有無による分波特性の差はほとんどなく、前述の接続損失がわずかに増加するのみである。また、反射減衰量も、−４０ｄＢ以上の十分に小さい値を確保できた。
【００６０】
以上に詳細に述べたように、本発明は、波長合分波回路と、入力側回路機能と出力側回路機能とを有する入出力光回路との接続をスラブ導波路において行い、かつ、入力側回路機能と出力側回路機能を１つの入出力光回路上に構成する。この構成により、接続部分において生じる損失を低減することができる。光波長合分波回路の合分波特性に影響する方向の接続位置ズレによって発生する、波長合分波回路の透過スペクトルのシフトを解消することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の平面型光回路は、光通信ネットワークなどに使用される光通信機器に使用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、１０、４１  平面型光波回路
２  入力側光回路
３  出力側光岐路
４  光波長合分波回路
５  入力導波路
６、８  スラブ導波路
７  アレイ導波路
９  出力導波路
１１  入出力光回路
１２  フィールド高さ変換部分
２１  基板面
２２  接続面
２３、２４、４６、４７、４８  孤立導波路
【図１】
2011164142.tif 000003
【図２】
2011164142.tif 000004
【図３】
2011164142.tif 000005
【図４】
2011164142.tif 000006
【図５】
2011164142.tif 000007
【図６】
2011164142.tif 000008
【図７】
2011164142.tif 000009
【図８】
2011164142.tif 000010
【図９】
2011164142.tif 000011
【図１０】
2011164142.tif 000012
【図１１】
2011164142.tif 000013