WO2012063562A1 - 光導波路及びアレイ導波路回折格子 - Google Patents

光導波路及びアレイ導波路回折格子 Download PDF

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phase grating
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圭一 守田
和美 清水
鈴木　賢哉
康二 川島
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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
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02B6/12014—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 wavefront splitting or combining section, e.g. grooves or optical elements in a slab waveguide

Definitions

  • the present invention provides an optical waveguide capable of reducing insertion loss when light is incident from a slab waveguide toward an arrayed waveguide or when light is incident from an arrayed waveguide toward the slab waveguide
  • the present invention relates to an arrayed waveguide grating.
  • DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing
  • M ⁇ N star couplers In DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) multiplexers, M ⁇ N star couplers, 1 ⁇ N splitters, etc., when light is incident from a slab waveguide toward an arrayed waveguide, it is between adjacent arrayed waveguides.
  • the connection structure between the slab waveguide and the arrayed waveguide is disclosed in Patent Documents 1-6 so as not to be in the radiation mode in the cladding layer.
  • Patent Documents 1-4 a transition region in which the refractive index of the waveguide gradually changes from the slab waveguide toward the arrayed waveguide is disposed.
  • Patent Document 5 an inclined portion is disposed between a slab waveguide and an arrayed waveguide.
  • Patent Document 6 a core layer and a plurality of island regions are disposed in a slab waveguide.
  • the refractive index of the island region is smaller than the refractive index of the core layer.
  • the island regions face the cladding layers between adjacent arrayed waveguides.
  • the width of the island region in the direction substantially perpendicular to the light propagation direction narrows from the slab waveguide toward the arrayed waveguide. Light passing through the core layer between adjacent island regions propagates toward the arrayed waveguide without changing the propagation direction.
  • the light passing through the island region changes its propagation direction due to the tapered shape of the island region and propagates toward the arrayed waveguide.
  • By optimizing the taper shape and position of the island region light is concentrated in the arrayed waveguide and becomes a guided mode.
  • Patent Documents 1 to 4 since the transition region is arranged, the circuit scale becomes large. In patent document 5, since the inclined part is arrange
  • the present invention does not increase the circuit scale and does not make it difficult to design and manufacture the circuit, and when light is incident from the slab waveguide toward the arrayed waveguide, or
  • An object of the present invention is to provide an optical waveguide and an arrayed waveguide grating capable of reducing insertion loss when incident from a waveguide toward a slab waveguide.
  • a plurality of phase gratings for diffracting light propagated in a slab waveguide and a plurality of interference regions for interfering light diffracted in the plurality of phase gratings are generally referred to as light propagation directions. They were arranged alternately in parallel directions. Then, the end of the arrayed waveguide is connected to the position of the bright interference portion of the self-image formed by the plurality of phase gratings as an integral phase grating and to the end of the slab waveguide.
  • the present invention is directed to a plurality of phase gratings spaced apart in a direction substantially parallel to the direction of light propagation, for diffracting the propagated light, and to a direction substantially parallel to the direction of light propagation.
  • a self-assembled slab waveguide having a plurality of interference regions alternately arranged with the plurality of phase gratings and causing light diffracted in the plurality of phase gratings to interfere with each other, and the plurality of phase gratings as an integral phase grating
  • an arrayed waveguide whose end is connected to a position of a bright interference portion of an image and at an end of the slab waveguide.
  • a self-image of the phase grating is formed according to the Talbot effect according to the wavelength of light and the period of the phase grating formed inside the slab waveguide.
  • a single light propagation direction width equal to the total width of the light propagation directions of the plurality of phase gratings is provided.
  • the emission of light from the low refractive index region of the phase grating can be made smaller than in the case where the phase grating is disposed.
  • the additional process such as the additional ultraviolet irradiation can be omitted.
  • the present invention is the optical waveguide characterized in that the phase difference given to the incident light by the integral phase grating is approximately 90 degrees.
  • the present invention is the optical waveguide characterized in that the phase difference given to the incident light by the integral phase grating is approximately 180 degrees.
  • the plurality of phase gratings have refractive indexes different from other regions in the slab waveguide, which are arranged in the slab waveguide in a direction substantially perpendicular to the light propagation direction.
  • An optical waveguide comprising: a refractive index difference region having
  • the phase grating can be easily formed in the slab waveguide.
  • the refractive index difference regions adjacent in a direction substantially perpendicular to the light propagation direction are connected by a region having a refractive index equal to the refractive index difference region, and the refractive index difference regions are An optical waveguide characterized in that the entire phase grating is integrated.
  • the phase grating can be easily formed in the slab waveguide.
  • an end of the slab waveguide opposite to the arrayed waveguide is connected to one or more first input / output waveguides and an end of the first input / output waveguide.
  • An optical waveguide, a second slab waveguide connected to the end of the arrayed waveguide opposite to the slab waveguide, and an end of the second slab waveguide opposite to the arrayed waveguide And one or more connected second input / output waveguides.
  • the size of the arrayed waveguide grating is not increased and it is not difficult to design and manufacture, and when light is incident from the slab waveguide toward the arrayed waveguide, or light is guided from the arrayed waveguide to the slab Insertion loss can be reduced when entering the waveguide.
  • the present invention does not increase the circuit scale and does not make it difficult to design and manufacture the circuit, and light is incident from the slab waveguide toward the arrayed waveguide or light is incident from the arrayed waveguide toward the slab waveguide.
  • optical waveguides and arrayed waveguide gratings can be provided that can reduce insertion loss.
  • the Talbot effect is that the diffracted light interferes with each other when the light is incident on the diffraction grating, and the diffraction grating is positioned at a distance away from the diffraction grating by a distance defined according to the wavelength of the light and the period of the diffraction grating. It means that the light intensity distribution similar to the pattern is realized as a self-image of the diffraction grating, and is applied to a Talbot interferometer.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing the phenomenon of the Talbot effect.
  • the diffraction gratings GP1 and GP2 are phase gratings that give a phase difference to incident light.
  • the phenomenon of the Talbot effect involving the phase grating GP1 is illustrated in FIG. 1, and the phenomenon of the Talbot effect involving the phase grating GP2 is illustrated in FIG.
  • the period of the phase gratings GP1 and GP2 is d, the phase difference given to the incident light by the phase grating GP1 is 90 °, and the phase difference given to the incident light by the phase grating GP2 is 180 °.
  • the wavelength of incident light is ⁇ . Incident light is incident in the z-axis direction as parallel light, as shown by the arrow at the left end of FIGS. 1 and 2.
  • the intensity period of the self-image SP1 of the phase grating GP1 is d.
  • the intensity period of the self-image SP2 of the phase grating GP2 is d / 2. Also, there is no shift per order of the self-image SP2 of the phase grating GP2.
  • FIG. 3 is a diagram showing calculation results of the Talbot effect of the phase grating GP1.
  • the incident light is parallel light, but in FIG. 3, the incident light is diffusion light in consideration of that the light propagating through the slab waveguide is not parallel light but diffusion light.
  • Incident light is incident to the right as diffused light as indicated by the arrow at the left end of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing calculation results of the Talbot effect of the phase grating GP2.
  • incident light is parallel light. Incident light is incident in the right direction as parallel light as indicated by the arrow at the left end of FIG.
  • the black-and-white gradation diffuses vertically in FIG. 3 as it progresses to the right.
  • the self-image SP1 of the phase grating GP1 formed at the position of m 1, 5,..., 4n + 1,.
  • the self-image SP1 of the phase grating GP1 formed at the position of m 1, 3, 5, 7,..., 4n + 1, 4n + 3,.
  • phase grating GP2 is formed of a material having a small difference in refractive index, such as a core material and a cladding material
  • the phase grating GP2 This is because light propagating in the propagation direction and propagating in the low refractive index part is coupled to the high refractive index part as the propagation distance becomes longer, and an intensity distribution occurs at the end of the phase grating GP2.
  • 5 to 7 are diagrams showing the positional relationship between the phase gratings GP1 or GP2 of the slab waveguide 1 and the end of the arrayed waveguide 2. As shown in FIG. The left side of each of FIGS. 5 to 7 shows the entire configuration of the optical waveguide, the right side of each of FIGS. 5 and 6 shows the self-image SP1 of the phase grating GP1, and the right side of FIG. In each of FIGS.
  • the incident region IN, the phase grating GP1-1, the interference region IF-1, the phase grating GP1-2, the interference region IF-2, and the phase grating progress from left to right in FIG. GP1-3 and interference area IF-3 are arranged.
  • the incident region IN, the phase grating GP1-4, the interference region IF-4, the phase grating GP1-5, the interference region IF-5, the phase grating proceeds from left to right in FIG. GP1-6 and interference area IF-6 are arranged.
  • the phase gratings GP1-1, GP1-2, and GP1-3 in FIG. 5 have a function of forming a self-image as an integral phase grating GP1 that gives incident light a phase difference of 90 °.
  • the phase gratings GP 1-4, GP 1-5 and GP 1-6 in FIG. 6 have a function of forming a self-image as an integral phase grating GP 1 giving a 90 ° phase difference to incident light.
  • the phase gratings GP2-1, GP2-2 and GP2-3 in FIG. 7 have a function of forming a self-image as an integral phase grating GP2 which gives incident light a phase difference of 180 °.
  • the interference regions IF-1, IF-2, IF-3 in FIG. 5 have a total width in the direction substantially parallel to the light propagation direction, and the self-image SP1 of the phase grating GP1 is clearly formed in FIG. Assume z.
  • the interference regions IF-4, IF-5, IF-6 in FIG. 6 have a total width in the direction substantially parallel to the light propagation direction, and the self-image SP1 of the phase grating GP1 is clearly formed in FIG. Assume z.
  • the interference regions IF-7, IF-8, IF-9 in FIG. 7 have a total width in the direction substantially parallel to the light propagation direction, and the self-image SP2 of the phase grating GP2 is clearly formed in FIG. Assume z.
  • the width of the phase grating and the interference region is designed in a direction substantially parallel to the direction of light propagation, and the width-designed phase grating and interference are designed.
  • the area is divided into a plurality of areas in a plane substantially perpendicular to the light propagation direction, and the plurality of divided phase gratings and interference areas are alternately arranged in a direction substantially parallel to the light propagation direction.
  • the incident region IN propagates incident light to the slab waveguide 1.
  • the phase gratings GP1 or GP2 are formed of hatched areas having different refractive indexes and areas shown in white.
  • the refractive index of the hatched area may be larger or smaller than the refractive index of the white area.
  • Incident light propagates at a low velocity in the region of high refractive index and propagates at a high velocity in the region of low refractive index.
  • the phase grating GP1 or GP2 changes the speed of light according to the position in the vertical direction in FIGS. 5 to 7, and gives a phase difference to the incident light.
  • the interference region IF causes diffracted light in the phase grating GP1 or GP2 to interfere.
  • the arrayed waveguide 2 is connected to the end of the slab waveguide 1 in the bright interference portion shown by the white background of the self-image SP1 of the phase grating GP1 or the self-image SP2 of the phase grating GP2. That is, the diffracted light is concentrated in the bright interference portion shown by the white background of the self-image SP1 of the phase grating GP1 or the self-image SP2 of the phase grating GP2, so that it becomes a waveguide mode in the arrayed waveguide 2.
  • the diffracted light is hardly distributed in the dark interference portion indicated by the hatching of the self-image SP1 of the phase grating GP1 or the self-image SP2 of the phase grating GP2, so that the radiation mode does not become the radiation mode.
  • a plurality of arrayed waveguides 2 are connected in FIG. 5 to FIG. 7, only one may be connected.
  • the bright interference portion shown by the white background of the self-image SP1 of the phase grating GP1 is formed at a position corresponding to the hatched region of the phase grating GP1, and the end of the arrayed waveguide 2 is connected It is done.
  • a bright interference portion shown by the white background of the self-image SP1 of the phase grating GP1 is formed at a position corresponding to the region shown by the white background in the phase grating GP1, and the end of the arrayed waveguide 2 is connected It is done.
  • a bright interference portion indicated by the white background of the self-image SP2 of the phase grating GP2 is formed at a position proceeding in a direction substantially parallel to the direction of light propagation from the region shown by oblique lines and white background in the phase grating GP2. And the end of the arrayed waveguide 2 is connected.
  • the period of the phase grating GP1 is the same as the period of the arrayed waveguide 2, but in FIG. 7, the period of the phase grating GP2 is twice the period of the arrayed waveguide 2. It is.
  • the self-images SP1 and SP2 of the phase gratings GP1 and GP2 are in accordance with the wavelength ⁇ of the incident light and the period of the phase gratings GP1 and GP2 formed inside the slab waveguide 1. It is formed. Then, the end of the arrayed waveguide 2 is disposed at the position of the bright interference portion of the self-image SP1, SP2 of the phase gratings GP1, GP2, so that light is incident from the slab waveguide 1 toward the arrayed waveguide 2. At the same time, light concentrates on the arrayed waveguide 2 and becomes a guided mode. Therefore, when light is incident from the slab waveguide 1 toward the arrayed waveguide 2, the insertion loss can be reduced. When light is incident from the arrayed waveguide 2 toward the slab waveguide 1, the same is true because of the reciprocity of the light.
  • phase difference given to the incident light by the phase grating may be 90 °, 180 °, 45 °, 135 °, etc. If the self-image of the phase grating can be clearly formed by the Talbot effect It may be a phase difference other than the phase difference of
  • the present embodiment is effective to reduce the radiation loss of light when the light propagates in a region of a low refractive index in the phase grating.
  • first case the case where the plurality of phase gratings are arranged at intervals in a direction substantially parallel to the direction of light propagation
  • second case a single phase grating having a light propagation direction width equal to the total width of the light propagation directions of a plurality of phase gratings is arranged
  • third case a single phase
  • the present embodiment and the comparative example are compared.
  • the second case where the light propagation direction width of a single phase grating is large is not appropriate. Rather, even if the total width of the light propagation directions of the plurality of phase gratings in the first case is equal to the light propagation direction width of a single phase grating in the second case, the light propagation direction width of each phase grating is The small first case is appropriate.
  • the third case in which the light propagation direction width of the single phase grating is small is also appropriate.
  • additional processes such as additional ultraviolet irradiation
  • each divided phase grating is divided into a plurality of phase gratings, if the light propagation direction width of each divided phase grating is random for each phase grating, light of a specific wavelength is reflected. It can be suppressed.
  • Second Embodiment a method of designing an optical waveguide will be described. First, the method of setting the light propagation direction full width L1 of the phase gratings GP1 and GP2 will be described, and then, the method of setting the light propagation direction full width L2 of the interference region IF will be described. The position setting method of will be described.
  • the phase difference given to light by the phase grating GP1 is preferably 80 ° -100 °. More preferably, the full width L1 in the light propagation direction of the phase grating GP1 is set so as to be 90 °.
  • the total width L1 of the light propagation direction of the phase grating GP1 is the total width of the light propagation directions of the phase gratings GP1-1, GP1-2, GP1-3 or the light propagation direction of the phase gratings GP1-4, GP1-5, GP1-6. It is the total width.
  • the phase difference given to the light by the phase grating GP2 is preferably 170 ° to 190 °.
  • the entire width L1 in the light propagation direction of the phase grating GP2 is set to be 180 °.
  • the light propagation direction full width L1 of the phase grating GP2 is the total width of the light propagation directions of the phase gratings GP2-1, GP2-2, GP2-3.
  • the wavelength of light in vacuum is ⁇
  • the refractive index is n in the region of high refractive index
  • the refractive index is n- ⁇ n in the region of low refractive index
  • the relative refractive index difference is the region of high refractive index and the region of low refractive index
  • L1 ⁇ / (4n ⁇ ).
  • the light propagation direction widths of the phase gratings GP1-1, GP1-2, and GP1-3 are set equal to L1 / 3, respectively, but they may not be set equal.
  • the light propagation direction widths of the phase gratings GP1-4, GP1-5, and GP1-6 are set equal to L1 / 3, respectively, but they may not be set equal.
  • the light propagation direction widths of the phase gratings GP2-1, GP2-2 and GP2-3 are respectively set equal to L1 / 3, but they may not be set equal.
  • the phase gratings GP1 and GP2 are divided into three regions.
  • the number of divisions of the phase gratings GP1 and GP2 is not limited to three, and is determined by the accuracy of the manufacturing method of the third embodiment.
  • an interference region IF based on the description of FIGS.
  • the entire width L2 in the light propagation direction of is set.
  • the total width L2 of the light propagation direction of the interference area IF is the total width of the light propagation directions of the interference areas IF-1, IF-2, and IF-3, and the light propagation direction of the interference areas IF-4, IF-5, and IF-6.
  • the wavelength in the light interference region IF is ⁇ / n.
  • the light propagation direction widths of the interference areas IF-1, IF-2, and IF-3 are set equal to L2 / 3 respectively, but may not be set equal.
  • the light propagation direction widths of the interference regions IF-4, IF-5, and IF-6 are respectively set equal to L2 / 3, but they may not be set equal.
  • the light propagation direction widths of the interference regions IF-7, IF-8, and IF-9 are set equal to L2 / 3 respectively, but they may not be set equal.
  • the interference area IF is divided into three areas.
  • the number of divisions of the interference area IF is not limited to three, and is determined by the accuracy of the manufacturing method of the third embodiment.
  • the self-image SP of the phase grating GP at the end of the slab waveguide 1 based on the description of FIGS. are set as the positions of the end of the arrayed waveguide 2.
  • the self-image SP of the phase grating GP is not only at the end of the central arrayed waveguide 2 but also at the ends of the arrayed waveguides 2 at both ends. It is desirable to be formed clearly. Therefore, the positional relationship shown in FIG. 8 is desirable as the positional relationship between the phase grating GP of the slab waveguide 1 and the end of the arrayed waveguide 2. That is, it is desirable that the number of regions in which the refractive index of the phase grating GP is large be larger than the number of arrayed waveguides 2.
  • phase gratings GP1 and GP2 may have any shape including the shape as described in the third embodiment as long as they have a function of diffracting light.
  • the present invention does not increase the size of the optical waveguide and does not make design difficult.
  • the loss between the slab waveguide 1 and the arrayed waveguide 2 is about 0.45 dB, but when the present invention is adopted by the above design method, it can be reduced to 0.1 dB or less .
  • FIG. 9 is a diagram showing the calculation results of the Talbot effect of the phase grating GP1.
  • the incident light is incident in the right direction as parallel light, and the left end of the phase grating GP1-1 of FIG. 5 or the left end of the phase grating GP1-4 of FIG. 6 is shown in FIGS. 9A, 9B and 9A. It is arranged at the left end of each of (c).
  • FIG. 9 (a) shows a case where two phase gratings have a function of forming a self-image as an integral phase grating GP1, and
  • FIG. 9 (b) shows four phase gratings as an integral phase grating GP1.
  • FIG. 9 (a) shows a case where two phase gratings have a function of forming a self-image as an integral phase grating GP1
  • FIG. 9 (b) shows four phase gratings as an integral phase grating GP1.
  • FIG. 9 (a) shows a case where two phase grat
  • phase grating GP1 shows the case where eight phase gratings have the function of forming a self-image as an integral phase grating GP1.
  • the calculation result of the Talbot effect of the phase grating GP1 is whether the incident light is parallel light or diffused light. Except for the difference, it is similar to the calculation result of the Talbot effect of the phase grating GP1 in FIG. The Talbot effect does not depend on the number of divisions of the phase grating.
  • the refractive index difference regions 11 are spaced apart in the direction substantially perpendicular to and the direction parallel to the light propagation direction, and have a refractive index different from that of the hatched regions.
  • the refractive index difference area 11 has a rectangular shape, it may have an arbitrary shape.
  • the refractive index of the refractive index difference area 11 may be larger or smaller than the refractive index of the hatched area.
  • the phase gratings GP1 and GP2 can be easily formed by alternately arranging the region having the large refractive index and the region having the small refractive index in the direction substantially perpendicular to and the direction parallel to the light propagation direction.
  • SiO 2 fine particles to be a lower cladding layer and SiO 2 -GeO 2 fine particles to be a core layer are deposited on a Si substrate by a flame direct deposition method, and melting and transparentizing by heating.
  • an unnecessary portion of the core layer is removed by lithography and etching to form an optical circuit pattern, and at the same time, an unnecessary portion of the core layer is also removed in the portion to be the refractive index difference region 11.
  • SiO 2 fine particles to be the upper cladding layer are deposited by the flame direct deposition method and melted and transparentized by heating to form cladding when the upper cladding layer is formed. The material is filled.
  • the refractive index of the refractive index difference region 11 becomes smaller than the refractive index of the hatched region.
  • the refractive index difference region 11 is formed in the step of forming the slab waveguide 1 and the arrayed waveguide 2, after the formation of the slab waveguide 1 and the arrayed waveguide 2, a groove is formed in a portion to become the refractive index different region 11. It may be processed to be filled with a resin or the like having a refractive index different from that of the core layer, or the refractive index difference region 11 may be formed of an air layer only by groove processing.
  • the method of utilizing ultraviolet radiation utilizes the fact that the refractive index is increased by ultraviolet radiation.
  • a mask material is formed in a portion to be the refractive index difference region 11
  • the refractive index difference region 11 is formed by changing the refractive index of the portion other than the portion to be the refractive index difference region 11.
  • the refractive index of the refractive index difference area 11 is smaller than the refractive index of the hatched area.
  • a mask material is formed in portions other than the portion to be the refractive index difference region 11;
  • the refractive index difference region 11 is formed by changing the refractive index of the portion to be the refractive index difference region 11 by ultraviolet irradiation.
  • the refractive index of the refractive index difference area 11 is larger than the refractive index of the hatched area.
  • the interference area IF may be made of any material as long as it has a function of causing light to interfere.
  • the interference region IF may include at least one of a core material, a cladding material, SiO 2 -GeO 2 irradiated with ultraviolet light, a resin, air, and the like.
  • the method of manufacturing the optical waveguide shown in FIGS. 10 and 11 is the same as the method of manufacturing the optical waveguide shown in FIGS. 5 to 7.
  • the refractive index difference area is formed by filling the upper refractive index material or the resin into the refractive index difference area, as shown in FIGS. 5 to 7, the periphery of the refractive index difference area 11 is surrounded by the hatched area. It may be difficult in some cases to uniformly fill the upper clad material, resin, etc.
  • FIGS. 10 and 11 if the refractive index difference area 12 forming each phase grating GP is integrated over the entire phase grating GP, the upper clad material, resin, etc. are uniformly formed.
  • Each phase grating GP1 shown in FIG. 10A includes the refractive index difference region 12 and the convex regions 13 and.
  • the refractive index difference area 12 includes a wide area and a narrow area in the direction substantially perpendicular to the light propagation direction, and is integrated over the entire phase grating GP1.
  • the wide area is spaced apart in the slab waveguide 1 in a direction substantially perpendicular to the light propagation direction, and has a different refractive index than the hatched area.
  • the narrow regions are sandwiched by the convex regions 13 and 14, have the same refractive index as the wide regions, and connect adjacent wide regions.
  • the refractive index of the refractive index difference region 12 may be larger or smaller than the refractive index of the hatched portion.
  • Each of the phase gratings GP1 can be easily formed by alternately arranging the area having the large refractive index and the area having the small refractive index in the direction substantially perpendicular to the light propagation direction.
  • both the convex regions 13 and 14 are arranged, but even if only the convex region 13 is arranged as in the optical waveguide shown in FIG. 10 (b) As in the optical waveguide shown in FIG. 11 (a), only the convex region 14 may be disposed.
  • the sum of the light propagation direction widths of the convex regions 13 and 14 of the all phase grating GP1 is set to L1 shown in FIG. 5 and shown in FIG. 10 (b)
  • the sum of the light propagation direction widths of the convex regions 13 of the all phase grating GP1 is set to L1 shown in FIG.
  • the convex of the all phase grating GP1 The sum of the light propagation direction widths of the second regions 14 is set to L1 shown in FIG.
  • the convex regions 13 and 14 In the optical waveguides shown in FIGS. 10 (a), 10 (b) and 11 (a), the convex regions 13 and 14 have a rectangular shape, but may have any shape.
  • the concave regions between the convex regions 13 adjacent in the direction substantially perpendicular to the light propagation direction may also have an arbitrary shape.
  • the concave regions between the convex regions 14 adjacent in the direction substantially perpendicular to the light propagation direction may also have an arbitrary shape.
  • the boundary surface of the incident area IN or the interference area IF may also be any shape.
  • the boundary surface area BS may be formed on the boundary surface of the rate difference area 12 and on the boundary surface of the concave area and the refractive index difference area 12.
  • the interface region BS shown in FIG. 12A has the same refractive index as the core material forming the interference region IF, or between the core material forming the interference region IF and the cladding material forming the refractive index difference region 12 It has a refractive index of
  • the incident area IN or the interference area may be formed on the interface of the IF and the refractive index difference region 12 and on the interface of the concave region and the refractive index difference region 12.
  • the interface region BS shown in FIG. 12B has the same refractive index as that of the cladding material forming the refractive index difference region 12 or the core material forming the interference region IF and the cladding material forming the refractive index difference region 12 Have a refractive index between
  • the boundary surface area BS extending the surface in a direction different from the direction substantially parallel and substantially perpendicular to the light propagation direction
  • Each phase grating GP1 illustrated in FIG. 11B includes the refractive index difference region 12 and the island region 15.
  • the refractive index difference area 12 includes a wide area and a narrow area in the direction substantially perpendicular to the light propagation direction, and is integrated over the entire phase grating GP1.
  • the wide area is spaced apart in the slab waveguide 1 in a direction substantially perpendicular to the light propagation direction, and has a different refractive index than the hatched area.
  • the narrow area is sandwiched by the hatched area and the island area 15, has the same refractive index as the wide area, and connects adjacent wide areas.
  • the refractive index of the refractive index difference region 12 may be larger or smaller than the refractive index of the hatched portion.
  • Each of the phase gratings GP1 can be easily formed by alternately arranging the area having the large refractive index and the area having the small refractive index in the direction substantially perpendicular to the light propagation direction.
  • the sum of the light propagation direction widths of the island regions 15 of the full phase grating GP1 is set to L1 shown in FIG.
  • the island-like region 15 has a rectangular shape, but may have an arbitrary shape.
  • the interface region BS is placed on the interface between the regions having different refractive indices. You may form.
  • the convex regions 13 and 14 or the island region 15 are formed on the extension of the arrayed waveguide 2, but they are adjacent in the direction substantially perpendicular to the light propagation direction. It may be formed on the extension between the arrayed waveguides 2. Also, as in the optical waveguide shown in FIG. 13, if a phase difference can be given to light, the convex regions 13 and 14 or the island-like region 15 may be used as extension lines of the arrayed waveguide 2 and the direction of light propagation. It may be formed on an extension between adjacent arrayed waveguides 2 in a direction substantially perpendicular thereto. In the optical waveguide shown in FIG.
  • an arrayed waveguide grating provided with the optical waveguide described in the first to third embodiments will be described.
  • an arrayed waveguide grating one or more first input / output waveguides, a first slab waveguide, a plurality of arrayed waveguides, a second slab waveguide and one or more second input / output waveguides are connected in this order.
  • the first slab waveguide and the plurality of arrayed waveguides constitute the optical waveguides described in the embodiment 1-3 as the slab waveguide 1 and the arrayed waveguide 2 respectively.
  • an arbitrary wavelength is selected from the plurality of wavelengths as ⁇ in FIGS. 1 and 2.
  • This arbitrary wavelength is, for example, a central wavelength among a plurality of wavelengths. Under this arbitrary wavelength, the design method described in the second embodiment and the manufacturing method described in the third embodiment are applied.
  • the diffraction grating may be disposed not only in the first slab waveguide but also in the second slab waveguide.
  • the diffraction grating may be disposed only in the first slab waveguide, and the transition region in Patent Document 1-4 or the inclined portion in Patent Document 5 may be disposed in the second slab waveguide.
  • optical waveguide and arrayed waveguide grating according to the present invention can be used for optical fiber communication with low loss of light utilizing wavelength division multiplexing.
  • Slab waveguide 2 Arrayed waveguide 11: Refractive index difference area 12: Refractive index difference area 13: Convex area 14: Convex area 15: Island-like area GP: Phase grating SP: Self-image IN: Incident area IF : Interference area BS: Boundary area

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Abstract

本発明は、回路規模を大きくせず回路設計製造を難しくせず、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するとき、または、光がアレイ導波路からスラブ導波路に向けて入射するときに、挿入損失を低減することができる技術を提供する。 本発明は、光伝搬の方向と略平行な方向に間隔を置いて配置された、伝搬される光を回折させる複数の位相格子ＧＰ１、及び光伝搬の方向と略平行な方向に複数の位相格子ＧＰ１と交互に配置された、複数の位相格子ＧＰ１において回折された光を干渉させる複数の干渉領域ＩＦを有するスラブ導波路１と、複数の位相格子ＧＰ１が一体の位相格子として形成する自己像の明干渉部分の位置でかつスラブ導波路１の端部に、端部が接続されるアレイ導波路２と、を備えることを特徴とする光導波路である。

Description

光導波路及びアレイ導波路回折格子
　本発明は、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するとき、または、光がアレイ導波路からスラブ導波路に向けて入射するときに、挿入損失を低減することができる光導波路及びアレイ導波路回折格子に関する。
　ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）合分波器、Ｍ×Ｎスターカプラ及び１×Ｎスプリッタなどでは、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するときに、隣接するアレイ導波路の間のクラッド層で放射モードにならないような、スラブ導波路とアレイ導波路の間の接続構造が、特許文献１－６に開示されている。
　特許文献１－４では、導波路の屈折率がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて徐々に変化する遷移領域が配置されている。特許文献５では、スラブ導波路とアレイ導波路の間に傾斜部が配置されている。特許文献６では、スラブ導波路にコア層と複数の島状領域が配置されている。島状領域の屈折率はコア層の屈折率より小さい。島状領域は隣接するアレイ導波路の間のクラッド層に対向する。光伝搬の方向に略垂直な方向の島状領域の幅は、スラブ導波路からアレイ導波路に向けて狭くなる。隣接する島状領域の間のコア層を通過する光は、伝搬方向を変えずアレイ導波路に向けて伝搬する。島状領域を通過する光は、島状領域のテーパ形状により伝搬方向を変えてアレイ導波路に向けて伝搬する。島状領域のテーパ形状と位置が最適化されることにより、光はアレイ導波路に集中し導波モードになる。
米国特許第５７４５６１８号明細書 米国特許第７００６７２９号明細書 米国特許第６８９２００４号明細書 特開２００８－２９３０２０号公報 特開２００１－１５９７１８号公報 特開２００３－１４９６２号公報
　特許文献１－４では、遷移領域が配置されているため、回路規模が大きくなる。特許文献５では、傾斜部が配置されているため、回路製造が難しくなる。特許文献６では、島状領域のテーパ形状と位置が最適化される必要があるため、回路設計が難しくなる。
　そこで、前記課題を解決するために、本発明は、回路規模を大きくせず回路設計製造を難しくせず、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するとき、または、光がアレイ導波路からスラブ導波路に向けて入射するときに、挿入損失を低減することができる光導波路及びアレイ導波路回折格子を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、スラブ導波路において伝搬される光を回折させる複数の位相格子と、複数の位相格子において回折された光を干渉させる複数の干渉領域と、を光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置するようにした。そして、複数の位相格子が一体の位相格子として形成する自己像の明干渉部分の位置でかつスラブ導波路の端部に、アレイ導波路の端部を接続するようにした。
　具体的には、本発明は、光伝搬の方向と略平行な方向に間隔を置いて配置された、伝搬される光を回折させる複数の位相格子、及び光伝搬の方向と略平行な方向に前記複数の位相格子と交互に配置された、前記複数の位相格子において回折された光を干渉させる複数の干渉領域を有するスラブ導波路と、前記複数の位相格子が一体の位相格子として形成する自己像の明干渉部分の位置でかつ前記スラブ導波路の端部に、端部が接続されるアレイ導波路と、を備えることを特徴とする光導波路である。
　この構成によれば、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果により、光の波長とスラブ導波路の内部に形成された位相格子の周期に応じて、位相格子の自己像が形成される。位相格子の自己像の明干渉部分の位置に、アレイ導波路の端部が配置されることにより、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するときに、アレイ導波路に集中し導波モードになる。光導波路の規模を大きくせず設計製造を難しくせず、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するとき、または、光がアレイ導波路からスラブ導波路に向けて入射するときに、挿入損失を低減することができる。
　そして、複数の位相格子が光伝搬の方向と略平行な方向に間隔を置いて配置される場合には、複数の位相格子の光伝搬方向の合計幅に等しい光伝搬方向幅を有する単一の位相格子が配置される場合よりも、位相格子のうち屈折率が低い領域からの光の放射を小さくすることができる。さらに、複数の位相格子が光伝搬の方向と略平行な方向に間隔を置いて配置される場合には、単一の位相格子のうち屈折率が高い領域及び屈折率が低い領域の屈折率差を大きくし単一の位相格子の光伝搬方向幅を小さくする場合よりも、追加の紫外線照射などの追加のプロセスを省略することができる。
　また、本発明は、前記一体の位相格子が入射光に対して与える位相差が略９０度であることを特徴とする光導波路である。
　この構成によれば、位相格子の自己像が明瞭に形成される。
　また、本発明は、前記一体の位相格子が入射光に対して与える位相差が略１８０度であることを特徴とする光導波路である。
　この構成によれば、位相格子の自己像が明瞭に形成される。
　また、本発明は、前記複数の位相格子は、前記スラブ導波路内に光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置された、前記スラブ導波路内の他の領域と異なる屈折率を有する屈折率相違領域を具備することを特徴とする光導波路である。
　この構成によれば、スラブ導波路内に簡単に位相格子を形成することができる。
　また、本発明は、光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接する前記屈折率相違領域は、前記屈折率相違領域と等しい屈折率を有する領域で連結されており、前記屈折率相違領域は、各位相格子全体に渡って一体となっていることを特徴とする光導波路である。
　この構成によれば、スラブ導波路内に簡単に位相格子を形成することができる。
　また、本発明は、１本以上の第１の入出力導波路と、前記第１の入出力導波路の端部に前記スラブ導波路の前記アレイ導波路と反対側の端部が接続された光導波路と、前記アレイ導波路の前記スラブ導波路と反対側の端部に接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路の前記アレイ導波路と反対側の端部に接続された１本以上の第２の入出力導波路と、を備えることを特徴とするアレイ導波路回折格子である。
　この構成によれば、アレイ導波路回折格子の規模を大きくせず設計製造を難しくせず、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するとき、または、光がアレイ導波路からスラブ導波路に向けて入射するときに、挿入損失を低減することができる。
　本発明は、回路規模を大きくせず回路設計製造を難しくせず、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するとき、または、光がアレイ導波路からスラブ導波路に向けて入射するときに、挿入損失を低減することができる光導波路及びアレイ導波路回折格子を提供することができる。
タルボ効果の現象を示す図である。 タルボ効果の現象を示す図である。 タルボ効果の計算結果を示す図である。 タルボ効果の計算結果を示す図である。 スラブ導波路の位相格子及びアレイ導波路の入射端の位置関係を示す図である。 スラブ導波路の位相格子及びアレイ導波路の入射端の位置関係を示す図である。 スラブ導波路の位相格子及びアレイ導波路の入射端の位置関係を示す図である。 光導波路の構造を示す図である。 タルボ効果の計算結果を示す図である。 光導波路の構造を示す図である。 光導波路の構造を示す図である。 光導波路の構造を示す図である。 光導波路の構造を示す図である。
　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
　実施形態１では、まず、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果の現象と計算結果を説明する。次に、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するとき、または、光がアレイ導波路からスラブ導波路に向けて入射するときに、挿入損失を低減することができる光導波路について、タルボ効果の現象と計算結果に基づいて説明する。
　タルボ効果は、光が回折格子に入射されたときに回折光どうしが干渉することにより、光の波長と回折格子の周期に応じて規定される距離だけ回折格子から離れた位置に、回折格子のパターンと同様な光の強度分布が回折格子の自己像として実現されることをいい、タルボ干渉計に応用されている。
　図１及び図２は、タルボ効果の現象を示す図である。回折格子ＧＰ１、ＧＰ２は、入射光に対して位相差を与える位相格子である。位相格子ＧＰ１が関わるタルボ効果の現象は、図１に示されており、位相格子ＧＰ２が関わるタルボ効果の現象は、図２に示されている。位相格子ＧＰ１、ＧＰ２の周期はｄであり、位相格子ＧＰ１が入射光に対して与える位相差は９０°であり、位相格子ＧＰ２が入射光に対して与える位相差は１８０°である。位相格子ＧＰ１、ＧＰ２は、ｘｙ平面内で（ｙ軸は図１及び図２に不図示）、ｚ＝０の位置に配置される（図１及び図２では、便宜上、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２は、ｚ＝０の位置より図面上の左側に示されている）。入射光の波長はλである。入射光は、図１及び図２の左端の矢印で示したように、平行光としてｚ軸方向に入射される。
　まず、位相格子ＧＰ１が関わるタルボ効果の現象を説明する。ｚ＝ｍｄ２／（２λ）とおいたときに、位相格子ＧＰ１の直後に形成された光の強度分布は、ｍ＝０の位置に砂地で示したように均一であり、この光の強度分布と同様な光の強度分布が、ｍ＝２、４、６、８、・・・、４ｎ＋２、４ｎ＋４、・・・（ｎは０以上の整数）の位置に示されている。一方、ｍ＝１、３、５、７、・・・、４ｎ＋１、４ｎ＋３、・・・の位置では、位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１が、斜線と白地で示したように明瞭に形成される。位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１は、ｍ＝１、３、５、７、・・・、４ｎ＋１、４ｎ＋３、・・・以外の位置でも形成されるが、明瞭には形成されることなくぼやけて形成される。位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１の強度周期はｄである。ここで、ｍ＝１、５、・・・、４ｎ＋１、・・・の位置で形成される位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１は、ｍ＝３、７、・・・、４ｎ＋３、・・・の位置で形成される位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１と比較して、ｘ軸方向にｄ／２だけシフトしている。
　次に、位相格子ＧＰ２が関わるタルボ効果の現象を説明する。ｚ＝ｍｄ２／（８λ）とおいたときに、位相格子ＧＰ２の直後に形成された光の強度分布は、ｍ＝０の位置に砂地で示したように均一であり、この光の強度分布と同様な光の強度分布が、ｍ＝２、４、６、８、・・・、２ｎ、・・・（ｎは０以上の整数）の位置に示されている。一方、ｍ＝１、３、５、７、・・・、２ｎ＋１、・・・の位置では、位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２が、斜線と白地で示したように明瞭に形成される。位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２は、ｍ＝１、３、５、７、・・・、２ｎ＋１、・・・以外の位置でも形成されるが、明瞭には形成されることなくぼやけて形成される。位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２の強度周期はｄ／２である。また、位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２の次数毎のシフトはない。
　図３は、位相格子ＧＰ１のタルボ効果の計算結果を示す図である。図１では、入射光を平行光としているが、図３では、スラブ導波路を伝搬する光が平行光ではなく拡散光であることを考慮して、入射光を拡散光としている。入射光は、図３の左端の矢印で示したように、拡散光として右側方向に入射される。図４は、位相格子ＧＰ２のタルボ効果の計算結果を示す図である。図４では、入射光を平行光としている。入射光は、図４の左端の矢印で示したように、平行光として右側方向に入射される。図３及び図４では、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２は、ｍ＝０の位置に配置される。
　位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１は、ｍ＝１、３、５、７、・・・、４ｎ＋１、４ｎ＋３、・・・の位置では、明瞭な白黒のグラデーションで示したように明瞭に形成されるが、ｍ＝２、４、６、８、・・・、４ｎ＋２、４ｎ＋４、・・・の位置では、不明瞭な白黒のグラデーションで示したように明瞭には形成されない。位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１は、ｍ＝１、３、５、７、・・・、４ｎ＋１、４ｎ＋３、・・・以外の位置でも、ｍ＝１、３、５、７、・・・、４ｎ＋１、４ｎ＋３、・・・の位置に近づくにつれて明瞭に形成されるようになり、ｍ＝２、４、６、８、・・・、４ｎ＋２、４ｎ＋４、・・・の位置に近づくにつれて明瞭には形成されなくなる。ｍ＝０、１、２、３、・・・の位置が等間隔に整列していないのは、入射光が平行光ではなく拡散光であるためである。
　図３を全体で見れば、白黒のグラデーションは、右側方向に進行するにつれて、図３の上下方向に拡散する。図３を詳細に見れば、白黒のグラデーションは、ｍ＝２、４、６、８、・・・、４ｎ＋２、４ｎ＋４、・・・の位置の近傍で急激に変化している。このことは、図１において、ｍ＝１、５、・・・、４ｎ＋１、・・・の位置で形成される位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１が、ｍ＝３、７、・・・、４ｎ＋３、・・・の位置で形成される位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１と比較して、ｘ軸方向にｄ／２だけシフトしていることに対応する。ｍ＝１、３、５、７、・・・、４ｎ＋１、４ｎ＋３、・・・の位置で形成される位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１は、ｍが小さいほど明瞭に形成される。図４の計算結果と図２の模式図面は、同様な傾向を示しているが、図４ではｍ＝２、４、・・・の位置において、位相格子ＧＰ２の周期と同周期のピークが認められる。これは図４のシミュレーションが一般的な光回路をもとにした計算であるところ、位相格子ＧＰ２をコア材及びクラッド材のような屈折率差の小さい材料で形成すると、位相格子ＧＰ２は光の伝搬方向に長くなり、屈折率の低い部分を伝搬する光は伝搬距離が長くなるほど屈折率の高い部分へ結合し、位相格子ＧＰ２終端で強度分布が発生するためである。
　次に、光がスラブ導波路からアレイ導波路に向けて入射するとき、または、光がアレイ導波路からスラブ導波路に向けて入射するときに、挿入損失を低減することができる光導波路について、タルボ効果の現象と計算結果に基づいて説明する。図５から図７までは、スラブ導波路１の位相格子ＧＰ１又はＧＰ２及びアレイ導波路２の端部の位置関係を示す図である。図５から図７までのそれぞれの左側は、光導波路の全体構成を示し、図５及び図６のそれぞれの右側は、位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１を示し、図７の右側は、位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２を示し、図５から図７までのそれぞれにおいて、左側及び右側の図面は、一点鎖線により上下方向に位置合わせされている。図５及び図６では、スラブ導波路１の位相格子ＧＰ１及びアレイ導波路２の端部の位置関係が異なっている。
　図５のスラブ導波路１では、図５の左側から右側へと進むに従って、入射領域ＩＮ、位相格子ＧＰ１－１、干渉領域ＩＦ－１、位相格子ＧＰ１－２、干渉領域ＩＦ－２、位相格子ＧＰ１－３及び干渉領域ＩＦ－３が配置される。図６のスラブ導波路１では、図６の左側から右側へと進むに従って、入射領域ＩＮ、位相格子ＧＰ１－４、干渉領域ＩＦ－４、位相格子ＧＰ１－５、干渉領域ＩＦ－５、位相格子ＧＰ１－６及び干渉領域ＩＦ－６が配置される。図７のスラブ導波路１では、図７の左側から右側へと進むに従って、入射領域ＩＮ、位相格子ＧＰ２－１、干渉領域ＩＦ－７、位相格子ＧＰ２－２、干渉領域ＩＦ－８、位相格子ＧＰ２－３及び干渉領域ＩＦ－９が配置される。
　図５の位相格子ＧＰ１－１、ＧＰ１－２、ＧＰ１－３は、入射光に９０°の位相差を与える一体の位相格子ＧＰ１として自己像を形成する機能を有する。図６の位相格子ＧＰ１－４、ＧＰ１－５、ＧＰ１－６は、入射光に９０°の位相差を与える一体の位相格子ＧＰ１として自己像を形成する機能を有する。図７の位相格子ＧＰ２－１、ＧＰ２－２、ＧＰ２－３は、入射光に１８０°の位相差を与える一体の位相格子ＧＰ２として自己像を形成する機能を有する。
　図５の干渉領域ＩＦ－１、ＩＦ－２、ＩＦ－３は、光伝搬の方向と略平行な方向の合計幅を、図１において位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１が明瞭に形成されるためのｚとする。図６の干渉領域ＩＦ－４、ＩＦ－５、ＩＦ－６は、光伝搬の方向と略平行な方向の合計幅を、図１において位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１が明瞭に形成されるためのｚとする。図７の干渉領域ＩＦ－７、ＩＦ－８、ＩＦ－９は、光伝搬の方向と略平行な方向の合計幅を、図２において位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２が明瞭に形成されるためのｚとする。
　このように、タルボ効果により位相格子の自己像を明瞭に形成するために、位相格子及び干渉領域について光伝搬の方向と略平行な方向の幅を設計し、幅を設計された位相格子及び干渉領域を光伝搬の方向と略垂直な面内で複数に分割し、複数に分割された位相格子及び干渉領域を光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置する。
　入射領域ＩＮは、スラブ導波路１への入射光を伝搬させる。位相格子ＧＰ１又はＧＰ２は、異なる屈折率を有する斜線で示した領域と白地で示した領域で形成されている。斜線で示した領域の屈折率は、白地で示した領域の屈折率より、大きくても小さくてもよい。入射光は、屈折率が大きい領域を遅い速度で伝搬し、屈折率が小さい領域を速い速度で伝搬する。位相格子ＧＰ１又はＧＰ２は、図５から図７までの上下方向の位置に応じて光の速度を変化させ、入射光に対して位相差を与える。干渉領域ＩＦは、位相格子ＧＰ１又はＧＰ２における回折光を干渉させる。
　アレイ導波路２は、位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１又は位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２の白地で示した明干渉部分において、スラブ導波路１の端部に接続される。つまり、回折光は、位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１又は位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２の白地で示した明干渉部分に集中的に分布するため、アレイ導波路２で導波モードになる。そして、回折光は、位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１又は位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２の斜線で示した暗干渉部分にほとんど分布しないため、クラッド層で放射モードにならない。図５から図７まででは、アレイ導波路２が複数接続されているが、１本のみ接続されてもよい。
　図５では、位相格子ＧＰ１のうち斜線で示した領域に対応する位置に、位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１の白地で示した明干渉部分が形成されており、アレイ導波路２の端部が接続されている。図６では、位相格子ＧＰ１のうち白地で示した領域に対応する位置に、位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１の白地で示した明干渉部分が形成されており、アレイ導波路２の端部が接続されている。このように、スラブ導波路１の位相格子ＧＰ１及びアレイ導波路２の端部の位置関係として異なる位置関係が存在することは、図１に示したように、ｍ＝１、５、・・・、４ｎ＋１、・・・の位置で形成される位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１が、ｍ＝３、７、・・・、４ｎ＋３、・・・の位置で形成される位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１と比較して、ｘ軸方向にｄ／２だけシフトしていることに対応する。
　図７では、位相格子ＧＰ２のうち斜線及び白地で示した領域から、光伝搬の方向と略平行な方向に進んだ位置に、位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２の白地で示した明干渉部分が形成されており、アレイ導波路２の端部が接続されている。このように、図５及び図６では、位相格子ＧＰ１の周期は、アレイ導波路２の周期と同一であるが、図７では、位相格子ＧＰ２の周期は、アレイ導波路２の周期の２倍である。
　以上の説明のように、タルボ効果により、入射光の波長λとスラブ導波路１の内部に形成された位相格子ＧＰ１、ＧＰ２の周期に応じて、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２の自己像ＳＰ１、ＳＰ２が形成される。そして、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２の自己像ＳＰ１、ＳＰ２の明干渉部分の位置に、アレイ導波路２の端部が配置されることにより、光がスラブ導波路１からアレイ導波路２に向けて入射するときに、光がアレイ導波路２に集中し導波モードになる。よって、光がスラブ導波路１からアレイ導波路２に向けて入射するときに、挿入損失を低減することができる。光がアレイ導波路２からスラブ導波路１に向けて入射するときも、光の相反性により同様である。
　なお、アレイ導波路２がスラブ導波路１との境界近傍で分岐されている場合は、明干渉部分の位置に、分岐されたアレイ導波路２の各々の端部が配置される。また、位相格子が入射光に対して与える位相差は、９０°や１８０°であっても４５°や１３５°などであってもよく、タルボ効果により位相格子の自己像を明瞭に形成できれば上述の位相差以外の位相差であってもよい。
　光がスラブ導波路１からアレイ導波路２に向けて入射するとき、または、光がアレイ導波路２からスラブ導波路１に向けて入射するときに、光の挿入損失を低減することが重要であるとともに、光が位相格子のうち屈折率が低い領域を伝搬するときに、光の放射損失を低減することも重要である。光が位相格子のうち屈折率が低い領域を伝搬するときに、光の放射損失を低減するために、本実施形態が有効であることを以下に説明する。　　　
　本実施形態では、複数の位相格子が光伝搬の方向と略平行な方向に間隔を置いて配置される場合（以下では「第１の場合」という）を説明した。比較例として、複数の位相格子の光伝搬方向の合計幅に等しい光伝搬方向幅を有する単一の位相格子が配置される場合（以下では「第２の場合」という）と、単一の位相格子のうち屈折率が高い領域及び屈折率が低い領域の屈折率差を大きくし単一の位相格子の光伝搬方向幅を小さくする場合（以下では「第３の場合」という）と、を挙げて、本実施形態及び比較例を比較する。
　光が位相格子のうち屈折率が低い領域を伝搬するときに、光の放射損失を低減するためには、屈折率が低い領域の光伝搬方向幅を小さくすることが望ましい。よって、単一の位相格子の光伝搬方向幅が大きい第２の場合は適切ではない。むしろ、第１の場合での複数の位相格子の光伝搬方向の合計幅が第２の場合での単一の位相格子の光伝搬方向幅に等しくても、各位相格子の光伝搬方向幅が小さい第１の場合が適切である。
　もっとも、屈折率が低い領域の光伝搬方向幅を小さくするためには、単一の位相格子の光伝搬方向幅が小さい第３の場合も適切である。しかし、追加の紫外線照射などの追加のプロセスを省略するためには、屈折率が高い領域及び屈折率が低い領域の屈折率差が大きい第３の場合は適切ではない。つまり、本実施形態で説明した第１の場合では、位相格子のうち屈折率が低い領域からの光の放射を小さくすることができるとともに、追加の紫外線照射などの追加のプロセスを省略することができる。
　さらに、単一の位相格子を複数の位相格子に分割するときに、分割された各位相格子の光伝搬方向幅が各位相格子毎にランダムであれば、特定の波長の光が反射することを抑制することができる。
（実施形態２）
　実施形態２では、光導波路の設計方法を説明する。最初に、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２の光伝搬方向全幅Ｌ１の設定方法を説明し、次に、干渉領域ＩＦの光伝搬方向全幅Ｌ２の設定方法を説明し、最後に、アレイ導波路２の端部の位置設定方法を説明する。
　図５及び図６において、アレイ導波路２の端部において位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１が明瞭に形成されるために、位相格子ＧＰ１が光に対して与える位相差が望ましくは８０°～１００°さらに望ましくは９０°となるように、位相格子ＧＰ１の光伝搬方向全幅Ｌ１が設定される。位相格子ＧＰ１の光伝搬方向全幅Ｌ１は、位相格子ＧＰ１－１、ＧＰ１－２、ＧＰ１－３の光伝搬方向の合計幅又は位相格子ＧＰ１－４、ＧＰ１－５、ＧＰ１－６の光伝搬方向の合計幅である。図７において、アレイ導波路２の端部において位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２が明瞭に形成されるために、位相格子ＧＰ２が光に対して与える位相差が望ましくは１７０°～１９０°さらに望ましくは１８０°となるように、位相格子ＧＰ２の光伝搬方向全幅Ｌ１が設定される。位相格子ＧＰ２の光伝搬方向全幅Ｌ１は、位相格子ＧＰ２－１、ＧＰ２－２、ＧＰ２－３の光伝搬方向の合計幅である。
　光の真空中の波長をλ、屈折率が大きい領域の屈折率をｎ、屈折率が小さい領域の屈折率をｎ－δｎ、屈折率が大きい領域と屈折率が小さい領域の比屈折率差をΔ＝δｎ／ｎとおく。光が屈折率が大きい領域を始端から終端まで通過するときの位相の進み角度は、Ｌ１÷（λ／ｎ）×２π＝２πｎＬ１／λである。光が屈折率が小さい領域を始端から終端まで通過するときの位相の進み角度は、Ｌ１÷（λ／（ｎ－δｎ））×２π＝２π（ｎ－δｎ）Ｌ１／λである。位相格子ＧＰが光に対して与える位相差は、２πｎＬ１／λ－２π（ｎ－δｎ）Ｌ１／λ＝２πδｎＬ１／λ＝２πｎΔＬ１／λである。図５及び図６において、位相格子ＧＰ１が光に対して与える位相差が９０°となるために、Ｌ１＝λ／（４ｎΔ）と設定されるとよい。例えば、λ＝１．５５μｍ、ｎ＝１．４５、Δ＝０．７５％であるときに、位相格子ＧＰ１が光に対して与える位相差が９０°となるために、Ｌ１～３５μｍと設定されるとよい。図７において、位相格子ＧＰ２が光に対して与える位相差が１８０°となるために、Ｌ１＝λ／（２ｎΔ）と設定されるとよい。例えば、λ＝１．５５μｍ、ｎ＝１．４５、Δ＝０．７５％であるときに、位相格子ＧＰ２が光に対して与える位相差が１８０°となるために、Ｌ１～７０μｍと設定されるとよい。
　図５において、位相格子ＧＰ１－１、ＧＰ１－２、ＧＰ１－３の光伝搬方向幅は、それぞれＬ１／３に等しく設定されているが、等しく設定されていなくてもよい。図６において、位相格子ＧＰ１－４、ＧＰ１－５、ＧＰ１－６の光伝搬方向幅は、それぞれＬ１／３に等しく設定されているが、等しく設定されていなくてもよい。図７において、位相格子ＧＰ２－１、ＧＰ２－２、ＧＰ２－３の光伝搬方向幅は、それぞれＬ１／３に等しく設定されているが、等しく設定されていなくてもよい。ここで、図５から図７までにおいて、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２は３個の領域に分割されている。しかし、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２の分割数は、３のみに限定されず、実施形態３の製造方法の精度により決定される。
　図５から図７までにおいて、アレイ導波路２の端部において位相格子ＧＰ１、ＧＰ２の自己像ＳＰ１、ＳＰ２が明瞭に形成されるために、図１から図４の説明に基づいて、干渉領域ＩＦの光伝搬方向全幅Ｌ２が設定される。干渉領域ＩＦの光伝搬方向全幅Ｌ２は、干渉領域ＩＦ－１、ＩＦ－２、ＩＦ－３の光伝搬方向の合計幅、干渉領域ＩＦ－４、ＩＦ－５、ＩＦ－６の光伝搬方向の合計幅又は干渉領域ＩＦ－７、ＩＦ－８、ＩＦ－９の光伝搬方向の合計幅である。
　光の真空中の波長をλ、干渉領域ＩＦの屈折率を上述の屈折率が大きい領域の屈折率と等しいｎとおくと、光の干渉領域ＩＦ中の波長はλ／ｎとなる。図１の説明に基づけば、図５及び図６において、位相格子ＧＰ１に対しては、最適な設計としてＬ２＝ｍｄ２／（２（λ／ｎ））と設定される。例えば、ｄ＝１０．０μｍ、λ＝１．５５μｍ、ｎ＝１．４５であるときに、ｍ＝１とおいたうえで最適な設計としてＬ２～４７μｍと設定される。図２の説明に基づけば、図７において、位相格子ＧＰ２に対しては、最適な設計としてＬ２＝ｍｄ２／（８（λ／ｎ））と設定される。例えば、ｄ＝２０．０μｍ、λ＝１．５５μｍ、ｎ＝１．４５であるときに、ｍ＝１とおいたうえで最適な設計としてＬ２～４７μｍと設定される。図３の説明に基づけば、光の拡散具合がさらに考慮されたうえで、タルボ効果の計算結果が出力され、最適な設計としてＬ２が設定される。
　図５において、干渉領域ＩＦ－１、ＩＦ－２、ＩＦ－３の光伝搬方向幅は、それぞれＬ２／３に等しく設定されているが、等しく設定されていなくてもよい。図６において、干渉領域ＩＦ－４、ＩＦ－５、ＩＦ－６の光伝搬方向幅は、それぞれＬ２／３に等しく設定されているが、等しく設定されていなくてもよい。図７において、干渉領域ＩＦ－７、ＩＦ－８、ＩＦ－９の光伝搬方向幅は、それぞれＬ２／３に等しく設定されているが、等しく設定されていなくてもよい。ここで、図５から図７までにおいて、干渉領域ＩＦは３個の領域に分割されている。しかし、干渉領域ＩＦの分割数は、３のみに限定されず、実施形態３の製造方法の精度により決定される。
　図１から図４の説明に基づいて、干渉領域ＩＦの光伝搬方向全幅Ｌ２を設定した後に、図１から図４の説明に基づいて、スラブ導波路１の終端における位相格子ＧＰの自己像ＳＰの明干渉部分を、アレイ導波路２の端部の位置として設定する。ここで、複数のアレイ導波路２の端部のうち、中央のアレイ導波路２の端部のみならず、両端のアレイ導波路２の端部であっても、位相格子ＧＰの自己像ＳＰが明瞭に形成されることが望ましい。そこで、スラブ導波路１の位相格子ＧＰ及びアレイ導波路２の端部の位置関係として、図８に示した位置関係とすることが望ましい。つまり、位相格子ＧＰの屈折率が大きい領域の個数は、アレイ導波路２の本数より多いことが望ましい。
　光導波路の規模を小さくするためにも、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２の自己像ＳＰ１、ＳＰ２を明瞭に形成させるためにも、ｍを小さくして干渉領域ＩＦの光伝搬方向全幅Ｌ２を小さくすることが望ましい。位相格子ＧＰ１、ＧＰ２は、光を回折させる機能を備えていれば、実施形態３で説明するような形状を含む任意の形状を備えてもよい。以上の説明のように、本発明は、光導波路の規模を大きくせず設計を難しくしない。本発明を採用しない場合、スラブ導波路１とアレイ導波路２の間の損失は０．４５ｄＢ程度であるが、本発明を上記のような設計方法で採用した場合、０．１ｄＢ以下に低減できる。
　図９は、位相格子ＧＰ１のタルボ効果の計算結果を示す図である。入射光は、平行光として右側方向に入射され、図５の位相格子ＧＰ１－１の左端又は図６の位相格子ＧＰ１－４の左端は、図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）のそれぞれの左端に配置される。図９（ａ）は、２個の位相格子が一体の位相格子ＧＰ１として自己像を形成する機能を有する場合を示し、図９（ｂ）は、４個の位相格子が一体の位相格子ＧＰ１として自己像を形成する機能を有する場合を示し、図９（ｃ）は、８個の位相格子が一体の位相格子ＧＰ１として自己像を形成する機能を有する場合を示す。図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）でのいずれの場合においても、位相格子ＧＰ１のタルボ効果の計算結果は、入射光が平行光であるか拡散光であるかという相違を除いて、図３での位相格子ＧＰ１のタルボ効果の計算結果と同様である。タルボ効果は位相格子の分割数には依存しない。
（実施形態３）
　実施形態３では、光導波路の製造方法を説明する。図５から図７までに示した位相格子ＧＰ１、ＧＰ２は、屈折率相違領域１１を具備する。屈折率相違領域１１は、光伝搬の方向と略垂直な方向及び略平行な方向に間隔を置いて配置され、斜線で示した領域と異なる屈折率を有する。屈折率相違領域１１は矩形形状であるが、任意の形状であってもよい。
　屈折率相違領域１１の屈折率は、斜線で示した領域の屈折率より、大きくても小さくてもよい。屈折率が大きい領域と屈折率が小さい領域が光伝搬の方向と略垂直な方向及び略平行な方向に交互に配置されることにより、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２を簡単に形成することができる。
　図５から図７までに示した光導波路の製造方法として、リソグラフィとエッチングを利用する方法及び紫外線照射を利用する方法などがあげられる。
　リソグラフィとエッチングを利用する方法では、最初に、下部クラッド層となるＳｉＯ２微粒子とコア層となるＳｉＯ２－ＧｅＯ２微粒子を、Ｓｉ基板上に火炎直接堆積法により堆積させ、加熱により溶融透明化させる。次に、リソグラフィとエッチングにより、コア層の不要な部分を除去し光回路パターンを形成するが、同時に屈折率相違領域１１となる部分でもコア層の不要な部分を除去する。最後に、上部クラッド層となるＳｉＯ２微粒子を、火炎直接堆積法により堆積させ、加熱により溶融透明化させることにより、上部クラッド層が形成されると、屈折率相違領域１１となる部分にはクラッド材が充填される。屈折率相違領域１１となる部分にはクラッド材が充填されるため、屈折率相違領域１１の屈折率は斜線で示した領域の屈折率より小さくなる。上記においては、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の形成工程において屈折率相違領域１１を形成するが、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の形成後に、屈折率相違領域１１となる部分に溝加工を施してコア層と屈折率が相違する樹脂等を充填してもよいし、溝加工のみで空気層により屈折率相違領域１１を形成してもよい。
　紫外線照射を利用する方法では、紫外線照射により屈折率が上昇することを利用する。　第１の方法では、下部クラッド層及びコア層の形成後、または、下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層の形成後、屈折率相違領域１１となる部分にマスク材を形成し、紫外線照射により屈折率相違領域１１となる部分以外の部分の屈折率を変化させることにより、屈折率相違領域１１を形成する。屈折率相違領域１１の屈折率は斜線で示した領域の屈折率より小さくなる。第２の方法では、下部クラッド層及びコア層の形成後、または、下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層の形成後、屈折率相違領域１１となる部分以外の部分にマスク材を形成し、紫外線照射により屈折率相違領域１１となる部分の屈折率を変化させることにより、屈折率相違領域１１を形成する。屈折率相違領域１１の屈折率は斜線で示した領域の屈折率より大きくなる。
　干渉領域ＩＦは、光を干渉させる機能を備えていれば、任意の材料を備えてもよい。例えば、干渉領域ＩＦは、コア材料、クラッド材料、紫外線が照射されたＳｉＯ２－ＧｅＯ２、樹脂及び空気などのうち、少なくともいずれか１つの材料を備えてもよい。
　図１０及び図１１に示した光導波路の製造方法は、図５から図７までに示した光導波路の製造方法と同様である。上部クラッド材や樹脂等を屈折率相違領域に充填することにより屈折率相違領域を形成する場合、図５から図７までのように、屈折率相違領域１１の周囲が斜線で示した領域で囲まれていると、均一に上部クラッド材や樹脂等を充填することが困難な場合がある。これに対して、図１０及び図１１のように、各位相格子ＧＰを形成する屈折率相違領域１２が各位相格子ＧＰ全体に渡って一体となっていれば、均一に上部クラッド材や樹脂等を充填することが容易である。以下では、図５で示した光導波路の製造方法において、屈折率相違領域１１に代えて屈折率相違領域１２を形成する場合について説明する。もっとも、図６及び図７で示した光導波路の製造方法において、屈折率相違領域１１に代えて屈折率相違領域１２を形成する場合についても同様である。
　図１０（ａ）に示した各位相格子ＧＰ１は、屈折率相違領域１２と凸状領域１３、１４を具備する。屈折率相違領域１２は、光伝搬の方向と略垂直な方向に幅が広い領域及び幅が狭い領域を具備しており、各位相格子ＧＰ１全体に渡って一体となっている。幅が広い領域は、スラブ導波路１内に光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置され、斜線で示した領域と異なる屈折率を有する。幅が狭い領域は、凸状領域１３、１４により挟まれ、幅が広い領域と等しい屈折率を有し、隣接する幅が広い領域を連結している。
　屈折率相違領域１２の屈折率は、斜線で示した部分の屈折率より、大きくても小さくてもよい。屈折率が大きい領域と屈折率が小さい領域が光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置されることにより、各位相格子ＧＰ１を簡単に形成することができる。
　図１０（ａ）に示した光導波路では、凸状領域１３、１４がともに配置されているが、図１０（ｂ）に示した光導波路のように、凸状領域１３のみが配置されてもよく、図１１（ａ）に示した光導波路のように、凸状領域１４のみが配置されてもよい。図１０（ａ）に示した光導波路では、全位相格子ＧＰ１の凸状領域１３、１４の光伝搬方向幅の和は、図５に示したＬ１に設定され、図１０（ｂ）に示した光導波路では、全位相格子ＧＰ１の凸状領域１３の光伝搬方向幅の和は、図５に示したＬ１に設定され、図１１（ａ）に示した光導波路では、全位相格子ＧＰ１の凸状領域１４の光伝搬方向幅の和は、図５に示したＬ１に設定される。図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１１（ａ）に示した光導波路では、凸状領域１３、１４は矩形形状であるが、任意の形状であってもよい。
　図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示した光導波路では、光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接する凸状領域１３の間の凹状領域も、任意の形状であってもよい。図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示した光導波路では、光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接する凸状領域１４の間の凹状領域も、任意の形状であってもよい。また、入射領域ＩＮ又は干渉領域ＩＦの境界面も、任意の形状であってもよい。
　図１０（ａ）に示した光導波路の変形例として、図１２（ａ）に示した光導波路のように、凸状領域１３及び屈折率相違領域１２の境界面上、凸状領域１４及び屈折率相違領域１２の境界面上、並びに凹状領域及び屈折率相違領域１２の境界面上に、境界面領域ＢＳを形成してもよい。図１２（ａ）に示した境界面領域ＢＳは、干渉領域ＩＦを構成するコア材料と同一の屈折率、又は干渉領域ＩＦを構成するコア材料及び屈折率相違領域１２を構成するクラッド材料の間の屈折率を有する。
　図１１（ａ）に示した光導波路の変形例として、図１２（ｂ）に示した光導波路のように、凸状領域１４及び屈折率相違領域１２の境界面上、入射領域ＩＮ又は干渉領域ＩＦ及び屈折率相違領域１２の境界面上、並びに凹状領域及び屈折率相違領域１２の境界面上に、境界面領域ＢＳを形成してもよい。図１２（ｂ）に示した境界面領域ＢＳは、屈折率相違領域１２を構成するクラッド材料と同一の屈折率、又は干渉領域ＩＦを構成するコア材料及び屈折率相違領域１２を構成するクラッド材料の間の屈折率を有する。
　図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示した光導波路のように、光伝搬の方向と略平行及び略垂直な方向と異なる方向に表面を延ばす境界面領域ＢＳを、屈折率の異なる領域の間の境界面上に形成することにより、光が反射することを抑制することができ、またスラブ端に接続された入出力導波路に光が反射することを抑制することができる。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示した光導波路ではそれぞれ、境界面領域ＢＳの材料として、１種類の材料を用いているが、複数の種類の材料を組み合わせて用いてもよい。
　図１１（ｂ）に示した各位相格子ＧＰ１は、屈折率相違領域１２と島状領域１５を具備する。屈折率相違領域１２は、光伝搬の方向と略垂直な方向に幅が広い領域及び幅が狭い領域を具備しており、各位相格子ＧＰ１全体に渡って一体となっている。幅が広い領域は、スラブ導波路１内に光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置され、斜線で示した領域と異なる屈折率を有する。幅が狭い領域は、斜線で示した領域及び島状領域１５により挟まれ、幅が広い領域と等しい屈折率を有し、隣接する幅が広い領域を連結している。
　屈折率相違領域１２の屈折率は、斜線で示した部分の屈折率より、大きくても小さくてもよい。屈折率が大きい領域と屈折率が小さい領域が光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置されることにより、各位相格子ＧＰ１を簡単に形成することができる。
　図１１（ｂ）に示した光導波路では、全位相格子ＧＰ１の島状領域１５の光伝搬方向幅の和は、図５に示したＬ１に設定される。図１１（ｂ）に示した光導波路では、島状領域１５は矩形形状であるが、任意の形状であってもよい。図１１（ｂ）に示した光導波路においても、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示した光導波路のように、境界面領域ＢＳを屈折率の異なる領域の間の境界面上に形成してもよい。
　図１０及び図１１に示した光導波路では、凸状領域１３、１４又は島状領域１５を、アレイ導波路２の延長線上に形成しているが、光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接するアレイ導波路２の間の延長線上に形成してもよい。また、図１３に示した光導波路のように、光に位相差を与えることができるならば、凸状領域１３、１４又は島状領域１５を、アレイ導波路２の延長線上及び光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接するアレイ導波路２の間の延長線上に形成してもよい。図１３（ａ）に示した光導波路では、凸状領域１３、１４が光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接するアレイ導波路２の間の延長線上に形成され、島状領域１５がアレイ導波路２の延長線上に形成される。図１３（ｂ）に示した光導波路では、凸状領域１３が光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接するアレイ導波路２の間の延長線上に形成され、凸状領域１４がアレイ導波路２の延長線上に形成される。
（実施形態４）
　実施形態４では、実施形態１－３で説明した光導波路を備えるアレイ導波路回折格子を説明する。アレイ導波路回折格子では、１本以上の第１の入出力導波路、第１のスラブ導波路、複数のアレイ導波路、第２のスラブ導波路及び１本以上の第２の入出力導波路が、この順序で接続される。第１のスラブ導波路と複数のアレイ導波路は、それぞれスラブ導波路１とアレイ導波路２として、実施形態１－３で説明した光導波路を構成する。
　第１のスラブ導波路には、複数の波長の光が伝搬されるが、図１及び図２におけるλとして、複数の波長のうち任意の波長が選択される。この任意の波長は、例えば複数の波長のうち中心の波長などである。この任意の波長のもとで、実施形態２で説明した設計方法及び実施形態３で説明した製造方法が適用される。
　回折格子は、第１のスラブ導波路に配置されるのみならず、第２のスラブ導波路にも配置されてもよい。また、回折格子は、第１のスラブ導波路にのみ配置され、特許文献１－４の遷移領域又は特許文献５の傾斜部が、第２のスラブ導波路に配置されてもよい。
　本発明に係る光導波路及びアレイ導波路回折格子は、波長分割多重方式を利用する光の損失が低い光ファイバ通信に利用することができる。
１：スラブ導波路
２：アレイ導波路
１１：屈折率相違領域
１２：屈折率相違領域
１３：凸状領域
１４：凸状領域
１５：島状領域
ＧＰ：位相格子
ＳＰ：自己像
ＩＮ：入射領域
ＩＦ：干渉領域
ＢＳ：境界面領域

Claims (6)

  1. 　光伝搬の方向と略平行な方向に間隔を置いて配置された、伝搬される光を回折させる複数の位相格子、及び光伝搬の方向と略平行な方向に前記複数の位相格子と交互に配置された、前記複数の位相格子において回折された光を干渉させる複数の干渉領域を有するスラブ導波路と、
    　前記複数の位相格子が一体の位相格子として形成する自己像の明干渉部分の位置でかつ前記スラブ導波路の端部に、端部が接続されるアレイ導波路と、
    を備えることを特徴とする光導波路。
  2. 　前記一体の位相格子が入射光に対して与える位相差が略９０度であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
  3. 　前記一体の位相格子が入射光に対して与える位相差が略１８０度であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
  4. 　前記複数の位相格子は、前記スラブ導波路内に光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置された、前記スラブ導波路内の他の領域と異なる屈折率を有する屈折率相違領域を具備することを特徴とする請求項１から請求項３に記載のいずれかの光導波路。
  5. 　光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接する前記屈折率相違領域は、前記屈折率相違領域と等しい屈折率を有する領域で連結されており、前記屈折率相違領域は、各位相格子全体に渡って一体となっていることを特徴とする請求項４に記載の光導波路。
  6. 　１本以上の第１の入出力導波路と、
    　前記第１の入出力導波路の端部に前記スラブ導波路の前記アレイ導波路と反対側の端部が接続された請求項１から請求項５に記載のいずれかの光導波路と、
    　前記アレイ導波路の前記スラブ導波路と反対側の端部に接続された第２のスラブ導波路と、
    　前記第２のスラブ導波路の前記アレイ導波路と反対側の端部に接続された１本以上の第２の入出力導波路と、
    　を備えることを特徴とするアレイ導波路回折格子。
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