JP4250811B2 - 光波長合分波器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長合分波器に関し、特に、光源の波長変動に対する損失変動が小さく、かつ安定した光信号の合分波が可能な光波長合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光波長多重通信において、波長の異なる複数の光信号の合波又は分波（合分波）をする光波長合分波器としてアレイ導波路回折格子が有望視され、種々提案されている（特開平４−１１６６０７号公報、特開平４−１６３４０６４、特開平４−２２０６２４号公報、特開平４−３２６３０８４号公報、特開平５−１５７９２０号公報）。特に、通過帯域特性を平坦化したアレイ導波路回折格子型光波長合分波器は、光源の波長変動等に対する挿入損失の変動が小さく、安定した光信号の合分波が可能であるため、光波長多重通信に有用なデバイスとして期待されている（米国特許第５４１２７４４号）。
【０００３】
図７は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器を模式的に示す説明図である。ここでは、一例として、９つの光信号λ1 〜λ9 （λ1 ＜λ2 ＜…＜λ8 ＜λ9 ）を合分波するための光波長合分波器を示す。
図７に示すように、従来の光波長合分波器は、基板２０１上に、入力導波路２０２と、入力側スラブ導波路２０４と、長さが後述する△Ｌずつ異なる複数のチャネル導波路２０５で形成したアレイ導波路回折格子２０６と、出力側スラブ導波路２０７と、９本の出力導波路２０８とから形成されている。また、入力導波路２０２と入力側スラブ導波路２０４の接続部には損失波長特性の通過域特性を平坦化するためのモード変換部２０３が形成されている。
【０００４】
図８は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の電界分布を模式的に示す説明図であり、図８（ａ）は、モード変換部２０３のＥ−Ｅ' における光信号の電界分布２０９、図８（ｂ）は、アレイ導波路回折格子入射端２１０のＦ−Ｆ' における電界分布２１１、図８（ｃ）は、アレイ導波路回折格子出射端２１２のＧ−Ｇ' での電界分布２１３をそれぞれ示す。
【０００５】
図９は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布を模式的に示す説明図であり、図９（ａ）、図９（ｅ）、図９（ｆ）は、アレイ導波路回折格子出射端２１２のＧ−Ｇ' での光信号λ1 、λ5 、λ9 のそれぞれの位相分布２１４，２１５，２１６を示す。
【０００６】
図１０は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布の差を模式的に示す説明図であり、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、光信号λ1 、λ9 の位相面２１４，２１６とλ5 の位相面２１５とのそれぞれの位相分布の差２１７，２１８を示す。
【０００７】
図１１は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の集光面２１９のＨ−Ｈ' における光信号λ1 、λ5 、λ9 の電界分布２２０，２２１，２２２を模式的に示す説明図である。
【０００８】
以下、図７を用い、かつ適宜他図を参照して、従来の光合分波器の作用を説明する。
なお、アレイ導波路回折格子２０６を構成するチャネル導波路２０５の隣接間の導波路長差△Ｌは、下記式（３）で設計されているものとする。
△Ｌ＝２・ｍ・π／β（λ5 ） … （３）
（式（３）中、ｍは回折次数（正の整数）を示し、β（λ5 ）は光信号λ5 に対するチャネル導波路の伝般定数を示す。）
【０００９】
入力導波路２０２から入射された光信号λ1 〜λ9 は、モード変換部２０３、入力スラブ導波路２０４、アレイ導波路回折格子２０５、出力スラブ導波路２０７、出力導波路２０８の順で伝搬する。
【００１０】
図８（ａ）に示すように、モード変換部２０３のＥ−Ｅ' における光信号の電界分布２０９は、左右対称の双峰状である。
【００１１】
図８（ｂ）に示すように、入力スラブ導波路２０４のアレイ導波路回折格子２０６の入射端２１０のＦ−Ｆ' における電界分布２１１は、回折の効果で極大値、極小値をもつ分布となる。アレイ導波路回折格子の入射端２１０のＦ−Ｆ' において、光信号は分割され、各チャネル導波路２０６を入射・伝搬する。
【００１２】
図８（ｃ）に示すように、アレイ導波路回折格子２０５の終端２１２のＧ−Ｇ' における電界分布２１３は、各信号ともに入射端２１０のＦ−Ｆ' での電界分布２１１を再現する。
【００１３】
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、終端２１２のＧ−Ｇ' における光信号λ1 〜λ9 の位相面２１４は、光信号によって異なっている。ここで、前記式（３）より、光信号λ5 の位相面２１５は左右対称となり、他の光信号の位相面は、アレイ導波路回折格子終端２１９のＨ−Ｈ' に対して、その伝搬定数に応じた傾きを生じる。
【００１４】
図１０に示すように、位相差はアレイ導波路回折格子２０６のチャネル導波路２０５において連続的に変化している。各光信号は、出力スラブ導波路２０７において、この傾きに応じた方向に伝搬する。したがって、各光信号は出力スラブ導波路２０７の集光面２１９の異なる点Ｙ1 〜Ｙ9 （図示せず）にそれぞれ集光する。
【００１５】
ここで、図１１に示すように、集光面２１９のＨ−Ｈ' における各信号の電界分布２２０，２２１，２２２は出力スラブ導波路２０７の収差等の影響を受ける。光信号λ5 の電界分布２２１はモード変換部２０３の電界分布２０９を再現して左右対称の双峰状となるものの、信号λ1 、λ9 の電界分布２２０，２２１は左右非対称となる。非対称は、おもに出力スラブ導波路２０７の収差が原因であるため、集光面２１９のＨ−Ｈ' の端に集光する光信号ほど大きくなる。集光面２１９のＨ−Ｈ' において各信号は、各出力導波路２０８に入射、伝搬し、出力端２２３から別々に取り出すことができる。
【００１６】
図１２は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の損失波長特性２２４、２２５，２２６，２２７を模式的に示す説明図である。
【００１７】
図１１及び図１２に示すように、各出力導波路２０８の挿入損失は、集光面における光信号の電界分布２２０，２２１，２２２と、各出力導波路２０８の固有モードの重畳積分で決定される。光信号の電界分布２２０，２２１，２２２が、波長に応じて集光面２１９のＨ−Ｈ' 上を移動する。電界分布形状も、光信号の集光位置がＹ5 近傍から離れるにしたがって非対称となる。集光位置がＹ5 近傍では、電界分布形状２２１も左右対称に近いため、波長がわずかに変動しても、挿入損矢はあまり変化しない。しかし、集光位置がＹ1 ，Ｙ9 近傍では、電界分布形状２２０，２２２が左右非対称であるため、波長が変動すると、挿入損失は大きく変動する。したがって、波長λ5 の出力導波路２０８の損失波長特性２２４は、通過帯域２２７で平坦な特性となるのに対して、波長λ1 及びλ9 の出力導波路の損失波長特性２２５，２２６の通過帯域特性は、傾いた特性とならざるを得なかった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の光波長合分波器によると、出力側スラブ導波路の収差等により、損失波長特性の通過帯域特性が平坦にならないので、光源の波長が変動したとき、挿入損失が大きく変化するといった問題があり、必ずしも十分に満足し得るものではなかった。
【００１９】
従って、本発明の目的は、光源の波長変動に対する損失変動が小さく、かつ安定した光信号の合分波が可能な光波長合分波器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、以下の光波長合分波器を提供するものである。
【００２１】
［１］基板上に、１本以上の入力用チャネル導波路と、１本以上の出力用チャネル導波路と、導波路長を最短なものから最長なものへ所定の長さずつ順次長く設定した複数本のチャネル導波路で構成したアレイ導波路回折格子と、前記入力用チャネル導波路及びアレイ導波路回折格子を接続する扇形の入力側スラブ導波路と、前記出力用チャネル導波路及び前記アレイ導波路回折格子を接続する扇形の出力側スラブ導波路とを備えた光波長合分波器であって、
前記アレイ導波路回折格子を構成する前記チャネル導波路の本数をＮ、前記各チャネル導波路の番号をｉ、前記アレイ導波路回折格子の略中央に配置された基準のチャネル導波路の番号をｊとしたとき、前記入力側スラブ導波路と前記アレイ導波路回折格子との接続部又は前記出力側スラブ導波路と前記アレイ導波路回折格子との接続部における第ｉ番目の前記チャネル導波路と第ｉ＋１番目の前記チャネル導波路とがなす角度△θｉと、第ｊ番目の前記基準のチャネル導波路と第ｊ＋１番目の前記チャネル導波路とがなす角度Δθｊとが下記式（１）を満たすように前記チャネル導波路間のそれぞれの間隔を徐々に変化させてなることを特徴とする光波長合分波器。
△θｉ＝△θｊ・｛１＋Ａ・｜ｉ−ｊ｜｝ ・・・（１）
（式（１）中、Ａは定数であり、Ａ ≠０である。）
【００２４】
［２］前記式（１）において、所定の定数Ａの範囲を−０．００１≦Ａ≦０．００１とした前記［１］に記載の光波長合分波器。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
図１は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）は、その全体図で、図１（ｂ）は、アレイ導波路回折格子部の拡大図である。
ここでは、一例として、９つの光信号λ1 〜λ9 （λ1 ＜λ2 ＜…＜λ8 ＜λ9 ）を合分波するための光波長合分波器を示す。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、基板１０１上に、入力導波路１０２と、入力側スラブ導波路１０４と、最短なものから最長なものへ前記式（３）に示すΔＬの長さずつ順次長く設定したＮ本のチャネル導波路１０５で構成されたアレイ導波路回折格子１０６と、出力側スラブ導波路１０７と、９本の出力導波路１０８とから形成されている。
また、入力導波路１０２と入力側スラブ導波路１０４の接続部には、損失波長特性の通過域特性を平坦化するためのモード変換部１０３を形成している。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、アレイ導波路格回折格子１０６を構成する各チャネル導波路１０５は、入力スラブ導波路１０４の接続部及び出力導波路１０７の接続部において、入力スラブ導波路１０４及び出力スラブ導波路１０７の基準点１０９，１１０に対して放射状に配置している。各チャネル導波路１０５がそれぞれの隣接するチャネル導波路となす角度△θは、アレイ導波路回折格子の下側（Ｂ，Ｃ側）から上側（Ｂ 、Ｃ 側）に向かって徐々に変化している。ここで、アレイ導波路回折格子１０６の第ｉチャネル導波路が、隣接する第ｉ＋１チャネル導波路とがなす角度△θｉ１１１は、基準となる第ｊチャネル導波路及びその角度間隔△θｊ１１２に対して、下記式（４）となるように配置している。
△θｉ＝△θｊ・｛１＋Ａ・｜ｉ−ｊ｜｝ …（４）
（式（４）中、ｉはアレイ導波路格子を構成するチャネル導波路の番号、ｊは基準導波路番号、Ａは定数で、Ａ≠０である。）
【００２９】
本発明では、アレイ導波路回折格子１０６を構成するチャネル導波路１０５の本数を６０本、所定の導波路番号ｊを３０、この第３０チャネル導波路と第３１チャネル導波路とがなす角度間隔△θ30を０．２（ｄｅｇ．）とし、定数Ａを０．０００２とした。なお、この定数Ａは、前記式（１）に示すように、値の絶対値が小さいと補正の効果が弱く、逆に大きすぎると補正の効果が強すぎるため、−０，００１から０，００１の範囲とすることが好ましい。
【００３０】
図２は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における電界分布を模式的に示す説明図であり、図２（ａ）は、光信号のモード変換部１０３のＡ−Ａ' での電界分布１１３、図２（ｂ）は、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' での電界分布１１５、図２（ｃ）は、アレイ導波路回折格子出射端１１６のＣ−Ｃ' での電界分布１１７をそれぞれ示す。
【００３１】
図３は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）は、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' における光信号λ1 、λ9 の位相分布１１８、図３（ｂ）は、アレイ導波路回折格子出射端１１６における光信号λ1 、λ9 の位相分布１１９をそれぞれ示す。
【００３２】
図４は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相差を模式的に示す説明図であり、図４（ａ）は、光信号λ1 とλ5 との位相差１２０、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、光信号λ3 、λ7 、λ9 と、λ5 との位相差１２１，１２２，１２３をそれぞれ示す。
【００３３】
図５は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の集光面１２４における光信号λ1 、λ3 、λ5 、λ7 、λ9 の電界分布１２５，１２６，１２７，１２８，１２９をそれぞれ示す。ここで、アレイ導波路回折格子１０６の隣接チャネル導波路の導波路長差△Ｌは、前記式（３）を満足するように設計している。
【００３４】
以下、図１を用い、かつ適宜他図を参照して、本発明の光波長合分波器の作用を説明する。
【００３５】
光信号λ1 〜λ9 は、入力導波路１０２、モード変換部１０３、入力スラブ導波路１０４、アレイ導波路回折格子１０６、出力スラブ導波路１０７、出力導波路１０８の順で伝搬する。
まず、入力導波路１０２からアレイ導波路入射端１１４までの伝搬について説明する。
【００３６】
図１（ａ）に示すように、入射端１３０から入射された光信号λ1 〜λ9 は、入力導波路１０２からモード変換部１０３へと伝搬する。光信号λ1 〜λ9 はモード変換部１０３のＡ−Ａ' で、双峰状の電界分布１１３に変形される。
【００３７】
図１（ｂ）に示すように、光信号λ1 〜λ9 は入力スラブ導波路１０４において回折の効果により広げられ、図２（ｂ）に示すように、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' では、極大値、極小値をもつ分布１１５となる。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、位相分布１１８は、モード変換部１０３において電界分布を双峰状にしたことにより、一部にπだけずれた分布１２９を持つ形状となる。
【００３９】
次に、アレイ導波路回折格子１０６から出力導波路１０８までの光信号の様子について説明する。なお、この部分では光信号の波長によって伝搬の様子が異なるため、まず前記式（３）を満足するλ5 について説明し、次にその他の光信号について説明する。
【００４０】
図１（ｂ）に示すように、光信号λ5 はアレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' において、各チャネル導波路１０６に入射・分割され、それぞれのチャネル導波路内を伝搬する。アレイ導波路回折格子終端１１６のＣ−Ｃ' では再び一つに収束する。
【００４１】
図２（ｃ）に示すように、電界分布１１７は、入射端１１４のＢ−Ｂ' での電界分布１１５とほぼ同じ形状となる。図３（ｂ）に示す位相分布１１９については、光信号λ5 が前記式（３）を満足するため、アレイ導波路回折格子伝搬前と全く同じように左右対称で一部にπだけ位相のずれた分布になる。したがって、図１（ｂ）に示すように、光信号λ5 は出力スラブ導波路１０７上の基準点１１０に焦点を結ぶ。
【００４２】
図５に示すように、その電界分布１２７は、図２（ａ）に示すモード変換部１０３での電界分布１１３とほぼ同形状となる。
さらに、図１（ｂ）に示すように、光信号λ5 は基準点１１０に接続された出力導波路を伝搬し、出力端から出射される。
【００４３】
以下、λ5 以外の光信号について説明する。ここでは、例として光信号λ1 、λ3 、λ7 、λ9 の場合ついて説明する。
図１に示すように、光信号λ1 、λ3 、λ7 、λ9 もそれぞれアレイ導波路回折格子１０６で分割され、それぞれチャネル導波路１０５を伝搬する。アレイ導波路回折格子１０６伝搬後の電界分布は、光信号λ5 の場合とほぼ同じである。
【００４４】
ただし、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、位相分布については、曲線状で、かつ全体的に傾斜している、曲線の度合い及び傾きは光信号λ5 との波長の差が大きくなるほど大きくなっている。位相差が全体的に傾斜しているのは、伝搬定数βが波長分散を持つためであり、この傾きによって集光位置が異なっている。位相差が曲線状になるのはアレイ導波路回折格子１０６を構成するチャネル導波路１０５の間隔が前記式（４）に示したように全体的に変化しているためであり、出力スラブ導波路等における収差を相殺する効果を持つ。
【００４５】
したがって、各光信号は、出力スラブ導波路１０７の集光面１２４のＤ−Ｄ' 上の点Ｘ1 〜Ｘ9 （図示せず）にそれぞれ集光し、その電界分布１２５，１２６，１２８，１２９も収差が相殺され、各光信号とも左右対称の双峰状となる。さらに、各信号は各出力導波路１０８に入射、伝搬し、出力端１３１から別々に取り出すことができる。
【００４６】
図６は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の損失波長特性１３２を模式的に示す説明図である。
【００４７】
図５及び図６に示すように、各出力導波路１０８の挿入損失は、集光面１２４のＣ−Ｃ' における光信号の電界分布１２５，１２６，１２７，１２８，１２９と、各出力導波路１０８の固有モードの重畳積分で決定される。光信号の電界分布１２５，１２６，１２７，１２８，１２９が、波長に応じて集光面１２４のＤ−Ｄ' 上を、双峰状の形状を保ったまま移動する。そのため、光信号の波長がわずかに変動しても、挿入損失はあまり変化しない。
つまり、図６に示すように損失波長特性１３２は、各光信号の波長λ1 〜λ9 に通過帯域１３３内の波長変動が生じても通過帯域１３３が平坦かつ左右対称であるため、挿入損失は増加しない。
【００４８】
なお、本発明の光波長合分波器に用いられる基板としては、例えば、ガラス基板だけでなく半導体基板等にも形成することができる。また、基板１０１上に形成されるコア、クラッド、バッファ層についても、ガラス系の材料だけでなく半導体材料など、光学的に透明な材料を用いて形成することも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の光波長合分波器によると、入力スラブ導波路及び出力スラブ導波路におけるアレイ導波路回折格子の各チャネル導波路の配置角度を最適化することで、出力スラブ導波路における収差等を相殺し、全出力導波路において、平坦な通過域特性を実現できるので、光源の波長変動に対する損失変動が小さく、かつ安定した光信号の合分波が可能な光波長合分波器を提供することができる。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）は、その全体図で、図１（ｂ）は、アレイ導波路回折格子部の拡大図である。
【図２】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における電界分布を模式的に示す説明図であり、図２（ａ）は、光信号のモード変換部１０３のＡ−Ａ' での電界分布１１３、図２（ｂ）は、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' での電界分布１１５、図２（ｃ）は、アレイ導波路回折格子出射端１１６のＣ−Ｃ' での電界分布１１７をそれぞれ示す。
【図３】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）は、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' における光信号λ1 、λ9 の位相分布１１８、図３（ｂ）は、アレイ導波路回折格子出射端１１６における光信号λ1 、λ9 の位相分布１１９をそれぞれ示す。
【図４】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相差を模式的に示す説明図であり、図４（ａ）は、光信号λ1 とλ5 との位相差１２０、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、光信号λ3 、λ7 、λ9 と、λ5 との位相差１２１，１２２，１２３をそれぞれ示す。
【図５】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の集光面１２４における光信号λ1 、λ3 、λ5 、λ7 、λ9 の電界分布１２５，１２６，１２７，１２８，１２９をそれぞれ示す。
【図６】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の損失波長特性１３２を模式的に示す説明図である。
【図７】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器を模式的に示す説明図である。
【図８】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の電界分布を模式的に示す説明図であり、図８（ａ）は、モード変換部２０３のＥ−Ｅ' における光信号の電界分布２０９、図８（ｂ）は、アレイ導波路回折格子入射端２１０のＦ−Ｆ' における電界分布２１１、図８（ｃ）は、アレイ導波路回折格子出射端２１２のＧ−Ｇ' での電界分布２１３をそれぞれ示す。
【図９】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布を模式的に示す説明図であり、図９（ａ）、図９（ｅ）、図９（ｆ）は、アレイ導波路回折格子出射端２１２のＧ−Ｇ' での光信号λ1 、λ5 、λ9 のそれぞれの位相分布２１４，２１５，２１６を示す。
【図１０】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布の差を模式的に示す説明図であり、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、光信号λ1 、λ9 の位相面２１４，２１６とλ5 の位相面２１５とのそれぞれの位相分布の差２１７，２１８を示す。
【図１１】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の集光面２１９のＨ−Ｈ' における光信号λ1 、λ5 、λ9 の電界分布２２０，２２１，２２２を模式的に示す説明図である。
【図１２】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の損失波長特性２２４、２２５，２２６，２２７を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０１：基板
１０２：入力用導波路
１０３：モード変換部
１０４：入力スラブ導波路
１０５：チャネル導波路
１０６：アレイ導波路回折格子
１０７：出力側スラブ導波路
１０８：出力用導波路
１０９：基準点
１１０：基準点
１１１：第ｉチャネル導波路が第ｉ＋１チャネル導波路となす角度
１１２：所定の第ｊチャネル導波路が第ｊ＋１チャネル導波路となす角度
１１３：モード変換部における光信号の電界分布
１１４：アレイ導波路回折格子入射端
１１５：アレイ導波路回折格子入射端における光信号の電界分布
１１６：アレイ導波路回折格子出射端
１１７：アレイ導波路回折格子出射端における光信号の電界分布
１１８：アレイ導波路回折格子入射端における光信号λ1 〜λ9 の位相分布
１１９：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ5 の位相分布
１２０：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ1 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
１２１：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ3 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
１２２：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ7 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
１２３：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ9 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
１２４：集光面
１２５：集光面における光信号λ1 の電界分布
１２６：集光面における光信号λ3 の電界分布
１２７：集光面における光信号λ5 の電界分布
１２８：集光面における光信号λ7 の電界分布
１２９：集光面における光信号λ9 の電界分布
１３０：光信号λ5 の焦点位置
１３１：焦点位置
１３２：出力端
１３３：通過域
２０１：基板
２０２：入力用導波路
２０３：モード変換部
２０４：入力スラブ導波路
２０５：チャネル導波路
２０６：アレイ導波路回折格子
２０７：出力側スラブ導波路
２０８：出力用導波路
２０９：ード変換部における光信号の電界分布
２１０：アレイ導波路回折格子入射端
２１１：アレイ導波路回折格子入射端における光信号の電界分布
２１２：アレイ導波路回折格子出射端
２１３：レイ導波路回折格子出射端におげる光信号の電界分布
２１４：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ1 の位相分布
２１５：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ5 の位相分布
２１６：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ9 の位相分布
２１７：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ1 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
２１８：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ9 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
２１９：集光面
２２０：集光面における光信号λ1 の電界分布
２２１：集光面における光信号λ5 の電界分布
２２２：集光面における光信号λ9 の電界分布
２２３：出力端
２２４：第５出力導波路の損失波長特性
２２５：第１出力導波路の損失波長特性
２２６：第９出力導波路の損失波長特性
２２７：通過帯域
２２８：第５出力導波路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長合分波器に関し、特に、光源の波長変動に対する損失変動が小さく、かつ安定した光信号の合分波が可能な光波長合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光波長多重通信において、波長の異なる複数の光信号の合波又は分波（合分波）をする光波長合分波器としてアレイ導波路回折格子が有望視され、種々提案されている（特開平４−１１６６０７号公報、特開平４−１６３４０６４、特開平４−２２０６２４号公報、特開平４−３２６３０８４号公報、特開平５−１５７９２０号公報）。特に、通過帯域特性を平坦化したアレイ導波路回折格子型光波長合分波器は、光源の波長変動等に対する挿入損失の変動が小さく、安定した光信号の合分波が可能であるため、光波長多重通信に有用なデバイスとして期待されている（米国特許第５４１２７４４号）。
【０００３】
図７は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器を模式的に示す説明図である。ここでは、一例として、９つの光信号λ1 〜λ9 （λ1 ＜λ2 ＜…＜λ8 ＜λ9 ）を合分波するための光波長合分波器を示す。
図７に示すように、従来の光波長合分波器は、基板２０１上に、入力導波路２０２と、入力側スラブ導波路２０４と、長さが後述する△Ｌずつ異なる複数のチャネル導波路２０５で形成したアレイ導波路回折格子２０６と、出力側スラブ導波路２０７と、９本の出力導波路２０８とから形成されている。また、入力導波路２０２と入力側スラブ導波路２０４の接続部には損失波長特性の通過域特性を平坦化するためのモード変換部２０３が形成されている。
【０００４】
図８は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の電界分布を模式的に示す説明図であり、図８（ａ）は、モード変換部２０３のＥ−Ｅ' における光信号の電界分布２０９、図８（ｂ）は、アレイ導波路回折格子入射端２１０のＦ−Ｆ' における電界分布２１１、図８（ｃ）は、アレイ導波路回折格子出射端２１２のＧ−Ｇ' での電界分布２１３をそれぞれ示す。
【０００５】
図９は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布を模式的に示す説明図であり、図９（ａ）、図９（ｅ）、図９（ｆ）は、アレイ導波路回折格子出射端２１２のＧ−Ｇ' での光信号λ1 、λ5 、λ9 のそれぞれの位相分布２１４，２１５，２１６を示す。
【０００６】
図１０は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布の差を模式的に示す説明図であり、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、光信号λ1 、λ9 の位相面２１４，２１６とλ5 の位相面２１５とのそれぞれの位相分布の差２１７，２１８を示す。
【０００７】
図１１は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の集光面２１９のＨ−Ｈ' における光信号λ1 、λ5 、λ9 の電界分布２２０，２２１，２２２を模式的に示す説明図である。
【０００８】
以下、図７を用い、かつ適宜他図を参照して、従来の光合分波器の作用を説明する。
なお、アレイ導波路回折格子２０６を構成するチャネル導波路２０５の隣接間の導波路長差△Ｌは、下記式（３）で設計されているものとする。
△Ｌ＝２・ｍ・π／β（λ5 ） … （３）
（式（３）中、ｍは回折次数（正の整数）を示し、β（λ5 ）は光信号λ5 に対するチャネル導波路の伝般定数を示す。）
【０００９】
入力導波路２０２から入射された光信号λ1 〜λ9 は、モード変換部２０３、入力スラブ導波路２０４、アレイ導波路回折格子２０５、出力スラブ導波路２０７、出力導波路２０８の順で伝搬する。
【００１０】
図８（ａ）に示すように、モード変換部２０３のＥ−Ｅ' における光信号の電界分布２０９は、左右対称の双峰状である。
【００１１】
図８（ｂ）に示すように、入力スラブ導波路２０４のアレイ導波路回折格子２０６の入射端２１０のＦ−Ｆ' における電界分布２１１は、回折の効果で極大値、極小値をもつ分布となる。アレイ導波路回折格子の入射端２１０のＦ−Ｆ' において、光信号は分割され、各チャネル導波路２０６を入射・伝搬する。
【００１２】
図８（ｃ）に示すように、アレイ導波路回折格子２０５の終端２１２のＧ−Ｇ' における電界分布２１３は、各信号ともに入射端２１０のＦ−Ｆ' での電界分布２１１を再現する。
【００１３】
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、終端２１２のＧ−Ｇ' における光信号λ1 〜λ9 の位相面２１４は、光信号によって異なっている。ここで、前記式（３）より、光信号λ5 の位相面２１５は左右対称となり、他の光信号の位相面は、アレイ導波路回折格子終端２１９のＨ−Ｈ' に対して、その伝搬定数に応じた傾きを生じる。
【００１４】
図１０に示すように、位相差はアレイ導波路回折格子２０６のチャネル導波路２０５において連続的に変化している。各光信号は、出力スラブ導波路２０７において、この傾きに応じた方向に伝搬する。したがって、各光信号は出力スラブ導波路２０７の集光面２１９の異なる点Ｙ1 〜Ｙ9 （図示せず）にそれぞれ集光する。
【００１５】
ここで、図１１に示すように、集光面２１９のＨ−Ｈ' における各信号の電界分布２２０，２２１，２２２は出力スラブ導波路２０７の収差等の影響を受ける。光信号λ5 の電界分布２２１はモード変換部２０３の電界分布２０９を再現して左右対称の双峰状となるものの、信号λ1 、λ9 の電界分布２２０，２２１は左右非対称となる。非対称は、おもに出力スラブ導波路２０７の収差が原因であるため、集光面２１９のＨ−Ｈ' の端に集光する光信号ほど大きくなる。集光面２１９のＨ−Ｈ' において各信号は、各出力導波路２０８に入射、伝搬し、出力端２２３から別々に取り出すことができる。
【００１６】
図１２は、従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の損失波長特性２２４、２２５，２２６，２２７を模式的に示す説明図である。
【００１７】
図１１及び図１２に示すように、各出力導波路２０８の挿入損失は、集光面における光信号の電界分布２２０，２２１，２２２と、各出力導波路２０８の固有モードの重畳積分で決定される。光信号の電界分布２２０，２２１，２２２が、波長に応じて集光面２１９のＨ−Ｈ' 上を移動する。電界分布形状も、光信号の集光位置がＹ5 近傍から離れるにしたがって非対称となる。集光位置がＹ5 近傍では、電界分布形状２２１も左右対称に近いため、波長がわずかに変動しても、挿入損矢はあまり変化しない。しかし、集光位置がＹ1 ，Ｙ9 近傍では、電界分布形状２２０，２２２が左右非対称であるため、波長が変動すると、挿入損失は大きく変動する。したがって、波長λ5 の出力導波路２０８の損失波長特性２２４は、通過帯域２２７で平坦な特性となるのに対して、波長λ1 及びλ9 の出力導波路の損失波長特性２２５，２２６の通過帯域特性は、傾いた特性とならざるを得なかった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の光波長合分波器によると、出力側スラブ導波路の収差等により、損失波長特性の通過帯域特性が平坦にならないので、光源の波長が変動したとき、挿入損失が大きく変化するといった問題があり、必ずしも十分に満足し得るものではなかった。
【００１９】
従って、本発明の目的は、光源の波長変動に対する損失変動が小さく、かつ安定した光信号の合分波が可能な光波長合分波器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、以下の光波長合分波器を提供するものである。
【００２１】
［１］基板上に、１本以上の入力用チャネル導波路と、１本以上の出力用チャネル導波路と、導波路長を最短なものから最長なものへ所定の長さずつ順次長く設定した複数本のチャネル導波路で構成したアレイ導波路回折格子と、前記入力用チャネル導波路及びアレイ導波路回折格子を接続する扇形の入力側スラブ導波路と、前記出力用チャネル導波路及び前記アレイ導波路回折格子を接続する扇形の出力側スラブ導波路とを備えた光波長合分波器であって、
前記アレイ導波路回折格子を構成する前記チャネル導波路の本数をＮ、前記各チャネル導波路の番号をｉ、前記アレイ導波路回折格子の略中央に配置された基準のチャネル導波路の番号をｊとしたとき、前記入力側スラブ導波路と前記アレイ導波路回折格子との接続部又は前記出力側スラブ導波路と前記アレイ導波路回折格子との接続部における第ｉ番目の前記チャネル導波路と第ｉ＋１番目の前記チャネル導波路とがなす角度△θｉと、第ｊ番目の前記基準のチャネル導波路と第ｊ＋１番目の前記チャネル導波路とがなす角度Δθｊとが下記式（１）を満たすように前記チャネル導波路間のそれぞれの間隔を徐々に変化させてなることを特徴とする光波長合分波器。
△θｉ＝△θｊ・｛１＋Ａ・｜ｉ−ｊ｜｝ ・・・（１）
（式（１）中、Ａは定数であり、Ａ ≠０である。）
【００２４】
［２］前記式（１）において、所定の定数Ａの範囲を−０．００１≦Ａ≦０．００１とした前記［１］に記載の光波長合分波器。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
図１は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）は、その全体図で、図１（ｂ）は、アレイ導波路回折格子部の拡大図である。
ここでは、一例として、９つの光信号λ1 〜λ9 （λ1 ＜λ2 ＜…＜λ8 ＜λ9 ）を合分波するための光波長合分波器を示す。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、基板１０１上に、入力導波路１０２と、入力側スラブ導波路１０４と、最短なものから最長なものへ前記式（３）に示すΔＬの長さずつ順次長く設定したＮ本のチャネル導波路１０５で構成されたアレイ導波路回折格子１０６と、出力側スラブ導波路１０７と、９本の出力導波路１０８とから形成されている。
また、入力導波路１０２と入力側スラブ導波路１０４の接続部には、損失波長特性の通過域特性を平坦化するためのモード変換部１０３を形成している。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、アレイ導波路格回折格子１０６を構成する各チャネル導波路１０５は、入力スラブ導波路１０４の接続部及び出力導波路１０７の接続部において、入力スラブ導波路１０４及び出力スラブ導波路１０７の基準点１０９，１１０に対して放射状に配置している。各チャネル導波路１０５がそれぞれの隣接するチャネル導波路となす角度△θは、アレイ導波路回折格子の下側（Ｂ，Ｃ側）から上側（Ｂ 、Ｃ 側）に向かって徐々に変化している。ここで、アレイ導波路回折格子１０６の第ｉチャネル導波路が、隣接する第ｉ＋１チャネル導波路とがなす角度△θｉ１１１は、基準となる第ｊチャネル導波路及びその角度間隔△θｊ１１２に対して、下記式（４）となるように配置している。
△θｉ＝△θｊ・｛１＋Ａ・｜ｉ−ｊ｜｝ …（４）
（式（４）中、ｉはアレイ導波路格子を構成するチャネル導波路の番号、ｊは基準導波路番号、Ａは定数で、Ａ≠０である。）
【００２９】
本発明では、アレイ導波路回折格子１０６を構成するチャネル導波路１０５の本数を６０本、所定の導波路番号ｊを３０、この第３０チャネル導波路と第３１チャネル導波路とがなす角度間隔△θ30を０．２（ｄｅｇ．）とし、定数Ａを０．０００２とした。なお、この定数Ａは、前記式（１）に示すように、値の絶対値が小さいと補正の効果が弱く、逆に大きすぎると補正の効果が強すぎるため、−０，００１から０，００１の範囲とすることが好ましい。
【００３０】
図２は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における電界分布を模式的に示す説明図であり、図２（ａ）は、光信号のモード変換部１０３のＡ−Ａ' での電界分布１１３、図２（ｂ）は、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' での電界分布１１５、図２（ｃ）は、アレイ導波路回折格子出射端１１６のＣ−Ｃ' での電界分布１１７をそれぞれ示す。
【００３１】
図３は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）は、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' における光信号λ1 、λ9 の位相分布１１８、図３（ｂ）は、アレイ導波路回折格子出射端１１６における光信号λ1 、λ9 の位相分布１１９をそれぞれ示す。
【００３２】
図４は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相差を模式的に示す説明図であり、図４（ａ）は、光信号λ1 とλ5 との位相差１２０、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、光信号λ3 、λ7 、λ9 と、λ5 との位相差１２１，１２２，１２３をそれぞれ示す。
【００３３】
図５は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の集光面１２４における光信号λ1 、λ3 、λ5 、λ7 、λ9 の電界分布１２５，１２６，１２７，１２８，１２９をそれぞれ示す。ここで、アレイ導波路回折格子１０６の隣接チャネル導波路の導波路長差△Ｌは、前記式（３）を満足するように設計している。
【００３４】
以下、図１を用い、かつ適宜他図を参照して、本発明の光波長合分波器の作用を説明する。
【００３５】
光信号λ1 〜λ9 は、入力導波路１０２、モード変換部１０３、入力スラブ導波路１０４、アレイ導波路回折格子１０６、出力スラブ導波路１０７、出力導波路１０８の順で伝搬する。
まず、入力導波路１０２からアレイ導波路入射端１１４までの伝搬について説明する。
【００３６】
図１（ａ）に示すように、入射端１３０から入射された光信号λ1 〜λ9 は、入力導波路１０２からモード変換部１０３へと伝搬する。光信号λ1 〜λ9 はモード変換部１０３のＡ−Ａ' で、双峰状の電界分布１１３に変形される。
【００３７】
図１（ｂ）に示すように、光信号λ1 〜λ9 は入力スラブ導波路１０４において回折の効果により広げられ、図２（ｂ）に示すように、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' では、極大値、極小値をもつ分布１１５となる。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、位相分布１１８は、モード変換部１０３において電界分布を双峰状にしたことにより、一部にπだけずれた分布１２９を持つ形状となる。
【００３９】
次に、アレイ導波路回折格子１０６から出力導波路１０８までの光信号の様子について説明する。なお、この部分では光信号の波長によって伝搬の様子が異なるため、まず前記式（３）を満足するλ5 について説明し、次にその他の光信号について説明する。
【００４０】
図１（ｂ）に示すように、光信号λ5 はアレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' において、各チャネル導波路１０６に入射・分割され、それぞれのチャネル導波路内を伝搬する。アレイ導波路回折格子終端１１６のＣ−Ｃ' では再び一つに収束する。
【００４１】
図２（ｃ）に示すように、電界分布１１７は、入射端１１４のＢ−Ｂ' での電界分布１１５とほぼ同じ形状となる。図３（ｂ）に示す位相分布１１９については、光信号λ5 が前記式（３）を満足するため、アレイ導波路回折格子伝搬前と全く同じように左右対称で一部にπだけ位相のずれた分布になる。したがって、図１（ｂ）に示すように、光信号λ5 は出力スラブ導波路１０７上の基準点１１０に焦点を結ぶ。
【００４２】
図５に示すように、その電界分布１２７は、図２（ａ）に示すモード変換部１０３での電界分布１１３とほぼ同形状となる。
さらに、図１（ｂ）に示すように、光信号λ5 は基準点１１０に接続された出力導波路を伝搬し、出力端から出射される。
【００４３】
以下、λ5 以外の光信号について説明する。ここでは、例として光信号λ1 、λ3 、λ7 、λ9 の場合ついて説明する。
図１に示すように、光信号λ1 、λ3 、λ7 、λ9 もそれぞれアレイ導波路回折格子１０６で分割され、それぞれチャネル導波路１０５を伝搬する。アレイ導波路回折格子１０６伝搬後の電界分布は、光信号λ5 の場合とほぼ同じである。
【００４４】
ただし、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、位相分布については、曲線状で、かつ全体的に傾斜している、曲線の度合い及び傾きは光信号λ5 との波長の差が大きくなるほど大きくなっている。位相差が全体的に傾斜しているのは、伝搬定数βが波長分散を持つためであり、この傾きによって集光位置が異なっている。位相差が曲線状になるのはアレイ導波路回折格子１０６を構成するチャネル導波路１０５の間隔が前記式（４）に示したように全体的に変化しているためであり、出力スラブ導波路等における収差を相殺する効果を持つ。
【００４５】
したがって、各光信号は、出力スラブ導波路１０７の集光面１２４のＤ−Ｄ' 上の点Ｘ1 〜Ｘ9 （図示せず）にそれぞれ集光し、その電界分布１２５，１２６，１２８，１２９も収差が相殺され、各光信号とも左右対称の双峰状となる。さらに、各信号は各出力導波路１０８に入射、伝搬し、出力端１３１から別々に取り出すことができる。
【００４６】
図６は、本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の損失波長特性１３２を模式的に示す説明図である。
【００４７】
図５及び図６に示すように、各出力導波路１０８の挿入損失は、集光面１２４のＣ−Ｃ' における光信号の電界分布１２５，１２６，１２７，１２８，１２９と、各出力導波路１０８の固有モードの重畳積分で決定される。光信号の電界分布１２５，１２６，１２７，１２８，１２９が、波長に応じて集光面１２４のＤ−Ｄ' 上を、双峰状の形状を保ったまま移動する。そのため、光信号の波長がわずかに変動しても、挿入損失はあまり変化しない。
つまり、図６に示すように損失波長特性１３２は、各光信号の波長λ1 〜λ9 に通過帯域１３３内の波長変動が生じても通過帯域１３３が平坦かつ左右対称であるため、挿入損失は増加しない。
【００４８】
なお、本発明の光波長合分波器に用いられる基板としては、例えば、ガラス基板だけでなく半導体基板等にも形成することができる。また、基板１０１上に形成されるコア、クラッド、バッファ層についても、ガラス系の材料だけでなく半導体材料など、光学的に透明な材料を用いて形成することも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の光波長合分波器によると、入力スラブ導波路及び出力スラブ導波路におけるアレイ導波路回折格子の各チャネル導波路の配置角度を最適化することで、出力スラブ導波路における収差等を相殺し、全出力導波路において、平坦な通過域特性を実現できるので、光源の波長変動に対する損失変動が小さく、かつ安定した光信号の合分波が可能な光波長合分波器を提供することができる。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）は、その全体図で、図１（ｂ）は、アレイ導波路回折格子部の拡大図である。
【図２】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における電界分布を模式的に示す説明図であり、図２（ａ）は、光信号のモード変換部１０３のＡ−Ａ' での電界分布１１３、図２（ｂ）は、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' での電界分布１１５、図２（ｃ）は、アレイ導波路回折格子出射端１１６のＣ−Ｃ' での電界分布１１７をそれぞれ示す。
【図３】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）は、アレイ導波路回折格子入射端１１４のＢ−Ｂ' における光信号λ1 、λ9 の位相分布１１８、図３（ｂ）は、アレイ導波路回折格子出射端１１６における光信号λ1 、λ9 の位相分布１１９をそれぞれ示す。
【図４】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相差を模式的に示す説明図であり、図４（ａ）は、光信号λ1 とλ5 との位相差１２０、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、光信号λ3 、λ7 、λ9 と、λ5 との位相差１２１，１２２，１２３をそれぞれ示す。
【図５】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の集光面１２４における光信号λ1 、λ3 、λ5 、λ7 、λ9 の電界分布１２５，１２６，１２７，１２８，１２９をそれぞれ示す。
【図６】本発明の光波長合分波器の一実施の形態であるアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の損失波長特性１３２を模式的に示す説明図である。
【図７】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器を模式的に示す説明図である。
【図８】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の電界分布を模式的に示す説明図であり、図８（ａ）は、モード変換部２０３のＥ−Ｅ' における光信号の電界分布２０９、図８（ｂ）は、アレイ導波路回折格子入射端２１０のＦ−Ｆ' における電界分布２１１、図８（ｃ）は、アレイ導波路回折格子出射端２１２のＧ−Ｇ' での電界分布２１３をそれぞれ示す。
【図９】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布を模式的に示す説明図であり、図９（ａ）、図９（ｅ）、図９（ｆ）は、アレイ導波路回折格子出射端２１２のＧ−Ｇ' での光信号λ1 、λ5 、λ9 のそれぞれの位相分布２１４，２１５，２１６を示す。
【図１０】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の所定部位における光信号の位相分布の差を模式的に示す説明図であり、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、光信号λ1 、λ9 の位相面２１４，２１６とλ5 の位相面２１５とのそれぞれの位相分布の差２１７，２１８を示す。
【図１１】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の集光面２１９のＨ−Ｈ' における光信号λ1 、λ5 、λ9 の電界分布２２０，２２１，２２２を模式的に示す説明図である。
【図１２】従来のアレイ導波路回折格子型光波長合分波器の損失波長特性２２４、２２５，２２６，２２７を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０１：基板
１０２：入力用導波路
１０３：モード変換部
１０４：入力スラブ導波路
１０５：チャネル導波路
１０６：アレイ導波路回折格子
１０７：出力側スラブ導波路
１０８：出力用導波路
１０９：基準点
１１０：基準点
１１１：第ｉチャネル導波路が第ｉ＋１チャネル導波路となす角度
１１２：所定の第ｊチャネル導波路が第ｊ＋１チャネル導波路となす角度
１１３：モード変換部における光信号の電界分布
１１４：アレイ導波路回折格子入射端
１１５：アレイ導波路回折格子入射端における光信号の電界分布
１１６：アレイ導波路回折格子出射端
１１７：アレイ導波路回折格子出射端における光信号の電界分布
１１８：アレイ導波路回折格子入射端における光信号λ1 〜λ9 の位相分布
１１９：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ5 の位相分布
１２０：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ1 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
１２１：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ3 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
１２２：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ7 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
１２３：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ9 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
１２４：集光面
１２５：集光面における光信号λ1 の電界分布
１２６：集光面における光信号λ3 の電界分布
１２７：集光面における光信号λ5 の電界分布
１２８：集光面における光信号λ7 の電界分布
１２９：集光面における光信号λ9 の電界分布
１３０：光信号λ5 の焦点位置
１３１：焦点位置
１３２：出力端
１３３：通過域
２０１：基板
２０２：入力用導波路
２０３：モード変換部
２０４：入力スラブ導波路
２０５：チャネル導波路
２０６：アレイ導波路回折格子
２０７：出力側スラブ導波路
２０８：出力用導波路
２０９：ード変換部における光信号の電界分布
２１０：アレイ導波路回折格子入射端
２１１：アレイ導波路回折格子入射端における光信号の電界分布
２１２：アレイ導波路回折格子出射端
２１３：レイ導波路回折格子出射端におげる光信号の電界分布
２１４：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ1 の位相分布
２１５：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ5 の位相分布
２１６：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ9 の位相分布
２１７：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ1 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
２１８：アレイ導波路回折格子出射端における光信号λ9 の位相分布と光信号λ5 の位相分布との差
２１９：集光面
２２０：集光面における光信号λ1 の電界分布
２２１：集光面における光信号λ5 の電界分布
２２２：集光面における光信号λ9 の電界分布
２２３：出力端
２２４：第５出力導波路の損失波長特性
２２５：第１出力導波路の損失波長特性
２２６：第９出力導波路の損失波長特性
２２７：通過帯域
２２８：第５出力導波路
Claims (2)
- 基板上に、１本以上の入力用チャネル導波路と、１本以上の出力用チャネル導波路と、導波路長を最短なものから最長なものへ所定の長さずつ順次長く設定した複数本のチャネル導波路で構成したアレイ導波路回折格子と、前記入力用チャネル導波路及びアレイ導波路回折格子を接続する扇形の入力側スラブ導波路と、前記出力用チャネル導波路及び前記アレイ導波路回折格子を接続する扇形の出力側スラブ導波路とを備えた光波長合分波器であって、
前記アレイ導波路回折格子を構成する前記チャネル導波路の本数をＮ、前記各チャネル導波路の番号をｉ、前記アレイ導波路回折格子の略中央に配置された基準のチャネル導波路の番号をｊとしたとき、前記入力側スラブ導波路と前記アレイ導波路回折格子との接続部又は前記出力側スラブ導波路と前記アレイ導波路回折格子との接続部における第ｉ番目の前記チャネル導波路と第ｉ＋１番目の前記チャネル導波路とがなす角度△θｉと、第ｊ番目の前記基準のチャネル導波路と第ｊ＋１番目の前記チャネル導波路とがなす角度Δθｊとが下記式（１）を満たすように前記チャネル導波路間のそれぞれの間隔を徐々に変化させてなることを特徴とする光波長合分波器。
△θｉ＝△θｊ・｛１＋Ａ・｜ｉ−ｊ｜｝ ・・・（１）
（式（１）中、Ａは定数であり、Ａ ≠０である。） - 前記式（１）において、所定の定数Ａの範囲を−０．００１≦Ａ≦０．００１とした請求項１に記載の光波長合分波器。
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