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WO2004077117A1 - アレイ導波路型波長合分波器および光伝送装置 - Google Patents

アレイ導波路型波長合分波器および光伝送装置 Download PDF

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Publication number
WO2004077117A1
WO2004077117A1 PCT/JP2003/002124 JP0302124W WO2004077117A1 WO 2004077117 A1 WO2004077117 A1 WO 2004077117A1 JP 0302124 W JP0302124 W JP 0302124W WO 2004077117 A1 WO2004077117 A1 WO 2004077117A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waveguide
channel
slab
waveguides
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2003/002124
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Goji Nakagawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to GB0503797A priority Critical patent/GB2410095B/en
Priority to PCT/JP2003/002124 priority patent/WO2004077117A1/ja
Priority to JP2004568736A priority patent/JP4150374B2/ja
Publication of WO2004077117A1 publication Critical patent/WO2004077117A1/ja
Priority to US11/064,482 priority patent/US6985657B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the arrayed waveguides, e.g. comprising a filled groove in the array section
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind

Definitions

  • the present invention relates to an arrayed waveguide-type wavelength multiplexer / demultiplexer and an optical transmission device suitable for use in a waveguide-type integrated optical component such as wavelength multiplexing optical communication or optical signal processing.
  • wavelength division multiplexing which simultaneously transmits a plurality of optical signals having different wavelengths
  • WDM wavelength division multiplexer
  • This wavelength multiplexer / demultiplexer functions as a wavelength multiplexer that multiplexes optical signals of different wavelengths (multiplexing function) and as a wavelength multiplexer that demultiplexes wavelength-multiplexed light into optical signals of different wavelengths. Function (demultiplexing function).
  • a plurality of pieces of information data are multiplexed in the wavelength multiplexer / demultiplexer and multiplexed in the optical wavelength band, and channel 1 to channel n (n represents a natural number and channel represents the optical wavelength). Is transmitted. Then, in a wavelength multiplexer / demultiplexer provided in the relay station or the terminal station, a desired channel i (i is a natural number) light of the wavelength multiplexed light is demultiplexed, and the demultiplexed optical signal of channel i is obtained. After being converted to electrical signals, desired information data is distributed or transferred to a plurality of users.
  • wavelength multiplexer / demultiplexers include optical switches, ADMs (Add & Drop Multiplexers), etc., as well as optical switches that connect the access nodes of backbone optical networks to each home. It can be used for a branch portion of a fiber. It is also used for optical signal processing of transmission terminals installed in homes. All of these optical switches and the like can reduce the cost by miniaturizing the hardware of the optical switches and improve the quality. In order to promote the miniaturization of this hardware, it is necessary to increase the degree of integration of each component of the hardware. In this respect, the wavelength multiplexer / demultiplexer is also important as a waveguide type integrated optical component. is there. (1-1) Arrayed Waveguide Demultiplexer (hereinafter referred to as AWG unless otherwise specified)
  • This AWG uses an arrayed waveguide diffraction grating composed of optical waveguides on a chip-shaped planar substrate.
  • FIG. 13 shows the configuration of the AWG.
  • the AWG shown in Fig. 13 is composed of a substrate (for example, a silicon substrate) 1 and an optical waveguide formed on the substrate 1 by using photolithography.
  • the number of channel waveguides a to g is 7, but this number can be set to a desired value.
  • the wavelength multiplexed light externally input to the input waveguide 2 via, for example, an optical fiber is spread (diffused) by diffraction in the input slab 300, and the seven slab connection portions (connection portions, The light is input (incident) to each of the seven channel waveguides a to g constituting the array waveguide 400 via the connection portion 9.
  • FIG. 14 is an enlarged view of the input slab 300 and the channel waveguide array 400.
  • the slab connection portion 9 is the root of each of the channel waveguides a to g shown in FIG. 14 and is a portion of the seven force points on the slab boundary line.
  • the channel waveguide interval (1 is equivalent to the distance between two adjacent slab connection portions 9.
  • the channel waveguide interval is determined by the central portion (diffusion of incident light) when incident light is diffused. As the distance from the center 310 to the incident position of the channel waveguide array 400 (hereinafter, this distance is referred to as the slab length), the distance generally decreases.
  • the lengths (waveguide lengths) of the seven channel waveguides a to g shown in FIG. 13 are different from each other.
  • the wavelength multiplexed lights # 1 to # 7 input to the array waveguide 400 are all in phase, but the length of the seven channel waveguides a to g is on the output side of the array waveguide 400.
  • Each of the wavelength multiplexed lights # 1 to # 7 generates a phase difference.
  • the wavelength-multiplexed lights # 1 to # 7 are output (radiated) from the respective channel waveguides a to g and interfere with each other, and are located near the slab connection 9 between the output slab 500 and the output waveguide 6. It is collected (converged).
  • the position where the single light of each wavelength included in the wavelength multiplexed lights # 1 to # 7 (hereinafter, referred to as a single light) is focused differs for each wavelength. Therefore, the component of wavelength 1 included in the wavelength multiplexed light # 1 to # 7 from the channel waveguide a is composed of seven channel waveguides constituting the output waveguide 6 via the output slab 5! ! The light is condensed on the channel waveguide h out of n. In addition, the components of each of the wavelengths 2 to 7 are condensed on the channel waveguides i to n, respectively. Therefore, the wavelength multiplexed lights # 1 to # 7 are demultiplexed into seven single lights # 1 to # 7, and the demultiplexing function is exhibited. The collected seven single lights are respectively input to the seven channel waveguides h to n of the output waveguide 6 and guided to the end of the substrate 1.
  • wavelength multiplexed lights # 1 to # 7 are obtained from the input waveguide 300. Wave function is realized.
  • the AWG realizes the same operation as that of a spectrometer using a diffraction grating that has been known for a long time by using the channel waveguides a to g formed collectively on the substrate 1.
  • it is small and rich in mass productivity, and is promising as a wavelength multiplexer / demultiplexer for wavelength division multiplexing communication.
  • the multiplexing function can be realized by reversing the light input / output direction from the light input / output direction at the time of demultiplexing.
  • the description will focus on the demultiplexing function of both functions unless otherwise specified.
  • the shape of the channel waveguide array 400 is determined by, for example, the channel waveguides c and c of the seven channel waveguides a to g. It is drawn such that the difference between the lengths of adjacent channel waveguides is constant, as in d.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a basic form of a conventional drawing method of a channel waveguide array, and includes upper, middle, and lower sections.
  • the array-type optical multiplexer / demultiplexer shown in the upper part of FIG. 15 has an interval between each waveguide of the channel waveguide array at a boundary between the first fan-shaped slab waveguide and the channel waveguide array, and Channel waveguide array It is formed so that the spacing between each waveguide of the channel waveguide array at the boundary with the second fan-shaped slab waveguide is different (for example, Patent Document 1).
  • the length of each channel waveguide is adjusted by adjusting the length L i of a linear portion (linear portion) of the vertical channel waveguide.
  • the waveguide length of each array waveguide in the arrayed waveguide grating is substantially equal to the phase error of the light wave generated in the arrayed waveguide grating. It is adjusted so that it disappears (for example, Patent Document 2).
  • the drawing method shown in the middle part of Fig. 15 is based on the adjustment of the length L i of the straight part of the channel waveguide connected to the slab, the radius of curvature R i of the arc, and the center angle ⁇ i of the arc.
  • the length of each channel waveguide is adjusted. Thereby, the error of the phase change amount of the light wave propagating through the array waveguide is small, and the crosstalk deterioration due to the side lobe or the like is suppressed.
  • the arrayed waveguide grating shown in the lower part of Fig. 15 consists of two waveguides having a predetermined optical path length difference and two asymmetric Mach-Zehnder interferometers, each of which connects both ends of two waveguides.
  • the two output waveguides, one of which is longer than the other, of the input channel waveguide including the B It is connected to a waveguide (for example, Patent Document 3).
  • the drawing method shown in the lower part of Fig. 15 shows that the length of the linear part L i of the channel waveguide connected to the slab, the radius of curvature R i of the arc, the central angle of the arc 0;
  • the length of each channel waveguide is adjusted by adjusting the length L 2 ; of the linear portion of the connected channel waveguide.
  • a wavelength division multiplexing optical device capable of handling an add / drop function is also known (for example, Patent Document 4).
  • This wavelength division multiplexing optical device is configured so that the waveguide grating and the phase shifter reflect the light, and as a result, the experimental results of transmission over 16 channels and 100 GHz using InP (indium phosphide) are obtained. Has been improved.
  • AWGs that realize high wavelength isolation at low cost are also known (for example, Patent Document 5).
  • the AWG be small and suitable for mass production.
  • the chip size the size of the substrate 1 on which the waveguide is formed or the substrate itself on which the waveguide is not formed or the area of the substrate
  • the number of chips per unit wafer the yield is also reduced. This is equivalent to the ratio of the number of non-defective chips out of the number of manufactured chips.
  • the reduction in the chip size reduces the waveguide loss, and further reduces the loss in the slab connection section 9.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the relationship between the channel waveguide spacing d and the slab length f at the slab connection section 9.
  • the signal light (separated light) propagating through each of the channel waveguides a to g of the AWG, while propagating through the channel waveguides a to g, is adjacent to the adjacent channel waveguides a to g.
  • the phase information (phase difference) is disturbed, the characteristics of each signal light are degraded, and so-called crosstalk occurs.
  • the core is a portion where the AWG is formed, and is a portion formed of a material having a relatively large refractive index as compared with a region around the AWG.
  • the clad is a portion surrounding the core and formed of a material having a relatively lower refractive index than the core.
  • the conventional AWG cannot reduce the channel waveguide distance d or dii at the slab connection portion 9, and therefore, the slab length f or f ′ And the chip size of AWG becomes large. In other words, if the channel waveguide distance d or d administeredin the slab connection section 9 is reduced in order to reduce the chip size of the AWG, the crosstalk and the transmission loss are deteriorated.
  • Patent Document 1
  • Patent Document 2
  • Patent Document 4 U.S. Patent No. 6,141,467
  • Patent Document 5
  • the present invention has been made in view of such problems, and for example, in a wavelength division multiplexing / demultiplexing device used for wavelength division multiplexing optical communication or optical signal processing, the chip size is reduced and the chip is reduced in cost.
  • An object of the present invention is to provide an arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer and an optical transmission device having high waveguide characteristics such as reduced loss.
  • the arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer of the present invention comprises: one or more input waveguides for propagating and outputting wavelength-division multiplexed light on which a plurality of wavelengths are multiplexed; A first slab that diffuses wavelength-division multiplexed light output from a waveguide, and a plurality of channel waveguides having different lengths from each other.
  • a channel waveguide array that separates and propagates a plurality of separated lights, a second slab that collects a plurality of separated lights propagated in the channel waveguide array, and a light that is collected by the second slab
  • One or more output waveguides are formed, and a first neighboring portion connected to the first slab of each channel waveguide and a second neighboring portion connected to the second slab of each channel waveguide are formed.
  • the waveguide spacing in at least one of the neighboring parts is It is formed to be wider than the waveguide spacing at the first connection between the channel waveguide array and the first slab, or the waveguide spacing at the second connection between the channel waveguide array and the second slab. It is characterized by having been done. Therefore, in this manner, the chip size of the arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer can be reduced, the chip size can be reduced, and the number of chips per unit wafer can be increased. Cost can be reduced.
  • first neighboring portion or the second neighboring portion of at least one of the plurality of channel waveguides is connected to the outer channel waveguide from the center channel waveguide of the plurality of channel waveguides. It may be formed so as to be bent in a direction toward the head, or may be formed by a plurality of waveguides having shapes having different degrees of bending for each of the plurality of channel waveguides. Promote miniaturization The efficiency of mass production is greatly improved.
  • the S-shaped waveguides as the plurality of channel waveguides are formed so that the radius of curvature becomes smaller in the direction from the center channel waveguide toward the outer channel waveguide of the plurality of channel waveguides.
  • the waveguide length of the plurality of channel waveguides becomes smaller in the direction from the shortest channel waveguide to the longest channel waveguide, or in the direction from the longest channel waveguide to the shortest channel waveguide.
  • the chip size by reducing the chip size, the waveguide loss can be reduced, and the loss at the slab connection portion can be reduced. This will expand the use of WDM optical communications.
  • the width of the S-shaped waveguide is narrow at the slab connection portion corresponding to the root of the plurality of channel waveguides, and the wavelength at the arc portion on the first slab or the second slab side of the S-shaped waveguide. It may be formed so as to become wider in the propagation direction of the multiplexed light, or the width of the S-shaped waveguide may be different from the slab connection part corresponding to the root of the plurality of channel waveguides, In this case, the channel waveguide at the slab connection portion can be manufactured without forming a taper type shape.
  • a first portion or a second portion of at least one channel waveguide of the plurality of channel waveguides has an S-shaped waveguide having a predetermined radius of curvature; a linear portion; And at least a part of an arc-shaped portion having a radius of curvature and an arc angle of the arc-shaped waveguide, so that the path length of each channel waveguide is equal to the length of the linear portion and the length of the arc-shaped waveguide. It can be adjusted by the radius of curvature and the arc angle, and the desired phase distribution can be obtained by correcting the phase difference generated in the S-shaped channel waveguide.
  • the shape pattern can be designed or manufactured with high precision, and can be finely adjusted.
  • the array waveguide wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention includes a third portion connected to the first slab of the input waveguide and a second portion connected to the second slab of the output waveguide.
  • 4 is the waveguide spacing at the third connection between the input waveguide and the first slab, or the fourth connection between the input waveguide and the second slab. It is characterized in that it is formed so as to be wider than the waveguide interval in. Therefore, in this way, it is possible to obtain a small-sized arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer without deterioration in characteristics due to coupling between channel waveguides in portions other than the slab connection portion.
  • a third neighboring portion of the input waveguide or a fourth neighboring portion of the output waveguide may be formed so as to be bent in a direction from the central waveguide to the outer waveguide, or A plurality of waveguides having shapes with different degrees of bending may be provided for each of the waveguides or the output waveguides. In this case, miniaturization of the chip size is promoted, and the efficiency of mass production is greatly improved.
  • each of the S-shaped waveguides is formed such that the radius of curvature decreases as the direction from the central waveguide of the input waveguide or the output waveguide toward the outer waveguide increases, or Alternatively, the output waveguide may be formed so that the waveguide length becomes smaller in the direction from the shortest channel waveguide to the longest channel waveguide. Wave path loss can be reduced, and loss at the slab connection can be reduced. This will expand the use of WDM optical communications.
  • the array waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention is configured such that the arrangement of the plurality of channel waveguides includes a first neighboring portion connected to the first slab of each channel waveguide, A second portion of the waveguide connected to the second slab, a third portion of the input waveguide connected to the first slab, and a connection to the second slab of the output waveguide In at least one of the fourth neighboring portions, an interval necessary for preventing optical interference is provided between the channel waveguides. Therefore, in this way, by reducing the chip size, the loss of the waveguide is reduced, and the loss at the slab connection portion can be reduced. This will expand the use of WDM optical communications.
  • the optical transmission device of the present invention includes an optical signal output unit that outputs a plurality of optical signals having different wavelengths, and multiplexes the plurality of optical signals output from the optical signal output unit to output a wavelength multiplexed light.
  • an optical transmission device provided with an arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer, one or more input waveguides for propagating and outputting wavelength-division multiplexed light having a plurality of wavelengths multiplexed on a substrate; and A first slab that diffuses the wavelength division multiplexed light output from the waveguide, A channel waveguide array having a plurality of channel waveguides having mutually different lengths, separating the wavelength multiplexed light diffused by the first slab according to a plurality of wavelengths, and transmitting the plurality of separated lights; A second slab for condensing a plurality of separated lights propagated in the waveguide array and one or a plurality of output waveguides for propagating the light condensed in the second slab are formed, and each
  • each channel waveguide has a channel spacing of at least one. It is formed so as to be wider than the waveguide interval at the first connection portion between the waveguide array and the first slab or the waveguide interval at the second connection portion between the channel waveguide array and the second slab. It features that. ⁇
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an AWG according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the shape of the first S-shaped waveguide according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the shape of the second S-shaped waveguide according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining the shape of the third S-shaped waveguide according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing the shape of a channel waveguide having substantially the same shape as the S-shaped bent portion.
  • FIG. 5 (b) is a diagram showing the shape of a channel waveguide having the same shape as the bent portion obtained by inverting the S-shape from side to side.
  • FIG. 5 (c) is a diagram showing the shape of a channel waveguide having a shape obtained by slightly extending the S-shape in the vertical direction.
  • FIGS. 5 (d) and 5 (e) are diagrams showing a shape pattern of a portion near the channel waveguide according to the first embodiment of the present invention.
  • 6 (a) and 6 (b) are diagrams each showing the shape of the S-shaped waveguide according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a main part of the WDM system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining miniaturization of the AWG according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 (a) shows an example of a conventional AWG chip size.
  • FIG. 9B is a diagram showing an example of an AWG chip size according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an AWG according to a first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of an AWG according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of an AWG according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 13 shows the configuration of the AWG.
  • FIG. 14 is an enlarged view of the input slab and the channel waveguide array.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a basic form of a conventional drawing method of a channel waveguide array.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining a relationship between a channel waveguide interval and a slab length in a slab connection portion.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an AWG according to the first embodiment of the present invention.
  • the AWG 1 shown in Fig. 1 has a multiplexing function as a wavelength multiplexer that multiplexes optical signals of different wavelengths, and a wavelength demultiplexer that splits multiplexed light into optical signals of different wavelengths.
  • a substrate 1 A substrate 1 (AWG 1) and an optical waveguide that is collectively generated by photolithography on this substrate 1 2, input slab (input slab waveguide) 3, array waveguide (channel waveguide array) consisting of 6 channel waveguide groups a to f 4, output slab (output slab waveguide) 5, 6 Waveguide! 1 (el).
  • the wavelength multiplexed lights # 1 to # 6 are transmitted in the direction from the input waveguide 2 to the output waveguide 6, and are demultiplexed in the AWG 1 and output in the AWG 1.
  • a single light of each wavelength # 1 to # 6 is output from the path 6.
  • the multiplexing function of the AWG 1 is such that a single light with a different wavelength is input from the output waveguide 6, and for each input single light, the output slab 5 etc. It is realized by propagating in the direction.
  • the description will focus on the demultiplexing function.
  • the material of the substrate 1 shown in FIG. 1 is, for example, silicon, and the substrate 1 cut out from the wafer is used.
  • the input waveguide 2 propagates the wavelength multiplexed light # 1 to # 6, in which light of six wavelengths is multiplexed, on the substrate 1, and outputs the light.
  • the input slab 3 diffuses (or distributes) the wavelength-multiplexed lights # 1 to # 6 output from the input waveguide 2.
  • the channel waveguide array 4 has six channel waveguides a to f having different lengths from each other, and the wavelength multiplexed lights # 1 to # 6 diffused by the input slab 3 are divided into six wavelengths. And propagates the six separated lights.
  • the spacing between adjacent channel waveguides among the six channel waveguides a to f is the same, and the waveguide lengths of adjacent channel waveguides are constant. It is formed to become.
  • the respective wavelength multiplexed lights # 1 to # 6 have a phase difference.
  • the output slab 5 focuses the six separated lights propagated in the channel waveguide array 4.
  • the output waveguide 6 transmits the light condensed by the output slab 5, and includes six waveguides !-1.
  • the materials of the input waveguide 2, the output waveguide 6, and the channel waveguide array 4 are glass (Si 2 ), semiconductors (Gas, InP, GaN, etc.), niobium, etc.
  • Sanli lithium (L i N b 0 3) may be used various ones such as.
  • the input waveguide 2 may be provided with a plurality of six waveguides, whereby the AWG 1 can also exhibit a multiplexing function. That is, wavelength multiplexed lights # 1 to # 6 are input to the output waveguide 6, and the wavelength multiplexed lights # 1 to # 6 are propagated in the direction opposite to the above propagation direction. One light can be output. Further, the output waveguide 6 can be formed by only one waveguide. In this case-. Wavelength multiplexed lights # 1 to # 6 are input to one output waveguide 6, and wavelength multiplexed lights # 1 to # 6 are propagated in the opposite direction to the above. Output a single light, As a result, the AWG 1 can multiplex wavelength multiplexed lights # 1 to # 6 input from opposite directions.
  • the AWG 1 of the present invention can realize a multiplexing function and a demultiplexing function in both directions, and thereby can be produced versatile according to the function or application. Can contribute to
  • channel waveguide array 4 will be described in more detail.
  • the S-shaped waveguide portion 10 or 20 includes, for example, six S-shaped waveguides a to f or h to 1.
  • the S-shaped waveguide portion 10 is a nearby portion (first nearby portion) of each of the channel waveguides a to f connected to the input slab 3
  • the S-shaped waveguide portion Reference numeral 20 denotes a neighboring portion (second neighboring portion) of each of the channel waveguides a to f connected to the output slab 5.
  • the waveguide interval in the S-shaped waveguide portion 10 is formed to be wider than the waveguide interval in the connection portion (first connection portion) between the channel waveguide array 4 and the input slab 3 described below. It is configured.
  • the waveguide interval in the S-shaped waveguide section 20 is set to be wider than the waveguide interval in the connection section (second connection section) between the channel waveguide array 4 and the output slab 5 described below. Is formed.
  • the arrangement of the six channel waveguides a to f corresponds to the first neighborhood connected to the input slab 3 of each of the channel waveguides a to f, and the arrangement of the six channel waveguides a to f.
  • a space necessary for preventing optical interference is provided between the channel waveguides a to f.
  • the portion near the six channel waveguides a to f is such that the channel waveguides located outside the central channel waveguide c (or d) of the six channel waveguides a to f, respectively. It is formed so as to bend in the direction toward a (or f).
  • a portion near each of the six channel waveguides a to f is formed by a plurality of waveguides a to f having shapes with different degrees of bending for each of the six channel waveguides a to f. -ing
  • the degree of bending means a way of bending, and means that each of the channel waveguides a to f has a different way of bending.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (c) show examples of shapes having different degrees of bending.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing the shapes (shown by solid lines) of channel waveguides a to f having almost the same shape as the S-shaped (shown by dotted lines) bent portion.
  • Figure 5 (b) is a diagram showing the shape of channel waveguides a to f (shown by solid lines), which have almost the same shape as the bent part of the S-shape inverted (shown by the dotted line). is there.
  • FIG. 5 (c) is a diagram showing the shapes of channel waveguides a to f having a shape obtained by slightly extending the S-shape in the vertical direction, and shows the shape of the channel waveguide a shown in FIG.
  • the shape is similar to a part of the meandering shape or a part of the waveform of the cosine function.
  • a method for drawing the shapes of the S-shaped waveguides a to f by using parameters will be described later.
  • both of the shapes shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c), the shapes slightly extended in the up, down, left and right directions, and the slightly reduced shapes are referred to as “S”. Character-shaped ".
  • FIGS. 2 to 4 are diagrams for explaining the shapes of the S-shaped waveguide sections 10 and 20 according to the first embodiment of the present invention, respectively, wherein the input slab 3 and the channel waveguide shown in FIG. This is an enlarged view of the vicinity of the connection with a to f.
  • Each of the slab connection portions 9 shown in FIGS. 2 to 4 corresponds to the root of each of the channel waveguides a to f, and is located above the slab boundary line (see the dotted line). It is a part of the powerhouse.
  • the distance between adjacent slab connection portions 9 among the slab connection portions 9 is represented by (1) (channel waveguide spacing).
  • the S-shaped waveguide section 10 shown in FIG. 2 has six channel waveguides a to:
  • the radius of curvature of each S-shaped waveguide a to f is the center of the six channel waveguides a to f. It is formed so as to become gradually smaller in the direction from the channel waveguide c (or d) toward the outer channel waveguide a (or f).
  • the radius of curvature R of the channel waveguide a is smaller than the radius of curvature R of the channel waveguide c.
  • the channel waveguide spacings ⁇ 1 to ⁇ 6 at portions other than the slab connection portion 9 of the six channel waveguides a to f are wider than the channel waveguide spacing d at the slab connection portion 9. ing.
  • FIG 5 (c) channel waveguides a shown in is determined by a first curved portion which is determined by the radius of curvature E and the arc angle E (the arc portion), and the radius of curvature j3 2 and an arc angle alpha 2 second and a curved portion U 2 and summer to be continuously formed that.
  • the radius of curvature i is represented by the radius of a perfect circle (not shown) having an arc portion as the circumference
  • the radius of curvature iS 2 is a perfect circle having the arc portion U 2 as the circumference (not shown).
  • each of the drawing parameter Isseki have beta have Li, and ⁇ 2, ⁇ 2, U 2 ) can be used various ones.
  • small radius of curvature means that the degree of bending is large and both the radius of curvature iS and arc angle ⁇ are small
  • large radius of curvature means that the degree of bending is small and the radius of curvature ⁇ and It means that the arc angles ⁇ are both large.
  • channel waveguides b to f are also the same as the channel waveguide a, and thus redundant description will be omitted.
  • the S-shaped waveguide section 20 (see FIG. 1) is also constituted by S-shaped waveguides a to f, and is almost the same as the above-described S-shaped waveguide section 10.
  • the AWG 1 of the present invention includes, for example, an S-shaped waveguide portion 10 formed near a portion connected to the input slab 3 in the channel waveguide a shown in FIG.
  • the distance between the channel waveguides of the channel waveguide a and the channel waveguide b is reduced, and the circular arc formed on the output slab 5 side of the S-shaped waveguide section 10 has an S-shape.
  • the distance d between the channel waveguide a and the channel waveguide b is gradually increased toward the waveguide portion 10.
  • the S-shaped waveguide section 20 can be configured in the same manner as the S-shaped waveguide section 10.
  • the conventional channel waveguide interval is compared with the channel waveguide interval of the present invention.
  • the reason that the channel waveguide spacing (!) Cannot be reduced in the conventional AWG slab connection section 9 is that the width of the channel waveguide spacing d is widened slowly. If the distance d is small, the coupling between the channel waveguides in portions other than the slab connection portion 9 increases. You.
  • the inventors have a small channel waveguide spacing d in the slab connection portion 9, and as channel waveguide spacing d x in the portion other than the slab connection 9 is widened, the channel waveguide spacing spread The degree was sharpened.
  • the S-shaped waveguide portion 10a shown in FIG. 3 has a curvature radius of each of the S-shaped waveguides a to f of the six channel waveguides a to f of the six channel waveguides a to f.
  • the length of the waveguide is formed so as to gradually decrease in the direction from the shortest channel waveguide f to the longest channel waveguide a.
  • the S-shaped waveguide portion 10 b shown in FIG. 4 has a curvature radius of each of the S-shaped waveguides a to f of the six channel waveguides a to f Of these, the waveguide length is formed so as to gradually decrease in the direction from the longest channel waveguide a to the shortest channel waveguide f.
  • the S-shaped waveguide section 20 (see FIG. 1, which represents between the channel waveguide array 4 and the output slab 5) is also shown in FIGS.
  • the parts 10, 10 a, and 10 b form the same structure. Therefore, the description of the structure of the S-shaped waveguide portion 10 relating to these is duplicated, and further description is omitted.
  • the portions in the vicinity of the six channel waveguides a to f each have an S-shaped waveguide a to f having a predetermined radius of curvature, a linear portion, and a predetermined radius of curvature and arc angle. All or some of the arc-shaped portions may be provided.
  • FIGS. 5 (d) and 5 (e) are diagrams respectively showing the shape patterns of the vicinity of the channel waveguides a to f according to the first embodiment of the present invention.
  • Shape pattern shown in FIG. 5 (d) a linear portion (straight portion) L 2, 3 Oyobi 4, the S-shaped waveguide S There S 2 has a predetermined radius of curvature, the arc of the And an arc-shaped portion having a radius of curvature ⁇ and an arc angle ⁇ i.
  • the shape pattern shown in FIG. 5 (e) has linear portions L 5 and L 6 , an S-shaped waveguide S 3 having a predetermined radius of curvature, a radius of curvature ⁇ 2 of an arc and a circle having an arc angle of 0 2 and arcuate portions R 2 are combined.
  • the path lengths of the channel waveguides a to f become linear sections 1 ⁇ to 4 , L 5 to L 6 Can be adjusted by the length of the circular waveguide, the radius of curvature of the circular waveguide, and the circular angle.
  • the desired phase distribution can be obtained by correcting the phase difference generated in the S-shaped waveguide among the channel waveguides a to f. Can be.
  • the shape pattern can be designed or manufactured with high precision, and can be finely adjusted.
  • the width of the S-shaped waveguides a to f can be changed.
  • FIG. 6 (a) is a diagram showing the shapes of the S-shaped waveguides a to f according to the first embodiment of the present invention, wherein the width of each of the S-shaped waveguides a to f is the S-shaped waveguide.
  • Two S-shaped waveguides a and b are displayed when the width changes according to the positions of a to f (the hatched lines in Figs. 6 (a) and 6 (b) indicate the input Represents slab 3 or output slab 5.)
  • dd ⁇ dd 2 also Re Izu represents S-shaped waveguide a, a width of b, a dd 2> dd 1.
  • the shapes of the S-shaped waveguide portions (: to f) are the same as the shapes of the S-shaped waveguide portions a and b.
  • FIG. 6B is a diagram showing the shapes of the S-shaped waveguides a to f according to the first embodiment of the present invention, wherein the width of the S-shaped waveguides a to f is the same as that of the S-shaped waveguide.
  • Two S-shaped waveguides a to f with a constant width according to the positions of the waveguides a to f are shown.
  • the shapes of the S-shaped waveguides a and b shown in FIG. 6 (b) correspond to the portions of the slab connection portion 9 corresponding to the roots of the six channel waveguides a to f, and the portions different from the slab connection portion 9. bets are formed to have the same width dd 3.
  • the shapes of the S-shaped waveguides c to f are the same as the shapes of the S-shaped waveguides a and b.
  • Channel waveguides a to f can be formed without using a tapered waveguide.
  • the term “tapered” means that the shape of the channel waveguide array 4 gradually becomes narrower at the end in the direction in which light reaches, or that the shape of the end is tapered.
  • the AWG 1 of the present invention includes a plurality of waveguide sections 10 and 20 having shapes having different degrees of bending for each of the channel waveguides a to f. And the vicinity of the connection between the channel slab 3 and the output slab 5.
  • the channel waveguide intervals ⁇ 1 to ⁇ 56 in portions other than the respective slab connection portions 9 are wider than the waveguide intervals in the respective slab connection portions 9 (see FIGS. 2 to 4). Therefore, according to the AWG 1 of the present invention, it is possible to obtain a small AWG 1 without deteriorating characteristics due to coupling between channel waveguides in portions other than the slab connection portion 9.
  • the channel waveguide spacing d at the slab connection section 9 is 1
  • the arrangement of the six channel waveguides a to f corresponds to the first neighborhood connected to the input slab 3 of each of the channel waveguides a to f, and the output of each of the channel waveguides a to f.
  • a second neighborhood connected to the slab 5 a third neighborhood connected to the input slab 3 of the input waveguide 2, and a fourth neighborhood connected to the output slab 5 of the output waveguide 6
  • the intervals required for preventing optical interference are provided between the channel waveguides a to f.
  • the length required to convert the waveguide interval at the slab connection section 9 into the waveguide interval at the fiber connection end of the output waveguide 6 is also reduced.
  • the curvature S-shaped waveguide portions having different radii may be formed near the slab connection portion 9.
  • FIG. 7 is a diagram showing a main part of the WDM system according to the first embodiment of the present invention.
  • the WDM system 52 shown in FIG. 7 includes an optical transmitter 50 for transmitting wavelength-division multiplexed light, an optical fiber 56 for transmitting wavelength-division-multiplexed light, and an optical receiver 51 for receiving wavelength-division-multiplexed light. It is configured with it.
  • the optical transmitter 50 outputs n data signal generators 53 a to 53 c for outputting a data signal including an information signal, and data signals from each of the data signal generators 53 a to 53 c.
  • N laser diodes (LDs) 54 a to 54 c that output a single light # 1 to # n having different wavelengths for light modulation, and a laser diode including the AWG 1 It comprises a multiplexing section 55a for multiplexing single lights #l to #n from 54a to 54c.
  • the data signal generators 53a to 53c and the laser diodes 54a to 54c cooperate to function as an optical signal output unit.
  • the multiplexing section 55a multiplexes the n types of optical signals output from the optical signal output sections (data signal generating sections 53a to 53c and laser diodes 54a to 54c). And outputs wavelength multiplexed light # 1 to #n, and functions as an AWG (arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer).
  • the multiplexing section 55a is provided on the substrate 1 with the input waveguide 2 for transmitting and outputting wavelength multiplexed light in which, for example, light of six wavelengths is multiplexed, and the output from the input waveguide 2.
  • Input slab 3 that spreads the divided wavelength multiplexed light # 1 to # 6, and wavelength multiplexed light that has, for example, six channel waveguides a to A channel waveguide array 4 that separates 1 to # 6 according to six types of wavelengths and propagates six types of separated light, and an output slab that collects six types of separated light propagated in the channel waveguide array 4 5 and, for example, six output waveguides 6 for transmitting the light condensed by the output slab 5 are formed, and a portion of each of the channel waveguides a to f connected to the input slab 3 ( (The first neighborhood) and the neighborhood connected to the output slab 5 of the channel waveguides a to f (the second neighborhood) Are set to be wider than the waveguide spacing at the connection between the channel waveguide array and the input
  • the miniaturization can improve the degree of integration of hardware components, promote cost reduction, and expand the use of wavelength division multiplexing optical communication.
  • the optical fiber 56 is a transmission line for transmitting the wavelength-multiplexed lights # 1 to #n.
  • the optical receiver 51 includes the AWG 1 and separates the wavelength-division multiplexed light # 1 to #n received via the optical fiber 56 to output a single light #l to #n.
  • PD Pho to Diode
  • Both the optical transmission device 50 and the optical reception device 51 function as the optical transmission device of the present invention.
  • an information signal in which data of a moving image or the like is framed is subjected to transmission processing in the data signal generation units 53a to 53c, and the data signal subjected to the transmission processing is transmitted.
  • the light is modulated in each of the laser diodes 54a to 54c.
  • the light is input to the output waveguide 6 (see FIG. 1) of the AWG 1 provided in the multiplexing section 55a, and the wavelength-multiplexed light #l to #n is input from the input waveguide 2 of the AWG 1. Is output.
  • These wavelength multiplexed lights # 1 to #n are transmitted through an optical fiber 56 (see FIG. 7) and input to the demultiplexing unit 55b of the optical receiver 51.
  • the input waveguide 2 shown in FIG. 1 guides the input wavelength-multiplexed light # 1 to # 6 and delivers it to the input slab 3.
  • the input slab 3 having a light distribution function has a shape that spreads in a direction parallel to the substrate 1 and spreads the wavelength-multiplexed lights # 1 to # 6 without confining them in the horizontal direction.
  • the spread wavelength multiplexed lights # 1 to # 6 have the same phase and are incident on channel waveguides a to f arranged in an array of six.
  • the wavelength-division multiplexed lights # 1 to # 6 pass through the S-shaped waveguide portions 10 and 20, which are drawn by gradually reducing the radius of curvature of each channel waveguide.
  • the respective optical signals interfere with each other in the respective channel waveguides and are output to the output waveguide 6 via the output slab 5.
  • the wavelength-division multiplexed lights # 1 to # 6 have different equiphase surfaces depending on the wavelength.
  • the wavelength-multiplexed lights # 1 to # 6 are focused on the center of the slab boundary arc.
  • the output waveguide 6 is arranged so that one end is located at a position where light of a desired wavelength is condensed, and the other end is used as an output terminal.
  • the output terminal is connected to the input terminal of an optical fiber or other optical component.
  • a chip means the substrate 1 on which a waveguide is formed or the substrate itself on which a waveguide is not formed.
  • FIG. 8 is a view for explaining miniaturization of the AWG 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the slab length is reduced by reducing the channel waveguide spacing di in the S-shaped waveguide sections 10 and 20 shown in FIG.
  • the slab length f is shortened.
  • the chip size of the entire AWG 1 is reduced because of the large contribution of
  • FIG. 9A is a diagram illustrating an example of a chip size of a conventional AWG
  • FIG. 9B is a diagram illustrating an example of a chip size of the AWG 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the reference numerals shown in FIGS. 9A and 9B, which have the same reference numerals as those described above, have the same or the same functions, and further description will be omitted.
  • the slab connection portion 9 of the AWG shown in FIG. The spacing di is 20 m (micrometer) and the slab length fi is 24 mm.
  • AWG 1 shown in Fig. 9 (b) has S-shaped waveguides 10 and 20, the channel waveguide spacing d at the slab connection 9 is 10 zm, and the slab length f is 1 2 mm.
  • the length of the S-shaped waveguide sections 10 and 20 is reduced to about 3 mm
  • the slab length fi is reduced to about 9 mm on one side and about 18 mm on both sides
  • one side of the chip is reduced.
  • the size is reduced to about (11.4).
  • the chip area of AWG 1 shown in Fig. 9 (b) is W
  • the mode conversion at the slab connection section 9 of the channel waveguides a to f (or !-1) is performed.
  • a loss reduction effect of about 0.5 dB is obtained, and by adding these reduction effects, a loss reduction effect of about 0.8 dB is achieved for the entire chip. can get.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an AWG according to a first modification of the first embodiment of the present invention.
  • the AWG 1a shown in Fig. 10 is composed of an input waveguide 2, an output waveguide 6, an input slab 3 that performs light distribution and focusing functions, an output slab 5, and an array of, for example, five It is configured to include a channel waveguide 4a in which channel waveguides a to e are arranged.
  • the channel waveguide 4a has an S-shaped waveguide portion 10a (see FIG. 3).
  • the S-shaped waveguide portion 10a is formed in the vicinity of the slab connection portion 9 between the input slab 3 and the channel waveguide array 4a from the shortest channel waveguide e to the longest channel.
  • Each of the channel waveguides a to e is formed so that the radius of curvature thereof becomes gradually smaller toward the waveguide a.
  • the channel conduction in the slab connection section 9 is assumed.
  • the length required for extending the channel waveguide distance d to 20 by forming the S-shaped waveguide section 10a for the waveguide spacing d of 10 Aim (channel waveguide array 4a) was about 4 mm.
  • the slab length f is 12 mm
  • the chip length is smaller than that of the conventional AWG (the channel waveguide spacing d at the slab connection 9 is 20 im, and the slab length ft is 24 mm). Can be reduced by 16 mm.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of an AWG according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
  • the AWG 1b shown in Fig. 11 is composed of an input waveguide 2, an output waveguide 6, an input slab 3 and an output slab 5 that perform light distribution and light condensing functions.
  • the channel waveguide 4b has an S-shaped waveguide portion 1 Ob shown in FIG.
  • the S-shaped waveguide portion 10 b has the shortest length from the channel waveguide a having the longest length in the vicinity of the slab connection portion 9 between the input slab 3 and the channel waveguide array 4 b.
  • the curvature radius of each of the channel waveguides a to e is formed so as to gradually decrease toward the channel waveguide e.
  • the channel waveguide interval d in the slab connection portion 9 is 10 / m.
  • the length of the channel waveguide array 4b required to expand the length to 20 m using the S-shaped waveguide portion 10b is about 4 mm.
  • the input waveguides 2 of the AWGs la and lb may each be provided with, for example, a plurality of six waveguides, and the output waveguide 6 may be provided with only one waveguide.
  • the AWGs 1, la, and 1b of the present invention it is possible to reduce the chip size, reduce the cost of the chip, and obtain a chip having high waveguide characteristics such as reduced loss. it can.
  • this downsizing allows hardware such as WDM relay stations, terminal stations, and optical switches to be downsized, thereby reducing costs.
  • the locations where the S-shaped waveguide sections 10 and 20 are formed are as follows. Although the portion of the channel waveguides a to f near the connection portion with the input slab 3 can be replaced with a portion for forming the same, in the second embodiment, AWG is connected to the input waveguide 2. An S-shaped waveguide portion is provided.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of an AWG according to the second embodiment of the present invention.
  • the AWGlc shown in Fig. 12 has the channel waveguide spacing d in the vicinity of the input waveguide 2 that is connected to the input slab 3, and the connection between the input waveguide 2 and the input slab 3 It is formed so as to be wider than the channel waveguide distance d in the (third connection part).
  • the AWG 1 c has a channel waveguide interval d in the vicinity of the output waveguide 6 that is connected to the output slab 5. ) Is formed so as to be wider than the channel guide spacing di in.
  • a portion near the input waveguide 2 or the output waveguide 6 is formed so as to be bent in a direction from the central channel waveguide c (or d) to the outer channel waveguide a (or f). 2 to 4, etc.), specifically, a plurality of waveguide sections 10d having shapes with different degrees of bending are provided for each of the input waveguide 2 and the output waveguide 6.
  • the radius of curvature of each S-shaped waveguide of the input waveguide 2 or the output waveguide 6 is changed from the center waveguide of the input waveguide 2 or the output waveguide 6 to the outer waveguide. It may be formed so as to become smaller in the direction toward it.
  • each S-shaped waveguide of the input waveguide 2 or the output waveguide 6 is changed from the channel waveguide having the shortest waveguide length of the input waveguide 2 or the output waveguide 6 to the longest channel waveguide. May be formed so as to become smaller in the direction toward.
  • the shape patterns in the vicinity of the channel waveguides a to e can be formed by using those shown in FIGS. 5 (d) and 5 (e), respectively.
  • the S-shaped waveguide portions 10c and 10d can be provided in any portion where the channel waveguide is provided. That is, the arrangement of the six channel waveguides a to f is connected to the third neighboring portion connected to the input slab 3 of the input waveguide 2 and to the output slab 5 of the output waveguide 6. In some or all of the fourth neighboring portion, an interval necessary for preventing optical interference is provided between the channel waveguides a to e.
  • the length of the output waveguide 6 required to convert the waveguide spacing at the slab connection portion 9 into the waveguide spacing at the fiber connection end of the output waveguide 6 is also shown. In order to shorten the length, for example, an S-shaped waveguide portion having a different radius of curvature may be formed near the slab connection portion 9 for each output waveguide 6.
  • the input waveguides 2 of the AWG 1c may both be provided, for example, six waveguides may be provided, and the output waveguide 6 may be provided with only one waveguide.
  • the AWGs lb and lc of the present invention it is possible to obtain a chip having a small waveguide size, a low cost chip, and high waveguide characteristics such as a reduction in loss.
  • the fields to which the AWGs 1, 1a, lb, and 1c of the present invention can be applied are: a multiplexer / demultiplexer for an access part of an optical transmission system; an optical repeater provided in the optical transmission system; Optical switch, ADM, etc.
  • the present invention can be applied to an optical cross connect as an optical switch.
  • This optical cross-connect exchanges wavelengths or time slots for a large number of channels time-multiplexed using each of a plurality of wavelength-division multiplexed lights.
  • SONET Synchronous Optical Network
  • SDH Synchronous Digital Hierarchy
  • the AWG can be reduced in size, the chip size can be reduced, and the number of chips per unit wafer can be increased. Therefore, the cost of the chip can be reduced, and the efficiency of mass production is greatly improved. Also, by reducing the chip size, the waveguide loss can be reduced, and the loss at the slab connection can be reduced. In addition, miniaturization improves the degree of integration of hardware components, and also promotes cost reduction, thereby expanding the use of WDM optical communication.

Landscapes

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Description

アレイ導波路型波長合分波器おょぴ光伝送装置 技術分野
本発明は、 例えば波長多重光通信又は光信号処理等の導波路型集積光部品に用 いて好適な、 アレイ導波路型波長合分波器および光伝送装置に関する。 背景技術 明
( 1 )波長の異なる複数の光信号を同時に伝送する波長多重光通信（Wavelength Divi si on Multiplexing: WDM)においては、波長合分波器 (Wavelength Division 書
Multiplexing Apparatus) が重要なデバイスである。 この波長合分波器は、 異な る波長の光信号を合波する波長合波器としての機能 （合波機能） と、 波長多重光 を異なる波長の光信号に分波する波長分波器としての機能 （分波機能） とを有す る。
これにより、 複数の情報データは、 それぞれ、 波長合分波器において合波され て光波長帯域に多重され、 チャネル 1〜チャネル n (nは自然数を表し、 チヤネ ルとは光波長を表す。） に割り当てられた波長多重光が伝送される。 そして、 中継 局又は端局に設けられた波長合分波器にて、 波長多重光のうちの所望のチャネル i ( iは自然数） 光が分波され、 分波されたチャネル iの光信号が電気信号に変 換されてから、 所望の情報データが複数のユーザに対して配信又は転送される。 また、 波長合分波器が利用される分野は、 光スィッチ， ADM (Add & Drop Multiplexer)等のほかに、例えば基幹系の光ネッ卜ワークのアクセスノードと各 家庭との間を接続する光ファイバの分岐部分に用いることができる。 さらに、 住 宅に設けた伝送端末の光信号処理等にも用いられる。 これらの光スィッチ等は、 いずれも、 それ自身のハードウエアを小型化することにより低コス卜化を図れ、 また、 品質が向上する。 このハードウエアの小型化を促進するためには、 ハード ウェアの各部品の集積度を高めることが必要であり、 この点において、 波長合分 波器は導波路型の集積光部品としても重要である。 ( 1 - 1 ) アレイ導波路型波長合分波器 （Arrayed Wavegui de Grat ing：以下、 特に断らない限り、 AW Gと称する。） について
波長合分波器の種類は複数知られており、それらのうちの実用的なデバイス（素 子） として AWGが注目されている。 この AWGは、 チップ状の平面基板上の光 導波路によつて構成されるアレイ導波路回折格子を用いたものである。
図 1 3は AWGの構成図である。 この図 1 3に示す AW Gは、 基板 （例えばシ リコン基板） 1と、 この基板 1上にフォトリソグラフィを用いて一括生成された 光導波路とからなり、入力導波路 2， 入力スラブ (入力側スラブ導波路) 3 0 0 , 7本 ( 7チャネル) のチャネル導波路 (チャネル光導波路) 群 a〜gからなるァ レイ導波路 (チャネル導波路アレイ) 4 0 0 , 出力スラブ (出力側スラブ導波路) 5 0 0， 7本の導波路 h〜nからなる出力導波路 6をそなえて構成されている。 なお、 7本のチャネル導波路 a〜gは、 位相差を生じさせる機能を有するので、 フェイズドアレイ （Phased Array) と呼ばれる。 チャネル導波路 a〜 gの数は 7 であるが、 この数は所望の値に設定できる。
これにより、 外部から例えば光ファイバを介して入力導波路 2に入力された波 長多重光は、 入力スラブ 3 0 0において回折により広がり （拡散され）、 7個のス ラブ接続部 （接続部， 接続部分） 9を介してアレイ導波路 4 0 0を構成する 7本 のチャネル導波路 a〜gのそれぞれに入力 （入射） される。
図 1 4は入力スラブ 3 0 0とチャネル導波路アレイ 4 0 0とを拡大した図であ る。 ここで、 スラブ接続部 9は、 この図 1 4に示す各チャネル導波路 a〜gの付 け根 （根元） でありスラブ境界線上の 7力所の部分である。 また、 チャネル導波 路間隔 (1ェは、 隣接する 2箇所のスラブ接続部 9間の距離に相当する。 さらに、 チャネル導波路間隔 は、 入射光が拡散されるときの中心部 （入射光拡散中心） 3 1 0からチャネル導波路アレイ 4 0 0の入射位置までの距離 （以下、 この距離 をスラブ長と称する。) が短くなるにつれて、 一般的に短くなる。
また、 図 1 3に示す 7本のチャネル導波路 a〜gの長さ （導波路長） は相互に 異なる。 アレイ導波路 4 0 0に入力される波長多重光 # 1〜# 7はいずれも同位 相であるが、 アレイ導波路 4 0 0の出力側においては 7本のチャネル導波路 a 〜gの長さの差に基づいて、 各波長多重光 # 1〜# 7は位相差を生じる。 そして、 各波長多重光 # 1〜# 7は、 各チャネル導波路 a〜gから出力 （放射） されて相互に干渉し、 出力スラブ 5 0 0と出力導波路 6とのスラブ接続部 9付近 に集光 （収束） される。 また、 波長多重光 # 1〜# 7に含まれる各波長の単一光 (以下、 単一光と称する。) が集光する位置は、 波長ごとに異なる。 このため、 チ ャネル導波路 aからの波長多重光 # 1〜# 7に含まれる波長 1の成分は、 出カス ラブ 5を介して出力導波路 6を構成する 7本のチャネル導波路！！〜 nのうちのチ ャネル導波路 hに集光される。 また、 各波長 2〜 7の成分は、 それぞれ、 チヤネ ル導波路 i〜nに集光される。 従って、 波長多重光 # 1〜# 7は 7本の単一光 # 1〜# 7に分波され、 分波機能が発揮されるのである。 集光された 7本の単一光 は、 それぞれ、 出力導波路 6の 7本のチャネル導波路 h〜nに入力され、 基板 1 の端部に導かれる。
なお、 7本の単一光を出力導波路 6に入力し、 上記と逆方向に伝搬させること により、 入力導波路 3 0 0から波長多重光 # 1〜# 7が得られ、 これにより、 合 波機能が実現される。
このように、 AW Gは、 古くから知られた回折格子を用いた分光計の動作と同 様の動作を、 基板 1上に一括形成されたチャネル導波路 a〜 gを用いて実現し、 これにより、 小型かつ大量生産性に富み、 波長多重通信用の波長合分波器として 有望視されている。
また、 一般に、 合波機能の実現は、 光の入出力方向を、 分波時の光入出力方向 と逆にすることにより可能である。 以下の説明においては、 特に断らない限り、 両機能のうちの主に分波機能に着目して説明する。
( 1 - 2 ) 7本のチャネル導波路アレイ 4 0 0の形状の描画方法について チャネル導波路アレイ 4 0 0の形状は、 7本のチャネル導波路 a〜gのうちの 例えばチャネル導波路 c， dのように隣接するチャネル導波路の長さの差が一定 になるように描画される。
図 1 5は従来のチャネル導波路アレイの描画方法の基本形を説明するための図 であり、 上段, 中段および下段の各部からなる。 この図 1 5の上段部に示すァレ ィ格子型光合分波器は、 第 1の扇型スラブ導波路とチャネル導波路アレイとの境 界におけるチャネル導波路アレイの各導波路の間隔と、 チャネル導波路アレイと 第 2の扇型スラブ導波路との境界におけるチャネル導波路アレイの各導波路の間 隔とが異なるように形成されている （例えば特許文献 1 )。
この上段部に示す描画方法は、 縦方向のチャネル導波路の直線状の部分 （直線 部） の長さ L iを調整することにより各チャネル導波路の長さを調整している。 これにより、 設計の自由度を大きくでき、 機能性の高い光周波数分離および光周 波数合波を実現可能なデバイスが得られる。
そして、 図 1 5の中段部に示す光波長合分波器は、 アレイ導波路回折格子の各 アレイ導波路の導波路長が、 アレイ導波路回折格子で生じる光波の位相誤差が実 質的になくなるように調整されている （例えば特許文献 2 )。
この図 1 5の中段部に示す描画方法は、 スラブに接続しているチャネル導波路 の直線部の長さ L i , 円弧の曲率半径 R i， 円弧の中心角 Θ iを調整することによ り各チャネル導波路の長さを調整している。 これにより、 アレイ導波路を伝搬す る光波の位相変化量の誤差が小さく、 サイドローブ等によるクロストーク劣化が 抑制される。
図 1 5の下段部に示すアレイ導波路格子は、 所定の光路長差を有する 2つの導 波路と、 2つの導波路の両端をそれぞれ結合して非対称マッハツエンダー干渉計 を構成する 2つの 3 d B力ブラとを含む入力用チャネル導波路の、 一方の導波路 長が他方に比べて長い 2つの出力導波路を、 出力用チャネル導波路における間隔 の半分の間隔をもって第 1の扇型スラブ導波路に接続するものである （例えば特 許文献 3 )。
図 1 5の下段部に示す描画方法は、 スラブに接続しているチャネル導波路の直 線部の長さ L i , 円弧の曲率半径 R i， 円弧の中心角 0；および円弧とこの円弧に 接続されたチャネル導波路の直線部の長さ L 2；をそれぞれ調整することにより 各チャネル導波路の長さを調整している。
これにより、 各チャネルにおいてチャネル間隔の半分以上のフラットな帯域を 得て、 光源の波長が変化しても分波出力特性はほぼ一定となるフラットな光周波 数特性が実現される。
このように、 従来から、 多様な AW Gの形状又は構造が提案されており.， 上記 3種類は、 チャネル導波路の描画方法の基本的なものとして知られている。 なお、 アド · ドロップ機能を取り扱うことが可能な波長多重光装置も知られて いる （例えば特許文献 4)。 この波長多重光装置は、 導波グレーティングルー夕と 移相器とが反射するように構成され、 これにより、 I nP (インジウムリン） を 用いた 16チャネル， 1 00 GH zにおける伝送の実験結果が改善されている。 さらに.. 低コス卜で.. 高い波長アイソレーションを実現する AWGも知られて いる （例えば特許文献 5)。
(1— 3) AWGの小型化について
波長多重光通信の利用の拡大にともない、 AWGは、 小型でかつ大量生産に向 くものが望ましい。 このため、 従来から、 チップサイズ (導波路が形成された基 板 1又は導波路が未形成の基板自体の大きさ又は基板の面積） を小さくし、 単位 ウェハあたりのチップの取れ数 （歩留まりとも称する。 製造したチップの個数の うちの良品が取れたチップ個数の割合に相当する。） を増加させ、 これにより、 チ ップを低コスト化することが要請されている。 また、 チップサイズの小型化によ り、 導波路損失が低減し、 さらに、 スラブ接続部 9における損失を低減させるこ とが望まれている。
図 1 6はスラブ接続部 9におけるチヤネル導波路間隔 d とスラブ長 f との 関係を説明するための図である。 この図 16に示すスラブ T\, T2におけるチヤ ネル導波路間隔 d とスラブ長 ； T との比 c^Zf ^ d^/ f ' は 一定である （なお、 ' /' は除算を示す。）。 従って、 スラブ T のスラブ長 ίェを 小さくするためにはスラブ接続部 9におけるチヤネル導波路間隔 dェを小さくす る必要がある。
(1 -4) しかしながら、 AWGの各チャネル導波路 a〜gを伝搬する信号光 (分離光） は、 いずれも、 チャネル導波路 a〜gを伝搬する間に、 隣接するチヤ ネル導波路 a〜gのいずれかに移ることによって、 位相情報 （位相差） が乱れ、 各信号光の特性が劣化し、 いわゆるクロストークが生じる。
このため、 チヤネル導波路 a〜 g間の光結合が小さくなるようにチヤネル導波 路間隔 を広くすることが不可欠である。 特に、 スラブ接続部 9付近以外の部 分 （領域） においては、 スラブ接続部 9付近の部分に比較して隣接するチャネル 導波路 a〜 gのいずれかとの位相ずれが大きいので、 チャネル導波路 a〜 g間の 光結合が与える影響は顕著である。 従って、 スラブ接続部 9から離れるにしたが つてチヤネル導波路間隔 a〜 gが広くなるような導波路構造が採用されている。 一般に、 AW Gに用いられるスラブ接続部 9におけるチャネル導波路間隔 d i と、 スラブ接続部 9から最も離れた領域におけるチヤネル導波路間隔 d i iとは、 チャネル導波路のコアおよびグラッドの比屈折率の差 Δ ηによって異なり、 例え ば Δ η = 0 . 7 5。。'のチヤネル導波路は、 d！ = 1 4 ^ m〜 2 0 , ηι, d : ! = 3 0〜4 0 mが用いられている。
ここで、 コアとは、 A W Gが形成されている部分であって、 AW Gの周囲の領 域に比して相対的に屈折率の大きい材料で形成された部分である。 また、 クラッ ドとは、 コアを囲む部分であってコアに比して相対的に屈折率の低い材料で形成 された部分である。
上記のように、 隣接するチャネル導波路が小さな間隔 dェだけ離れて長い距離 を並行して設けられると、 その隣接するチャネル導波路は相互にクロストーク又 は透過損失等を生じ、 光信号の特性が劣化する。 従って、 チャネル導波路間の結 合に基づく特性劣化を考慮すると、 従来の AWGは、 スラブ接続部 9におけるチ ャネル導波路間隔 dェ又は d i iを小さくできず、 このため、 スラブ長 f 又は f ' が増加し、 AW Gのチップサイズが大きくなるという課題があつた。換言すれば、 A W Gのチップサイズの小型化のためにスラブ接続部 9におけるチヤネル導波路 間隔 dェ又は d„を小さくすると、 クロストークおよび透過損失等の劣化が生じ るのである。
また、 上記の特許文献 1〜5に開示された AW Gは、 いずれも、 チップサイズ を小型化するものではない。
特許文献 1
特開平 1 1 一 2 7 3 3号公報
特許文献 2
特開 2 0 0 0— 3 5 2 6 3 0号公報
特許文献 3
特開平 1 0— 9 0 5 3 0号公報
特許文献 4 米国特許第 6， 1 4 1， 4 6 7号明細書
特許文献 5
特開 2 0 0 1— 1 7 4 6 5 3号公報 発明の開示
本発明は、 このような課題に鑑み創案されたもので、 例えば波長多重光通信又 は光信号処理に用いられる波長合分波器において、 チップサイズを小型化し、 チ ップを低コス卜化し、 かつ損失の低減等の高い導波特性を有するアレイ導波路型 波長合分波器および光伝送装置を提供することを目的とする。
このため、 本発明のアレイ導波路型波長合分波器は、 基板上に、 複数の波長の 光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する 1又は複数の入力導波路と、 入 力導波路から出力された波長多重光を拡散する第 1スラブと、 相互に長さの異な る複数のチャネル導波路を有し第 1スラブにて拡散された波長多重光を複数の波 長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導波路アレイと、 チャネル 導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第 2スラブと、 第 2スラブ にて集光された光を伝搬する 1又は複数の出力導波路とが形成され、 各チャネル 導波路のうちの第 1スラブと接続される第 1の近傍部分と各チャネル導波路のう ちの第 2スラブと接続される第 2の近傍部分とのうちの少なくとも一方における 導波路間隔が、 チャネル導波路アレイと第 1スラブとの第 1の接続部における導 波路間隔、 又はチャネル導波路アレイと第 2スラブとの第 2の接続部における導 波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことを特徴としている。 従って、 このようにすれば、 アレイ導波路型波長合分波器のチップサイズを小 型化でき、 チップサイズが小さくなり、 単位ウェハあたりのチップの取れ数が増 加し、 これにより、 チップを低コスト化することができる。
また、 複数のチャネル導波路のうちの少なくとも 1本のチャネル導波路の第 1 の近傍部分又は第 2の近傍部分が、 複数のチャネル導波路の中央のチャネル導波 路から外側のチャネル導波路に向かう方向に屈曲するように形成されてもよく、 又は複数のチャネル導波路ごとに、 屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波 路によって形成されてもよく、 このようにすれば、 チップサイズの小型化を促進 し大量生産の効率が大幅に向上する。
そして、 複数のチャネル導波路としての各 S字状導波路の曲率半径が、 複数の チャネル導波路の中央のチャネル導波路から外側のチャネル導波路に向かう方向 にしたがって小さくなるように形成されてもよく、 又は複数のチャネル導波路の うちの導波路長が最短のチヤネル導波路から最長のチヤネル導波路に向かう方向、 又は最長のチャネル導波路から最短のチャネル導波路に向かう方向にしたがって 小さくなるように形成されてもよく、 このようにすれば、 チップサイズを小さく することにより、 導波路損失が低減し、 スラブ接続部における損失を低減させる ことができる。 これにより、 波長多重光通信の利用が拡大する。
さらに、 S字状導波路の幅が、 複数のチャネル導波路の付け根に相当するスラ ブ接続部において狭く、 かつ S字状導波路のうちの第 1スラブ又は第 2スラブ側 の円弧部において波長多重光の伝搬方向にしたがって広くなるように形成されて もよく、 又は S字状導波路の幅が、 複数のチャネル導波路の付け根に相当するス ラブ接続部と、 スラブ接続部と異なる部分とを同一になるように形成されてもよ く、 このようにすれば、 スラブ接続部におけるチャネル導波路がテーパ （Taper) 型の形状を形成せずに製造できる。
前記複数のチャネル導波路のうちの少なくとも 1本のチャネル導波路の第 1の 近傍部分又は第 2の近傍部分が、 所定の曲率半径を有する S字状導波路と、 直線 状の部分と、 所定の曲率半径および円弧角を有する円弧状の部分とのうちの少な くとも一部分を設けてもよく、このようにすれば、各チャネル導波路の行路長が、 直線部分の長さと円弧状導波路の曲率半径および円弧角とにより調整でき、 S字 状のチャネル導波路で生じた位相差を補正して所望の位相分布を得ることができ る。 また、 形状パターンを高精度で設計又は製造でき、 かつ微調整できる。
そして、 本発明のアレイ導波路型波長合分波器は、 入力導波路のうちの第 1ス ラブと接続される第 3の近傍部分と出力導波路のうちの第 2スラブと接続される 第 4の近傍部分とのうちの少なくとも一方における導波路間隔が、 入力導波路と 第 1スラブとの第 3の接続部における導波路間隔、 又は入力導波路と第 2スラブ との第 4の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成され たことを特徴としている。 従って、 このようにすれば、 スラブ接続部以外の部分におけるチャネル導波路 間結合に起因する特性劣化が生じずに小型のアレイ導波路型波長合分波器を得る ことができる。
また、 前記入力導波路の第 3の近傍部分又は出力導波路の第 4の近傍部分が、 中央の導波路から外側の導波路に向かう方向に屈曲するように形成されてもよく、 又は入力導波路又は出力導波路ごとに、 屈曲度合いが異なる形状を有する複数の 導波路を設けてもよく、 このようにすれば、 チップサイズの小型化を促進し大量 生産の効率が大幅に向上する。
さらに、 前記各 S字状導波路としての曲率半径が、 入力導波路又は出力導波路 の中央の導波路から外側の導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形 成されたり、 又は入力導波路又は出力導波路の導波路長が最短のチャネル導波路 から最長のチャネル導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成され てもよく、 このようにすれば、 チップサイズを小さくすることにより、 導波路損 失が低減し、スラブ接続部における損失を低減させることができる。これにより、 波長多重光通信の利用が拡大する。
そして、 本発明のアレイ導波路型波長合分波器は、 複数のチャネル導波路の配 置が、 各チャネル導波路のうちの第 1スラブと接続される第 1の近傍部分と、 各 チャネル導波路のうちの第 2スラブと接続される第 2の近傍部分と、 入力導波路 のうちの第 1スラブと接続される第 3の近傍部分と、 出力導波路のうちの第 2ス ラブと接続される第 4の近傍部分とのうちの少なくとも一方において、 各チヤネ ル導波路間で光干渉の防止に必要な間隔が設けられたことを特徴としている。 従って、 このようにすれば、 チップサイズを小さくすることにより、 導波路損 失が低減し、スラブ接続部における損失を低減させることができる。これにより、 波長多重光通信の利用が拡大する。
加えて、 本発明の光伝送装置は、 波長の異なる複数の光信号を出力する光信号 出力部と、 この光信号出力部から出力された複数の光信号を合波して波長多重光 を出力するアレイ導波路型波長合分波器とをそなえた光伝送装置において、 基板 上に 複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する 1又は複数 の入力導波路と、入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第 1スラブと、 相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し第 1スラブにて拡散された波長 多重光を複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導波路ァ レイと、 チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第 2スラ ブと、 第 2スラブにて集光された光を伝搬する 1又は複数の出力導波路とが形成 され、 各チャネル導波路のうちの第 1スラブと接続される第 1の近傍部分と各チ ャネル導波路のうちの第 2スラブと接続される第 2の近傍部分とのうちの少なく とも一方における導波路間隔が、 チャネル導波路アレイと第 1スラブとの第 1の 接続部における導波路間隔、 又はチャネル導波路アレイと第 2スラブとの第 2の 接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことを特 徵としている。 ·
従って、 このようにすれば、 小型化によって、 ハ一ドウエアの各部品の集積度 を向上させ、 低コスト化を促進でき、 波長多重光通信の利用が拡大する。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の第 1実施形態に係る AWGの構成図である。
図 2は本発明の第 1実施形態に係る第 1の S字状導波路部の形状を説明するた めの図である。
図 3は本発明の第 1実施形態に係る第 2の S字状導波路部の形状を説明するた めの図である。
図 4は本発明の第 1実施形態に係る第 3の S字状導波路部の形状を説明するた めの図である。
図 5 ( a ) は S字状の屈曲部分とほぼ同一形状を有するチャネル導波路の形状 を示す図である。
図 5 ( b ) は S字を左右反転したもの屈曲部分とほぼ同一の形状を有するチヤ ネル導波路の形状を示す図である。
図 5 ( c ) は S字を上下方向に若干伸張して得た形状を有するチャネル導波路 の形状を示す図である。
図 5 ( d ) , 図 5 ( e ) はそれぞれ本発明の第 1実施形態に係るチャネル導波路 の近傍部分の形状パターンを示す図である。 図 6 (a), 図 6 (b) はいずれも本発明の第 1実施形態に係る S字状導波路の 形状を示す図である。
図 7は本発明の第 1実施形態に係る WDMシステムの要部を示す図である。 図 8は本発明の第 1実施形態に係る A W Gの小型化を説明するための図である。 図 9 (a) は従来の AWGのチップサイズの一例を示す図である。
図 9 (b) は本発明の第 1実施形態に係る AWGのチップサイズの一例を示す 図である。
図 1 0は本発明の第 1実施形態の第 1変形例に係る A W Gの構成図である。 図 1 1は本発明の第 1実施形態の第 2変形例に係る A W Gの構成図である。 図 1 2は本発明の第 2実施形態に係る AWGの構成図である。
図 1 3は AWGの構成図である。
図 14は入力スラブとチャネル導波路アレイとを拡大した図である。
図 1 5は従来のチャネル導波路アレイの描画方法の基本形を説明するための図 である。
図 1 6はスラブ接続部におけるチャネル導波路間隔とスラブ長との関係を説明 するための図である。 発明を実施するための最良の形態
(A) 本発明の第 1実施形態の説明
図 1は本発明の第 1実施形態に係る AWGの構成図である。 この図 1に示す A WG 1は、複数の異なる波長の光信号を合波する波長合波器としての合波機能と、 多重光を複数の異なる波長の光信号に分波する波長分波器としての分波機能との 両機能を実現可能なものであって、 基板 1 (AWG 1) と、 この基板 1上にフォ トリソグラフィを用いて一括生成された光導波路とからなり、 入力導波路 2, 入 カスラブ （入力側スラブ導波路） 3, 6本のチャネル導波路群 a〜 f からなるァ レイ導波路（チャネル導波路アレイ) 4, 出力スラブ（出力側スラブ導波路) 5, 6本の導波路!！〜 1 (el) からなる出力導波路 6をそなえて構成されている。 ここで、 波長多重光 # 1〜# 6は、 入力導波路 2から出力導波路 6に向かう方 向に伝送するようになっており、 また、 この AWG 1において分波され出力導波 路 6から各波長 # 1〜# 6の単一光が出力される。 AW G 1の合波機能は、 波長 が相互に異なる単一光を出力導波路 6から入力し、 その入力された各単一光につ いて、 出力スラブ 5等を分波の場合と逆の方向に伝搬させることにより実現され る。 以下、 主に、 分波機能に着目して説明する。
図 1に示す基板 1の材料は例えばシリコンであり、 この基板 1はウェハから切 り出されたものが用いられる。
また、 入力導波路 2は、 この基板 1上に、 6種類の波長の光が多重された波長 多重光 # 1〜# 6を伝搬させて出力するものである。 入力スラブ 3は、 入力導波 路 2から出力された波長多重光 # 1〜# 6を拡散 (又は分配) するものである。 さらに、 チャネル導波路アレイ 4は、 相互に長さの異なる 6本のチャネル導波 路 a〜 f を有し入力スラブ 3にて拡散された波長多重光 # 1〜# 6を 6種類の波 長に応じて分離し 6本の分離光を伝搬させるものである。 ここで、 6本のチヤネ ル導波路 a〜 f のうちの隣接するチャネル導波路の間隔 (図 2等参照） はい ずれも同一であり、 また、 隣接するチャネル導波路の導波路長は一定差になるよ うに形成されている。 これにより、 6本のチャネル導波路 a〜 f の出力端部にお いて、 各波長多重光 # 1〜# 6は位相差が生じる。
さらに、 出力スラブ 5は、 チャネル導波路アレイ 4にて伝搬された 6本の分離 光を集光するものである。 出力導波路 6は、 出力スラブ 5にて集光された光を伝 搬するものであって、 6本の導波路]!〜 1からなる。
これらの入力導波路 2 ,出力導波路 6およびチャネル導波路アレイ 4の材料は、 ガラス ( S i〇2 )、 半導体 ( G a A s系， I n P系， G a N系等）、 ニオブ酸リ チウム （L i N b 0 3 ) 等の様々のものを用いることができる。
上記の入力導波路 2は、 例えば 6本の複数の導波路を設けてもよく、 これによ り、 AW G 1は合波機能を発揮することもできる。 すなわち、 出力導波路 6に波 長多重光 # 1〜# 6を入力して上記の伝搬方向とは逆方向に波長多重光 # 1〜# 6を伝搬させ、 入力導波路 2から 6種類の単一光を出力させることもできる。 さらに、 出力導波路 6は、 1本の導波路だけで形成することもできる。 この場 合-. 波長多重光 # 1〜# 6を 1本の出力導波路 6に入力して上記と逆方向に波長 多重光 # 1〜# 6を伝搬させ、 入力導波路 2から 6種類の単一光を出力させ、 こ れにより、 AWG 1は逆方向から入力された波長多重光 # 1〜# 6について合波 可能となる。
従って、 本発明の AW G 1は、 両方向について合波機能と分波機能とを実現で き、 これにより、 機能又は用途に応じて、 汎用的に生産でき、 やはり、 AW G 1 の低コスト化に寄与できる。
次に、 チャネル導波路アレイ 4についてさらに詳述する。
チャネル導波路アレイ 4の両端部は、 S字状導波路部 1 0 , 2 0が形成されて いる。 S字状導波路部 1 0又は 2 0は、 例えば 6本の S字状導波路 a〜 f 又は h 〜 1からなる。 ここで、 S字状導波路部 1 0は、 各チャネル導波路 a〜 f のうち の入力スラブ 3と接続される近傍部分 (第 1の近傍部分) であり、 また、 S字状 導波路部 2 0は、 各チャネル導波路 a〜 f のうちの出力スラブ 5と接続される近 傍部分 （第 2の近傍部分） である。 そして、 S字状導波路部 1 0における導波路 間隔が、 以下に述べるチャネル導波路アレイ 4と入力スラブ 3との接続部 （第 1 の接続部）における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成されている。 同様に、 S字状導波路部 2 0における導波路間隔が、 以下に述べるチャネル導波 路アレイ 4と出力スラブ 5との接続部 （第 2の接続部） における導波路間隔より も広くなるように形成されている。 換言すれば、 6本のチャネル導波路 a〜 f の 配置が、 各チャネル導波路 a〜 f のうちの入力スラブ 3と接続される第 1近傍部 分と、 各チャネル導波路 a〜 f のうちの出力スラブ 5と接続される第 2近傍部分 とのうちの一部又は全部において、 各チャネル導波路 a〜 f 間で光干渉の防止に 必要な間隔が設けられて構成されているのである。
本発明の AWG 1は、 6本のチャネル導波路 a〜 f の近傍部分が、 それぞれ、 6本のチャネル導波路 a〜 f の中央のチャネル導波路 c (又は d ) から外側のチ ャネル導波路 a (又は f ) に向かう方向に屈曲するように形成されている。 具体 的には、 6本の各チャネル導波路 a〜 f の近傍部分が、 6本のチャネル導波路 a 〜： f ごとに、 屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波路 a〜 f によって形成 されているのである。 屈曲度合いとは、 曲がり方を意味し、 各チャネル導波路 a 〜 f のそれぞれの曲がり方が異なることを意味する。
屈曲度合いが異なる形状の例を、 図 5 ( a ) 〜図 5 ( c ) に示す。 図 5 ( a ) は S字状 （点線で表示したもの） の屈曲部分とほぼ同一形状を有す るチャネル導波路 a〜 f の形状（実線で表示したもの）を示す図である。図 5 ( b ) は S字を左右反転したもの (点線で表示したもの) の屈曲部分とほぼ同一の形状 を有するチャネル導波路 a〜： f の形状 （実線で表示したもの） を示す図である。 また、 図 5 ( c ) は S字を上下方向に若干伸張して得た形状を有するチャネル 導波路 a〜 f の形状を示す図であり、 この図 5 ( c ) に示すチャネル導波路 aの 形状は蛇行形状の一部又はコサイン関数の波形の一部と類似している。 なお、 S 字状導波路 a〜 f の形状をパラメ一タにより描画する方法については後述する。 以下の説明においては、 これらの図 5 ( a ) 〜図 5 ( c ) にそれぞれ示す形状 と、 それらの各形状を上下左右方向にやや延ばした形状、 やや縮めた形状との双 方を 「S字状」 として説明する。
以下、 S字状の導波路 （S字状導波路） a〜 f の形状を、 図 2〜図 4および図 5 ( c ) を参照してさらに詳述する。
図 2〜図 4はそれぞれ本発明の第 1実施形態に係る S字状導波路部 1 0および 2 0の形状を説明するための図であって、 図 1に示す入力スラブ 3とチャネル導 波路 a〜 f との接続部分の近傍を拡大したものである。 これらの図 2〜図 4にそ れぞれ示すスラブ接続部 9は、 いずれも、 各チャネル導波路 a〜 f の付け根に相 当し、スラブ境界線（点線で表したところ参照）上の 6力所の部分である。 また、 各スラブ接続部 9のうちの隣接するスラブ接続部 9間の距離は、 （1ェ （チャネル 導波路間隔 により表されている。
図 2に示す S字状導波路部 1 0は、 6本のチヤネル導波路 a〜： f の各 S字状導 波路 a〜 f の曲率半径 が、 6本のチャネル導波路 a〜 f の中央のチャネル導波 路 c (又は d ) から外側のチャネル導波路 a (又は f ) に向かう方向にしたがつ て次第に小さくなるように形成されている。 例えば、 チャネル導波路 aの曲率半 径 Rは、 チャネル導波路 cの曲率半径 Rよりも小さい。
そして、 6本のチャネル導波路 a〜 f のうちのスラブ接続部 9以外の部分にお けるチャネル導波路間隔 δ 1 ~ δ 6が、 スラブ接続部 9におけるチャネル導波路 間隔 dェよりも広くなつている。
次に、 図 5 ( c ) を参照して、 S字状導波路 a〜 f の形状を、 パラメ一夕を用 いて描画する方法について説明する。この図 5 ( c )に示すチャネル導波路 aは、 曲率半径 ェと円弧角 ェとにより決定される第 1の曲部 （円弧部） と、 曲率 半径 j3 2と円弧角 α 2とにより決定される第 2の曲部 U 2とが連続的に形成される ようになつている。 ここで、 曲率半径 iは、 円弧部 を円周として有する真円 (図示省略） の半径で表され、 また、 曲率半径 iS 2は 円弧部 U 2を円周として有 する真円 （図示省略） の半径で表される。 なお、 これらの曲率半径 ェおよび; S 2 の決定方法は一例であり、 各描画パラメ一夕 い β い リ、および α 2 , β 2 , U 2 ) は種々のものを用いることができる。
また、 「曲率半径が小さい」 とは屈曲の度合いが大きく曲率半径 iSェおよび円弧 角 α がともに小さいことを意味し、 「曲率半径が大きい」 とは屈曲の度合いが小 さく曲率半径 ιδェおよび円弧角 αェがともに大きいことを意味する。以下の説明に おいては、 特に断らない限り、 同一の意味で使用する。
なお、 チャネル導波路 b〜 f についてもチャネル導波路 aと同一なので重複し た説明を省略する。
S字状導波路部 2 0 (図 1参照） も、 S字状導波路 a〜 f により構成されてお り、 上記の S字状導波路部 1 0とほぼ同一である。
このように、 本発明の AWG 1は、 例えば図 2に示すチャネル導波路 aのうち の入力スラブ 3と接続される部分付近に形成された S字状導波路部 1 0が、 スラ ブ接続部 9におけるチヤネル導波路 aおよびチャネル導波路 bとのチヤネル導波 路間隔 を狭くし、 そして、 S字状導波路部 1 0のうちの出力スラブ 5側に形 成した円弧部について、 S字状導波路部 1 0に向かってチャネル導波路 aおよび チャネル導波路 bとの間隔 dェを徐々に広くするようになつている。
また、 S字状導波路部 2 0も、 S字状導波路部 1 0と同様に構成することがで さる。
ここで、 従来のチャネル導波路間隔と本発明のチャネル導波路間隔とを比較す る。 従来の AW Gのスラブ接続部 9において、 チャネル導波路間隔 (！ を小さく できない理由は、 チャネル導波路間隔 d の広がり方が緩やかであることに起因 する。 すなわち、 スラブ接続部 9におけるチャネル導波路間隔 dェが小さいと、 スラブ接続部 9以外の部分におけるチャネル導波路間結合が大きくなるからであ る。
これに対して、 発明者は、 スラブ接続部 9におけるチャネル導波路間隔 d が 小さく、 かつスラブ接続部 9以外の部分におけるチヤネル導波路間隔 d xが広く なるように、 チャネル導波路間隔 の広がりの度合いを急峻にしたのである。 また 図 3に示す S字状導波路部 1 0 aは、 6本のチヤネル導波路 a〜 f の各 S字状導波路 a〜 f の曲率半径が、 6本のチャネル導波路 a〜 f のうちの導波路 長が最短のチャネル導波路 f から最長のチャネル導波路 aに向かう方向にしたが つて次第に小さくなるように形成されている。
さらに、 図 4に示す S字状導波路部 1 0 bは、 6本のチャネル導波路 a〜 f の 各 S字状導波路 a〜 f の曲率半径が、 6本のチャネル導波路 a〜 f のうちの導波 路長が最長のチャネル導波路 aから最短のチャネル導波路 f に向かう方向にした がって次第に小さくなるように形成されている。
加えて、 S字状導波路部 2 0 (図 1参照。 チャネル導波路アレイ 4と出力スラ ブ 5との間のものを表す。） についても、 図 2〜図 4に示す S字状導波路部 1 0 , 1 0 a , 1 0 bと同一構造を形成するようになっている。 従って、 これらに関す る S字状導波路部 1 0の構造についての説明と重複するので更なる説明を省略す る。
さらに、 6本のチャネル導波路 a〜 f の近傍部分は、 いずれも、 所定の曲率半 径を有する S字状導波路 a〜 f と、 直線状の部分と、 所定の曲率半径および円弧 角を有する円弧状の部分とのうちの全部又は一部を設けてもよい。
図 5 ( d ) , 図 5 ( e ) はそれぞれ本発明の第 1実施形態に係るチャネル導波路 a〜 f の近傍部分の形状パターンを示す図である。 この図 5 ( d ) に示す形状パ ターンは、 直線状の部分 （直線部） L 2 , 3ぉょび 4と、 所定の曲率半径 を有する S字状導波路 Sい S 2と、 円弧の曲率半径 λェおよび円弧角 Θ iを有する 円弧状の部分 とが組み合わせられている。
また、 図 5 ( e ) に示す形状パターンは、 直線部 L 5および L 6と、 所定の曲率 半径を有する S字状導波路 S 3 , 円弧の曲率半径 λ 2および円弧角 0 2を有する円 弧状の部分 R 2とが組み合わせられている。
これにより、 各チャネル導波路 a〜 f の行路長が、 直線部 1^〜し4 , L 5〜L 6 の長さと円弧状導波路の曲率半径および円弧角とにより調整でき、 各チャネル導 波路 a〜 f のうちの S字状導波路において生じた位相差を補正して所望の位相分 布を得ることができる。
従って、 形状パターンを高精度で設計又は製造でき、 かつ微調整できる。
また、 スラブ接続部 9において、 S字状導波路 a〜： f の幅を変化させるように もできる。
図 6 (a) は本発明の第 1実施形態に係る S字状導波路 a〜 f の形状を示す図 であって、 S字状導波路 a〜 f の各幅が、 S字状導波路 a〜 f の位置に応じて幅 が変化する場合の 2本の S字状導波路 a， bが表示されている（なお、図 6 (a), 図 6 (b)に示す斜線は、入力スラブ 3又は出力スラブ 5を表す。）。 この図 6 (a) に示す S字状導波路 a， bの幅は、 いずれも、 チャネル導波路 a, bの付け根に 相当するスラブ接続部 9において狭く、 かつ S字状導波路 a, bのうちの入カス ラブ 3又は出力スラブ 5側の円弧の部分において波長多重光 # 1〜# 6の伝搬方 向にしたがって広くなるように形成されている。 ここで、 d d ^ d d2は、 いず れも、 S字状導波路 a， bの幅を表し、 d d2>d d1である。 なお、 S字状導波 路部 (：〜 f の形状についても S字状導波路部 a， bの形状と同様である。
従って、スラブ接続部 9において S字状導波路 a， bの距離が大きくなるので、 クロス ] ク等の発生を一層確実に防止できる。
一方、 図 6 (b) は本発明の第 1実施形態に係る S字状導波路 a〜 f の形状を 示す図であって、 S字状導波路 a〜 f の幅が、 S字状導波路 a〜 f の位置に応じ て幅が一定の場合の 2本の S字状導波路 a〜 f が表示されている。 この図 6 (b) に示す S字状導波路 a， bの形状は、 6本のチャネル導波路 a〜 f の付け根に相 当するスラブ接続部 9の部分と、 スラブ接続部 9と異なる部分とが同一の幅 d d 3になるように形成されている。 S字状導波路 c〜 f の形状についても S字状導 波路 a , bの形状と同様である。
これにより、 スラブ接続部 9におけるチヤネル導波路 a , bの幅と、 スラブ接 続部 9と離れた部分のチャネル導波路 a, bの幅とがほぼ同一となるので、 スラ ブ接続部 9におけるチャネル導波路 a〜： fがテーパ型の導波路を用いずに形成で さる。 ここで、 テーパ型とは、 チャネル導波路アレイ 4の形状が、 光が到達する方向 の端部において、 次第に細くなること、 又は端部の形状を先細にすることを意味 する。
このように、 本発明の AW G 1は、 チャネル導波路 a〜： f ごとに、 屈曲度合い が異なる形状を有する複数の導波路部 1 0 , 2 0が、 いずれも.， チャネル導波路 アレイ 4と入力スラブ 3との接続近傍又はチャネル導波路ァレイ 4と出力スラブ 5との接続近傍に形成されている。
また、 このように、 各スラブ接続部 9 (図 2〜図 4参照) における導波路間隔 よりも、 各スラブ接続部 9以外の部分におけるチャネル導波路間隔 δ 1〜<5 6が広くされる。 従って、 本発明の AW G 1によれば、 スラブ接続部 9以外の部 分におけるチャネル導波路間結合に起因する特性劣化を生じさせないで小型の A W G 1を得ることができる。
一例としてチャネル導波路の本数 nは 2 0 0本とし S字状導波路部 1 0， 2 0 に用いる最小曲率半径を 6 mmとすると、 スラブ接続部 9におけるチャネル導波 路間隔 dェ= 1 0 z mが、 S字状導波路部 1 0， 2 0により 2 0 に広げるた めに要する長さは約 3 mmである。 このときのスラブ長 f i = 1 2 mmとなるた め、 従来の AW G (例えば、 スラブ接続部 9におけるチャネル導波路間隔 d i = 2 0 m,スラブ長 f ! = 2 4 mm)に比してチップ長を約 1 8 mm短くできる。 従って、 本発明の AW G 1は、 チャネル導波路が設けられている部分において は、 いずれも、 S字状導波路部 1 0 , 2 0を設けることができる。 すなわち、 6 本のチャネル導波路 a〜 f の配置が、 各チャネル導波路 a〜 f のうちの入力スラ ブ 3と接続される第 1近傍部分と、 各チャネル導波路 a〜 f のうちの出力スラブ 5と接続される第 2近傍部分と、 入力導波路 2のうちの入力スラブ 3と接続され る第 3近傍部分と、 出力導波路 6のうちの出力スラブ 5と接続される第 4近傍部 分とのうちの一部又は全部において、 各チャネル導波路 a〜 f 間で光干渉の防止 に必要な間隔が設けられて構成されたことになる。
なお、 後述する第 2実施形態においても、 出力導波路 6において、 スラブ接続 部 9における導波路間隔を、 出力導波路 6のフアイバ接続端における導波路間隔 に変換するために要する長さを短くするために、 出力導波路 6ごとに例えば曲率 半径の異なる S字状の導波路部をスラブ接続部 9近傍に形成すればよい。
また、 AW G 1を用いた WD M伝送例について、 図 7を参照して詳述する。 図 7は本発明の第 1実施形態に係る WD Mシステムの要部を示す図である。 こ の図 7に示す WD Mシステム 5 2は、 波長多重光を送信する光送信装置 5 0と、 波長多重光を伝送する光ファイバ 5 6と 波長多重光を受信する光受信装置 5 1 とをそなえて構成されている。 光送信装置 5 0は、 情報信号を含むデータ信号を 出力する n個のデータ信号発生部 5 3 a〜5 3 cと、 データ信号発生部 5 3 a ~ 5 3 cのそれぞれからのデータ信号を光変調する相互に異なる波長を有する単一 光 # 1〜# nを出力する n個のレーザダイォ一ド ( L D： Laser Di ode) 5 4 a〜 5 4 cと、 本 AW G 1をそなえレーザダイオード 5 4 a〜5 4 cからの単一光 # l〜# nを合波する合波部 5 5 aとをそなえて構成されている。
ここで、 データ信号発生部 5 3 a〜 5 3 cと、 レーザダイオード 5 4 a〜 5 4 cとが、 協働することにより、 光信号出力部として機能している。 また、 合波部 5 5 aは、 この光信号出力部 （データ信号発生部 5 3 a〜5 3 cおよびレーザダ ィオード 5 4 a〜5 4 c ) から出力された n種類の光信号を合波して波長多重光 # l〜# nを出力するものであって、 AWG (アレイ導波路型波長合分波器） と して機能している。
従って、 この合波部 5 5 aは、 基板 1上に、 例えば 6種類の波長の光が多重さ れた波長多重光を伝搬させて出力する入力導波路 2と、 入力導波路 2から出力さ れた波長多重光 # 1〜# 6を拡散する入力スラブ 3と、 相互に長さの異なる例え ば 6本のチャネル導波路 a〜 ίを有し入力スラブ 3にて拡散された波長多重光 # 1〜# 6を 6種類の波長に応じて分離し 6種類の分離光を伝搬させるチャネル導 波路アレイ 4と、 チャネル導波路アレイ 4にて伝搬された 6種類の分離光を集光 する出力スラブ 5と、 出力スラブ 5にて集光された光を伝搬する例えば 6本の出 力導波路 6とが形成され、 各チャネル導波路 a〜 f のうちの入力スラブ 3と接続 される近傍部分 (第 1近傍部分) と各チャネル導波路 a〜 f のうちの出力スラブ 5と接続される近傍部分 (第 2近傍部分) とにおける導波路間隔が、 チャネル導 波路アレイ と入力スラブ 3との接続部における導波路間隔、 又はチャネル導波 路アレイ 4と出力スラブ 5との接続部における導波路間隔よりも広くなるように 形成されて構成されたことになる。
従って、 このようにすれば、 小型化によって、 ハードウェアの各部品の集積度 を向上させ、 低コスト化を促進でき、 波長多重光通信の利用が拡大する。
さらに、 光ファイバ 5 6は、 波長多重光 # 1〜# nを伝送する伝送路である。 そして、 光受信装置 5 1は、 本 AW G 1をそなえ光ファイバ 5 6を介して受信 した波長多重光 # 1〜# nを分波して単一光 # l〜# nを出力する分波部 5 5 b と、 分波部 5 5 bからの単一光 # 1〜# nのそれぞれを検波するフォトダイォ一 ド ( P D ： Pho t o D i ode) 5 7 a〜 5 7 cとをそなえて構成されている。
これらの光送信装置 5 0と光受信装置 5 1とは、 いずれも、 本発明の光伝送装 置として機能している。
このような構成によって、 光送信装置 5 0において、 例えば動画等のデータが フレーム化された情報信号がデータ信号発生部 5 3 a〜5 3 cにおいて送信処理 され、 その送信処理されたデータ信号が、 レーザダイォード 5 4 a〜 5 4 cのそ れぞれにおいて光変調される。 そして、 合波部 5 5 aに設けられた AW G 1の出 力導波路 6 (図 1参照） に入力されて、 その AW G 1の入力導波路 2から波長多 重光 # l〜# nが出力される。この波長多重光 # l〜# nは、光ファイバ 5 6 (図 7参照） を伝送し、 光受信装置 5 1の分波部 5 5 bに入力される。
そして、 図 1に示す入力導波路 2は、 入力された波長多重光 # 1〜# 6を導波 し入力スラブ 3に引き渡す。 光の分配機能を有する入力スラブ 3は、 基板 1と平 行な方向に広がる形状を有し、 波長多重光 # 1〜# 6を横方向に閉じ込めずに拡 散させる。 拡散された波長多重光 # 1〜# 6は同一位相であり、 アレイ状に 6本 配置されたチャネル導波路 a〜 f に入射される。 ここで、 波長多重光 # 1〜# 6 は、 各チャネル導波路の曲率半径を次第に小さくして描画された S字状導波路部 1 0， 2 0を通過する。 各光信号は、 各チャネル導波路において干渉し合い、 出 カスラブ 5を介して出力導波路 6へ出力される。 この通過後において、 波長多重 光 # 1〜# 6は波長により異なる等位相面を有するようになる。
さらに、 出力スラブ 5において、 波長多重光 # 1〜# 6は、 スラブ境界線の円 弧の中心に集光される。 また、 出力導波路 6は、 所望の波長の光が集光される位 置に、 一方の端部が位置するように配置され、 他方の端部は出力用端子として使 用され、 この出力用端子には、 光ファイバ又は他の光部品の入力用端子が接続さ れる。
次に、 本発明が適用される AWG 1のチップサイズの縮小のされ方について図 8， 図 9 (a) および図 9 (b) を参照して説明する。 これらの図 8, 図 9 (a) および図 9 (b) のそれぞれに示す符号のうちの上述したものと同一の符号を有 するものはそれらと同一のものである。なお 以下の説明において チップとは、 導波路が形成された基板 1又は導波路が未形成の基板自体を意味する。
図 8は本発明の第 1実施形態に係る AWG 1の小型化を説明するための図であ る。 この図 8に示す S字状導波路部 1 0, 20におけるチャネル導波路間隔 d i を小さくすることによって、 スラブ長 ェが短くなる。 AWG 1は、 S字状導波 路部 10， 20がない部分 （破線で表したところ） に比して、 S字状導波路 a〜 f 自体は長くなるが、 スラブ長 f ェの短縮化による寄与が大きいため、 AWG 1 全体としてのチップサイズが小型化される。
また、 チップサイズの小型化の度合いについて、 図 9 (a), 図 9 (b) を参照 して説明する。
図 9 (a) は従来の AWGのチップサイズの一例を示す図であり、 図 9 (b) は本発明の第 1実施形態に係る AWG 1のチップサイズの一例を示す図である。 これらの図 9 (a), 図 9 (b) にそれぞれ示す符号であって上述したものと同一 符号を有するものは同一又は同一機能を有するので更なる説明を省略する。
ここで、チャネル導波路のコアおよびクラッドの比屈折率の差△ nが例えば 0. 75 %の導波路で比較すると、 図 9 (a) に示す AWGのスラブ接続部 9におい て、 チャネル導波路間隔 d iは 20 m (マイクロメートル） であり、 スラブ長 f iは 24mmである。
一方、 図 9 (b) に示す AWG 1は、 S字状導波路部 10， 20を設け、 スラ ブ接続部 9におけるチャネル導波路間隔 dェは 1 0 zmであり、 スラブ長 f ェは 1 2 mmである。 これにより、 S字状導波路部 1 0， 20の長さが約 3 mmに短縮 され、また、スラブ長 f iは片側で約 9 mmおよび両側で約 1 8 mmに短縮され、 チップの一辺が約 ( 1 1. 4) に小型化される。
この結果、 図 9 (b) に示す AWG 1のチップ面積は、 図 9 (a) に示す AW W
Gのチップ面積の約半分になる。 従って、 単位ウェハあたりのチップの取れ数が 増加し、 チップの低コスト化を実現できる。 また、 チップ全体の面積が小さくな るため、 導波路損失が低減する。 一例として、 伝搬損失が 0. l d BZcmであ る場合において、 約 0. 3 d Bの低減効果が得られる。
また、 チャネル導波路間隔 δ 1〜 (5 6 (図 2〜図 4参照） を狭くすることによ つて、 チャネル導波路 a〜 f (又は!！〜 1 ) のスラブ接続部 9におけるモード変 換損失を低減できる。 一例として、 約 0. 5 dBの損失低減効果が得られる。 さ らに、 これらの低減効果を合計することにより、 チップ全体で約 0. 8 d Bの損 失低減効果が得られる。
なお、 図 3， 図 4の S字状導波路部 1 0， 2 0を用いた変形例について説明す る。 なお、 以下に述べる変形例において、 上述したものと同一符号を有するもの は同一又は同一機能を有する。
図 1 0は本発明の第 1実施形態の第 1変形例に係る AWGの構成図である。 こ の図 1 0に示す AWG 1 aは、 入力導波路 2, 出力導波路 6と、 光の分配および 集光の機能を発揮する入力スラブ 3, 出力スラブ 5と、 アレイ状に例えば 5本の チャネル導波路 a〜eが配置されたチャネル導波路 4 aとをそなえて構成されて いる。 また、 チャネル導波路 4 aは、 S字状導波路部 1 0 a (図 3参照） を有す る。
この S字状導波路部 1 0 aは、 入力スラブ 3とチャネル導波路アレイ 4 aとの スラブ接続部 9の近傍部分において、 最短の長さのチャネル導波路 eから、 最長 の長さのチャネル導波路 aに向かって各チャネル導波路 a〜 eの曲率半径が次第 に小さくなるように形成されている。
一例として、 チャネル導波路の本数 N (Nは自然数を表す。） を 2 0 0本とし、 S字状導波路部 1 0 aに用いる最小曲率半径を 6mmとすると、 スラブ接続部 9 におけるチャネル導波路間隔 dェが 1 0 Aimであるものを、 S字状導波路部 1 0 aを形成することにより、 チャネル導波路間隔 dェを 2 0 に広げるのために 要する長さ (チャネル導波路アレイ 4 aの長さ)は約 4 mmであった。この場合、 スラブ長 f は 1 2 mmとなるため、 従来の AWG (スラブ接続部 9におけるチ ャネル導波路間隔 dェが 2 0 imであり、 スラブ長 f tが 24mm) に比してチッ プ長が 1 6 mm短縮できる。
図 1 1は本発明の第 1実施形態の第 2変形例に係る AWGの構成図である。 こ の図 1 1に示す AWG 1 bは、 入力導波路 2， 出力導波路 6と、 光の分配および 集光の機能を発揮する入力スラブ 3， 出力スラブ 5と、 アレイ状に例えば 5本の チャネル導波路 a~eが配置されたチャネル導波路 4 bとから構成されている。 また、 チャネル導波路 4 bは、 図 4に示す S字状導波路部 1 O bを有する。 この S字状導波路部 1 0 bは、 入力スラブ 3とチャネル導波路アレイ 4 bとの スラブ接続部 9の近傍部分において、 最長の長さを有するチャネル導波路 aから 最短の長さを有するチャネル導波路 eに向かって各チャネル導波路 a〜 eの曲率 半径が次第に小さくなるように形成されている。
ここで、 チャネル導波路の本数 Nを 200本とし、 S字状導波路部 1 0 bの最 小曲率半径を 6 mmとすると、 スラブ接続部 9におけるチャネル導波路間隔 d が 10 / mであるものを、 S字状導波路部 10 bを用いて、 20 mに広げるの に要するチャネル導波路アレイ 4 bの長さは約 4 mmである。 このときのスラブ 長 f ェは 12mmとなったため、 従来の AWG (スラブ接続部 9におけるチヤネ ル導波路間隔 ^- 20 m、 スラブ長 f ェ= 24mm) に比して、 AWG l bの チップ長を 1 6 mm短縮化できる。
なお、 AWG l a, l bの入力導波路 2は、 ともに、 例えば 6本の複数の導波 路を設けてもよく、さらに、出力導波路 6は、 1本の導波路だけを設けてもよい。
このように、 本発明の AWG 1 , l a, 1 bによれば、 チップサイズを小型化 し、 チップを低コスト化し、 かつ損失の低減等の高い導波特性を有するものを得 ることができる。
また、 この小型化により、 WDMの中継局， 端局および光スィッチ等のハード ウェアを小型化でき、 これにより、 低コスト化を図れる。
このようにして、 八一ドウエアの各部品の集積度を高めることができるので、 低コスト化を促進でき、 また、 光分岐および光分波における特性を維持又は向上 させることができる。
(B) 本発明の第 2実施形態の説明
第 1実施形態においては、 S字状導波路部 1 0， 20が形成される場所は、 チ ャネル導波路 a〜 f のうちの入力スラブ 3との接続部分の近傍であつたが、 その 形成のための部分を替えることもでき、 第 2実施形態においては AW Gは、 入力 導波路 2に S字状導波路部を設けている。
図 1 2は本発明の第 2実施形態に係る A W Gの構成図である。 この図 1 2に示 す AW G l cは 入力導波路 2のうちの入力スラブ 3と接続される近傍部分のチ ャネル導波路間隔 dェが ·， 入力導波路 2と入力スラブ 3との接続部 （第 3の接続 部） におけるチャネル導波路間隔 d よりも広くなるように形成されて構成され ている。 また、 AW G 1 cは、 出力導波路 6のうちの出力スラブ 5と接続される 近傍部分のチャネル導波路間隔 d が、 入力導波路 2と出力スラブ 5との接続部 (第 4の接続部) におけるチャネル導 路間隔 d iよりも広くなるように形成さ れて構成されている。
また、 入力導波路 2又は出力導波路 6の近傍部分が、 中央のチャネル導波路 c (又は d ) から外側のチャネル導波路 a (又は f ) に向かう方向に屈曲するよう に形成されており （図 2〜図 4等参照）、 具体的には、 入力導波路 2又は出力導波 路 6毎に屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波路部 1 0 dを設けている。 そして、 第 2実施形態においても、 入力導波路 2又は出力導波路 6の各 S字状 導波路の曲率半径が、 入力導波路 2又は出力導波路 6の中央の導波路から外側の 導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されてもよい。
同様に、 入力導波路 2又は出力導波路 6の各 S字状導波路の曲率半径が、 入力 導波路 2又は出力導波路 6の導波路長が最短のチャネル導波路から最長のチヤネ ル導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されてもよい。
さらに、 チャネル導波路 a〜eの近傍部分の形状パターンは、 図 5 ( d ) , 図 5 ( e ) にそれぞれ示すものを使用して形成することもできる。
従って、 本発明の AW G l cは、 チャネル導波路が設けられている部分におい ては、 いずれも、 S字状導波路部 1 0 c， 1 0 dを設けることができる。 すなわ ち、 6本のチャネル導波路 a〜 f の配置が、 入力導波路 2のうちの入力スラブ 3 と接続される第 3近傍部分と、 出力導波路 6のうちの出力スラブ 5と接続される 第 4近傍部分とのうちの一部又は全部において、 各チャネル導波路 a〜e間で光 干渉の防止に必要な間隔が設けられて構成されているのである。 なお、 第 2実施形態においても、 出力導波路 6において、 スラブ接続部 9にお ' ける導波路間隔 を、 出力導波路 6のファイバ接続端における導波路間隔に変 換するのに要する長さを短くするために、 出力導波路 6ごとに、 例えば曲率半径 の異なる S字状の導波路部をスラブ接続部 9の近傍に形成すればよい。
また、 AWG 1 cの入力導波路 2は. ともに.， 例えば 6本の複数の導波路を設 けてもよく、 さらに、 出力導波路 6は 1本の導波路だけを設けてもよい。 このようにして、 本発明の AWG l b, l cによれば、 チップサイズを小型化 し、 チップを低コスト化し、 かつ損失の低減等の高い導波特性を有するものを得 ることができる。
(C) その他
本発明は上述した実施態様に限定されるものではなく、 本発明の趣旨を逸脱し ない範囲で、 種々変形して実施することができる。
本発明の AWG 1， 1 a, l b, 1 cを適用可能な分野は、 いずれも、 光伝送 システムのアクセス部分の合分波装置， 光伝送系に設けられた光中継装置， 端局 装置および光スィッチ， ADM等である。 例えば、 光スィッチとして、 光クロス コネクトに適用できる。 この光クロスコネクトは、 複数の波長多重光のそれぞれ を用いて時間多重させた多数のチャネルについて、 波長又はタイムスロットを交 換するものである。 これにより、 SONET (Synchronous Optical Network：同 期光通信網） 又は SDH (Synchronous Digital Hierarchy：同期ディジタルハイ アラーキ） についても波長多重光の伝送特性の向上に寄与できる。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明によれば、 AWGを小型化でき、 チップサイズが小さく なり、 単位ウェハあたりのチップの取れ数が増加する。 従って、 チップを低コス ト化することができ、 大量生産の効率が大幅に向上する。 また、 チップサイズを 小さくすることにより、 導波路損失が低減し、 スラブ接続部における損失を低減 させることができる。 さらに、 小型化によって、 ハードウェアの各部品の集積度 を向上させ、 やはり、 低コスト化を促進でき、 これにより、 波長多重光通信の利 用が拡大する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 基板上に、
複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する 1又は複数の入 力導波路と
該入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第 1スラブと、
相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し該第 1スラブにて拡散された 波長多重光を該複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導 波路アレイと、
該チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第 2スラブと、 該第 2スラブにて集光された光を伝搬する 1又は複数の出力導波路とが形成さ れ、
該各チャネル導波路のうちの該第 1スラブと接続される第 1の近傍部分と該各 チャネル導波路のうちの該第 2スラブと接続される第 2の近傍部分とのうちの少 なくとも一方における導波路間隔が、 該チャネル導波路アレイと該第 1スラブと の第 1の接続部における導波路間隔、 又は該チャネル導波路アレイと該第 2スラ ブとの第 2の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成さ れたことを特徴とする、 アレイ導波路型波長合分波器。
2 . 該複数のチャネル導波路のうちの少なくとも 1本のチャネル導波路の該第 1の近傍部分又は該第 2の近傍部分が、
該複数のチャネル導波路の中央のチャネル導波路から外側のチヤネル導波路に 向かう方向に屈曲するように形成されたことを特徴とする、 請求の範囲第 1項記 載のアレイ導波路型波長合分波器。
3 . 該複数のチャネル導波路のうちの少なくとも 1本のチャネル導波路の該第 1の近傍部分又は該第 2の近傍部分が、
該複数のチャネル導波路ごとに 屈曲度合いが異なる形状を有する複数の導波 路によって形成されたことを特徴とする、 請求の範囲第 1項又は第 2項記載のァ レイ導波路型波長合分波器
4 . 該複数のチャネル導波路としての各 S字状導波路の曲率半径が、 該複数の チヤネル導波路の中央のチヤネル導波路から外側のチヤネル導波路に向かう方向 にしたがつて小さくなるように形成されたことを特徵とする、 請求の範囲第 3項 記載のァレイ導波路型波長合分波器。
5 . 該複数のチャネル導波路としての各 S字状導波路の曲率半径が、 該複数の チャネル導波路のうちの導波路長が最短のチヤネル導波路から最長のチヤネル導 波路に向かう方向、 又は該最長のチャネル導波路から最短のチャネル導波路に向 かう方向にしたがって小さくなるように形成されたことを特徴とする、 請求の範 囲第 3項記載のァレイ導波路型波長合分波器。
6 . 該複数のチャネル導波路としての各 S字状導波路の幅が、
該複数のチャネル導波路の付け根に相当するスラブ接続部において狭く、 かつ 該 S字状導波路のうちの該第 1スラブ又は該第 2スラブ側の円弧部において該波 長多重光の伝搬方向にしたがって広くなるように形成されたことを特徴とする、 請求の範囲第 3項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
7 . 該複数のチャネル導波路としての各 S字状導波路の幅が、
該複数のチャネル導波路の付け根に相当するスラブ接続部と、 該スラブ接続部 と異なる部分とを同一になるように形成されたことを特徴とする、 請求の範囲第 3項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
8 . 該複数のチャネル導波路のうちの少なくとも 1本のチャネル導波路の該第 1の近傍部分又は該第 2の近傍部分が、
所定の曲率半径を有する S字状導波路と、 直線状の部分と、 所定の曲率半径お よび円弧角を有する円弧状の部分とのうちの少なくとも一部分を設けたことを特 徴とする、 請求の範囲第 1項又は第 2項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
9 . 基板上に、
複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する 1又は複数の入 力導波路と、
該入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第 1スラブと、
相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し該第 1スラブにて拡散された 波長多重光を該複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導 波路アレイと、
該チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第 2スラブと、 該第 2スラブにて集光された光を伝搬する 1又は複数の出力導波路とが形成さ れ、
該入力導波路のうちの該第 1スラブと接続される第 3の近傍部分と該出力導波 路のうちの該第 2スラブと接続される第 4の近傍部分とのうちの少なくとも一方 における導波路間隔が、 該入力導波路と該第 1スラブとの第 3の接続部における 導波路間隔、 又は該入力導波路と該第 2スラブとの第 4の接続部における導波路 間隔よりも広くなるように形成されて構成されたことを特徴とする、 アレイ導波 路型波長合分波器。
1 0 . 該入力導波路の該第 3の近傍部分又は該出力導波路の該第 4の近傍部分 が、
中央の導波路から外側の導波路に向かう方向に屈曲するように形成されたこと を特徴とする、 請求の範囲第 9項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
1 1 . 該入力導波路の該第 3の近傍部分又は該出力導波路の該第 4の近傍部分 が、
該入力導波路又は該出力導波路ごとに、 屈曲度合いが異なる形状を有する複数 の導波路を設けたことを特徴とする、 請求の範囲第 9項又は第 1 0項記載のァレ ィ導波路型波長合分波器。 ' 1 2 . 該複数のチャネル導波路としての各 S字状導波路の曲率半径が、 該入力 導波路又は該出力導波路の中央の導波路から外側の導波路に向かう方向にしたが つて小さくなるように形成されたことを特徴とする、 請求の範囲第 1 1項記載の アレイ導波路型波長合分波器。
1 3 . 該複数のチャネル導波路としての各 S字状導波路の曲率半径が、 該入力 導波路又は該出力導波路の導波路長が最短のチャネル導波路から最長のチャネル 導波路に向かう方向にしたがって小さくなるように形成されたことを特徴とする、 請求の範囲第 1 2項記載のアレイ導波路型波長合分波器。
1 4 . 基板上に、
複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する 1又は複数の入 力導波路と、
該入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第 1スラブと、
相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し該第 1スラブにて拡散された 波長多重光を該複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導 波路アレイと、
該チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第 2スラブと、 該第 2スラブにて集光された光を伝搬する 1又は複数の出力導波路とが形成さ れ、
該複数のチャネル導波路の配置が、
. 該各チャネル導波路のうちの該第 1スラブと接続される第 1の近傍部分と、 該 各チャネル導波路のうちの該第 2スラブと接続される第 2の近傍部分と、 該入力 導波路のうちの該第 1スラブと接続される第 3の近傍部分と、 該出力導波路のう ちの該第 2スラブと接続される第 4の近傍部分とのうちの少なくとも一方におい て、 各チャネル導波路間で光干渉の防止に必要な間隔が設けられたことを特徴と する、 アレイ導波路型波長合分波器。
1 5 . 波長の異なる複数の光信号を出力する光信号出力部と、 該光信号出力部 から出力された該複数の光信号を合波して波長多重光を出力するアレイ導波路型 波長合分波器とをそなえた光伝送装置において、
該アレイ導波路型波長合分波器が、
基板上に、
複数の波長の光が多重された波長多重光を伝搬させて出力する 1又は複数の入 力導波路と、
該入力導波路から出力された波長多重光を拡散する第 1スラブと、
相互に長さの異なる複数のチャネル導波路を有し該第 1スラブにて拡散された 波長多重光を該複数の波長に応じて分離し複数の分離光を伝搬させるチャネル導 波路アレイと、
該チャネル導波路アレイにて伝搬された複数の分離光を集光する第 2スラブと、 該第 2スラブにて集光された光を伝搬する 1又は複数の出力導波路とが形成さ れ、
該各チャネル導波路のうちの該第 1スラブと接続される第 1の近傍部分と該各 チャネル導波路のうちの該第 2スラブと接続される第 2の近傍部分とのうちの少 なくとも一方における導波路間隔が、 該チヤネル導波路アレイと該第 1スラブと の第 1の接続部における導波路間隔、 又は該チャネル導波路アレイと該第 2スラ ブとの第 2の接続部における導波路間隔よりも広くなるように形成されて構成さ れたことを特徴とする、 光伝送装置。
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