JP2005326561A

JP2005326561A - 光波長合分波器

Info

Publication number: JP2005326561A
Application number: JP2004143735A
Authority: JP
Inventors: Koichi Maru; 浩一丸; Kensuke Matsui; 研輔松井; Hiroshi Ishikawa; 弘石川
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】小型で、かつ、損失が小さい光波長合分波器を提供するものである。
【解決手段】本発明に係る光波長合分波器１０は、少なくとも１個の入力用チャネル導波路１２と、その入力用チャネル導波路１２に接続される入力側スラブ導波路１３と、少なくとも１個の出力用チャネル導波路１６と、その出力用チャネル導波路１６に接続される出力側スラブ導波路１５と、入力側スラブ導波路１３及び出力側スラブ導波路１５を接続する複数個の移相用チャネル導波路１４とを備えたものであって、各移相用チャネル導波路１４を、入力側スラブ導波路１３及び出力側スラブ導波路１５よりも大きな屈折率を有する石英系材料で構成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光波長合分波器に係り、特に、波長分割多重方式の光通信に用いられる光波長合分波器に関するものである。

光通信の分野では、複数の信号を別々の波長の信号光にのせ、１本の光ファイバで伝送して情報容量を増加する波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式が用いられている。このＷＤＭ方式においては、異なる波長の信号光を合分波する光波長合分波器が主要な役割を果たしている。特に、マッハ・ツェンダ干渉計やアレイ導波路型回折格子を用いた光波長合分波器（ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）光合分波器）は、波長間隔の狭い複数の信号光を合分波することが可能であることから、通信波長の多重数を容易に大きくでき、通信容量を大きくできるという利点を有している。

一般的なアレイ導波路型回折格子を用いた光波長合分波器は、図７に示すように、基板７１上に、入力側スラブ導波路７３及び出力側スラブ導波路７５と、入力側スラブ導波路７３の一端側に接続された入力用チャネル導波路７２と、出力側スラブ導波路７５の一端側に接続された出力用チャネル導波路７６と、入力側スラブ導波路７３及び出力側スラブ導波路７５の他端側同士を接続する複数個の移相用チャネル導波路７４とで構成される光回路７７を有している。

入力用チャネル導波路７２から入力された光波は、入力側スラブ導波路７３内を伝搬し、各移相用チャネル導波路７４に入射される。光波は、各移相用チャネル導波路７４を伝搬する際に位相変化を受け、出力側スラブ導波路７５に入射される。出力側スラブ導波路７５内の光波は干渉し、出力用チャネル導波路７６に到達し、出力される。この時、光波の干渉パターンが波長により異なるため、光合分波が実現される。

通常の材料を用いて光回路を構成した場合、温度が変化すると、熱光学効果によって材料の屈折率が変化する。これにより、各移相用チャネル導波路の等価屈折率が変化する。また、温度変化に伴う熱膨張により、各移相用チャネル導波路の長さが変化する。その結果、温度変化によって、各移相用チャネル導波路で受ける位相変化量が変動してしまう。この位相変化量は波長によって異なるため、結果として、出力される分波波長が変化してしまう。一例として、光回路を石英系材料で構成した場合を考えると、波長１．５５μｍ付近での温度による分波波長の変化は０．０１ｎｍ／℃である。例えば、この光回路を０℃〜６０℃の温度環境で使用する場合、最大で０．６ｎｍも波長がシフトしてしまうため、このままでは実用システムに使用することができない。よって、光回路の温度制御を行うか、又は光回路の温度無依存化を図る必要がある。

光回路の温度無依存化方法として、光回路の一部に溝を設け、その中に屈折率の温度係数が光回路と異なる材料を充填し、温度による位相変化の波長依存性を補償する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。

この方法を適用し、波長依存性の補償を実現した光波長合分波器がある（例えば、非特許文献２参照）。具体的には、図７に示した入力側スラブ導波路７３に、複数個の楔形の溝７８を設けたものである。ここで、単に１個の溝７８を設けるだけでは、基板７１と垂直な方向における光の閉じ込め構造が無いため、大きな回折損失が生じる。そこで、溝７８を複数個設けて、各溝一段当たりの回折損失を減らすと共に、各溝７８の配置間隔を最適な間隔に調整して溝７８全体で集光する作用を生じさせることにより、溝７８全体としての回折損失を低減する方法がよく採用されている。また、図８に、光回路を構成するコア材とクラッド材の比屈折率差Δが０．８％の場合の、各溝の配置間隔と損失との関係を示すように、それぞれの溝幅ごとに、損失が最小となる最適な溝配置間隔があることがわかる。

一方、光波長合分波器の温度無依存化に加え、光回路の小型化も、更なる低コスト化を図るための重要な検討事項となっている。ここで、光導波路を構成するコア材とクラッド材の比屈折率差Δを大きくすることにより、一般的に曲がり導波路の曲率半径を小さくし、素子（光導波路）の小型化及び低コスト化を実現する方法が知られている（例えば、非特許文献３参照）。

Y.Inoue等，「アサーマルシリカベースドアレイド−ウェーブガイドグレーティングマルチプレクサ（Athermal silica-based arrayed-waveguide grating（AWG）multiplexer）」，イーシーオーシー９７テクニカルダイジェスト（ECOC 97 Technical Digest），1997，p.33-36 Maru等，「アサーマルアンドセンターウェーブレングスアジャスタブルアレイド−ウェーブガイドグレーティング（Athermal and center wavelength adjustable arrayed-waveguide grating）」，オーエフシー２０００テクニカルダイジェスト（OFC 2000 Technical Digest），ダブリューエイチ３（WH3），2000，p.130-132 Hida等，「ファブリケーションオブロウ−ロスアンドポラリセイション−インセンシティブ２５６チャンネルアレイド−ウェーブガイドグレーティングウィズ２５ＧＨｚスペーシングユーズィング１．５％Δ ウェーブガイズ（Fabrication of low-loss and polarisation-insensitive 256 channel arrayed-waveguide grating with 25GHz Spacing using 1.5％Δ waveguides）」，エレクトロン．レター（Electron.Lett.），2000，第３６巻，第９号，p.820-821

ところが、アレイ導波路型回折格子を用いた温度無依存型の光波長合分波器において、小型化及び低コスト化を図るべく、光回路を構成するコア材とクラッド材の比屈折率差Δを大きくすると、溝における放射損失が増大するという問題があった。例えば、図９に示すように、コア材とクラッド材の比屈折率差Δを１．５％とすると、図８と比較して、明らかに損失が増大することがわかる。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、小型で、かつ、損失が小さい光波長合分波器を提供することにある。

上記目的を達成すべく本発明に係る光波長合分波器は、少なくとも１個の入力用チャネル導波路と、その入力用チャネル導波路に接続される入力側スラブ導波路と、少なくとも１個の出力用チャネル導波路と、その出力用チャネル導波路に接続される出力側スラブ導波路と、入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路を接続する複数個の移相用チャネル導波路とを備えたアレイ導波路型の光波長合分波器において、上記各移相用チャネル導波路を、上記入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路よりも大きな屈折率を有する石英系材料で構成したものである。

また、本発明に係る光波長合分波器は、少なくとも１個の入力用チャネル導波路と、その入力用チャネル導波路に接続される入力側スラブ導波路と、少なくとも１個の出力用チャネル導波路と、その出力用チャネル導波路に接続される出力側スラブ導波路と、入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路を接続する複数個の移相用チャネル導波路とを備えたアレイ導波路型の光波長合分波器において、上記入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路の形成層と上記各移相用チャネル導波路の形成層とを異層に設けると共に、各移相用チャネル導波路を、各スラブ導波路よりも大きな屈折率を有する石英系材料で構成したものである。

ここで、各移相用チャネル導波路の接続端部を先細状に形成し、それらの移相用チャネル導波路と上記入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路とを接続して断熱的に光結合させることが好ましい。

また、入力側スラブ導波路に、スラブ導波路内を伝搬する光波と交差する複数個の溝を形成することが好ましい。

以上のように、各移相用チャネル導波路を、入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路よりも大きな屈折率を有する石英系材料で構成することで、光回路の曲がり部分、つまり各移相用チャネル導波路の曲がり部分の曲率半径を小さくすることができ、光回路の小型化、延いては光波長合分波器の小型化が可能となる。

本発明によれば、小型で、かつ、損失が小さい光波長合分波器を得ることができるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の好適な一実施の形態に係る光波長合分波器の平面図を図１に示す。

本実施の形態に係る光波長合分波器は、図１に示すように、石英基板１１上に光回路１７を設けてなるものである。光回路１７は屈折率の異なる２種類のコア材で構成され、石英基板１１上に屈折率が低い方のコア材（以下、低屈折率コア材と表す）の層が設けられ、その低屈折率コア材の上に屈折率が高い方のコア材（以下、高屈折率コア材と表す）の層が設けられる。石英基板１１及び各コア層は、クラッド層で覆設される。

低屈折率コア材により、入力側スラブ導波路１３及び出力側スラブ導波路１５と、入力側スラブ導波路１３の一端側に接続された少なくとも１個の入力用チャネル導波路１２と、出力側スラブ導波路１５の一端側に接続された複数個（図１中では４個図示）の出力用チャネル導波路１６とが構成される。また、高屈折率コア材により、入力側スラブ導波路１３及び出力側スラブ導波路１５の他端側同士を接続する複数個（図１中では５個図示）の移相用チャネル導波路１４が構成される。各移相用チャネル導波路１４の両端部（接続端部）２０ａ，２０ｂは、それぞれ先細状（テーパ状）に形成される。また、入力側スラブ導波路１３の途中には、スラブ導波路１３内を伝搬する光波と交差するように複数本の楔形の溝１８が形成され、全ての溝１８に光学樹脂１９が充填される。

各移相用チャネル導波路１４は、入力側スラブ導波路１３及び出力側スラブ導波路１５よりも大きな屈折率を有する石英系材料で構成される。例えば、クラッド材の屈折率は１．４５７とされ、入力用チャネル導波路１２、入力側スラブ導波路１３、出力側スラブ導波路１５、出力用チャネル導波路１６を構成する低屈折率コア材の屈折率は１．４６９（クラッド材に対する比屈折率差Δ１＝０．８％）、移相用チャネル導波路１４を構成する高屈折率コア材の屈折率は１．４８０（クラッド材に対する比屈折率差Δ２＝１．５％）とされる。また、各スラブ導波路１３，１５の層と移相用チャネル導波路１４の層とは異層に設けられ、各スラブ導波路１３，１５の層上に移相用チャネル導波路１４の層が設けられる。クラッド材に対する高屈折率コア材の比屈折率差Δ２と、クラッド材に対する低屈折率コア材の比屈折率差Δ１との差（％）は、０〜２％、好ましくは０〜１．５％、特に好ましくは０．５〜１．０％である。

溝１８に充填される光学樹脂１９の屈折率の温度依存性は、光回路１７を構成する材料と大きく異なるほど、温度無依存化に効果的である。例えば、光回路１７を石英系材料で構成した場合、光回路１７の屈折率の温度依存性は正の値となるため、光学樹脂１９としては、屈折率の温度依存性が負の値となるシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が好ましい。

次に、本実施の形態に係る光波長合分波器１０の製造方法を、図２（ａ）〜図２（ｈ）に基づいて説明する。尚、図１と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。

先ず、図２（ａ）に示すように、石英基板１１上に、屈折率１．４６９の低屈折率コア層２２を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、図２（ｂ）に示すように、低屈折率コア層２２の非マスク部分２２ａをエッチング除去し、低屈折率コア材２３ａ，２３ｂを形成する。この低屈折率コア材２３ａで入力側スラブ導波路１３及び入力用チャネル導波路１２が、低屈折率コア材２３ｂで出力側スラブ導波路１５及び出力用チャネル導波路１６が形成される。

次に、図２（ｃ）に示すように、化学気相成長法により、石英基板１１及び低屈折率コア材２３ａ，２３ｂ上に、屈折率１．４５７のクラッド層２４を堆積形成する。その後、図２（ｄ）に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により、クラッド層２４を平坦化する。

次に、図２（ｅ）に示すように、低屈折率コア材２３ａ，２３ｂ及びクラッド層２４上に、屈折率１．４８０の高屈折率コア層２５を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、図２（ｆ）に示すように、高屈折率コア層２５の非マスク部分２５ａをエッチング除去し、高屈折率コア材２６を形成する。この高屈折率コア材２６で各移相用チャネル導波路１４が形成される。また、高屈折率コア材２６の、低屈折率コア材２３ａ，２３ｂとの接続部がテーパ部２６ａ，２６ｂに形成され、このテーパ部２６ａ，２６ｂが、各移相用チャネル導波路１４の両端部２０ａ，２０ｂとなる。

次に、図２（ｇ）に示すように、化学気相成長法により、低屈折率コア材２３ａ，２３ｂ、クラッド層２４、及び高屈折率コア材２６上に屈折率１．４５７のクラッド層２７を堆積形成する。

最後に、図２（ｈ）に示すように、低屈折率コア材２３ａの部分に、クラッド層２７の表面部から石英基板１１にまで達する複数個（図２（ｈ）中では１個のみ図示）の溝１８を形成し、各溝１８に光学樹脂１９をそれぞれ充填する。これによって、本実施の形態に係る光波長合分波器１０が得られる。

ここで、高屈折率コア材２６のテーパ部２６ａ，２６ｂは必ずしも形成する必要はないが、テーパ部２６ａ，２６ｂの形成によって、高屈折率コア材２６と、その下層の低屈折率コア材２３ａ，２３ｂとを、容易に断熱的に光結合させることができる。深さ方向（図２（ｆ）中では上下方向）のテーパ加工は、例えば、Kitano等，「ノベルスポットサイズコンバーターフォースーパーハイ Δ ウェーブガイズ（Novel spot size converter for super high Δwaveguides）」，シーエルイーオー２００３（CLEO 2003）に記載された方法を用いることで、達成可能である。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

入力用チャネル導波路１２より入射した多重波長信号光は、入力側スラブ導波路１３の内部を放射、伝搬され、分波信号光となる。この時、入力側スラブ導波路１３の途中には、光学樹脂１９を充填した溝１８を設けている。光学樹脂１９の屈折率温度係数は、光回路１７を構成する石英系材料の屈折率温度係数とは正負が逆であるため、光回路１７が温度変化しても、各分波信号光の位相変化量の変動を、溝１８に充填された光学樹脂１９により完全に補償する（相殺する）ことができる。

この位相変化量の変動が補償された各分波信号光は、各移相用チャネル導波路１４に入射され、その内部を伝搬する。その後、各分波信号光は、出力側スラブ導波路１５に到達し、放射される。この放射時、それぞれの分波信号光の波長に固有の放射角が存在していることから、各移相用チャネル導波路１４から放射された各分波信号光は、出力側スラブ導波路１５を経て各波長に対応した各出力用チャネル導波路１６に集光、結合される。

本実施の形態に係る光波長合分波器１０においては、光回路１７の内、クラッド材２４，２７と高屈折率コア材２６との比屈折率差Δ２を、クラッド材２４，２７と低屈折率コア材２３ａ，２３ｂとの比屈折率差Δ１よりも大きく形成している。これによって、光回路１７の曲がり部分（各移相用チャネル導波路１４の曲がり部分）の曲率半径を小さくすることができ、光回路１７の小型化、延いては光波長合分波器１０の小型化が可能となる。実際、Δ＝０．８％の場合において、実質的に損失を伴わない最小の曲率半径は５ｍｍであるのに対し、Δ＝１．５％とすることで、最小の曲率半径を２ｍｍとすることができる。

また、本実施の形態に係る光波長合分波器１０においては、各移相用チャネル導波路１４の両端部２０ａ，２０ｂを、それぞれ先細状（テーパ状）に形成している。これによって、各移相用チャネル導波路１４と入力側スラブ導波路１３，出力側スラブ導波路１５とを断熱的に光結合することができる。その結果、温度変化によって各移相用チャネル導波路１４で受ける位相変化量の変動を、抑制することができる。よって、光波長合分波器１０の温度無依存性が更に向上する。

また、本実施の形態に係る光波長合分波器１０においては、温度無依存化のための光学樹脂１９が充填された溝１８を、クラッド材２４，２７との比屈折率差Δが小さい低屈折率コア材２３ａ、つまり入力側スラブ導波路１３に形成している。これによって、光回路１７において、各移相用チャネル導波路１４の屈折率は大きく保ったまま、溝１８における放射損失の増大を抑えることができる。

また、本実施の形態に係る光波長合分波器１０においては、高屈折率コア材２６及び低屈折率コア材２３ａ，２３ｂを、積層した高屈折率コア層２５と低屈折率コア層２２とで形成し、高屈折率コア材２６で移相用チャネル導波路１４を、また、低屈折率コア材２３ａ，２３ｂで入力側スラブ導波路１３，出力側スラブ導波路１５を形成している。これによって、図２（ａ）〜図２（ｈ）に示したような、光波長合分波器の製造に慣用的に用いられている比較的容易な製造プロセスにより、光波長合分波器１０を製造することができる。その結果、従来の光波長合分波器と略同じ製造コストで、小型で、かつ、損失が小さい光波長合分波器１０を得ることができる。

次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（第２の実施形態）
本発明の他の好適な一実施の形態に係る光波長合分波器の平面図を図３に示す。尚、図１と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。

図１に示した前実施の形態に係る光波長合分波器１０は、各移相用チャネル導波路１４だけを高屈折率コア材２６（図２（ｈ）参照）で構成するものであった。

図３に示すように、本実施の形態に係る光波長合分波器３０の基本的な構成は、前実施の形態に係る光波長合分波器１０と同じであり、各移相用チャネル導波路１４、入力用チャネル導波路１２、及び各出力用チャネル導波路１６を、高屈折率コア材で構成したものである。

また、各移相用チャネル導波路１４の両端部２０ａ，２０ｂと共に、入力用チャネル導波路１２の端部（接続端部）３２ａ及び各出力用チャネル導波路１６の端部（接続端部）３６ａが、それぞれ先細状（テーパ状）に形成される。

本実施の形態に係る光波長合分波器３０の製造方法を、図４（ａ）〜図４（ｈ）に基づいて説明する。尚、図２（ａ）〜図２（ｈ）と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。

先ず、図４（ａ）に示すように、石英基板１１上に低屈折率コア層２２を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、図４（ｂ）に示すように、低屈折率コア層２２の非マスク部分２２ａをエッチング除去し、低屈折率コア材２３ａ，２３ｂを形成する。この低屈折率コア材２３ａで入力側スラブ導波路１３が、低屈折率コア材２３ｂで出力側スラブ導波路１５が形成される。

次に、図４（ｃ）に示すように、化学気相成長法により石英基板１１及び低屈折率コア材２３ａ，２３ｂ上にクラッド層２４を堆積形成する。その後、ＣＭＰ法により、図４（ｄ）に示すように、クラッド層２４を平坦化する。

次に、図４（ｅ）に示すように、低屈折率コア材２３ａ，２３ｂ及びクラッド層２４上に、高屈折率コア層２５を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、図４（ｆ）に示すように、高屈折率コア層２５の非マスク部分２５ａをエッチング除去し、高屈折率コア材２６及び高屈折率コア材４６ａ，４６ｂを形成する。この高屈折率コア材２６で、各移相用チャネル導波路１４が、高屈折率コア材４６ａ，４６ｂで入力用チャネル導波路１２及び出力用チャネル導波路１６が形成される。また、高屈折率コア材２６のテーパ部２６ａ，２６ｂが、各移相用チャネル導波路１４の両端部２０ａ，２０ｂとなる。さらに、高屈折率コア材４６ａ，４６ｂの、低屈折率コア材２３ａ，２３ｂとの接続部がテーパ部４７ａ，４７ｂに形成され、このテーパ部４７ａ，４７ｂが、入力用チャネル導波路１２の端部３２ａ及び各出力用チャネル導波路１６の端部３６ａとなる。

次に、図４（ｇ）に示すように、化学気相成長法により、低屈折率コア材２３ａ，２３ｂ、クラッド層２４、及び高屈折率コア材２６，４６ａ，４６ｂ上にクラッド層２７を堆積形成する。

最後に、図４（ｈ）に示すように、低屈折率コア材２３ａの部分に、クラッド層２７の表面部から石英基板１１にまで達する複数個（図４（ｈ）中では１個のみ図示）の溝１８を形成し、各溝１８に光学樹脂１９をそれぞれ充填する。これによって、本実施の形態に係る光波長合分波器３０が得られる。

本実施の形態に係る光波長合分波器３０においても、前実施の形態に係る光波長合分波器１０と同様の作用効果が得られる。

また、本実施の形態に係る光波長合分波器３０においては、光回路１７の内、クラッド材２４，２７と高屈折率コア材２６，４６ａ，４６ｂとの比屈折率差Δ２を、クラッド材２４，２７と低屈折率コア材２３ａ，２３ｂとの比屈折率差Δ１よりも大きく形成している。このため、光回路１７の曲がり部分（各移相用チャネル導波路１４、入力用チャネル導波路１２、及び各出力用チャネル導波路１６の曲がり部分）の曲率半径をそれぞれ小さくすることができ、光回路１７の更なる小型化、延いては光波長合分波器１０の更なる小型化が可能となる。

また、本実施の形態に係る光波長合分波器３０においては、各移相用チャネル導波路１４の両端部２０ａ，２０ｂ、入力用チャネル導波路１２の端部３２ａ、及び各出力用チャネル導波路１６の端部３６ａを、それぞれ先細状（テーパ状）に形成している。これによって、各導波路１２，１４，１６と入力側スラブ導波路１３，出力側スラブ導波路１５とを断熱的に光結合することができる。その結果、温度変化によって各導波路１２，１４，１６で受ける位相変化量の変動を、抑制することができる。よって、光波長合分波器３０は、前実施の形態に係る光波長合分波器１０と比較して、温度無依存性が更に向上する。

（第３の実施形態）
本発明の別の好適な一実施の形態に係る光波長合分波器の平面図を図５に示す。尚、図３と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。

図５に示すように、本実施の形態に係る光波長合分波器５０の基本的な構成は、前実施の形態に係る光波長合分波器３０と同じであり、入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路を一体化して石英基板１１の全面に亘って形成したものである。

本実施の形態に係る光波長合分波器５０の製造方法を、図６（ａ）〜図６（ｅ）に基づいて説明する。尚、図４（ａ）〜図４（ｈ）と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。

先ず、図６（ａ）に示すように、石英基板１１上に低屈折率コア層２２を形成する。

次に、図６（ｂ）に示すように、化学気相成長法により、低屈折率コア層２２上に高屈折率コア層２５を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、図６（ｃ）に示すように、高屈折率コア層２５の非マスク部分２５ａをエッチング除去し、高屈折率コア材２６及び高屈折率コア材４６ａ，４６ｂを形成する。この高屈折率コア材２６で、各移相用チャネル導波路１４が、高屈折率コア材４６ａ，４６ｂで入力用チャネル導波路１２及び出力用チャネル導波路１６が形成される。また、高屈折率コア材２６のテーパ部２６ａ，２６ｂが、各移相用チャネル導波路１４の両端部２０ａ，２０ｂとなる。さらに、高屈折率コア材４６ａ，４６ｂのテーパ部４７ａ，４７ｂが、入力用チャネル導波路１２の端部３２ａ及び各出力用チャネル導波路１６の端部３６ａとなる。

次に、図６（ｄ）に示すように、化学気相成長法により、低屈折率コア層２２ｂ及び高屈折率コア材２６，４６ａ，４６ｂ上にクラッド層２７を堆積形成する。

最後に、図６（ｅ）に示すように、低屈折率コア層２２の所定位置の部分に、クラッド層２７の表面部から石英基板１１にまで達する複数個（図６（ｅ）中では１個のみ図示）の溝１８を形成し、各溝１８に光学樹脂１９をそれぞれ充填する。これによって、本実施の形態に係る光波長合分波器５０が得られる。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

入力用チャネル導波路１２より入射した多重波長信号光は、スラブ導波路（低屈折率コア層２２）の内部を放射、伝搬され、分波信号光となる。この時、入力用チャネル導波路１２から入力された多重波長信号光が各移相用チャネル導波路１４に達するように、また、各移相用チャネル導波路１４から放射された各分波信号光が各出力用チャネル導波路１６に達するように、各導波路１２，１４，１６の形状、形成位置を予め調整しておく。

スラブ導波路２２の内部を放射、伝搬する各分波信号光は、溝１８に充填された光学樹脂１９によって、位相変化量の変動を補償され、各移相用チャネル導波路１４に入射され、その内部を伝搬する。その後、各分波信号光は、再び、スラブ導波路２２に到達し、放射される。各移相用チャネル導波路１４から放射された各分波信号光は、スラブ導波路２２を経て各波長に対応した出力用チャネル導波路１６に集光、結合される。

各導波路１２，１４，１６を伝搬する多重波長信号光又は各分波信号光の、光波長合分波器５０の厚さ方向（図６（ｅ）中では上下方向）の閉じ込めは、最下層の低屈折率コア層２２、高屈折率コア材２６，４６ａ，４６ｂ、及び最上層のクラッド層２７の屈折率差によりなされる。

また、各移相用チャネル導波路１４の両端部２０ａ，２０ｂ、入力用チャネル導波路１２の端部３２ａ、及び各出力用チャネル導波路１６の端部３６ａにおける各テーパ長さは、前実施の形態に係る光波長合分波器３０の、両端部２０ａ，２０ｂ、端部３２ａ、及び端部３６ａにおける各テーパ長さよりも十分に長く形成される。これによって、入力用チャネル導波路１２から放射された多重波長信号光および各移相用チャネル導波路１４から放射された各分波信号光が、スラブ導波路２２の部分において広範囲に拡がって放射されることがなくなる。つまり、スラブ導波路２２の部分における多重波長信号光及び各分波信号光の拡がりを、狭い範囲に制御することができる。

本実施の形態に係る光波長合分波器５０においても、前実施の形態に係る光波長合分波器３０と同様の作用効果が得られる。

また、本実施の形態に係る光波長合分波器５０においては、前実施の形態に係る光波長合分波器３０のように各スラブ導波路１３，１５を個別に形成する必要がない。つまり、低屈折率コア層２２自体を入力側及び出力側のスラブ導波路としており、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示した製造プロセスが不要である。これによって、光波長合分波器３０と比較して、更に容易な製造プロセスにより光波長合分波器５０を製造することができる。その結果、光波長合分波器３０と比較して、更に安価に、小型で、かつ、損失が小さい光波長合分波器５０を得ることができる。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。

また、本実施の形態に係る光波長合分波器１０，３０，５０の光回路１７の構造、構成は、光波長多重伝送システム及び光周波数多重伝送システムに用いられる各素子、例えばＭ×Ｎ周波数ルーティング装置、Add/Dropフィルタ等にも適用することができる。

本発明の好適な一実施の形態に係る光波長合分波器の平面図である。図１の光波長合分波器の製造方法を説明するための断面図である。本発明の他の好適な一実施の形態に係る光波長合分波器の平面図である。図３の光波長合分波器の製造方法を説明するための断面図である。本発明の別の好適な一実施の形態に係る光波長合分波器の平面図である。図５の光波長合分波器の製造方法を説明するための断面図である。従来のアレイ導波路型回折格子を用いた温度無依存型の光波長合分波器の平面図である。コア材とクラッド材の比屈折率差Δが０．８％の場合の、各溝の配置間隔と損失との関係を示す図である。コア材とクラッド材の比屈折率差Δが１．５％の場合の、各溝の配置間隔と損失との関係を示す図である。

符号の説明

１０光波長合分波器
１２入力用チャネル導波路
１３入力側スラブ導波路（スラブ導波路）
１４移相用チャネル導波路
１７光回路

Claims

少なくとも１個の入力用チャネル導波路と、その入力用チャネル導波路に接続される入力側スラブ導波路と、少なくとも１個の出力用チャネル導波路と、その出力用チャネル導波路に接続される出力側スラブ導波路と、入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路を接続する複数個の移相用チャネル導波路とを備えたアレイ導波路型の光波長合分波器において、上記各移相用チャネル導波路を、上記入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路よりも大きな屈折率を有する石英系材料で構成したことを特徴とする光波長合分波器。
少なくとも１個の入力用チャネル導波路と、その入力用チャネル導波路に接続される入力側スラブ導波路と、少なくとも１個の出力用チャネル導波路と、その出力用チャネル導波路に接続される出力側スラブ導波路と、入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路を接続する複数個の移相用チャネル導波路とを備えたアレイ導波路型の光波長合分波器において、上記入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路の形成層と上記各移相用チャネル導波路の形成層とを異層に設けると共に、各移相用チャネル導波路を、各スラブ導波路よりも大きな屈折率を有する石英系材料で構成したことを特徴とする光波長合分波器。
上記各移相用チャネル導波路の接続端部を先細状に形成し、それらの移相用チャネル導波路と上記入力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路とを接続して断熱的に光結合させた請求項１又は２記載の光波長合分波器。
上記入力側スラブ導波路に、スラブ導波路内を伝搬する光波と交差する複数個の溝を形成した請求項１から３いずれかに記載の光波長合分波器。