(57)【要約】【課題】作製誤差に対して安定にパスバンド拡大可能な導波路型光フィルタを提供すること。【解決手段】シリコンの基板１０上に形成された多モード導波路１５を、光導波路対１３を構成する導波路幅の２．０〜２．５倍の導波路幅と最低次のビート長以下の有限の導波路長とを有するように構成した。また、多モード導波路を、テーパ構造の多モード導波路２０として、その入力側導波路幅が出力側導波路幅に比較して広くなるように設定し、かつ、出力側導波路幅を、光導波路対１３を構成する導波路幅よりも広くかつ２．５倍以下であるように構成した。【選択図】　　　　図３
2004126207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に光導波路を備えた導波路型光フィルタであって、
前記基板上には、入力用光導波路と、光分岐素子と、互いに異なる導波路長を有する光導波路対と、多モード導波路と、第１のスラブ光導波路と、アレイ光導波路と、第２のスラブ光導波路と、出力用光導波路と、が順次接続されて設けられており、
前記多モード導波路は、前記光導波路対を構成する導波路幅の２．０〜２．５倍の導波路幅と、最低次のビート長以下の有限の導波路長と、を有していることを特徴とする導波路型光フィルタ。
【請求項２】
基板上に光導波路を備えた導波路型光フィルタであって、
前記基板上には、入力用光導波路と、光分岐素子と、互いに異なる導波路長を有する光導波路対と、テーパ形多モード導波路と、第１のスラブ光導波路と、アレイ光導波路と、第２のスラブ光導波路と、出力用光導波路と、が順次接続されて設けられており、
前記テーパ形多モード導波路の入力側導波路幅は、当該テーパ形多モード導波路の出力側導波路幅に比較して広いことを特徴とする導波路型光フィルタ。
【請求項３】
前記テーパ形多モード導波路の出力側導波路幅は、前記光導波路対を構成する導波路幅よりも広く、かつ、当該導波路幅の２．５倍以下であることを特徴とする請求項２に記載の導波路型光フィルタ。
【請求項４】
前記光導波路が、シリコン基板上または石英基板上に形成された石英系光導波路であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の導波路型光フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光フィルタに関し、より詳細には、作製誤差に対して安定にパスバンド拡大可能な導波路型光フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英系光導波路により作製されるアレイ導波路格子光フィルタは、現在の波長多重光通信システムにおいて中核をなす光部品であり、今後の光通信のさらなる大容量化・高速化において、このアレイ導波路格子光フィルタの重要性はますます大きくなると考えられている。
【０００３】
図１は、従来のアレイ導波路格子光フィルタの構成を説明するための図で基板１００上には、入力用光導波路１０１と、第１のスラブ光導波路１０２と、アレイ光導波路１０３と、第２のスラブ導波路１０４と、出力用光導波路１０５とが設けられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
入力用光導波路１０１に導かれた光は第１のスラブ導波路１０２で分岐され、それぞれアレイ光導波路１０３と進み、第２のスラブ導波路１０４で再び合波されて出力用光導波路１０５へと導かれる。ここで、第１のスラブ導波路１０２のアレイ光導波路１０３側の端に投射された光フィールドパターンは、基本的には第２のスラブ導波路１０４のアレイ光導波路１０３側の端にコピーされることとなるが、アレイ光導波路１０３では、隣り合う光導波路がちょうど△Ｌだけ光路長が異なるように設計されており、このため入力された光の波長に依存してフィールドが傾きをもつことになる。この傾きによって、第２のスラブ導波路１０４の出力光導波路１０５側で光フィールドが焦点を結ぶ位置が波長ごとに変化し、その結果、波長分波が可能となる。
【０００５】
このようなアレイ導波路格子フィルタは、１本の光ファイバに異なる波長をもつ信号を複数伝送させる光波長多童通信システムにおいて、不可欠の光部品となりつつあり、また、図１に示したアレイ導波路格子フィルタの透過波長帯域を広げたパスバンド拡大アレイ導波路格子フィルタぼ提案も種々行われている。
【０００６】
図２は、従来のパスバンド拡大アレイ導波路格子フィルタの構成を説明するための図で（例えば、特許文献１参照）、このパスバンド拡大アレイ導波路格子フィルタは、図１に示した従来のアレイ導波路格子光フィルタの入力用光導波路１０１と第１のスラブ光導波路１０２との間に、等分岐の光分岐素子１０６と、長さの異なる光導波路対１０７と、近接した光導波路部１０８とが設けられており、長さの異なる光導波路対１０７の少なくとも一方の光導波路には、位相誤差を補償するためのヒータ１０９が備えられている。
【０００７】
この構成のパスバンド拡大アレイ導波路格子フィルタでは、光分岐素子１０６と光導波路対１０７と近接した光導波路１０８とで構成されるマッハツェンダ型干渉計の働きによって、第１のスラブ光導波路１０２の入力用光導波路１０１側で光フィールドは周期的に入れ替わることとなる。この周期的な動きによって、第２のスラブ導波路１０４の出力用光導波路１０５側で光フィールドが焦点を結ぶ位置は波長に対して一様に動くのではなく中心波長において停留することとなり、これにより、透過波長帯域の拡大を実現している。
【０００８】
さらに、波長特性の不自由さを解決して、任意のポートに任意の波長を出力することが可能なアレイ導波路格子フィルタも提案されており（特許文献２参照）、このアレイ導波路格子フィルタは、分岐部と合波部に従来の多モード干渉光カプラを使用したマッハツェンダーフィルタであり、多モード導波路の長さとして最低次のビート長の１．５倍程度が必要とされる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−６９０２１号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平１１−１０９１４７号公報
【００１１】
【非特許文献１】
Ｋａｔｓｕｎａｒｉ　Ｏｋａｍｏｔｏ，　“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”，　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ，　２０００）
【００１２】
【非特許文献２】
Ｌ．Ｓ．Ｓｏｌｄａｎｏ　ｅｔ．　ａｌ．，　“Ｐｌａｎａｒ　ｍｏｎｏｍｏｄｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｅｒｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ”，　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｖｏｌ．１０，　ｎｏ．１２，　ｐｐ．１８４３−１８５０，　Ｄｅｃ．　１９９２）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のパスバンド拡大アレイ導波路格子フィルタでは、作製誤差等がある場合には、近接した光導波路部の結合率が設計値よりずれ、その結果、アレイ導波路格子フィルタの挿入損失が増大したりパスバンドが狭くなる等の問題があった。
【００１４】
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、作製誤差に対して安定にパスバンド拡大可能な導波路型光フィルタを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
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、基板上に光導波路を備えた導波路型光フィルタであって、前記基板上には、入力用光導波路と、光分岐素子と、互いに異なる導波路長を有する光導波路対と、多モード導波路と、第１のスラブ光導波路と、アレイ光導波路と、第２のスラブ光導波路と、出力用光導波路と、が順次接続されて設けられており、前記多モード導波路は、前記光導波路対を構成する導波路幅の２．０〜２．５倍の導波路幅と、最低次のビート長以下の有限の導波路長と、を有していることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、基板上に光導波路を備えた導波路型光フィルタであって、前記基板上には、入力用光導波路と、光分岐素子と、互いに異なる導波路長を有する光導波路対と、テーパ形多モード導波路と、第１のスラブ光導波路と、アレイ光導波路と、第２のスラブ光導波路と、出力用光導波路と、が順次接続されて設けられており、前記テーパ形多モード導波路の入力側導波路幅は、当該テーパ形多モード導波路の出力側導波路幅に比較して広いことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の導波路型光フィルタにおいて、前記テーパ形多モード導波路の出力側導波路幅は、前記光導波路対を構成する導波路幅よりも広く、かつ、当該導波路幅の２．５倍以下であることを特徴とする。
【００１８】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の導波路型光フィルタにおいて、前記光導波路が、シリコン基板上または石英基板上に形成された石英系光導波路であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、説明の反復を避けるために、図中では同じ機能を有する光学回路には同じ番号を付与している。また、以下では、光導波路はシリコン基板上に形成された石英系光導波路であるものとして説明するが、これは、かかる光導波路を用いると安定で信頼性に優れた導波路型光フィルタを実現できるからである。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、石英基板上に形成された石英系光導波路などのような、他の光導波路を用いても勿論構わない。
【００２０】
［実施例１］
図３は、本発明の導波路型光フィルタの第１の構成例を説明するための図で、基板１０上には、入力用光導波路１１、第１の光分岐素子１２、長さの異なる光導波路対１３、多モード導波路１５、第１のスラブ光導渡路１６、アレイ光導波路１７、第２のスラブ光導波路１８、出力用光導波路１９がこの順に接続されており、長さの異なる光導波路対１３の少なくとも一方の光導波路には、光位相を調整するためのヒータ１４が備えられている。
【００２１】
ここで、本発明の導波路型光フィルタにおける多モード導波路１５は、その幅が、光導波路対１３を構成する導波路幅の２．０〜２．５倍の範囲に設定される。これは、通常の多モード干渉型カプラにおいては、光導波路対が干渉しないように離すことを目的として多モード導波路の幅は導波路幅の３倍以上の値となるように設計されるが、本発明の導波路型光フィルタにおける多モード導波路１５の幅を導波路幅の３倍以上とした場合には、パスバンド内でリップルが発生し、最悪３ｄＢの大きな損失変動が発生するためである。
【００２２】
また、本発明の導波路型光フィルタにおける多モード導波路１５の長さは最低次のビート長以下の有限の値（すなわち長さの下限値はゼロではない）とされる。これは、光導波路対１３の多モード導波路１５近傍での結合を考慮した場合に、良好な透過特性を得るために必要不可欠であることによる。
【００２３】
なお、第１の光分岐素子１２を多モード干渉光カプラで実現することとすれば安定に光フィルタを提供することが可能であるが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、光方向性結合器やＹ分岐素子などの他の光カプラ構成を用いても勿論構わない。
【００２４】
また、図１の構成例では、長さの異なる光導波路対１３の少なくとも一方の光導波路にヒータ１４を備えることとしているが、これは、このように構成することで作製誤差に伴う不都合を解消することの容易な導波路型光フィルタを提供できるからである。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ヒータ１４を備えない構成の導波路型光フィルタとしてもよい。
【００２５】
次に、上述した構成の本発明の導波路型光フィルタにより得られる効果について説明する。
【００２６】
図４は、図３に示した構成の本発明の導波路型光フィルタの透過特性を説明するための図で、パスバンド平坦化に加え、従来の構成の導波路型フィルタよりも急峻な透過特性が得られる様子が確認できる。
【００２７】
次に、製造誤差によって設計値から構造パラメータがずれた場合の影響を把握するため、各種フィルタ特性の導波路パラメータ依存性について説明する。ここで、従来の構成については、図２の近接した導波路１０８の間隔を導波路パラメータとして選択した。一方、本発明の構成については、導波路間の間隙が構造上存在しないため、図３の多モード導波路１５の導波路幅を導波路パラメータとした。
【００２８】
図５は、挿入損失と隣接クロストークの導波路パラメータ依存性を説明するための図で、従来構成（図５（ａ））では、近接導波路１０８の間隔が広がるにつれて、挿入損失と隣接クロストークが大きく劣化する。これに対して、本発明の構成（図５（ｂ））では殆ど劣化が見られず、製造トレランスが大きいことが確認できる。
【００２９】
図６は、スペクトル急峻性の導波路パラメータ依存性を説明するための図で、ここでは、１０ｄＢ帯域幅と１ｄＢ帯域幅の比（ＢＷ１０／ＢＷ１）を性能指数として定義している。この図から明らかなように、本発明の構成（図６（ｂ））は、透過特性の急峻性についても製造偏差の影響を受けないこと、および、従来構成（図６（ａ））に比較してより急峻な透過特性が得られることが確認できる。
【００３０】
図７は、群遅延の導波路パラメータ依存性を説明するための図である。群遅延の波長微分は、波長分散値として、伝送速度の向上には重要な性能指数であり、分散ゼロ、すなわち、群遅延の波長依存性が小さいことが望まれている。従来構成（図７（ａ））では、導波路パラメータに大きく依存するため低分散なフィルタ特性を得ることが困難であるのに対して、本発明の構成（図７（ｂ））によれば、低分散なフィルタを比較的容易に得られることが分る。
【００３１】
［実施例２］
図８は、本発明の導波路型光フィルタの第２の構成例を説明するための図で、図８（ａ）に全体構成を示している。この構成は、図３に示した構成において、多モード導波路１５を入力導波路側の幅が出力導波路側に比べて広いテーパ構造の多モード導波路２０で置換したものであり、図８（ｂ）に、多モード導波路２０近傍の拡大図を示したように、このテーパ形の多モード導波路２０の入力側導波路幅は、このテーパ形多モード導波路２０の出力側導波路幅に比較して広く設定されている。また、好ましくは、テーパ形多モード導波路２０の出力側導波路幅は、光導波路対１３を構成する導波路幅よりも広くかつ２．５倍以下であるように設定される。
【００３２】
このような構成にすると、作製誤差に強い導波路型光フィルタが提供可能であることに加えて、入力導波路側の光導波路対１３の間隔を広く設計することが可能となるために製造上の自由度が増すという利点がある。
【００３３】
図９に、本実施例の導波路型光フィルタの透過特性を示す。パスバンド平坦化に加え、従来の構成の導波路型光フィルタよりも急峻な透過特性が得られる様子が確認できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の導波路型光フィルタによれば、多モード導波路を、光導波路対を構成する導波路幅の２．０〜２．５倍の導波路幅と最低次のビート長以下の有限の導波路長とを有するように構成したり、多モード導波路の形状をテーパ状として、その入力側導波路幅が出力側導波路幅に比較して広くなるように設定するように構成したりするので、作製誤差に対して安定にパスバンド拡大可能な導波路型光フィルタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアレイ導波路格子光フィルタの構成を説明するための図である。
【図２】従来のパスバンド拡大アレイ導波路格子光フィルタの構成を説明するための図である。
【図３】本発明の導波路型光フィルタの第１の構成例を説明するための図である。
【図４】図３に示した構成の本発明の導波路型光フィルタの透過特性を説明するための図である。
【図５】挿入損失と隣接クロストークの導波路パラメータ依存性を説明するための図である。
【図６】スペクトル急峻性の導波路パラメータ依存性を説明するための図である。
【図７】群遅延の導波路パラメータ依存性を説明するための図である。
【図８】本発明の導波路型光フィルタの第２の構成例を説明するための図である。
【図９】実施例２の導波路型光フィルタの透過特性を説明するための図である。
【符号の説明】
１０、１００　基板
１１、１０１　入力用光導波路
１２　第１の光分岐素子
１３　光導波路対
１４　ヒータ
１５　多モード導波路
１６、１０２　第１のスラブ光導渡路
１７、１０３　アレイ光導波路
１８、１０４　第２のスラブ光導波路
１９、１０５　出力用光導波路
２０　テーパ構造の多モード導波路
【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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