JPH1090549A

JPH1090549A - 光多重化分離化装置

Info

Publication number: JPH1090549A
Application number: JP24507796A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Kondo; 賢太郎近藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】回折格子を導波路に沿わせて結合した構造と
することで、作製が容易で、コンパクトな光多重化分離
化装置とする。【解決手段】光導波路の進行方向に沿って結合分布す
る回折格子により、光波長に応じた光導波路外の特定の
位置へ光を集光させることで、光入力の波長多重信号を
分離化、もしくは光入力の単波長信号を多重化する光多
重化分離化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、異なる波長の光
を多重化して光導波路で伝送したり、あるいは逆に多重
化された光導波路内の光を波長により分離する光多重化
分離化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光波長
の多重化、あるいは分離化のための光導波路の構造とし
て、反射型回折格子やアレイ導波路を用いたものがあ
る。反射型回折格子を用いた構造では、多重化された光
をこの回折格子に当てると、波長ごとに分離された光が
各々異なる方向もしくは位置へ反射回折され、分離され
る。多重化のためには、各光線経路を上記と逆に構成す
れば、全ての波長光を一つに多重化した光線が得られ
る。

【０００３】この反射型回折格子を用いた構造では、利
用されている光の波長１．５μｍの５倍程度以下の間隔
で回折格子を作製して、不要な高次モードの回折光の発
生による入射光の損失をできるだけ抑制しなくてはなら
ない。また、同時に、反射係数はできるだけ１００％に
なるように作製しないと入射光の損失となる。しかしな
がら、細かい解像度で、かつ高い反射率の反射構造の回
折格子を光導波路内に作製することは技術的に困難であ
る。

【０００４】特に、石英系材料を用いた導波路では、高
い反射率の反射構造作製のためにクラッド層とコア層を
含めて深さ２０μｍ程度以上のエッチングを上記の細か
い解像度で行うのは困難である。これに最も近いＳｉｅ
ｍｅｎｓの報告例でも、深さ１５μｍで解像度１０μｍ
程度の構造の回折格子のエッチングを行っているだけで
ある。

【０００５】次に、アレイ導波路を用いた構造では、ま
ず、多重化された光が最初のスラブ部分を伝播し光導波
路アレイに分配入射される。次に各々が結合せず固有の
位相長を持つ光導波路を伝播することで、各々の光導波
路内の光の間には波長に依存した位相差が発生する。そ
して、これらの光を２番目のスラブ部分を伝播させ互い
に干渉させることで回折効果を生じ、波長ごとに分離さ
れた光が各々異なる位置へ分離される。

【０００６】しかしながら、このアレイ導波路を用いた
構造では、アレイ導波路部分で、導波路各々が結合しな
いように少なくとも２５μｍ以上の間隔をあける必要が
あり、回折格子型に比べて設計寸法が大きくなる。さら
に、２つのスラブ部分についても、アレイ導波路と整合
をとる必要上、設計寸法が大きくなる。

【０００７】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、反射型ではない回折格子を用い、それを
導波路に沿わせて結合した構造とすることで、作製が容
易で、コンパクトな光多重化分離化装置を提供するもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、回
折格子を導波路に沿わせて結合した構造とすることで、
反射率の低い回折格子の利用を可能とする。また、回折
格子を、厚さ６μｍ程度の導波路のコア層の作製と同時
に、エッチングによって作製可能とする。

【０００９】すなわち、この発明は、光の進行方向に沿
って分布され特定の方向へ光を回折させる回折格子を有
するチャネル型光導波路と、そのチャネル型光導波路に
近接して設けられチャネル型光導波路からの回折光を平
面的に閉じ込めるスラブ型光導波路とからなる光多重化
分離化装置である。

【００１０】この発明によれば、波長分散作用を有する
回折格子を、チャネル型光導波路内を伝播する光の進行
方向に沿って分布させた構成とし、チャネル型光導波路
に近接してスラブ型光導波路を設け、そのスラブ型光導
波路により、チャネル型光導波路からの回折光を平面的
に閉じ込めるようにしたので、チャネル型光導波路内を
通る光を反射させることなく回折させて、回折させた光
をそのままスラブ型光導波路により平面的に閉じ込めて
特定の位置に集光させることができる。したがって、こ
の構成により、光多重化分離化装置の小型化が可能とな
るとともに、作製が容易となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明において、チャネル型光
導波路とは、チャネル型に光を閉じ込めて伝播する光導
波路である。このようなチャネル型光導波路は、通常、
断面形状が矩形であり、この矩形内に光を閉じ込めて、
１方向のみに光を伝播する性質を有している。また、ス
ラブ型光導波路とは、スラブ型に光を閉じ込めて伝播す
る光導波路である。このようなスラブ型光導波路は、通
常、導波路の断面形状が長方形であり、この長方形内に
光を閉じ込めて、２次元的に光を伝播する性質を有して
いる。つまり平面的に光を伝播する性質を有している。

【００１２】導波路としては、石英系、ポリマー、半導
体等の各種の材質のものを用いることが可能であるが、
波長特性の温度依存性をできるだけ小さくするために
は、石英系の材質のものを用いることが望ましい。

【００１３】この発明における回折格子は、チャネル型
光導波路内を伝播する光の進行方向に沿って分布され、
特定波長の光を特定の方向へ回折させるものであれば、
どのような形態で設けられていてもよい。例えば、光導
波路内に、光の屈折率の異なるものが光の進行方向に沿
って分布されているものであってもよいし、光導波路の
側面に、光を屈折させるものが光の進行方向に沿って分
布されているものであってもよい。

【００１４】また、この発明における回折格子は、チャ
ネル型光導波路外の特定の位置に光が集光されるように
光を回折させるものであることが望ましく、その特定の
位置へ集光される光は、波長ごとに２次元位置が分布さ
れていることが望ましい。そのためには、例えば、個々
の屈折光が集光位置へ達するまでの経路長が波長の整数
倍の差を持つように回折格子を作製する。

【００１５】この発明において、チャネル型光導波路
は、直線状であってもよいが、円弧状に湾曲した形状に
することにより、集光される光の収差を向上させること
ができる。また、この収差を向上させるためには、回折
格子を、一周期ごとに形状が変化するように分布させて
もよいし、一周期ごとに間隔が変化するように分布させ
てもよい。

【００１６】収差向上のためには、上記の「湾曲形
状」，「回折格子の形状変化」，「回折格子の間隔変
化」の内の任意のものを作製条件にあわせて採用するこ
とができる。この収差の向上により、分波性能を向上さ
せ、伝播損失を少なくすることができる。この発明のチ
ャネル型光導波路は、導波路のコア層と回折格子とを同
時エッチングによって作製することができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。なお、これによってこの発明が限定される
ものではない。

【００１８】図１はこの発明の一実施例の構成を示す構
成説明図である。この実施例においては、まず、光分離
化装置を例に挙げて説明する。この図において、１はチ
ャネル型の構造を有する１本の回折用のチャネル型光導
波路（以下、チャネル導波路ともいう）、２はスラブ型
の構造を有するスラブ型光導波路（以下、スラブ導波路
ともいう）、３はスラブ導波路２に接続された出力用の
チャネル導波路である。

【００１９】回折用のチャネル導波路１は、チャネル型
に光を閉じ込めて伝播する光導波路である。このチャネ
ル導波路１の図中Ｖ・Ｖ線で示す断面形状はほぼ矩形で
あり、この矩形内に光を閉じ込めて、１方向のみに光を
伝播する。

【００２０】スラブ導波路２は、スラブ型に光を閉じ込
めて伝播する光導波路である。このスラブ導波路２の図
中Ｖ・Ｖ線で示す断面形状は長方形であり、この長方形
内に光を閉じ込めて、２次元的に光を伝播する。つまり
平面的に光を伝播する。

【００２１】このスラブ導波路２は、チャネル導波路１
に近接して設けられており、チャネル導波路１からの回
折光を平面的に閉じ込めるようになっている。スラブ導
波路２には、出力用のチャネル導波路３が一体で形成さ
れている。出力用のチャネル導波路３は、チャネル導波
路１と同様に断面形状が矩形で１方向のみに光を伝播す
る。

【００２２】チャネル導波路１は、収差の向上を図るた
め、円弧状に湾曲した形状であり、この円弧状のチャネ
ル導波路１には、図中、矢印で示す方向から多重化され
た光が入射される（図中、入力光として示す）。そし
て、このチャネル導波路１には、光の進行方向に沿って
分布され、特定の方向へ光を回折させる回折格子４が設
けられており、この回折格子４により、多重化された入
射光を、例えば波長λ₁，λ₂，λ₃，λ₄というよう
に、波長の異なる４種類の光に分離して出力する（図
中、出力光として示す）。

【００２３】図２はチャネル導波路の回折格子による光
の収束状態を示す説明図である。この図に示すように、
チャネル導波路１には、導波路に沿って、導波路と結合
する回折格子４が形成されている。このように、チャネ
ル導波路１の側面に回折格子が形成されていて、回折格
子の一山ごとに導波光の特定の割合が屈折されるように
作られている。

【００２４】すなわち、図３に示すように、収差を向上
させるために、複数の屈折光のうち、中心付近の屈折光
の強度が大きく、周囲の屈折光の強度が小さい分布を実
現するような回折格子となっている。そのためには、山
の形状を平坦にすれば屈折光の強度を小さくでき、山の
形状を高くすれば屈折光の強度を大きくできるので、そ
れに応じて回折格子の一山ごとの形状角度を変化させて
いる。このチャネル導波路１内の入射光は、回折格子の
全長を導波し終えるまでにチャネル導波路１外の方向へ
全て屈折されるようになっている。

【００２５】また、チャネル導波路１の回折格子は、個
々の屈折光が回折によって全て特定の集光位置へ集光す
るように作られている。例えば、図２に示すように、回
折格子４による個々の屈折光が集光位置へ達するまでの
光路長を位置Ａから位置Ｂまでの（ＡＢ）とした場合、
個々の屈折光の光路長（ＡＢ）₁，（ＡＢ）₂，（Ａ
Ｂ）₃，……が隣り同士で波長の整数倍の差を持つよう
に回折格子４が作製されている。また、図４に示すよう
に、回折格子４は、収差を向上させるために、一周期ご
とに間隔が変化するように分布させている。

【００２６】光は波長により回折の性質が異なるため、
このような回折格子４で、異なる波長の光を異なる位置
へ集光させることができる。これらの集光位置と出力用
のチャネル導波路３の入射幅を一致させれば、光の損失
を最小に抑えることができる。

【００２７】図２では、波長λ₁の光のものだけを示し
ており、回折光は、例えばλ₁，λ ₂，λ₃，λ₄の波
長毎に同一平面上の異なる位置Ｂに集光される。出力用
のチャネル導波路３は、波長λ₁，λ₂，λ₃，λ₄ご
とに入射端を同一平面上で２次元的に分布させており、
これによって、波長が多重化された入射光を波長成分ご
とに分離して出力する。

【００２８】回折格子４の作製方法については、この構
造の回折格子であれば、チャネル導波路１と同時に作製
することができる。例えば、石英系導波路では、図５の
（ａ）及び（ｂ）に図２のＶ・Ｖ線による断面状態で示
すように、シリコン（Ｓｉ）の基板１１上に石英のアン
ダークラッド層１２を積層し、その上に同じく石英のコ
ア層１３を積層する。

【００２９】そして、マスクパターン１４を用いて、コ
ア層１３をエッチングするのであるが、この時、図２に
示したような、円弧状に湾曲した形状で側面に回折格子
４が形成されたチャネル導波路１のマスクパターンと、
スラブ導波路２のマスクパターンとが１つになったもの
を用いれば、そのままチャネル導波路１と回折格子４を
作製し、同時にスラブ導波路２も作製することができる
（図５の（ａ）参照）。

【００３０】コア層１３をエッチングした後は、その上
に石英のオーバークラッド層１５を積層すれば完成する
（図５の（ｂ）参照）。導波路の材料としては、石英系
のもの以外に、ポリマーや半導体を用いることもでき
る。

【００３１】以上、光分離化装置について説明したが、
光の方向を逆にすることにより、この光分離化装置を、
異なる波長の光を多重化する光多重化装置として用いる
ことも可能である。

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、チャネル型光導波路
内を通る光を反射させることなく回折させて、回折させ
た光をそのままスラブ型光導波路により平面的に閉じ込
めて特定の位置に集光させることができる。したがっ
て、この構成により、光多重化分離化装置の作製が容易
となり、小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成を示す構成説明図で
ある。

【図２】この発明におけるチャネル導波路の回折格子に
よる光の収束状態を示す説明図である。

【図３】この発明による回折格子の一例を示す説明図で
ある。

【図４】この発明による回折格子の一例を示す説明図で
ある。

【図５】この発明による導波路の作製方法を示す説明図
である。

【符号の説明】

１チャネル型光導波路２スラブ型光導波路３出力用のチャネル導波路４回折格子１１基板１２アンダークラッド層１３コア層１４マスクパターン１５オーバークラッド層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光の進行方向に沿って分布され特定の方
向へ光を回折させる回折格子を有するチャネル型光導波
路と、そのチャネル型光導波路に近接して設けられチャ
ネル型光導波路からの回折光を平面的に閉じ込めるスラ
ブ型光導波路とからなる光多重化分離化装置。
【請求項２】前記チャネル型光導波路の回折格子は、
チャネル型光導波路外の特定の位置に光が集光されるよ
うに光を回折させることを特徴とする請求項１記載の光
多重化分離化装置。
【請求項３】前記特定の位置へ集光される光は、波長
ごとに２次元位置が分布されていることを特徴とする請
求項２記載の光多重化分離化装置。
【請求項４】前記チャネル型光導波路は、円弧状に湾
曲した形状であることを特徴とする請求項１記載の光多
重化分離化装置。
【請求項５】前記チャネル型光導波路の回折格子は、
一周期ごとに形状が変化するように分布され、それに応
じて回折格子の一周期ごとに回折光の強度が変化するよ
うに分布されていることを特徴とする請求項１記載の光
多重化分離化装置。
【請求項６】前記チャネル型光導波路の回折格子は、
一周期ごとに間隔が変化するように分布されていること
を特徴とする請求項１記載の光多重化分離化装置。
【請求項７】前記チャネル型光導波路は、導波路のコ
ア層と回折格子とが同時エッチングによって作製されて
いることを特徴とする請求項１記載の光多重化分離化装
置。