JPH04220602A - 導波型光合分波器 - Google Patents
導波型光合分波器Info
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- JPH04220602A JPH04220602A JP40528090A JP40528090A JPH04220602A JP H04220602 A JPH04220602 A JP H04220602A JP 40528090 A JP40528090 A JP 40528090A JP 40528090 A JP40528090 A JP 40528090A JP H04220602 A JPH04220602 A JP H04220602A
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- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】光通信の分野において、複数の信
号を別々の波長の光に載せ、これらを多重して１本の光
ファイバで伝送する波長分割多重伝送方式のキーデバイ
スである光合分波器に関するものである。
号を別々の波長の光に載せ、これらを多重して１本の光
ファイバで伝送する波長分割多重伝送方式のキーデバイ
スである光合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、波長分割多重伝送システムにおい
て、多重度を増やし伝送量を飛躍的に増大させようとす
る試みがなされている。その現実には、波長間隔が１ナ
ノメートル程度あるいはそれ以下の複数の信号光を合波
・分波できる合分波器が必要である。しかしながら、従
来の回折格子を用いた光合分波器（バルク型）では、利
用できる回折次数に制限があり十分な分散が得られない
ことから、波長間隔を１ナノメートル以下にすることが
できなかった。
て、多重度を増やし伝送量を飛躍的に増大させようとす
る試みがなされている。その現実には、波長間隔が１ナ
ノメートル程度あるいはそれ以下の複数の信号光を合波
・分波できる合分波器が必要である。しかしながら、従
来の回折格子を用いた光合分波器（バルク型）では、利
用できる回折次数に制限があり十分な分散が得られない
ことから、波長間隔を１ナノメートル以下にすることが
できなかった。
【０００３】上記の問題を解決する有力な方法として、
アレー導波路型回折格子を用いる方法が知られている（
‘Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎ
ｇ ｆｏｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ
ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｗｉｔｈ
ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ’； Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．２
６， ｐｐ．８７−８８，１９９０． および特願平１
−６５５８８を参照のこと）。
アレー導波路型回折格子を用いる方法が知られている（
‘Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎ
ｇ ｆｏｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ
ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｗｉｔｈ
ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ’； Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．２
６， ｐｐ．８７−８８，１９９０． および特願平１
−６５５８８を参照のこと）。
【０００４】図８は上記のアレー導波路型回折格子を用
いた光合分波器の光導波回路の構成を示した平面図であ
る。基板１６の上に入力導波路１７、入力側スラブ導波
路１８、アレー導波路１９、アレー導波路を構成する複
数のチャンネル導波路２０、出力側スラブ導波路２１、
複数の出力導波路２２−ｉ（ｉ＝１，２，３，…）が順
次接続、配置されている。入力側スラブ導波路は入力導
波路との接続点付近を曲率中心とする扇型であり、出力
側スラブ導波路は出力導波路との接続点付近を曲率中心
とする扇型である。
いた光合分波器の光導波回路の構成を示した平面図であ
る。基板１６の上に入力導波路１７、入力側スラブ導波
路１８、アレー導波路１９、アレー導波路を構成する複
数のチャンネル導波路２０、出力側スラブ導波路２１、
複数の出力導波路２２−ｉ（ｉ＝１，２，３，…）が順
次接続、配置されている。入力側スラブ導波路は入力導
波路との接続点付近を曲率中心とする扇型であり、出力
側スラブ導波路は出力導波路との接続点付近を曲率中心
とする扇型である。
【０００５】入力導波路から導入された信号光は、入力
側スラブ導波路で広がりアレー導波路を構成する複数の
チャンネル導波路２０に同位相で入射する。各々のチャ
ンネル導波路は隣接するチャンネル導波路と一定量ΔＬ
だけ長さが異なっている。アレー導波路１９からの出射
光は曲率中心である出力導波路端付近に集光する。アレ
ー導波路を伝搬する時にΔＬに相当する位相差を受ける
ので、集光位置は波長により変化する。出力導波路は波
長多重間隔に対応した間隔で配置されており、波長毎に
別々の出力導波路２２−ｉ（ｉ＝１，２，３，…）から
取り出される。
側スラブ導波路で広がりアレー導波路を構成する複数の
チャンネル導波路２０に同位相で入射する。各々のチャ
ンネル導波路は隣接するチャンネル導波路と一定量ΔＬ
だけ長さが異なっている。アレー導波路１９からの出射
光は曲率中心である出力導波路端付近に集光する。アレ
ー導波路を伝搬する時にΔＬに相当する位相差を受ける
ので、集光位置は波長により変化する。出力導波路は波
長多重間隔に対応した間隔で配置されており、波長毎に
別々の出力導波路２２−ｉ（ｉ＝１，２，３，…）から
取り出される。
【０００６】アレー導波路回折格子においては、
ｎｓｄｓｉｎθ＋ｎｃΔＬ＝ｍλ
（１）なる式が満足さ
れる。ここで、ｎｓ はスラブ導波路１８，２１におけ
る実効屈折率、ｎｃ はアレー導波路を構成する個々の
チャンネル導波路２０の実効屈折率、ｄは出力側スラブ
導波路とアレー導波路の接続部分におけるチャンネル導
波路の間隔の周期（以後アレー導波路のピッチと呼ぶ）
、θは出力側スラブ導波路内における回折光の回折角、
ΔＬはアレー導波路を構成するチャンネル導波路間の光
路長差、ｍ（整数）は回折次数、λは波長である。中心
波長λ０ 付近では、回折次数ｍは、
ｍ＝ｎｃΔＬ／λ０
（２）となる。ま
た、この時ｓｉｎθ≒θ、ｃｏｓθ≒１が成立する範囲
においては、（１）式より、分散は ｄ
ｘ／ｄλ＝ｆ・ｄθ／ｄλ＝ｆ・ｍ／（ｎｓｄ）
（３）で与えられる。アレー導波路型回折格子におい
ては、分散は光路長差ΔＬに比例する。従って、ΔＬを
大きく取ることにより従来の回折格子とは比較にならな
いほど大きな分散を得ることができる特徴がある。
ｎｓｄｓｉｎθ＋ｎｃΔＬ＝ｍλ
（１）なる式が満足さ
れる。ここで、ｎｓ はスラブ導波路１８，２１におけ
る実効屈折率、ｎｃ はアレー導波路を構成する個々の
チャンネル導波路２０の実効屈折率、ｄは出力側スラブ
導波路とアレー導波路の接続部分におけるチャンネル導
波路の間隔の周期（以後アレー導波路のピッチと呼ぶ）
、θは出力側スラブ導波路内における回折光の回折角、
ΔＬはアレー導波路を構成するチャンネル導波路間の光
路長差、ｍ（整数）は回折次数、λは波長である。中心
波長λ０ 付近では、回折次数ｍは、
ｍ＝ｎｃΔＬ／λ０
（２）となる。ま
た、この時ｓｉｎθ≒θ、ｃｏｓθ≒１が成立する範囲
においては、（１）式より、分散は ｄ
ｘ／ｄλ＝ｆ・ｄθ／ｄλ＝ｆ・ｍ／（ｎｓｄ）
（３）で与えられる。アレー導波路型回折格子におい
ては、分散は光路長差ΔＬに比例する。従って、ΔＬを
大きく取ることにより従来の回折格子とは比較にならな
いほど大きな分散を得ることができる特徴がある。
【０００７】しかも、すべての光導波回路をフォトリソ
グラフィ技術を用い、一括して３インチ程度の基板上に
作製できるので、レンズや回折格子を組み立てて作製す
るバルク型と比較して、量産性、特性の安定性、低価格
などの点でも有利である。このようにアレー導波路型回
折格子は、波長間隔の狭い波長分割多重伝送用光合分波
器を作製する上で、従来の回折格子よりも優れた特徴を
有している。
グラフィ技術を用い、一括して３インチ程度の基板上に
作製できるので、レンズや回折格子を組み立てて作製す
るバルク型と比較して、量産性、特性の安定性、低価格
などの点でも有利である。このようにアレー導波路型回
折格子は、波長間隔の狭い波長分割多重伝送用光合分波
器を作製する上で、従来の回折格子よりも優れた特徴を
有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
アレー導波路のピッチｄは、アレー導波路を構成するチ
ャンネル導波路間で結合が生じないように大きめに設計
されていた。結合によりアレー導波路で発生させた位相
差が乱れるのを防ぐためである。このため、以下にのべ
る２つの致命的な問題を生じていた。
アレー導波路のピッチｄは、アレー導波路を構成するチ
ャンネル導波路間で結合が生じないように大きめに設計
されていた。結合によりアレー導波路で発生させた位相
差が乱れるのを防ぐためである。このため、以下にのべ
る２つの致命的な問題を生じていた。
【０００９】第１の問題点は回折効率の低下である。ア
レー導波路型回折格子においては主要な次数（ｍ）の回
折光の他に、隣接する次数（ｍ＋１とｍ−１）の回折光
へも光電力が分配される。図７は従来のアレー導波路型
回折格子からの回折光の放射を示す説明図である。横軸
は放射角度、縦軸は光の強度である。１５はアレー導波
路を構成している個々のチャンネル導波路からの放射の
光強度分布を示しており、一般にガウス分布曲線で近似
される。１２は主要次数の回折光であり、１３と１４は
隣接する次数の回折光である。１２，１３および１４は
、チャンネル導波路からの放射１５が多数干渉し強め合
った角度に生じる。図から明らかなように、信号光は３
つの回折光にその電力が分配され、主要な回折光へ１０
０％伝達されるわけではない。これが、回折効率低下の
原因となっていた。
レー導波路型回折格子においては主要な次数（ｍ）の回
折光の他に、隣接する次数（ｍ＋１とｍ−１）の回折光
へも光電力が分配される。図７は従来のアレー導波路型
回折格子からの回折光の放射を示す説明図である。横軸
は放射角度、縦軸は光の強度である。１５はアレー導波
路を構成している個々のチャンネル導波路からの放射の
光強度分布を示しており、一般にガウス分布曲線で近似
される。１２は主要次数の回折光であり、１３と１４は
隣接する次数の回折光である。１２，１３および１４は
、チャンネル導波路からの放射１５が多数干渉し強め合
った角度に生じる。図から明らかなように、信号光は３
つの回折光にその電力が分配され、主要な回折光へ１０
０％伝達されるわけではない。これが、回折効率低下の
原因となっていた。
【００１０】第２に、多重波長間隔の限界があげられる
。波長多重間隔を狭くして多重数を増大させるには、第
３式より、分散に比例する焦点距離ｆ、あるいは光路長
差ΔＬを大きくすることが考えられる。しかし、いずれ
も回路面積の拡大につながり、現実的には、導波路基板
の大きさは限られているため、多重数の大きな光合分波
器を作製することはできなかった。
。波長多重間隔を狭くして多重数を増大させるには、第
３式より、分散に比例する焦点距離ｆ、あるいは光路長
差ΔＬを大きくすることが考えられる。しかし、いずれ
も回路面積の拡大につながり、現実的には、導波路基板
の大きさは限られているため、多重数の大きな光合分波
器を作製することはできなかった。
【００１１】本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みな
されたものであり、その目的は回折効率が高くかつ波長
多重間隔の狭い（多重数の大きい）導波型光合分波器を
提供することにある。
されたものであり、その目的は回折効率が高くかつ波長
多重間隔の狭い（多重数の大きい）導波型光合分波器を
提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明において
は、アレー導波路型回折格子のピッチ（スラブ導波路と
の接続部におけるチャンネル導波路間隔周期）を、導波
路間で光の結合が生じるまで、小さくする。
は、アレー導波路型回折格子のピッチ（スラブ導波路と
の接続部におけるチャンネル導波路間隔周期）を、導波
路間で光の結合が生じるまで、小さくする。
【００１３】
【作用】本発明のアレー導波路型回折格子の作用を従来
のアレー導波路型回折格子と比較しながら説明する。従
来の結合のないアレー導波路では各チャンネル導波路出
力端における光の電力分布はチャンネル導波路の基本モ
ードの電力分布に等しく、ガウス分布で近似される。こ
のチャンネル導波路からの回折光もガウス分布である。
のアレー導波路型回折格子と比較しながら説明する。従
来の結合のないアレー導波路では各チャンネル導波路出
力端における光の電力分布はチャンネル導波路の基本モ
ードの電力分布に等しく、ガウス分布で近似される。こ
のチャンネル導波路からの回折光もガウス分布である。
【００１４】本発明のアレー導波路型回折格子では各チ
ャンネル導波路間で結合が生じるようにチャンネル導波
路を十分接近させてある。従って、各チャンネル導波路
を伝搬してきた光は出力端に近づくにつれて、その電力
の一部が隣接するチャンネル導波路も分配され、等価的
に出力端におけるスポットサイズが広がったことに相当
する。良く知られているように、回折光の広がりはチャ
ンネル導波路出力端のスポットサイズに反比例するので
、本発明のアレー導波路型回折格子は結合のない従来型
と比較して、回折光の広がりが小さい。回折光の広がり
が小さいと、隣接する次数の回折光に分配される電力が
減少し回折効率が向上する。
ャンネル導波路間で結合が生じるようにチャンネル導波
路を十分接近させてある。従って、各チャンネル導波路
を伝搬してきた光は出力端に近づくにつれて、その電力
の一部が隣接するチャンネル導波路も分配され、等価的
に出力端におけるスポットサイズが広がったことに相当
する。良く知られているように、回折光の広がりはチャ
ンネル導波路出力端のスポットサイズに反比例するので
、本発明のアレー導波路型回折格子は結合のない従来型
と比較して、回折光の広がりが小さい。回折光の広がり
が小さいと、隣接する次数の回折光に分配される電力が
減少し回折効率が向上する。
【００１５】また、主要な次数の回折光と隣接する次数
の回折光の間隔はアレー導波路のピッチに反比例する。 従来型と比較して、本発明のアレー導波路型回折格子は
ピッチが小さいので主要な回折光と隣接する回折光の間
隔Δθが広い。図７から明らかなように回折光の間隔が
広くなれば、隣接する次数の回折光へ分配される電力も
減少するため第１の作用と相乗して、一段と高い回折効
率が実現される。
の回折光の間隔はアレー導波路のピッチに反比例する。 従来型と比較して、本発明のアレー導波路型回折格子は
ピッチが小さいので主要な回折光と隣接する回折光の間
隔Δθが広い。図７から明らかなように回折光の間隔が
広くなれば、隣接する次数の回折光へ分配される電力も
減少するため第１の作用と相乗して、一段と高い回折効
率が実現される。
【００１６】さらに、第３式から明らかなようにアレー
導波路型回折格子の分散はピッチに反比例するので、ピ
ッチの小さな本発明のアレー導波路型回折格子では従来
型よりも一層大きな分散を得ることができる。従って、
波長間隔の狭く多重数の大きな光合分波器を実現するこ
とが可能となる。
導波路型回折格子の分散はピッチに反比例するので、ピ
ッチの小さな本発明のアレー導波路型回折格子では従来
型よりも一層大きな分散を得ることができる。従って、
波長間隔の狭く多重数の大きな光合分波器を実現するこ
とが可能となる。
【００１７】上述のように、本発明は、アレー導波路を
構成するチャンネル導波路間の間隔を狭めた時に生じる
導波路間の結合を巧みに利用し、従来よりも回折効率が
高くかつ分散の大きいアレー導波路型回折格子を提供す
ることにその特徴がある。
構成するチャンネル導波路間の間隔を狭めた時に生じる
導波路間の結合を巧みに利用し、従来よりも回折効率が
高くかつ分散の大きいアレー導波路型回折格子を提供す
ることにその特徴がある。
【００１８】
【実施例】本発明の実施例を図１を用いて説明する。導
波路基板１の上に、入力導波路２、入力側スラブ導波路
３、アレー導波路４、出力側スラブ導波路６、複数の出
力導波路７が順次接続、配置されている。なお、アレー
導波路４は長さがΔＬづつ異なる複数のチャンネル導波
路５から構成されている。入力導波路、アレー導波路を
構成するチャンネル導波路、出力導波路は単一モードで
ある。入力側スラブ導波路は入力導波路との接続点付近
を曲率中心とする扇型である。チャンネル導波路５はこ
の曲率中心を中心に放射状に配置されている。入力側ス
ラブ導波路と同様に出力側スラブ導波路は複数の出力導
波路との接続点付近を曲率中心とする扇型である。出力
側においてもアレー導波路はこの曲率中心を中心として
放射状に配置されている。出力側スラブ導波路の出力導
波路側の形状は、複数の出力導波路端が扇型出力側スラ
ブ導波路の曲率半径を直径とするローランド円周上に配
置されるような曲率が適当である。これは、従来の凹面
回折格子の例から明らかである。入力側も同様である。
波路基板１の上に、入力導波路２、入力側スラブ導波路
３、アレー導波路４、出力側スラブ導波路６、複数の出
力導波路７が順次接続、配置されている。なお、アレー
導波路４は長さがΔＬづつ異なる複数のチャンネル導波
路５から構成されている。入力導波路、アレー導波路を
構成するチャンネル導波路、出力導波路は単一モードで
ある。入力側スラブ導波路は入力導波路との接続点付近
を曲率中心とする扇型である。チャンネル導波路５はこ
の曲率中心を中心に放射状に配置されている。入力側ス
ラブ導波路と同様に出力側スラブ導波路は複数の出力導
波路との接続点付近を曲率中心とする扇型である。出力
側においてもアレー導波路はこの曲率中心を中心として
放射状に配置されている。出力側スラブ導波路の出力導
波路側の形状は、複数の出力導波路端が扇型出力側スラ
ブ導波路の曲率半径を直径とするローランド円周上に配
置されるような曲率が適当である。これは、従来の凹面
回折格子の例から明らかである。入力側も同様である。
【００１９】まず、本実施例における信号光の流れを順
をおって説明する。入力導波路にはファイバ（図中省略
）伝送路が接続され、信号光は入力導波路を通じて入力
側スラブ導波路に放射する。スラブ導波路においては水
平方向の光の閉じ込めがないため、信号光は回折により
広がりアレー導波路を構成する複数のチャンネル導波路
に導波する。チャンネル導波路は十分な数だけ配置され
ているので、回折により広がった光を無駄なく取り込む
ことができる。チャンネル導波路はそれぞれ長さが異な
るので、伝搬後、信号光には波長に応じた位相差が生じ
る。アレー導波路から出力側スラブ導波路に放射したと
きに、曲率中心である出力導波路端付近に集光するが、
その位置はアレー導波路で受けた位相差により異なり、
波長に応じて異なる出力導波路から取り出される。
をおって説明する。入力導波路にはファイバ（図中省略
）伝送路が接続され、信号光は入力導波路を通じて入力
側スラブ導波路に放射する。スラブ導波路においては水
平方向の光の閉じ込めがないため、信号光は回折により
広がりアレー導波路を構成する複数のチャンネル導波路
に導波する。チャンネル導波路は十分な数だけ配置され
ているので、回折により広がった光を無駄なく取り込む
ことができる。チャンネル導波路はそれぞれ長さが異な
るので、伝搬後、信号光には波長に応じた位相差が生じ
る。アレー導波路から出力側スラブ導波路に放射したと
きに、曲率中心である出力導波路端付近に集光するが、
その位置はアレー導波路で受けた位相差により異なり、
波長に応じて異なる出力導波路から取り出される。
【００２０】次に、本発明の特徴であるアレー導波路を
構成するチャンネル導波路の結合に関して説明する。図
２及び図４はアレー導波路と出力側スラブ導波路の接続
部分付近の拡大図を示し、図３及び図５は図２あるいは
図４中に示した各位置における光の電力分布を示してい
る。チャンネル導波路は石英系導波路で作製されており
、比屈折率差０．７５％、断面寸法は７μｍ×７μｍで
ある。図２及び図３は導波路間で結合がある本発明の場
合であり、導波路のピッチはｄ＝１２μｍである。図４
及び図５は導波路間で結合がない従来型の場合であり、
導波路のピッチは２５μｍである。なお、参考のため電
力分布と平行して屈折率分布も示した。
構成するチャンネル導波路の結合に関して説明する。図
２及び図４はアレー導波路と出力側スラブ導波路の接続
部分付近の拡大図を示し、図３及び図５は図２あるいは
図４中に示した各位置における光の電力分布を示してい
る。チャンネル導波路は石英系導波路で作製されており
、比屈折率差０．７５％、断面寸法は７μｍ×７μｍで
ある。図２及び図３は導波路間で結合がある本発明の場
合であり、導波路のピッチはｄ＝１２μｍである。図４
及び図５は導波路間で結合がない従来型の場合であり、
導波路のピッチは２５μｍである。なお、参考のため電
力分布と平行して屈折率分布も示した。
【００２１】まず、図２及び図３の場合におけるアレー
導波路を構成する内の１つのチャンネル導波路を伝搬す
る光に着目する。図３の（ａ）は図２のＡ−Ａ’部にお
ける光の電力分布である。ここでは導波路間隔が広く結
合が生じていないため電力分布はチャンネル導波路の基
本モードで、ガウス分布で近似することができる。光が
（図中左から右に）進むにつれてチャンネル導波路の間
隔が狭くなり、導波路間の結合が次第に強くなるため、
光は両側の隣接するチャンネル導波路にその電力が移行
する。図３の（ｂ）はチャンネル導波路と出力側スラブ
導波路との接続部（図２のＢ−Ｂ’）における電力分布
を示したものである。導波路間の結合により光の電力分
布は広がっている。図３の（ｃ）は出力側スラブ導波路
と出力導波路との接続部付近（図２のＣ−Ｃ’）での電
力分布であり、チャンネル導波路から放射した光が回折
により広がった様子を示している。Ｂ−Ｂ’における電
力分布がガウス分布と異なるため、Ｃ−Ｃ’の電力分布
はガウス分布が変形した形である。図４では、導波路間
のピッチｄが大きいためＢ−Ｂ’においても結合は生じ
なく電力分布はガウス分布である。両者を比較して重要
なことは、結合がある本発明の場合の方が回折光の広が
りが小さく、中央付近に光の強度が集中しているという
ことである。
導波路を構成する内の１つのチャンネル導波路を伝搬す
る光に着目する。図３の（ａ）は図２のＡ−Ａ’部にお
ける光の電力分布である。ここでは導波路間隔が広く結
合が生じていないため電力分布はチャンネル導波路の基
本モードで、ガウス分布で近似することができる。光が
（図中左から右に）進むにつれてチャンネル導波路の間
隔が狭くなり、導波路間の結合が次第に強くなるため、
光は両側の隣接するチャンネル導波路にその電力が移行
する。図３の（ｂ）はチャンネル導波路と出力側スラブ
導波路との接続部（図２のＢ−Ｂ’）における電力分布
を示したものである。導波路間の結合により光の電力分
布は広がっている。図３の（ｃ）は出力側スラブ導波路
と出力導波路との接続部付近（図２のＣ−Ｃ’）での電
力分布であり、チャンネル導波路から放射した光が回折
により広がった様子を示している。Ｂ−Ｂ’における電
力分布がガウス分布と異なるため、Ｃ−Ｃ’の電力分布
はガウス分布が変形した形である。図４では、導波路間
のピッチｄが大きいためＢ−Ｂ’においても結合は生じ
なく電力分布はガウス分布である。両者を比較して重要
なことは、結合がある本発明の場合の方が回折光の広が
りが小さく、中央付近に光の強度が集中しているという
ことである。
【００２２】図６及び図７は、図２及び図４のＣ−Ｃ’
におけるアレー導波路から出力側スラブ導波路に出射し
た回折光の強度分布を示したものである。図６は本発明
の場合、図７は従来型の場合である。破線は図２及び図
４で説明したアレー導波路を構成する個々のチャンネル
導波路からの回折光の強度分布を示している。実線は複
数のチャンネル導波路からの回折光の重ね合わせにより
干渉して生じたアレー導波路全体の回折光の強度分布で
ある。
におけるアレー導波路から出力側スラブ導波路に出射し
た回折光の強度分布を示したものである。図６は本発明
の場合、図７は従来型の場合である。破線は図２及び図
４で説明したアレー導波路を構成する個々のチャンネル
導波路からの回折光の強度分布を示している。実線は複
数のチャンネル導波路からの回折光の重ね合わせにより
干渉して生じたアレー導波路全体の回折光の強度分布で
ある。
【００２３】従来型の図７では主要な回折光の他に隣接
する次数の回折光も現れている。それぞれの回折光に分
配される電力は、１つのチャンネル導波路からの回折強
度分布１５に比例する。主要な回折光と隣接する次数の
回折光の間の角度は、 Δθ＝ｓｉｎ−１（λ０／ｎｓｄ）
（４）で与えられ
る。ｄ＝２５μｍであり、主要な回折光に入力光の５０
％、隣接する次数の２つの回折光に２５％づつ分配され
る。
する次数の回折光も現れている。それぞれの回折光に分
配される電力は、１つのチャンネル導波路からの回折強
度分布１５に比例する。主要な回折光と隣接する次数の
回折光の間の角度は、 Δθ＝ｓｉｎ−１（λ０／ｎｓｄ）
（４）で与えられ
る。ｄ＝２５μｍであり、主要な回折光に入力光の５０
％、隣接する次数の２つの回折光に２５％づつ分配され
る。
【００２４】一方、本発明の図６においては、従来型よ
りもピッチｄが小さく、１２μｍに設定してある。これ
はチャンネル導波路間での結合が生じる程度の距離であ
る。第４式よりΔθは図７よりも約２倍大きい。さらに
、１つのチャンネル導波路からの回折光１１の広がりが
狭い。この２つの効果の相乗作用により信号光の電力の
大半は主要な回折光に分配される。なお、隣接する次数
の回折光にはほとんど電力が分配されないので図示でき
なかった。分配比は主要な回折光９４％、隣接する次数
の回折光３％である。すなわち、従来型では回折効率が
５０％であったものを、本発明によれば９４％まで向上
させることが可能であることがわかる。また、第３式よ
り明らかなように、図６の例では、図７と比較して分散
が約２倍であり、多重化の波長間隔を半分にすることが
可能である。従って、多重数を従来型の２倍にも拡大す
ることができる。
りもピッチｄが小さく、１２μｍに設定してある。これ
はチャンネル導波路間での結合が生じる程度の距離であ
る。第４式よりΔθは図７よりも約２倍大きい。さらに
、１つのチャンネル導波路からの回折光１１の広がりが
狭い。この２つの効果の相乗作用により信号光の電力の
大半は主要な回折光に分配される。なお、隣接する次数
の回折光にはほとんど電力が分配されないので図示でき
なかった。分配比は主要な回折光９４％、隣接する次数
の回折光３％である。すなわち、従来型では回折効率が
５０％であったものを、本発明によれば９４％まで向上
させることが可能であることがわかる。また、第３式よ
り明らかなように、図６の例では、図７と比較して分散
が約２倍であり、多重化の波長間隔を半分にすることが
可能である。従って、多重数を従来型の２倍にも拡大す
ることができる。
【００２５】なお、本実施例においては、アレー導波路
のピッチを１２μｍとしたが、本発明はこの値に限定さ
れるものではなく、使用する導波路の特性に応じてピッ
チには最適の値があることは明らかである。ただし、図
３の（ｂ）のように、隣接する両側の２本の導波路に電
力が移行する程度にｄの値を設定するのがよい。ｄを小
さくし、過剰に結合を強くすると、両側２本の導波路に
留まらずさらにその外側の導波路数本から数十本にも光
の電力が移行するようになる。この場合、長さの異なる
チャンネル導波路を伝搬し所望の位相差を受けた個々の
光が混ざってしまい、アレー導波路型回折格子本来の動
作を示さなくなる。両側２本に光が移行する程度であれ
ば、アレー導波路型回折格子の動作を損なうことなく、
「作用」で説明した回折効率の向上と分散の拡大を図る
ことが可能である。
のピッチを１２μｍとしたが、本発明はこの値に限定さ
れるものではなく、使用する導波路の特性に応じてピッ
チには最適の値があることは明らかである。ただし、図
３の（ｂ）のように、隣接する両側の２本の導波路に電
力が移行する程度にｄの値を設定するのがよい。ｄを小
さくし、過剰に結合を強くすると、両側２本の導波路に
留まらずさらにその外側の導波路数本から数十本にも光
の電力が移行するようになる。この場合、長さの異なる
チャンネル導波路を伝搬し所望の位相差を受けた個々の
光が混ざってしまい、アレー導波路型回折格子本来の動
作を示さなくなる。両側２本に光が移行する程度であれ
ば、アレー導波路型回折格子の動作を損なうことなく、
「作用」で説明した回折効率の向上と分散の拡大を図る
ことが可能である。
【００２６】また、本実施例においてはチャンネル導波
路は単一モードであるが、必ずしもその必要はない。信
号光の伝搬損失の低減のため多モードのチャンネル導波
路を用いることも可能である。但し、モード間で実効屈
折率ｎｃが異なるため、複数のモードを伝搬させるとモ
ーダルノイズが発生するので、基本モードだけが伝搬す
るような配慮が必要である。チャンネル導波路の曲線部
分では基本モードの光の電力分布の中心が導波路の中心
からずれることが知られている。曲線と曲線、曲線と直
線の接続部分においては、基本モード以外の伝搬モード
が発生しないように先のずれの分だけずらして接続する
方法が有用である。
路は単一モードであるが、必ずしもその必要はない。信
号光の伝搬損失の低減のため多モードのチャンネル導波
路を用いることも可能である。但し、モード間で実効屈
折率ｎｃが異なるため、複数のモードを伝搬させるとモ
ーダルノイズが発生するので、基本モードだけが伝搬す
るような配慮が必要である。チャンネル導波路の曲線部
分では基本モードの光の電力分布の中心が導波路の中心
からずれることが知られている。曲線と曲線、曲線と直
線の接続部分においては、基本モード以外の伝搬モード
が発生しないように先のずれの分だけずらして接続する
方法が有用である。
【００２７】さらに、本実施例においては入力側スラブ
導波路と出力側スラブ導波路の焦点距離を同一のものと
して扱っているが、必ずしもその必要はない。アレー導
波路の入力側では、光は各チャンネル導波路に同位相入
射するため、チャンネル導波路間で過剰な結合が生じて
も問題はない。従って、入力側のピッチを狭くして入力
側スラブ導波路の焦点距離を短くすることにより、より
小型の光合分波器を作製することもできる。
導波路と出力側スラブ導波路の焦点距離を同一のものと
して扱っているが、必ずしもその必要はない。アレー導
波路の入力側では、光は各チャンネル導波路に同位相入
射するため、チャンネル導波路間で過剰な結合が生じて
も問題はない。従って、入力側のピッチを狭くして入力
側スラブ導波路の焦点距離を短くすることにより、より
小型の光合分波器を作製することもできる。
【００２８】また、上記実施例ではチャンネル導波路の
幅を終始一定（８μｍ）としたが、隣接する導波路間で
所望の光の結合を生じさせるために、光結合領域におけ
る導波路幅を故意に狭く（例えば６μｍ）し、導波路の
ピッチをさらに小さく設定することも可能である。なお
、８μｍ幅の導波路と６μｍ幅の導波路の接続にあたっ
ては、間にテーパ状の導波路を入れて徐々に導波路幅を
変化させることにより導波光の損失を抑制することが望
ましい。
幅を終始一定（８μｍ）としたが、隣接する導波路間で
所望の光の結合を生じさせるために、光結合領域におけ
る導波路幅を故意に狭く（例えば６μｍ）し、導波路の
ピッチをさらに小さく設定することも可能である。なお
、８μｍ幅の導波路と６μｍ幅の導波路の接続にあたっ
ては、間にテーパ状の導波路を入れて徐々に導波路幅を
変化させることにより導波光の損失を抑制することが望
ましい。
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
、アレー導波路型回折格子のピッチを狭くしてチャンネ
ル導波路間で結合を生じさせることにより、９４％とい
う非常に高い回折効率、２倍の分散を実現することが可
能となる。従来のアレー導波路型回折格子を用いた光合
分波器では回折効率が５０％程度のため、原理的に挿入
損失を３ｄＢ以下にすることは不可能であった。本発明
のアレー導波路型回折格子は回折効率９４％であり、挿
入損失を従来の１０分の１の０．３ｄＢに低減すること
が可能となる。また、同一の焦点距離のアレー導波路型
回折格子と比較して、２倍の分散を有するので同じ大き
さの導波路基板上に２倍の多重数の光合分波器を実現す
ることができる。このように、本発明の導波型光合分波
器は非常に優れた点を有しており、波長分割多重伝送シ
ステムの高密度化に向けて、計り知れないほど大きな効
果が期待できる。
、アレー導波路型回折格子のピッチを狭くしてチャンネ
ル導波路間で結合を生じさせることにより、９４％とい
う非常に高い回折効率、２倍の分散を実現することが可
能となる。従来のアレー導波路型回折格子を用いた光合
分波器では回折効率が５０％程度のため、原理的に挿入
損失を３ｄＢ以下にすることは不可能であった。本発明
のアレー導波路型回折格子は回折効率９４％であり、挿
入損失を従来の１０分の１の０．３ｄＢに低減すること
が可能となる。また、同一の焦点距離のアレー導波路型
回折格子と比較して、２倍の分散を有するので同じ大き
さの導波路基板上に２倍の多重数の光合分波器を実現す
ることができる。このように、本発明の導波型光合分波
器は非常に優れた点を有しており、波長分割多重伝送シ
ステムの高密度化に向けて、計り知れないほど大きな効
果が期待できる。
【図１】本発明の導波型光合分波器の実施例の平面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の導波型光合分波器におけるアレー導波
路と出力側スラブ導波路の接続部付近の拡大図である。
路と出力側スラブ導波路の接続部付近の拡大図である。
【図３】図２に示した各部における電力分布を示す図で
、（ａ）は図２のＡ−Ａ’線、（ｂ）はＢ−Ｂ’線、（
ｃ）はＣ−Ｃ’線に沿う部分における電力分布を示す図
である。
、（ａ）は図２のＡ−Ａ’線、（ｂ）はＢ−Ｂ’線、（
ｃ）はＣ−Ｃ’線に沿う部分における電力分布を示す図
である。
【図４】従来型の導波型光合分波器におけるアレー導波
路と出力側スラブ導波路の接続部付近の拡大図である。
路と出力側スラブ導波路の接続部付近の拡大図である。
【図５】図４に示した各部における電力分布を示す図で
、（ａ）は図４のＡ−Ａ’線、（ｂ）はＢ−Ｂ’線、（
ｃ）はＣ−Ｃ’線に沿う部分における電力分布を示す図
である。
、（ａ）は図４のＡ−Ａ’線、（ｂ）はＢ−Ｂ’線、（
ｃ）はＣ−Ｃ’線に沿う部分における電力分布を示す図
である。
【図６】本発明のアレー導波路型回折格子における回折
光の電力分布を示す図である。
光の電力分布を示す図である。
【図７】従来のアレー導波路型回折格子における回折光
の電力分布を示す図である。
の電力分布を示す図である。
【図８】従来のアレー導波路型回折格子を用いた導波型
光合分波器の平面図である。
光合分波器の平面図である。
１ 導波路基板
２ 入力導波路
３ 入力側スラブ導波路
４ アレー導波路
５ アレー導波路を構成するチャンネル導波路６
出力側スラブ導波路 ７ 出力導波路 ８ チャンネル導波路 ９ スラブ導波路 １０ 主要な回折光 １１ １つのチャンネル導波路からの回折強度分布１
２ 主要な回折光 １３，１４ 隣接する回折光 １５ １つのチャンネル導波路からの回折強度分布１
６ 導波路基板 １７ 入力導波路 １８ 入力側スラブ導波路 １９ アレー導波路 ２０ チャンネル導波路 ２１ 出力側スラブ導波路 ２２ 出力導波路
出力側スラブ導波路 ７ 出力導波路 ８ チャンネル導波路 ９ スラブ導波路 １０ 主要な回折光 １１ １つのチャンネル導波路からの回折強度分布１
２ 主要な回折光 １３，１４ 隣接する回折光 １５ １つのチャンネル導波路からの回折強度分布１
６ 導波路基板 １７ 入力導波路 １８ 入力側スラブ導波路 １９ アレー導波路 ２０ チャンネル導波路 ２１ 出力側スラブ導波路 ２２ 出力導波路
Claims (1)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に配置された、入力
導波路、入力側スラブ導波路、アレー導波路、出力側ス
ラブ導波路、複数の出力導波路から構成される、アレー
導波路型回折格子を用いた導波型光合分波器において、
出力側スラブ導波路とアレー導波路の接続部における、
アレー導波路を構成するチャンネル導波路の導波路間を
、該チャンネル導波路間で結合が生じる程度まで間隔を
狭めたことを特徴とする導波型光合分波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40528090A JPH04220602A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 導波型光合分波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40528090A JPH04220602A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 導波型光合分波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04220602A true JPH04220602A (ja) | 1992-08-11 |
Family
ID=18514900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40528090A Pending JPH04220602A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 導波型光合分波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04220602A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5506712A (en) * | 1993-07-14 | 1996-04-09 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Photonic frequency routing type time division highway switch |
| US6222956B1 (en) | 1998-05-29 | 2001-04-24 | Hitachi Cable Ltd. | Optical wavelength multiplexer/demultiplexer |
| US6297895B1 (en) | 1997-01-17 | 2001-10-02 | Nec Corporation | Wavelength division multiplexing system, wavelength division multiplexing transmission system and optical path cross connection system |
-
1990
- 1990-12-21 JP JP40528090A patent/JPH04220602A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5506712A (en) * | 1993-07-14 | 1996-04-09 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Photonic frequency routing type time division highway switch |
| US6297895B1 (en) | 1997-01-17 | 2001-10-02 | Nec Corporation | Wavelength division multiplexing system, wavelength division multiplexing transmission system and optical path cross connection system |
| US6222956B1 (en) | 1998-05-29 | 2001-04-24 | Hitachi Cable Ltd. | Optical wavelength multiplexer/demultiplexer |
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