(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導波路が並列されてなるアレイ導波路が設けられたＡＷＧチップと、該ＡＷＧチップの加熱および／または冷却手段とが積層され、前記加熱および／または冷却手段の反対側から前記ＡＷＧチップの表面の温度を測定する温度測定手段と、その測定温度を所定の制御温度に制御する温度制御手段が設けられたＡＷＧモジュールにおいて、
ＡＷＧチップより面積が小さい加熱および／または冷却手段が、アレイ導波路を構成する各導波路の中心を結んだＸ軸によって対称に分割されるように配置され、温度測定手段のセンサ部が該Ｘ軸上に配置され、
該Ｘ軸上の加熱および／または冷却手段の中心Ｘ０が前記ＡＷＧチップの中心にあり、かつ、該Ｘ０と前記センサ部との距離Ｘｔと、前記Ｘ軸に沿って並列する前記複数の導波路の中心の内、前記Ｘ軸並列方向一側端の中心と前記Ｘ軸並列方向他側端の中心との間の中心点と前記Ｘ０との距離Ｘａとが、以下の式（１）および式（２）を満足していることを特徴とするＡＷＧモジュール。
Ｘｔ＝（Ｘａ２−α／ａ’）１／２  …（１）
Ｘａ  ＞（α／ａ’）１／２  …（２）
（式中、αはＡＷＧチップから温度測定手段への熱の伝わり易さを示す以下の式（１３）により表される正の係数であり、ａ’はＡＷＧモジュールの制御温度と環境温度との温度差と以下の式（４）によりＸの２次式として表されるＡＷＧチップの表面のＸ軸上の温度分布の係数ａとの関係から以下の式（４−２）により求められる正の係数である。）
Ｔ（Ｘ）＝ａ・Ｘ２＋ｂ  …（４）
ａ’＝ａ／（Ｔａ−Ｔｃ）  …（４−２）
α＝−（Ｔ（Ｘｔ）−Ｔｃ）／（Ｔａ−Ｔｃ）  …（１３）
（式中、Ｔａは環境温度、Ｔｃはセンサ部の温度、Ｔ（Ｘｔ）はセンサ部のＡＷＧチップ上の位置における温度である。）
【請求項２】
板状のＡＷＧチップの対向面に均熱板を介し板状の加熱および／または冷却手段が積層されてなることを特徴とする請求項１に記載のＡＷＧモジュール。
【請求項３】
複数の導波路が並列されてなるアレイ導波路が設けられたＡＷＧチップと、該ＡＷＧチップの加熱および／または冷却手段とが積層され、前記加熱および／または冷却手段の反対側から前記ＡＷＧチップの表面の温度を測定する温度測定手段と、その測定温度を所定の制御温度に制御する温度制御手段が設けられたＡＷＧモジュールの光学特性の調整方法であって、
ＡＷＧチップより面積が小さい加熱および／または冷却手段を、アレイ導波路を構成する各導波路の中心を結んだＸ軸によって対称に分割されるように配置し、温度測定手段のセンサ部を該Ｘ軸上に配置するにおいて、
該Ｘ軸上の加熱および／または冷却手段の中心Ｘ０が前記ＡＷＧチップの中心にあり、かつ、該Ｘ０と前記センサ部との距離Ｘｔと、前記Ｘ軸に沿って並列する前記複数の導波路の中心の内、前記Ｘ軸並列方向一側端の中心と前記Ｘ軸並列方向他側端の中心との間の中心点と前記Ｘ０との距離Ｘａとが、以下の式（１）および式（２）を満足するように配置することを特徴とするＡＷＧモジュールの光学特性の調整方法。
Ｘｔ＝（Ｘａ２−α／ａ’）１／２  …（１）
Ｘａ  ＞（α／ａ’）１／２  …（２）
（式中、αはＡＷＧチップから温度測定手段への熱の伝わり易さを示す以下の式（１３）により表される正の係数であり、ａ’はＡＷＧモジュールの制御温度と環境温度との温度差と以下の式（４）によりＸの２次式として表されるＡＷＧチップの表面のＸ軸上の温度分布の係数ａとの関係から以下の式（４−２）により求められる正の係数である。）
Ｔ（Ｘ）＝ａ・Ｘ２＋ｂ  …（４）
ａ’＝ａ／（Ｔａ−Ｔｃ）  …（４−２）
α＝−（Ｔ（Ｘｔ）−Ｔｃ）／（Ｔａ−Ｔｃ）  …（１３）
（式中、Ｔａは環境温度、Ｔｃはセンサ部の温度、Ｔ（Ｘｔ）はセンサ部のＡＷＧチップ上の位置における温度である。）
【請求項４】
板状のＡＷＧチップの対向面に均熱板を介し板状の加熱および／または冷却手段を積層した構造のＡＷＧモジュールとすることを特徴とする請求項３に記載のＡＷＧモジュールの光学特性の調整方法。
【請求項５】
前記アレイ導波路の両端側にスラブ導波路と入出射側導波路を具備するＡＷＧチップを用い、このＡＷＧチップを恒温槽に設置し分光器として動作させ、前記アレイ導波路のひとつのポートから出射する光の中心波長を測定することにより、前記アレイ導波路の温度と中心波長の関係を測定し、この測定結果からＴ（Ｘａ）（℃）と中心波長λ（ｎｍ）の関係式を求めるとともに、ＸｔをＸａに一致させるとともに、Ｔｃ及びＴａの値を仮の設定値として測定用のＡＷＧモジュールを製造し、このＡＷＧモジュールの中心波長λの測定値を前記Ｔ（Ｘａ）（℃）と中心波長λ（ｎｍ）の関係式に代入してＴ（Ｘａ）（℃）を求め、この値に基づくＴ（Ｘｔ）を前記式（１３）に代入してαを求めるとともに、
前記測定用ＡＷＧモジュールのＡＷＧチップの表面のＸ軸上の温度分布を測定し、得られた温度分布から前記式（４）の係数ａを求め、この係数ａと前記仮の設定値Ｔｃ、Ｔａから、前記式（４−２）によりａ’を求め、これらで求めたα、ａ’の値を前記式（２）に代入してＸａの条件を求め、この条件範囲内のＸａの値を前記式（１）に代入してＸｔを求め、これらで求めた距離Ｘａと距離Ｘｔを採用して前記式（１）および式（２）を満足するようにすることを特徴とする請求項３または４に記載のＡＷＧモジュールの光学特性の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高密度多重光通信システムなどにおいて、多重された波長を分波する光分波器、または波長を合波して多重する光合波器として用いられるＡＷＧ（アレイド・ウェーブガイド・グレーティング）モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１はＡＷＧモジュールの一例を示したものであり、図中符号１は長方形板状のＡＷＧチップである。ＡＷＧチップ１は、一般に基板の上に形成されたガラスなどの透明材料からなるクラッド層と、このクラッド層内に設けられた導波路１ａを備えている。導波路１ａは、中心に設けられた略Ｕ字状の複数の導波路１２ａ、１２ａ…が並列されてなるアレイ導波路１２と、その両端部に設けられたスラブ導波路１３、１４と、これらスラブ導波路１３、１４のそれぞれから外側に伸びる入出射側導波路１５、１６とから構成されている。  
【０００３】
このＡＷＧチップ１の下にはＡＷＧチップ１よりも小さい長方形板状のペルチェ素子（加熱および／または冷却手段）２が設けられている。また、ＡＷＧチップ１とペルチェ素子２との間には、上下面の面積がＡＷＧチップ１の上下面の面積と等しい均熱板３が設けられている。均熱板３は例えばアルミニウムなどの金属からなる。ペルチェ素子２は、そのＡＷＧチップ１との対向面が発熱または吸熱することによってＡＷＧチップ１を加熱または冷却するが、均熱板３を介することにより、ＡＷＧチップ１のペルチェ素子２との対向面全体を均等に加熱、冷却することができ、温度むらを抑制することができる。
また、ＡＷＧチップ１の上面にはサーミスタ温度計（温度測定手段）４が接着剤などで固定されている。
これらＡＷＧチップ１、ペルチェ素子２、均熱板３、およびサーミスタ温度計４とからなる積層体はケース１０に収められている。
また、ペルチェ素子２とサーミスタ温度計４は、ケース１０の外部に設けられた温度制御回路５に接続されている。
【０００４】
さらに、ＡＷＧチップ１の一組の対向側面の一方には、導波路１ａに光を入射または導波路１ａから光を出射する複数のポート１ｂ、１ｂ…が設けられ、他方にも同様に複数のポート１ｃ、１ｃ…が設けられている。
一方のポート１ｂ、１ｂ…は、それぞれ光ファイバ２０、２０…に接続されており、これらの光ファイバ２０、２０…は、ポート１ｂ、１ｂ…に近接して設けられたファイバ配列部品２１に支持されている。
他方のポート１ｃ、１ｃ…も同様であって、それぞれが光ファイバ２２、２２…に接続され、これら光ファイバ２２、２２…が、ポート１ｃ、１ｃ…に近接して設けられたファイバ配列部品２３に支持されている。
【０００５】
ＡＷＧモジュールにおいては、例えば一方のポート１ｂ、１ｂ…のひとつから入射した波長多重された光が入出射用導波路１６のひとつに入射し、さらにスラブ導波路１４、アレイ導波路１２、スラブ導波路１３を介して分波され、入出射用導波路１５、１５…を経て他方の複数のポート１ｃ、１ｃ…から波長ごとに出射する。すなわち、光分波器として動作する。
これとは逆に、他方の複数のポート１ｃ、１ｃ…のそれぞれに入射した波長の異なる光は、逆のルートをたどることによって合波され、他方のポート１ｂ…のひとつからこの合波光が出射する。すなわち、光合波器として動作する。
【０００６】
ところで、ＡＷＧモジュールにおいては、例えば５０ＧＨｚチャンネルでは±５ｐｍ以下、２５ＧＨｚチャンネルでは±２ｐｍ以下の波長安定性が要求される。波長安定性はＡＷＧモジュール、特にアレイ導波路１２の温度変動に大きく依存している。したがって、ＡＷＧモジュールにおいては、一般にＡＷＧモジュールが用いられる０〜７０℃の環境温度条件下において、温度変動を例えば５０ＧＨｚチャンネルでは±０．０５℃以下、２５ＧＨｚチャンネルでは±０．２℃以下になるように温度制御を行う必要がある。
【０００７】
ＡＷＧモジュールにおいては、最も一般的に使用される条件の環境温度を制御温度とし、この制御温度が一定に維持されるようにすると、温度制御機構の消費電力を小さくすることができる場合が多い。そのため、一般的なＡＷＧモジュールの制御温度は５０℃前後に設定されている。
【０００８】
すなわち、サーミスタ温度計４によってＡＷＧチップ１の上面の温度を測定し、これを温度制御回路５にフィードバックし、制御温度と異なる測定値である場合はペルチェ素子２を作動させることにより、ＡＷＧチップ１を加熱または冷却して温度制御を行う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来はこのように温度を制御しても十分な波長安定性が得られない場合があった。また、光学特性が安定せず、製品歩留まりが低下する場合があった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、光学特性、すなわち波長安定性が良好なＡＷＧモジュールを提供することを課題とする。
特に環境温度変化に対して、波長安定性が良好なＡＷＧモジュールを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、複数の導波路が並列されてなるアレイ導波路が設けられたＡＷＧチップと、該ＡＷＧチップの加熱および／または冷却手段とが積層され、前記加熱および／または冷却手段の反対側から前記ＡＷＧチップの表面の温度を測定する温度測定手段と、その測定温度を所定の制御温度に制御する温度制御手段が設けられたＡＷＧモジュールにおいて、ＡＷＧチップより面積が小さい加熱および／または冷却手段が、アレイ導波路を構成する各導波路の中心を結んだＸ軸によって対称に分割されるように配置され、温度測定手段のセンサ部が該Ｘ軸上に配置され、該Ｘ軸上の加熱および／または冷却手段の中心Ｘ０が前記ＡＷＧチップの中心にあり、かつ、該Ｘ０と前記センサ部との距離Ｘｔと、前記Ｘ軸に沿って並列する前記複数の導波路の中心の内、前記Ｘ軸並列方向一側端の中心と前記Ｘ軸並列方向他側端の中心との間の中心点と前記Ｘ０との距離Ｘａとが、以下の式（１）および式（２）を満足していることを特徴とする。
Ｘｔ＝（Ｘａ２−α／ａ’）１／２  …（１）
Ｘａ  ＞（α／ａ’）１／２  …（２）
（式中、αはＡＷＧチップから温度測定手段への熱の伝わり易さを示す以下の式（１３）により表される正の係数であり、ａ’はＡＷＧモジュールの制御温度と環境温度との温度差と以下の式（４）によりＸの２次式として表されるＡＷＧチップの表面のＸ軸上の温度分布の係数ａとの関係から以下の式（４−２）により求められる正の係数である。）
Ｔ（Ｘ）＝ａ・Ｘ２＋ｂ  …（４）
ａ’＝ａ／（Ｔａ−Ｔｃ）  …（４−２）
α＝−（Ｔ（Ｘｔ）−Ｔｃ）／（Ｔａ−Ｔｃ）  …（１３）
（式中、Ｔａは環境温度、Ｔｃはセンサ部の温度、Ｔ（Ｘｔ）はセンサ部のＡＷＧチップ上の位置における温度である。）
本発明のＡＷＧモジュールにおいて、板状のＡＷＧチップの対向面に均熱板を介し板状の加熱および／または冷却手段が積層されてなることを特徴とする先に記載のＡＷＧモジュールとすることができる。
前記課題を解決するために、本発明のＡＷＧモジュールの光学特性の調整方法は、複数の導波路が並列されてなるアレイ導波路が設けられたＡＷＧチップと、該ＡＷＧチップの加熱および／または冷却手段とが積層され、前記加熱および／または冷却手段の反対側から前記ＡＷＧチップの表面の温度を測定する温度測定手段と、その測定温度を所定の制御温度に制御する温度制御手段が設けられたＡＷＧモジュールの光学特性の調整方法であって、ＡＷＧチップより面積が小さい加熱および／または冷却手段を、アレイ導波路を構成する各導波路の中心を結んだＸ軸によって対称に分割されるように配置し、温度測定手段のセンサ部を該Ｘ軸上に配置するにおいて、該Ｘ軸上の加熱および／または冷却手段の中心Ｘ０が前記ＡＷＧチップの中心にあり、かつ、該Ｘ０と前記センサ部との距離Ｘｔと、前記Ｘ軸に沿って並列する前記複数の導波路の中心の内、前記Ｘ軸並列方向一側端の中心と前記Ｘ軸並列方向他側端の中心との間の中心点と前記Ｘ０との距離Ｘａとが、以下の式（１）および式（２）を満足するように配置することを特徴とする。
Ｘｔ＝（Ｘａ２−α／ａ’）１／２  …（１）
Ｘａ  ＞（α／ａ’）１／２  …（２）
（式中、αはＡＷＧチップから温度測定手段への熱の伝わり易さを示す以下の式（１３）により表される正の係数であり、ａ’はＡＷＧモジュールの制御温度と環境温度との温度差と以下の式（４）によりＸの２次式として表されるＡＷＧチップの表面のＸ軸上の温度分布の係数ａとの関係から以下の式（４−２）により求められる正の係数である。）
Ｔ（Ｘ）＝ａ・Ｘ２＋ｂ  …（４）
ａ’＝ａ／（Ｔａ−Ｔｃ）  …（４−２）
α＝−（Ｔ（Ｘｔ）−Ｔｃ）／（Ｔａ−Ｔｃ）  …（１３）
（式中、Ｔａは環境温度、Ｔｃはセンサ部の温度、Ｔ（Ｘｔ）はセンサ部のＡＷＧチップ上の位置における温度である。）
本発明のＡＷＧモジュールの光学特性の調整方法においては、板状のＡＷＧチップの対向面に均熱板を介し板状の加熱および／または冷却手段を積層した構造のＡＷＧモジュールとすることができる。
更に、本発明のＡＷＧモジュールの光学特性の調整方法においては、前記アレイ導波路の両端側にスラブ導波路と入出射側導波路を具備するＡＷＧチップを用い、このＡＷＧチップを恒温槽に設置し分光器として動作させ、前記アレイ導波路のひとつのポートから出射する光の中心波長を測定することにより、前記アレイ導波路の温度と中心波長の関係を測定し、この測定結果からＴ（Ｘａ）（℃）と中心波長λ（ｎｍ）の関係式を求めるとともに、ＸｔをＸａに一致させるとともに、Ｔｃ及びＴａの値を仮の設定値として測定用のＡＷＧモジュールを製造し、このＡＷＧモジュールの中心波長λの測定値を前記Ｔ（Ｘａ）（℃）と中心波長λ（ｎｍ）の関係式に代入してＴ（Ｘａ）（℃）を求め、この値に基づくＴ（Ｘｔ）を前記式（１３）に代入してαを求めるとともに、
前記測定用ＡＷＧモジュールのＡＷＧチップの表面のＸ軸上の温度分布を測定し、得られた温度分布から前記式（４）の係数ａを求め、この係数ａと前記仮の設定値Ｔｃ、Ｔａから、前記式（４−２）によりａ’を求め、これらで求めたα、ａ’の値を前記式（２）に代入してＸａの条件を求め、この条件範囲内のＸａの値を前記式（１）に代入してＸｔを求め、これらで求めた距離Ｘａと距離Ｘｔを採用して前記式（１）および式（２）を満足するようにすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らが検討した結果、環境温度変化による波長特性の変動は、アレイ導波路１２、ペルチェ素子２、およびサーミスタ温度計４の３つの構成の位置関係に依存していることがわかった。そこで、これらアレイ導波路１２、ペルチェ素子２、およびサーミスタ温度計４を、波長特性が安定する位置に配置する方法について検討を行った結果、前記式（１）、（２）を満足するようにこれらの構成を配置することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
なお、本発明において、加熱および／または冷却手段としては、比較的精密に温度制御を行うことができるため、ペルチェ素子２が好適であるが、同様の作用が得られれば、これに限定するものではない。また、ペルチェ素子２は通常、加熱と冷却の両方を行うことができるが、用途などによってはどちらか一方を行うものを設けることもできる。
また、温度測定手段としては、温度変化に対して非常に敏感であるため、サーミスタ温度計４が好適である。しかし、精密な温度制御を行うことができれば、これに限定することはない。
【００１３】
すなわち、本発明においては、予め後述する方法によって前記式（１）中のａ’、およびαを求めておき、この式（１）および前記式（２）を満足するＸａおよびＸｔを定める。そして、この数値に従って、機械的にアレイ導波路１２、ペルチェ素子２、およびサーミスタ温度計４を配置することにより、環境温度の変動に対して波長特性が安定なＡＷＧモジュールを提供することができる。
したがって、製造途中に光学特性をモニターしながらこれらの構成の配置位置を変更するなどの操作を省略、または簡略化することができる。また、所望の特性が得られる配置位置が予め求められているため、製造操作が簡単で、製品の光学特性のばらつきを低減することができる。
また、製造したＡＷＧモジュールが所望の光学特性を備えていないことが判明した場合においても、前記式（１）、（２）を満足するように各構成の配置を調整することにより、光学特性を調整し、波長安定性を向上させることができる。
【００１４】
以下、式（１）、（２）について説明する。
１．座標系
前記式（１）および式（２）を求めるにあたって用いる座標系について、図１を参照しつつ説明する。
まず、図２（ａ）に示したように、アレイ導波路１２を構成する各導波路１２ａ、１２ａ…の中心を結ぶ線をＸ軸とする。すなわち、図中に示したように、アレイ導波路１２の幅ＷがＸ軸によって２分割されるようにＸ軸を設ける。
そして、アレイ導波路１２において、Ｘ軸上の導波路１２ａ、１２ａ…の並列方向の中心点をＸａとし、アレイ導波路１２の位置を示す座標とする。なお、Ｘａの数値は、後述するようにＸ0とＸａとの距離とする。また、このＸａの温度をＴ（Ｘａ）とする。
【００１５】
ペルチェ素子２は、図２（ｂ）、図３（ａ）に示したように、ペルチェ素子２がＸ軸によって対称に分割された状態に配置する。すなわち、導波方向Ｐと平行に配置する辺２ａ、２ａがＸ軸と直交し、かつその幅Ｗ１がＸ軸によって２分割されるように均熱板３を介してＡＷＧチップ１の下に積層する。
このとき、辺２ａ、２ａに直交する長さＬ１の辺２ｂ、２ｂを２分割し、かつＸ軸に直交する軸と、Ｘ軸とが交わる点をＸ0とし、ペルチェ素子２の位置（Ｘ軸の中心）を示す座標とする。なお、このＸ0をＸ軸上の位置を示す基準（零）とし、アレイ導波路１２側を正の値とする。そして、Ｘ軸上の位置はこのＸ0との距離によって表す。
【００１６】
サーミスタ温度計４は、図３（ｂ）に示したように、棒状の本体の先端に設けられた金属などからなるセンサ部４ａがＸ軸上に位置するようにＡＷＧチップ１上に配置する。このセンサ部４ａのＡＷＧチップ１上の位置をＸｔとし、Ｘ0との距離によって表す。また、この点の温度をＴ（Ｘｔ）とする。
さらに、サーミスタ温度計４は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示したように、接着剤層４ｂを介してＡＷＧチップ１上に固定されている。なお、図４（ａ）は図１に示したＡ−Ａにおける断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の要部を示したものである。
【００１７】
したがって、温度を感知するセンサ部４ａの位置は、ＡＷＧチップ１の上面上のＸｔと一致していない。そこで、このセンサ部４ａの温度をＴｃとする。
なお、このＡＷＧモジュールにおいては、Ｔｃが制御温度付近に維持されるように、温度制御回路５によってペルチェ素子２が制御されている。
よって、ＡＷＧチップ１の周囲の環境温度ＴａがＴｃよりも高ければ、ペルチェ素子２はＡＷＧチップ１との対向面において吸熱し、冷却作用を行っている。したがって、ペルチェ素子２に近いＴ（Ｘｔ）の温度はＴｃの温度よりも低くなる。逆にＴａがＴｃよりも低ければ、ペルチェ素子２の発熱による加熱作用により、Ｔ（Ｘｔ）の温度はＴｃの温度よりも高くなる。
【００１８】
なお、後述する式（７）が成立するためには、ペルチェ素子２の発熱または吸熱が、アレイ導波路１２を介してサーミスタ温度計４のセンサ部４ａに作用する必要がある。すなわち、アレイ導波路１２がペルチェ素子２によって加熱、または冷却された後、センサ部４ａが加熱、冷却されるようになっている必要がある。
ペルチェ素子２の発熱、吸熱がセンサ部４ａに直接伝わると、ペルチェ素子２とサーミスタ温度計４との熱のやりとりのみで温度制御が行われるため、アレイ導波路１２の温度Ｔ（Ｘａ）を正確に制御することができない。
【００１９】
そのためには、図４（ｂ）に示したように、サーミスタ温度計４がＡＷＧチップ１の表面に実質的に接触しており、かつＡＷＧチップ１の周囲の空気と接触していることが必要とされる。なお、実質的に接触しているとは空気を介在させないこととし、図４（ｂ）に示したように接着剤層４ｂなどを介して接触していてもよい。
また、本実施例において、サーミスタ温度計４はＡＷＧチップ１の上面に接着されているが、ＡＷＧチップ１の裏面に配置することもできる。この場合は均熱板３とＡＷＧチップ１との間にサーミスタ温度計４を配置することになるため、例えばＡＷＧチップ１の裏面にＡＷＧチップ１周囲の空気が流通する溝などを形成し、この溝にサーミスタ温度計４を配置し、その上に均熱板３を被せることにより、ＡＷＧチップ１との接触と、その周囲の空気との接触を確保するなどの工夫が必要となる。
【００２０】
２．式（１）の求め方
式（１）は、前記１．で設定した座標系を用い、以下のようにして求めることができる。
ＡＷＧモジュールの光学特性にアレイ導波路１２の温度が大きく影響することは上述の通りである。したがって、温度制御を行うにおいて、理想的には、アレイ導波路１２の温度とサーミスタ温度計４にて制御される温度が一致していることである。すなわち、以下の式（３）を満足する必要がある。
Ｔ（Ｘａ）＝Ｔｃ  …（３）
【００２１】
ここで、ＡＷＧチップ１の上面上のＸ軸上の位置Ｘにおける温度は以下の式（４）で近似的に表すことができる。
Ｔ（Ｘ）＝ａ・Ｘ2 ＋ｂ  …（４）
式中、ａはＡＷＧチップ１の上面のＸ軸上の温度分布の状態を示す係数であり、ａの値が大きい程、ＡＷＧチップ１の中心部と周辺部との温度差が大きいことを意味する。ａはＴａとＴｃとの差に近似的に比例し、正の比例係数ａ’を用いて以下の式（４−１）で表される。
ａ＝ａ’（Ｔａ−Ｔｃ）…（４−１）
また、ｂはＸ0の温度である。
ａ’の測定方法については後述する。
【００２２】
したがって、前記式（４）より、Ｔ（Ｘａ）は以下の式（５）で表される。
Ｔ（Ｘａ）＝ａ・Ｘａ2 ＋ｂ  …（５）
この式（５）を前記式（３）に代入して変形すると、以下の式（６）のようになる。
ａ・Ｘａ2 ＋ｂ−Ｔｃ＝０  …（６）
【００２３】
ここで、Ｔ（Ｘｔ）とＴｃとの温度差は、ＴａとＴｃとの温度差に近似的に比例し、正の比例係数αを用いて以下の式（７）のように表される。
Ｔ（Ｘｔ）−Ｔｃ＝−α（Ｔａ−Ｔｃ）…（７）
αはＡＷＧチップ１からサーミスタ温度計４のセンサ部４ａへの熱の伝わり易さを示す係数である。αの測定方法については後述する。
【００２４】
また、Ｔ（Ｘｔ）は、前記式（４）より、
Ｔ（Ｘｔ）＝ａ・Ｘｔ2 ＋ｂ  …（８）
で表される。
したがって、この式（８）を前記式（７）に代入すると、以下の式（９）のようになる。
ａ・Ｘｔ2 ＋ｂ−Ｔｃ＝−α（Ｔａ−Ｔｃ）…（９）
【００２５】
ついで、前記式（６）から前記式（９）を差し引くと、以下の式（１０）のようになる。
ａ（Ｘａ2 −Ｘｔ2）＝α（Ｔａ−Ｔｃ）…（１０）
ここで、この式（１０）に式（４−１）を代入すると、以下の式（１１）のようになる。
ａ’（Ｔａ−Ｔｃ）（Ｘａ2 −Ｘｔ2）＝α（Ｔａ−Ｔｃ）…（１１）
【００２６】
温度制御が必要な場合はＴａ≠Ｔｃであるため、この式（１１）から、以下の式（１２）を経て式（１）を求めることができる。
（Ｘａ2 −Ｘｔ2）＝α／ａ’…（１２）
Ｘｔ＝（Ｘａ2−α／ａ’）1/2…（１）
ここで、サーミスタ温度計４のセンサ部４ａは、Ｘ0よりもアレイ導波路１２側に配置する必要がある。すなわち、Ｘｔは正の値である。したがって、前記式（１）より、以下の式（２−１）が導かれる。
（Ｘａ2−α／ａ’）1/2＞０…（２−１）
そして、この式（２−１）より、式（２）が導かれる。
Ｘａ ＞（α／ａ’）1/2  …（２）
【００２７】
したがって、上述のようにこれらの式（１）、（２）を満足するようにアレイ導波路１２、ペルチェ素子２、およびサーミスタ温度計４を配置することにより、環境温度変化に対して波長安定性が良好なＡＷＧモジュールを得ることができる。
【００２８】
３．  式（１）中の係数α、ａ’の求め方
３．１  αの求め方
前記式（７）を変形すると、αは以下の式（１３）のように表すことができる。
α＝−（Ｔ（Ｘｔ）−Ｔｃ）／（Ｔａ−Ｔｃ）…（１３）
この式の中で、Ｔａは環境温度、Ｔｃは制御温度の設定値を代入する。
Ｔ（Ｘｔ）は一般に測定することはできないが、以下の方法によって求めることができる。
すなわち、図４（ａ）からわかるように、サーミスタ温度計４をアレイ導波路１２の真上に設置するとＸｔとＸａは一致する。したがって、この条件において、Ｔ（Ｘａ）とＴ（Ｘｔ）は等しい。このＴ（Ｘａ）はＡＷＧモジュールの温度依存性を利用して測定することができる。そこで、この条件下でＴ（Ｘａ）を測定することにより、Ｔ（Ｘｔ）を求め、αの値を導くことができる。
【００２９】
アレイ導波路１２の温度は、例えばポート１ｂのひとつから合波光を入射し、他方のポート１ｃ、１ｃ…から波長毎の光を出射する光分波器として動作する際に、各ポート１ｃ、１ｃから出射する光の波長帯域の中心波長を測定することによって求めることができる。中心波長は温度依存性を有するためである。
アレイ導波路１２の温度Ｔ（Ｘａ）とひとつのポート１ｃから出射する光の中心波長λとの関係は、温度Ｔ０のときの中心波長をλ０とすると、比例係数ｃを用いて以下の式（１４）のように表される。
λ−λ０＝ｃ・（Ｔ（Ｘａ）−Ｔ０）…（１４）
なお、以下、中心波長というときは、ひとつの一定のポート１ｃから出射する光の中心波長をいうものとする。
【００３０】
この式（１４）を変形すると以下の式（１５）
Ｔ（Ｘａ）＝（λ−λ０）／ｃ＋Ｔ０…（１５）
が求められ、予め温度Ｔ０、λ０、およびｃを求めておくことにより、中心波長λを測定すれば、アレイ導波路１２の温度Ｔ（Ｘａ）を測定することができる。
ｃは、所定の温度に設定した恒温槽内にＡＷＧチップ１のみを設置し、ＡＷＧチップ１全体が恒温槽内の温度と等しく、均一になった後、中心波長を測定する操作を温度を変更して繰り返し、温度と中心波長との関係をグラフにプロットした直線から求めることができる。ＡＷＧチップ１のみを用いるのは、温度制御を行わない状態での中心波長の変動を測定するためである。
なお、石英系のＡＷＧモジュールの場合、ｃは一般に０．０１１ｎｍ／℃とされている。
【００３１】
３．２  ａ’の求め方
前記式（４−１）を変形すると、以下の式（４−２）が求められる。
ａ’＝ａ／（Ｔａ−Ｔｃ）…式（４−２）
ａは所定のＴｃ、Ｔａの設定条件下で、ＡＷＧチップ１の表面の温度分布を測定し、前記式（４）から求めることができる。このａの値と、上述のようにＴａ、Ｔｃの設定値を代入することにより、ａ’を求めることができる。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明のＡＷＧモジュールについて詳細に説明する。
（実施例）
以下のような手順にしたがって、本発明に係るＡＷＧモジュールを製造した。
▲１▼アレイ導波路の温度と中心波長の関係の測定
ＡＷＧチップ１のみを恒温槽に設置して光分波器として動作させたときのひとつのポートから出射する光の中心波長を測定することにより、アレイ導波路の温度と中心波長の関係を求めた。
その結果を図５にグラフとして示した。グラフ中には得られた直線を表す式が示されている。この式を変形し、Ｔ（Ｘａ）（℃）と中心波長λ（ｎｍ）の関係を求めると、以下の式（１６）のような結果となった。
Ｔ（Ｘａ）＝９０．９０９×λ＋１４１０３１．８  …（１６）
【００３３】
▲２▼α、ａ’の測定
以下のような条件でα、ａ’測定用のＡＷＧモジュールを製造した。
ＡＷＧチップ：サイズ４０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ（厚み）
ペルチェ素子：サイズ２０ｍｍ×２０ｍｍ×４ｍｍ（厚み）
均熱板：サイズ４０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ（厚み）のアルミ板
ケース：サイズ１００ｍｍ×６０ｍｍ×１２ｍｍのアルミケース
Ｘｔ、Ｘａ：共に５ｍｍ
Ｔｃ：４３．０℃
Ｔａ：２３．０℃
【００３４】
このＡＷＧモジュールの中心波長λの測定値は１５５１．８２５ｎｍであった。
この値を前記式（１６）に代入した結果、Ｔ（Ｘａ）は４３．２℃であり、この条件においては、Ｔ（Ｘｔ）とＴ（Ｘａ）は等しいため、Ｔ（Ｘｔ）も４３．２℃であった。
この値と、Ｔｃ、Ｔａの設定値を前記式（１３）に代入したところ、αは０．０１であった。
【００３５】
このＡＷＧモジュールのＡＷＧチップ１の表面のＸ軸上の温度分布を測定し、結果を図６にグラフで示した。得られた曲線について、前記式（４）を求めた結果、ａは−０．００７（℃／ｍｍ2）であった。
この値とＴａとＴｃの設定値を前記式（４−２）に代入した結果、ａ’は０．０００３５（１／ｍｍ2）であった。
【００３６】
▲３▼Ｘａ、Ｘｔの算出およびＡＷＧモジュールの作製
前記▲２▼で求めたα、およびａ’の値を前記式（２）に代入すると、
Ｘａ≧５．３ｍｍ
という条件が設定された。
そこで、Ｘａを５．３ｍｍに設定し、前記式（１）に代入すると、Ｘｔは０であった。
そこで、Ｘａ：５．３ｍｍ、Ｘｔ：０に設定した以外は、前記▲２▼で製造したＡＷＧモジュールと同様の条件でＡＷＧモジュールを製造した。
このＡＷＧモジュールについて、環境温度を０〜７０℃に変化させながら中心波長を測定し、温度特性を評価した結果を図７にグラフで示した。環境温度変化に伴う中心波長の変動は１ｐｍ程度であり、良好は波長安定性を示した。
【００３７】
（比較例）
Ｘａを８ｍｍとした以外は実施例と同様にしてＡＷＧモジュールを作製し、温度特性を測定し、結果を図８に示した。中心波長の変動は１０ｐｍ程度と大きかった。
したがって前記式（１）、（２）を満足するように構成することにより、環境温度変化に対する波長安定性を備えたＡＷＧモジュールを製造できることが明らかとなった。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明においては、前記式（１）、（２）を満足するように、アレイ導波路、加熱および／または冷却手段、および温度測定手段のセンサ部を配置して光学特性を調整することにより、環境温度の変動に対して波長特性が安定なＡＷＧモジュールを提供することができる。したがって、ＡＷＧモジュールの製造途中に光学特性をモニターしながらこれらの構成の配置位置を変更するなどの操作を省略、または簡略化することができる。
また、アレイ導波路、加熱および／または冷却手段、および温度測定手段のセンサ部について所望の特性が得られる配置位置が予め求められているため、製造操作が簡単で、製品の光学特性のばらつきを低減することができる。また、製造したＡＷＧモジュールが所望の光学特性を備えていないことが判明した場合においても、前記式（１）、（２）を満足するように各構成の配置を調整することにより、光学特性を調整し、波長安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＡＷＧモジュールの一例を示した平面図である。
【図２】  図２（ａ）はＸ軸とアレイ導波路に係る座標を示した平面図、図２（ｂ）はペルチェ素子の座標を示した平面図である。
【図３】  図３（ａ）はアレイ導波路とペルチェ素子を積層した状態での座標を示した平面図、図３（ｂ）はサーミスタ温度計の座標を示した平面図である。
【図４】  図４（ａ）はサーミスタ温度計の座標を示した断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の要部を示した拡大図である。
【図５】  実施例のアレイ導波路の温度と中心波長の関係の測定結果を示したグラフである。
【図６】  実施例において、α、ａ’を求めるために、ＡＷＧモジュールのＡＷＧチップ１の表面のＸ軸上の温度分布を測定した結果を示したグラフである。
【図７】  実施例のＡＷＧモジュールについて、環境温度変化を中心波長との関係を示したグラフである。
【図８】  比較例のＡＷＧモジュールについて、環境温度変化を中心波長との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１…ＡＷＧチップ、２…ペルチェ素子（加熱および／または冷却手段）、
４…サーミスタ温度計（温度測定手段）、
５…温度制御回路（温度制御手段）。
【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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