(57)【要約】【課題】  アレイ導波路格子の各導波路の中心波長の補正を精度よく行うことができるアレイ導波路格子、アレイ導波路格子モジュール、アレイ導波路格子モジュールの波長補正方法およびアレイ導波路格子を使用した光通信装置および光通信システムを実現する。【解決手段】  アレイ導波路格子１０１は、１本または複数本の入力導波路１０３と、複数本の出力導波路１０４と、出力導波路１０４と隣接して配置された１または複数の波長補正用出力導波路１０５と、チャネル導波路アレイ１０７と、入力側スラブ導波路１０８と、出力側スラブ導波路１０９とによって構成されている。波長補正用出力導波路１０５の出力側スラブ導波路１０９との接続部分は先細となっており、出射光のスペクトルが急峻となり波長の補正を容易に行える。【選択図】図１
2005321820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラブ導波路に第１の出力導波路及び第２の出力導波路が接続され、前記第２の出力導波路が出力する光のスペクトルの幅が、前記第１の出力導波路が出力する光のスペクトルの幅より狭い、アレイ導波路格子。
【請求項２】
スラブ導波路に第１の出力導波路及び第２の出力導波路が接続され、前記第２の出力導波路が出力する光のスペクトルが、前記第１の出力導波路が出力する光のスペクトルよりピークが急峻である、アレイ導波路格子。
【請求項３】
スラブ導波路に第１の出力導波路及び第２の出力導波路が接続され、前記第２の出力導波路の前記スラブ導波路と接続する側は前記第１の出力導波路の前記スラブ導波路と接続する側より先細りの形状である、アレイ導波路格子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載したアレイ導波路格子と、
前記第２の出力導波路より出力された光に基づいて、前記第１の出力導波路から出力される光の波長を補正する波長補正手段、を備えるアレイ導波路格子モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載したアレイ導波路格子と、
前記第２の出力導波路から出力された光を監視し、監視信号を出力する監視手段と、
前記監視信号に基づいて前記第１の出力導波路から出力される光の波長を補正する波長補正手段、を備える光通信装置。
【請求項６】
波長の異なる複数の光信号を出力する光出力手段と、
前記光出力手段によって出力された、前記波長の異なる複数の光信号を多重化して出力するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサによって出力された、多重化された前記光信号を波長の異なる複数の光信号に分離して出力するデマルチプレクサと、
前記デマルチプレクサによって出力された、前記波長の異なる複数の光信号を入力する光入力手段、を備え、
前記デマルチプレクサは、請求項１乃至３のいずれかに記載したアレイ導波路格子である光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアレイ導波路格子、アレイ導波路格子モジュール、アレイ導波路格子モジュールの波長補正方法、光通信装置および光通信システムに係わり、詳細には使用する波長の選択を容易にしたアレイ導波路格子、これを使用したモジュールとしてのアレイ導波路格子モジュール、およびアレイ導波路格子を使用した光通信装置および光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
伝送するデータの大容量化と共に、光ファイバ通信システムで更なる伝送容量の拡大が望まれている。このために、高密度波長分割多重通信方式（Dense Wavelength Division Multiplexing：DWDM）で、それぞれの波長を分割したり統合するための合分波デバイスとしての光波長フィルタの重要性がますます高まっている。
【０００３】
光波長フィルタはさまざまな形態のものがある。中でもアレイ導波路格子は、波長特性が狭帯域で高消光比であり、また多入力多出力のフィルタデバイスとしての特徴も持っている。このため、多重化された信号の分離やその逆の動作を行わせることが可能であり、容易に波長合分波デバイスを構成することができるという利点がある。更にアレイ導波路格子を石英導波路を使用して構成すると、光ファイバとの結合に優れ、挿入損失が数ｄＢ（デシベル）程度の低挿入損失動作を実現することができる。このような点から、アレイ導波路格子は光波長フィルタの中でも特に重要なデバイスとして注目されており、国内外で盛んに研究が行われている。
【０００４】
図１８は、従来のアレイ導波路格子の全体的な構成を表わしたものである。アレイ導波路格子１０は、基板１１上に形成された１または複数の入力導波路１２と、複数の出力導波路１３と、異なった曲率でそれぞれ一定方向に曲がったチャネル導波路アレイ１４と、入力導波路１２とチャネル導波路アレイ１４を接続する入力側スラブ導波路１５と、チャネル導波路アレイ１４と出力導波路１３を接続する出力側スラブ導波路１６とによって構成されている。入力導波路１２から入射した多重信号光は、入力側スラブ導波路１５によってその進路を広げられる。そしてチャネル導波路アレイ１４に入射する。
【０００５】
チャネル導波路アレイ１４では、これを構成する各アレイ導波路の間に一定の光路長差が設けられていて、光路長が順次長く、あるいは短くなるように設定されている。したがって、それぞれのアレイ導波路を導波する光には一定間隔ずつの位相差が付けられて出力側スラブ導波路１６に到達するようになっている。実際には波長分散があるので、波長によってその等位相面が傾く。この結果、波長によって出力側スラブ導波路１６と出力導波路１３の界面上の異なった位置に光が結像（集光）する。波長に対応したそれぞれの位置に出力導波路１３が配置されているので、出力導波路１３からは任意の波長成分を取り出すことが可能になる。
【０００６】
ところでこのようなアレイ導波路格子１０の選択波長は、たとえばＩＴＵ（International Telecommunication Union：国際電気通信連合）グリッドに合わせる必要がある。ところがアレイ導波路格子１０の波長は導波路材料の屈折率の変化に非常に敏感である。このため、その製造プロセスとしての成膜プロセスでのバラツキによって選択波長としての中心波長が変動してしまい、設計通りの値を得ることができない場合が多い。選択波長が変動すると、使用する波長での光損失が大きくなるという問題がある。このため、アレイ導波路格子の完成後に、何らかの手法によって波長を適正値に補正することが従来から行われている。
【０００７】
たとえば特開平９−４９９３６号公報では、通常のＡＷＧ（arrayed waveguide：アレイ導波路格子）による入出力導波路の他に波長補正用の入出力導波路を設けるようにしている。そして波長の補正量に応じて入出力導波路を変更するようにしている。
【０００８】
波長差δλに対する分波方向の角度の差をδθとするとき、アレイ導波路格子では入力導波路１２の位置、すなわちスラブ入射角度θinを変更することで、中心波長λinを次の（１）式に示す値だけ補正することができる。
【０００９】
【数１】
2005321820.tif 000003
ただし、この波長補正用の入出力導波路は離散的に配置されている。このため、波長の補正量も離散的となり、任意に波長を補正することができない。任意の波長補正量を得るためには、スラブ入射角度θinを任意に取る必要がある。
【００１０】
また、特開２０００−１６２４５３号公報では、ＡＷＧアレイ部に紫外線を照射してその照射部分の屈折率を変化させることで選択波長の中心をシフトさせるようにしている。更に「P.C.Clemens et al,IEEE  Photon.Tech.Lett.,Vol.7,No.10,pp.1040-1041,1955」および「電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−７６（２０００）」では、入力スラブへの光の入射位置を変えることで選択波長を補正するようにしている。
【００１１】
図１９は、入力スラブへの光の入射位置を変えることで選択波長を補正するようにしたアレイ導波路格子の構成を表わしたものである。前記した「P.CPU.Clements et al，IEEE ，Photon，Tech，lett，Vol.7,No.10,pp.1040-1041,1995」に示されたこの提案では、ＡＷＧウェハ２１の入力側のスラブ入射部２２で基板を切断している。そして、やとい（ガラス）によって補強されたスラブ入射部２２で、同じくやとい２３に挟まれた入力用ファイバ２４を接着（固着）している。この接着時に直接調芯を行い、波長補正量に合わせて入力用ファイバ２４の位置を任意に変えるようにしている。
【００１２】
図２０は、「電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−７６（２０００）」の提案内容を示したものである。この提案では、先の図１９で説明したスラブ入射部２２で入力用ファイバ２４を接着するものとは異なる。すなわち、図２０に示すように、入力用ファイバ３１はスラブ導入用光導波路３２を介して入力側スラブ導波路３３に接続されている。入力側スラブ導波路３３と出力側スラブ導波路３４は共にＡＷＧ素子ウェハ３５上に形成されており、これらの間にはチャネル導波路アレイ３６が接続されている。また、出力側スラブ導波路３４とファイバアレイ３７の間には出力導波路３８が接続されている。
【００１３】
以上の提案の他に、アレイ導波路格子の主にチャネル導波路アレイ部分（図１８のチャネル導波路アレイ１４参照）の温度を変化させ、これによる熱光学効果によって屈折率を調整し波長を変化させる手法もある。このために、ペルチェ素子やヒータ等の温度制御器が使用される。
【特許文献１】特開平９−４９９３６号公報
【特許文献２】特開２０００−１６２４５３号公報
【非特許文献１】P.CPU.Clements et al，IEEE ，Photon，Tech，lett，Vol.7,No.10,pp.1040-1041,1995
【非特許文献２】電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−７６（２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、以上のような各種提案あるいは手法によってアレイ導波路格子の波長をたとえばＩＴＵグリッドに合わせるような補正を行うとき、場合によっては誤差が数ｐ（ピコ）ｍという高精度の補正が要求される場合がある。特に前記したような高密度波長分割多重通信方式の進展と共に、このような要求が高まる傾向にある。
【００１５】
図２１は、アレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状の一例を示したものである。この図で縦軸はアレイ導波路格子の光出力レベルであり、横軸は波長を表わしている。同じ光出力レベルの２つのスペクトル形状４１、４２が存在するものとする。このうちの破線で示した比較的急峻なスペクトル形状４１の方は、その中心波長を検出することが容易である。これに対して、広がって鈍ったスペクトル形状４２の方は中心波長を検出することが困難である。したがって、中心波長の補正時の精度が劣化することになる。
【００１６】
図２２はアレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状の他の例を示している。この例で示す２つのスペクトル形状４３、４４は光出力の積分値が互いに等しいが、一方のスペクトル形状４３はそのトップがはっきりとしており、他方のスペクトル形状４４はトップがフラットとなっている。ＩＴＵグリッド帯域内での損失変動をなるべく少なくするためには、スペクトル形状４４のようにトップがフラットとなっていることが好ましい。しかしながら、この場合には中心波長の補正時の精度が劣化するといった問題がある。
【００１７】
以上、アレイ導波路格子についての問題を説明したが、このようなアレイ導波路格子を使用したアレイ導波路格子モジュール、アレイ導波路格子モジュールの波長補正方法、光通信装置および光通信システムにも同様な問題があった。
【００１８】
そこで本発明の目的は、アレイ導波路格子の各導波路の中心波長の補正を精度よく行うことができるアレイ導波路格子、このアレイ導波路格子を使用したモジュールとしてのアレイ導波路格子モジュール、アレイ導波路格子モジュールの波長補正方法、およびアレイ導波路格子を使用した光通信装置および光通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、出力導波路の第２の導波路を第１の導波路と異なったものとしたので、第１の導波路を使用した場合と異なった測定を行うことができ、この測定結果を使用することでアレイ導波路格子の各導波路の中心波長の補正をより良い精度で行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のアレイ導波路格子、特に請求項１記載の発明によれば、出力導波路を構成する前記した第２の出力導波路は、その出射光スペクトルが前記した第１の出力導波路の出射光スペクトルに対してスペクトル幅が狭いので、損失変動も少ない状態に保持することができる。
【００２１】
また本発明のアレイ導波路格子、特に請求項２記載の発明によれば、出力導波路を構成する通常の導波路に比べて前記した第２の出力導波路の出射光スペクトルのピークが急峻であるので、その波長の特定が容易である。
【００２２】
更に本発明のアレイ導波路格子、特に請求項３記載の発明によれば、モニタ用出力導波路の出力側スラブ導波路と接続する側の形状を前記した第１の出力導波路と異ならせるだけなので、その実施が容易であるだけでなく、スペクトル形状や受光する光の強度を各種工夫することができる。
【００２３】
また本発明のアレイ導波路格子モジュールによればアレイ導波路格子を他の部品と共に組み込んでアレイ導波路格子モジュールを構成したので、たとえばアレイ導波路格子を組み込んで波長の補正自体をモジュール内で行えるようにする場合のようにモジュール自体で効率的な部品配置を行ったり複数の部品を配置するスペースを節約する等の効果が生じる。また、的確な部品を組み込むことで波長の補正の精度を向上させたり品質の安定化を図ることができる。
【００２４】
更に本発明の光通信装置によれば、監視手段が前記第２の出力導波路から出力された光を監視して、監視信号を出力し、波長補正手段が監視信号に基づいて第１の出力導波路から出力される光の波長を補正するので、第１の出力導波路から出力された光を波長を所望の値に保持することができる。
【００２５】
また本発明の光通信システムによれば、アレイ導波路格子で構成した部品の波長が補正されるので、信頼性の高い良好な通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、スラブ導波路に第１の出力導波路及び第２の出力導波路が接続され、前記第２の出力導波路が出力する光のスペクトルの幅が、前記第１の出力導波路が出力する光のスペクトルの幅より狭い、アレイ導波路格子、であることを特徴とする。
【００２７】
本発明は、スラブ導波路に第１の出力導波路及び第２の出力導波路が接続され、前記第２の出力導波路が出力する光のスペクトルが、前記第１の出力導波路が出力する光のスペクトルよりピークが急峻である、アレイ導波路格子、であることを特徴とする。
【００２８】
本発明は、スラブ導波路に第１の出力導波路及び第２の出力導波路が接続され、前記第２の出力導波路の前記スラブ導波路と接続する側は前記第１の出力導波路の前記スラブ導波路と接続する側より先細りの形状である、アレイ導波路格子、であることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明のアレイ導波路格子モジュールは、本発明のアレイ導波路格子と、前記第２の出力導波路より出力された光に基づいて、前記第１の出力導波路から出力される光の波長を補正する波長補正手段、を備えるアレイ導波路格子モジュール、であることが望ましい。
【００３０】
また、本発明の光通信装置は、本発明のアレイ導波路格子と、前記第２の出力導波路から出力された光を監視し、監視信号を出力する監視手段と、前記監視信号に基づいて前記第１の出力導波路から出力される光の波長を補正する波長補正手段、を備える光通信装置、であることが望ましい。
【００３１】
また、本発明の光通信システムは、波長の異なる複数の光信号を出力する光出力手段と、前記光出力手段によって出力された、前記波長の異なる複数の光信号を多重化して出力するマルチプレクサと、前記マルチプレクサによって出力された、多重化された前記光信号を波長の異なる複数の光信号に分離して出力するデマルチプレクサと、前記デマルチプレクサによって出力された、前記波長の異なる複数の光信号を入力する光入力手段、を備え、前記デマルチプレクサは、請求項１乃至３のいずれかに記載したアレイ導波路格子である光通信システム、であることが望ましい。
【実施例１】
【００３２】
図１は本発明の第１の実施例におけるアレイ導波路格子を表わしたものである。このアレイ導波路格子１０１は、基板１０２上に形成された１または複数の入力導波路１０３と、複数の出力導波路１０４と、出力導波路１０４と隣接して配置された１または複数の波長補正用出力導波路１０５と、各導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル導波路アレイ１０７と、入力導波路１０３とチャネル導波路アレイ１０７を接続する入力側スラブ導波路１０８と、チャネル導波路アレイ１０７と出力導波路１０４および波長補正用出力導波路１０５を接続する出力側スラブ導波路１０９とによって構成されている。入力導波路１０３から入射した多重信号光は、入力側スラブ導波路１０８によってその進路を広げる。そしてチャネル導波路アレイ１０７にそれぞれ入射する。入射光強度についてはチャネル導波路アレイ１０７の各入射位置で等しくはなく、中央部ほど強度が強く、ほぼガウス分布となっている。
【００３３】
チャネル導波路アレイ１０７では、これを構成する各導波路の間に一定の光路長差が設けられていて、光路長が順次長く、あるいは短くなるように設定されている。したがって、それぞれのアレイ導波路を導波する光には一定間隔ずつの位相差が付けられて出力側スラブ導波路１０９に到達するようになっている。実際には波長分散があるので、波長によってその等位相面が傾く。この結果、波長によって出力側スラブ導波路１０９と出力導波路１０４および波長補正用出力導波路１０５の接続された界面上の異なった位置に光が結像（集光）する。波長に対応したそれぞれの位置に出力導波路１０４が配置されている。したがって、出力導波路１０４からは任意の波長成分を取り出すことが可能になる。波長補正用出力導波路１０５は中心波長の検出や補正を行う際に使用されるようになっている。波長補正用出力導波路１０５は出力導波路１０４から取り出される波長をそれぞれ所望の値に設定するための波長補正の際に使用される。
【００３４】
図２は、本実施例のアレイ導波路格子の出力側スラブ導波路の出力端周辺を拡大して示したものである。出力側スラブ導波路１０９の出力側（図で右下側）には、製品に実際使用する複数の出力導波路１０４と波長補正時にのみ使用する波長補正用出力導波路１０５とが接続されている。このうちの出力導波路１０４はそれぞれの接続部分が放物線状に拡大しており、反対に波長補正用出力導波路１０５はその接続部分が先細なテーパ状となっている。
【００３５】
図３〜図６は、一般的な出力側スラブ導波路の出力端周辺における出力導波路の接続部分の各種形状とこれによるアレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状を表わしたものである。このうち、図３（ａ）は出力側スラブ導波路１０９の出力側に図２で示した波長補正用出力導波路１０５と同一形状の出力導波路１１１が接続された状態を示したものである。この場合には、出力導波路１１１のそれぞれの接続部分が先細なテーパ状となっている。したがって、同図（ｂ）に示した光のスペクトル形状は、破線で示した基準となるスペクトル形状と比較すると、これよりも急峻なスペクトルとなっている。一般に、出力導波路１１１との接続箇所の形状が細くなれば、これに応じてアレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状は急峻になっていく。ただし、接続箇所の形状がある限度を越えて更に細くなると、スペクトル形状はかえって鈍った形状に変化していく。
【００３６】
一方、図４（ａ）は、出力側スラブ導波路１０９の出力側に幅が一定に保持されたストレートな出力導波路１１２が接続された状態を示している。この場合には、同図（ｂ）に示したようなスペクトル形状が得られる。これは、図３（ｂ）に破線で示した基準となるスペクトル形状と同一である。
【００３７】
これに対して図５（ａ）は、出力側スラブ導波路１０９の出力側にそれぞれの接続部分が僅かな角度でテーパ状に広がった出力導波路１１３が接続された状態を示している。この場合には、同図（ｂ）に示したようなスペクトル形状が得られる。これは、破線で示した基準となるスペクトル形状をやや幅広にしたものである。
【００３８】
一方、図６（ａ）は出力側スラブ導波路１０９の出力側に図２に示した出力導波路１０４と同様の出力導波路１１４が接続された状態を示している。この場合には、同図（ｂ）に示したようなスペクトル形状が得られる。これは、破線で示した基準となるスペクトル形状と比べると、トップがフラットとなった鈍った波形のスペクトル形状である。このスペクトル形状は波形のトップがフラットとなっている。したがって、ＩＴＵグリッド帯域内での損失変動をなるべく少なくするためには優れた形状であるが、波形のトップの部分のレベルに大きな違いがない。このため中心波長を検出することが困難であり、中心波長の補正時の精度が劣化することになる。中心波長を検出するという目的からは、図３（ａ）に示した先細なテーパ状の出力導波路１１１を使用して得られる同図（ｂ）のようなスペクトル形状が最も好ましい。
【００３９】
以上の考察から了解されるように、図２に示した本実施例のアレイ導波路格子の出力側スラブ導波路１０９は、その複数の出力導波路１０４が製品の使用状態で好ましいスペクトル形状を得ることができ、また波長補正用出力導波路１０５は中心波長の検出を行ったり補正を高精度に行うときに好ましいスペクトル形状を得ることができる。もちろん、波長補正用出力導波路１０５の出射光のスペクトル形状はその出力側スラブ導波路１０９との接続箇所の近傍の形状を工夫することによってこのような放物線形状以外の形状に近似したスペクトル形状を得ることができ、その中で波長補正用出力導波路１０５に適したスペクトル形状を選択することが可能である。
【００４０】
図７〜図１０は、放物線以外の他の一般的な波形を示したものである。これらの波形について中心波長の検出の観点から説明する。図７に示した波形はピークの部分１２１の１段低い突起部分１２２があり、波形が全体として非対称となっている。このため、中心波長の特定が困難である。図８に示した波形は２つのピーク１２３、１２４を備えている。これらの間のボトム部分１２５が中心波長の場合もあるが、同一レベルの点が複数箇所存在するので特定し難い。特にこの図８に示したようにボトム部分１２５が２つのピーク１２３、１２４の中間位置からずれてしまっているような場合があり、この場合にはボトム部分１２５が中心波長の位置ではなくなる。
【００４１】
同図９は三角波であり、このように直線的に立ち上がったり立ち下がる波形の場合には中心波長の検出が容易である。図１０はほぼ垂直に波形が立ち上がったり立ち下がる場合を示している。このような波形の場合には半値幅を比較的容易に算出することができる。したがって、フラットな部分の長さ（スペクトル幅）が比較的長くても中心波長の算出は容易である。もちろん、フラットな部分の長さが短ければ中心波長の検出の精度は高くなる。
【００４２】
図１１は、以上説明した第１の実施例におけるアレイ導波路格子を使用したアレイ導波路格子モジュールの構造の概要を表わしたものである。アレイ導波路格子モジュール２０１は、箱状のケース２０２とその底部に配置されたペルチェ素子からなる発熱あるいは冷却を行う温度制御素子２０３と、アレイ導波路格子１０１とこれらの間に介在する金属板２０５から構成されている。本実施例では金属板２０５として熱伝導性の良い銅板を使用している。金属板２０５は温度制御素子２０３の温度制御領域を拡大するために温度制御素子２０３の接触サイズよりも大きなものが使用されている。
【００４３】
金属板２０５には溝が切られており、その中に温度センサ２０６が熱伝導性の高い材料２０７と共に埋め込まれている。この温度検出出力は、温度制御回路２０８に入力されて温度制御素子２０３の温度制御が行われるようになっている。位置２０９は金属板２０５の中に埋め込まれた温度センサ２０６が引き出される場所である。この例で温度センサ２０６はサーミスタが使用されている。
【００４４】
アレイ導波路格子１０１の図１に示した入力導波路１０３の側および出力導波路１０４および波長補正用出力導波路１０５の側からは光ファイバ２１１〜２１３がケース２０２の外部に引き出されている。このうちの光ファイバは入力導波路１０３にその一端を接続されており、他端を図示しない光源側に接続されるようになっている。また、光ファイバ２１２はその一端を出力導波路１０４に接続しており、他端を分波後の光信号を処理する図示しない回路部分に接続されるようになっている。残りの光ファイバ２１３はその一端を波長補正用出力導波路１０５に接続されており、他端を図示しない波長検出回路に接続されるようになっている。
【００４５】
図１２は、温度センサを埋め込んだ状態の金属板を示したものである。金属板２０５に破線で示した四角の温度検出領域２２１は図１に示したアレイ導波路格子１０１におけるチャネル導波路アレイ１０７、入力側スラブ導波路１０８および出力側スラブ導波路１０９を含んだ領域と接触するものである。この領域２２１の温度を高精度に検出し所定の温度に制御することで、アレイ導波路格子１０１の温度変動による特性の変化を防止することができる。
【００４６】
温度検出領域２２１のほぼ中央の位置から、角張った渦巻き状の軌跡を描くように金属板２０５の表面に溝２２２が切られており、その中に温度センサ２０６が熱伝導性の高い材料２０７と共に埋め込まれている。温度センサ２０６の先端に位置する温度検出部２２３は、温度検出領域２２１のほぼ中央の位置に埋め込まれており、この位置から一対のリード線２２５、２２６が渦巻き状に金属板２０５の中を通って位置２０９から外部に引き出されている。なお、一対のリード線２２５、２２６としては比較的細い線が使用されている。
【００４７】
このようなアレイ導波路格子モジュール２０１では、まず図１１に示した光ファイバ２１１を図示しないモニタ用の光源に接続し、光ファイバ２１３を同じく図示しない波長検出回路に接続する。そして、波長検出回路の検出する波長が予め定めた所定の値になるように温度制御回路２０８による制御温度の設定を行う。波長補正用出力導波路１０５と出力導波路１０４はそれぞれの入力する波長の関係が予め定めた所定の関係になるように設計されている。したがって、金属板２０５の温度を検出し、波長補正用出力導波路１０５を経た光源の波長が予め定めた所定の値になるように温度制御回路２０８で金属板２０５の温度を調整すれば、出力導波路１０４を構成する各導波路にはそれぞれ所望の波長の信号光が入力することになる。
【００４８】
環境温度がこの初期設定時から変化してアレイ導波路格子１０１や温度センサ２０６が外部の温度を反映する形で熱帰還を受けると、一般には初期設定した温度から動作点がずれることになる。しかしながらこの例のアレイ導波路格子モジュール２０１では、温度センサ２０６の温度検出部２２３が金属板２０５内に埋め込まれ、かつアレイ導波路格子１０１によって溝２２２を塞がれている。また、温度検出部２２３に熱帰還を行う恐れのある一対のリード線２２５、２２６は、図１２に示したように金属板２０５内に熱伝導性の高い材料２０７と共に埋め込まれている。しかもリード線２２５、２２６は金属板２０５内を温度検出部２２３の位置から最短距離で直線状に引き出されているのではなく、曲線状の一形態として渦巻き状に距離を稼いで引き出されている。
【００４９】
したがって、位置２０９からリード線２２５、２２６によって周囲温度が温度検出部２２３に熱帰還しようとしても、この温度変化分の熱エネルギは金属板２０５内部の比較的長い距離のリード線２２５、２２６から金属板２０５自体に吸収されてしまう。すなわち、金属板２０５自体は温度制御素子２０３によって所定の温度に制御されているので、位置２０９の部分からの周囲温度の影響は、金属板２０５の他の周囲部分における周囲温度の影響と同様に金属板２０５内部に行くに従って弱められる。したがって、特に金属板２０５内部の中心近傍に位置する温度検出領域２２１ではリード線２２５、２２６もその部分の金属の温度とほとんど同一となり、周囲温度が温度検出部２２３に熱帰還しないとみなすことができる。
【００５０】
したがって、アレイ導波路格子モジュール２０１では温度検出部２２３が温度検出領域２２１に対応する部分のアレイ導波路格子１０１の温度を周囲温度に影響されることなく正確に測定することができ、環境温度が変動しても常に安定した温度制御を実現することができる。
【実施例２】
【００５１】
図１３は、本発明の第２の実施例としてアレイ導波路格子を使用した光通信装置の要部を示したものである。この光通信装置３０１では、第１の実施例の図１で示したアレイ導波路格子１０１を使用している。アレイ導波路格子１０１の入射側には図示しない光源に一端を接続された光ファイバ３０２の他端が接続されている。また、アレイ導波路格子１０１の出射側には出力導波路１０４（図１参照）に対応する光ファイバ３０３と、波長補正用出力導波路１０５に対応する光ファイバ３０４が接続されている。図示しない光源から出射される光の波長をλ0とすると、光ファイバ３０３からは波長λ1〜λnの光が出力され、光ファイバ３０４からは波長λmの光が出力されるようになっている。
【００５２】
光ファイバ３０４の出力側には波長の監視を行う出力監視制御装置３０６が接続されている。出力監視制御装置３０６から出力される監視信号３０７は温度調整回路３０８に入力されるようになっている。温度調整回路３０８はアレイ導波路格子１０１の温度を調整することで、光ファイバ３０３から出力される光の波長λ1〜λnを常に所望の値に保持している。
【００５３】
図１４は、図１３に示した光通信装置の要部を具体的に表わしたものである。出力監視制御装置３０６は、アレイ導波路格子１０１から出射される波長λmのレーザ光３２２を入力する２光束干渉計としてのマッハツェンダ回路３２３と、このマッハツェンダ回路３２３から２方向に分岐して出力される一方のレーザビームとしての第１の光ビーム３２４1を受光する第１のフォトダイオード３２６1と、第２の光ビーム３２４2を受光する第２のフォトダイオード３２６2と、これらのフォトダイオード３２６1、３２６2の受光出力３２７1、３２７2を演算する演算回路３２８を備えている。演算回路３２８の演算結果３２９は温度調整回路３０８に入力されるようになっている。温度調整回路３０８の温度制御３３２によりアレイ導波路格子１０１の波長が所望の値に制御される。なお、波長の制御は、アレイ導波路格子１０１を構成する図示しないレーザダイオードの駆動電流を変化させることによっても行うことができる。
【００５４】
この第２の実施例では導端路型干渉計型のマッハツェンダ回路３２３を使用している。マッハツェンダ回路３２３は導端路型干渉計に限る必要はないが、導端路型干渉計を使用した場合には、入力端と出力端が互いに異なった側の端部に配置されたものと比べると、入力端だけでなく出力端も回路の同じ側の端部に配置された導端路型干渉計を使用することで、モジュールの小型化に貢献することができる。また、入出力端の光路差をＲ状に屈曲した箇所で得るようにしているため、入力端と出力端を素子を構成する基板の異なった側に配置する構成のものと比べると、素子の小型化を図ることができる。
【００５５】
図１５は、第１および第２のフォトダイオードの受光によって出力される電流と演算回路の演算内容の関係を説明するためのものである。第１のフォトダイオード３２６1の受光出力３２７1としての電流値は、光周波数が変化すると、損失波長特性の１周期に相当する間隔としての所定の周期フリー・スペクトラル・レンジ（以下、単にＦＳＲという。）の正弦波としての変化を示す。第２のフォトダイオード３２６2の受光出力３２７2としての電流値も位相が１８０度ずれた形で同様の変化を示す。ここで本実施例では、周期ＦＳＲがＩＴＵ（International Telecommunication Union：国際電気通信連合）で定めたＩＴＵグリッド（grid）と等しくなるように装置の設計を行っている。
【００５６】
第１のフォトダイオード３２６1の受光出力３２７1と第２のフォトダイオード３２６2の受光出力３２７2の位相が１８０度ずれているので、これらの電流値をそれぞれＩPD1、ＩPD2として表わすと、これらの和はいずれの光周波数においても常に等しくなる。
【００５７】
演算回路３２８は、これら電流値ＩPD1、ＩPD2の和と第１のフォトダイオード３２６1の受光出力の電流値ＩPD1との比Ａを演算する。これは次の（２）式で表わすことができる。
【００５８】
【数２】
2005321820.tif 000004
この値Ａが常に所定の値となるようにアレイ導波路格子１０１の温度制御３３２を行うことで、アレイ導波路格子１０１の出力する波長を所望の値に制御することができる。ここで２つの電流値ＩPD1、ＩPD2は１周期以上の長さで周期的に変化する。したがって、広範囲な波長の範囲で所望の波長に設定することが可能になる。すなわち、たとえばアレイ導波路格子１０１の温度をｔ1度近傍に調整することで、レーザ光３２２の波長λmを特定の光周波数ｆ1あるいはその近傍の所定の光周波数に保持させることができる。また、この温度をｔ1度とは異なる他のｔ2度近傍にアレイ導波路格子１０１の温度を調整することで、他の光周波数ｆ2近傍のレーザ光３２２を出力させ、これを光周波数ｆ2あるいはその近傍の他の所定の光周波数に保持させることができることになる。
【００５９】
特に、図１５に示した電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線の傾きが急峻となっている任意の位置に制御対象となる光周波数を設定すると、高精度の波長制御が可能になる。たとえば図１５で波長λmを制御対象となる波長とする。波長λmに対応する電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線上の点を動作点３４１、３４２とする。また、波長λmから僅かにΔλだけ長波長側の波長（λm＋Δλ）における電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線上の点を動作点３４３、３４４とする。
【００６０】
この場合、波長λmから波長（λm＋Δλ）に変動すると、前記した（２）式の値Ａは２つの動作点３４１、３４３の電流値の差をΔＰとするとき、ΔＰ／（ＩPD1＋ＩPD2）となる。電流値ＩPD1、ＩPD2を表わす曲線の傾きが急峻となっている場所では差ΔＰが比較的大きな値をとるので、波長λmの近傍にレーザ光３２２を高精度に合わせ込むことができる。
【００６１】
なお、図１５で示されるように正弦波の１周期ＦＳＲについて考えると、２つの動作点３４１、３４２と全く同一の電流値ＩPD1、ＩPD2を有する点は更に２点３４５、３４６存在する。これらは波長が周期ＦＳＲの２分の１だけずれた点である。しかしながらこれらの２点３４５、３４６の場合には、波長がΔλだけ増加あるいは減少した際の（２）式の分子としての電流値ＩPD1の符号の正負が逆になる。したがって、演算結果が異なることになり、正弦波の１周期ＦＳＲ分の波長の範囲内で制御対象の波長の特定が可能になる。
【００６２】
以上説明した第２の実施例ではマッハツェンダ回路や２つのフォトダイオードを使用した出力監視制御装置で波長を測定してその補正を行うようにしたが、波長計を使用してその出力結果を使用して同様にアレイ導波路格子あるいはアレイ導波路格子モジュールの波長補正を行うようにしてもよい。
【実施例３】
【００６３】
図１６は本発明の第３の実施例における光通信システムの構成の概要を表わしたものである。この光通信システムで、送信側に配置された図示しないＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Network）装置に接続された光送信機４０１から送り出された波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号は光マルチプレクサ（ＭＵＸ）４０２で多重された後、ブースタアンプ４０３で増幅されて光伝送路４０４に送り出される。多重化された光信号４０５はインラインアンプ４０６で適宜増幅された後、プリアンプ４０７を経て光デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）４０８で元の波長λ1〜λNに分離され、光受信機４０９で受信されるが、その途中の光伝送路４０４に適宜の数のノード（ＯＡＤＭ）４１１1〜４１１Mが配置されている。これらのノード４１１1〜４１１Mでは、所望の波長の光信号が入出力されることになる。光デマルチプレクサ４０８は、図１に示したようなアレイ導波路格子１０１で構成されている。
【００６４】
図１７は、ノードの構成の概要を示したものである。ここでは第１のノード４１１1（図１６参照）を示しているが、第２〜第Ｍのノード４１１2〜４１１Mも原理的には同一の構成となっている。図１６に示した光伝送路４０４は、第１のノード４１１1の入力側アレイ導波路格子４２１に入力されて波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号に分波され、各波長λ1〜λNごとに設けられた２入力２出力の光スイッチ４２２1〜４２２Nによって、それぞれの波長λ1〜λNの光信号をノード側受信部４２６に取り込む（drop）と共に、ノード側送信部４２４から送信した光信号を挿入する（Add）。２入力２出力の光スイッチ４２２1〜４２２Nの出力側はそれぞれに対応して設けられたアッテネータ（ＡＴＴ）４２７1〜４２７Nによってゲインを調整された後に出力側アレイ導波路格子４２８に入力されるようになっている。出力側アレイ導波路格子４２８は入力側アレイ導波路格子４２１と逆の構成の素子であり、波長λ1〜λNのＮチャネル分の光信号を多重して光伝送路４０４に光信号４０５として送り出すことになる。
【００６５】
このように図１７に示した第１のノード４１１1を始めとして、図１６に示した第２〜第Ｍのノード４１１2〜４１１Mおよび光デマルチプレクサ４０８は共に図１に示したアレイ導波路格子１０１を使用している。そして、その入力側の導波路からモニタ光が入力されたときの出力側の導波路（モニタ用導波路）から出力される前記した波長λmの光を逐次監視することで波長λ1〜λnの光が出力される他の出力側の導波路の波長補正を行うようになっている。このために図１６に示すように各ノード４１１1〜４１１Mおよび光受信機４０９には、これらに対応してそれぞれ出力監視制御装置４３１1〜４３１Mおよび４３１Rが取り付けられている。
【００６６】
なお、アレイ導波路格子１０１はマルチプレクサとして使用する場合であっても本来の出力側の導波路からモニタ光を入力して本来の入力側の導波路から（モニタ用導波路）から出力される前記した波長λmの光を逐次監視することで同様に波長補正を行うことができる。したがって、本実施例では図示していないが、光送信機４０１および各ノード４１１1〜４１１Mにおける出力側アレイ導波路格子４２８側のアレイ導波路格子１０１の補正も同様に可能であり、このための出力監視制御装置が設けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施例におけるアレイ導波路格子を表わした平面図である。
【図２】第１の実施例のアレイ導波路格子の出力側スラブ導波路の出力端周辺を拡大して示した平面図である。
【図３】出力導波路の接続部分の第１の形状とこれによるアレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状を表わした説明図である。
【図４】出力導波路の接続部分の第２の形状とこれによるアレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状を表わした説明図である。
【図５】出力導波路の接続部分の第３の形状とこれによるアレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状を表わした説明図である。
【図６】出力導波路の接続部分の第４の形状とこれによるアレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状を表わした説明図である。
【図７】放物線以外の他の一般的な波形の第１の例を示した波形図である。
【図８】放物線以外の他の一般的な波形の第２の例を示した波形図である。
【図９】放物線以外の他の一般的な波形の第３の例を示した波形図である。
【図１０】放物線以外の他の一般的な波形の第４の例を示した波形図である。
【図１１】第１の実施例におけるアレイ導波路格子を使用したアレイ導波路格子モジュールの構造の概要を表わした断面図である。
【図１２】第１の実施例で温度センサを埋め込んだ状態の金属板を示した平面図である。
【図１３】本発明の第２の実施例としてアレイ導波路格子を使用した光通信装置の要部を示したブロック図である。
【図１４】図１３に示した光通信装置の要部を具体的に表わしたブロック図である。
【図１５】第２の実施例で第１および第２のフォトダイオードの受光によって出力される電流と演算回路の演算内容の関係を示した説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施例における光通信システムの構成の概要を表わしたシステム構成図である。
【図１７】第３の実施例におけるノードの構成の概要を示したブロック図である。
【図１８】従来のアレイ導波路格子の全体的な構成を表わした平面図である。
【図１９】従来提案された選択波長を補正可能にしたアレイ導波路格子の一例を示す斜視図である。
【図２０】従来提案された選択波長を補正可能にしたアレイ導波路格子の他の例を示す平面図である。
【図２１】アレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状の一例を示した波形図である。
【図２２】アレイ導波路格子から出力される光のスペクトル形状の他の例を示した波形図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１  アレイ導波路格子
１０２  基板
１０３  入力導波路
１０４、１１１〜１１４  出力導波路（第１の出力導波路）
１０５  波長補正用出力導波路（第２の出力導波路）
１０７  チャネル導波路アレイ
１０８  入力側スラブ導波路
１０９  出力側スラブ導波路
２０１  アレイ導波路格子モジュール
２０５  金属板
２０８  温度制御回路
２１１〜２１３、３０３、３０４  光ファイバ
２２３  温度検出部
３０１  光通信装置
３０６、４３１  出力監視制御装置
３０８  温度調整回路
３２３  マッハツェンダ回路
３２６  フォトダイオード
３２８  演算回路
４０１  光送信機
４０２  光マルチプレクサ（ＭＵＸ）
４０８  光デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）
４０９  光受信機
４１１  ノード（ＯＡＤＭ）
【図１】
2005321820.tif 000005
【図２】
2005321820.tif 000006
【図３】
2005321820.tif 000007
【図４】
2005321820.tif 000008
【図５】
2005321820.tif 000009
【図６】
2005321820.tif 000010
【図７】
2005321820.tif 000011
【図８】
2005321820.tif 000012
【図９】
2005321820.tif 000013
【図１０】
2005321820.tif 000014
【図１１】
2005321820.tif 000015
【図１２】
2005321820.tif 000016
【図１３】
2005321820.tif 000017
【図１４】
2005321820.tif 000018
【図１５】
2005321820.tif 000019
【図１６】
2005321820.tif 000020
【図１７】
2005321820.tif 000021
【図１８】
2005321820.tif 000022
【図１９】
2005321820.tif 000023
【図２０】
2005321820.tif 000024
【図２１】
2005321820.tif 000025
【図２２】
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