(57)【要約】波長多重光通信又は光信号処理等に用いられるアレイ導波路型波長合分波器を提供する。基板（１）上に、入力導波路（２）と、入力スラブ（３）と、チャネル導波路アレイ（４）と、出力スラブ（５）と、出力導波路（６）とが形成され、各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの入力スラブ（３）と接続される第１の近傍部分と各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの出力スラブ（５）と接続される第２の近傍部分とのうちの少なくとも一方における導波路間隔が、チャネル導波路アレイ（４）と入力スラブ（３）との第１の接続部における導波路間隔、又はチャネル導波路アレイ（４）と出力スラブ（５）との第２の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成する。
2004077117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、
複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する１又は複数の入力導波路と、
該入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第１スラブと、
相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し該第１スラブにて拡散された波長多重光を該複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導波路アレイと、
該チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第２スラブと、
該第２スラブにて集光された光を伝搬する１又は複数の出力導波路とが形成され、
該各チャネル導波路のうちの該第１スラブと接続される第１の近傍部分と該各チャネル導波路のうちの該第２スラブと接続される第２の近傍部分とのうちの少なくとも一方における導波路間隔が、該チャネル導波路アレイと該第１スラブとの第１の接続部における導波路間隔、又は該チャネル導波路アレイと該第２スラブとの第２の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことを特徴とする、アレイ導波路型波長合分波器。
【請求項２】
該複数のチャネル導波路のうちの少なくとも１本のチャネル導波路の該第１の近傍部分又は該第２の近傍部分が、
該複数のチャネル導波路の中央のチャネル導波路から外側のチャネル導波路に向かう方向に屈曲するように形成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項３】
該複数のチャネル導波路のうちの少なくとも１本のチャネル導波路の該第１の近傍部分又は該第２の近傍部分が、
該複数のチャネル導波路ごとに、屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波路によって形成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項又は第２項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項４】
該複数のチャネル導波路としての各Ｓ字状導波路の曲率半径が、該複数のチャネル導波路の中央のチャネル導波路から外側のチャネル導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されたことを特徴とする、請求の範囲第３項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項５】
該複数のチャネル導波路としての各Ｓ字状導波路の曲率半径が、該複数のチャネル導波路のうちの導波路長が最短のチャネル導波路から最長のチャネル導波路に向かう方向、又は該最長のチャネル導波路から最短のチャネル導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されたことを特徴とする、請求の範囲第３項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項６】
該複数のチャネル導波路としての各Ｓ字状導波路の幅が、
該複数のチャネル導波路の付け根に相当するスラブ接続部において狭く、かつ該Ｓ字状導波路のうちの該第１スラブ又は該第２スラブ側の円弧部において該波長多重光の伝搬方向にしたがって広くなるように形成されたことを特徴とする、請求の範囲第３項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項７】
該複数のチャネル導波路としての各Ｓ字状導波路の幅が、
該複数のチャネル導波路の付け根に相当するスラブ接続部と、該スラブ接続部と異なる部分とを同一になるように形成されたことを特徴とする、請求の範囲第３項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項８】
該複数のチャネル導波路のうちの少なくとも１本のチャネル導波路の該第１の近傍部分又は該第２の近傍部分が、
所定の曲率半径を有するＳ字状導波路と、直線状の部分と、所定の曲率半径および円弧角を有する円弧状の部分とのうちの少なくとも一部分を設けたことを特徴とする、請求の範囲第１項又は第２項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項９】
基板上に、
複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する１又は複数の入力導波路と、
該入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第４スラブと、
相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し該第１スラブにて拡散された波長多重光を該複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導波路アレイと、
該チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第２スラブと、
該第２スラブにて集光された光を伝搬する１又は複数の出力導波路とが形成され、
該入力導波路のうちの該第１スラブと接続される第３の近傍部分と該出力導波路のうちの該第２スラブと接続される第４の近傍部分とのうちの少なくとも一方における導波路間隔が、該入力導波路と該第１スラブとの第３の接続部における導波路間隔、又は該入力導波路と該第２スラブとの第４の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことを特徴とする、アレイ導波路型波長合分波器。
【請求項１０】
該入力導波路の該第３の近傍部分又は該出力導波路の該第４の近傍部分が、
中央の導波路から外側の導波路に向かう方向に屈曲するように形成されたことを特徴とする、請求の範囲第９項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項１１】
該入力導波路の該第３の近傍部分又は該出力導波路の該第４の近傍部分が、
該入力導波路又は該出力導波路ごとに、屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波路を設けたことを特徴とする、請求の範囲第９項又は第１０項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項１２】
該複数のチャネル導波路としての各Ｓ字状導波路の曲率半径が、該入力導波路又は該出力導波路の中央の導波路から外側の導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されたことを特徴とする、請求の範囲第１１項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項１３】
該複数のチャネル導波路としての各Ｓ字状導波路の曲率半径が、該入力導波路又は該出力導波路の導波路長が最短のチャネル導波路から最長のチャネル導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されたことを特徴とする、請求の範囲第１２項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
【請求項１４】
基板上に、
複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する１又は複数の入力導波路と、
該入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第１スラブと、
相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し該第１スラブにて拡散された波長多重光を該複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導波路アレイと、
該チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第２スラブと、
該第２スラブにて集光された光を伝搬する１又は複数の出力導波路とが形成され、
該複数のチャネル導波路の配置が、
該各チャネル導波路のうちの該第１スラブと接続される第１の近傍部分と、該各チャネル導波路のうちの該第２スラブと接続される第２の近傍部分と、該入力導波路のうちの該第１スラブと接続される第３の近傍部分と、該出力導波路のうちの該第２スラブと接続される第４の近傍部分とのうちの少なくとも一方において、各チャネル導波路間で光干渉の防止に必要な間隔が設けられたことを特徴とする、アレイ導波路型波長合分波器。
【請求項１５】
波長の異なる複数の光信号を出力する光信号出力部と、該光信号出力部から出力された該複数の光信号を合波して波長多重光を出力するアレイ導波路型波長合分波器とをそなえた光伝送装置において、
該アレイ導波路型波長合分波器が、
基板上に、
複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する１又は複数の入力導波路と、
該入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第１スラブと、
相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し該第１スラブにて拡散された波長多重光を該複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導波路アレイと、
該チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第２スラブと、
該第２スラブにて集光された光を伝搬する１又は複数の出力導波路とが形成され、
該各チャネル導波路のうちの該第１スラブと接続される第１の近傍部分と該各チャネル導波路のうちの該第２スラブと接続される第２の近傍部分とのうちの少なくとも一方における導波路間隔が、該チャネル導波路アレイと該第１スラブとの第１の接続部における導波路間隔、又は該チャネル導波路アレイと該第２スラブとの第２の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことを特徴とする、光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えば波長多重光通信又は光信号処理等の導波路型集積光部品に用いて好適な、アレイ導波路型波長合分波器および光伝送装置に関する。
【背景技術】  （１）波長の異なる複数の光信号を同時に伝送する波長多重光通信（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）においては、波長合分波器（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）が重要なデバイスである。この波長合分波器は、異なる波長の光信号を合波する波長合波器としての機能（合波機能）と、波長多重光を異なる波長の光信号に分波する波長分波器としての機能（分波機能）とを有する。
これにより、複数の情報データは、それぞれ、波長合分波器において合波されて光波長帯域に多重され、チャネル１〜チャネルｎ（ｎは自然数を表し、チャネルとは光波長を表す。）に割り当てられた波長多重光が伝送される。そして、中継局又は端局に設けられた波長合分波器にて、波長多重光のうちの所望のチャネルｉ（ｉは自然数）光が分波され、分波されたチャネルｉの光信号が電気信号に変換されてから、所望の情報データが複数のユーザに対して配信又は転送される。
また、波長合分波器が利用される分野は、光スイッチ，ＡＤＭ（Ａｄｄ  ＆  Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）等のほかに、例えば基幹系の光ネットワークのアクセスノードと各家庭との間を接続する光ファイバの分岐部分に用いることができる。さらに、住宅に設けた伝送端末の光信号処理等にも用いられる。これらの光スイッチ等は、いずれも、それ自身のハードウェアを小型化することにより低コスト化を図れ、また、品質が向上する。このハードウェアの小型化を促進するためには、ハードウェアの各部品の集積度を高めることが必要であり、この点において、波長合分波器は導波路型の集積光部品としても重要である。
（１−１）アレイ導波路型波長合分波器（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ：以下、特に断らない限り、ＡＷＧと称する。）について
波長合分波器の種類は複数知られており、それらのうちの実用的なデバイス（素子）としてＡＷＧが注目されている。このＡＷＧは、チップ状の平面基板上の光導波路によって構成されるアレイ導波路回折格子を用いたものである。
図１３はＡＷＧの構成図である。この図１３に示すＡＷＧは、基板（例えばシリコン基板）１と、この基板１上にフォトリソグラフィを用いて一括生成された光導波路とからなり、入力導波路２，入力スラブ（入力側スラブ導波路）３００，７本（７チャネル）のチャネル導波路（チャネル光導波路）群ａ〜ｇからなるアレイ導波路（チャネル導波路アレイ）４００，出力スラブ（出力側スラブ導波路）５００，７本の導波路ｈ〜ｎからなる出力導波路６をそなえて構成されている。なお、７本のチャネル導波路ａ〜ｇは、位相差を生じさせる機能を有するので、フェイズドアレイ（Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ）と呼ばれる。チャネル導波路ａ〜ｇの数は７であるが、この数は所望の値に設定できる。
これにより、外部から例えば光ファイバを介して入力導波路２に入力された波長多重光は、入力スラブ３００において回折により広がり（拡散され）、７個のスラブ接続部（接続部，接続部分）９を介してアレイ導波路４００を構成する７本のチャネル導波路ａ〜ｇのそれぞれに入力（入射）される。
図１４は入力スラブ３００とチャネル導波路アレイ４００とを拡大した図である。ここで、スラブ接続部９は、この図１４に示す各チャネル導波路ａ〜ｇの付け根（根元）でありスラブ境界線上の７カ所の部分である。また、チャネル導波路間隔ｄ１は、隣接する２箇所のスラブ接続部９間の距離に相当する。さらに、チャネル導波路間隔ｄ１は、入射光が拡散されるときの中心部（入射光拡散中心）３１０からチャネル導波路アレイ４００の入射位置までの距離（以下、この距離をスラブ長と称する。）が短くなるにつれて、一般的に短くなる。
また、図１３に示す７本のチャネル導波路ａ〜ｇの長さ（導波路長）は相互に異なる。アレイ導波路４００に入力される波長多重光＃１〜＃７はいずれも同位相であるが、アレイ導波路４００の出力側においては、７本のチャネル導波路ａ〜ｇの長さの差に基づいて、各波長多重光＃１〜＃７は位相差を生じる。
そして、各波長多重光＃１〜＃７は、各チャネル導波路ａ〜ｇから出力（放射）されて相互に干渉し、出力スラブ５００と出力導波路６とのスラブ接続部９付近に集光（収束）される。また、波長多重光＃１〜＃７に含まれる各波長の単一光（以下、単一光と称する。）が集光する位置は、波長ごとに異なる。このため、チャネル導波路ａからの波長多重光＃１〜＃７に含まれる波長１の成分は、出力スラブ５を介して出力導波路６を構成する７本のチャネル導波路ｈ〜ｎのうちのチャネル導波路ｈに集光される。また、各波長２〜７の成分は、それぞれ、チャネル導波路ｉ〜ｎに集光される。従って、波長多重光＃１〜＃７は７本の単一光＃１〜＃７に分波され、分波機能が発揮されるのである。集光された７本の単一光は、それぞれ、出力導波路６の７本のチャネル導波路ｈ〜ｎに入力され、基板１の端部に導かれる。
なお、７本の単一光を出力導波路６に入力し、上記と逆方向に伝搬させることにより、入力導波路３００から波長多重光＃１〜＃７が得られ、これにより、合波機能が実現される。
このように、ＡＷＧは、古くから知られた回折格子を用いた分光計の動作と同様の動作を、基板１上に一括形成されたチャネル導波路ａ〜ｇを用いて実現し、これにより、小型かつ大量生産性に富み、波長多重通信用の波長合分波器として有望視されている。
また、一般に、合波機能の実現は、光の入出力方向を、分波時の光入出力方向と逆にすることにより可能である。以下の説明においては、特に断らない限り、両機能のうちの主に分波機能に着目して説明する。
（１−２）７本のチャネル導波路アレイ４００の形状の描画方法について
チャネル導波路アレイ４００の形状は、７本のチャネル導波路ａ〜ｇのうちの例えばチャネル導波路ｃ，ｄのように隣接するチャネル導波路の長さの差が一定になるように描画される。
図１５は従来のチャネル導波路アレイの描画方法の基本形を説明するための図であり、上段，中段および下段の各部からなる。この図１５の上段部に示すアレイ格子型光合分波器は、第１の扇型スラブ導波路とチャネル導波路アレイとの境界におけるチャネル導波路アレイの各導波路の間隔と、チャネル導波路アレイと第２の扇型スラブ導波路との境界におけるチャネル導波路アレイの各導波路の間隔とが異なるように形成されている（例えば特許文献１）。
この上段部に示す描画方法は、縦方向のチャネル導波路の直線状の部分（直線部）の長さＬｉを調整することにより各チャネル導波路の長さを調整している。これにより、設計の自由度を大きくでき、機能性の高い光周波数分離および光周波数合波を実現可能なデバイスが得られる。
そして、図１５の中段部に示す光波長合分波器は、アレイ導波路回折格子の各アレイ導波路の導波路長が、アレイ導波路回折格子で生じる光波の位相誤差が実質的になくなるように調整されている（例えば特許文献２）。
この図１５の中段部に示す描画方法は、スラブに接続しているチャネル導波路の直線部の長さＬｉ，円弧の曲率半径Ｒｉ，円弧の中心角θｉを調整することにより各チャネル導波路の長さを調整している。これにより、アレイ導波路を伝搬する光波の位相変化量の誤差が小さく、サイドローブ等によるクロストーク劣化が抑制される。
図１５の下段部に示すアレイ導波路格子は、所定の光路長差を有する２つの導波路と、２つの導波路の両端をそれぞれ結合して非対称マッハツェンダー干渉計を構成する２つの３ｄＢカプラとを含む入力用チャネル導波路の、一方の導波路長が他方に比べて長い２つの出力導波路を、出力用チャネル導波路における間隔の半分の間隔をもって第１の扇型スラブ導波路に接続するものである（例えば特許文献３）。
図１５の下段部に示す描画方法は、スラブに接続しているチャネル導波路の直線部の長さＬｉ，円弧の曲率半径Ｒｉ，円弧の中心角θｉおよび円弧とこの円弧に接続されたチャネル導波路の直線部の長さＬ２ｉをそれぞれ調整することにより各チャネル導波路の長さを調整している。
これにより、各チャネルにおいてチャネル間隔の半分以上のフラットな帯域を得て、光源の波長が変化しても分波出力特性はほぼ一定となるフラットな光周波数特性が実現される。
このように、従来から、多様なＡＷＧの形状又は構造が提案されており、上記３種類は、チャネル導波路の描画方法の基本的なものとして知られている。
なお、アド・ドロップ機能を取り扱うことが可能な波長多重光装置も知られている（例えば特許文献４）。この波長多重光装置は、導波グレーティングルータと移相器とが反射するように構成され、これにより、ＩｎＰ（インジウムリン）を用いた１６チャネル，１００ＧＨｚにおける伝送の実験結果が改善されている。
さらに、低コストで、高い波長アイソレーションを実現するＡＷＧも知られている（例えば特許文献５）。
（１−３）ＡＷＧの小型化について
波長多重光通信の利用の拡大にともない、ＡＷＧは、小型でかつ大量生産に向くものが望ましい。このため、従来から、チップサイズ（導波路が形成された基板１又は導波路が未形成の基板自体の大きさ又は基板の面積）を小さくし、単位ウェハあたりのチップの取れ数（歩留まりとも称する。製造したチップの個数のうちの良品が取れたチップ個数の割合に相当する。）を増加させ、これにより、チップを低コスト化することが要請されている。また、チップサイズの小型化により、導波路損失が低減し、さらに、スラブ接続部９における損失を低減させることが望まれている。
図１６はスラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１とスラブ長ｆ１との関係を説明するための図である。この図１６に示すスラブＴ１，Ｔ２におけるチャネル導波路間隔ｄ１，ｄ１１とスラブ長ｆ１，ｆ′との比ｄ１／ｆ１，ｄ１１／ｆ′は一定である（なお、′／′は除算を示す。）。従って、スラブＴ１のスラブ長ｆ１を小さくするためにはスラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１を小さくする必要がある。
（１−４）しかしながら、ＡＷＧの各チャネル導波路ａ〜ｇを伝搬する信号光（分離光）は、いずれも、チャネル導波路ａ〜ｇを伝搬する間に、隣接するチャネル導波路ａ〜ｇのいずれかに移ることによって、位相情報（位相差）が乱れ、各信号光の特性が劣化し、いわゆるクロストークが生じる。
このため、チャネル導波路ａ〜ｇ間の光結合が小さくなるようにチャネル導波路間隔ｄ１を広くすることが不可欠である。特に、スラブ接続部９付近以外の部分（領域）においては、スラブ接続部９付近の部分に比較して隣接するチャネル導波路ａ〜ｇのいずれかとの位相ずれが大きいので、チャネル導波路ａ〜ｇ間の光結合が与える影響は顕著である。従って、スラブ接続部９から離れるにしたがってチャネル導波路間隔ａ〜ｇが広くなるような導波路構造が採用されている。
一般に、ＡＷＧに用いられるスラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１と、スラブ接続部９から最も離れた領域におけるチャネル導波路間隔ｄ１１とは、チャネル導波路のコアおよびクラッドの比屈折率の差Δｎによって異なり、例えばΔｎ＝０．７５％のチャネル導波路は、ｄ１＝１４μｍ〜２０μｍ，ｄ１１＝３０〜４０μｍが用いられている。
ここで、コアとは、ＡＷＧが形成されている部分であって、ＡＷＧの周囲の領域に比して相対的に屈折率の大きい材料で形成された部分である。また、クラッドとは、コアを囲む部分であってコアに比して相対的に屈折率の低い材料で形成された部分である。
上記のように、隣接するチャネル導波路が小さな間隔ｄ１だけ離れて長い距離を並行して設けられると、その隣接するチャネル導波路は相互にクロストーク又は透過損失等を生じ、光信号の特性が劣化する。従って、チャネル導波路間の結合に基づく特性劣化を考慮すると、従来のＡＷＧは、スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１又はｄ１１を小さくできず、このため、スラブ長ｆ１又はｆ′が増加し、ＡＷＧのチップサイズが大きくなるという課題があった。換言すれば、ＡＷＧのチップサイズの小型化のためにスラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１又はｄ１１を小さくすると、クロストークおよび透過損失等の劣化が生じるのである。
また、上記の特許文献１〜５に開示されたＡＷＧは、いずれも、チップサイズを小型化するものではない。
【特許文献１】  特開平１１−２７３３号公報
【特許文献２】  特開２０００−３５２６３０号公報
【特許文献３】  特開平１０−９０５３０号公報
【特許文献４】  米国特許第６，１４１，４６７号明細書
【特許文献５】  特開２００１−１７４６５３号公報
【発明の開示】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、例えば波長多重光通信又は光信号処理に用いられる波長合分波器において、チップサイズを小型化し、チップを低コスト化し、かつ損失の低減等の高い導波特性を有するアレイ導波路型波長合分波器および光伝送装置を提供することを目的とする。
このため、本発明のアレイ導波路型波長合分波器は、基板上に、複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する１又は複数の入力導波路と、入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第１スラブと、相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し第１スラブにて拡散された波長多重光を複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導波路アレイと、チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第２スラブと、第２スラブにて集光された光を伝搬する１又は複数の出力導波路とが形成され、各チャネル導波路のうちの第１スラブと接続される第１の近傍部分と各チャネル導波路のうちの第２スラブと接続される第２の近傍部分とのうちの少なくとも一方における導波路間隔が、チャネル導波路アレイと第１スラブとの第１の接続部における導波路間隔、又はチャネル導波路アレイと第２スラブとの第２の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことを特徴としている。
従って、このようにすれば、アレイ導波路型波長合分波器のチップサイズを小型化でき、チップサイズが小さくなり、単位ウェハあたりのチップの取れ数が増加し、これにより、チップを低コスト化することができる。
また、複数のチャネル導波路のうちの少なくとも１本のチャネル導波路の第１の近傍部分又は第２の近傍部分が、複数のチャネル導波路の中央のチャネル導波路から外側のチャネル導波路に向かう方向に屈曲するように形成されてもよく、又は複数のチャネル導波路ごとに、屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波路によって形成されてもよく、このようにすれば、チップサイズの小型化を促進し大量生産の効率が大幅に向上する。
そして、複数のチャネル導波路としての各Ｓ字状導波路の曲率半径が、複数のチャネル導波路の中央のチャネル導波路から外側のチャネル導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されてもよく、又は複数のチャネル導波路のうちの導波路長が最短のチャネル導波路から最長のチャネル導波路に向かう方向、又は最長のチャネル導波路から最短のチャネル導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されてもよく、このようにすれば、チップサイズを小さくすることにより、導波路損失が低減し、スラブ接続部における損失を低減させることができる。これにより、波長多重光通信の利用が拡大する。
さらに、Ｓ字状導波路の幅が、複数のチャネル導波路の付け根に相当するスラブ接続部において狭く、かつＳ字状導波路のうちの第１スラブ又は第２スラブ側の円弧部において波長多重光の伝搬方向にしたがって広くなるように形成されてもよく、又はＳ字状導波路の幅が、複数のチャネル導波路の付け根に相当するスラブ接続部と、スラブ接続部と異なる部分とを同一になるように形成されてもよく、このようにすれば、スラブ接続部におけるチャネル導波路がテーパ（Ｔａｐｅｒ）型の形状を形成せずに製造できる。
前記複数のチャネル導波路のうちの少なくとも１本のチャネル導波路の第１の近傍部分又は第２の近傍部分が、所定の曲率半径を有するＳ字状導波路と、直線状の部分と、所定の曲率半径および円弧角を有する円弧状の部分とのうちの少なくとも一部分を設けてもよく、このようにすれば、各チャネル導波路の行路長が、直線部分の長さと円弧状導波路の曲率半径および円弧角とにより調整でき、Ｓ字状のチャネル導波路で生じた位相差を補正して所望の位相分布を得ることができる。また、形状パターンを高精度で設計又は製造でき、かつ微調整できる。
そして、本発明のアレイ導波路型波長合分波器は、入力導波路のうちの第１スラブと接続される第３の近傍部分と出力導波路のうちの第２スラブと接続される第４の近傍部分とのうちの少なくとも一方における導波路間隔が、入力導波路と第１スラブとの第３の接続部における導波路間隔、又は入力導波路と第２スラブとの第４の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことを特徴としている。
従って、このようにすれば、スラブ接続部以外の部分におけるチャネル導波路間結合に起因する特性劣化が生じずに小型のアレイ導波路型波長合分波器を得ることができる。
また、前記入力導波路の第３の近傍部分又は出力導波路の第４の近傍部分が、中央の導波路から外側の導波路に向かう方向に屈曲するように形成されてもよく、又は入力導波路又は出力導波路ごとに、屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波路を設けてもよく、このようにすれば、チップサイズの小型化を促進し大量生産の効率が大幅に向上する。
さらに、前記各Ｓ字状導波路としての曲率半径が、入力導波路又は出力導波路の中央の導波路から外側の導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されたり、又は入力導波路又は出力導波路の導波路長が最短のチャネル導波路から最長のチャネル導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されてもよく、このようにすれば、チップサイズを小さくすることにより、導波路損失が低減し、スラブ接続部における損失を低減させることができる。これにより、波長多重光通信の利用が拡大する。
そして、本発明のアレイ導波路型波長合分波器は、複数のチャネル導波路の配置が、各チャネル導波路のうちの第１スラブと接続される第１の近傍部分と、各チャネル導波路のうちの第２スラブと接続される第２の近傍部分と、入力導波路のうちの第１スラブと接続される第３の近傍部分と、出力導波路のうちの第２スラブと接続される第４の近傍部分とのうちの少なくとも一方において、各チャネル導波路間で光干渉の防止に必要な間隔が設けられたことを特徴としている。
従って、このようにすれば、チップサイズを小さくすることにより、導波路損失が低減し、スラブ接続部における損失を低減させることができる。これにより、波長多重光通信の利用が拡大する。
加えて、本発明の光伝送装置は、波長の異なる複数の光信号を出力する光信号出力部と、この光信号出力部から出力された複数の光信号を合波して波長多重光を出力するアレイ導波路型波長合分波器とをそなえた光伝送装置において、基板上に、複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する１又は複数の入力導波路と、入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第１スラブと、相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し第１スラブにて拡散された波長多重光を複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導波路アレイと、チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第２スラブと、第２スラブにて集光された光を伝搬する１又は複数の出力導波路とが形成され、各チャネル導波路のうちの第１スラブと接続される第１の近傍部分と各チャネル導波路のうちの第２スラブと接続される第２の近傍部分とのうちの少なくとも一方における導波路間隔が、チャネル導波路アレイと第１スラブとの第１の接続部における導波路間隔、又はチャネル導波路アレイと第２スラブとの第２の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことを特徴としている。
従って、このようにすれば、小型化によって、ハードウェアの各部品の集積度を向上させ、低コスト化を促進でき、波長多重光通信の利用が拡大する。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧの構成図である。
図２は本発明の第１実施形態に係る第１のＳ字状導波路部の形状を説明するための図である。
図３は本発明の第１実施形態に係る第２のＳ字状導波路部の形状を説明するための図である。
図４は本発明の第１実施形態に係る第３のＳ字状導波路部の形状を説明するための図である。
図５（ａ）はＳ字状の屈曲部分とほぼ同一形状を有するチャネル導波路の形状を示す図である。
図５（ｂ）はＳ字を左右反転したもの屈曲部分とほぼ同一の形状を有するチャネル導波路の形状を示す図である。
図５（ｃ）はＳ字を上下方向に若干伸張して得た形状を有するチャネル導波路の形状を示す図である。
図５（ｄ），図５（ｅ）はそれぞれ本発明の第１実施形態に係るチャネル導波路の近傍部分の形状パターンを示す図である。
図６（ａ），図６（ｂ）はいずれも本発明の第１実施形態に係るＳ字状導波路の形状を示す図である。
図７は本発明の第１実施形態に係るＷＤＭシステムの要部を示す図である。
図８は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧの小型化を説明するための図である。
図９（ａ）は従来のＡＷＧのチップサイズの一例を示す図である。
図９（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧのチップサイズの一例を示す図である。
図１０は本発明の第１実施形態の第１変形例に係るＡＷＧの構成図である。
図１１は本発明の第１実施形態の第２変形例に係るＡＷＧの構成図である。
図１２は本発明の第２実施形態に係るＡＷＧの構成図である。
図１３はＡＷＧの構成図である。
図１４は入力スラブとチャネル導波路アレイとを拡大した図である。
図１５は従来のチャネル導波路アレイの描画方法の基本形を説明するための図である。
図１６はスラブ接続部におけるチャネル導波路間隔とスラブ長との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】  （Ａ）本発明の第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧの構成図である。この図１に示すＡＷＧ１は、複数の異なる波長の光信号を合波する波長合波器としての合波機能と、多重光を複数の異なる波長の光信号に分波する波長分波器としての分波機能との両機能を実現可能なものであって、基板１（ＡＷＧ１）と、この基板１上にフォトリソグラフィを用いて一括生成された光導波路とからなり、入力導波路２，入力スラブ（入力側スラブ導波路）３，６本のチャネル導波路群ａ〜ｆからなるアレイ導波路（チャネル導波路アレイ）４，出力スラブ（出力側スラブ導波路）５，６本の導波路ｈ〜ｌ（ｅｌ）からなる出力導波路６をそなえて構成されている。
ここで、波長多重光＃１〜＃６は、入力導波路２から出力導波路６に向かう方向に伝送するようになっており、また、このＡＷＧ１において分波され出力導波路６から各波長＃１〜＃６の単一光が出力される。ＡＷＧ１の合波機能は、波長が相互に異なる単一光を出力導波路６から入力し、その入力された各単一光について、出力スラブ５等を分波の場合と逆の方向に伝搬させることにより実現される。以下、主に、分波機能に着目して説明する。
図１に示す基板１の材料は例えばシリコンであり、この基板１はウェハから切り出されたものが用いられる。
また、入力導波路２は、この基板１上に、６種類の波長の光が多重された波長多重光＃１〜＃６を伝搬させて出力するものである。入力スラブ３は、入力導波路２から出力された波長多重光＃１〜＃６を拡散（又は分配）するものである。
さらに、チャネル導波路アレイ４は、相互に長さの異なる６本のチャネル導波路ａ〜ｆを有し入力スラブ３にて拡散された波長多重光＃１〜＃６を６種類の波長に応じて分離し６本の分離光を伝搬させるものである。ここで、６本のチャネル導波路ａ〜ｆのうちの隣接するチャネル導波路の間隔ｄ１（図２等参照）はいずれも同一であり、また、隣接するチャネル導波路の導波路長は一定差になるように形成されている。これにより、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの出力端部において、各波長多重光＃１〜＃６は位相差が生じる。
さらに、出力スラブ５は、チャネル導波路アレイ４にて伝搬された６本の分離光を集光するものである。出力導波路６は、出力スラブ５にて集光された光を伝搬するものであって、６本の導波路ｈ〜ｌからなる。
これらの入力導波路２，出力導波路６およびチャネル導波路アレイ４の材料は、ガラス（ＳｉＯ２）、半導体（ＧａＡｓ系，ＩｎＰ系，ＧａＮ系等）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の様々のものを用いることができる。
上記の入力導波路２は、例えば６本の複数の導波路を設けてもよく、これにより、ＡＷＧ１は合波機能を発揮することもできる。すなわち、出力導波路６に波長多重光＃１〜＃６を入力して上記の伝搬方向とは逆方向に波長多重光＃１〜＃６を伝搬させ、入力導波路２から６種類の単一光を出力させることもできる。
さらに、出力導波路６は、１本の導波路だけで形成することもできる。この場合、波長多重光＃１〜＃６を１本の出力導波路６に入力して上記と逆方向に波長多重光＃１〜＃６を伝搬させ、入力導波路２から６種類の単一光を出力させ、これにより、ＡＷＧ１は逆方向から入力された波長多重光＃１〜＃６について合波可能となる。
従って、本発明のＡＷＧ１は、両方向について合波機能と分波機能とを実現でき、これにより、機能又は用途に応じて、汎用的に生産でき、やはり、ＡＷＧ１の低コスト化に寄与できる。
次に、チャネル導波路アレイ４についてさらに詳述する。
チャネル導波路アレイ４の両端部は、Ｓ字状導波路部１０，２０が形成されている。Ｓ字状導波路部１０又は２０は、例えば６本のＳ字状導波路ａ〜ｆ又はｈ〜ｌからなる。ここで、Ｓ字状導波路部１０は、各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの入力スラブ３と接続される近傍部分（第１の近傍部分）であり、また、Ｓ字状導波路部２０は、各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの出力スラブ５と接続される近傍部分（第２の近傍部分）である。そして、Ｓ字状導波路部１０における導波路間隔が、以下に述べるチャネル導波路アレイ４と入力スラブ３との接続部（第１の接続部）における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されている。同様に、Ｓ字状導波路部２０における導波路間隔が、以下に述べるチャネル導波路アレイ４と出力スラブ５との接続部（第２の接続部）における導波路間隔よりも広くなるように形成されている。換言すれば、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの配置が、各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの入力スラブ３と接続される第１近傍部分と、各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの出力スラブ５と接続される第２近傍部分とのうちの一部又は全部において、各チャネル導波路ａ〜ｆ間で光干渉の防止に必要な間隔が設けられて構成されているのである。
本発明のＡＷＧ１は、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの近傍部分が、それぞれ、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの中央のチャネル導波路ｃ（又はｄ）から外側のチャネル導波路ａ（又はｆ）に向かう方向に屈曲するように形成されている。具体的には、６本の各チャネル導波路ａ〜ｆの近傍部分が、６本のチャネル導波路ａ〜ｆごとに、屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波路ａ〜ｆによって形成されているのである。屈曲度合いとは、曲がり方を意味し、各チャネル導波路ａ〜ｆのそれぞれの曲がり方が異なることを意味する。
屈曲度合いが異なる形状の例を、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す。
図５（ａ）はＳ字状（点線で表示したもの）の屈曲部分とほぼ同一形状を有するチャネル導波路ａ〜ｆの形状（実線で表示したもの）を示す図である。図５（ｂ）はＳ字を左右反転したもの（点線で表示したもの）の屈曲部分とほぼ同一の形状を有するチャネル導波路ａ〜ｆの形状（実線で表示したもの）を示す図である。
また、図５（ｃ）はＳ字を上下方向に若干伸張して得た形状を有するチャネル導波路ａ〜ｆの形状を示す図であり、この図５（ｃ）に示すチャネル導波路ａの形状は蛇行形状の一部又はコサイン関数の波形の一部と類似している。なお、Ｓ字状導波路ａ〜ｆの形状をパラメータにより描画する方法については後述する。
以下の説明においては、これらの図５（ａ）〜図５（ｃ）にそれぞれ示す形状と、それらの各形状を上下左右方向にやや延ばした形状、やや縮めた形状との双方を「Ｓ字状」として説明する。
以下、Ｓ字状の導波路（Ｓ字状導波路）ａ〜ｆの形状を、図２〜図４および図５（ｃ）を参照してさらに詳述する。
図２〜図４はそれぞれ本発明の第１実施形態に係るＳ字状導波路部１０および２０の形状を説明するための図であって、図１に示す入力スラブ３とチャネル導波路ａ〜ｆとの接続部分の近傍を拡大したものである。これらの図２〜図４にそれぞれ示すスラブ接続部９は、いずれも、各チャネル導波路ａ〜ｆの付け根に相当し、スラブ境界線（点線で表したところ参照）上の６カ所の部分である。また、各スラブ接続部９のうちの隣接するスラブ接続部９間の距離は、ｄ１（チャネル導波路間隔ｄ１）により表されている。
図２に示すＳ字状導波路部１０は、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの各Ｓ字状導波路ａ〜ｆの曲率半径Ｒが、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの中央のチャネル導波路ｃ（又はｄ）から外側のチャネル導波路ａ（又はｆ）に向かう方向にしたがって次第に小さくなるように形成されている。例えば、チャネル導波路ａの曲率半径Ｒは、チャネル導波路ｃの曲率半径Ｒよりも小さい。
そして、６本のチャネル導波路ａ〜ｆのうちのスラブ接続部９以外の部分におけるチャネル導波路間隔δ１〜δ６が、スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１よりも広くなっている。
次に、図５（ｃ）を参照して、Ｓ字状導波路ａ〜ｆの形状を、パラメータを用いて描画する方法について説明する。この図５（ｃ）に示すチャネル導波路ａは、曲率半径β１と円弧角α１とにより決定される第１の曲部（円弧部）Ｕ１と、曲率半径β２と円弧角α２とにより決定される第２の曲部Ｕ２とが連続的に形成されるようになっている。ここで、曲率半径β１は、円弧部Ｕ１を円周として有する真円（図示省略）の半径で表され、また、曲率半径β２は、円弧部Ｕ２を円周として有する真円（図示省略）の半径で表される。なお、これらの曲率半径β１およびβ２の決定方法は一例であり、各描画パラメータ（α１，β１，Ｕ１およびα２，β２，Ｕ２）は種々のものを用いることができる。
また、「曲率半径が小さい」とは屈曲の度合いが大きく曲率半径β１および円弧角α１がともに小さいことを意味し、「曲率半径が大きい」とは屈曲の度合いが小さく曲率半径β１および円弧角α１がともに大きいことを意味する。以下の説明においては、特に断らない限り、同一の意味で使用する。
なお、チャネル導波路ｂ〜ｆについてもチャネル導波路ａと同一なので重複した説明を省略する。
Ｓ字状導波路部２０（図１参照）も、Ｓ字状導波路ａ〜ｆにより構成されており、上記のＳ字状導波路部１０とほぼ同一である。
このように、本発明のＡＷＧ１は、例えば図２に示すチャネル導波路ａのうちの入力スラブ３と接続される部分付近に形成されたＳ字状導波路部１０が、スラブ接続部９におけるチャネル導波路ａおよびチャネル導波路ｂとのチャネル導波路間隔ｄ１を狭くし、そして、Ｓ字状導波路部１０のうちの出力スラブ５側に形成した円弧部について、Ｓ字状導波路部１０に向かってチャネル導波路ａおよびチャネル導波路ｂとの間隔ｄ１を徐々に広くするようになっている。
また、Ｓ字状導波路部２０も、Ｓ字状導波路部１０と同様に構成することができる。
ここで、従来のチャネル導波路間隔と本発明のチャネル導波路間隔とを比較する。従来のＡＷＧのスラブ接続部９において、チャネル導波路間隔ｄ１を小さくできない理由は、チャネル導波路間隔ｄ１の広がり方が緩やかであることに起因する。すなわち、スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１が小さいと、スラブ接続部９以外の部分におけるチャネル導波路間結合が大きくなるからである。
これに対して、発明者は、スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１が小さく、かつスラブ接続部９以外の部分におけるチャネル導波路間隔ｄ１が広くなるように、チャネル導波路間隔１の広がりの度合いを急峻にしたのである。
また、図３に示すＳ字状導波路部１０ａは、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの各Ｓ字状導波路ａ〜ｆの曲率半径が、６本のチャネル導波路ａ〜ｆのうちの導波路長が最短のチャネル導波路ｆから最長のチャネル導波路ａに向かう方向にしたがって次第に小さくなるように形成されている。
さらに、図４に示すＳ字状導波路部１０ｂは、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの各Ｓ字状導波路ａ〜ｆの曲率半径が、６本のチャネル導波路ａ〜ｆのうちの導波路長が最長のチャネル導波路ａから最短のチャネル導波路ｆに向かう方向にしたがって次第に小さくなるように形成されている。
加えて、Ｓ字状導波路部２０（図１参照。チャネル導波路アレイ４と出力スラブ５との間のものを表す。）についても、図２〜図４に示すＳ字状導波路部１０，１０ａ，１０ｂと同一構造を形成するようになっている。従って、これらに関するＳ字状導波路部１０の構造についての説明と重複するので更なる説明を省略する。
さらに、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの近傍部分は、いずれも、所定の曲率半径を有するＳ字状導波路ａ〜ｆと、直線状の部分と、所定の曲率半径および円弧角を有する円弧状の部分とのうちの全部又は一部を設けてもよい。
図５（ｄ），図５（ｅ）はそれぞれ本発明の第１実施形態に係るチャネル導波路ａ〜ｆの近傍部分の形状パターンを示す図である。この図５（ｄ）に示す形状パターンは、直線状の部分（直線部）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３およびＬ４と、所定の曲率半径を有するＳ字状導波路Ｓ１，Ｓ２と、円弧の曲率半径λ１および円弧角θ１を有する円弧状の部分Ｒ１とが組み合わせられている。
また、図５（ｅ）に示す形状パターンは、直線部Ｌ５およびＬ６と、所定の曲率半径を有するＳ字状導波路Ｓ３，円弧の曲率半径λ２および円弧角θ２を有する円弧状の部分Ｒ２とが組み合わせられている。
これにより、各チャネル導波路ａ〜ｆの行路長が、直線部Ｌ１〜Ｌ４，Ｌ５〜Ｌ６の長さと円弧状導波路の曲率半径および円弧角とにより調整でき、各チャネル導波路ａ〜ｆのうちのＳ字状導波路において生じた位相差を補正して所望の位相分布を得ることができる。
従って、形状パターンを高精度で設計又は製造でき、かつ微調整できる。
また、スラブ接続部９において、Ｓ字状導波路ａ〜ｆの幅を変化させるようにもできる。
図６（ａ）は本発明の第１実施形態に係るＳ字状導波路ａ〜ｆの形状を示す図であって、Ｓ字状導波路ａ〜ｆの各幅が、Ｓ字状導波路ａ〜ｆの位置に応じて幅が変化する場合の２本のＳ字状導波路ａ，ｂが表示されている（なお、図６（ａ），図６（ｂ）に示す斜線は、入力スラブ３又は出力スラブ５を表す。）。この図６（ａ）に示すＳ字状導波路ａ，ｂの幅は、いずれも、チャネル導波路ａ，ｂの付け根に相当するスラブ接続部９において狭く、かつＳ字状導波路ａ，ｂのうちの入力スラブ３又は出力スラブ５側の円弧の部分において波長多重光＃１〜＃６の伝搬方向にしたがって広くなるように形成されている。ここで、ｄｄ１，ｄｄ２は、いずれも、Ｓ字状導波路ａ，ｂの幅を表し、ｄｄ２＞ｄｄ１である。なお、Ｓ字状導波路部ｃ〜ｆの形状についてもＳ字状導波路部ａ，ｂの形状と同様である。
従って、スラブ接続部９においてＳ字状導波路ａ，ｂの距離が大きくなるので、クロストーク等の発生を一層確実に防止できる。
一方、図６（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るＳ字状導波路ａ〜ｆの形状を示す図であって、Ｓ字状導波路ａ〜ｆの幅が、Ｓ字状導波路ａ〜ｆの位置に応じて幅が一定の場合の２本のＳ字状導波路ａ〜ｆが表示されている。この図６（ｂ）に示すＳ字状導波路ａ，ｂの形状は、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの付け根に相当するスラブ接続部９の部分と、スラブ接続部９と異なる部分とが同一の幅ｄｄ３になるように形成されている。Ｓ字状導波路ｃ〜ｆの形状についてもＳ字状導波路ａ，ｂの形状と同様である。
これにより、スラブ接続部９におけるチャネル導波路ａ，ｂの幅と、スラブ接続部９と離れた部分のチャネル導波路ａ，ｂの幅とがほぼ同一となるので、スラブ接続部９におけるチャネル導波路ａ〜ｆがテーパ型の導波路を用いずに形成できる。
ここで、テーパ型とは、チャネル導波路アレイ４の形状が、光が到達する方向の端部において、次第に細くなること、又は端部の形状を先細にすることを意味する。
このように、本発明のＡＷＧ１は、チャネル導波路ａ〜ｆごとに、屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波路部１０，２０が、いずれも、チャネル導波路アレイ４と入力スラブ３との接続近傍又はチャネル導波路アレイ４と出力スラブ５との接続近傍に形成されている。
また、このように、各スラブ接続部９（図２〜図４参照）における導波路間隔ｄ１よりも、各スラブ接続部９以外の部分におけるチャネル導波路間隔δ１〜δ６が広くされる。従って、本発明のＡＷＧ１によれば、スラブ接続部９以外の部分におけるチャネル導波路間結合に起因する特性劣化を生じさせないで小型のＡＷＧ１を得ることができる。
一例としてチャネル導波路の本数ｎは２００本としＳ字状導波路部１０，２０に用いる最小曲率半径を６ｍｍとすると、スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１＝１０μｍが、Ｓ字状導波路部１０，２０により２０μｍに広げるために要する長さは約３ｍｍである。このときのスラブ長ｆ１＝１２ｍｍとなるため、従来のＡＷＧ（例えば、スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１＝２０μｍ，スラブ長ｆ１＝２４ｍｍ）に比してチップ長を約１８ｍｍ短くできる。
従って、本発明のＡＷＧ１は、チャネル導波路が設けられている部分においては、いずれも、Ｓ字状導波路部１０，２０を設けることができる。すなわち、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの配置が、各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの入力スラブ３と接続される第１近傍部分と、各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの出力スラブ５と接続される第２近傍部分と、入力導波路２のうちの入力スラブ３と接続される第３近傍部分と、出力導波路６のうちの出力スラブ５と接続される第４近傍部分とのうちの一部又は全部において、各チャネル導波路ａ〜ｆ間で光干渉の防止に必要な間隔が設けられて構成されたことになる。
なお、後述する第２実施形態においても、出力導波路６において、スラブ接続部９における導波路間隔を、出力導波路６のファイバ接続端における導波路間隔に変換するために要する長さを短くするために、出力導波路６ごとに例えば曲率半径の異なるＳ字状の導波路部をスラブ接続部９近傍に形成すればよい。
また、ＡＷＧ１を用いたＷＤＭ伝送例について、図７を参照して詳述する。
図７は本発明の第１実施形態に係るＷＤＭシステムの要部を示す図である。この図７に示すＷＤＭシステム５２は、波長多重光を送信する光送信装置５０と、波長多重光を伝送する光ファイバ５６と、波長多重光を受信する光受信装置５１とをそなえて構成されている。光送信装置５０は、情報信号を含むデータ信号を出力するｎ個のデータ信号発生部５３ａ〜５３ｃと、データ信号発生部５３ａ〜５３ｃのそれぞれからのデータ信号を光変調する相互に異なる波長を有する単一光＃１〜＃ｎを出力するｎ個のレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）５４ａ〜５４ｃと、本ＡＷＧ１をそなえレーザダイオード５４ａ〜５４ｃからの単一光＃１〜＃ｎを合波する合波部５５ａとをそなえて構成されている。
ここで、データ信号発生部５３ａ〜５３ｃと、レーザダイオード５４ａ〜５４ｃとが、協働することにより、光信号出力部として機能している。また、合波部５５ａは、この光信号出力部（データ信号発生部５３ａ〜５３ｃおよびレーザダイオード５４ａ〜５４ｃ）から出力されたｎ種類の光信号を合波して波長多重光＃１〜＃ｎを出力するものであって、ＡＷＧ（アレイ導波路型波長合分波器）として機能している。
従って、この合波部５５ａは、基板１上に、例えば６種類の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する入力導波路２と、入力導波路２から出力された波長多重光＃１〜＃６を拡散する入力スラブ３と、相互に長さの異なる例えば６本のチャネル導波路ａ〜ｆを有し入力スラブ３にて拡散された波長多重光＃１〜＃６を６種類の波長に応じて分離し６種類の分離光を伝搬させるチャネル導波路アレイ４と、チャネル導波路アレイ４にて伝搬された６種類の分離光を集光する出力スラブ５と、出力スラブ５にて集光された光を伝搬する例えば６本の出力導波路６とが形成され、各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの入力スラブ３と接続される近傍部分（第１近傍部分）と各チャネル導波路ａ〜ｆのうちの出力スラブ５と接続される近傍部分（第２近傍部分）とにおける導波路間隔が、チャネル導波路アレイ４と入力スラブ３との接続部における導波路間隔、又はチャネル導波路アレイ４と出力スラブ５との接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことになる。
従って、このようにすれば、小型化によって、ハードウェアの各部品の集積度を向上させ、低コスト化を促進でき、波長多重光通信の利用が拡大する。
さらに、光ファイバ５６は、波長多重光＃１〜＃ｎを伝送する伝送路である。
そして、光受信装置５１は、本ＡＷＧ１をそなえ光ファイバ５６を介して受信した波長多重光＃１〜＃ｎを分波して単一光＃１〜＃ｎを出力する分波部５５ｂと、分波部５５ｂからの単一光＃１〜＃ｎのそれぞれを検波するフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）５７ａ〜５７ｃとをそなえて構成されている。
これらの光送信装置５０と光受信装置５１とは、いずれも、本発明の光伝送装置として機能している。
このような構成によって、光送信装置５０において、例えば動画等のデータがフレーム化された情報信号がデータ信号発生部５３ａ〜５３ｃにおいて送信処理され、その送信処理されたデータ信号が、レーザダイオード５４ａ〜５４ｃのそれぞれにおいて光変調される。そして、合波部５５ａに設けられたＡＷＧ１の出力導波路６（図１参照）に入力されて、そのＡＷＧ１の入力導波路２から波長多重光＃１〜＃ｎが出力される。この波長多重光＃１〜＃ｎは、光ファイバ５６（図７参照）を伝送し、光受信装置５１の分波部５５ｂに入力される。
そして、図１に示す入力導波路２は、入力された波長多重光＃１〜＃６を導波し入力スラブ３に引き渡す。光の分配機能を有する入力スラブ３は、基板１と平行な方向に広がる形状を有し、波長多重光＃１〜＃６を横方向に閉じ込めずに拡散させる。拡散された波長多重光＃１〜＃６は同一位相であり、アレイ状に６本配置されたチャネル導波路ａ〜ｆに入射される。ここで、波長多重光＃１〜＃６は、各チャネル導波路の曲率半径を次第に小さくして描画されたＳ字状導波路部１０，２０を通過する。各光信号は、各チャネル導波路において干渉し合い、出力スラブ５を介して出力導波路６へ出力される。この通過後において、波長多重光＃１〜＃６は波長により異なる等位相面を有するようになる。
さらに、出力スラブ５において、波長多重光＃１〜＃６は、スラブ境界線の円弧の中心に集光される。また、出力導波路６は、所望の波長の光が集光される位置に、一方の端部が位置するように配置され、他方の端部は出力用端子として使用され、この出力用端子には、光ファイバ又は他の光部品の入力用端子が接続される。
次に、本発明が適用されるＡＷＧ１のチップサイズの縮小のされ方について図８，図９（ａ）および図９（ｂ）を参照して説明する。これらの図８，図９（ａ）および図９（ｂ）のそれぞれに示す符号のうちの上述したものと同一の符号を有するものはそれらと同一のものである。なお、以下の説明において、チップとは、導波路が形成された基板１又は導波路が未形成の基板自体を意味する。
図８は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧ１の小型化を説明するための図である。この図８に示すＳ字状導波路部１０，２０におけるチャネル導波路間隔ｄ１を小さくすることによって、スラブ長ｆ１が短くなる。ＡＷＧ１は、Ｓ字状導波路部１０，２０がない部分（破線で表したところ）に比して、Ｓ字状導波路ａ〜ｆ自体は長くなるが、スラブ長ｆ１の短縮化による寄与が大きいため、ＡＷＧ１全体としてのチップサイズが小型化される。
また、チップサイズの小型化の度合いについて、図９（ａ），図９（ｂ）を参照して説明する。
図９（ａ）は従来のＡＷＧのチップサイズの一例を示す図であり、図９（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るＡＷＧ１のチップサイズの一例を示す図である。これらの図９（ａ），図９（ｂ）にそれぞれ示す符号であって上述したものと同一符号を有するものは同一又は同一機能を有するので更なる説明を省略する。
ここで、チャネル導波路のコアおよびクラッドの比屈折率の差Δｎが例えば０．７５％の導波路で比較すると、図９（ａ）に示すＡＷＧのスラブ接続部９において、チャネル導波路間隔ｄ１は２０μｍ（マイクロメートル）であり、スラブ長ｆ１は２４ｍｍである。
一方、図９（ｂ）に示すＡＷＧ１は、Ｓ字状導波路部１０，２０を設け、スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１は１０μｍであり、スラブ長ｆ１は１２ｍｍである。これにより、Ｓ字状導波路部１０，２０の長さが約３ｍｍに短縮され、また、スラブ長ｆ１は片側で約９ｍｍおよび両側で約１８ｍｍに短縮され、チップの一辺が約（１／１．４）に小型化される。
この結果、図９（ｂ）に示すＡＷＧ１のチップ面積は、図９（ａ）に示すＡＷＧのチップ面積の約半分になる。従って、単位ウェハあたりのチップの取れ数が増加し、チップの低コスト化を実現できる。また、チップ全体の面積が小さくなるため、導波路損失が低減する。一例として、伝搬損失が０．１ｄＢ／ｃｍである場合において、約０．３ｄＢの低減効果が得られる。
また、チャネル導波路間隔δ１〜δ６（図２〜図４参照）を狭くすることによって、チャネル導波路ａ〜ｆ（又はｈ〜ｌ）のスラブ接続部９におけるモード変換損失を低減できる。一例として、約０．５ｄＢの損失低減効果が得られる。さらに、これらの低減効果を合計することにより、チップ全体で約０．８ｄＢの損失低減効果が得られる。
なお、図３，図４のＳ字状導波路部１０，２０を用いた変形例について説明する。なお、以下に述べる変形例において、上述したものと同一符号を有するものは同一又は同一機能を有する。
図１０は本発明の第１実施形態の第１変形例に係るＡＷＧの構成図である。この図１０に示すＡＷＧ１ａは、入力導波路２，出力導波路６と、光の分配および集光の機能を発揮する入力スラブ３，出力スラブ５と、アレイ状に例えば５本のチャネル導波路ａ〜ｅが配置されたチャネル導波路４ａとをそなえて構成されている。また、チャネル導波路４ａは、Ｓ字状導波路部１０ａ（図３参照）を有する。
このＳ字状導波路部１０ａは、入力スラブ３とチャネル導波路アレイ４ａとのスラブ接続部９の近傍部分において、最短の長さのチャネル導波路ｅから、最長の長さのチャネル導波路ａに向かって各チャネル導波路ａ〜ｅの曲率半径が次第に小さくなるように形成されている。
一例として、チャネル導波路の本数Ｎ（Ｎは自然数を表す。）を２００本とし、Ｓ字状導波路部１０ａに用いる最小曲率半径を６ｍｍとすると、スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１が１０μｍであるものを、Ｓ字状導波路部１０ａを形成することにより、チャネル導波路間隔ｄ１を２０μｍに広げるのために要する長さ（チャネル導波路アレイ４ａの長さ）は約４ｍｍであった。この場合、スラブ長ｆ１は１２ｍｍとなるため、従来のＡＷＧ（スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１が２０μｍであり、スラブ長ｆ１が２４ｍｍ）に比してチップ長が１６ｍｍ短縮できる。
図１１は本発明の第１実施形態の第２変形例に係るＡＷＧの構成図である。この図１１に示すＡＷＧ１ｂは、入力導波路２，出力導波路６と、光の分配および集光の機能を発揮する入力スラブ３，出力スラブ５と、アレイ状に例えば５本のチャネル導波路ａ〜ｅが配置されたチャネル導波路４ｂとから構成されている。また、チャネル導波路４ｂは、図４に示すＳ字状導波路部１０ｂを有する。
このＳ字状導波路部１０ｂは、入力スラブ３とチャネル導波路アレイ４ｂとのスラブ接続部９の近傍部分において、最長の長さを有するチャネル導波路ａから最短の長さを有するチャネル導波路ｅに向かって各チャネル導波路ａ〜ｅの曲率半径が次第に小さくなるように形成されている。
ここで、チャネル導波路の本数Ｎを２００本とし、Ｓ字状導波路部１０ｂの最小曲率半径を６ｍｍとすると、スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１が１０μｍであるものを、Ｓ字状導波路部１０ｂを用いて、２０μｍに広げるのに要するチャネル導波路アレイ４ｂの長さは約４ｍｍである。このときのスラブ長ｆ１は１２ｍｍとなったため、従来のＡＷＧ（スラブ接続部９におけるチャネル導波路間隔ｄ１＝２０μｍ、スラブ長ｆ１＝２４ｍｍ）に比して、ＡＷＧ１ｂのチップ長を１６ｍｍ短縮化できる。
なお、ＡＷＧ１ａ，１ｂの入力導波路２は、ともに、例えば６本の複数の導波路を設けてもよく、さらに、出力導波路６は、１本の導波路だけを設けてもよい。
このように、本発明のＡＷＧ１，１ａ，１ｂによれば、チップサイズを小型化し、チップを低コスト化し、かつ損失の低減等の高い導波特性を有するものを得ることができる。
また、この小型化により、ＷＤＭの中継局，端局および光スイッチ等のハードウェアを小型化でき、これにより、低コスト化を図れる。
このようにして、ハードウェアの各部品の集積度を高めることができるので、低コスト化を促進でき、また、光分岐および光分波における特性を維持又は向上させることができる。
（Ｂ）本発明の第２実施形態の説明
第１実施形態においては、Ｓ字状導波路部１０，２０が形成される場所は、チャネル導波路ａ〜ｆのうちの入力スラブ３との接続部分の近傍であったが、その形成のための部分を替えることもでき、第２実施形態においてはＡＷＧは、入力導波路２にＳ字状導波路部を設けている。
図１２は本発明の第２実施形態に係るＡＷＧの構成図である。この図１２に示すＡＷＧ１ｃは、入力導波路２のうちの入力スラブ３と接続される近傍部分のチャネル導波路間隔ｄ１が、入力導波路２と入力スラブ３との接続部（第３の接続部）におけるチャネル導波路間隔ｄ１よりも広くなるように形成されて構成されている。また、ＡＷＧ１ｃは、出力導波路６のうちの出力スラブ５と接続される近傍部分のチャネル導波路間隔ｄ１が、入力導波路２と出力スラブ５との接続部（第４の接続部）におけるチャネル導波路間隔ｄ１よりも広くなるように形成されて構成されている。
また、入力導波路２又は出力導波路６の近傍部分が、中央のチャネル導波路ｃ（又はｄ）から外側のチャネル導波路ａ（又はｆ）に向かう方向に屈曲するように形成されており（図２〜図４等参照）、具体的には、入力導波路２又は出力導波路６毎に屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波路部１０ｄを設けている。
そして、第２実施形態においても、入力導波路２又は出力導波路６の各Ｓ字状導波路の曲率半径が、入力導波路２又は出力導波路６の中央の導波路から外側の導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されてもよい。
同様に、入力導波路２又は出力導波路６の各Ｓ字状導波路の曲率半径が、入力導波路２又は出力導波路６の導波路長が最短のチャネル導波路から最長のチャネル導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されてもよい。
さらに、チャネル導波路ａ〜ｅの近傍部分の形状パターンは、図５（ｄ），図５（ｅ）にそれぞれ示すものを使用して形成することもできる。
従って、本発明のＡＷＧ１ｃは、チャネル導波路が設けられている部分においては、いずれも、Ｓ字状導波路部１０ｃ，１０ｄを設けることができる。すなわち、６本のチャネル導波路ａ〜ｆの配置が、入力導波路２のうちの入力スラブ３と接続される第３近傍部分と、出力導波路６のうちの出力スラブ５と接続される第４近傍部分とのうちの一部又は全部において、各チャネル導波路ａ〜ｅ間で光干渉の防止に必要な間隔が設けられて構成されているのである。
なお、第２実施形態においても、出力導波路６において、スラブ接続部９における導波路間隔ｄ１を、出力導波路６のファイバ接続端における導波路間隔に変換するのに要する長さを短くするために、出力導波路６ごとに、例えば曲率半径の異なるＳ字状の導波路部をスラブ接続部９の近傍に形成すればよい。
また、ＡＷＧ１ｃの入力導波路２は、ともに、例えば６本の複数の導波路を設けてもよく、さらに、出力導波路６は、１本の導波路だけを設けてもよい。
このようにして、本発明のＡＷＧ１ｂ，１ｃによれば、チップサイズを小型化し、チップを低コスト化し、かつ損失の低減等の高い導波特性を有するものを得ることができる。
（Ｃ）その他
本発明は上述した実施態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
本発明のＡＷＧ１，１ａ，１ｂ，１ｃを適用可能な分野は、いずれも、光伝送システムのアクセス部分の合分波装置，光伝送系に設けられた光中継装置，端局装置および光スイッチ，ＡＤＭ等である。例えば、光スイッチとして、光クロスコネクトに適用できる。この光クロスコネクトは、複数の波長多重光のそれぞれを用いて時間多重させた多数のチャネルについて、波長又はタイムスロットを交換するものである。これにより、ＳＯＮＥＴ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ：同期光通信網）又はＳＤＨ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ：同期ディジタルハイアラーキ）についても波長多重光の伝送特性の向上に寄与できる。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明によれば、ＡＷＧを小型化でき、チップサイズが小さくなり、単位ウェハあたりのチップの取れ数が増加する。従って、チップを低コスト化することができ、大量生産の効率が大幅に向上する。また、チップサイズを小さくすることにより、導波路損失が低減し、スラブ接続部における損失を低減させることができる。さらに、小型化によって、ハードウェアの各部品の集積度を向上させ、やはり、低コスト化を促進でき、これにより、波長多重光通信の利用が拡大する。
【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７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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