(57)【要約】【課題】小型で再現性の良好な波長タップ回路を提供するにある。【解決手段】基板１０上に、入力用光導波路１１と、前記入力用光導波路１１に光学的に接続された第一のスラブ光導波路１２と、前記第一のスラブ光導波路に光学的に接続された互いに光路の等しいアレイ光導波路１３と、前記アレイ光導波路１３に光学的に接続された第二のスラブ光導波路１４と、前記第二のスラブ光導波路１４に光学的に接続された主出力用光導波路１５と分波出力用光導波路群１６ａ，１６ｂとを備えており、前記アレイ光導波路１３と前記第二のスラブ光導波路１４の光学的接続部近傍に設けたクラッド領域１７の幅が周期的に変調されていることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
2004101861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路に光学的に接続された第一のスラブ光導波路と、前記第一のスラブ光導波路に光学的に接続された互いに光路の等しいアレイ光導波路と、前記アレイ光導波路に光学的に接続された第二のスラブ光導波路と、前記第二のスラブ光導波路に光学的に接続された主出力用光導波路と分波出力用光導波路群とを備えており、前記アレイ光導波路と前記第二のスラブ光導波路の光学的接続部近傍に設けたクラッド領域の幅が周期的に変調されていることを特徴とする波長タップ回路。
【請求項２】
請求項１に記載の波長タップ回路において、前記光導波路がシリコン基板乃至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波長タップ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号の一部を取り出して波長により合分波する波長タップ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの爆発的進展に伴い、波長多重光通信システムの導入が世界的に進んでいる。
このような波長多重光通信システムの保守・運営では、各波長での光信号をそれぞれモニタするデバイスが必須である。
従来の波長多重された光信号をモニタするための光導波路デバイスの構成を図３に示す。
【０００３】
基板１００上に、入力用光導波路１０１と、導波路型光カプラ１０２と、アレイ導波路格子フィルタ１０３と、主出力用光導波路１０４と、分波出力用光導波路１０５が設けられており、入力された光信号を導波路型光カプラ１０２で分岐して、大部分は主出力用光導波路１０４に導き、一部はアレイ光導波路格子フィルタ１０３で波長毎に分けて、その出力強度を分波出力用光導波路１０５でモニタする構成である。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｈ．　Ｓｕｚｕｋｉ，　ａｎｄ　Ｎ．　Ｔａｋａｃｈｉｏ，　”Ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｂｕｉｌｔ　ｉｎｔｏＷＤＭ　ｌｉｎｅａｒ　ｒｅｐｅａｔｅｒｓ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ａｒｒａｙｅｄ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｆｉｌｔｅｒ　ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｉｇｈｔ　ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ，”　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　，　Ｖｏｌｕｍｅ：　３５　Ｉｓｓｕｅ：　１０　，　１３　Ｍａｙ　１９９９，　Ｐａｇｅ（ｓ）：　８３６−８３７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の波長多重された光信号のモニタでは、以下に示す問題があった。
第一に、導波路型光カプラの分岐比は例えば９９：１といった非対称な値にする必要があるが、このような導波路型光カプラでは、結合比が作製条件の僅かな変化などによってばらつき、また結合比の偏波依存性が大きくなる問題があった。
第二に、波長を分波するためのアレイ導波路格子フィルタで例えば１００を超える波長チャネルを分波しようとすると、光回路のサイズが大きくなり、また作製条件の僅かな変化に極めて敏感となる問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の波長タップ回路は、基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路に光学的に接続された第一のスラブ光導波路と、前記第一のスラブ光導波路に光学的に接続された互いに光路の等しいアレイ光導波路と、前記アレイ光導波路に光学的に接続された第二のスラブ光導波路と、前記第二のスラブ光導波路に光学的に接続された主出力用光導波路と分波出力用光導波路群とを備えており、前記アレイ光導波路と前記第二のスラブ光導波路の光学的接続部近傍に設けたクラッド領域の幅が周期的に変調されていることを特徴としている。
このような構成とすることで、作製誤差に不感で小型な波長タップ回路を提供することができる。
【０００７】
【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。
ただし、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、以下の説明では、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。
これは、安定で信頼性に優れた波長タップ回路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、半導体光導波路や誘電体光導波路など、他の材料による光導波路を用いても勿論構わないし、石英基板上に形成された石英系光導波路を用いても勿論構わない。
【０００８】
本発明の実施形態に係る波長タップ回路の構成を図１に示す。
図１に示すように、基板１０上には、入力用光導波路１１、第一のスラブ光導波路１２、互いに長さの等しいアレイ光導波路１３、第二のスラブ光導波路１４、主出力用光導波路１５、分波出力用光導波路１６ａ及び１６ｂがこの順に接続されており、アレイ光導波路１３と第二のスラブ光導波路１４の光学的接続部では幅が周期的に変調されたクラッド領域１７が設けられている。
【０００９】
ここで、互いに長さの等しいアレイ光導波路１３は、Ｓ字型の導波路レイアウトで実現した（特願平０６−２７３３９号「光デバイス」参照）。
これは、この構成が互いに長さの等しいアレイ光導波路を小型に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、例えばＷ字型の導波路レイアウト（特願平９−２１１６９８号「アレイ導波路格子」参照）を用いても勿論構わない。
【００１０】
また、本実施形態に係る波長タップ回路では、分波出力用光導波路１６ａ，１６ｂを２群用いるとした。
しかしながら、これはどちらか一方だけ用いるとしても、勿論構わない。
また、本実施形態に係る波長タップ回路では、第一のスラブ光導波路１２と第二のスラブ光導波路１４が同じ長さであるとしたが、大きさが異なっていても、本発明の請求範囲を逸脱するものではない。
【００１１】
アレイ光導波路１３とスラブ導波路１４の接続部の拡大図を図４に示す。
図４に示すように、アレイ導波路１３の端部は、光が主出力用光導波路１５に集光するように傾けて配置されている。
本実施形態に係る波長タップ回路では、第二のスラブ光導波路１４の形状を変化させて、クラッド領域１７の幅を変調するとしたが、これは、アレイ光導波路１３の長さを変調して実現しても、もちろん構わない。
次に、式及び図を用いて図１に示す本実施形態に係る導波路型光フィルタの効果を説明する。
【００１２】
いま、入力用光導波路１１の最低次モードの空間分布をａ（ｘ，ｙ）とする。ここで、ｘは入力用光導波路１１の光伝播方向に直交し、基板に平行な軸であり、ｙは入力用光導波路１１の光伝播方向に直交し、基板に垂直な軸である。
このとき、第一のスラブ光導波路１２を伝播後の光電界の空間分布Ａ（ｗ，ｙ）は、位相項を無視して次式で表される。
【００１３】
【数１】
2004101861.tif 000003
【００１４】
ここで、ｎはスラブ導波路の群屈折率、λは光波長、Ｌは第一及び第二のスラブ光導波路の長さ、ｗは第一のスラブ光導波路出射側端部において光伝播方向に直交し基板に平行な軸である。
第一のスラブ光導波路１２伝搬後の光電界Ａ（ｗ，ｙ）は、互いに長さの等しいアレイ導波路１３によって位相関係も含めて第二のスラブ光導波路１４端部へと導かれる。
アレイ導波路１３の端部は、光が主出力用光導波路１５に集光するように傾けて配置されている。
幅が空間的に変調されたクラッド領域１７により位相変調される。
このときの位相変調量を次式で表す。
【００１５】
【数２】
2004101861.tif 000004
【００１６】
ここで、Ｐ０は位相変調の振幅、Ｑは位相変調の空間周期である。
Ｐ０が１より十分小さいとすれば、位相変調を受けた第二のスラブ光導波路のアレイ光導波路１３側でのフィールドＢ（ｗ，ｙ）は、位相項を無視して次式で表すことができる。
【００１７】
【数３】
2004101861.tif 000005
【００１８】
ここに、Ｊｋ（ｘ）はベッセル関数である。
従って、第二のスラブ光導波路１４を伝搬後の光電界ｂ（ｘ，ｙ）は、次式で与えられる。
【００１９】
【数４】
2004101861.tif 000006
【００２０】
即ち、第二のスラブ光導波路１４の主出力用光導波路１５側では、入力用光導波路１１と同じ位置に元のフィールドａ（ｘ，ｙ）が得られ、そこから波長λに比例してシフトした位置±Ｌλ／ｎＱに、元のフィールドと同じ形状のフィールドが得られることがわかる。
【００２１】
従って、入力用光導波路１１と鏡像の位置に主出力用光導波路１５を配置し、±Ｌλ／ｎＱの位置に各光波長に応じた分波出力用光導波路１６ａ，１６ｂを備えるので、入力用光導波路１１に導かれた大部分の光は主出力用光導波路１５より出力し、一部が波長に応じて分波出力用光導波路１６ａ，１６ｂから波長に応じて出力することとなり、波長タップ回路が実現できる。
【００２２】
本実施形態に係る波長タップ回路は、シリコン基板上に形成した石英系光導波路により作製した。
スラブ長は３０ｍｍ、光周波数間隔は１００ＧＨｚ、クラッド領域の変調周期は１μｍとし、チャネル数は８０ｃｈとした。
作製した波長タップ回路の、クラッド領域の幅の最大値と、主出力と波長分波出力の出力光強度の関係を図２に示す。
図２より判るように、本発明の波長タップ回路ではクラッド領域１７の変調幅によってタップ率を変化できるので、安定にタップ係数を実現することができる。
また、クラッド領域１７の屈折率は偏波依存性が極めて小さいので、偏波依存性の小さなタップを実現できる。
【００２３】
このように説明したように、本発明は、平面基板上に作成された光導波同路（ＰＬＣ）で回折格子による光の分波を実現したものである。
アレイ導波路格子回路（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ　：ＡＷＧ）では長さの異なる複数のアレイ導波路が回折格子の役目を果たしていまたが、本願発明では出力側スラブ導波路１４の端面に設けられた周期的な構造であるクラッド領域１７が回折格子の役割を果たすものである。
【００２４】
入力用光導波路１１を伝搬してきた光ａ（ｘ，ｙ）は、第一のスラブ導波路１２を経て式（１）で示されるＡ（ｗ，ｙ）に変換される。
ｗは第一のスラブ導波路１２の出力側端部における、基板１０と平行な方向の座標である。
Ａ（ｗ，ｙ）を回折格子であるクラッド領域１７に入射する際には、回折後の光の大部分が主出力用光導波路１５に集光するように光を入射させる。
これは、アレイ導波路１３から出射する光が主出力用光導波路１５に向かって進むように、アレイ導波路１３の出射端をそれぞれ傾けて配置することで実現される。
【００２５】
つまり、アレイ導波路１３は、光が主出力用光導波路１５に集光するように、回折格子にＡ（ｗ，ｙ）を入射させるために用いられる。
回折格子の働きによって、Ａ（ｗ，ｙ）の一部は主出力用光導波路１５と異なる位置にある分波出力用光導波路１６ａ，１６ｂに集光するので、波長タップ回路が実現される。
従って、本発明の波長タップ回路によれば、図２に示す通り、出力側スラブ導波路１４に設けた周期的構造であるクラッド領域１７の周期によってタップ率を変えることができるので、安定なタップ係数が実現される。
【００２６】
【発明の効果】
以上、図面を参照して詳細に説明したように、本発明の波長タップ回路を用いれば、小型で再現性の良好な波長タップ回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る波長タップ回路の構成を表す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る波長タップ回路の、クラッド領域の変調幅と主出力と波長分波出力の関係を表すグラフである。
【図３】従来の波長多重された光信号をモニタするための光導波路デバイスの構成を表す図である。
【図４】アレイ光導波路とスラブ導波路の接続部の拡大図である。
【符号の説明】
１０　基板
１１　入力用光導波路
１２　第一のスラブ光導波路
１３　アレイ光導波路
１４　第二のスラブ光導波路
１５　主出力用光導波路
１６　分波出力用光導波路
１７　幅の変調されたクラッド領域
１００　基板
１０１　入力用光導波路
１０２　光カプラ
１０３　アレイ導波路格子フィルタ
ｌ０４　主出力用光導波路
１０５　分波出力用光導波路
【図１】
2004101861.tif 000007
【図２】
2004101861.tif 000008
【図３】
2004101861.tif 000009
【図４】
2004101861.tif 000010