JP4316088B2

JP4316088B2 - アレイ導波路型回折格子

Info

Publication number: JP4316088B2
Application number: JP2000026142A
Authority: JP
Inventors: 一孝奈良; 一久柏原
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: JP2001215348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば波長多重光通信において光合分波器として用いられるアレイ導波路型回折格子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信においては、その伝送容量を飛躍的に増加させる方法として、光波長多重通信の研究開発が盛んに行なわれ、実用化が進みつつある。光波長多重通信は、例えば互いに異なる波長を有する複数の光を多重して伝送させるものであり、このような光波長多重通信のシステムにおいては、伝送される多重光から、光受信側で波長ごとの光を取り出すために、予め定められた波長の光のみを透過する光透過デバイス等を、システム内に設けることが不可欠である。
【０００３】
光透過デバイスの一例として、図９に示すような平板光導波路回路（ＰＬＣ；ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）のアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ；ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）がある。アレイ導波路型回折格子は、シリコンなどの基板１上に、同図に示すような導波路構成を石英系ガラス等のコアにより形成したものである。
【０００４】
アレイ導波路型回折格子の導波路構成は、１本以上の並設された光入力導波路２の出射側に、第１のスラブ導波路３が接続され、第１のスラブ導波路３の出射側には複数の並設されたアレイ導波路４が接続され、アレイ導波路４の出射側には第２のスラブ導波路５が接続され、第２のスラブ導波路５の出射側には複数の並設された光出力導波路６が接続されて形成されている。
【０００５】
前記アレイ導波路４は、第１のスラブ導波路３から導出された光を伝搬するものであり、互いに異なる長さに形成され、隣り合うアレイ導波路４の長さは互いにΔＬ異なっている。なお、光入力導波路２や光出力導波路６は、例えばアレイ導波路型回折格子によって分波あるいは合波される互いに異なる波長の信号光の数に対応させて設けられるものであり、アレイ導波路４は、通常、例えば１００本といったように多数設けられるが、同図においては、図の簡略化のために、これらの光入力導波路２、アレイ導波路４、光出力導波路６の各々の本数を簡略的に示してある。
【０００６】
光入力導波路２には、例えば送信側の光ファイバ（図示せず）が接続されて、波長多重光が導入されるようになっており、光入力導波路２を通って第１のスラブ導波路３に導入された光は、その回折効果によって広がって各アレイ導波路４に入射し、アレイ導波路４を伝搬する。
【０００７】
このアレイ導波路４を伝搬した光は、第２のスラブ導波路５に達し、さらに、光出力導波路６に集光されて出力されるが、全てのアレイ導波路４の長さが互いに異なることから、アレイ導波路４を伝搬した後に個々の光の位相にずれが生じ、このずれ量に応じて集束光の波面が傾き、この傾き角度により集光する位置が決まる。
【０００８】
そのため、波長の異なった光の集光位置は互いに異なることになり、その位置に光出力導波路６を形成することによって、波長の異なった光（分波光）を各波長ごとに異なる光出力導波路６から出力できる。
【０００９】
すなわち、アレイ導波路型回折格子は、光入力導波路２から入力される互いに異なる複数の波長をもった多重光から１つ以上の波長の光を分波して各光出力導波路６から出力する光分波機能を有しており、分波される光の中心波長は、アレイ導波路４の長さの差（ΔＬ）及びアレイ導波路４の実効屈折率ｎ_ｃに比例する。
【００１０】
アレイ導波路型回折格子は、上記のような特性を有するために、アレイ導波路型回折格子を波長多重伝送用の波長多重分波器として用いることができ、例えば図９に示すように、１本の光入力導波路２から波長λ１，λ２，λ３，・・・λｎ（ｎは２以上の整数）の波長多重光を入力させると、これらの各波長の光は、第１のスラブ導波路３で広げられ、アレイ導波路４に到達し、第２のスラブ導波路５を通って、前記の如く、波長によって異なる位置に集光され、互いに異なる光出力導波路６に入射し、それぞれの光出力導波路６を通って、光出力導波路６の出射端から出力される。
【００１１】
そして、各光出力導波路６の出射端に光出力用の光ファイバ（図示せず）を接続することにより、この光ファイバを介して、前記各波長の光が取り出される。なお、各光出力導波路６や前述の光入力導波路２に光ファイバを接続するときには、例えば光ファイバを１次元アレイ状に配列固定した光ファイバアレイを用意し、この光ファイバアレイを光出力導波路６や光入力導波路２の接続端面側に固定して光ファイバと光出力導波路６及び光入力導波路２を接続する。
【００１２】
上記アレイ導波路型回折格子において、各光出力導波路６から出力される光の光透過特性（アレイ導波路型回折格子の透過光強度の波長特性）は、各光透過中心波長（例えばλ１，λ２，λ３，・・・λｎ）を中心とし、それぞれの対応する光透過中心波長から波長がずれるにしたがって光透過率が小さくなる光透過特性を示す。
【００１３】
また、アレイ導波路型回折格子は、光の相反性（可逆性）の原理を利用しているため、光分波器としての機能と共に、光合波器としての機能も有している。すなわち、図９とは逆に、互いに異なる複数の波長の光をそれぞれの波長ごとにそれぞれの光出力導波路６から入射させると、これらの光は、上記と逆の伝搬経路を通り、アレイ導波路４によって合波され、１本の光入力導波路２から出射される。
【００１４】
このようなアレイ導波路型回折格子においては、前記の如く、回折格子の波長分解能が回折格子を構成するアレイ導波路４の長さの差（ΔＬ）に比例するために、ΔＬを大きく設計することにより、従来の回折格子では実現できなかった波長間隔の狭い波長多重光の光合分波が可能となり、高密度の光波長多重通信の実現に必要とされている、複数の信号光の光合分波機能、すなわち、波長間隔が１ｎｍ以下の複数の光信号を分波または合波する機能を果たすことができる。
【００１５】
上記のようなアレイ導波路型回折格子を作製するときには、例えば、まず、火炎加水分解堆積法を用いて、シリコン基板上にアンダークラッド膜、コア膜を順に形成し、その後、アレイ導波路回折格子の導波路構成が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法を用い、コア膜にアレイ導波路回折格子パターンを転写する。その後、再度、火炎加水分解堆積法を用いてオーバークラッド膜を形成することにより、アレイ導波路回折格子が作製される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のアレイ導波路型回折格子は、元来、石英系ガラス材料を主とするために、この石英系ガラス材料の温度依存性に起因してアレイ導波路型回折格子の前記光透過中心波長が温度に依存してシフトする。この温度依存性は、１つの光出力導波路６からそれぞれ出力される光の透過中心波長をλ、前記アレイ導波路４を形成するコアの等価屈折率をｎ_c、基板（例えばシリコン基板）１の熱膨張係数をα_s、アレイ導波路型回折格子の温度変化量をＴとしたときに、（数１）により示されるものである。
【００１７】
【数１】

【００１８】
ここで、従来の一般的なアレイ導波路型回折格子において、（数１）から前記光透過中心波長の温度依存性を求めてみる。従来の一般的なアレイ導波路型回折格子においては、ｄｎ_ｃ／ｄＴ＝１×１０^−５（℃^−１）、α_ｓ＝３．０×１０^−６（℃^−１）、ｎ_ｃ＝１．４５１（波長１．５５μｍにおける値）であるから、これらの値を（数１）に代入する。
【００１９】
また、波長λは、各光出力導波路６についてそれぞれ異なるが、各波長λの温度依存性は等しい。そして、現在用いられているアレイ導波路型回折格子は、波長１５５０ｎｍを中心とする波長帯の波長多重光を分波したり合波したりするために用いられることが多いので、ここでは、λ＝１５５０ｎｍを（数１）に代入する。そうすると、従来の一般的なアレイ導波路型回折格子の前記光透過中心波長の温度依存性は、（数２）に示す値となる。
【００２０】
【数２】

【００２１】
なお、ｄλ／ｄＴの単位は、ｎｍ／℃である。例えばアレイ導波路型回折格子の使用環境温度が２０℃変化したとすると、各光出力導波路６から出力される光透過中心波長は０．３０ｎｍシフトするものであり、前記使用環境温度変化が７０℃以上になると、前記光透過中心波長のシフト量が１ｎｍ以上になってしまう。
【００２２】
アレイ導波路型回折格子は１ｎｍ以下の非常に狭い間隔で波長を分波または合波できることが特徴であり、この特長を生かして波長多重光通信用に適用されるものであるため、上記のように、使用環境温度変化によって光透過中心波長が上記シフト量だけ変化することは致命的である。
【００２３】
そこで、従来から温度により光透過中心波長が変化しないように、図９に示したように、サーミスタ３１の検出温度に基づき、アレイ導波路型回折格子の温度を一定に保つペルチェ素子３０等の温度調節手段を設けたアレイ導波路型回折格子が提案されているが、上記温度調節手段を用いてアレイ導波路型回折格子の温度を一定に保つためには、ペルチェ素子等に例えば１Ｗといった通電を常時行なわなければならず、コストがかかり、しかも、ペルチェ素子やその制御機構を形成する部品の組立ずれ等に起因して、光透過中心波長シフトを正確に抑制できないことがあった。
【００２４】
そこで、上記課題を解決するために、本発明者は、図７に示すような構成のアレイ導波路型回折格子を提案した（特願平１１−２７０２０１号、特願２０００−０２１５３３に提案されているものであり、未だ公開になっていない）。
【００２５】
同図に示すアレイ導波路回折格子は、基板１上に石英系ガラスによって形成された導波路形成領域１０を形成している。導波路形成領域１０には従来例と同様に、１本の光入力導波路２、第１のスラブ導波路３、複数のアレイ導波路４、第２のスラブ導波路５、複数の光出力導波路６が設けられており、前記アレイ導波路４、光出力導波路６は、それぞれ予め定められた導波路間隔を介して並設されているが、同図に示すアレイ導波路回折格子においては、第１のスラブ導波路３が、第１のスラブ導波路３を通る光の経路と交わる切断面８で切断分離されている。
【００２６】
なお、同図では、切断面８は、図のＸ方向と成しており、切断面８によって、前記導波路形成領域１０は、導波路形成領域１０ａと導波路形成領域１０ｂとに切断分離されている。
【００２７】
図７に示すアレイ導波路回折格子の特徴的なことは、前記の如く、第１のスラブ導波路３が第１のスラブ導波路３を通る光の経路と交わる切断面８で分離スラブ導波路３ａ，３ｂに切断分離されており、この分離された分離スラブ導波路３ａ側を前記切断面８に沿ってスライド移動させることにより前記光透過中心波長をシフトさせるようにしたことであり、図７のアレイ導波路型回折格子には、上記スライド移動を行なうスライド移動機構が設けられている。
【００２８】
このスライド移動機構は、アレイ導波路回折格子の各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向に、分離スラブ導波路３ａ側を切断面８に沿ってスライド移動させる機構であり、同図に示す構成においては、高熱膨張係数部材７、ベース９、係止部材１４を設けて上記スライド移動機構を構成している。
【００２９】
分離スラブ導波路３ｂとアレイ導波路４と第２のスラブ導波路５と光出力導波路６が形成されている側の導波路形成領域１０ｂおよびその下の基板１は、石英ガラスやＩｎｖａｒロットなどの低熱膨張率の材料により形成されたベース９に固定されている。
【００３０】
また、分離スラブ導波路３ａと光入力導波路２が形成されている側の導波路形成領域１０ａおよびその下の基板１は、前記ベース９に対してスライド移動自在に設けられている。導波路形成領域１０ａの一端側は接着剤１３を介して高熱膨張係数部材７に固定されており、他端側は係止部材１４に係止されている。
【００３１】
高熱膨張係数部材７は、導波路形成領域１０ａの上面に沿って設けられた上板部７ａと導波路形成領域１０ａの側面に沿って設けられた側板部（図示されていない）とを有するＬ字形状の部材であり、側板部が固定部１１でベース９に固定されている。高熱膨張係数部材７は、例えば熱膨張係数が２．３１×１０^−５（１／Ｋ）のＡｌ（アルミニウム）により形成されている。
【００３２】
前記係止部材１４は、導波路形成領域１０ａの上面に沿って設けられた上板部１４ａと導波路形成領域１０ａの側面に沿って設けられた側板部（図示されていない）とを有するＬ字形状の部材であり、側板部が固定部１２でベース９に固定されている。係止部材１４の上板部の内壁と導波路形成領域１０ａの上面とは当接しており、導波路形成領域１０ａのスライド移動時に、導波路形成領域１０ａがベース９に対して上方側（ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向）に変位しないようになっている。また、側板部の内壁と導波路形成領域１０ａの側面とは間隔を介しており、導波路形成領域１０ａのスライド移動が支障なく行なえるようになっている。
【００３３】
同図に示すアレイ導波路回折格子において、アレイ導波路回折格子の使用環境温度が変化すると、高熱膨張部材７が導波路形成領域１０よりも大きく膨張または収縮するので、ベースに固定されていない側の導波路形成領域１０ａおよびその基板１が、前記切断面８に沿って、図の矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向にスライド移動し、それにより、分離スラブ導波路３ａ及び光入力導波路２がスライド移動する。
【００３４】
そして、前記切断面８に沿っての移動は、アレイ導波路回折格子の各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向に行われるため、この提案のアレイ導波路回折格子においては、アレイ導波路回折格子の使用環境温度変化に伴う各光透過中心波長の温度依存性が補償される。
【００３５】
なお、上記提案は、アレイ導波路型回折格子の線分散特性に着目して成されたものであり、以下、上記提案における光透過中心波長の温度依存性補償原理について、図８に基づいて述べる。
【００３６】
アレイ導波路型回折格子において光入力導波路２から入射された光は、第１のスラブ導波路（入力側スラブ導波路）３で回折し、アレイ導波路４を励振する。なお、前記の如く、隣接するアレイ導波路４の長さは互いにΔＬずつ異なっている。そこで、アレイ導波路４を伝搬した光は、（数３）を満たし、第２のスラブ導波路（出力側スラブ導波路）５の出力端に集光される。
【００３７】
【数３】

【００３８】
（数３）において、ｎ_sは第１のスラブ導波路３および第２のスラブ導波路５の等価屈折率、ｎ_cはアレイ導波路４の等価屈折率、φは回折角、ｍは回折次数、ｄは隣り合うアレイ導波路４同士の間隔であり、λは、前記の如く、各光出力導波路６から出力される光の透過中心波長である。
【００３９】
ここで、回折角φ=０となるところの光透過中心波長をλ_０とすると、λ_０は（数４）で表される。なお、波長λ_０は、一般に、アレイ導波路型回折格子の中心波長と呼ばれる。
【００４０】
【数４】

【００４１】
ところで、図８において、回折角φ=０となるアレイ導波路型回折格子の集光位置を点Ｏとすると、回折角φ＝φ_pを有する光の集光位置（第２のスラブ導波路５の出力端における位置）は、例えば点Ｐの位置（点ＯからＸ方向にずれた位置）となる。ここで、Ｏ−Ｐ間のＸ方向の距離をｘとすると波長λとの間に（数５）が成立する。
【００４２】
【数５】

【００４３】
（数５）において、Ｌ_fは第２のスラブ導波路５の焦点距離であり、ｎ_gはアレイ導波路４の群屈折率である。なお、アレイ導波路４の群屈折率ｎ_gは、アレイ導波路４の等価屈折率ｎ_cにより、（数６）で与えられる。
【００４４】
【数６】

【００４５】
前記（数５）は、第２のスラブ導波路５の焦点ＯからＸ方向の距離ｄｘ離れた位置に光出力導波路６の入力端を配置形成することにより、ｄλだけ波長の異なった光を取り出すことが可能であることを意味する。
【００４６】
また、（数５）の関係は、第１のスラブ導波路３に関しても同様に成立する。すなわち、例えば第１のスラブ導波路３の焦点中心を点Ｏ’とし、この点Ｏ’からＸ方向に距離ｄｘ’ずれた位置にある点を点Ｐ’とすると、この点Ｐ’に光を入射した場合に、出力の波長がｄλ’ずれることになる。この関係を式により表わすと、（数７）のようになる。
【００４７】
【数７】

【００４８】
なお、（数７）において、Ｌ_ｆ’は第１のスラブ導波路３の焦点距離である。この（数７）は、第１のスラブ導波路３の焦点Ｏ’とＸ方向の距離ｄｘ’離れた位置に光入力導波路２の出力端を配置形成することにより、前記焦点Ｏに形成した光出力導波路に６おいてｄλ’だけ波長の異なった光を取り出すことが可能であることを意味する。
【００４９】
したがって、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度変動によってアレイ導波路型回折格子の光出力導波路から出力される光透過中心波長がΔλずれたときに、ｄλ’＝Δλとなるように、光入力導波路６の出力端位置を前記Ｘ方向に距離ｄｘ’だけずらせば、例えば焦点Oに形成した光出力導波路６において、波長ずれのない光を取り出すことができ、他の光出力導波路６に関しても同様の作用が生じるため、前記光透過中心波長ずれΔλを補正（解消）できることになる。
【００５０】
前記提案例は、第１のスラブ導波路３と第２のスラブ導波路５の少なくとも一方がスラブ導波路５を通る光の経路と交わる切断面８で切断分離したものであり、図７に示したように、第１のスラブ導波路３が切断分離されていると仮定して議論すると、この分離された第１のスラブ導波路のうち、例えば光入力導波路２に接続されている分離スラブ導波路３ａ側（光入力導波路２も含む）を、スライド移動機構によって前記切断面に沿ってスライド移動させれば、前記各光透過中心波長をシフトさせることが可能となる。
【００５１】
また、前記スライド移動機構によって、前記各光透過中心波長の温度依存変動（波長ずれ）Δλがｄλと等しくなるようにして、前記各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向に分離スラブ導波路３ａ及び光入力導波路２を前記切断面８に沿って移動させれば、前記光透過中心波長ずれを解消することが可能となる。
【００５２】
また、温度変化量と光入力導波路２の位置補正量の関係は以下のようにして導かれる。前記光透過中心波長の温度依存性（温度による光透過中心波長のずれ量）は、前記（数２）で表されるので、温度変化量Ｔを用いて光透過中心波長ずれ量Δλを（数８）により表わすことができる。
【００５３】
【数８】

【００５４】
（数７）、（数８）から、温度変化量Ｔと光入力導波路の位置補正量ｄｘ’を求めると、（数９）が導かれる。
【００５５】
【数９】

【００５６】
したがって、図７に示した構成において、（数９）により示される位置補正量ｄｘ’だけ、前記スライド移動機構によって切断面８に沿って第１のスラブ導波路３の分離スラブ導波路３ａ及び光入力導波路２をスライド移動させることにより、前記光透過中心波長ずれを解消することが可能となる。
【００５７】
例えば、従来の一般的なアレイ導波路型回折格子の導波路構成の各パラメータと（数９）に基づき、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度の変化量Ｔと光入力導波路２の位置補正量ｄｘ’の関係を求めると、（数１０）に示す関係となる。この場合、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度が１０℃変化した際、光入力導波路２の出力端の位置をＸ方向に約３．８３μｍ補正（移動）すれば、温度による中心波長すれが補正できる計算になる。
【００５８】
【数１０】

【００５９】
なお、前記の如く、アレイ導波路型回折格子は光の相反性を利用して形成されているものであり、第２のスラブ導波路５側を切断分離して、分離された分離スラブ導波路の少なくとも一方側を、スライド移動機構によって前記切断面に沿って前記各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向にスライド移動させれば、同様の効果が得られ、前記各光透過中心波長の温度依存変動を解消することが可能となる。
【００６０】
しかしながら、図７に示したような構成のアレイ導波路回折格子を多数作製し、それぞれのアレイ導波路型回折格子において、前記スライド移動機構によって分離導波路３ａ側を図７の矢印Ａ，Ｂ方向にスライド移動させてアレイ導波路型回折格子の光透過中心波長の温度依存性低減効果を調べたところ、十分な効果を発揮できないものが存在することが分かった。
【００６１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、光透過中心波長の温度依存性を正確に抑制することができる安価なアレイ導波路型回折格子を提供することにある。
【００６２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、１本以上の並設された光入力導波路の出射側に第１のスラブ導波路が接続され、該第１のスラブ導波路の出射側には該第１のスラブ導波路から導出された光を伝搬する互いに異なる長さの複数の並設されたアレイ導波路が接続され、該複数のアレイ導波路の出射側には第２のスラブ導波路が接続され、該第２のスラブ導波路の出射側には複数の並設された光出力導波路が接続されて成る導波路構成を有し、前記光入力導波路から入力される互いに異なる複数の波長をもった光から１つ以上の波長の光を分波して各光出力導波路から出力する光分波機能を有し、前記各光出力導波路から出力される各光の光透過率が少なくとも予め定められた波長領域においては分波光の互いに異なる光透過中心波長を中心としてそれぞれ対応する光透過中心波長から波長がずれるにしたがって小さくなるアレイ導波路回折格子において、前記第１のスラブ導波路が該スラブ導波路を通る光の経路と交わる切断面で切断分離されており、この分離された分離スラブ導波路の少なくとも一方側を前記切断面に沿ってスライド移動させるスライド移動機構が設けられ、当該スライド移動機構により前記分離スラブ導波路の少なくとも一方側を前記切断面に沿ってスライド移動させることにより前記光透過中心波長をシフトさせる構成と成し、前記切断面はスラブ導波路内を通る光の経路の長手方向中心位置よりもアレイ導波路側の位置において前記光の経路と交わる面とし、前記アレイ導波路回折格子の導波路は基板上に形成されており、第１のスラブ導波路は前記基板と一体的に切断面で切断分離されていて、分離された一方側の分離スラブ導波路は当該分離された一方側の基板と一体的に前記切断面に沿ってスライド移動する構成と成しており、スライド移動機構は温度変化に応じて伸縮する高熱膨張係数部材を備えており、前記スライド移動させる側の分離スラブ導波路側の前記分離された基板には前記高熱膨張係数部材の一端側が固定されており、前記高熱膨張係数部材の他端側は該高熱膨張係数部材よりも熱膨張係数が低い低熱膨張率の材料によって形成された固定側となるベースに固定され、前記高熱膨張係数部材が使用環境の温度変化に応じて伸縮することによって、前記分離スラブ導波路の一方側が前記切断面に沿って、アレイ導波路回折格子の各光出力導波路から出力する光の光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向にスライド移動する構成とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００６５】
本発明者が、図７に示したような上記提案のアレイ導波路回折格子の構成を有していながら、光透過中心波長の温度依存性低減効果を十分に発揮できないものが存在する原因を解明するために、アレイ導波路型回折格子を解体してみたところ、上記温度依存性低減効果を十分に発揮できないものは、図２に示すように、切断面８における切断部分で導波路形成領域１０ａの端面（切断面８ａ）と導波路形成領域１０ｂの端面（切断面８ｂ）との角度θが生じている（切断面８ａと切断面８ｂとが完全に一致した状態で上記スライド移動が行なわれない）ことが分かった。なお、図２には、図の簡略化のために、アレイ導波路型回折格子の導波路構成のうち、光入力導波路２と第１のスラブ導波路３のみが示されている。
【００６６】
したがって、この角度θを零に近づけるようにすることが重要であるが、角度θは、実際には図２に示すような大きなものではなく、せいぜい０．５度程度であり（図２においては説明を分かりやすくするためにθを大きく示した）、アレイ導波路型回折格子の作製上の誤差によってこの程度の大きさの角度θが生じてしまうことは避けられない。
【００６７】
そこで、本発明者は、前記切断面８の形成位置に着目した。その結果、第１のスラブ導波路３内を通る光の経路の長手方向中心位置よりも光入力導波路２側の位置において、前記光の経路と交わる切断面８で第１のスラブ導波路３を切断したときに、上記角度θとの兼ね合いによって上記アレイ導波路型回折格子における各光透過中心波長の温度依存変動低減効果を十分に発揮できないことが分かった。
【００６８】
そこで、本発明者は、上記角度θと、アレイ導波路型回折格子における光透過中心波長シフト量との関係を以下のように考察した。
【００６９】
すなわち、図２に示すように、アレイ導波路型回折格子における光入力導波路２の出力端２０が、第１のスラブ導波路３の幅方向の中心に形成されている（Ｗ１＝Ｗ２である）とする。光入力導波路２の出力端２０から第１のスラブ導波路３に入力された光は、アレイ導波路４側に向かって広がりながら第１のスラブ導波路３を伝搬するが、光入力導波路２の出力端２０（同図におけるＣ）から、第１のスラブ導波路３の出力端における幅方向の中心位置（Ｗ１＝Ｗ２となる位置）Ｂに向かって直進する光の強度が最も大きい。
【００７０】
そのため、切断面８によって切断された導波路形成領域１０ａの端面（切断面８ａ）と導波路形成領域１０ｂの端面（切断面８ｂ）との角度θが０の場合、すなわち、切断面８ａと切断面８ｂの角度ずれが生じていない理想的な場合には、第１のスラブ導波路３を伝搬する光の強度中心は、前記位置Ｂに向かう。
【００７１】
ここで、導波路形成領域１０ａの端面（切断面８ａ）と導波路形成領域１０ｂの端面（切断面８ｂ）との角度が、切断面８（８ａ，８ｂ）の端部Ａを支点として角度θずれた場合を考える。
【００７２】
なお、分離スラブ導波路３ａの長さ（光の経路方向の長さ）をＬ_ｆ１とし、分離スラブ導波路３ｂの長さ（光の経路方向の長さ）をＬ_ｆ２とし、アレイ導波路型回折格子の端面Ｅから光入力導波路２の出力端２０（同図におけるＣ）までの長さをＬ_０とする。また、切断面８ａと切断面８ｂとの間には屈折率整合剤が塗布されているので、切断面８ａ，８ｂの間の隙間によって光の反射が生じないものとする。
【００７３】
切断面８ａと切断面８ｂの角度がθの場合、図のＣの位置から入力された光強度の中心は、第１のスラブ導波路３内を、図のＢの位置から上方側にｄｘｇだけずれた点に向かって直進するので、この光の焦点距離Ｌ_ｆｇ’は、ＣＢ間の距離で近似できるものである。なお、同図において、点Ａと点Ｃ、点Ａと点Ｂをそれぞれ接続し、γ_１＝ｔａｎ^−１（Ｌ_ｆ１／Ｌ_０）、γ_２＝ｔａｎ^−１（Ｌ_ｆ２／Ｌ_０）を考えると、Ｌ_ＡＢ＝（Ｌ_０ ^２＋Ｌ_ｆ２ ^２）^１／２、Ｌ_ＡＤ＝（Ｌ_０ ^２＋Ｌ_ｆ２ ^２）^１／２・ｃｏｓ（θ＋γ_２）となり、ｄｘｇは、（数１１）で表わされる。また、Ｌ_ＢＤ＝（Ｌ_０ ^２＋Ｌ_ｆ２ ^２）^１／２・ｓｉｎ（θ＋γ_２）となり、前記焦点距離Ｌ_ｆｇ’は、（数１２）により近似できる。
【００７４】
【数１１】

【００７５】
【数１２】

【００７６】
また、図２において、角度θは大きく示してあるが、前記の如く、θは、実際には非常に小さい値なので、アレイ導波路型回折格子の線分散特性が成り立つと仮定してもなんら差し障りが無く、したがって、以下の式（数１３）が成り立つ。
【００７７】
【数１３】

【００７８】
ここで、ΔＬは、アレイ導波路の光路長差、ｎ_ｓは第１のスラブ導波路３の等価屈折率、ｄは隣り合うアレイ導波路４同士の間隔、λ_０はアレイ導波路型回折格子の回折角φ＝０となるところの光透過中心波長（一般に、アレイ導波路型回折格子の中心波長と呼ぶことがある）、ｎ_ｇはアレイ導波路４の群屈折率である。また、波長λ_０は、前記（数４）により表わされるものであり、アレイ導波路４の群屈折率ｎ_ｇは、前記（数６）により表わされるものである。
【００７９】
そこで、第１のスラブ導波路３を通る光の経路と交わるように形成する切断面８を、光入力導波路２に近い側に形成した場合とアレイ導波路４に近い側に形成した場合の両方において、上記（数４）、（数６）、（数１１）、（数１２）、（数１３）を用いて、アレイ導波路型回折格子における角度θと前記光透過中心波長シフト量との関係をそれぞれ算出した。この算出結果が、図３、４に示されている。
【００８０】
なお、上記算出結果は、上記第１実施形態例と同様の、以下のパラメータに基づいて算出した。すなわち、回折次数ｍは６１、隣り合うアレイ導波路４同士の長さの差ΔＬは６５．２μｍ、アレイ導波路４のピッチｄは１５μｍ、アレイ導波路４の等価屈折率ｎ_ｃは１．４５１、アレイ導波路群屈折率ｎ_ｇは１．４７５、第１、第２のスラブ導波路３，５の等価屈折率ｎ_ｓはそれぞれ１．４５３とした。なお、これらの等価屈折率値は、波長１．５５μｍの光に対する値であり、２５℃における値である。
【００８１】
また、上記切断面８を光入力導波路２に近い側に形成した場合（図３に示す算出結果）は、Ｌ_ｆ１＝１０００μｍ、Ｌ_ｆ２＝８０００μｍとし、上記切断面８をアレイ導波路４に近い側に形成した場合（図４に示す算出結果）は、Ｌ_ｆ１＝８０００μｍ、Ｌ_ｆ２＝１０００μｍとして求めた。
【００８２】
図３、４から明らかなように、角度θが大きくなるほど光透過中心波長シフト量も大きくなり、光透過中心波長シフト量は角度θにほぼ比例している。このことは、前記スライド移動機構によって分離スラブ導波路３ａ側を切断面８に沿ってスライド移動させたときに、このスライド移動によってシフトさせる適切な光透過中心波長シフト量（光透過中心波長シフト量の設計値）に加えて、角度θに対応する大きさだけアレイ導波路型回折格子の光透過中心波長が余分にシフトすることを意味する。
【００８３】
したがって、角度θが大きくなると、設計通り前記光透過中心波長をシフトさせることができなくなる。例えば、図３に示すように、切断面８を光入力導波路２に近い側に形成した場合は、角度θが０．１度のときに光透過中心波長シフト量が０．５ｎｍになっているので、光透過中心波長が０．５ｎｍ余分にシフトしてしまうことになり、アレイ導波路型回折格子によって、波長多重光を波長０．８ｎｍ間隔で分離しようとする場合には問題である。
【００８４】
一方、切断面８をアレイ導波路４に近い側に形成した場合は、図４に示すように、角度θが０．１度のときに光透過中心波長シフト量が０．１ｎｍになっており、アレイ導波路４に近い側に切断面８を形成することで、角度θに依存する光透過中心波長シフト量を５分の１程度に小さくできることが分かった。なお、この光透過中心波長シフト量（設計値からのずれ量）が０．１ｎｍであることは許容範囲である。
【００８６】
本発明は、上記考察結果に基づいて、第１のスラブ導波路を切断する切断面を、アレイ導波路側に近い側で切断する切断面とし、かつ、図７に示したような提案例の構成と同様のスライド機構を設けてアレイ導波路型回折格子を構成したために、光透過中心波長の温度依存性を正確に抑制することができる安価なアレイ導波路型回折格子とすることが可能となる。
【００８７】
【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いて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には、本発明に係るアレイ導波路型回折格子の一実施形態例の概略図が平面図により示されている。本実施形態例は図７に示した上記提案例とほぼ同様に構成されており、本実施形態例が上記提案例と異なる特徴的なことは、切断面８を、第１のスラブ導波路３内を通る光の経路の長手方向中心位置よりもアレイ導波路４側の位置（アレイ導波路寄りの位置）において前記光の経路と交わる面としたことである。
【００８８】
すなわち、本実施形態例において、切断面８は、第１のスラブ導波路３を、光入力導波路２側よりもアレイ導波路４側に近い側で切断する面と成しており、具体的には、同図における長さＬ_ｆ１＝８０００μｍ、Ｌ_ｆ２＝１０００μｍと成している。
【００８９】
前記の如く、図７に示した提案例のアレイ導波路型回折格子において、各光透過中心波長の温度依存変動低減効果を十分に発揮できないものは、第１のスラブ導波路３内を通る光の経路の長手方向中心位置よりも光入力導波路２側の位置において、前記光の経路と交わる切断面８で第１のスラブ導波路３を切断し、かつ、図２に示した、切断面８における切断部分で導波路形成領域１０ａの端面（切断面８ａ）と導波路形成領域１０ｂの端面（切断面８ｂ）との角度θが比較的大きいことが分かった。
【００９０】
そして、本発明者は、上記角度θと、アレイ導波路型回折格子における光透過中心波長シフト量との関係を前記のように考察し、この考察結果に基づき、前記の如く、第１のスラブ導波路３を、光入力導波路２側よりもアレイ導波路４側に近い側に切断面８を形成して本実施形態例のアレイ導波路型回折格子を形成した。
【００９１】
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子において、前記角度θを実際に測定したところ、θ＝約０．０５度であり、図６に示すように、アレイ導波路型回折格子の使用環境温度０℃〜８０℃において、光透過中心波長が殆ど変動しないアレイ導波路型回折格子となることが分かった。
【００９２】
なお、図５には、本実施形態例のアレイ導波路型回折格子において、前記角度θを故意に大きくして、角度θに対するアレイ導波路型回折格子の光透過中心波長シフト量を測定した実測結果が、図４に示した光透過中心波長シフト量の計算値と共に示されており、図５からも明らかなように、本実施形態例のように、第１のスラブ導波路３に形成する切断面８をアレイ導波路４に近い側に形成することにより、たとえ切断面８における前記角度θが多少大きくても、光透過中心波長を設計通りシフトすることができ、アレイ導波路型回折格子における光透過中心波長の温度依存性を効率的に低減できることが分かった。
【００９３】
なお、図５において、○が実測値、特性線が計算値であり、計算値と実測値はほぼ一致した。
【００９４】
本実施形態例によれば、アレイ導波路型回折格子の光透過中心波長の温度依存性を低減できるように図７に示した提案例とほぼ同様の構成とし、ただし、前記考察に基づき、図１に示すように、第１のスラブ導波路３を、光入力導波路２側よりもアレイ導波路４側に近い側に切断面８を形成して本実施形態例のアレイ導波路型回折格子を形成したので、光透過中心波長の温度依存性をほぼ設計通り正確に抑制することができるアレイ導波路型回折格子とすることができる。
【００９５】
また、本実施形態例によれば、図７に示した提案例と同様に、高熱膨張係数部材７、ベース９、係止部材１４を有して構成される簡単な構成のスライド移動機構を設けることによりアレイ導波路型回折格子の各光透過中心波長の温度依存性を効率的に低減できるものであり、アレイ導波路型回折格子の構成の複雑化を避けることができ、作製も容易にできる。
【００９６】
さらに、本実施形態例によれば、第１のスラブ導波路３を切断面８で切断しているために、例えばアレイ導波路型回折格子を構成するアレイ導波路部の作製誤差に起因して、前記光透過中心波長がＩＴＵグリッド波長等の設定波長からずれている場合には、その分だけ分離スラブ導波路３ａと分離スラブ導波路３ｂの相対位置をずらして、光入力導波路２のＸ方向の位置をずらすことにより、設定温度において、前記光透過中心波長をグリッド波長等の設定波長とすることができる。
【００９７】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、長手方向の長さが９０００μｍの第１のスラブ導波路３を、図１に示したように、Ｌ_ｆ１＝８０００μｍ、Ｌ_ｆ２＝１０００μｍとなるように切断面８を切断したが、Ｌ_ｆ１やＬ_ｆ２の長さは特に限定されるものではなく、適宜設定されるものであり、Ｌ_ｆ１>Ｌ_ｆ２となるように切断面８を形成することにより、上記実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００９８】
また、上記実施形態例では、高熱膨張係数部材７としてＡｌの板を用いたが、高熱膨張係数部材７は必ずしもＡｌとするとは限らず、Ａｌ以外の材料により形成してもよい。
【０１０１】
さらに、第１のスラブ導波路３や第２のスラブ導波路５の切断面８は上記実施形態例のようにＸ軸とほぼ平行な面とするとは限らず、Ｘ軸に対して斜めの面としてもよく、切断するスラブ導波路を通る光の経路と交わる切断面で切断分離すればよい。
【０１０２】
さらに、上記実施形態例では、分離スラブ導波路３ａ側を切断面８に沿ってスライド移動させるスライド移動機構を、高熱膨張係数部材７を設けて形成したが、スライド移動機構の構成は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。すなわち、上記スライド移動機構は、第１のスラブ導波路３を切断面で切断分離して形成した分離スラブ導波路の少なくとも一方側を、前記切断面８に沿ってスライド移動させることにより、アレイ導波路型回折格子の光透過中心波長をシフトできる機能を有していればよい。
【０１０３】
特に、上記スライド移動機構は、上記実施形態例のように、アレイ導波路型回折格子の各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向にスライド移動させる機能を有していれば望ましく、スライド移動機構をこのように構成することにより、上記実施形態例のように、従来のアレイ導波路型回折格子において問題であった光透過中心波長の温度依存性を解消することができ、光波長多重通信用などの実用に適した優れたアレイ導波路型回折格子とすることができる。
【０１０４】
さらに、本発明のアレイ導波路型回折格子を構成する各導波路２，３，４，５，６の等価屈折率や本数、大きさなどの詳細な値は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。
【０１０５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、第１のスラブ導波路を該スラブ導波路を通る光の経路と交わる切断面で切断分離し、この分離したスラブ導波路の少なくとも一方を、前記切断面に沿ってスライド移動させることにより、アレイ導波路型回折格子の各光透過中心波長をシフトさせることができ、しかも、前記切断面を前記光の経路の長手方向中心位置よりもアレイ導波路側に形成したので、前記分離スラブ導波路同士の角度に依存する光透過中心波長シフト変位量を小さくすることができるため、ほぼ設計通り光透過中心波長シフトを行なうことができる。
【０１０６】
また、第２の発明によれば、第１の発明に加えて、前記スライド移動機構による切断面に沿っての移動により、前記各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向にスライド移動させるものであるから、アレイ導波路型回折格子の各光透過中心波長を非常に適切な量だけシフトさせることができ、前記各光透過中心波長の温度依存変動（波長ずれ）を解消することができる。
【０１０７】
また、第２の発明によれば、ペルチェ素子やヒータを用いなくてもアレイ導波路型回折格子の使用環境温度による光透過中心波長ずれを抑制し、光透過中心波長の温度無依存化を行うことができるために、ペルチェ素子やヒータを含む温度調節手段を設ける場合のように、常時通電を必要とすることもないし、部品の組立誤差による温度補正誤差が生じることもなく、さらに、室温以上の温度でアレイ導波路型回折格子を保つことによるアレイ導波路型回折格子と光ファイバとの接続損失増加の虞もない。
【０１０８】
したがって、第２の発明のアレイ導波路型回折格子は、接続相手側の光ファイバとの接続信頼性が高く、確実に光透過中心波長の温度依存性を解消でき、コストが安い優れたアレイ導波路型回折格子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアレイ導波路型回折格子の一実施形態例を平面図により示す要部構成図である。
【図２】アレイ導波路型回折格子の第１のスラブ導波路を切断したときの導波路形成領域端面角度θに対応する光透過中心波長シフトを説明する説明図である。
【図３】第１のスラブ導波路を光入力導波路に近い側で切断したときの、図２に示した角度θとアレイ導波路型回折格子における光透過中心波長シフト量との関係の算出結果を示すグラフである。
【図４】第１のスラブ導波路をアレイ導波路に近い側で切断したときの、図２に示した角度θとアレイ導波路型回折格子における光透過中心波長シフト量との関係の算出結果を示すグラフである。
【図５】第１のスラブ導波路をアレイ導波路に近い側で切断したときの、図２に示した角度θとアレイ導波路型回折格子における光透過中心波長シフト量との関係の算出結果と実測値とを比較して示すグラフである。
【図６】上記実施形態例のアレイ導波路型回折格子における光透過中心波長の温度依存性を示すグラフである。
【図７】従来提案されている第１のスラブ導波路を切断して形成したアレイ導波路型回折格子の構成を示す説明図である。
【図８】アレイ導波路型回折格子における光透過中心波長シフトと光入力導波路および光出力導波路の位置との関係を示す説明図である。
【図９】ペルチェ素子を設けて構成した従来のアレイ導波路型回折格子を示す説明図である。
【符号の説明】
１基板
２光入力導波路
３第１のスラブ導波路
３ａ，３ｂ分離スラブ導波路
４アレイ導波路
５第２のスラブ導波路
６光出力導波路
７高熱膨張係数部材
８，８ａ，８ｂ切断面
９ベース
１０，１０ａ，１０ｂ導波路形成領域
１４係止部材

Claims

１本以上の並設された光入力導波路の出射側に第１のスラブ導波路が接続され、該第１のスラブ導波路の出射側には該第１のスラブ導波路から導出された光を伝搬する互いに異なる長さの複数の並設されたアレイ導波路が接続され、該複数のアレイ導波路の出射側には第２のスラブ導波路が接続され、該第２のスラブ導波路の出射側には複数の並設された光出力導波路が接続されて成る導波路構成を有し、前記光入力導波路から入力される互いに異なる複数の波長をもった光から１つ以上の波長の光を分波して各光出力導波路から出力する光分波機能を有し、前記各光出力導波路から出力される各光の光透過率が少なくとも予め定められた波長領域においては分波光の互いに異なる光透過中心波長を中心としてそれぞれ対応する光透過中心波長から波長がずれるにしたがって小さくなるアレイ導波路回折格子において、前記第１のスラブ導波路が該スラブ導波路を通る光の経路と交わる切断面で切断分離されており、この分離された分離スラブ導波路の少なくとも一方側を前記切断面に沿ってスライド移動させるスライド移動機構が設けられ、当該スライド移動機構により前記分離スラブ導波路の少なくとも一方側を前記切断面に沿ってスライド移動させることにより前記光透過中心波長をシフトさせる構成と成し、前記切断面はスラブ導波路内を通る光の経路の長手方向中心位置よりもアレイ導波路側の位置において前記光の経路と交わる面とし、前記アレイ導波路回折格子の導波路は基板上に形成されており、第１のスラブ導波路は前記基板と一体的に切断面で切断分離されていて、分離された一方側の分離スラブ導波路は当該分離された一方側の基板と一体的に前記切断面に沿ってスライド移動する構成と成しており、スライド移動機構は温度変化に応じて伸縮する高熱膨張係数部材を備えており、前記スライド移動させる側の分離スラブ導波路側の前記分離された基板には前記高熱膨張係数部材の一端側が固定されており、前記高熱膨張係数部材の他端側は該高熱膨張係数部材よりも熱膨張係数が低い低熱膨張率の材料によって形成された固定側となるベースに固定され、前記高熱膨張係数部材が使用環境の温度変化に応じて伸縮することによって、前記分離スラブ導波路の一方側が前記切断面に沿って、アレイ導波路回折格子の各光出力導波路から出力する光の光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向にスライド移動する構成としたことを特徴とするアレイ導波路型回折格子。