(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子もしくは複数の光素子を含む光回路が接続された、アレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路であって、
アレイ導波路格子は、基板上に配置された入射導波路と、出射導波路と、アレイ導波路と、前記入射導波路及びアレイ導波路を接続する第１の扇形スラブ導波路と、前記出射導波路及びアレイ導波路を接続する第２の扇形スラブ導波路とを備え、
前記アレイ導波路の各導波路の長さが所定の光路長差で順次長くなるように構成するとともに、
当該アレイ導波路格子に接続される光素子もしくは複数の光素子を含む光回路は、フィールド分布のピーク位置が、周波数に対して連続的且つ周期的に変化するフィールド分布変調素子であって、入力用導波路と、該入力用導波路に接続された非対称分岐回路と、該非対称分岐回路の出力側に接続された２本の遅延線と、該２本の遅延線の他端に接続された基本モードと高次モードの変換と合波機能を併せ持つモード変換結合素子とで構成されており、
前記フィールド分布変調素子から生じる漏れ光を遮断する溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したことを特徴とするアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路。
【請求項２】
光素子もしくは複数の光素子を含む光回路が接続された、アレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路であって、
アレイ導波路格子は、基板上に配置された入射導波路と、出射導波路と、アレイ導波路と、前記入射導波路及びアレイ導波路を接続する第１の扇形スラブ導波路と、前記出射導波路及びアレイ導波路を接続する第２の扇形スラブ導波路とを備え、
前記アレイ導波路の各導波路の長さが所定の光路長差で順次長くなるように構成するとともに、
当該アレイ導波路格子に接続される光素子もしくは複数の光素子を含む光回路は、フィールド分布のピーク位置が、周波数に対して連続的かつ周期的に変化するフィールド分布変調素子であって、入力用導波路と、該入力用導波路に接続されたマルチモード干渉分波器と、該マルチモード干渉分波器の出力側に接続された３本の遅延線と、該３本の遅延線の他端に接続された基本モードと高次モードの変換と合波機能を併せ持つモード変換結合素子とで構成され、かつ、前記入力用導波路と前記マルチモード干渉分波器の中心がオフセットを有しており、
前記フィールド分布変調素子から生じる漏れ光を遮断する溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したことを特徴とするアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路。
【請求項３】
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路において、
前記フィールド分布変調素子を取り囲むように、遮光溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したことを特徴とするアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路。
【請求項４】
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路において、
アレイ導波路格子を構成する、扇形スラブ導波路の入射端に遮光溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したことを特徴とするアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路。
【請求項５】
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路において、
前記前記フィールド分布変調素子の前記モード変換結合素子の出力端に漏れ光を遮光する、遮光溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したことを特徴とするアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信あるいは光情報処理で用いられる導波路型光素子（光導波回路）である平面基板上に形成されたアレイ導波路格子を含む集積光回路に適用して有用なものである。
【０００２】
【背景技術】
近年の光通信システムの発展にともない、光集積回路に対する種々の要求が高まってきている。ここで、シリコン基板あるいは石英基板上に形成した石英系ガラス光導波路によって構成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎｅｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）は低損失な光回路が形成でき、光ファイバと同一の素材で形成されているため、接続損失が小さいなどの優れた特性を有している。このため、研究開発が盛んに行われている。なかでも、アレイ導波路格子型波長合分波器やマッハツェンダ干渉計のように、多光束あるいは２光束の光干渉を用いた光回路は近年の波長多重通信に必要とされる波長合分岐回路を実現できるため、光集積回路を構成する主要な要素として用いられている。
【０００３】
本発明では、これらのアレイ導波路格子が重要な意味を有するため、先ず、これについて詳細な説明を行う。アレイ導波路格子は、入射導波路、入射側スラブ導波路、アレイ導波路、出射側スラブ導波路、出射導波路から構成されている。ここで、アレイ導波路は互いに光路長がｎ×ΔＬずつ異なる数十〜数百本のアレイ状の導波路（導波路アレイ）からなり、各導波路を伝搬する複数の光の干渉により、波長合分波機能を実現している。ここで、ｎは導波路の実効屈折率、ΔＬは隣接した各導波路間の長さの差であり、具体的には１０〜１００μｍ程度の値である。詳しくは、Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ.,“Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｗｉｔｈ  Ｎａｎｏｍｅｔｒｅ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ.,Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．２，ｐｐ，８７−８８，１９９０に記載されている。
【０００４】
アレイ導波路格子型波長合分波器は、近年のＷＤＭシステムでは必要不可欠の要素となっており、また近年の高機能光デバイスの要求に伴い、複数の光素子もしくは光回路をアレイ導波路に接続した、集積光回路が盛んに研究開発されている。
【０００５】
しかし、アレイ導波路格子を用いた光回路の場合、時として集積化により、個別のデバイスに対してクロストークが劣化するということが問題となる。特に、アレイ導波路格子と光回路を直結する必要のある集積光回路では、これらのクロストーク劣化の影響は非常に大きい。
【０００６】
ところで、本発明に関連する技術として、本発明者等は図４に示すようなアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路を提案した。このアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路の特徴は、アレイ導波路１３の入射側スラブ導波路１４に光素子もしくは複数の光素子からなる光回路１６を接続した点にある。なお、図４中の光回路１６のサイズは、アレイ導波路格子型波長合分波器に対して小さいが、実際の回路においては、必ずしも小さいとは限らない。図４中、１１は入射導波路、１２は出射導波路、１５は出射側スラブ導波路である。
【０００７】
さて、これらの光集積回路においては、集積によりアレイ導波路格子の特性が設計した特性と比べて透過スペクトルの裾部分の広がりが大きく、チャンネル間のクロストークを生じるという問題点を有していた。ここでは、それらの集積光回路の一例として、入射端面でのフィールド分布のピーク位置が周波数に対して連続的かつ周期的に変化する素子（以下、フィールド分布変調素子と略す）を集積した光回路１６を一例として取り上げる。
【０００８】
フィールド分布変調素子を構成する光回路１６の代表的な例を図５（ａ）乃至同図（ｃ）に示す。同図（ａ）において、２１は入力用導波路、２２は非対称分岐回路、２３は遅延線、２４は基本モードと高次モードの変換と合波機能を併せ持つモード変換結合素子、２５は出力用導波路である。２６は出力用導波路２５の基本モードのフィールド分布、２７は出力用導波路２５の高次モードのフィールド分布、２８は遅延線２３である導波路の位相調整用のヒータである。すなわち、このフィールド分布変調素子は、これら入力用導波路２１、非対称分岐回路２２、遅延線２３、モード変換結合素子２４、出力用導波路２５及びヒータ２８で構成される。なお、非対称分岐回路２２とは、光の分岐比が対称（１：１）とならない、非対称な分岐比を有する分岐回路のことであり、方向性結合器やＹ分岐回路、マルチモード干渉合分波器等で構成することができる。
【０００９】
また、図５（ｂ）において、３１は入力用導波路、３２はマルチモード干渉合分波器、３３は遅延線、３４は基本モードと高次モードの変換と合波機能を併せ持つモード変換結合素子、３５は出力用導波路である。３６は出力用導波路３５の基本モードのフィールド分布、３７は出力用導波路３５の高次モードのフィールド分布、３８は遅延線３３である導波路の位相調整用のヒータ、３９は入力用導波路３１とマルチモード干渉分波器３２の中心軸のオフセットを示している。すなわち、このフィールド分布変調素子は、これら入力用導波路３１、非対称分岐回路３２、遅延線３３、モード変換結合素子３４、出力用導波路３５及びヒータ３８で構成される。
【００１０】
さらに、図５（ｃ）において、４１は入力用導波路、４２は非対称分岐回路、４３は遅延線、４４はマルチモード干渉合分波器、４５，４６は出力用導波路である。また、４７は遅延線４３である導波路の位相調整用のヒータである。
【００１１】
ここで、基本モードと高次モードの変換と合波機能を併せ持つモード変換結合素子２４、３４の一例としては、Ｊ．Ｌｅｕｔｈｏｌｄ，Ｊ．Ｅｃｋｎｅｒ，Ｅ．Ｇａｍｐｅｒ，Ｐ．Ａ．Ｂｅｓｓｅ，Ｈ．Ｍｅｌｃｈｉｏｒ，“Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏｕｐｌｅｒ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｚｅｒｏ  ａｎｄ  Ｆｉｒｓｔ  ｏｒｄｅｒｍｏｄｅｓ”，ｅｔ．ａｌ．Ｊ．Ｌ．Ｔ，ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．７，１９９８，ｐｐ．１２２８−１２３９に記載されている。
【００１２】
上述の如く光回路１６としてフィールド分布変調素子を接続したアレイ導波路格子型波長合分波器では、ＷＤＭシステムで求められる、低損失かつ透過スペクトルが平坦な特性を得る事ができるため、非常に有用な回路を実現する事ができる。
【００１３】
しかしながら、上述の方式では、設計した特性と比べて透過スペクトルの、特に裾の部分の広がりが大きくチャンネル間のクロストークを生じるという問題を有している。なお、かかる問題は、図４及び図５に示す構成のものに限らずアレイ導波路格子を含む集積光回路で一般的に見られる現象である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如くアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積回路においては、通常のアレイ導波路格子型波長合分波器から想定される特性が得られない場合が少なくなく、特にクロストークが劣化するという問題点を有している。
【００１５】
本発明は、上記背景技術に鑑み、透過スペクトルの裾の広がりにより、クロストークを生じるという問題点の解決を図り得るアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、図４に示すアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路のクロストークの劣化原因が、アレイ導波路格子に接続する光回路１６から発生する漏れ光がアレイ導波路格子型波長合分波器の入射側スラブ導波路１４に入射するためであることを発見した。すなわち、接続する光回路１６から発生した漏れ光がアレイ導波路格子型波長合分波器に入射することを妨げることで、クロストークを改善することができる。
【００１７】
そして、具体的に漏れ光を防ぐには、遮光用の溝を形成すること、反射ミラーを配置すること、又は溝を形成し吸収剤を配置することにより実現し得る点に思い至った。本願発明は、かかる知見を基礎とするものであり、その構成は次の点を特徴とする。
【００１８】
１） 光素子もしくは複数の光素子を含む光回路が接続された、アレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路であって、アレイ導波路格子は、基板上に配置された入射導波路と、出射導波路と、アレイ導波路と、前記入射導波路及びアレイ導波路を接続する第１の扇形スラブ導波路と、前記出射導波路及びアレイ導波路を接続する第２の扇形スラブ導波路とを備え、前記アレイ導波路の各導波路の長さが所定の光路長差で順次長くなるように構成するとともに、当該アレイ導波路格子に接続される光素子もしくは複数の光素子を含む光回路は、フィールド分布のピーク位置が、周波数に対して連続的且つ周期的に変化するフィールド分布変調素子であって、入力用導波路と、該入力用導波路に接続された非対称分岐回路と、該非対称分岐回路の出力側に接続された２本の遅延線と、該２本の遅延線の他端に接続された基本モードと高次モードの変換と合波機能を併せ持つモード変換結合素子とで構成されており、前記フィールド分布変調素子から生じる漏れ光を遮断する溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したこと。
【００１９】
２）光素子もしくは複数の光素子を含む光回路が接続された、アレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路であって、アレイ導波路格子は、基板上に配置された入射導波路と、出射導波路と、アレイ導波路と、前記入射導波路及びアレイ導波路を接続する第１の扇形スラブ導波路と、前記出射導波路及びアレイ導波路を接続する第２の扇形スラブ導波路とを備え、前記アレイ導波路の各導波路の長さが所定の光路長差で順次長くなるように構成するとともに、当該アレイ導波路格子に接続される光素子もしくは複数の光素子を含む光回路は、フィールド分布のピーク位置が、周波数に対して連続的かつ周期的に変化するフィールド分布変調素子であって、入力用導波路と、該入力用導波路に接続されたマルチモード干渉分波器と、該マルチモード干渉分波器の出力側に接続された３本の遅延線と、該３本の遅延線の他端に接続された基本モードと高次モードの変換と合波機能を併せ持つモード変換結合素子とで構成され、かつ、前記入力用導波路と前記マルチモード干渉分波器の中心がオフセットを有しており、前記フィールド分布変調素子から生じる漏れ光を遮断する溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したこと。
【００２０】
３） 上記１）又は２）に記載するアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路において、前記フィールド分布変調素子を取り囲むように、遮光溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したこと。
【００２１】
４）  上記１）又は２）に記載するアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路において、
アレイ導波路格子を構成する、扇形スラブ導波路の入射端に遮光溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したこと。
【００２２】
５） 上記１）又は２）に記載するアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路において、前記フィールド分布変調素子の前記モード変換結合素子の出力端に漏れ光を遮光する、遮光溝、反射ミラー又は吸収剤を配置したこと。
【００２３】
【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き詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。同図に示すように、本形態に係るアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路は、図４に示すアレイ導波路格子型波長合分波器の入射側スラブ導波路１４に接続した光回路１６（もしくは光素子。以下同じ。）を取り囲むように遮光用構造体１００を設けたものである。
【００２５】
この遮光用構造体１００は、溝、反射ミラー又は吸収剤を配置することによって、アレイ導波路格子型波長合分波器の入射側スラブ導波路１４への漏れ光の入射を防ぐように構成することで実現し得る。
【００２６】
これにより、アレイ導波路格子型波長合分波器のクロストークを改善し良好な特性の集積回路を実現する事ができる。
【００２７】
なお、図１中、図４と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２８】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す構成図である。同図に示すように、本形態においては、アレイ導波路の入射側スラブ導波路１４に接続した光回路１６と入射側スラブ導波路１４との接続部に遮光用構造体２００を設けたものである。すなわち、図１に示すように、遮光用構造体１００で光回路１６を取り囲むだけでなく、本形態の場合のように光回路１６と入射側スラブ導波路１４との間に遮光用構造体２００を介在させるだけでも良い。
【００２９】
この遮光用構造体２００は、溝、反射ミラー又は吸収剤を配置することによって、アレイ導波路格子型波長合分波器の入射側スラブ導波路１４への漏れ光の入射を防ぐように構成することで実現し得る。
【００３０】
これにより、アレイ導波路格子型波長合分波器のクロストークを改善し良好な特性の集積回路を実現する事ができる。
【００３１】
なお、図２中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３２】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。同図に示すように、本形態においては、アレイ導波路格子型波長合分波器の入射側スラブ導波路１４に接続した光回路１６がマルチモード干渉導波路４４を構成部分に含む場合である。この場合には、漏れ光の主要因がマルチモード干渉導波路４４の出力端から生じるため、そのマルチモード干渉導波路４４の出力端に遮光用構造３００を介在させれば良い。
【００３３】
この遮光用構造体３００は、溝、反射ミラー又は吸収剤を配置することによって、アレイ導波路格子型波長合分波器の入射側スラブ導波路１４への漏れ光の入射を防ぐように構成することで実現し得る。
【００３４】
これにより、アレイ導波路格子型波長合分波器のクロストークを改善し良好な特性の集積回路を実現する事ができる。
【００３５】
なお、本形態では、マルチモード干渉導波路４４が一つである場合であるが、これに限るものではない。２つ以上のマルチモード干渉導波路が含まれている場合においても同様に、各々のマルチモード干渉導波路の出力側に遮光用構造体３００を設ければ同様の作用・効果を得る。また、図３中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３６】
上記実施の形態において、光回路１６がフィールド分布変調素子である場合には、フィールド分布変調素子とスラブ導波路の間の距離が短く、漏れ光の影響が大きい為、特に効果が高い。また、この場合のフィールド分布変調素子としては、図５に示す何れのフィールド分布変調素子であっても同様に本発明の光回路１６として適用できる。さらに、本発明は導波路の材料や構造によらないため、材料としては、石英ガラス、ＬｉＮｂＯ3 、有機材料、半導体など、導波路を形成できるものであればどのような材料であっても構わない。また、上記実施の形態において、導波路の近傍は遮光用の構造を配置しないことが、伝播損失を低減するために望ましい。
【００３７】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに詳細に説明した通り、本発明では、アレイ導波路格子に接続される光回路から生じる漏れ光を遮断する溝、反射ミラー又は吸収剤を配置しているので、従来のアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路と比較して、良好なクロストーク特性を有する光集積回路を実現することが可能となる。
【００３８】
この結果、ＷＤＭ通信システムでもとめられる高度な素子を実現する事ができる。特に、請求項２に記載したように接続する光回路がフィールド分布変調素子である場合には、フィールド分布変調素子とスラブ導波路の間の距離が短く、漏れ光の影響が大きい為、クロストークを改善する効果が顕著なものとなる。
【００３９】
さらに、請求項３乃至請求項５に記載したように、遮光する構造の配置を工夫することにより、ごく簡単な構成もしくは変更を加える事により、光集積回路の特性を改善する事が可能であり、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路を示す構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路を示す構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路を示す構成図である。
【図４】本願発明の背景技術を構成するアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路の一例を示す構成図である。
【図５】図４に示すアレイ導波路格子型波長合分波器を含む集積光回路に用いるフィールド分布変調素子の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１１ 入射導波路
１２ 出射導波路
１３ アレイ導波路
１４ 入射側スラブ導波路
１５ 出射側スラブ導波路
１６ 光素子もしくは複数の光素子を含む光回路
２１ フィールド分布変調素子の入射導波路
２２ 非対称分岐回路
２３ ２本の光路長の異なる遅延線
２４ モード変換結合素子
２５ フィールド分布変調素子の出射導波路
２６ フィールド分布変調素子からの基本モードの出力
２７ フィールド分布変調素子からの高次モードの出力
２８ 位相調整領域
３１ 入射導波路
３２ 入射側マルチモード干渉合分波器
３３ ３本の遅延線
３４ 出射側モード変換結合素子
３５ 出射導波路
３６ フィールド分布変調素子からの基本モードの出力
３７ フィールド分布変調素子からの高次モードの出力
３８ 遅延線の位相変調器
３９ 入射導波路の入射側マルチモード干渉導波路の中心のオフセット
４１ 入射導波路
４２ 入射側マルチモード干渉合分波器
４３ ２本の遅延線
４４ 出射側モード変換結合素子
４７ 遅延線の位相調整器
１００、２００、３００ 遮蔽用構造体
【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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