(57)【要約】本発明は、短い焦点距離で狭い波長間隔の光を合分波することのできる回折格子を用いた光合分波器を提供することを目的とする。このため、本光合分波器は、入力導波路群が接続されたスラブ導波路の一方の端面に複数の出力導波路群を接続し、該複数の出力導波路群の各配置方向に対応させてブレーズ化された複数の反射面を有する格子溝が形成された回折格子をスラブ導波路の他方に端面に設け、回折格子の各反射面で反射された回折光について、互いに波長の異なる光が複数の出力導波路群の各出力導波路にそれぞれ到達するように、各々の出力導波路群の配置が決定される。
2004049027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる光を回折格子を用いて合波または分波する光合分波器において、
層状の導波路面に沿って光が自由に伝搬するスラブ導波路と、
該スラブ導波路群の端面に接続される１本以上の入力導波路からなる入力導波路群と、
該入力導波路群と同じ側に位置する前記スラブ導波路の端面に接続される１本以上の出力導波路からなる複数の出力導波路群と、
前記入力導波路群とは反対側に位置する前記スラブ導波路の端面に格子面が配置され、前記複数の出力導波路群の各配置方向にそれぞれ対応させてブレーズ化された複数の反射面を有する格子溝が前記格子面上に連続的に形成された回折格子とを備えて構成され、
前記入力導波路群から入射される光が前記スラブ導波路を伝搬して前記回折格子の各反射面でそれぞれ反射されることにより生じる回折光について、互いに波長の異なる光が前記複数の出力導波路群の各出力導波路にそれぞれ到達するように、各々の出力導波路群が配置されたことを特徴とする光合分波器。
【請求項２】
請求項１に記載の光合分波器であって、
前記複数の出力導波路群は、前記スラブ導波路の端面に対して前記入力導波路群の両側に配置されたことを特徴とする光合分波器。
【請求項３】
請求項２に記載の光合分波器であって、
前記回折格子は、前記入力導波路群の配置方向について対称な複数の反射面を有する格子溝が格子面上に連続的に形成されたことを特徴とする光合分波器。
【請求項４】
請求項１に記載の光合分波器であって、
前記複数の出力導波路群は、前記スラブ導波路の端面に対して前記入力導波路群の一方の側に配置されたことを特徴とする光合分波器。
【請求項５】
請求項４に記載の光合分波器であって、
前記複数の出力導波路群は、前記回折格子の格子面の法線に対する配置方向のなす角度が、前記入力導波路群から入射される光の入射角度よりも小さくなるようにそれぞれ配置されたことを特徴とする光合分波器。
【請求項６】
請求項１に記載の光合分波器であって、
前記入力導波路群を伝搬する光を増幅する光増幅器を備えたことを特徴とする光合分波器。
【請求項７】
請求項６に記載の光合分波器であって、
前記光増幅器は、半導体光増幅器であることを特徴とする光合分波器。
【請求項８】
請求項１に記載の光合分波器であって、
前記回折格子は、前記複数の出力導波路群にそれぞれ到達する回折光のパワーが実質的に等しくなるように、前記複数の反射面についての面積比が設定されたことを特徴とする光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、波長の異なる光の合分波を行う光合分波器に関し、特に、回折格子を用いた光合分波器に関する。
【背景技術】  従来の光合分波器としては、例えば特開昭５５−２９８２４号公報や特開平８−５８６１号公報等に記載されているようなプリズムや回折格子を用いた構成が知られている。また、例えば特開平１０−３１９２５６号公報等で開示されているような多重反射層を用いた構成などもある。
図６は、従来の回折格子を用いた光合分波器の一例として、凹面回折格子を用いた導波路型の構造を示す平面図である。具体的に、図６の光合分波器は、スラブ導波路１０１と、該スラブ導波路１０１に接続された１本の入力導波路１０２と、スラブ導波路１０１に対して入力導波路１０２と同じ側に接続された１本以上の出力導波路からなる出力導波路群１０３と、スラブ導波路１０１に対して入力導波路１０２と反対側に設けられた反射型の凹面回折格子１０４と、を備えて構成される。この光合分波器は、スラブ導波路１０１の長手方向の全長をｆとすると、スラブ導波路１０１の一方の端面の形状がスラブ導波路１０１の中心点Ｐ０を通る直径ｆの円弧となっていて、その円弧上に入力導波路１０２および出力導波路群１０３が接続されている。また、スラブ導波路１０１の他方の端面の形状については、入力導波路１０２および出力導波路群１０３の間に位置する一方の端面上の点Ｐ１を中心とした半径ｆの円弧となっていて、その円弧上に凹面回折格子１０４が形成されている。
上記のような構成を有する従来の光合分波器では、入力導波路１０２より入射した光がスラブ導波路１０１を自由伝搬して凹面回折格子１０４で反射される。このとき、凹面回折格子４の各溝で反射される光は互いに干渉し、隣接する光間の光路長差が波長の整数倍（これを回折次数という）となる方向に回折される。
一般に、回折格子の格子面に立てた法線に対する、入射光の伝搬方向のなす角（入射角）をα、回折光の伝搬方向のなす角（回折角）をθとすると、入射角αおよび回折角θの間には次の（１）式に示す関係が成立する。
2004049027.tif 000003
ただし、ｍは回折次数、λは入射光の中心波長、ｎＳはスラブ導波路の実効屈折率、ｄは回折格子の格子間隔である。
通常、回折格子で反射される光の強度は、図７（Ａ）に示すように回折格子に入射した光ＬＩの反射光ＬＲが最も強くなる。このため、図７（Ｂ）に示すように、反射光ＬＲの伝搬方向が所要の次数ｍの回折光ＬＤの伝搬方向と等しくなるように入射光ＬＩに対する回折格子の反射面（溝の面）の傾きを設計し、特定の波長に対する入射光ＬＩのエネルギーが効率的に回折光ＬＤに変換されるように回折格子のブレーズ化が行われる。このようなブレーズ化された回折格子では、格子面の法線と反射面の法線とのなす角度εがブレーズ角（ｂｌａｚｅ  ａｎｇｌｅ）となり、反射面の法線に等しい方向に回折される波長がブレーズ波長（ｂｌａｚｅ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）となる。上記のような回折格子のブレーズ化は、従来、単一の方向（次数）の回折光に対してのみ行われてきた。
ところで、回折格子を用いた光合分波器は、一般的に、分波（または合波）する光の波長間隔を狭くすると、回折光の焦点距離が長くなるためサイズが大きくなってしまうという欠点がある。具体的に、前述の図６に示したような凹面回折格子１０４を用いた光合分波器の焦点距離ｆは、簡略的に次の（２）式に従って算出することができる。
2004049027.tif 000004
ただし、Δｘは出力導波路間隔、Δλは分波（または合波）される光の波長間隔である。
例えば、波長間隔Δλ１を有する光合分波器と、その半分の波長間隔Δλ２（＝Δλ１／２）を有する光合分波器とを考える。ここで、波長間隔Δλ１のときの焦点距離をｆ１とし、波長間隔Δλ２のときの焦点距離をｆ２とする。この場合、各々の光合分波器について同じ回折次数ｍ、格子間隔ｄおよび出力導波路間隔Δｘを用いるとすると、上記（２）式の関係より、焦点距離ｆ２は焦点距離ｆ１の２倍になる。焦点距離ｆ２を短くするためには、格子間隔ｄおよび出力導波路間隔Δｘのいずれかの値を小さくするか、または、回折次数ｍを大きくする必要がある。
しかし、出力導波路間隔Δｘを小さくすると、隣接する出力導波路間での光結合が強くなるため、隣接クロストークの劣化を招いてしまうことになる。一方、回折次数ｍを大きくすると、光合分波器のＦＳＲ（自由スペクトル領域）が狭くなるため、出力チャネル間での光強度の差が大きくなってしまうという問題がある。
また、格子間隔ｄを狭くするか若しくは回折次数ｍを大きくする場合には、前述の（１）式の関係より、回折角度θが大きくなってしまうことが明らかであり、回折角度θは９０度以上にすることが不可能であるため、格子間隔ｄまたは回折次数ｍを最適化して焦点距離ｆ２の短縮を図ることにも一定の限界がある。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、短い焦点距離で狭い波長間隔の光を合分波することのできる小型の光合分波器を提供することを目的とする。
【発明の開示】
このため、本発明の光合分波器は、波長の異なる光を回折格子を用いて合波または分波する光合分波器において、層状の導波路面に沿って光が自由に伝搬するスラブ導波路と、該スラブ導波路群の端面に接続される１本以上の入力導波路からなる入力導波路群と、該入力導波路群と同じ側に位置するスラブ導波路の端面に接続される１本以上の出力導波路からなる複数の出力導波路群と、入力導波路群とは反対側に位置するスラブ導波路の端面に格子面が配置され、複数の出力導波路群の各配置方向にそれぞれ対応させてブレーズ化された複数の反射面を有する格子溝が前記格子面上に連続的に形成された回折格子とを備えて構成される。また、上記の光合分波器については、入力導波路群から入射される光がスラブ導波路を伝搬して回折格子の各反射面でそれぞれ反射されることにより生じる回折光について、互いに波長の異なる光が複数の出力導波路群の各出力導波路にそれぞれ到達するように、各々の出力導波路群が配置されている。
かかる構成の光合分波器では、単一の入力導波路群に対して複数の出力導波路群が配置され、入力導波路群から入射される光がスラブ導波路を伝搬して回折格子の複数の反射面でそれぞれ反射されることにより、各反射面に応じて異なる方向に分かれて進む回折光が発生する。このとき、回折格子の各反射面が各出力導波路群の配置方向にそれぞれ対応させてブレーズ化されているので、各回折光は対応する出力導波路群に向けてスラブ導波路を伝搬することになり、各出力導波路群の各々の出力導波路からは互いに波長の異なる光がそれぞれ取り出されるようになる。また、上記光の分波とは逆に、各出力導波路群から与えられる各波長の光が回折格子を用いて合波されて入力導波路群から取り出されるようにもなる。これにより、光合分波器の焦点距離の増加を抑えながら合分波する光の波長間隔を狭くすることが可能になる。
上記の光合分波器の一態様としては、複数の出力導波路群が、スラブ導波路の端面に対して入力導波路群の両側に配置されるようにしてもよい。この場合、回折格子は、入力導波路群の配置方向について対称な複数の反射面を有する格子溝が格子面上に連続的に形成されるようにすることができる。
また、上記の光合分波器の他の態様としては、複数の出力導波路群が、スラブ導波路の端面に対して入力導波路群の一方の側に配置されるようにしてもよい。このとき、複数の出力導波路群については、回折格子の格子面の法線に対する配置方向のなす角度が、入力導波路群から入射される光の入射角度よりも小さくなるようにそれぞれ配置されることが望ましい。上記のような態様では、各出力導波路から取り出される光の回折次数が大きくなるため、焦点距離を短くして光合分波器の小型化を図ることができるようになる。
さらに、上述した光合分波器については、入力導波路群を伝搬する光を増幅する光増幅器を備えるようにしてもよい。かかる構成によれば、入射光を回折格子で複数に分けて回折させることによる損失の増加が光増幅器によって補償されるようになる。
加えて、上述した光合分波器の具体的な構成として、回折格子は、複数の出力導波路群にそれぞれ到達する回折光のパワーが実質的に等しくなるように、複数の反射面についての面積比が設定されるようにしてもよい。これにより、各波長について安定して光の合分波を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１実施形態による光合分波器の構成を示す平面図である。
図２は、上記第１実施形態の動作を説明するための模式図である。
図３は、本発明の第２実施形態による光合分波器の構成を示す平面図である。
図４は、本発明の第３実施形態による光合分波器の構成を示す平面図である。
図５は、本発明の第４実施形態による光合分波器の構成を示す平面図である。
図６は、従来の光合分波器の一例を示す平面図である。
図７は、一般的な回折格子のブレーズ化を説明するための概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に、本発明にかかる光合分波器の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、全図を通して、同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は本発明の第１実施形態による光合分波器の構成を示す平面図であって、（Ａ）は主要部分の構成図、（Ｂ）は（Ａ）の破線で囲まれたＸ部分の拡大図である。
図１において、本光合分波器は、例えば、スラブ導波路１と、該スラブ導波路１の端面１ａに接続された入力導波路２と、その入力導波路２と同じ側に位置するスラブ導波路１の端面１ａに接続された複数（ここでは２つ）の出力導波路群３Ａ，３Ｂと、入力導波路２とは反対側に位置するスラブ導波路１の端面１ｂに設けられ、出力導波路群３Ａ，３Ｂの各配置方向に対応させてブレーズ化された２つの反射面４Ａ，４Ｂを有する凹面回折格子４と、を備えて構成される。
上記光合分波器の各構成要素は、例えばシリコン基板上に形成される。スラブ導波路１は、層状の導波路であって面に沿った方向に光が自由に伝搬する。このスラブ導波路１は、長手方向の一方の端面１ａが中心点Ｐ０を通る直径ｆの円弧上に位置し、他方の端面１ｂが反対側の端面１ａ上の点Ｐ１を中心とした半径ｆの円弧上に位置する形状となっている。長さｆは、本光合分波器の焦点距離に対応する。
入力導波路２は、スラブ導波路１の端面１ａ上に一端が接続され、他端から与えられる入射光をスラブ導波路１に導く。この入力導波路２は、ここでは、スラブ導波路１の端面１ａの略中央に位置する点Ｐ１に接続されるものとする。なお、ここでは、１本の入力導波路２がスラブ導波路１に接続される場合を示したが、本発明はこれに限らず、後述する出力導波路群３Ａ，３Ｂと同様にして所要の間隔で配置された複数本の入力導波路からなる入力導波路群をスラブ導波路に接続するようにしてもよい。
出力導波路群３Ａ，３Ｂは、それぞれ、スラブ導波路１の端面１ａ上に一端が接続された複数の出力導波路からなり、入力導波路２を境にして一方の側（図１（Ａ）において上方）に出力導波路群３Ａが配置され、他方の側（図１（Ａ）において下方）に出力導波路群３Ｂが配置される。各出力導波路群３Ａ，３Ｂをそれぞれ構成する複数の出力導波路は、合分波する光の波長間隔に基づいて設定される導波路間隔に従って、各々の一端がスラブ導波路１の端面１ａに接続される。なお、スラブ導波路１の端面１ａ上における各出力導波路の具体的な配置については後述する。
凹面回折格子４は、その格子面がスラブ導波路１の他方の端面１ｂに沿って配置される。この凹面回折格子４の格子面には、図１（Ｂ）のＸ拡大図に示したように、出力導波路群３Ａの配置方向に対応させてブレーズ化された反射面４Ａと、その反射面４Ａとは対称の位置関係（図では上下対称）にあって出力導波路群３Ｂの配置方向に対応させてブレーズ化された反射面４Ｂとを有する格子溝がスラブ導波路１の端面１ｂに沿って連続的に形成されている。ここでは、各反射面４Ａ，４Ｂについてのブレーズ角（格子面の法線と反射面の法線とのなす角）をそれぞれεＡ，εＢとして表すことにする。ただし、本実施形態では各反射面４Ａ，４Ｂが対称の位置関係にあるのでεＡ＝εＢとなる。なお、上記の出力導波路群の配置方向とは、複数の出力導波路のうちの中央に位置する出力導波路の一端が存在する方向のことである。また、各反射面４Ａ，４Ｂについては、その面積比を１：１として、各々で反射される回折光のパワーが実質的に等しくなるようにするのが望ましい。
次に、第１実施形態の光合分波器の動作について説明する。
上記のような構成の光合分波器では、入射光ＬＩが入力導波路２を通ってスラブ導波路１の端面１ａに到達すると、その入射光ＬＩはスラブ導波路１内を反対側の端面１ｂに向かって自由伝搬し、端面１ｂに達した入射光ＬＩが凹面回折格子４で反射される。このとき、図１（Ｂ）の矢印線に示したように、入射光ＬＩは凹面回折格子４の２つの反射面４Ａ，４Ｂによってそれぞれ反射されることになる。このため、凹面回折格子４で反射された光（回折光）は２つの方向に分かれてスラブ導波路１内を伝搬するようになる。ここでは、反射面４Ａで反射された回折光をＬＤＡとし、反射面４Ｂで反射された回折光をＬＤＢとする。
例えば、図２の模式図に示すように、波長λ０を中心として波長間隔λｄで等間隔に配置された複数の波長の光を含む入射光ＬＩが凹面回折格子４で反射される場合について考える。なお、ここでは入射光ＬＩに含まれる各光の波長を…，λ−２（＝λ０−２・λｄ），λ−１（＝λ０−λｄ），λ０，λ１（＝λ０＋λｄ），λ２（＝λ０＋２・λｄ），…とする。この場合、出力導波路群３Ａの各出力導波路が、回折光ＬＤＡの伝搬方向に、入射光ＬＩの波長間隔λｄの２倍に対応した導波路間隔Δｘでそれぞれ配置され、また、出力導波路群３Ｂの各出力導波路が、回折光ＬＤＢの伝搬方向に、上記２倍の波長間隔（２・λｄ）に対応した導波路間隔Δｘでそれぞれ配置されることにより、入射光ＬＩを波長に応じて分波した光が、各々の出力導波路から取り出されるようになる。
このとき、出力導波路群３Ａについて、その中央に位置する出力導波路によって中心波長λ０の光が取り出されるように各出力導波路の配置を決める。これにより、波長λ０，λ±２，λ±４，…の各光が出力導波路群３Ａから取り出されるようになる。一方、出力導波路群３Ｂについては、その中央に位置する出力導波路によって中心波長λ１の光が取り出されるように各出力導波路の配置を決める。これにより、波長λ±１，λ±３，λ±５，…の各光が出力導波路群３Ｂから取り出されるようになる。このように、上下対称の反射面４Ａ，４Ｂが形成された凹面回折格子４に対して、各出力導波路群３Ａ，３Ｂの入力導波路２に対する相対的な配置をずらすことにより（相対的な位置のずれ量はΔｘ／２）、入射光ＬＩの波長間隔λｄの２倍に対応した導波路間隔Δｘで出力導波路を配置しても、入射光ＬＩを波長間隔λｄで分波することが可能になる。
ここで、上記のような光合分波器の具体的な一例として、１５５０ｎｍを中心とする波長帯に０．４ｎｍの波長間隔で配置される光の合分波を行う場合の構成を挙げておく。
この具体例の構成では、光導波路の材質を石英ガラスとして、アンダークラッド層の厚みが２０μｍ、オーバークラッド層の厚みが２０μｍとされる。入出力導波路については、コアの断面形状が５．４×５．４μｍとされ、比屈折率差が０．８０％とされる。また、スラブ導波路１の全長を決める焦点距離ｆは７３．１ｍｍとされ、各出力導波路の間隔Δｘが２０μｍとされる。凹面回折格子４については、格子間隔ｄが１２μｍとされ、ブレーズ角εＡ，εＢが共に１６度、ブレーズ波長が１５５０ｎｍとされる。出力導波路群３Ａ，３Ｂの配置に関しては、出力導波路群３Ａの中央に位置する出力導波路が回折角３２度の方向に配置される。一方、出力導波路群３Ｂの中央に位置する出力導波路は、回折角−３２度の方向に対してスラブ導波路１の端面１ａ上で１０μｍずれた位置に配置される。
このような具体的な構成により、出力導波路群３Ａからは１５５０ｎｍを中心とした０．８ｎｍ間隔の波長光が取り出され、出力導波路群３Ｂからは１５５０．４ｎｍを中心とした０．８ｎｍ間隔の波長光が取り出されるようになる。これにより、１５５０帯の光を０．４ｎｍの波長間隔で分波または合波する光合分波器が実現されることになる。
上記のように第１実施形態の光合分波器によれば、入力導波路２の両側に出力導波路群３Ａ，３Ｂを分けて配置し、出力導波路群３Ａ，３Ｂの各配置方向に対応させてブレーズ化された反射面４Ａ，４Ｂを有する凹面回折格子４を用いるようにしたことで、波長間隔２・λｄに対応した光合分波器と同じ焦点距離のままで、波長間隔λｄの光の合分波を行うことができるようになる。これにより、焦点距離の増加を抑えながら合分波する光の波長間隔を狭くした小型の光合分波器を実現することが可能になる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図３は、第２実施形態の光合分波器の構成を示す平面図である。
図３において、本光合分波器の構成が前述した第１実施形態の場合と異なる部分は、入力導波路２の途中に光増幅器５を接続した部分である。上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の構成と同様であるため、ここでの説明を省略する。
光増幅器５は、入力導波路２を伝搬する入射光ＬＩのパワーを所要のレベルまで増幅するための一般的な光増幅器である。この光増幅器５としては、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を使用するのが、光合分波器の小型化等の観点から望ましい。ただし、本発明に適用可能な光増幅器は半導体光増幅器に限定されるものではない。
上記のような構成の光合分波器では、前述した第１実施形態における１つの欠点となる損失の増加が回避されるようになる。すなわち、第１実施形態の構成では、凹面回折格子４により入射光ＬＩを２つに分けるため、上述の図６に示した従来の構成の場合に比べて、各出力導波路から取り出される光のパワーが減少する。このような光合分波器の損失増加を回避するために、本実施形態では光合分波器の入力側に光増幅器を接続して入射光ＬＩを所要のレベルまで予め増幅しておくことによって、凹面回折格子４で光を２分するために生ずる損失を補うことが可能になる。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図４は、第３実施形態の光合分波器の構成を示す平面図であって、（Ａ）は主要部分の構成図、（Ｂ）は（Ａ）の破線で囲まれたＹ部分の拡大図である。
図４に示す光合分波器の構成は、上述した第１実施形態の光合分波器について、各出力導波路から取り出される光の回折次数ｍをより大きくして焦点距離ｆを短くし、光合分波器のさらなる小型化を図るようにした応用例である。具体的に、光合分波器における回折次数ｍを大きくするためには、凹面回折格子４に対する光の入射角度αを大きく取る必要がある。しかし、入射角度αを大きくした場合には、その入射角度αよりも角度の大きい側に出力導波路群を配置することは難しいため、入射角度αよりも角度の小さい側に出力導波路群を配置することが必要になる。
そこで、本実施形態の光合分波器は、第１実施形態で用いたスラブ導波路１の各端面１ａ，１ｂの形状に変更を施してスラブ導波路１’とすると共に、該スラブ導波路１’の端面１ａ’に接続した入力導波路２の一方の側（図４（Ａ）において上方）に２つの出力導波路群３Ａ，３Ｂをそれぞれ配置し、各出力導波路群３Ａ，３Ｂの配置方向に対応させてそれぞれブレーズ化された凹面回折格子４’をスラブ導波路１’の端面１ｂ’に沿って設けることで、より大きな入射角度αを実現する。
具体的に、スラブ導波路１’の形状は、一方の端面１ａ’が中心点Ｐ０を通る直径ｆの円弧上に位置し、他方の端面１ｂ’が点Ｐ１を中心とした半径ｆの円弧上に位置することについて、第１実施形態で用いたスラブ導波路１の形状と同様である。その形状の相違点は、点Ｐ１が端面１ａ’の延長線上に位置している点にあり、第１実施形態では点Ｐ１の位置に入力導波路１が接続されたのに対して、本実施形態では点Ｐ１の位置とは異なる端面１ａ’上に入力導波路１が接続され、その入力導波路１の接続位置に応じて各端面１ａ’，１ｂ’の円弧の形状（切り出す部位）が設計されている。
各出力導波路群３Ａ，３Ｂは、凹面回折格子４’の格子面の法線に対して、入射角度αよりも角度が小さくなる方向にそれぞれ配置される。具体的には、図４（Ａ）に示したように、格子面の法線に対する出力導波路群３Ａの配置方向のなす角（回折角）をθＡ，出力導波路群３Ｂの配置方向のなす角（回折角）をθＢとすると、α＞θＢ＞θＡの関係が成り立つように、入力導波路２の一方の側に各出力導波路群３Ａ，３Ｂが配置される。各出力導波路群３Ａ，３Ｂの相対的な配置については、第１実施形態の場合と同様の動作原理に基づいて、出力導波路群３Ａの中央に位置する出力導波路で波長λ０の光が取り出されるとすると、出力導波路群３Ｂの中央に位置する出力導波路では波長λ１の光が取り出されるように、各出力導波路群３Ａ，３Ｂを配置する。
凹面回折格子４’の格子面には、図４（Ｂ）のＹ拡大図に示したように、出力導波路群３Ａの配置方向に対応させてブレーズ化された反射面４Ａ’と、出力導波路群３Ｂの配置方向に対応させてブレーズ化された反射面４Ｂ’とを有する複数の格子溝がスラブ導波路１’の端面１ｂ’に沿って連続的に形成されている。ここでは各反射面４Ａ’，４Ｂ’についてのブレーズ角εＡ’，εＢ’は互いに異なる値となる。また、各反射面４Ａ’，４Ｂ’の面積比については、各々で反射される回折光のパワーが実質的に等しくなるように調整されるものとする。
ここで、上記のような光合分波器の具体的な一例として、第１実施形態の場合と同様に、１５５０ｎｍを中心とする波長帯に０．４ｎｍの波長間隔で配置される光の合分波を行う場合の構成を挙げておく。
この具体例の構成では、光導波路の材質を石英ガラスとして、アンダークラッド層の厚みが２０μｍ、オーバークラッド層の厚みが２０μｍとされる。入出力導波路については、コアの断面形状が５．４×５．４μｍとされ、比屈折率差が０．８０％とされる。また、スラブ導波路１’の全長を決める焦点距離ｆは３４．３ｍｍとされ、各出力導波路の間隔Δｘが２０μｍとされる。凹面回折格子４については、格子間隔ｄが１５μｍとされ、ブレーズ角εＡが３２．１度、ブレーズ角εＢが３４．５度とされる。入力導波路２に関しては、入射角度αが３６．９度となるように配置される。出力導波路群３Ａ，３Ｂの配置に関しては、出力導波路群３Ａの中央に位置する出力導波路が回折角−３２度の方向に配置される。一方、出力導波路群３Ｂの中央に位置する出力導波路は、回折角−２７．４度の方向に対してスラブ導波路１’の端面１ａ’上で１０μｍずれた位置に配置される。
このような具体的な構成により、出力導波路群３Ａからは１５５０ｎｍを中心とした０．８ｎｍ間隔の波長光が取り出され、出力導波路群３Ｂからは１５５０．４ｎｍを中心とした０．８ｎｍ間隔の波長光が取り出されるようになる。これにより、１５５０帯の光を０．４ｎｍの波長間隔で分波または合波する光合分波器が実現されることになる。
上記のように第３実施形態の光合分波器によれば、上述した第１実施形態の場合と同様の効果が得られるのに加えて、焦点距離ｆを短くすることができるため、より小型の光合分波器を実現することが可能になる。
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図５は、第４実施形態の光合分波器の構成を示す平面図である。
図５において、本光合分波器の構成が前述した第３実施形態の場合と異なる部分は、入力導波路２の途中に光増幅器５’を接続した部分である。上記以外の他の部分の構成は第３実施形態の構成と同様であるため、ここでの説明を省略する。光増幅器５’は、上述した第２実施形態の光合分波器に用いられる光増幅器５と同様のものであって、入力導波路２を伝搬する入射光ＬＩのパワーを所要のレベルまで増幅するための一般的な光増幅器である。
このような構成の光合分波器では、第２実施形態の場合と同様にして、凹面回折格子４’により入射光ＬＩを２分することに起因した損失増加が光増幅器５’によって補償されるようになる。これにより、より低損失で小型の光合分波器を実現することが可能になる。
なお、上述した第１〜４実施形態では、各出力導波路群に含まれる出力導波路の本数は、各図に示した具体的な一例に限定されるものではなく、任意の本数の出力導波路により各出力導波路群を構成することが可能である。また、２つの出力導波路群を配置する構成例を示したが、３つ以上の出力導波路群をスラブ導波路に接続にして、焦点距離の増長を抑えながらより狭い波長間隔の光の合分波を行うようにする応用も可能である。この場合、Ｎ個の出力導波路群がスラブ導波路に接続されるとすると、Ｎ個の出力導波路群の各配置方向に対応してそれぞれブレーズ化されたＮ個の反射面を有する凹面回折格子を使用して、波長間隔を１／Ｎ倍に狭くした光を合分波することができるようになる。
【産業上の利用可能性】  本発明は、回折格子を用いた光合分波器について、単一の入力導波路群に対して複数の出力導波路群を配置し、各出力導波路群の配置方向に対応させてブレーズ化された複数の反射面を有する格子溝が形成された回折格子を用いるようにしたことで、焦点距離の増加を抑えながら合分波する光の波長間隔を狭くすることができ、優れた波長分解能を持つ小型の光合分波器を実現することが可能であるため、産業上の利用可能性が大である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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