(57)【要約】【課題】入力側スラブ導波路のコア間ギャップ幅を、クラッド材で十分埋め込み可能な幅としながら、通過域をリップル状にせず、低損失かつフラットな通過域特性を実現できる光波長合分波器の提供。【解決手段】複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の一端側に接続された入力側スラブ導波路と、前記アレイ導波路回折格子の他端側に接続された出力側スラブ導波路と、前記出力側スラブ導波路に接続された出力用チャネル導波路とを有し、前記入力側スラブ導波路にマッハツェンダ回路が接続された光波長合分波器において、前記マッハツェンダ回路を構成する導波路の幅が、前記入力側スラブ導波路との接続部近傍で狭く形成されている光波長合分波器。【選択図】  図１
2004325516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の一端側に接続された入力側スラブ導波路と、前記アレイ導波路回折格子の他端側に接続された出力側スラブ導波路と、前記出力側スラブ導波路に接続された出力用チャネル導波路とを有し、前記入力側スラブ導波路にマッハツェンダ回路が接続された光波長合分波器において、前記マッハツェンダ回路を構成する導波路の幅が、前記入力側スラブ導波路との接続部近傍で狭く形成されていることを特徴とする光波長合分波器。
【請求項２】
前記マッハツェンダ回路は、前記入力側スラブ導波路に接続された１対のスラブ接続用直線チャネル導波路、前記スラブ接続用直線チャネル導波路に接続されたテーパ導波路、前記テーパ導波路に接続された２本の異なる長さの遅延用チャネル導波路、および前記遅延用チャネル導波路に接続された３ｄＢカプラから成り、前記テーパ導波路のコア幅は、前記スラブ接続用直線チャネル導波路側で狭く形成されている請求項１記載の光波長合分波器。
【請求項３】
前記スラブ接続用直線チャネル導波路およびテーパ導波路は、１対の導波路が近接して配置されて方向性結合器を形成している請求項２記載の光波長合分波器。
【請求項４】
前記スラブ接続用直線チャネル導波路のコア幅は１μｍ〜３μｍ、前記１対のスラブ接続用直線チャネル導波路間の間隙は３μｍ以上、前記遅延用チャネル導波路のコア幅は６μｍ〜８μｍである請求項２記載の光波長合分波器。
【請求項５】
複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の一端側に接続された入力側スラブ導波路と、前記アレイ導波路回折格子の他端側に接続された出力側スラブ導波路と、前記出力側スラブ導波路に接続された出力用チャネル導波路と、前記入力側スラブ導波路に接続された１対のスラブ接続用直線チャネル導波路と、前記１対のスラブ接続用直線チャネル導波路とコア幅が連続するように変化して接続された２本の異なる長さの遅延用チャネル導波路と、前記遅延用チャネル導波路に接続された３ｄＢカプラから成り、前記スラブ接続用直線チャネル導波路のコア幅は前記遅延用チャネル導波路のコア幅よりも狭く形成されていることを特徴とする光波長合分波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野において波長多重伝送を行う際に用いられる光波長合分波器に関し、特に、低損失かつフラットな通過帯域特性を実現できる光波長合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野においては、複数の信号を別々の波長の光にのせ、１本の光ファイバで伝送することにより情報容量を増大する波長分割多重方式が検討されている。この方法では、異なる波長の光を合分波する光波長合分波器が重要な役割を果たしている。なかでも、アレイ導波路回折格子を用いた光波長合分波器は、狭い波長間隔の合分波を実現することが可能であり、通信容量の多重数を容易に大きくできる利点を有している。
【０００３】
これまで、送信側レーザ光の波長揺らぎを許容したり、１チャンネル当たりの帯域幅を広げて伝送速度を増加する目的で、アレイ回折格子を用いた光合分波器において、通過域の特性をフラットにする様々な検討がなされてきている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図４に従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の光回路を示す。図４（ａ）は、光回路の全体説明図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部の拡大説明図である。この光波長合分波器は、複数のチャネル導波路（以下、「アレイ導波路」と呼ぶ）５で構成されているアレイ導波路回折格子４の入力側に、入力用チャネル導波路１、マッハツェンダ回路４２および入力側スラブ導波路３が接続されている。また、アレイ導波路回折格子４の出力側に、出力用チャネル導波路７および出力側スラブ導波路６が接続されている。
【０００５】
マッハツェンダ回路４２は、入力用チャネル導波路１に接続された１対のスラブ接続用直線チャネル導波路４９、２本の異なる長さのチャネル導波路からなる遅延用チャネル導波路４１０および３ｄＢカプラ４１１から成っている。１対のスラブ接続用直線チャネル導波路４９は、近接して配置され、マッハツェンダ回路４２におけるもう一方の３ｄＢカプラの役割も有している。
【０００６】
アレイ導波路回折格子型光波長合分波器では、入力側スラブ導波路３の一方端から入射した光波は、入力側スラブ導波路３内を伝搬し、アレイ導波路回折格子４との境界に到達する。到達した光波は、境界での電界分布に応じた電力比で各アレイ導波路５に結合し、伝搬する。アレイ導波路５のグレーティング効果により、アレイ導波路５と出力側スラブ導波路６との境界近傍における光波の等位相面の向きが波長毎に異なるため、波長が変化すると、出力側スラブ導波路６と各出力用チャネル導波路７の境界において光の集光位置がシフトする。このため、各出力用チャネル導波路７からは固有の分波波長を有する光波のみを取り出すことができ、光波の合分波機能が実現される。
【０００７】
ここで、図４に示した光波長合分波器では、入力側スラブ導波路３にマッハツェンダ回路４２を接続している。このマッハツェンダ回路４２内での干渉によって、入力側スラブ導波路３へは、スラブ接続用直線チャネル導波路４９のそれぞれから波長に関して交互に光が出力される。
【０００８】
図５に、スラブ接続用直線チャネル導波路４９の＃１と＃２のそれぞれから入力側スラブ導波路３へ出力する光パワーの波長依存性を示す。入力側スラブ導波路３の端面における入射位置を変えた場合、ある出力用チャネル導波路７には、それぞれの入射位置に依存するような異なる波長の光が集光する。したがって、図５の波長依存性の周期を適切にすることにより、２個のスラブ接続用直線チャネル導波路４９からのそれぞれ異なる波長の光を、同じ出力用チャネル導波路７に集光させることが可能になる。これによって、通過域の広帯域化を実現できる（例えば、非特許文献１）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平０８−１２２５５７号公報
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１４，Ｎｏ．１，ｐｐ．５６−５８，２００２
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器では、それぞれのスラブ接続用直線チャネル導波路４９のコア幅が遅延用チャネル導波路４１０のコア幅と等しくされている。しかも、コア間のギャップ４１２をクラッド材で埋め込めるように、スラブ接続用直線チャネル導波路４９のギャップ幅を十分に広げなければならないため、それぞれのスラブ接続用直線チャネル導波路４９のコア中心間距離をある一定値以下に近づけることができない。
【００１１】
このため、それぞれのスラブ接続用直線チャネル導波路４９から出力される光パワーが同レベルとなる波長（図５のλｃ）において、スラブ接続用直線チャネル導波路４９から入力側スラブ導波路３に入射する光を重ね合わせた電界分布６１４は、図６に示すような急峻な双峰状になってしまう。したがって、λｃでは、この入力部分の電界分布と、出力側スラブ導波路６から出力用チャネル導波路７に接続する部分の電界分布とのミスマッチが大きくなる。結果として、図７の波長損失特性に示すように、通過域がリップル状になるか、またはリップルを抑えようとすると、アレイ導波路５の本数を減らす必要があり、損失が大きくなってしまう。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、入力側スラブ導波路のコア間ギャップ幅を、クラッド材で十分埋め込み可能な幅としながら、通過域をリップル状にせず、低損失かつフラットな通過域特性を実現できる光波長合分波器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の一端側に接続された入力側スラブ導波路と、前記アレイ導波路回折格子の他端側に接続された出力側スラブ導波路と、前記出力側スラブ導波路に接続された出力用チャネル導波路とを有し、前記入力側スラブ導波路にマッハツェンダ回路が接続された光波長合分波器において、前記マッハツェンダ回路を構成する導波路の幅が、前記入力側スラブ導波路との接続部近傍で狭く形成されている光波長合分波器を提供する。
【００１４】
このように、マッハツェンダ回路を構成する導波路の幅を、入力側スラブ導波路との接続部近傍で狭く形成することにより、入力側スラブ導波路への入力部分の電界分布と、出力側スラブ導波路から出力チャネル導波路に接続する部分の電界分布とのミスマッチを小さくすることができる。これによって、通過域のリップルを小さくすることができ、帯域内の損失を低減することができる。
【００１５】
マッハツェンダ回路は、入力側スラブ導波路に接続された１対のスラブ接続用直線チャネル導波路、このスラブ接続用直線チャネル導波路に接続されたテーパ導波路、このテーパ導波路に接続された２本の異なる長さの遅延用チャネル導波路、およびこの遅延用チャネル導波路に接続された３ｄＢカプラでもって構成し、テーパ導波路のコア幅を、スラブ接続用直線チャネル導波路側で狭く形成することにより、入力側スラブ導波路との接続部近傍でコア幅を狭く形成することができる。
【００１６】
スラブ接続用直線チャネル導波路のコア幅は、入力側スラブ導波路とのミスマッチ損失が増加しない範囲であれば、できるだけ狭い方が好ましく、コアとクラッドの比屈折率差が０．７５％程度となるチャネル導波路においては、１μｍ〜３μｍのコア幅であることが好ましい。また、１対のスラブ接続用直線チャネル導波路間の間隙は、クラッド材の埋め込みが容易である３μｍ以上とすることが好ましい。さらに、遅延用チャネル導波路のコア幅は擬似シングルモード条件である６μｍ〜８μｍとすることが好ましい。
【００１７】
本発明の上記目的は、複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の一端側に接続された入力側スラブ導波路と、前記アレイ導波路回折格子の他端側に接続された出力側スラブ導波路と、前記出力側スラブ導波路に接続された出力用チャネル導波路と、前記入力側スラブ導波路に接続された１対のスラブ接続用直線チャネル導波路と、前記１対のスラブ接続用直線チャネル導波路とコア幅が連続するように変化して接続された２本の異なる長さの遅延用チャネル導波路と、前記遅延用チャネル導波路に接続された３ｄＢカプラから成り、前記スラブ接続用直線チャネル導波路のコア幅は前記遅延用チャネル導波路のコア幅よりも狭く形成されている光波長合分波器によっても達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の一実施の形態の説明図であり、図１（ａ）は、光回路の全体説明図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部の拡大説明図である。この光波長合分波器は、石英基板８の上に作製され、石英基板８上に石英系材料のコアが形成され、このコアにより光回路が構成されている。コアおよび石英基板８の表面は、石英系材料のクラッド膜で覆われている。光回路は、複数のアレイ導波路４で構成されるアレイ導波路回折格子３の入力側に、入力用チャネル導波路１、マッハツェンダ回路２および入力側スラブ導波路３が接続されている。また、アレイ導波路回折格子４の出力側に、出力用チャネル導波路７および出力側スラブ導波路６が接続されている。
【００１９】
マッハツェンダ回路２は、入力側スラブ導波路２に接続した１対のスラブ接続用直線チャネル導波路９、スラブ接続用直線チャネル導波路９に接続したテーパ導波路１３、テーパ導波路１３に接続した２本の異なる長さの遅延用チャネル導波路１０、および遅延用チャネル導波路１０に接続した３ｄＢカプラ１１から成っている。１対のスラブ接続用直線チャネル導波路９およびテーパ導波路１３は、近接して配置され、３ｄＢカプラ（方向性結合器）の役割も果たしている。
【００２０】
一対のスラブ接続用直線チャネル導波路９のコア幅はいずれも１．５μｍとし、遅延用チャネル導波路１０のコア幅は６μｍとした。これらのコア幅を連続的に変化させるために、テーパ導波路１３が設けられている。
【００２１】
本実施の形態におけるスラブ接続用直線チャネル導波路９から入力側スラブ導波路３に入射する光を重ね合わせた電界分布１４は、図２に示す通りである。本発明においては、スラブ接続用直線チャネル導波路９のコア幅を従来よりも細くすることにより、スラブ接続用直線チャネル導波路９間の間隙１２の幅が同じであっても、それぞれのスラブ接続用直線チャネル導波路９から出力される光の電界分布１４の重心を近づけることができる。また、スラブ接続用直線チャネル導波路９のコア幅が細いため、スラブ接続用直線チャネル導波路９のそれぞれの電界分布におけるエバネッセント領域を広げることができる。これらの理由で、入力部分の電界分布と、出力側スラブ導波路６から出力チャネル導波路７に接続する部分の電界分布とのミスマッチを小さくすることができる。したがって、通過域のリップルを小さくすることができ、帯域内の損失を低減することができる。
【００２２】
本実施の形態における波長損失特性は図３に示す通りであり、図７の従来例と比べて通過域のリップルを低減できていることがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明は、複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の一端側に接続された入力側スラブ導波路と、前記アレイ導波路回折格子の他端側に接続された出力側スラブ導波路と、前記出力側スラブ導波路に接続された出力用チャネル導波路とを有し、前記入力側スラブ導波路にマッハツェンダ回路が接続された光波長合分波器において、前記マッハツェンダ回路を構成する導波路の幅が、前記入力側スラブ導波路との接続部近傍で狭く形成されている光波長合分波器を提供するものであり、入力側スラブ導波路への入力部分の電界分布と、出力側スラブ導波路から出力チャネル導波路に接続する部分の電界分布とのミスマッチを小さくすることができる。これによって、通過域のリップルを小さくすることができ、帯域内の損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光波長合分波器の一実施の形態の説明図であり、図１（ａ）は、全体説明図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部の拡大説明図。
【図２】本発明の一実施の形態におけるスラブ接続用直線チャネル導波路から入力側スラブ導波路に入射する光の電界分布を示す説明図。
【図３】本発明の一実施の形態における波長損失特性の説明図。
【図４】従来の光波長合分波器の説明図であり、図４（ａ）は、全体説明図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部の拡大説明図。
【図５】従来の光波長合分波器のスラブ接続用直線チャネル導波路から入力側スラブ導波路に入射する光パワーの波長依存性の説明図。
【図６】従来例のスラブ接続用直線チャネル導波路から入力側スラブ導波路に入射する光の電界分布を示す説明図。
【図７】従来例の波長損失特性の説明図。
【符号の説明】
１：入力用チャネル導波路
２：マッハツェンダ回路
３：入力側スラブ導波路
４：アレイ導波路回折格子
５：アレイ導波路
６：出力側スラブ導波路
７：出力用チャネル導波路
８：基板
９：スラブ接続用直線チャネル導波路
１０：遅延用チャネル導波路
１１：３ｄＢカプラ
１２：間隙
１３：テーパ導波路
１４：重ね合わせ電界分布
【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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