JP2009265419A - 光波長合分波回路 - Google Patents

Abstract

【課題】スラブ導波路に温度補償材料を挿入する構成のアサーマルＡＷＧにおいて、反射減衰量およびディレクティビティ特性を改善し、反射特性に優れた波長合分波回路を提供すること。
【解決手段】第１のスラブ導波路１０２に配置された溝は、６つの部分１０６Ａ〜１０６Ｆに分割されており、光波の進行方向に対して各溝は等幅で、かつ各溝の中心線の間隔が一定であるように配置されている。ここで各溝の中心線の間隔は６０μｍとしている。本実施形態のアサーマルＡＷＧは、アレイ導波路１０３から伝播する光波の進行方向に垂直な軸線に対して、各溝１０６Ａ〜１０６Ｆの界面のなす角度φが、全てφ＞０となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光波長合分波回路に関し、より詳細には、アレイ導波路回折格子型の光波長合分波回路に関する。

シリコン基板上に形成した石英系ガラス導波路によって構成されたプレーナ光波回路（ＰｌＣ）の研究開発が盛んに行われている。かかるＰＬＣ技術を利用した、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）は、光波長合分波を実現する回路であり、光通信用の部品として重要な役割を果たしている。

ＡＷＧは合分波される光の透過波長に温度依存性を有する。これは、ＡＷＧを構成する石英系ガラス導波路の実効屈折率が温度依存性を有する故である。そのため通常のＡＷＧにおいては、波長透過特性を一定に保持するために、温度調節装置を付加する必要があった。

ＡＷＧに付加的に必要とされた温度調節装置を省略するため、ＡＷＧの透過波長の温度依存性を低減する方法が開発されている。この方法について、特許文献１および２に開示されている。透過波長の温度依存性を低減したＡＷＧは、「温度無依存ＡＷＧ」または「アサーマルＡＷＧ」と呼ばれる。アサーマルＡＷＧは、ＡＷＧ内の各光路（アレイ導波路またはスラブ導波路）の一部分断した溝を形成し、その溝に導波路の実効屈折率の温度係数とは異なる屈折率温度係数を有する材料（以下「温度補償材料」という。）を挿入することによって実現される。温度補償材料は、アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化を相殺する。特にスラブ導波路に溝を形成する構成は、非アサーマルＡＷＧに比較して、回路面積の増大が無いという長所を有する。

図９は、スラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルＡＷＧの構成を示す平面図である。ここで、９０１は第１の入出力導波路、９０２は第１のスラブ導波路、９０３はアレイ導波路、９０４は第２のスラブ導波路、９０５は第２の入出力導波路、９０６は溝であり、溝９０６には温度補償材料が充填されている。図９（Ａ）は、第１のスラブ導波路９０２に溝を形成する場合、図９（Ｂ）は、第２のスラブ導波路９０４に溝を形成する場合、図９（Ｃ）は、両方のスラブ導波路に溝を形成する場合を示している。また図１０は図９（Ａ）のアサーマルＡＷＧのＸ−Ｘ線に沿った断面図である。ここで、９０６は同様に溝であり、９０８はシリコン基板、９０９は導波路コア、９１０はクラッドである。溝９０６は導波路コア９０９およびクラッド９１０の一部を取り除いて形成されており、導波路コア９０９を分断している。図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示す構成のアサーマルＡＷＧにおいても、溝９０６の断面の構成は図１０に示されたものと同一である。

また、各溝は複数の溝に分割されている。これは、単一の溝よりも、放射損失を低減することが可能だからである。図９（Ａ）〜（Ｃ）においてｉ番目のアレイ導波路の光路長Ｌ_iは、Ｌ_i＝Ｌ_i＋（ｉ−１）・ΔＬと表され、一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。これに応じて、各アレイ導波路を通過する光波が、溝９０６によって第１のスラブ導波路９０２および第２のスラブ導波路９０４において分断される長さＬ_i’はＬ_i’＝Ｌ_i’＋（ｉ−１）・ΔＬ’と表され、ΔＬに比例した量ΔＬ’ずつ順次長くなるような形状をしている。これらのＡＷＧにおける透過中心波長λ_oは、
λ_o＝｛ｎ_a・ΔＬ−ｎ_s・ΔＬ’＋ｎ’・ΔＬ’｝／Ｍ
と表される。ここで、ｎ_aはアレイ導波路の実効屈折率、ｎ_sはスラブ導波路の実効屈折率、ｎ’は温度補償材料の屈折率であり、ＭはＡＷＧの回折次数である。このとき、ｎ’はｎ_sに近く、溝における光波の屈折角は十分小さいと仮定している。アサーマルＡＷＧではΔＬ’／（ΔＬ−ΔＬ’）＝−α／α’すなわちΔＬ’＝ΔＬ／（１−α’／α）と設計されており、透過中心波長の温度依存性が補償されている。ここでαはアレイ導波路およびスラブ導波路の実効屈折率温度係数（α＝ｄｎ_a／ｄＴ＝ｄｎ_s／ｄＴ）、α’は温度補償材料の屈折率温度係数（α’＝ｄｎ’／ｄＴ）である。

温度補償材料としては、特にα’がαと異符号であり、かつ｜α’｜が｜α｜に比較して十分大きいような材料が好ましい。このような条件の材料としては、例えば光学樹脂であるシリコーン樹脂があり、α’〜−３５×αである。

国際公開第ＷＯ９８／３６２９９号パンフレット 特許第３４９８６５０号公報

波長合分波回路を実際の伝送システムにおいて動作させる場合には、その透過特性が所定の仕様を満たすとともに、回路における反射を所定レベル以下に抑える必要がある。これは、波長合分波回路に隣接して設置される光送信器や光増幅器に反射光が進入することで、それら装置の動作が不安定になることを防ぐためである。波長合分波回路において、ある入出力導波路から光波を入力した場合に、回路内の反射によって自らの導波路に戻る光波パワーの割合は「反射減衰量」と呼ばれ、他の並列する入出力導波路に出力する光波パワーの割合は「ディレクティビティ」と称される。一般的なＷＤＭ伝送システムにおいては反射減衰量、ディレクティビティともに４０ないし４５ｄＢの減衰が必要とされる。しかしながら、従来のアサーマルＡＷＧにおいては、これら反射減衰量、ディレクティビティの要求仕様を満足できない場合があった。

図１１は、ＡＷＧを構成する石英系ガラス導波路の実効屈折率の温度依存性、および温度補償材料の屈折率の温度依存性を示すグラフである。ここで導波路は比屈折率差（Δ）１．５％、コア厚４．５μｍのスラブ導波路、温度補償材料は屈折率が石英系ガラスに近く（室温付近で１．４程度）、屈折率の温度係数が石英系ガラスの約−３５倍であるシリコーン樹脂を用いている。図１２は、図１１の導波路および光学樹脂の境界面にて生じるフレネル反射の計算結果を示したグラフである。両者の屈折率差につれて、より反射量が増大する傾向にある。図９（Ａ）〜（Ｃ）の従来のアサーマルＡＷＧにおいて、シリコーン樹脂が充填された溝とスラブ導波路との界面においては、アサーマルＡＷＧを−４０〜８０℃の広い温度範囲で使用する場合には、最大−３１ｄＢのフレネル反射が生じる。

ここで図９（Ａ）にあるように、第１のスラブ導波路９０２に溝９０６を形成したアサーマルＡＷＧの反射特性について、具体的に考察する。アサーマルＡＷＧはΔ１．５％、コア幅×コア厚４．５μｍ×４．５μｍの導波路によって作製された、波長チャネル数４０、波長チャネル間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）の設計であるとする。このときアレイ導波路９０３の本数は１５０本であり、ΔＬは約３０μｍで、ΔＬ’は１μｍである。また溝９０６は複数の溝部分に分割している。これは、分割した各溝においてそれぞれ放射される光波が干渉し、全体として放射損失を抑制する効果があるためである。ここでこのアサーマルＡＷＧの第２の入出力導波路９０５のあるポートから入力した光波が、自ポートまたは他の波長チャネルのポートに戻る反射の主経路は、第２のスラブ導波路９０４、アレイ導波路９０３を経て第１のスラブ導波路９０２に達し、分割された溝の各界面においてフレネル反射を生じ、再度アレイ導波路９０３に結合し、第２のスラブ導波路９０４を経て第２の入出力導波路９０５に到達するものである。上述のように、アサーマルＡＷＧを−４０〜８０℃の広い温度範囲で使用する場合には、溝の各界面において最大−３１ｄＢのフレネル反射が生じるため、他の経路上の損失を４ｄＢ程度と勘案しても、およそ最大３５ｄＢの反射減衰量、またはディレクティビティ特性となる。

従来のアサーマルＡＷＧにおけるこのような反射特性は、場合によっては伝送システム内の光送信器や光増幅器の動作を不安定にするため、伝送システムの設計に大きな制約を与える可能性があった。それゆえアサーマルＡＷＧにおいては、その反射減衰量、およびディレクティビティ特性の改善が望まれてきた。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スラブ導波路に温度補償材料を挿入する構成のアサーマルＡＷＧにおいて、反射減衰量およびディレクティビティ特性を改善し、反射特性に優れた波長合分波回路を提供することにある。

本発明では、温度補償材料とスラブ導波路との界面で反射した光波が、再度アレイ導波路に結合する際の結合効率に着目した。スラブ導波路を伝播する平面波は、ある結合効率でチャネル導波路である各アレイ導波路に結合する。図１３は、図９（Ａ）のアサーマルＡＷＧにおける第１のスラブ導波路９０２とアレイ導波路９０３との接続部分を拡大した図である。また図１４は、このスラブ導波路を伝播する平面波のアレイ導波路への結合効率と、平面波の傾きθとの関係性を示したグラフである。ここで、導波路はΔ１．５％、コア厚４．５μｍである。隣接するアレイ導波路の間隔は９μｍ、スラブ導波路との接続部のコア幅は７μｍとし、テーパ導波路によってコア幅４．５μｍに変換されているとする。平面波がアレイ導波路に対して傾いているほど結合効率は劣化することが分かる。よって、上述の反射した光波がアレイ導波路に対して傾いていれば、アレイ導波路へ結合が抑制され、結果として反射減衰量およびディレクティビティが改善すると考えられる。

図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、図９（Ａ）にあるように、第１のスラブ導波路９０２に溝９０６を形成した従来のアサーマルＡＷＧにおいて、複数に分割した溝の配置方法について、３つの例を示したものである。ここで溝は６つの部分９０６Ａ〜９０６Ｆに分割されているとする。図１５（Ａ）は光波の進行方向に対して各溝が等幅で、かつ各溝の中心線の間隔が一定であるように配置する方法であり、特許文献２に開示されている配置方法である。ここで各溝の中心線の間隔は６０μｍとしている。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）と同様に各溝は等幅で、各溝の間に残された導波路の幅が一定であるように配置する方法で、図１５（Ａ）の配置より、干渉による放射損失の抑制効果がより顕著な配置と考えられている。ここで各溝の間に残された導波路の幅は３０μｍとしている。図１５（Ｃ）は、図１５（Ｂ）と同様に各溝の間に残された導波路の幅が一定で、端に位置する溝ほど溝幅が狭くなるよう配置する方法で、干渉の効果が小さい端の溝では比較的放射を小さくすることで、図１５（Ｂ）の配置より、さらに放射損失を低減できる配置であると考えられている。ここで各溝の間に残された導波路の幅は３０μｍとし、６つの溝幅の比率は１：１．５：２：２：１．５：１としている。また図１５（Ａ）〜（Ｃ）の配置方法においては、溝９０６は第１のスラブ導波路９０２の中央付近に配置されているとする。

図１６（Ａ）〜１６（Ｃ）は、図１５（Ａ）〜（Ｃ）の配置における溝９０６Ａ〜９０６Ｆの各界面の、アレイ導波路９０３から伝播する光波に対する傾きφをそれぞれ示したものである。ここで傾きφは、図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、光波の進行方向に垂直な軸線に対する角度であり、アレイ導波路９０３側に傾いていればφ＞０、第１の入出力導波路９０１側に傾いていればφ＜０としている。また各界面は、該当する溝の第１の入出力導波路９０１側の界面を（１）、アレイ導波路９０３側の界面を（２）と表している。図１６（Ａ）〜１６（Ｂ）には、各界面で反射した光波が再度アレイ導波路９０３に結合する際の結合効率についても併せて示している。ここで傾きφの溝界面で反射した光波は、アレイ導波路９０３に対してθ＝｜２φ｜傾いて入射する平面波と考えられるので、図１４の結果から結合効率を導いている。図１５（Ａ）の配置においては、全ての溝界面から反射する光波のアレイ導波路への結合効率が６６％と大きく、図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）の配置においては、一部結合効率の小さい界面もあるが、溝９０６Ｃの界面（２）と溝９０６Ｄの界面（１）においては、結合効率が７６％と大きい。このように従来のアサーマルＡＷＧにおいては、少なくとも一部の溝界面において反射した光波のアレイ導波路への結合効率が大きい。これは、溝配置の特性上φの最大最小の差が大きくなることは無く、かつφが０度を跨いで正負に分布しているためである。また図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）のように比較的広い範囲で各界面のφが分布している場合でも、アサーマルＡＷＧの反射減衰量およびディレクティビティ特性を決定づけるのは、最もアレイ導波路への結合効率が高い、すなわち最も｜φ｜の小さい界面で反射する光波である。したがって、アサーマルＡＷＧの反射特性を改善するためには、反射が生じる全ての界面に対しての｜φ｜が大きな値になるようにすることが効果的であると考えられる。

以上の考察を踏まえ、請求項１に記載の発明は、予め定めた光路長差で順次長くなる導波路を有するアレイ導波路と、前記アレイ導波路の両端部に接続された第１のスラブ導波路および第２のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された第１の入出力導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された第２の入出力導波路とを備えるアレイ導波路回折格子型の波長合分波回路であって、前記第１のスラブ導波路および前記第２のスラブ導波路の少なくとも一方に、前記アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化を相殺する温度補償材料が、光波の進行方向に交差して配置され、前記温度補償材料が配置されたスラブ導波路面内において、前記温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜していることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、予め定めた光路長差で順次長くなる導波路を有するアレイ導波路と、前記アレイ導波路の両端部に接続される第１のスラブ導波路および第２のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続される第１の入出力導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続される第２の入出力導波路とを備えるアレイ導波路回折格子型の波長合分波回路であって、前記第１のスラブ導波路および前記第２のスラブ導波路の少なくとも一方に、光波の進行方向に交差して導波路を分断する溝が配置され、前記溝には、前記溝が配置されたスラブ導波路の実効屈折率の温度係数とは異なる屈折率温度係数を有する温度補償材料が充填されて、前記アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化が相殺され、前記溝が配置されたスラブ導波路面内において、前記溝の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜していることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記溝は、光波の進行方向に配列された複数の溝から構成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３において、前記アレイ導波路、前記第１のスラブ導波路および前記第２のスラブ導波路、ならびに前記第１の入出力導波路および前記第２の入出力導波路は、石英系ガラスで構成され、前記溝に充填された温度補償材料は、光学樹脂であることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかにおいて、前記有限角度傾斜は、４度以上であることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記有限角度傾斜は、６度以上であることを特徴とする。

本発明によれば、スラブ導波路に配置された温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して全て同じ向きに有限角度傾斜していることにより、アサーマルＡＷＧ型の光波長合分波回路において、反射減衰量およびディレクティビティを改善し、反射特性に優れた波長合分波回路を実現することができる。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施形態に係るアサーマルＡＷＧ型の光波長合分波回路について図１〜４を参照して説明する。図１は、回路の構成を示した平面図である。ここで、１０１は第１の入出力導波路、１０２は第１のスラブ導波路、１０３はアレイ導波路、１０４は第２のスラブ導波路、１０５は第２の入出力導波路、１０６は第１のスラブ導波路１０２上に形成された溝であり、温度補償材料としてシリコーン樹脂が充填されている。アレイ導波路１０３のｉ番目の導波路の光路長Ｌ_iは、Ｌ_i＝Ｌ_i＋（ｉ−１）・ΔＬと表され、一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。これに応じて、各アレイ導波路を通過する光波が、溝１０６によって第１のスラブ導波路１０２において分断される長さＬ_i’はＬ_i’＝Ｌ_i’＋（ｉ−１）・ΔＬ’と表され、ΔＬに比例した量ΔＬ’ずつ順次長くなるような形状をしている。各導波路は、比屈折率差１．５％、コア厚４．５μｍの石英系ガラス導波路であり、入出力導波路１０１、１０５、およびアレイ導波路１０３のコア幅は４．５μｍである。回路は波長チャネル数４０、波長チャネル間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）の特性を有し、アレイ導波路の本数は１５０本、ΔＬは約３０μｍ、ΔＬ’は約１μｍである。

図２は、図１における第１のスラブ導波路１０２とその近傍を拡大して示す平面図である。本実施形態において、溝は６つの部分１０６Ａ〜１０６Ｆに分割されており、光波の進行方向に対して各溝は等幅で、かつ各溝の中心線の間隔が一定であるように配置されている。ここで各溝の中心線の間隔は６０μｍとしている。本実施形態のアサーマルＡＷＧは、アレイ導波路１０３から伝播する光波の進行方向に垂直な軸線に対して、各溝１０６Ａ〜１０６Ｆの界面のなす角度φが、全てφ＞０となっていることを特徴とする。換言すると、温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜している。

ここで、本実施例のアサーマルＡＷＧの反射特性を決定付けるのは、上述の角度の絶対値｜φ｜が最小となる溝界面での反射である。この最小値を｜φ｜ｍｉｎと表す。図３は、｜φ｜ｍｉｎ＝４度となるように設計した場合の、各溝界面のφの分布を示したものである。ここで各溝界面は、該当する溝の第１の入出力導波路１０１側の界面を（１）、アレイ導波路１０３側の界面を（２）と表している。図３より、全ての界面においてφ＞４度となっていることが分かる。図４は、｜φ｜ｍｉｎ＝０、４、５、６度における、当該溝界面で反射した光波のアレイ導波路１０３への結合効率を示す。また図４には、同条件での、アサーマルＡＷＧの反射減衰量またはディレクティビティも併せて示している。これら反射特性においては、当該溝界面でのフレネル反射量は−３１ｄＢであるとし、第１のスラブ導波路１０２、アレイ導波路１０３、第２のスラブ導波路１０４、第２の入出力導波路１０５を各１回通過する光波の損失は２ｄＢであるとした。またここで、｜φ｜ｍｉｎ＝０度の場合は従来のアサーマルＡＷＧの構成に相当し、｜φ｜ｍｉｎ＝４、５、６度の場合が本発明の構成例である。図４より、従来構成においては、反射減衰量またはディレクティビティが３６ｄＢであるのに対し、本発明においては、角度φが全てφ＞０、すなわち｜φ｜ｍｉｎ＞０であることにより、反射減衰量またはディレクティビティが改善する。例えば｜φ｜ｍｉｎ＝４度では４３ｄＢ、｜φ｜ｍｉｎ＝５度では５１ｄＢ、｜φ｜ｍｉｎ＝６度では６３ｄＢである。よって本発明により、反射特性に優れたアサーマルＡＷＧが実現され、ＷＤＭ伝送システムで要求される反射特性仕様を満足する光波長合分波回路を提供することが可能である。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施形態に係るアサーマルＡＷＧ型の光波長合分波回路について説明する。本実施形態のアサーマルＡＷＧの構成は、図１と同様である。アレイ導波路１０３は一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されており、これに応じて、各アレイ導波路を通過する光波が、溝１０６によって分断される長さが、ΔＬに比例した量ΔＬ’ずつ順次長くなるような形状をしている。各導波路は比屈折率差１．５％、コア厚４．５μｍの石英系ガラス導波路であり、入出力導波路およびアレイ導波路のコア幅は４．５μｍである。回路は波長チャネル数４０、波長チャネル間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）の特性を有し、アレイ導波路の本数は１５０本、ΔＬは約３０μｍ、ΔＬ’は約１μｍである。

図５は第２の実施形態における第１のスラブ導波路１０２とその近傍を拡大して示す平面図である。本実施形態において、溝は６つの部分１０６Ａ〜１０６Ｆに分割されており、光波の進行方向に対して各溝は等幅で、かつ各溝の間に残された導波路の幅が一定であるように配置されている。ここで各溝の間に残された導波路の幅は３０μｍとしている。本実施例のアサーマルＡＷＧは、アレイ導波路１０３から伝播する光波の進行方向に垂直な軸線に対して、各溝１０６Ａ〜１０６Ｆの界面のなす角度φが、全てφ＞０となっていることを特徴とする。

ここで、上述した角度φの絶対値の最小値｜φ｜ｍｉｎと表す。図６は、｜φ｜ｍｉｎ＝４度となるように設計した場合の、各溝界面のφの分布を示したものである。溝１０６Ａの（１）界面において、｜φ｜＝｜φ｜ｍｉｎとなっており、全ての界面においてφ＞４度となっているのが分かる。本実施形態における、｜φ｜ｍｉｎ＝０、４、５、６度の場合の、当該溝界面で反射した光波のアレイ導波路１０３への結合効率、および、同条件での、アサーマルＡＷＧの反射減衰量またはディレクティビティは、図４と全く同様である。ただし、当該溝界面でのフレネル反射量は−３１ｄＢであるとし、第１のスラブ導波路１０２、アレイ導波路１０３、第２のスラブ導波路１０４、第２の入出力導波路１０５を各１回通過する光波長の損失は２ｄＢであるとした。図４より、従来構成においては、反射減衰量またはディレクティビティが３６ｄＢであるのに対し、本発明においては、角度φが全てφ＞０，すなわち｜φ｜ｍｉｎ＞０であることにより、反射減衰量またはディレクティビティが改善する。例えば｜φ｜ｍｉｎ＝４度では４３ｄＢ、｜φ｜ｍｉｎ＝５度では５１ｄＢ、｜φ｜ｍｉｎ＝６度では６３ｄＢである。よって本発明により、反射特性に優れたアサーマルＡＷＧが実現され、ＷＤＭ伝送システムで要求される反射特性仕様を満足する光波長合分波回路を提供することが可能である。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施形態に係るアサーマルＡＷＧ型の光波長合分波回路について説明する。本実施形態のアサーマルＡＷＧの構成は、図１と同様である。アレイ導波路１０３は一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されており、これに応じて、各アレイ導波路を通過する光波が、溝１０６によって分断される長さが、ΔＬに比例した量ΔＬ’ずつ順次長くなるような形状をしている。各導波路は、比屈折率差１．５％、コア厚４．５μｍの石英系ガラス導波路であり、入出力導波路およびアレイ導波路のコア幅は４．５μｍである。回路は波長チャネル数４０、波長チャネル間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）の特性を有し、アレイ導波路の本数は１５０本、ΔＬは約３０μｍ、ΔＬ’は約１μｍである。

図７は、第３の実施形態における第１のスラブ導波路１０２とその近傍を拡大して示す平面図である。本実施形態において、溝は６つの部分１０６Ａ〜１０６Ｆに分割されており、各溝の間に残された導波路の幅が一定で、端に位置する溝ほど溝幅が狭くなるよう配置されている。ここで各溝の間に残された導波路の幅は３０μｍとしている。本実施形態のアサーマルＡＷＧは、アレイ導波路１０３から伝播する光波の進行方向に垂直な軸線に対して、各溝１０６Ａ〜１０６Ｆの界面のなす角度φが、全てφ＞０となっていることを特徴とする。

ここで、前記角度φの絶対値の最小値を｜φ｜ｍｉｎと表す。図８は、｜φ｜ｍｉｎ＝４度となるように設計した場合の、各溝界面のφの分布を示したものである。溝１０６Ａの（１）界面において、｜φ｜＝｜φ｜ｍｉｎとなっており、全ての界面においてφ＞４度となっているのが分かる。本実施形態における、｜φ｜ｍｉｎ＝０、４、５、６度の場合の、当該溝界面で反射した光波のアレイ導波路１０３への結合効率、および、同条件での、アサーマルＡＷＧの反射減衰量またはディレクティビティは、図４と全く同様である。ただし、当該溝界面でのフレネル反射量は−３１ｄＢであるとし、第１のスラブ導波路１０２、アレイ導波路１０３、第２のスラブ導波路１０４、第２の入出力導波路１０５を各１回通過する光波長の損失は２ｄＢであるとした。図４より、従来構成においては、反射減衰量またはディレクティビティが３６ｄＢであるのに対し、本発明においては、角度φが全てφ＞０、すなわち｜φ｜ｍｉｎ＞０であることにより、反射減衰量またはディレクティビティが改善する。例えば｜φ｜ｍｉｎ＝４度では４３ｄＢ、｜φ｜ｍｉｎ＝５度では５１ｄＢ、｜φ｜ｍｉｎ＝６度では６３ｄＢである。よって本発明により反射特性に優れたアサーマルＡＷＧが実現され、ＷＤＭ伝送システムで要求される反射特性仕様を満足する光波長合分波回路を提供することが可能である。

［まとめ］
以上３つの実施形態から、本発明の光波長合分波回路では、従来例に比較して、反射減衰量またはディレクティビティが改善することが確認された。この結果本発明により、反射特性に優れた波長合分波回路を得ることが可能である。

また、本発明においては、各溝界面の傾斜角φに関して、その絶対値の最小値｜φ｜ｍｉｎが、特に４度以上であることが好ましい。これは｜φ｜≧４度であれば、反射した光波のアレイ導波路との結合損失が１０ｄＢ以上となり、光波長合分波回路の反射減衰量およびディレクティビティは、溝界面での反射量減衰量より少なくとも１０ｄＢは良いはずであるから、大抵の反射特性仕様を満足できると考えられるためである。しかし極めて優れた反射特性仕様が要求される場合に関しては、｜φ｜ｍｉｎが、特に６度以上であることが更に好ましい。これは｜φ｜≧６度であれば、反射した光波のアレイ導波路との結合損失が３０ｄＢ以上となり、光波長合分波回路の反射減衰量およびディレクティビティは、溝界面での反射量減衰量より少なくとも３０ｄＢは良いはずであるから、極めて優れた反射特性が得られると考えられるためである。

一方｜φ｜ｍｉｎは、特に３０度以下であることが好ましい。｜φ｜≦３０度であれば、反射した光波のアレイ導波路との結合損失は５０ｄＢ以上であり、光波長合分波回路の反射特性は十分に良好である。また必要以上に｜φ｜ｍｉｎを大きく設計すると、光波長合分波回路の透過特性が劣化する可能性があるためである。

全ての実施形態では、第１のスラブ導波路に溝を形成し温度補償材料を充填する構成を示したが、本発明の適用範囲は、この構成に限定されるものではなく、溝を第２のスラブ導波路に形成する構成、および第１および第２のスラブ導波路の両方に形成する構成においても、同様に効果を得ることができる。

全ての実施形態では、導波路の比屈折率差、コア幅及びコア厚を特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、この値に限定されるものではない。

全ての実施形態では、ＡＷＧの設計パラメータを特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、このパラメータに限定されるものではない。

全ての実施形態では、溝の分割数を特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、この数に限定されるものではない。

全ての実施形態では、全ての溝界面においてφ＞０の場合を示したが、本発明の適用範囲はこの条件に限定されるものではなく、全ての溝界面においてφ＜０の場合であっても、同様に効果を得ることができる。温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して全て同じ向きに有限角度傾斜していればよい。

全ての実施形態では、温度補償材料としてシリコーン樹脂を使用したが、本発明の適用範囲は、この材料に限定されるものではなく、導波路の実効屈折率温度依存性と異なる屈折率温度依存性を有する材料を適用したアサーマルＡＷＧにおいて、同様に効果を得ることができる。温度補償材料として、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の光学樹脂の使用が考えられる。

全ての実施形態では、スラブ導波路上に形成した溝に、温度補償材料を充填する形態を示したが、本発明の適用範囲は、この形態に限定されるものではなく、スラブ導波路を分断して、温度補償材料を間に挿入する形態の全てのアサーマルＡＷＧにおいて、同様に効果を得ることができる。

本発明の第１、第２および第３の実施形態に係る光波長合分波回路の構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路において、図１の溝１０６とその近傍を拡大して示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路において、｜φ｜ｍｉｎ＝４度の場合の、各溝界面におけるφの分布を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路において、｜φ｜ｍｉｎ＝０、４、５、６度の場合の、溝界面で反射した光波のアレイ導波路１０３への結合効率、および、同条件での回路の反射減衰量またはディレクティビティを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光波長合分波回路において、図１の溝１０６とその近傍を拡大して示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光波長合分波回路において、｜φ｜ｍｉｎ＝４度の場合の、各溝界面におけるφの分布を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光波長合分波回路において、図１の溝１０６とその近傍を拡大して示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光波長合分波回路において、｜φ｜ｍｉｎ＝４度の場合の、各溝界面におけるφの分布を示す図である。 （Ａ）は、従来技術における、第１のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルＡＷＧの構成を示す平面図であり、（Ｂ）は、第２のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルＡＷＧの構成を示す平面図であり、（Ｃ）は、両方のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルＡＷＧの構成を示す平面図である。 図９（Ａ）のアサーマルＡＷＧのＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 ＡＷＧを構成する石英系ガラス導波路の実効屈折率の温度依存性、および温度補償材料の屈折率の温度依存性を示す図である。 図１１の導波路と光学樹脂の境界面にて生じるフレネル反射の計算結果を示す図である。 図９（Ａ）のアサーマルＡＷＧにおける第１のスラブ導波路９０２とアレイ導波路９０３との接続部分を拡大した図である。 スラブ導波路を伝播する平面波のアレイ導波路への結合効率と、平面波の傾きθとの関係性を示す図である。 （Ａ）は、従来技術における、第１のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルＡＷＧにおいて、光波の進行方向に対して各溝が等幅で、かつ各溝の中心線の間隔が一定であるように、複数に分割した溝を配置したものを示す図であり、（Ｂ）は、従来技術における、第１のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルＡＷＧにおいて、各溝は等幅で、各溝の間に残された導波路の幅が一定であるように、複数に分割した溝を配置したものを示す図であり、（Ｃ）は、従来技術における、第１のスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルＡＷＧにおいて、各溝の間に残された導波路の幅が一定で、端に位置する溝ほど溝幅が狭くなるように、複数に分割した溝を配置したものを示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１５（Ａ）〜（Ｃ）の配置における溝９０６Ａ〜９０６Ｆの各界面の、アレイ導波路９０３から伝播する光波に対する傾きφ、および、各界面で反射した光波が再度アレイ導波路９０３に結合する際の結合効率をそれぞれ示した図である。

符号の説明

１０７、９０７ 波長合分波回路
１０１、９０１ 第１の入出力導波路
１０２、９０２ 第１のスラブ導波路
１０３、９０３ アレイ導波路
１０４、９０４ 第２のスラブ導波路
１０５、９０５ 第２の入出力導波路
１０６、９０６ 溝
９０８ シリコン基板
９０９ 導波路コア
９１０ クラッド

Claims (6)

1. 予め定めた光路長差で順次長くなる導波路を有するアレイ導波路と、
   前記アレイ導波路の両端部に接続された第１のスラブ導波路および第２のスラブ導波路と、
   前記第１のスラブ導波路に接続された第１の入出力導波路と、
   前記第２のスラブ導波路に接続された第２の入出力導波路と
   を備えるアレイ導波路回折格子型の波長合分波回路であって、
   前記第１のスラブ導波路および前記第２のスラブ導波路の少なくとも一方に、前記アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化を相殺する温度補償材料が、光波の進行方向に交差して配置され、
   前記温度補償材料が配置されたスラブ導波路面内において、前記温度補償材料の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜している
   ことを特徴とする光波長合分波回路。
2. 予め定めた光路長差で順次長くなる導波路を有するアレイ導波路と、
   前記アレイ導波路の両端部に接続される第１のスラブ導波路および第２のスラブ導波路と、
   前記第１のスラブ導波路に接続される第１の入出力導波路と、
   前記第２のスラブ導波路に接続される第２の入出力導波路と
   を備えるアレイ導波路回折格子型の波長合分波回路であって、
   前記第１のスラブ導波路および前記第２のスラブ導波路の少なくとも一方に、光波の進行方向に交差して導波路を分断する溝が配置され、
   前記溝には、前記溝が配置されたスラブ導波路の実効屈折率の温度係数とは異なる屈折率温度係数を有する温度補償材料が充填されて、前記アレイ導波路において温度変化によって生ずる光路長差変化が相殺され、
   前記溝が配置されたスラブ導波路面内において、前記溝の境界線が、光波の進行方向に垂直な軸線に対して、全て同じ向きに有限角度傾斜している
   ことを特徴とする光波長合分波回路。
3. 前記溝は、光波の進行方向に配列された複数の溝から構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光波長合分波回路。
4. 前記アレイ導波路、前記第１のスラブ導波路および前記第２のスラブ導波路、ならびに前記第１の入出力導波路および前記第２の入出力導波路は、石英系ガラスで構成され、
   前記溝に充填された温度補償材料は、光学樹脂である
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の光波長合分波回路。
5. 前記有限角度傾斜は、４度以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光波長合分波回路。
6. 前記有限角度傾斜は、６度以上であることを特徴とする請求項５に記載の光波長合分波回路。

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