(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本以上の並設された光入力導波路の出射側に第１のスラブ導波路が接続され、該第１のスラブ導波路の出射側には該第１のスラブ導波路から導出された光を伝搬する互いに異なる長さの複数の並設されたアレイ導波路が接続され、該複数のアレイ導波路の出射側には第２のスラブ導波路が接続され、該第２のスラブ導波路の出射側には複数の並設された光出力導波路が接続された導波路形成領域を基板上に形成し、前記光入力導波路から入力される互いに異なる複数の波長をもった光から１つ以上の波長の光を分波して各光出力導波路から出力する光分波機能を有するアレイ導波路型回折格子であって、前記第１のスラブ導波路と第２のスラブ導波路の少なくとも一方がスラブ導波路の光進行方向の中心軸に対して斜めに交わる切断面で切断されて分離スラブ導波路と成し、前記導波路形成領域が一方側の分離スラブ導波路を含む第１の導波路形成領域と他方側の分離スラブ導波路を含む第２の導波路形成領域とに分離されており、互いに対向する第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面の間隔を可変する端面間隔可変手段が設けられていることを特徴とするアレイ導波路型回折格子。
【請求項２】
端面間隔可変手段は、第１と第２の導波路形成領域の端面間隔可変によってそれぞれの光出力導波路から出力される出力光の光透過中心波長の温度依存変動を低減する温度依存変動低減手段と成していることを特徴とする請求項１記載のアレイ導波路型回折格子。
【請求項３】
端面間隔可変手段は、互いに対向する第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面を平行状態と成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアレイ導波路型回折格子。
【請求項４】
端面間隔可変手段は、互いに対向する第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面を非平行状態と成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアレイ導波路型回折格子。
【請求項５】
端面間隔可変手段は第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域に跨る態様で設けられた部材を有しており、該部材は導波路形成領域および基板よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数部材であることを特徴とする請求項３記載のアレイ導波路型回折格子。
【請求項６】
第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域はベース上に配設されており、第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域の一方は前記ベースに固定され、他方は前記ベースに対して移動可能に配設されており、端面間隔可変手段は、一端側が前記ベースに対して移動可能な導波路形成領域に固定され、他端側は前記ベースに固定されて、前記移動可能な導波路形成領域とベースとの間に介設された部材を有しており、該部材は導波路形成領域および基板よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数部材であることを特徴とする請求項３記載のアレイ導波路型回折格子。
【請求項７】
第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域はベース上に配設されており、第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域の一方は前記ベースに固定され、他方は一端側を前記一方の導波路形成領域に対して傾動の移動が可能に弾性変形可能なヒンジを介して前記ベースに配設されており、端面間隔可変手段は、一端側が前記移動可能な導波路形成領域の前記ヒンジを支点として傾動させる作用点となる位置に接触し、他端側は前記ベースに固定されて、前記移動可能な導波路形成領域とベースとの間に介設された部材を有しており、該部材は導波路形成領域および基板よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数部材であることを特徴とする請求項４に記載のアレイ導波路型回折格子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば波長多重光通信において光合分波器として用いられるアレイ導波路型回折格子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信においては、その伝送容量を飛躍的に増加させる方法として、光波長多重通信の研究開発が盛んに行なわれ、実用化が進みつつある。光波長多重通信は、例えば互いに異なる波長を有する複数の光を多重して伝送させるものであり、このような光波長多重通信のシステムにおいては、伝送される多重光から、光受信側で波長ごとの光を取り出すために、予め定められた波長の光のみを透過する光透過デバイス等を、システム内に設けることが不可欠である。
【０００３】
光透過デバイスの一例として、図６に示すような平板光導波路回路（ＰＬＣ；Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）のアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ；Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）がある。アレイ導波路型回折格子は、シリコンなどの基板１上に、同図に示すような導波路構成を石英系ガラス等のコアにより形成したものである。
【０００４】
アレイ導波路型回折格子の導波路構成は、１本以上の並設された光入力導波路２の出射側に、第１のスラブ導波路３が接続され、第１のスラブ導波路３の出射側には複数の並設されたアレイ導波路４が接続され、アレイ導波路４の出射側には第２のスラブ導波路５が接続され、第２のスラブ導波路５の出射側には複数の並設された光出力導波路６が接続されて形成されている。
【０００５】
前記アレイ導波路４は、第１のスラブ導波路３から導出された光を伝搬するものであり、互いに異なる長さに形成され、隣り合うアレイ導波路４の長さは互いにΔＬ異なっている。なお、光入力導波路２や光出力導波路６は、例えばアレイ導波路型回折格子によって分波あるいは合波される互いに異なる波長の信号光の数に対応させて設けられるものであり、アレイ導波路４は、通常、例えば１００本といったように多数設けられるが、同図においては、図の簡略化のために、これらの光入力導波路２、アレイ導波路４、光出力導波路６の各々の本数を簡略的に示してある。
【０００６】
光入力導波路２には、例えば送信側の光ファイバ（図示せず）が接続されて、波長多重光が導入されるようになっており、光入力導波路２を通って第１のスラブ導波路３に導入された光は、その回折効果によって広がって各アレイ導波路４に入射し、アレイ導波路４を伝搬する。
【０００７】
このアレイ導波路４を伝搬した光は、第２のスラブ導波路５に達し、さらに、光出力導波路６に集光されて出力されるが、全てのアレイ導波路４の長さが互いに異なることから、アレイ導波路４を伝搬した後に個々の光の位相にずれが生じ、このずれ量に応じて集束光の波面が傾き、この傾き角度により集光する位置が決まる。
【０００８】
そのため、波長の異なった光の集光位置は互いに異なることになり、その位置に光出力導波路６を形成することによって、波長の異なった光（分波光）を各波長ごとに異なる光出力導波路６から出力できる。
【０００９】
すなわち、アレイ導波路型回折格子は、光入力導波路２から入力される互いに異なる複数の波長をもった多重光から１つ以上の波長の光を分波して各光出力導波路６から出力する光分波機能を有しており、分波される光の中心波長は、アレイ導波路４の長さの差（ΔＬ）及びアレイ導波路４の実効屈折率ｎｃに比例する。
【００１０】
アレイ導波路型回折格子は、上記のような特性を有するために、アレイ導波路型回折格子を波長多重伝送用の光波長分波器として用いることができ、例えば図６に示すように、１本の光入力導波路２から波長λ１，λ２，λ３，・・・λｎ（ｎは２以上の整数）の波長多重光を入力させると、これらの各波長の光は、第１のスラブ導波路３で広げられ、アレイ導波路４に到達し、第２のスラブ導波路５を通って、前記の如く、波長によって異なる位置に集光され、互いに異なる光出力導波路６に入射し、それぞれの光出力導波路６を通って、光出力導波路６の出射端から出力される。
【００１１】
そして、各光出力導波路６の出射端に光出力用の光ファイバ（図示せず）を接続することにより、この光ファイバを介して、前記各波長の光が取り出される。なお、各光出力導波路６や前述の光入力導波路２に光ファイバを接続するときには、例えば光ファイバ端面を１次元アレイ状に配列固定した光ファイバアレイを用意し、この光ファイバアレイを光出力導波路６や光入力導波路２の接続端面側に固定して光ファイバと光出力導波路６及び光入力導波路２を接続する。
【００１２】
上記アレイ導波路型回折格子において、各光出力導波路６から出力される光の光透過特性（アレイ導波路型回折格子の透過光強度の波長特性）は、例えば図７に示すようになり、各光透過中心波長（例えばλ１，λ２，λ３，・・・λｎ）を中心とし、それぞれの対応する光透過中心波長から波長がずれるにしたがって光透過率が小さくなる光透過特性を示す。なお、前記光透過特性は、必ずしも１つの極大値を有するとは限らず、２つ以上の極大値を有するものである場合もある。
【００１３】
また、アレイ導波路型回折格子は、光の相反性（可逆性）の原理を利用しているため、光分波器としての機能と共に、光合波器としての機能も有している。すなわち、図６とは逆に、互いに異なる複数の波長の光をそれぞれの波長ごとにそれぞれの光出力導波路６から入射させると、これらの光は、上記と逆の伝搬経路を通り、アレイ導波路４によって合波され、１本の光入力導波路２から出射される。
【００１４】
このようなアレイ導波路型回折格子においては、前記の如く、回折格子の波長分解能が回折格子を構成するアレイ導波路４の長さの差（ΔＬ）に比例するために、ΔＬを大きく設計することにより、従来の回折格子では実現できなかった波長間隔の狭い波長多重光の光合分波が可能となり、高密度の光波長多重通信の実現に必要とされている、複数の信号光の光合分波機能、すなわち、波長間隔が１ｎｍ以下の複数の光信号を分波または合波する機能を果たすことができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のアレイ導波路型回折格子は、元来、石英系ガラス材料を主とするために、この石英系ガラス材料の温度依存性に起因してアレイ導波路型回折格子の前記光透過中心波長が温度に依存してシフトする。この温度依存性は、１つの光出力導波路６からそれぞれ出力される光の透過中心波長をλ、前記アレイ導波路４を形成するコアの等価屈折率をｎc、基板（例えばシリコン基板）１の熱膨張係数をαs、アレイ導波路型回折格子の温度変化量をＴとしたときに、（数１）により示されるものである。
【００１６】
【数１】
0004762422.tif 000002
【００１７】
ここで、従来の一般的なアレイ導波路型回折格子において、（数１）から前記光透過中心波長の温度依存性を求めてみる。従来の一般的なアレイ導波路型回折格子においては、ｄｎｃ／ｄＴ＝１×１０−５（℃−１）、αｓ＝３．０×１０−６（℃−１）、ｎｃ＝１．４５１（波長１．５５μｍにおける値）であるから、これらの値を（数１）に代入する。
【００１８】
また、波長λは、各光出力導波路６についてそれぞれ異なるが、各波長λの温度依存性は等しい。そして、現在用いられているアレイ導波路型回折格子は、波長１５５０ｎｍを中心とする波長帯の波長多重光を分波したり合波したりするために用いられることが多いので、ここでは、λ＝１５５０ｎｍを（数１）に代入する。そうすると、従来の一般的なアレイ導波路型回折格子の前記光透過中心波長の温度依存性は、（数２）に示す値となる。
【００１９】
【数２】
0004762422.tif 000003
【００２０】
なお、ｄλ／ｄＴの単位は、ｎｍ／℃である。例えばアレイ導波路型回折格子の使用環境温度が２０℃変化したとすると、各光出力導波路６から出力される光透過中心波長は０．３０ｎｍ長波長側または短波長側にシフトするものであり、前記使用環境温度変化が７０℃以上になると、前記光透過中心波長のシフト量が１ｎｍ以上になってしまう。
【００２１】
アレイ導波路型回折格子は１ｎｍ以下の非常に狭い間隔で波長を分波または合波できることが特徴であり、この特長を生かして波長多重光通信用に適用されるものであるため、上記のように、使用環境温度変化によって光透過中心波長が上記シフト量だけ変化することは致命的である。
【００２２】
そこで、従来から温度により光透過中心波長が変化しないように、アレイ導波路型回折格子の温度を一定に保つための温度調節手段を設けたアレイ導波路型回折格子が提案されている。この温度調節手段は、例えば、ペルチェ素子やヒータなどを設けて構成されるものであり、いずれも、アレイ導波路型回折格子を予め定めた設定温度（室温以上）に保つ制御を行なうものである。
【００２３】
図６に示したアレイ導波路型回折格子においては、符号３０で示すペルチェ素子がアレイ導波路型回折格子の基板１側に設けられており、サーミスタ３１の検出温度に基づいてアレイ導波路型回折格子の温度を一定に保つように調節する。また、ペルチェ素子の代わりにヒータを設けた構成のものは、ヒータで高温保持し、アレイ導波路型回折格子の温度を一定に保つようにしている。
【００２４】
このように、アレイ導波路型回折格子の温度を一定に保つと、温度に起因して基板１の膨張収縮や前記コアの等価屈折率変化などが生じないため、上記光透過中心波長の温度依存性の問題を解消することができる。
【００２５】
また、アレイ導波路型回折格子を構成するアレイ導波路部の作製誤差（膜厚、幅、屈折率等の誤差）に起因して、前記光透過中心波長がＩＴＵグリッド波長等の設定波長からずれている場合にも、光透過中心波長が前記設定波長となる温度を（数２）を用いて算出し、アレイ導波路型回折格子の温度がこの算出温度となるようにペルチェ素子やヒータ等を有する温度調節手段によって温度調節すれば、前記光透過中心波長をグリッド波長に合わせることができる。
【００２６】
しかしながら、ペルチェ素子やヒータのような温度調節手段を用いてアレイ導波路型回折格子の温度を一定に保つものは、温度調節のために、ペルチェ素子やヒータに例えば１Ｗといった通電を常時行なわなければならず、コストがかかるといった問題があった。
【００２７】
また、ペルチェ素子やヒータのような電気部品を使用するためには、当然、コントローラーや制御用サーミスター、熱電対等が必要となり、これらの部品の組立ずれ等に起因して、光透過中心波長シフトを正確に抑制できないことがあった。
【００２８】
さらに、アレイ導波路型回折格子と光ファイバアレイとの接続は、一般に接着剤を用いて行なわれており、ペルチェ素子やヒータによってアレイ導波路型回折格子の温度を室温以上の温度に制御すると、アレイ導波路回折格子と光ファイバーの接続面に介設された接着剤が室温以上の温度によって例えば膨張したり、軟化したりする。したがって、ペルチェ素子などを用いてアレイ導波路型回折格子の温度を一定に保つ構成とした場合に、前記接着剤の膨張や軟化によって、アレイ導波路型回折格子の光入力導波路２や光出力導波路６と光ファイバとの接続損失が増加し、アレイ導波路型回折格子と光ファイバとの接続の信頼性を損ねるといった問題があった。
【００２９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光透過中心波長の温度依存性を正確に抑制することができる安価なアレイ導波路型回折格子を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、１本以上の並設された光入力導波路の出射側に第１のスラブ導波路が接続され、該第１のスラブ導波路の出射側には該第１のスラブ導波路から導出された光を伝搬する互いに異なる長さの複数の並設されたアレイ導波路が接続され、該複数のアレイ導波路の出射側には第２のスラブ導波路が接続され、該第２のスラブ導波路の出射側には複数の並設された光出力導波路が接続された導波路形成領域を基板上に形成し、前記光入力導波路から入力される互いに異なる複数の波長をもった光から１つ以上の波長の光を分波して各光出力導波路から出力する光分波機能を有するアレイ導波路型回折格子であって、前記第１のスラブ導波路と第２のスラブ導波路の少なくとも一方がスラブ導波路の光進行方向の中心軸に対して斜めに交わる切断面で切断されて分離スラブ導波路と成し、前記導波路形成領域が一方側の分離スラブ導波路を含む第１の導波路形成領域と他方側の分離スラブ導波路を含む第２の導波路形成領域とに分離されており、互いに対向する第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面の間隔を可変する端面間隔可変手段が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３１】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記端面間隔可変手段は、第１と第２の導波路形成領域の端面間隔可変によってそれぞれの光出力導波路から出力される出力光の光透過中心波長の温度依存変動を低減する温度依存変動低減手段と成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３２】
さらに、第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加え、前記端面間隔可変手段は、互いに対向する第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面を平行状態と成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３３】
さらに、第４の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加え、前記端面間隔可変手段は、互いに対向する第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面を非平行状態と成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３４】
さらに、第５の発明は、上記第３の発明の構成に加え、前記端面間隔可変手段は第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域に跨る態様で設けられた部材を有しており、該部材は導波路形成領域および基板よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数部材である構成をもって課題を解決する手段としている。さらに、第６の発明は、上記第３の発明の構成に加え、前記第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域はベース上に配設されており、第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域の一方は前記ベースに固定され、他方は前記ベースに対して移動可能に配設されており、端面間隔可変手段は、一端側が前記ベースに対して移動可能な導波路形成領域に固定され、他端側は前記ベースに固定されて、前記移動可能な導波路形成領域とベースとの間に介設された部材を有しており、該部材は導波路形成領域および基板よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数部材である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３５】
さらに、第７の発明は、上記第４の構成に加え、前記第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域はベース上に配設されており、第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域の一方は前記ベースに固定され、他方は一端側を前記一方の導波路形成領域に対して傾動の移動が可能に弾性変形可能なヒンジを介して前記ベースに配設されており、端面間隔可変手段は、一端側が前記移動可能な導波路形成領域の前記ヒンジを支点として傾動させる作用点となる位置に接触し、他端側は前記ベースに固定されて、前記移動可能な導波路形成領域とベースとの間に介設された部材を有しており、該部材は導波路形成領域および基板よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数部材である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３６】
本発明者は、アレイ導波路型回折格子の温度依存性を抑制するために、アレイ導波路型回折格子の線分散特性に着目した。アレイ導波路型回折格子において光入力導波路から入射された光は、第１のスラブ導波路（入力側スラブ導波路）で回折し、アレイ導波路を励振する。なお、前記の如く、隣接するアレイ導波路の長さは互いにΔＬずつ異なっている。そこで、アレイ導波路を伝搬した光は、（数３）を満たし、第２のスラブ導波路（出力側スラブ導波路）の出力端に集光される。
【００３７】
【数３】
0004762422.tif 000004
【００３８】
（数３）において、ｎsは第１のスラブ導波路および第２のスラブ導波路の等価屈折率、ｎcはアレイ導波路の等価屈折率、φは回折角、ｍは回折次数、ｄは隣り合うアレイ導波路同士の間隔であり、λは、前記の如く、各光出力導波路から出力される光の透過中心波長である。
【００３９】
ここで、回折角φ=０となるところの光透過中心波長をλ０とすると、λ０は（数４）で表される。なお、波長λ０は、一般に、アレイ導波路型回折格子の中心波長と呼ばれる。
【００４０】
【数４】
0004762422.tif 000005
【００４１】
ところで、図３において、第１と第２のスラブ導波路３，５の光進行方向中心軸方向をＹ方向とし、Ｙ方向に対して直交する方向をＸ方向とする。回折角φ=０となるアレイ導波路型回折格子の集光位置を点Ｏとすると、回折角φ＝φpを有する光の集光位置（第２のスラブ導波路の出力端における位置）は、例えば点Ｐの位置（点ＯからＸ方向にずれた位置）となる。ここで、Ｏ−Ｐ間のＸ方向の距離をｘとすると波長λとの間に（数５）が成立する。
【００４２】
【数５】
0004762422.tif 000006
【００４３】
（数５）において、Ｌfは第２のスラブ導波路の焦点距離であり、ｎgはアレイ導波路の群屈折率である。なお、アレイ導波路の群屈折率ｎgは、アレイ導波路の等価屈折率ｎcにより、（数６）で与えられる。
【００４４】
【数６】
0004762422.tif 000007
【００４５】
前記（数５）は、第２のスラブ導波路の焦点ＯからＸ方向の距離ｄｘ離れた位置に光出力導波路の入力端を配置形成することにより、ｄλだけ波長の異なった光を取り出すことが可能であることを意味する。
【００４６】
また、（数５）の関係は、第１のスラブ導波路３に関しても同様に成立する。すなわち、例えば第１のスラブ導波路３の焦点中心を点Ｏ’とし、この点Ｏ’からＸ方向に距離ｄｘ’ずれた位置にある点を点Ｐ’とすると、この点Ｐ’に光を入射した場合に、出力の波長がｄλ’ずれることになる。この関係を式により表わすと、（数７）のようになる。
【００４７】
【数７】
0004762422.tif 000008
【００４８】
なお、（数７）において、Ｌｆ’は第１のスラブ導波路の焦点距離である。この（数７）は、第１のスラブ導波路の焦点Ｏ’とＸ方向の距離ｄｘ’離れた位置に光入力導波路の出力端を配置形成することにより、前記焦点Ｏに形成した光出力導波路においてｄλ’だけ波長の異なった光を取り出すことが可能であることを意味する。
【００４９】
したがって、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度変動によってアレイ導波路型回折格子の光出力導波路から出力される光透過中心波長がΔλずれたときに、ｄλ’＝Δλとなるように、光入力導波路の出力端位置を、前記Ｘ方向（すなわち、スラブ導波路の光進行方向中心軸に対する直交方向）に距離ｄｘ’だけずらせば、例えば焦点Oに形成した光出力導波路において、波長ずれのない光を取り出すことができ、他の光出力導波路に関しても同様の作用が生じるため、前記光透過中心波長ずれΔλを補正（解消）できることになる。
【００５０】
上記構成の本発明においては、第１のスラブ導波路と第２のスラブ導波路の少なくとも一方が、スラブ導波路の光進行方向の中心軸に対して斜めに交わる切断面で切断分離されている。
【００５１】
そこで、第１のスラブ導波路が切断分離されていると仮定して議論すると、端面間隔可変手段によって、前記切断分離された一方側の分離スラブ導波路を含む第１の導波路形成領域の端面と他方側の分離スラブ導波路を含む第２の導波路形成領域の端面の間隔を可変することにより、例えば光入力導波路の出力端位置が、第１のスラブ導波路の光進行方向の中心軸と直交する方向にシフトする。そうすると、上記原理によって、それぞれの光出力導波路から出力する出力光の光透過中心波長をシフトさせることが可能となる。
【００５２】
また、前記端面間隔可変手段によって、前記各光透過中心波長の温度依存変動（波長ずれ）Δλがｄλと等しくなるようにして、前記各光透過中心波長の温度依存変動を低減するように前記端面間隔を可変して光入力導波路の出力端位置を移動させれば、前記光透過中心波長ずれを解消することが可能となる。
【００５３】
なお、厳密に言えば、第１と第２の導波路形成領域の端面間隔を変えることによって、光入力導波路の出力端からアレイ導波路の入力端まで、第１のスラブ導波路内を伝搬する光の焦点距離Ｌｆ’が若干変化するが、現在用いられているアレイ導波路型回折格子における第１のスラブ導波路の焦点距離は数ｍｍのオーダーであり、一方、アレイ導波路型回折格子の光透過中心波長補正のために移動す上記端面間隔可変量は数μｍ〜数１０μｍのオーダーであり、第１のスラブ導波路の焦点距離に比べて非常に小さい。
【００５４】
そのため、実質的には上記焦点距離の変化は無視してしまっても何も差し支えない。このことから、前記の如く、アレイ導波路型回折格子における各光透過中心波長の温度依存変動を低減するように、第１の導波路形成領域の端面と第２の導波路形成領域の端面の間隔を調整すれば、前記光透過中心波長ずれを解消することが可能となる。
【００５５】
ここで、温度変化量と光入力導波路の位置補正量の関係を導いておく。前記光透過中心波長の温度依存性（温度による光透過中心波長のずれ量）は、前記（数２）で表されるので、温度変化量Ｔを用いて光透過中心波長ずれ量Δλを（数８）により表わすことができる。
【００５６】
【数８】
0004762422.tif 000009
【００５７】
（数７）、（数８）から、温度変化量Ｔと光入力導波路の位置補正量ｄｘ’を求めると、（数９）が導かれる。
【００５８】
【数９】
0004762422.tif 000010
【００５９】
したがって、本発明において、（数９）により示される位置補正量ｄｘ’だけ、光入力導波路の出力端位置を、第１のスラブ導波路の光進行方向の中心軸に直交する方向に移動できるように、前記端面間隔可変手段によって第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面の間隔を可変調整することにより、前記光透過中心波長ずれを解消することが可能となる。
【００６０】
また、前記の如く、アレイ導波路型回折格子は光の相反性を利用して形成されているものであり、第２のスラブ導波路側を切断分離して、この切断分離に対応させて導波路形成領域を切断分離し、第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域とを形成した場合も、端面間隔可変手段による作用によって上記と同様の効果が得られ、前記各光透過中心波長の温度依存変動を解消することが可能となる。
【００６１】
さらに、本発明においては、上記の原理に基づきペルチェ素子やヒータを用いなくてもアレイ導波路型回折格子の使用環境温度による光透過中心波長ずれを抑制し、光透過中心波長の温度無依存化を行うことができるために、ペルチェ素子やヒータを含む温度調節手段を設ける場合のように、常時通電を必要とせず、部品の組立誤差による温度補正誤差が生じることもなく、室温以上の温度でアレイ導波路型回折格子を保つことによるアレイ導波路型回折格子と光ファイバとの接続損失増加の虞もない。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には、本発明に係るアレイ導波路型回折格子の第１実施形態例の概略図が平面図によって模式的に示されている。なお、同図の（ａ）には本実施形態例のアレイ導波路型回折格子の平面図が、同図の（ｂ）にはその側面図がそれぞれ示されている。
【００６３】
同図に示すように、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子も従来例のアレイ導波路型回折格子と同様に、基板１上にコアの導波路構成を形成しており、図１では、基板１上の導波路構成の形成領域を導波路形成領域１０（１０ａ、１０ｂ）として示している。
【００６４】
本実施形態例のアレイ導波路型回折格子は、従来例と同様に、１本の光入力導波路２、第１のスラブ導波路３、複数のアレイ導波路４、第２のスラブ導波路５、複数の光出力導波路６を有しており、前記アレイ導波路４、光出力導波路６は、それぞれ予め定められた導波路間隔を介して並設されているが、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子においては、第１のスラブ導波路３が、第１のスラブ導波路３の光進行方向の中心軸（図のＹ方向）に対して斜めに交わる切断面８で切断分離されている。
【００６５】
また、本実施形態例では、上記第１のスラブ導波路３の切断面８での切断に伴い、基板１および導波路形成領域（導波路形成領域）１０もそれぞれ２つに切断分離されている。分離スラブ導波路３ａを含む第１の導波路形成領域１０ａと、分離スラブ導波路３ｂ含む第１の導波路形成領域１０ｂに跨る態様で、導波路形成領域１０よりも熱膨張係数が大きく、基板１よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数部材７が設けられており、高熱膨張係数部材７は導波路形成領域１０ａ，１０ｂの下側の基板１ａ，１ｂ側に接着剤１３によって固定されている。
【００６６】
本実施形態例では、高熱膨張係数部材７が、第１の導波路形成領域１０ａの端面８ａと第２の導波路形成領域１０ｂの端面８ｂとの間隔を可変する端面間隔可変手段として機能する。また、この端面間隔可変手段は、互いに対向する第１の導波路形成領域１０ａの端面８ａと第２の導波路形成領域１０ｂの端面８ｂを平行状態として端面８ａと端面８ｂの間隔を可変する構成と成している。
【００６７】
図１において、第１のスラブ導波路３の光進行方向中心軸方向をＹ方向とし、このＹ方向に直交する方向をＸ方向としたとき、端面間隔可変手段は、端面８ａと端面８ｂの間隔を可変することによって光入力導波路２の出力端２０のＸ方向の位置を変化させ、この変化によってアレイ導波路型回折格子の光透過中心波長のシフトを解消する機能を有している。
【００６８】
高熱膨張係数部材７は、この機能を果たすことができる端面８ａと８ｂの間隔に対応して熱膨張係数による収縮が生じるように、例えば熱膨張係数が２．５×１０−５（１／Ｋ）のＡｌ（アルミニウム）により形成されている。
【００６９】
そして、このように、高熱膨張係数部材７を形成することにより、本実施形態例では、端面間隔可変手段が、第１と第２の導波路形成領域１０ａ，１０ｂの端面８ａ，８ｂの間隔可変によって、それぞれの光出力導波路６から出力される出力光の光透過中心波長の温度依存変動を低減する温度依存変動低減手段と成している。
【００７０】
なお、本実施形態例において、前記導波路構成における各パラメータは、以下のように構成されている。すなわち、第１のスラブ導波路３の焦点距離Ｌｆ’と第２のスラブ導波路５の焦点距離Ｌfは等しく、その値は９ｍｍであり、また、２５℃において、第１のスラブ導波路３の等価屈折率および第２のスラブ導波路５の等価屈折率は共にｎｓで、その値は、波長１．５５μｍの光に対して１．４５３である。また、波長１．５５μｍの光に対してアレイ導波路４の等価屈折率ｎｃは１．４５１、アレイ導波路の群屈折率ｎｇは１．４７５、アレイ導波路４の光路長差ΔＬは６５．２μｍ、隣り合うアレイ導波路４同士の間隔は１５μｍ、回折次数ｍは６１である。
【００７１】
したがって、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子において、回折角φ＝０となるところの光透過中心波長λ0は、前記（数４）から明らかなように、λ0=１５５０．９ｎｍである。
【００７２】
ところで、本発明者は、アレイ導波路型回折格子の温度依存性を抑制するために、アレイ導波路型回折格子の線分散特性に着目し、前記（数１）〜（数９）を用いた説明の通り、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度変化量Ｔと光入力導波路の位置補正量ｄｘ’との関係を求めた。そして、この関係は前記（数９）により表わされることを確認した。
【００７３】
そこで、本実施形態例について、アレイ導波路型回折格子の導波路構成の各パラメータと（数９）に基づき、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度の変化量Ｔと光入力導波路２の位置補正量ｄｘ’の関係を求めると、（数１０）に示す関係となっていることが分かった。
【００７４】
【数１０】
0004762422.tif 000011
【００７５】
したがって、本実施形態例においては、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度が１０℃変化した際、光入力導波路２の出力端の位置をＸ方向（第１のスラブ導波路３の光進行方向の中心軸に対して直交する方向）に約３．８３μｍ補正（移動）すれば、温度による中心波長すれが補正できる計算になる。
【００７６】
そこで、本実施形態例では、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度が１０℃上昇したときに、第１の導波路形成領域１０ａが第２の導波路形成領域１０ｂに対して図の矢印Ａ方向に移動して端面８ａと端面８ｂの間隔が広がり、それにより、光入力導波路２の出力端２０の位置が約３．８３μｍだけＡ’方向に移動するようにした。
【００７７】
また、その逆に、本実施形態例において、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度が１０℃下降したときに、第１の導波路形成領域１０ａが第２の導波路形成領域１０ｂに対して図の矢印Ｂ方向に移動して端面８ａと端面８ｂの間隔が狭まり、それにより、光入力導波路２の出力端２０の位置が約３．８３μｍだけＢ’方向に移動するように、端面８ａと端面８ｂの間隔可変量を定めた。
【００７８】
そして、この間隔可変量が得られるように高熱膨張係数部材７の大きさ等を形成し、この高熱膨張係数部材７の熱伸縮によって、各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向に、第１の導波路形成領域１０ａと第２の導波路形成領域１０ｂを相対移動させるようにしている。
【００７９】
なお、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子の作製に際し、本発明者は、ファイバグレーティングの温度補償パッケージを応用し、モジュールを組み立てた。すなわち、第１のスラブ導波路３の切断にはダイシングソーを用い、切断面８における反射を防ぐために、石英系ガラスと屈折率の整合したマッチンググリースを切断面８に塗布した。また、高熱膨張係数部材７と導波路形成領域１０ａとの接着に用いた接着剤１３は、熱硬化接着剤とし、１００℃で硬化させた。
【００８０】
本実施形態例は以上のように構成されており、第１のスラブ導波路３の光進行方向の中心軸に対して斜めに交わる切断面８で、第１のスラブ導波路３が分離スラブ導波路３ａ，３ｂに切断分離されており、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度が変化すると、端面間隔可変手段としての高熱膨張係数部材７によって、第１の導波路形成領域１０ａの端面８ａと第２の導波路形成領域１０ｂの端面８ｂの間隔が可変される。
【００８１】
そして、光入力導波路２の出力端２０の位置が、アレイ導波路型回折格子のそれぞれの光出力導波路６から出力される光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向（図１の矢印Ａ’方向または矢印Ｂ’方向）に移動させられる。
【００８２】
また、上記光入力導波路２の出力端２０のＸ方向移動量は、前記（数１０）により求められる位置補正量ｄｘ’であり、端面間隔可変手段は、第１と第２の導波路形成領域１０ａ，１０ｂの端面８ａ，８ｂ間隔可変によって、それぞれの光出力導波路６から出力される出力光の光透過中心波長の温度依存変動を補償する構成と成しているために、本実施形態例は、たとえアレイ導波路型回折格子の使用環境温度が変化しても、この温度変化に伴う光透過中心波長ずれを解消することができ、使用環境温度に依存しない、いわゆる温度無依存型のアレイ導波路型回折格子とすることができる。
【００８３】
本発明者が、実際に、０℃〜８０℃の環境温度において、光透過中心波長の温度変化を測定したところ、図２の特性線ａに示す結果が得られ、光透過中心波長のずれ（シフト）量は約０．０１ｎｍ以下となり、使用環境温度が０℃〜８０℃の範囲内で変化しても、光透過中心波長は殆どずれないことが確認できた。
【００８４】
なお、図２には、アレイ導波路型回折格子における導波路構成の各パラメータを本実施形態例と同様に形成し、第１のスラブ導波路３を分離していない従来のアレイ導波路型回折格子において、０℃〜８０℃の環境温度における光透過中心波長の温度変化を測定した結果も示されている（図２の特性線ｂ）。特性線ａと特性線ｂとを比較すると明らかなように、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子は、従来のアレイ導波路型回折格子において問題であった光透過中心波長の温度依存性を解消することができ、光波長多重通信用などの実用に適した優れたアレイ導波路型回折格子であることが分かる。
【００８５】
また、本実施形態例によれば、端面間隔可変手段は、高熱膨張係数部材７を第１の導波路形成領域１０ａと第２の導波路形成領域１０ｂとに跨って設けることによって構成されているために、装置構成を非常に簡略化することができ、装置の低コスト化および製造歩留まりの向上を図ることができる。
【００８６】
さらに、本実施形態例において、端面間隔可変手段として適用している高熱膨張係数部材７は、安価なＡｌにより形成しているので、より一層、装置の低コスト化を図ることができる。
【００８７】
さらに、本実施形態例によれば、ペルチェ素子やヒータを用いる必要がないために、ペルチェ素子やヒータを含む温度調節手段を設ける場合のように、常時通電を必要とせず、部品の組立誤差による温度補正誤差が生じることもなく、室温以上の温度でアレイ導波路型回折格子を保つことによるアレイ導波路型回折格子と光ファイバとの接続損失増加の虞もない。
【００８８】
したがって、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子は、確実に、光透過中心波長の温度依存性を解消でき、しかも、接続相手側の光ファイバとの接続信頼性が高く、コストが安い優れたアレイ導波路型回折格子とすることができる。
【００８９】
さらに、本実施形態例によれば、第１のスラブ導波路３を切断面８で切断しているために、例えばアレイ導波路型回折格子を構成するアレイ導波路部の作製誤差に起因して、前記光透過中心波長がＩＴＵグリッド波長等の設定波長からずれている場合には、その分だけ第１と第２の導波路形成領域１０ａ，１０ｂの端面間隔をずらして、光入力導波路２のＸ方向の位置をずらすことにより、設定温度において、前記光透過中心波長をグリッド波長等の設定波長とすることができる。
【００９０】
図４には、本発明に係るアレイ導波路型回折格子の第２実施形態例の概略図が平面図によって模式的に示されている。なお、同図の（ａ）には本実施形態例のアレイ導波路型回折格子の平面図が、同図の（ｂ）にはそのＣ−Ｃ’断面図がそれぞれ示されている。
【００９１】
本第２実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、本第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、アレイ導波路型回折格子を配設するベース９と第１の導波路形成領域１０ａの側面との間に高熱膨張係数部材７を介設して、前記端面間隔可変手段を構成したことである。
【００９２】
具体的には、ベース９を石英ガラスやＩｎｖａｒロットなどの低熱膨張率の材料により形成し、高熱膨張係数部材７は熱膨張係数が１．６５×１０−５（１／Ｋ）のＣｕ（銅）により形成している。高熱膨張係数部材７は第１の導波路形成領域１０ａの上面に接続されることなく、第２の導波路形成領域１０ｂの上面に沿って設けられた上板部７ａと第１の導波路形成領域１０ａの側面に沿って設けられた側板部７ｂとを有する部材であり、高熱膨張係数部材７の側板部７ｂをねじ１１でベース９に固定している。
【００９３】
また、第１の導波路形成領域１０ａおよびその下の基板１ａはベース９に固定しており、一方、第２の導波路形成領域１０ｂおよびその下の基板１ｂは、ベース９の表面に沿って図の矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向にスライド移動自在に配置している。そして、第２の導波路形成領域１０ｂの上面を接着剤１３によって高熱膨張係数部材７の上板部７ａに固定している。
【００９４】
本第２実施形態例は以上のように構成されており、本第２実施形態例は高熱膨張係数部材７の熱収縮に応じて第２の導波路形成領域１０ｂを第１の導波路形成領域１０ａに対して相対移動させることにより、上記第１実施形態例と同様に、高熱膨張係数部材７の熱伸縮に応じて第２の導波路形成領域１０ｂの端面８ｂと第１の導波路形成領域１０ａの端面８ａとの間隔が可変され、上記第１実施形態例とほぼ同様の作用により、同様の効果を奏することができる。
【００９５】
また、本第２実施形態例でも、端面間隔可変手段は、高熱膨張係数部材７、ベース９を有する簡単な構成であり、アレイ導波路型回折格子の構成の複雑化を避けることができ、容易に作製できる。
【００９６】
さらに、本第２実施形態例では、Ａｌほど線（熱）膨張係数が大きくないＣｕ等を用いることができ、高熱膨張係数部材７の材料を特別限定する必要はないメリットがある。それというのは、上記第１実施形態例では、高熱膨張係数部材７の配設形態を考慮すると、高熱膨張係数部材７の熱膨張を大きくする必要があり、Ａｌ等によって形成する必要があるが、第２実施形態例では例えばチップサイズ（導波路形成領域１０ａ、１０ｂのサイズ）が小さくて高熱膨張係数部材７がチップサイズ内に収まらない場合でも適用できるため、高熱膨張係数部材７としてＡｌほど線膨張係数が大きくない材料を用いることができる。
【００９７】
図５には、本発明に係るアレイ導波路型回折格子の第３実施形態例の概略図が平面図により示されている。本第３実施形態例は上記第２実施形態例とほぼ同様に構成されており、本第３実施形態例が上記第２実施形態例と異なる特徴的なことは、端面間隔可変手段が、互いに対向する第１の導波路形成領域１０ａの端面８ａと第２の導波路形成領域１０ｂの端面８ｂを非平行状態として、端面８ａと端面８ｂの間隔を可変する構成としたことである。
【００９８】
具体的には、本第３実施形態例においては、第１の導波路形成領域１０ａの一端側に、弾性変形可能なプラスチックフィルムによって形成されたヒンジ１５を接着剤１３により固定し、第１の導波路形成領域１０ａの他端側には切り欠き１２を形成している。そして、高熱膨張係数部材７の基端側をベース９に固定し、高熱膨張係数部材７の先端側を切り欠き１２に接触させて設け、高熱膨張係数部材７の熱伸縮に応じて、第１の導波路形成領域１０ａを、図のＳを支点として傾動させるようにしている。
【００９９】
本第３実施形態例では、このような構成により、互いに対向する第１の導波路形成領域１０ａの端面８ａと第２の導波路形成領域１０ｂの端面８ｂとが斜めに交わる非平行状態として、端面８ａと端面８ｂの間隔を可変する（言い換えれば端面８ａと端面８ｂとの成す角度を可変する）構成としており、本第３実施形態例も上記第１、第２実施形態例と同様の作用により同様の効果を奏することができる。
【０１００】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、高熱膨張係数部材７としてＡｌやＣｕの板を用いたが、高熱膨張係数部材７は必ずしもＡｌやＣｕとするとは限らず、ＡｌやＣｕ以外の、導波路形成領域よりも熱膨張係数が大きい材料により形成してもよい。
【０１０１】
また、上記各実施形態例では、第１のスラブ導波路３を切断分離したが、アレイ導波路型回折格子は光の相反性を利用して形成されているものであり、第２のスラブ導波路５側を切断分離して、互いに対向する第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面の間隔を可変し、それぞれの光出力導波路から出力される出力光の光透過中心波長の温度依存変動を低減するようにしてもよく、この場合も、上記各実施形態例と同様の効果が得られ、前記光透過中心波長の温度依存変動を解消することができる。
【０１０２】
さらに、上記各実施形態例では、第１のスラブ導波路３を切断分離することにより形成した第１の導波路形成領域１０ａの端面８ａと第２の導波路形成領域１０ｂの端面８ｂの間隔を可変する端面間隔可変手段を、高熱膨張係数部材７を設けて形成したが、端面間隔可変手段の構成は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。すなわち、上記端面間隔可変手段は、上記第１の導波路形成領域１０ａの端面８ａと第２の導波路形成領域１０ｂの端面８ｂの間隔を可変することにより、アレイ導波路型回折格子の光透過中心波長をシフトできる機能を有していればよい。
【０１０３】
特に、上記端面間隔可変手段は、上記各実施形態例のように、アレイ導波路型回折格子の各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向に、第１と第２の導波路形成領域の端面間隔を可変する機能を有していれば望ましく、端面間隔可変手段をこのように構成することにより、上記各実施形態例のように、従来のアレイ導波路型回折格子において問題であった光透過中心波長の温度依存性を解消することができ、光波長多重通信用などの実用に適した優れたアレイ導波路型回折格子とすることができる。
【０１０４】
さらに、本発明のアレイ導波路型回折格子を構成する各導波路２，３，４，５，６の等価屈折率や本数、大きさなどの詳細な値は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。
【０１０５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、第１のスラブ導波路と第２のスラブ導波路の少なくとも一方を、スラブ導波路の光進行方向の中心軸に対して斜めに交わる切断面で切断分離し、この切断分離により形成される第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面の間隔を可変するものであるから、この端面間隔可変により、例えば光入力導波路の出力端位置や光出力導波路の入力端位置を上記中心軸に直交する方向にずらしてアレイ導波路型回折格子の各光透過中心波長をシフトさせることができる。
【０１０６】
また、第２の発明によれば、上記第１の発明に加えて、前記端面間隔可変手段を、第１と第２の導波路形成領域の端面間隔可変によってそれぞれの光出力導波路から出力される出力光の光透過中心波長の温度依存変動を低減する温度依存変動低減手段と成すものであるから、前記端面間隔可変量を適切な値とすることによって前記各光透過中心波長の温度依存変動（波長ずれ）を解消することができる。
【０１０７】
さらに、第２の発明によれば、ペルチェ素子やヒータを用いなくてもアレイ導波路型回折格子の使用環境温度による光透過中心波長ずれを抑制し、光透過中心波長の温度無依存化を行うことができるために、ペルチェ素子やヒータを含む温度調節手段を設ける場合のように、常時通電を必要とすることもないし、部品の組立誤差による温度補正誤差が生じることもなく、さらに、室温以上の温度でアレイ導波路型回折格子を保つことによるアレイ導波路型回折格子と光ファイバとの接続損失増加の虞もない。
【０１０８】
したがって、第２の発明のアレイ導波路型回折格子は、接続相手側の光ファイバとの接続信頼性が高く、確実に光透過中心波長の温度依存性を解消でき、コストが安い優れたアレイ導波路型回折格子とすることができる。
【０１０９】
さらに、第３、第４、第５の発明によれば、導波路形成領域よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数部材を、第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域に跨る態様で設けたり、アレイ導波路型回折格子を配設するベースと第１の導波路形成領域と第２の導波路形成領域の移動側の導波路形成領域間に介設したりして端面間隔可変手段を形成したものであるから、高熱膨張係数部材を用いた簡単な構成により、前記端面間隔可変手段を形成することができる。
【０１１０】
したがって、第３、第４、第５の発明によれば、上記優れた効果を奏するアレイ導波路型回折格子を、簡単な構成で容易に作製することができ、コストを低コストにできる。
【０１１１】
さらに、第６、第７の発明のように、互いに対向する第１の導波路形成領域端面と第２の導波路形成領域端面とを平行状態としたり、非平行状態としたりして、上記効果を奏することができるアレイ導波路型回折格子を様々に形成し、アレイ導波路型回折格子の仕様等に対応する好適なアレイ導波路型回折格子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアレイ導波路型回折格子の第１実施形態例を平面図（ａ）と側面図（ｂ）により示す要部構成図である。
【図２】上記実施形態例のアレイ導波路型回折格子における光透過中心波長の温度依存性を従来のアレイ導波路型回折格子における光透過中心波長の温度依存性と比較して示すグラフである。
【図３】アレイ導波路型回折格子における光透過中心波長シフトと光入力導波路および光出力導波路の位置との関係を示す説明図である。
【図４】本発明に係るアレイ導波路型回折格子の第２実施形態例を平面図（ａ）と断面図（ｂ）により示す要部構成図である。
【図５】本発明に係るアレイ導波路型回折格子の第３実施形態例を平面図により示す要部構成図である。
【図６】ペルチェ素子を設けて構成した従来のアレイ導波路型回折格子を示す説明図である。
【図７】アレイ導波路型回折格子の１つの光出力導波路から出力される光の光透過特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  基板
２  光入力導波路
３  第１のスラブ導波路
３ａ，３ｂ  分離スラブ導波路
４  アレイ導波路
５  第２のスラブ導波路
６  光出力導波路
７  高熱膨張係数部材
８  切断面
８ａ，８ｂ  端面
９  ベース
１０，１０ａ，１０ｂ  導波路形成領域
１４  係止部材
【図１】
0004762422.tif 000012
【図２】
0004762422.tif 000013
【図３】
0004762422.tif 000014
【図４】
0004762422.tif 000015
【図５】
0004762422.tif 000016
【図６】
0004762422.tif 000017
【図７】
0004762422.tif 000018