JP2002014244A - 光波長合分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送信側で偏波面を固定した信号光を入射した
場合、光波長合分波器で偏波面を固定できできる光波長
合分波器を提供する。 【解決手段】 基板１上に、１本以上の入力導波路２
と、この入力導波路に接続された入力側スラブ導波路４
と、この入力側スラブ導波路に接続され、所定の導波路
長差を有する複数本の導波路からなるアレイ導波路５
と、このアレイ導波路に接続された出力側スラブ導波路
７と、この出力側スラブ導波路に接続された１本以上の
出力導波路３とを備えた光波長合分波器において、光波
長合分波器の偏波面と偏波保存光ファイバ６の偏波面と
が合うように入力導波路２及び出力導波路３に当該偏波
保存光ファイバ６が接続されているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信の分野にお
いて使用される光波長合分波器に関し、特に波長分割多
重伝送方式で使用されるアレイ導波路回折格子型の光波
長合分波器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光通信の分野においては、複数
の信号を別々の波長の光にのせ、１本の光ファイバで伝
送し、情報容量を拡大する方法（波長分割多重方式）が
実用化されている。この方法においては、異なる波長の
光を合波あるいは分波する合分波器が重要な役割をはた
している。

【０００３】なかでも、アレイ導波路型回折格子は、チ
ャンネル数によらず、同一プロセス・同一工程数で作製
でき、原理的にも損失増加などのチャンネル数増加によ
る特性劣化が無いので、チャンネル数がより多チャンネ
ル化になった場合、波長多重伝送のキーデバイスとして
有望視されている。

【０００４】アレイ導波路型回折格子には、作製の容易
さ・信頼性等の面から、石英系のガラス導波路が広く用
いられている。

【０００５】この素子の作製は、基板上にバッファ層、
コア層、クラッド層を順次形成し、コア層の屈折率をバ
ッファ層、クラッド層よりも若干高くすることによっ
て、光を伝搬させる。屈折率の制御には、通常、ゲルマ
ニウムやチタン、リン、ボロン等を添加させ、コントロ
ールしている。

【０００６】一方、近年の爆発的な情報量増加により、
通信回線の大容量化が急務となっている。そこで、さら
なる波長数の増加、チャンネルの狭分波間隔化が進めら
れている。しかしながら、波長数の増加により、パワー
密度が増加し、光ファイバの非線形現象により、雑音が
発生するという問題が生じている。この雑音抑制が緊急
の技術課題となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この雑音を抑制するた
め、例えば、送信局側で信号光の偏波面を固定して送信
する伝送方式が検討されている。本方式では、光ファイ
バ内の信号を波長毎に直交するよう偏波面を合わせて、
各偏波でのパワー密度を小さくし雑音の発生を抑制す
る。しかしながら、従来の光波長合分波器の入出力端に
は、敷設されている光ファイバと同様、シングルモード
ファイバが接続されている。

【０００８】このため、送信側で偏波面を固定した信号
光を入射しても、光波長合分波器で偏波面を固定できな
いという問題があった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術が有する課題を解消し、送信側で偏波面を固定した
信号光を入射した場合、光波長合分波器で偏波面を固定
できできる光波長合分波器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板上に、１本以上の入力導波路と、この入力導波路に
接続された入力側スラブ導波路と、この入力側スラブ導
波路に接続され、所定の導波路長差を有する複数本の導
波路からなるアレイ導波路と、このアレイ導波路に接続
された出力側スラブ導波路と、この出力側スラブ導波路
に接続された１本以上の出力導波路とを備えた光波長合
分波器において、光波長合分波器の偏波面と偏波保存光
ファイバの偏波面とが合うように入力導波路及び出力導
波路に当該偏波保存光ファイバが接続されていることを
特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載のも
のにおいて、アレイ導波路型光波長合分波導波路素子の
偏光依存性波長シフトを０．０８ｎｍ以内としたことを
特徴とするものである。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載のものにおいて、基板を石英としたことを特徴とす
るものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
した図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明の第一実施形態として、ア
レイ導波路回折格子を用いた偏波保存光波長合分波器の
構成を示す。

【００１５】図１において、２０はアレイ導波路回折格
子型の素子を示す。この素子２０は、基板１上に、波長
分割多重光信号を入力する複数本の入力導波路２と、こ
の入力導波路２に接続された入力側スラブ導波路４と、
この入力側スラブ導波路４に接続され、所定の導波路長
差ΔＬを有する複数本の導波路からなるアレイ導波路５
と、このアレイ導波路５に接続された出力側スラブ導波
路７と、この出力側スラブ導波路７に接続され、波長分
割多重光信号を合波して出力する出力導波路３と、を備
えて構成されている。

【００１６】本実施形態による光波長合分波器は、上記
アレイ導波路回折格子型素子２０の入出力導波路２、３
に対し、後述するＶ溝基板１１を介して、偏波保存光フ
ァイバ６を接続して構成され、さらに波長制御のため
の、図示を省略したヒータ、断熱材、並びにパッケージ
１４等を備えて構成されている。

【００１７】アレイ導波路回折格子型素子２０の作製
は、通常、基板１上にバッファ層、コア層、クラッド層
を順次形成し、コア層の屈折率をバッファ層、クラッド
層よりも若干高くすることによって、光を伝搬させる。

【００１８】上記屈折率の制御には、通常、ゲルマニウ
ムやチタン、リン、ボロン等を添加させて、コントロー
ルしている。

【００１９】本実施形態では、図２に示すように、基板
１には石英基板を用い、コア層１０にはチタンを添加
し、クラッド層９にはリンとボロンを添加し、これによ
り屈折率をコントロールしている。今回、バッファ層８
は堆積させていない。コア層１０の比屈折率差は△＝
０．８％である。

【００２０】光回路は、フォトリソグラフィーとエッチ
ングの技術により形成し、火炎堆積と焼結により、クラ
ッド層９を形成した。

【００２１】アレイ導波路回折格子型素子２０は、ウエ
ハプロセス終了後、ダイシングによってカットし、端面
を８°研磨して構成した。

【００２２】図３は、試作したアレイ導波路回折格子型
素子２０の損失波長特性を示す。チャンネル数は２４、
分波間隔５０ＧＨｚ（０．４ｎｍ）である。

【００２３】上記偏波保存光ファイバ６は、図４に示す
ように、コア層１０の図中上下にコア層１０に非軸対称
の応力を印加する応力付与材１７を備えたもの（ＰＡＮ
ＤＡファイバ）であり、この偏波保存光ファイバ６は、
図１に示すように、Ｖ溝基板１１を介して、素子２０の
入出力導波路２、３に接続されている。なお、この偏波
保存光ファイバ６は、図４に示すものに限定されず、例
えば、コア層１０を楕円形に形成して、偏波面を保存す
る構成であってもよい。

【００２４】この偏波保存光ファイバ６は、出力導波路
３に接続される単芯側も、入力導波路２に接続される多
芯側も、図４に示すように、回転軸方向に角度調整し
て、Ｖ溝基板１１のＶ溝１２上に配置され、この偏波保
存光ファイバ６の上にはＶ溝上板１３が配置されてい
る。

【００２５】この角度調整は、今回、偏波保存光ファイ
バ６のスロウ（Ｓｌｏｗ）軸１５が、このＶ溝１２に対
して垂直になるように調整されている。これは、平行に
合わせてもよい。上記Ｖ溝基板１１の端面は８°研磨し
て形成され、このＶ溝基板１１と上記素子２０の基板１
とは、８°研磨面で突き合わせて接続され、樹脂で固定
されている。

【００２６】上記構成による偏波面保存波長合分波器の
偏光クロストークを測定したが、各ポートともに２０ｄ
Ｂ程度の偏光クロストークが達成されており、モジュー
ルとして、偏波を保持できることが確認された。

【００２７】なお、本実施形態は、一例であり、アレイ
導波路回折格子素子２０と偏波保存光ファイバ６間の接
続を融着接続するようにしてもよい。

【００２８】また、光回路の設計を変更するだけで、チ
ャンネル数、分波間隔は、任意に設定することができ、
製造プロセス、ファイバ接続等同じ方法で、偏波面保存
アレイ導波路型光合分波モジュールを作製できる。

【００２９】本実施形態によると、上述したアレイ導波
路回折格子型素子２０が、偏波面を保存する特性を有す
ることが必要である。

【００３０】偏波面保存のためには、導波路の垂直方
向、水平方向に対して、若干の応力が加わっていること
が望ましい。この応力は、堆積ガラスと基板１の熱膨張
係数の差により付与される。すなわち、火炎堆積により
堆積したスートガラスが溶融し、急冷却する過程におい
て、堆積ガラスと基板１での熱膨張係数の差に起因する
残留応力がコア層１０に与えられ、複屈折を誘起する。

【００３１】この複屈折は、光学特性上、偏光依存性波
長シフト、すなわち分波波長の垂直偏波と水平偏波の波
長ずれとなって現れる。

【００３２】偏光依存性波長シフトが大きければ大きい
ほど、複屈折が大きく、応力が加わっており、偏波保持
機能が強いことになる。しかし、実際にシステムに導入
される場合には、チャネル間隔サブｎｍ毎に信号を伝送
することになり、例えば、チャネル毎に交互に偏波を垂
直・水平と変える場合には、偏光依存性波長シフトが大
きいと透過波長域の波長ずれを生じさせる。

【００３３】図５は、水平偏波、垂直偏波の偏光依存性
による透過波長シフトを示す。偏波を固定して信号伝送
する方式では、より狭分波間隔（０．８ｎｍ以下程度）
で導入されるため、偏光依存性波長シフト量は、０．０
８ｎｍ以下が望ましい。

【００３４】また、アレイ導波路回折格子型素子２０に
加わる応力は、ウエハプロセス時において、基板１と堆
積ガラスとの熱膨張係数差により生じる。上記偏光依存
性波長シフト量を０．０８ｎｍ以下に抑えるためには、
導波路材料（堆積ガラス）に熱膨張係数が近い、石英ガ
ラス基板を用いることが望ましい。

【００３５】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明は、これに限定されるものでないことは
明らかである。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、入射した偏波を固定し
たまま、波長を合波できるアレイ導波路型光波長合分波
器を作製でき、偏波を固定して信号を伝送する波長多重
システムに有効なデバイスを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるアレイ導波路回折格子型光波長
合分波器の一実施形態を示す回路図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】損失波長持性を示す図である。

【図４】図１のIV−IV断面図である。

【図５】水平偏波、垂直偏波の偏光依存性による透過波
長シフトを示す図である。

【符号の説明】 １ 基板 ２ 入力導波路 ３ 出力導波路 ４，７ スラブ導波路 ５ アレイ導波路 ６ 偏波保存光ファィバ ８ バッファ層 ９ クラッド層 １０ コア層 １１ Ｖ溝基板 １２ Ｖ溝 １３ Ｖ溝上板 ２０ アレイ導波路回折格子型素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上塚 尚登 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 高杉 哲 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 南畝 秀樹 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 Ｆターム(参考） 2H047 LA18 MA05 TA22

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、１本以上の入力導波路と、こ
   の入力導波路に接続された入力側スラブ導波路と、この
   入力側スラブ導波路に接続され、所定の導波路長差を有
   する複数本の導波路からなるアレイ導波路と、このアレ
   イ導波路に接続された出力側スラブ導波路と、この出力
   側スラブ導波路に接続された１本以上の出力導波路とを
   備えた光波長合分波器において、 前記光波長合分波器の偏波面と偏波保存光ファイバの偏
   波面とが合うように前記入力導波路及び前記出力導波路
   に当該偏波保存光ファイバが接続されていることを特徴
   とする光波長合分波器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光波長合分波器におい
   て、アレイ導波路型光波長合分波導波路素子の偏光依存
   性波長シフトを０．０８ｎｍ以内としたことを特徴とす
   る光波長合分波器。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の光波長合分波器
   において、基板を石英としたことを特徴とする光波長合
   分波器。