(57)【要約】      （修正有）【課題】異なる波長帯の波長分割多重光を扱うことのできるアレイ導波路回折格子型波長合分波器を提供する。【解決手段】入力導波路２１に接続された第１スラブ導波路２２と、出力導波路２５に接続された第２スラブ導波路２４と、第１スラブ導波路と第２スラブ導波路との間を接続する第１のアレイ導波路２３とを備え（第１の波長帯の波長合分波器）、第１スラブ導波路に重ねて形成された第３スラブ導波路３２と、第１および第３のスラブ導波路の重なる部分に挿入された第１の波長選択フィルタ３１と、第２スラブ導波路に重ねて形成された第４スラブ導波路３４と、第２および第４のスラブ導波路の重なる部分に挿入された第２の波長選択フィルタ３５と、第３スラブ導波路と第４スラブ導波路との間を接続する第２のアレイ導波路３３とをさらに備えた（第２の波長帯の波長合分波器）。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力導波路に接続された第１スラブ導波路と、
出力導波路に接続された第２スラブ導波路と、
前記第１スラブ導波路と前記第２スラブ導波路との間を接続する第１のアレイ導波路とを備えた第１の波長帯の波長合分波器と、
前記第１スラブ導波路に重ねて形成された第３スラブ導波路と、
前記第１および第３のスラブ導波路の重なる部分に挿入された第１の波長選択フィルタと、
前記第２スラブ導波路に重ねて形成された第４スラブ導波路と、
前記第２および第４のスラブ導波路の重なる部分に挿入された第２の波長選択フィルタと、
前記第３スラブ導波路と前記第４スラブ導波路との間を接続する第２のアレイ導波路とを備え、
前記入力導波路から入射した第２の波長帯の光信号は、前記第１スラブ導波路から前記第１の波長選択フィルタで反射して前記第３スラブ導波路、前記第２のアレイ導波路を透過し、前記第４スラブ導波路から前記第２の波長選択フィルタで反射して前記第２スラブ導波路から前記出力導波路に出射され、前記第２の波長帯の波長合分波器として機能することを特徴とするアレイ導波回折格子路型波長合分波器。
【請求項２】
前記第１の波長選択フィルタは、前記第１スラブ導波路および前記第３スラブ導波路に形成された溝に挿入されており、前記第２の波長選択フィルタは、前記第２スラブ導波路および前記第４スラブ導波路に形成された溝に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路回折格子型波長合分波器。
【請求項３】
前記第１の波長帯と前記第２の波長帯とは異なることを特徴とする請求項１または２に記載のアレイ導波路回折格子型波長合分波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ導波路回折格子型波長合分波器に関し、より詳細には、異なる波長帯の波長分割多重光を扱うことのできるアレイ導波路回折格子型波長合分波器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の急速なインターネット普及に伴い、アクセスサービスシステムの大容量化、高度化、経済化が求められており、その実現手段として、受動光ネットワーク（Passive Optical Network：ＰＯＮ）の研究が進められている。ＰＯＮは、センタから加入者宅に向けた１本の光ファイバを、分岐装置により分岐して、複数の加入者宅に引き込み、時分割多重（Time Division Multiplexing：ＴＤＭ）方式により、複数のユーザで共有するシステムである。
【０００３】
また、映像サービスの需要増大に伴い、さらなる大容量化の要求に応えるために、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）方式を適用したＷＤＭ−ＰＯＮ技術が注目されている。ＷＤＭ−ＰＯＮは、１ユーザに対して１つの波長を割り当てるシステムのため、１０Ｇｂ／ｓを超える高速化が期待できる。加えて、波長ルーティングによる低遅延な閉域ネットワーキングを構築することができ、セキュリティと信頼性の高さなどの利点を有する。しかしながら、装置コストが高いこと、装置が大型化しやすい欠点を有している。
【０００４】
ＷＤＭ方式の送受信装置において、異なる波長の複数の光信号を分割、多重するための光回路として、分波器、合波器が用いられる。典型的には、アレイ導波路回折格子（Arrayed Waveguide Grating：ＡＷＧ）型波長合分波器が用いられている。
【０００５】
図１に、従来のＡＷＧ型波長合分波器の構成を示す。ＡＷＧ型波長合分波器１０は、入力導波路１１に接続された第１スラブ導波路１２と、出力導波路１５に接続された第２スラブ導波路１４と、第１スラブ導波路１２および第２スラブ導波路１４の間を接続するアレイ導波路１３とから構成されている。アレイ導波路１３は、隣接する導波路が、一定の光路長差をもって配列されている。ＡＷＧ型波長合分波器の波長（チャネル）間隔は、アレイ導波路の光路長差に依存しており、ＷＤＭ方式において使用される波長帯の、波長間隔に合わせて設計されている。
【０００６】
例えば、Ｌ帯（１５６５〜１６２５ｎｍ）とＣ帯（１５３０−１５６５ｎｍ）のように異なる波長帯であっても、波長間隔が同じであれば、同じＡＷＧ型波長合分波器を用いることができる。異なる波長帯であって、かつ波長間隔も異なる場合には、別々のＡＷＧ型波長合分波器を用意するか、または特許文献１に記載されているように、単一の平面光波回路内において、２つのＡＷＧ型波長合分波器を集積する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−０３８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、異なる波長帯であって、波長間隔が同じであっても、実用上は無視できない波長ズレが生じてしまうという問題があった。ＷＤＭ−ＰＯＮでは上り光信号の波長帯としてＣ帯、下り光信号の波長帯としてＬ帯が用いられている。例えば、従来のＡＷＧ型波長合分波器を、Ｌ帯の波長帯に合わせて設計し波長調整を行った場合に、Ｃ帯の波長帯では大きな波長ズレが発生してしまう。
【０００９】
図２に、従来のＡＷＧ型波長合分波器における波長ズレを示す。１００ＧＨｚ４チャネルＡＷＧ波長合分波器の例を示している。図１を参照して説明すると、第２スラブ導波路１４に接続された出力導波路１５のうち、特定の出力導波路にＬ帯のチャネル４の光信号が出力される。しかしながら、Ｃ帯の波長帯では、この特定の出力導波路には、Ｃ帯のチャネル４の光信号が所定の光強度では出力されず、Ｃ帯のチャネル４の波長から約０．０９ｎｍずれた光信号が所定の光強度で出力される。
【００１０】
アレイ導波路１３から第２スラブ導波路１４に出射された光信号が、第２スラブ導波路１４と出力導波路１５との接続部において焦点を結ぶように設計すれば、所定の波長の光信号が所定の光強度で出力される。図３に示すように、Ｌ帯のチャネル４の光信号が特定の出力導波路１５ａに焦点ＦLを結ぶように設計しても、Ｃ帯のチャネル４の光信号は、わずかに焦点ＦCが異なり、所定の光強度では出力されなくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、異なる波長帯の波長分割多重光を扱うことのできるアレイ導波路型波長合分波器を提供することにある。
【００１２】
本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、入力導波路に接続された第１スラブ導波路と、出力導波路に接続された第２スラブ導波路と、前記第１スラブ導波路と前記第２スラブ導波路との間を接続する第１のアレイ導波路とを備えた第１の波長帯の波長合分波器と、前記第１スラブ導波路に重ねて形成された第３スラブ導波路と、前記第１および第３のスラブ導波路の重なる部分に挿入された第１の波長選択フィルタと、前記第２スラブ導波路に重ねて形成された第４スラブ導波路と、前記第２および第４のスラブ導波路の重なる部分に挿入された第２の波長選択フィルタと、前記第３スラブ導波路と前記第４スラブ導波路との間を接続する第２のアレイ導波路とを備え、前記入力導波路から入射した第２の波長帯の光信号は、前記第１スラブ導波路から前記第１の波長選択フィルタで反射して前記第３スラブ導波路、前記第２のアレイ導波路を透過し、前記第４スラブ導波路から前記第２の波長選択フィルタで反射して前記第２スラブ導波路から前記出力導波路に出射され、前記第２の波長帯の波長合分波器として機能することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、第１および第２の波長帯の各々のチャネルは、第２スラブ導波路と出力導波路との接続部において同じ位置に焦点を結ぶので、低損失の波長合分波器を実現することができ、異なる波長帯の波長分割多重光を扱うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のＡＷＧ型波長合分波器の構成を示す図である。
【図２】従来のＡＷＧ型波長合分波器における波長ズレを示す図である。
【図３】ＡＷＧ型波長合分波器における波長ズレの原理を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるＡＷＧ型波長合分波器の構成を示す図である。
【図５】ＡＷＧ型波長合分波器において焦点距離を求める方法を示す図である。
【図６】波長選択フィルタの設置位置を求める方法を示す図である。
【図７】ＡＷＧ型波長合分波器の出力導波路における集光の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、第１および第２スラブ導波路に波長選択フィルタを配置し、第１および第２スラブ導波路とアレイ導波路とを、それぞれの波長帯ごとに設ける。このような構成により、Ｃ帯／Ｌ帯の各々のチャネルは、第２スラブ導波路と出力導波路との接続部において焦点を結ぶので、低損失の波長合分波器を実現することができる。
【００１６】
図４は、本発明の一実施形態にかかるＡＷＧ型波長合分波器の構成を示す。ＡＷＧ型波長合分波器２０は、Ｌ帯の波長合分波器として、入力導波路２１に接続された第１スラブ導波路２２と、出力導波路２５に接続された第２スラブ導波路２４と、第１スラブ導波路２２および第２スラブ導波路２４の間を接続するアレイ導波路２３とから構成されている。
【００１７】
第１スラブ導波路２２には、第３スラブ導波路３２が重ねて形成されており、２つの導波路の重なる部分に波長選択フィルタ３１が挿入されている。入力導波路２１から第１スラブ導波路２２に入射したＬ帯の光信号は、波長選択フィルタ３１を透過して、第１スラブ導波路２２とアレイ導波路２３との接続部に集光する。入力導波路２１から第１スラブ導波路２２に入射したＣ帯の光信号は、波長選択フィルタ３１で反射して、第３スラブ導波路３２とアレイ導波路３３との接続部に集光する。
【００１８】
同様に、第２スラブ導波路２４には、第４スラブ導波路３４が重ねて形成されており、２つの導波路の重なる部分に波長選択フィルタ３５が挿入されている。アレイ導波路２３から第２スラブ導波路２４に入射したＬ帯の光信号は、波長選択フィルタ３５を透過して、第２スラブ導波路２４と出力導波路２５との接続部に集光する。アレイ導波路３３から第４スラブ導波路３４に入射したＣ帯の光信号は、波長選択フィルタ３５で反射して、第２スラブ導波路２４と出力導波路２５との接続部に集光する。
【００１９】
波長選択フィルタ３１，３５の設置位置は、Ｃ帯／Ｌ帯の波長の光信号がそれぞれ反射または透過して、それぞれの波長帯に対応したアレイ導波路２３，３３を通り、同一の入出力導波路の入出力端に集光するように配置される。詳細は後述する。第１スラブ導波路２２と第３スラブ導波路３２とは、波長帯に応じて外形はわずかに異なり、第２スラブ導波路２４と第４スラブ導波路３４も、波長帯に応じて外形はわずかに異なる。波長選択フィルタ３１，３５は、多層膜フィルタ等からなり、重ねて形成されたスラブ導波路の設置位置に沿って、ダイシングソーなどにより形成された溝に挿入され、接着剤で固定される。
【００２０】
このような構成により、入力導波路２１から入射したＣ帯の光信号は、第１スラブ導波路２２から波長選択フィルタ３１で反射して第３スラブ導波路３２、アレイ導波路３３、第４スラブ導波路３４から波長選択フィルタ３５で反射して第２スラブ導波路２４、出力導波路２５の順に伝搬し、ＡＷＧ型波長合分波器２０は、Ｃ帯の波長合分波器として機能する。
【００２１】
図５に、ＡＷＧ型波長合分波器において焦点距離を求める方法を示す。Ｌ帯の波長合分波器として、第２スラブ導波路２４と出力導波路２５との接続部に集光させるためには、ＡＷＧの焦点距離を下式により算出する。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
ここで、Ｆは焦点距離、Ｐｏは出力導波路２５の導波路間隔、Ｐａはアレイ導波路２３の導波路間隔、ｄλは波長間隔、ｍは回折次数、ｎは屈折率である。石英ガラス材料を用いた場合には、Ｃ帯の波長１５５０ｎｍのとき屈折率は１．４４４０であり、Ｌ帯の波長１６００ｎｍのとき屈折率は１．４４３４である。従って、上記のパラメータＰｏ、Ｐａ、ｄλ、ｍが同じであれば、波長帯が異なれば焦点距離も異なり、図３に示したように、第２スラブ導波路２４と出力導波路２５との接続部の集光位置にズレが生じてしまう。
【００２４】
図６に、波長選択フィルタの設置位置を求める方法を示す。上記のパラメータを設定して、式１により、Ｌ帯の波長における焦点距離ＦＬを求めることができる。次に、Ｃ帯の波長合分波器として、第２スラブ導波路２４と出力導波路２５との接続部に集光させるためには、アレイ導波路３３と第４スラブ導波路３４との接続部から、波長選択フィルタ３５で反射して、第２スラブ導波路２４と出力導波路２５との接続部までの焦点距離ＦＣが、式１により求めた距離となるように、第４スラブ導波路３４と波長選択フィルタ３５とを配置すればよい。
【００２５】
図７に、ＡＷＧ型波長合分波器の出力導波路における集光の様子を示す。アレイ導波路２３から第２スラブ導波路２４に出射されたＬ帯の光信号が特定の出力導波路２５ａに焦点ＦLを結ぶように設計する。Ｃ帯の光信号は、アレイ導波路３３から第４スラブ導波路３４、波長選択フィルタ３５、第２スラブ導波路２４を介して、特定の出力導波路２５ａに焦点ＦCを結び、焦点ＦLと焦点ＦCとが重なっているのが分かる。
【００２６】
本実施形態によれば、Ｃ帯／Ｌ帯の各々のチャネルは、第２スラブ導波路と出力導波路との接続部において焦点を結ぶので、低損失の波長合分波器を実現することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、重ねて形成されたスラブ導波路に、従来の加工方法により、従来の波長選択フィルタを挿入するだけなので、低コストで製作することができる。また、スラブ導波路内部の光軸上に設置するので、光損失、小型化の面で最適である。
【００２８】
特許文献１に記載されているように、入出力導波路に折り返し部を設け、波長選択フィルタを挿入するする構成も考えられるが、入力導波路と一方の波長帯のアレイ導波路、出力導波路と一方の波長帯のアレイ導波路が交差することになるので、反射、散乱により透過損失が生じてしまうという問題がある。また、折り返しの導波路の分だけ、ＡＷＧ型波長合分波器のサイズが大きくなってしまうという欠点もある。
【００２９】
本実施形態によれば、異なる波長帯に対応したスラブ導波路を重ねて形成するので、ＡＷＧ型波長合分波器の小型化を図ることもできる。
【符号の説明】
【００３０】
１０，２０  ＡＷＧ型波長合分波器
１１，２１  入力導波路
１２，２２  第１スラブ導波路
１３，２３，３３  アレイ導波路
１４，２４  第２スラブ導波路
１５，２５  出力導波路
３１，３５  波長選択フィルタ
３２  第３スラブ導波路
３４  第４スラブ導波路
【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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