JP4284852B2 - Optical multiplexer / demultiplexer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)伝送システムに波長選択素子として適用可能なアレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)型の光合分波器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のAWG型の光合分波器(以下、AWG回路という)として、例えばWO98/36299(第1文献)や2000年電子情報通信学会C−3−76(第2文献)には、波長特性の温度依存性を低減するための構造を備えたAWG回路が記載されている。
【0003】
このうち、上記第1文献に記載されたAWG回路は、互いに長さの異なる導波路で構成されたフェーズドアレイに溝が形成され、該溝内に屈折率温度係数が負のシリコン樹脂が導入されている。この構成により、フェーズドアレイを構成する導波路間の温度変化によって生じた光路差の増加が相殺され、所定の温度範囲内において分離波長帯域のシフト(波長ずれ)が抑制される。
【0004】
一方、上記第2文献に記載されたAWG回路は、入力側スラブ導波路に溝が形成されており、該溝内に屈折率温度係数が負の樹脂が導入されている。この第2文献に記載されたAWG回路においても、上記第1文献に記載されたAWG回路と同様に、波長特性の温度依存性を低減するよう、フェーズドアレイを構成する導波路間の温度変化に起因した光路差の増加が相殺される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、上述の従来のAWG回路について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、従来のAWG回路において、フェーズドアレイや入力側スラブ導波路に設けられた溝に導入される樹脂(例えばシリコン樹脂)は、該フェーズドアレイや入力側スラブ導波路を構成する材料(石英系材料)とは異なる屈折率を有しているため、このような構造により伝搬光の伝送損失が増大する可能性があった。
【0006】
この発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、伝搬光の伝送損失を増加させることなく、波長特性の温度変化に起因した変動を効果的に抑制する構造を備えた光合分波器を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光合分波器は、基板と、該基板上にそれぞれ設けられた、第1導波路群、第1スラブ導波路、フェーズドアレイ、第2スラブ導波路、及び第2導波路群とを備え、WDM伝送システムに波長選択素子として適用可能なAWG型の光合分波器である。
【0008】
この発明に係る光合分波器において、上記第1及び第2スラブ導波路は、それぞれ所定のスラブ長を有する。なお、スラブ長は、一般的に各スラブ導波路のレンズ面として機能する光入力端の焦点距離に相当する。また、上記第1導波路群は、一端が第1スラブ導波路に接続された状態で基板上に平面的にそれぞれ配列された複数の導波路を含み、上記第2導波路群も同様に一端が第2スラブ導波路に接続された状態で基板上に平面的にそれぞれ配列された複数の導波路を含む。これら第1及び第2導波路群は、いずれも互いに隣接するように配列された出力チャネル導波路と入力チャネル導波路とで構成されている。第1及び第2導波路群に含まれる出力チャネル導波路は、信号チャネルとして所定波長間隔ごとに設定されたチャネル波長を有する信号それぞれに対応した位置に設けられている。さらに、上記フェーズドアレイは、上記第1及び第2スラブ導波路間を連絡する、互いに長さの異なる複数の導波路を含む。
【0009】
特に、この発明に係る光合分波器は、上記第1及び第2導波路群の少なくともいずれか一方に含まれる出力チャネル導波路が、温度変化に起因したスラブ導波路内における各チャネル波長の焦点位置のずれを相殺し、波長特性の温度変化に起因した変動を効果的に抑制するための構造を備える。
【0010】
すなわち、上記第1及び第2導波路群の少なくともいずれか一方に含まれる出力チャネル導波路それぞれは、その光入力端を含む先端部分の少なくとも一方の側面が、該光入力端が接続されたスラブ導波路の接続端面に対し所定角度だけ傾いた形状を有することを特徴としている。また、上記第1及び第2導波路群の少なくともいずれか一方に含まれる出力チャネル導波路それぞれは、その光入力端を含む先端部分の両側面が、該光入力端が接続されたスラブ導波路の接続端面に対し互いに異なる角度で傾いた形状を有してもよい。いずれの場合も、上記第1及び第2導波路群のうち少なくともいずれかに含まれる出力チャネル導波路それぞれにおいて、光入力端を含む先端部分は、光の進行方向に沿ってその幅が小さくなっているテーパー形状を有することとなる。なお、より安定した波長特性を得るためには、上記テーパー形状は対応する出力チャネル導波路の光軸に対して非対称であるのが好ましい。
【0011】
さらに、この発明に係る光合分波器において、上記先端部分の両側面は、同じ角度だけ接続されるスラブ導波路の接続端面に対して傾いた形状であってもよい。この形状によっても不要な長波長成分をクラッドモードに結合させ(減衰させ)、信号出力側における所望の波長特性が得られるからである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る光合分波器の各実施形態を、図1〜図14を参照しながら説明する。なお、各図において、同一部分には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【0013】
図1は、この発明に係る光合分波器としてのAWG回路の概略構成を示す平面図である。この図1に示されたように、当該AWG回路は、石英ガラス基板100上に光導波路部分が一体的に形成された光部品である。すなわち、基板100上には、複数の導波路CH1、CH2を含む導波路群110、スラブ導波路120、互いに長さの異なる複数の導波路を含むフェーズドアレイ130、スラブ導波路140及び複数の導波路CH1、CH2、…、CH15、CH16を含む導波路群150が設けられている。なお、導波路群110のうちCH1は入力チャネル導波路であり、CH2は出力チャネル導波路である。また、導波路群150に含まれるCH1、CH3、CH5、…、CH15はそれぞれ出力チャネル導波路であり、CH2、CH4、…、CH16はそれぞれ入力チャネル導波路である。
【0014】
上記スラブ導波路120、140は、スラブ長fを有する。なお、スラブ長は、スラブ導波路120、140それぞれにおける光入力端面に位置する凸レンズ面の焦点距離に相当する。また、上記導波路群110は、信号チャネルとして所定波長間隔ごとに設定されたチャネル波長を有する各信号をスラブ導波路120に導くための導波路であってその光出力端がスラブ導波路120に接続された入力チャネル導波路と、スラブ導波路120で集光された信号を取り出すための導波路であってその光入力端がスラブ導波路に接続された出力チャネル導波路を含み、これら導波路CH1、CH2は基板100上に平面的に間隔d1だけ離間した状態で配列されている。上記フェーズドアレイ130は、互いに異なる長さを有する複数の導波路を含み、これら複数の導波路は基板100上に平面的に配列されている。このフェーズドアレイ130に含まれる導波路は、導波路群110とともにスラブ導波路120を挟むように該スラブ導波路120の一方の端面にそれぞれの光入力端が間隔d2ごとに離間した状態で接続される一方、導波路群150とともにスラブ導波路140を挟むように該スラブ導波路140の一方の端面にそれぞれの光出力端が間隔d2ごとに離間した状態で接続されている。さらに、上記導波路群150は、スラブ導波路140の端面140aに光入力端が接続された状態で上記基板100上に平面的に間隔d3だけ離間した状態で配列された複数の導波路を含む。なお、導波路群150に含まれる複数の導波路のうち、CH1、CH3、…、CH16は、所定波長間隔ごとに設定されたチャネル波長を有する各信号に対応して、すなわち各信号チャネルに対応して所定位置に設けられた出力チャネル導波路であり、CH2、CH4、…、CH16はそれぞれ対応するチャネル波長の信号をスラブ導波路140へ導くための入力チャネル導波路である。
【0015】
図2は、図1中のI−I線に沿ったAWG回路の断面構造を示す図であり、基板100上には、導波路となるべきコア101(101a、101bは該コア101の側面)と、該コア101を覆うクラッド102とが設けられている。なお導波路群110、150における各導波路も図2に示されたコア101と同様の構造を備える。また、基板100は、石英ガラス基板に限らず、シリコン基板と該シリコン基板上に成膜された厚さ10〜数10μmのガラス層とにより構成されてもよい。このガラス層上にGeO2が添加された導波路を形成しても同様の作用・効果が得られる。
【0016】
また、図1に示されたようなAWG回路は、導波路群110における導波路間隔d1と導波路群150における導波路間隔d2とが等しく、2d2で決定されるチャネル波長間隔のWDM信号が導波路群110における入力チャネル導波路CH1から入力されるとき、導波路群150における出力チャネルCH1、CH3、…、CH15にそれぞれ対応したチャネル波長の信号出力が得られる光分波器として機能する。一方、導波路群150において、入力チャネル導波路CH2、CH4、…、CH16に出力チャネル導波路CH1、CH3、…、CH15から出力される信号と同じチャネル波長の信号がそれぞれ入力されるとき、図1に示されたAWG回路は、導波路群110における出力チャネル導波路CH2から合波されたWDM信号が得られる光合波器として機能する。
【0017】
ただし、導波路群150における導波路間隔は、図3に示されたように、同一チャネル波長の入出力を行う出力チャネル導波路と入力チャネル導波路の間隔d31が導波路群110における出力チャネル導波路と入力チャネル導波路の間隔d11と等しければ、対応するチャネル波長の異なるチャネル導波路、例えば入力チャネル導波路CH2と出力チャネル導波路CH3との導波路間隔d32は、上記導波路間隔d11と必ずしも一致している必要はない。そして、この図3にはフェーズドアレイ130を介してスラブ導波路120、140が対象に配置されたAWG回路が示されているが、これらスラブ導波路120、140が非対称に配置されたAWG回路であっても上述のような光分波機能と光合波機能の両方が実現できる。
【0018】
次に、AWG回路における波長特性の変動メカニズムについて説明する。
【0019】
設計温度T0において、導波路群110の入力チャネル導波路から単色光が入力された場合、図4に示されたように、この単色光はスラブ導波路120、フェーズドアレイ130を介してスラブ導波路140に到達し、該スラブ導波路140により焦点位置F0に集光される。この焦点位置F0には入力された単色光の波長に対応する導波路群150に含まれる出力チャネル導波路の光入力端が位置しており、所望の出力チャネル導波路から単色光が得られる。したがって、導波路群110の入力チャネル導波路に波長λ1、λ2、λ3、λ4、…を有するWDM信号が入射された場合、図5(a)に示されたように、各チャネル波長の信号はそれぞれ対応して設けられている導波路群150の各出力チャネル導波路に到達する。
【0020】
ところが、温度がT1(>T0)に上昇すると、フェーズドアレイ130に含まれる導波路の光路差は増加してしまい、スラブ導波路140の光入力端面は図4中のAで示された部位に位置するのと同じ効果が得られる。すなわち、スラブ導波路140に到達した単色光の焦点位置は、矢印S1で示されたように短波長側にシフトし、該単色光はF1で示された位置に集光する。この状態をWDM信号が入力された場合で示したのが図5(b)である。図5(b)からも分かるように、温度がT0からT1へ上昇すると、各チャネル波長を有する信号の焦点位置は短波長側へシフトするので、導波路群150における各出力チャネル導波路には、設計されたチャネル波長よりも長波長成分が多く入力されることになる。
【0021】
以上のようなメカニズムにより、温度変化が生じるとAWG回路の波長特性が変動してしまう。
【0022】
なお、導波路群110の入力チャネル導波路と導波路群150の出力チャネル導波路との位置関係と、導波路群150の入力チャネル導波路と導波路群110の出力チャネル導波路との位置関係は、以下に説明されるようなメカニズムを考慮して設定される。すなわち、導波路110aから入力された波長λ1の信号がスラブ導波路120、フェーズドアレイ130、スラブ導波路140を介して導波路150aから取り出されるよう設計されたAWG回路において、図6に示されたように、λ1と同じ波長λ1´の信号が上記導波路110aとは異なる導波路110bから入力されると、上述のメカニズムと同様にスラブ導波路140における該波長λ1´の信号の焦点位置は短波長側(矢印S1で示された方向)にシフトする。この場合、波長λ1´の信号は導波路150aとは異なる導波路150bから取り出されることとなり、このように信号の入力位置が変化した場合には出力側の導波路位置の変更するする必要がある。このことから、導波路群150に含まれる出力チャネル導波路から取り出される信号を、それぞれ長波長側に隣接する入力チャネル導波路に光スイッチを利用して再入力させる場合(信号の入力位置の変更)、導波路群110に含まれる出力チャネル導波路は該導波路群110に含まれる入力チャネル導波路の短波長側に設けられることになる。一方、導波路群150において信号が再入力される入力チャネル導波路が対をなす出力チャネル導波路の短波長側に位置する場合は、図6に示された場合と同様に導波路群110の出力チャネルは該入力チャネル導波路の長波長側に位置するよう設けられる。
【0023】
この発明に係る光合分波器は、上述のようなメカニズムで発生する波長特性の変動を効果的に抑制するための構造を備える。図7は、この発明に係る光合分波器の第1実施形態における主要部分の構成を示す図である。なお、この図7は、図1に示されたAWG回路を構成するスラブ導波路120、140のうち、スラブ導波路140と導波路群150の接続部分を拡大した図である。
【0024】
図7において、CH1は導波路群150に含まれる出力チャネル導波路であり、CH2は該導波路群150に含まれる入力チャネル導波路である。導波路群150は、このように出力チャネル導波路と入力チャネル導波路とが交互に基板100上に配列されることにより構成されている。
【0025】
導波路群150に含まれる出力チャネル導波路CH1(CH3、CH5、…、CH15も出力チャネル導波路)は、その光入力端を含む先端部分の一方の側面が、該光入力端が接続されたスラブ導波路140の接続端面140aに対し所定角度θ1だけ傾いた形状を有する。このように出力チャネル導波路CH1の先端部分を、該出力チャネル導波路CH1の光軸に対して非対称なテーパー形状(光の進行方向に沿って幅が小さくなった形状)とすることで、従来よりも短波長側の成分が取り出せる出力チャネル導波路が得られる。なお、図8中に示されたグラフG10は、図7に示された構造を備えた出力チャネル導波路CH1の波長特性を示し、G20は、従来の出力チャネル導波路(先端部分がテーパー形状に加工されていない導波路)の波長特性は、該出力チャネル導波路CH1における波長特性を示している。この図8からも分かるように、従来の出力チャネル導波路では、温度変化に伴って対応するチャネル信号の焦点位置が変動した場合の許容範囲が狭いのに対し、図7に示された第1実施形態に係るAWG回路の出力チャネル導波路は、温度変化に起因した短波長側へ波長特性の変動を許容し得る構造であることが分かる。
【0026】
なお、安定した波長特性が得られるAWG回路に適用可能な出力チャネル導波路には、上述の構成の他、種々の変形が可能である。例えば、図9(a)に示されたように、導波路群150に含まれる出力チャネル導波路それぞれにおいて、その光入力端を含む先端部分の両側面は、該光入力端が接続されたスラブ導波路140の接続端面140aに対し同じ角度θ2で傾いた形状を有してもよい(第2実施形態)。この構成により長波長側の成分をクラッドモードに結合させることができるので、このような出力チャネル導波路CH1も図8に示されたグラフG10と同様な波長特性が得られる。
【0027】
さらに、導波路群150に含まれる出力チャネル導波路それぞれにおいて、その光入力端を含む先端部分の両側面は、図9(b)に示されたように、該光入力端が接続されたスラブ導波路140の接続端面140aに対し互いに異なる角度θ3、θ4(≠θ3)で傾いた形状を有してもよい。
【0028】
なお、以上に説明された構造は、導波路群150に含まれる出力チャネル導波路の先端部分の構造として説明されているが、導波路110に含まれる出力チャネル導波路についても同様の構造を備えてもよい。
【0029】
導波路群150に含まれる出力チャネル導波路の先端部分が、図7に示されたような非対称なテーパー形状を有するとともに、図8中のグラフG10で示されたような波長特性を有する出力導波路CH1、CH3、…、CH15からは、温度がT0からT1(>T0)に変化したとき、図10に示されたような信号出力が得られる。一方、導波路群110に含まれる出力チャネル導波路CH2も上記導波路群150における出力チャネル導波路に対応して図11に示された形状を有するよう、その先端部分が加工された場合、T0からT1への温度上昇に伴って図11中に示されたように対応するチャネル波長を有する信号の焦点位置がF0からF1へ、矢印S2で示された方向に移動する。このような導波路群110に含まれる出力チャネル導波路からは図12に示されたような出力が得られる。なお、導波路群110の入力チャネル導波路と導波路群150の出力チャネル導波路の位置関係、及び導波路群110の出力チャネル導波路と導波路群150の入力チャネル導波路の位置関係は、図6を用いて説明された関係を満たすよう設定されている。
【0030】
以上のように、導波路群110に含まれる出力チャネル導波路の形状と、導波路群150に含まれる出力チャネル導波路の形状が、図10に示されたグラフと図12に示されたグラフとが左右対称になるように設計されることにより、温度変化に伴うそれぞれの信号伝送に伴う損失は相殺される。したがって、この発明に係るAWG回路がADM装置等に適用される場合、スルー信号(例えば、導波路群110の入力チャネル導波路CH1を介して導波路群150の出力チャネル導波路CH1に到達した後に光スイッチを利用して該導波路群150の入力チャネル導波路CH2に導かれ、導波路群110の出力チャネル導波路CH2から取り出される信号)の損失は一定に保たれる。
【0031】
次に、発明者は信号波長間隔Δλが100GHz、中心チャネル波長(CH8)が1550nmである16チャネル信号分離を可能にするAWG回路(基本的な構造を図1及び図7に示された構造を有する)を設計した。なお、このAWG回路には、導波路150に光スイッチが形成されており、出力チャネルCH1からの信号が入力チャネル導波路CH2に導かれ、同様に出力チャネルCH3からの信号が入力チャネル導波路CH4に導かれるよう、光スイッチによりそれぞれ対となる出力チャネル導波路から入力チャネル導波路への信号受け渡しが行われる。
【0032】
設計されたAWG回路において、基板100と各導波路部分との比屈折率差は0.75%、スラブ導波路120、140のスラブ長fは9000μm、各導波路の幅(コア幅)及び厚みはそれぞれ6.0μm、基板100のサイズは32mm×32mm、基板100の厚みは0.5mm、フェーズドアレイ130の端部間隔d2は15.0μm、フェーズドアレイ130に含まれる導波路の本数は80、フェーズドアレイ130に含まれる各導波路間の長さの差ΔLは63.0μm、導波路群110、150における各導波路間隔d1、d3は20μmに設定されている。
【0033】
なお、図13(a)は、導波路群110とスラブ導波路120との接続部分の構成を示す図であり、図13(b)は、導波路群150とスラブ導波路140との接続部分の構成を示す図である。用意されたAWG回路では、上記図13(a)及び(b)に示されたように、導波路群110、150における入力チャネル導波路は6μmの幅を有する。導波路群110、150における出力チャネル導波路の先端部分は、長さ3000μmのテーパー形状を有し、その光入力端における幅が18μmに設定されている。また、スラブ導波路120、140における接続端面において出力チャネル導波路と出力導波路との間隔は2μmに設定されている。
【0034】
図14は、以上のように設計されたAWG回路について、導波路群110の入力チャネル導波路から入力され、光スイッチを介して該導波路群110の出力チャネル導波路CH2に到達するチャネル波長1550nm(導波路群150の出力チャネル導波路CH8が対応)のスルー信号の伝送損失を、基板温度を変えながら測定したときの測定結果を示すグラフである。なお、図14に示されたグラフでは、温度35℃におけるスルー信号の伝送損失を0dBとして規格化された損失値が示されている。また、図8中、グラフG100は図1及び図13に示された構造を有するAWG回路についての測定結果、G200は従来のAWG回路(導波路群の幅は6μm)についての測定結果をそれぞれ示す。
【0035】
この図14からも分かるように、この発明の実施形態に係るAWG回路は、基板温度が20℃から50℃まで変動した場合であっても、スルー信号の損失増加量は0.2dB程度であった。一方、従来のAWG回路では、基板温度が20℃から50℃まで変動することにより、1.0dBよりも遥かに多くスルー信号の損失が増加することが分かる。以上のことから、この発明に係る光合分波器は、従来の光合分波器と比較して、温度変化に起因した波長特性の変動を著しく低減させることができることが分かる。
【0036】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、スラブ導波路に接続された導波路群それぞれに含まれる各出力チャネル導波路が、各スラブ導波路における各チャネル信号の温度変化に起因した焦点位置ずれを相殺する形状を有するので、伝搬光の伝送損失を増加させることなく、温度変化に起因した波長特性の変動が効果的に抑制されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る光合分波器の概略構成を示す平面図である。
【図2】図1中に示されたI−I線に沿ったAWG回路の断面構造を示す図である。
【図3】この発明に係る光合分波器の基本動作を説明するための図である。
【図4】出力側スラブ導波路における単色光の焦点位置の、温度変化に起因した変動メカニズムを説明するための図である。
【図5】温度変化に起因した波長特性の変動メカニズムを説明するための図である。
【図6】出力側スラブ導波路における単色光の焦点位置の、該単色光の入力位置変動に起因した変動メカニズムを説明するための図である。
【図7】この発明に係る光合分波器の第1実施形態における主要部分(一方のスラブ導波路とこれに接続された導波路群)についての構成を示す図である。
【図8】図7に示された構造を備えた出力チャネル導波路の波長特性を示すグラフである。
【図9】この発明に係る光合分波器の第2及び第3実施形態における主要部分の構成を示す図である。
【図10】図7に示された構造を備えた出力チャネル導波路の温度依存性を示すグラフである。
【図11】図7に示された構造を有するスラブ導波路と対となるスラブ導波路と接続された導波路群の構成を示す図である。
【図12】図11に示された構成を備えた出力チャネル導波路の温度依存性を示すグラフである。
【図13】信号波長間隔Δλが100GHzである16チャネル信号分離を可能にするAWG回路の具体的な構造を説明するための図である。
【図14】図13に示された構造を備えたAWG回路における損失の温度依存性の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
100…基板、110、150…導波路群、120、140…スラブ導波路、130…フェーズドアレイ、140a…接続端面。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an arrayed waveguide grating (AWG) type optical multiplexer / demultiplexer applicable as a wavelength selection element to a wavelength division multiplexing (WDM) transmission system.
[0002]
[Prior art]
As a conventional AWG type optical multiplexer / demultiplexer (hereinafter referred to as AWG circuit), for example, WO98 / 36299 (first document) and 2000 IEICE C-3-76 (second document) have wavelength characteristics. An AWG circuit having a structure for reducing temperature dependence is described.
[0003]
Among these, the AWG circuit described in the first document has a groove formed in a phased array composed of waveguides having different lengths, and a silicon resin having a negative refractive index temperature coefficient is introduced into the groove. ing. With this configuration, the increase in the optical path difference caused by the temperature change between the waveguides constituting the phased array is offset, and the shift (wavelength shift) of the separation wavelength band is suppressed within a predetermined temperature range.
[0004]
On the other hand, in the AWG circuit described in the second document, a groove is formed in the input-side slab waveguide, and a resin having a negative refractive index temperature coefficient is introduced into the groove. In the AWG circuit described in the second document, similarly to the AWG circuit described in the first document, the temperature change between the waveguides constituting the phased array is reduced so as to reduce the temperature dependence of the wavelength characteristic. The resulting increase in optical path difference is offset.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of studying the above-described conventional AWG circuit, the inventor has found the following problems. That is, in a conventional AWG circuit, a resin (for example, silicon resin) introduced into a groove provided in a phased array or an input-side slab waveguide is a material (quartz material) constituting the phased array or the input-side slab waveguide. ), The transmission loss of propagating light may increase due to such a structure.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a structure that effectively suppresses fluctuations due to temperature changes in wavelength characteristics without increasing the transmission loss of propagating light. The purpose is to provide an optical multiplexer / demultiplexer.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention includes a substrate and a first waveguide group, a first slab waveguide, a phased array, a second slab waveguide, and a second waveguide group provided on the substrate, respectively. And an AWG type optical multiplexer / demultiplexer applicable as a wavelength selection element to a WDM transmission system.
[0008]
In the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention, each of the first and second slab waveguides has a predetermined slab length. The slab length generally corresponds to the focal length of the light input end that functions as the lens surface of each slab waveguide. The first waveguide group includes a plurality of waveguides arranged in a plane on the substrate with one end connected to the first slab waveguide, and the second waveguide group is also one end in the same manner. Includes a plurality of waveguides arranged in a plane on the substrate in a state of being connected to the second slab waveguide. Each of the first and second waveguide groups is composed of an output channel waveguide and an input channel waveguide arranged so as to be adjacent to each other. The output channel waveguides included in the first and second waveguide groups are provided at positions corresponding to signals having channel wavelengths set at predetermined wavelength intervals as signal channels. Furthermore, the phased array includes a plurality of waveguides having different lengths that communicate with each other between the first and second slab waveguides.
[0009]
In particular, in the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention, the output channel waveguide included in at least one of the first and second waveguide groups is a focal point of each channel wavelength in the slab waveguide caused by temperature change. A structure is provided for canceling the position shift and effectively suppressing the fluctuation of the wavelength characteristic due to the temperature change.
[0010]
That is, each of the output channel waveguides included in at least one of the first and second waveguide groups has a slab in which at least one side surface of the tip portion including the optical input end is connected to the optical input end. It is characterized by having a shape inclined by a predetermined angle with respect to the connection end face of the waveguide. Each of the output channel waveguides included in at least one of the first and second waveguide groups is a slab waveguide in which both side surfaces of the tip portion including the optical input end are connected to the optical input end. It may have a shape inclined at different angles with respect to the connection end face. In any case, in each of the output channel waveguides included in at least one of the first and second waveguide groups, the width of the tip portion including the light input end decreases along the light traveling direction. It will have the taper shape which is. In order to obtain more stable wavelength characteristics, the tapered shape is preferably asymmetric with respect to the optical axis of the corresponding output channel waveguide.
[0011]
Furthermore, in the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention, both side surfaces of the tip portion may be inclined with respect to the connection end surface of the slab waveguide connected by the same angle. This is because even by this shape, an unnecessary long wavelength component is coupled (attenuated) to the cladding mode, and a desired wavelength characteristic on the signal output side can be obtained.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In each figure, the same number is given to the same part, and the duplicate explanation is omitted.
[0013]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an AWG circuit as an optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention. As shown in FIG. 1, the AWG circuit is an optical component in which an optical waveguide portion is integrally formed on a
[0014]
The
[0015]
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the AWG circuit along the line I-I in FIG. 1. On the
[0016]
In addition, in the AWG circuit as shown in FIG. 1, the waveguide interval d1 in the
[0017]
However, as shown in FIG. 3, the waveguide interval in the
[0018]
Next, a mechanism for changing wavelength characteristics in the AWG circuit will be described.
[0019]
When monochromatic light is input from the input channel waveguide of the
[0020]
However, when the temperature rises to T1 (> T0), the optical path difference of the waveguides included in the phased
[0021]
Due to the mechanism as described above, the wavelength characteristic of the AWG circuit changes when a temperature change occurs.
[0022]
The positional relationship between the input channel waveguide of the
[0023]
The optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention has a structure for effectively suppressing fluctuations in wavelength characteristics that occur due to the mechanism described above. FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the main part of the first embodiment of the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention. FIG. 7 is an enlarged view of a connection portion between the
[0024]
In FIG. 7,
[0025]
The output channel waveguide CH1 (CH3, CH5,..., CH15 is also an output channel waveguide) included in the
[0026]
Note that the output channel waveguide applicable to an AWG circuit capable of obtaining stable wavelength characteristics can be variously modified in addition to the above-described configuration. For example, as shown in FIG. 9A, in each of the output channel waveguides included in the
[0027]
Further, in each of the output channel waveguides included in the
[0028]
The structure described above is described as the structure of the tip portion of the output channel waveguide included in the
[0029]
The tip portion of the output channel waveguide included in the
[0030]
As described above, the shape of the output channel waveguide included in the
[0031]
Next, the inventor has an AWG circuit (basic structure shown in FIGS. 1 and 7) that enables 16-channel signal separation with a signal wavelength interval Δλ of 100 GHz and a center channel wavelength (CH8) of 1550 nm. Designed). In this AWG circuit, an optical switch is formed in the
[0032]
In the designed AWG circuit, the relative refractive index difference between the
[0033]
13A is a diagram illustrating a configuration of a connection portion between the
[0034]
FIG. 14 shows an AWG circuit designed as described above. A channel wavelength of 1550 nm that is input from the input channel waveguide of the
[0035]
As can be seen from FIG. 14, in the AWG circuit according to the embodiment of the present invention, even when the substrate temperature fluctuates from 20 ° C. to 50 ° C., the increase in loss of the through signal is about 0.2 dB. It was. On the other hand, in the conventional AWG circuit, it can be seen that the loss of the through signal increases much more than 1.0 dB when the substrate temperature varies from 20 ° C. to 50 ° C. From the above, it can be seen that the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention can remarkably reduce the fluctuation of the wavelength characteristic caused by the temperature change, as compared with the conventional optical multiplexer / demultiplexer.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, each output channel waveguide included in each of the waveguide groups connected to the slab waveguide cancels out the focal position shift caused by the temperature change of each channel signal in each slab waveguide. Therefore, there is an effect that the variation of the wavelength characteristic due to the temperature change is effectively suppressed without increasing the transmission loss of the propagation light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of an AWG circuit along the line II shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram for explaining a basic operation of the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a variation mechanism caused by a temperature change in the focal position of monochromatic light in an output-side slab waveguide.
FIG. 5 is a diagram for explaining a variation mechanism of wavelength characteristics caused by a temperature change.
FIG. 6 is a diagram for explaining a fluctuation mechanism of a focal position of monochromatic light in an output-side slab waveguide caused by fluctuation of the input position of the monochromatic light.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a main part (one slab waveguide and a group of waveguides connected thereto) in the first embodiment of the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention.
8 is a graph showing wavelength characteristics of an output channel waveguide having the structure shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a main part in the second and third embodiments of the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention.
10 is a graph showing temperature dependence of an output channel waveguide having the structure shown in FIG.
11 is a diagram showing a configuration of a waveguide group connected to a slab waveguide paired with a slab waveguide having the structure shown in FIG.
12 is a graph showing temperature dependence of an output channel waveguide having the configuration shown in FIG.
FIG. 13 is a diagram for explaining a specific structure of an AWG circuit that enables 16-channel signal separation with a signal wavelength interval Δλ of 100 GHz.
14 is a graph showing measurement results of temperature dependence of loss in an AWG circuit having the structure shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板上に設けられた、それぞれ所定のスラブ長を有する第1及び第2スラブ導波路と、
一端が前記第1スラブ導波路に接続された状態で前記基板上に平面的にそれぞれ配列された複数の導波路を含み、これら複数の導波路が互いに隣接するように配列された出力チャネル導波路と入力チャネル導波路とで構成された第1導波路群と、
一端が前記第2スラブ導波路に接続された状態で前記基板上に平面的にそれぞれ配列された複数の導波路を含み、これら複数の導波路が互いに隣接するように配列された出力チャネル導波路と入力チャネル導波路とで構成された第2導波路群と、
前記第1導波路群とともに前記第1スラブ導波路を挟むように該第1スラブ導波路にそれぞれの一端が接続される一方、前記第2導波路とともに前記第2スラブ導波路を挟むように該第2スラブ導波路にそれぞれの他端が接続された状態で前記基板上に平面的に配列された導波路であって、互いに長さの異なる複数の導波路を含むフェースドアレイとを備え、
前記第1導波路群に含まれる出力チャネル導波路それぞれにおいて、光入力端を含む先端部分は、光の進行方向に沿ってその幅が小さくなっているテーパー形状を有する一方、
前記第1導波路群に含まれる入力チャネル導波路それぞれは、その光出力端を含む先端部分における両側面の間隔が、光の進行方向に沿って一定になっている形状を有する光合分波器。A substrate,
First and second slab waveguides each having a predetermined slab length provided on the substrate;
An output channel waveguide including a plurality of waveguides arranged in a plane on the substrate with one end connected to the first slab waveguide, and the plurality of waveguides arranged adjacent to each other And a first waveguide group composed of an input channel waveguide;
An output channel waveguide including a plurality of waveguides arranged in a plane on the substrate with one end connected to the second slab waveguide, the waveguides being arranged adjacent to each other And a second waveguide group composed of the input channel waveguide,
One end of each first slab waveguide is connected to the first slab waveguide so as to sandwich the first slab waveguide together with the first waveguide group, while the second slab waveguide is sandwiched together with the second waveguide. A waveguide arrayed in a plane on the substrate with each other end connected to the second slab waveguide, and a faced array including a plurality of waveguides having different lengths,
In each of the output channel waveguides included in the first waveguide group, the tip portion including the light input end has a tapered shape whose width decreases along the traveling direction of light,
Each of the input channel waveguides included in the first waveguide group has an optical multiplexer / demultiplexer having a shape in which the distance between both side surfaces at the tip including the optical output end is constant along the light traveling direction . .
前記第2導波路群に含まれる入力チャネル導波路それぞれは、その光出力端を含む先端部分における両側面の間隔が、光の進行方向に沿って一定になっている形状を有する光合分波器。
ことを特徴とする請求項1記載の光合分波器。In each of the output channel waveguides included in the second waveguide group, the tip portion including the light input end has a tapered shape whose width decreases along the traveling direction of light,
Each of the input channel waveguides included in the second waveguide group has an optical multiplexer / demultiplexer having a shape in which the distance between both side surfaces at the tip including the optical output end is constant along the light traveling direction . .
The optical multiplexer / demultiplexer according to claim 1.
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