WO2014041821A1 - 光合分波器 - Google Patents

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WO2014041821A1
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demultiplexer
slab
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小熊　学
小川　育生
土居　芳行
伊東　雅之
高橋　浩
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • G02B6/12021—Comprising cascaded AWG devices; AWG multipass configuration; Plural AWG devices integrated on a single chip
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/03—WDM arrangements
    • H04J14/0307—Multiplexers; Demultiplexers

Definitions

  • the present invention relates to an optical multiplexer / demultiplexer that functions as an optical filter of a compact optical transmitter / receiver that performs optical communication. More particularly, the present invention relates to an optical multiplexer / demultiplexer used for an optical communication device required for connection within a data center and between data centers.
  • Ethernet communication capacity is an urgent issue.
  • IEEE 802.3ba non-patent document 1
  • the range of several tens of meters to several tens of kilometers in transmission distance corresponds to the distance required for connection within the data center and between the data centers, and attracts attention from the size of the potential demand.
  • the use of optical communication is recommended because the attenuation of electrical signals is large in the range exceeding several tens of meters, and in terms of economics, a multilane transmission method that can avoid frequent use of high speed LSI (Large Scale Integration) Recommended.
  • LAN-WDM Local Area Network Wavelength Division Multiplexing
  • CoWDM Common Wavelength Division Multiplexing
  • Optical transceiver that is responsible for the realization of these transmission methods in the place closest to the physical medium.
  • Optical transceivers generally control and monitor each part, including a connector unit for input and output of optical signals and electric signals, and TOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly) and ROSA (Receiver Optical Sub-Assembly) for photoelectric conversion. It comprises an electronic circuit to be performed and an electronic circuit that performs signal conversion as required.
  • TOSA Transmitter Optical Sub-Assembly
  • ROSA Receiveiver Optical Sub-Assembly
  • ROSA Receiveiver Optical Sub-Assembly
  • ROSA optical filter for separating multi-lane signals divided into four 1.3 ⁇ m bands, four PDs (Photo Diodes), and further in proximity to PDs.
  • TIA Trans-impedance Amplifier
  • Non-Patent Document 2 there is a report of ROSA created using an optical module mounted with four small TFF (Thin Film Filter) and a total reflection mirror as a four-channel demultiplexing optical filter.
  • the ROSA reported in this document achieves the extremely small module size as a result of the combination of TFF pieces and mounting technology.
  • manufacture becomes more difficult, and it is not easy to achieve both size reduction and price reduction.
  • Arrayed Waveguide Grating which is a multi-channel optical filter created with silica-based PLC (Planar Lightwave Circuits), is excellent in mass productivity and reliability as well as wavelength demultiplexing characteristics. Because of this, they are widely used in telecommunications transmission equipment. In addition, especially when the number of channels is large or miniaturization is required, the number of manufacturing steps is smaller than that of an optical filter in which TFFs are arranged, and the required mechanical accuracy (TFF installation accuracy and waveguide Since the tolerance of the exposure accuracy) is large, there is a feature that economic efficiency and mass productivity are excellent.
  • FIG. 1 schematically shows a conventional arrayed waveguide grating type optical filter.
  • the arrayed waveguide grating type optical filter is constituted by slab waveguides 1 and 2, an arrayed waveguide group 3, an input waveguide 4 and an output waveguide 5.
  • the connection point with the slab waveguides 1 and 2 is an input of the slab waveguides 1 and 2.
  • the arrayed waveguide group 3 is formed by sequentially connecting the straight waveguides 3a, the arc waveguides 3c, and the straight waveguides 3b.
  • the convex direction of the arc of the arc waveguide 3c is only one direction in the case of FIG. 1 and only upward in the case of FIG.
  • the waveguide of the if the lengths of the straight waveguide 3a and the straight waveguide 3b and the radius of the arc waveguide 3c are properly selected, all adjacent waveguides are different in length by a certain amount (d 0 )
  • the arrayed waveguide group 3 can be arranged.
  • the difference (d 0 ) in the length of adjacent waveguides of the arrayed waveguide group 3 is the parameter ( ⁇ 0 : central wavelength, n g : group refractive index, FSR) of the arrayed waveguide grating type optical filter. : Free spectral range) and the following equation (1).
  • d 0 is referred to as a waveguide length difference
  • d 0 ⁇ n e obtained by multiplying the effective refractive index n e of the waveguide is referred to as an optical path length difference.
  • Wavelength interval ⁇ maximum number of channels ⁇ 0 2 / (d 0 ⁇ n g ) FSR (1)
  • the waveguide length difference d 0 needs to be set short, but when the waveguide length difference d 0 is extremely short, in the arrayed waveguide group 3 described above The upper waveguide and the lower waveguide contact or intersect, which makes it difficult to operate the arrayed waveguide grating optical filter properly. That is, in the first prior art, there is a lower limit to the waveguide length difference that can be set due to geometrical limitations, so in the design method according to the first prior art setting the optical path length difference extremely short is geometrically Even if it can not be found or realized, the size of the circuit may become abnormally large.
  • Patent Document 1 discloses an arrayed waveguide grating type filter configured of an S-shaped optical waveguide which is a second conventional example.
  • FIG. 2 schematically shows an arrayed waveguide grating type optical filter according to a second prior art.
  • the arrayed waveguide grating type optical filter is composed of slab waveguides 1 and 2, an arrayed waveguide group 3, and a fan-shaped arc waveguide group 6.
  • the slab waveguides 1 and 2 are connected by an S-shaped array waveguide group 3, and the entire circuit configuration is substantially point-symmetrical.
  • this S-shaped optical waveguide the directions of the arcs of the left arc waveguide 3c and the right arc waveguide 3d are opposite to each other. Therefore, when the arc waveguide group 6 is omitted and the arc waveguide 3c and the arc waveguide 3d are directly connected, the waveguide lengths can be designed to be generally equal. That is, the S-shaped optical waveguide is configured to temporarily cancel the waveguide length difference required for geometrical arrangement at the inflection point, and to be zero (0).
  • the optical path length difference necessary for the filter operation is given by the fan-shaped arc waveguide group 6 inserted at the inflection point of the S-shaped optical waveguide.
  • the fan-shaped circular waveguide group 6 is composed of circular waveguides having the same center point, the same opening angle, the constant interval, and the radius increased by a fixed amount. Since the optical path length difference of this circuit is determined by the waveguide difference (radius difference ⁇ opening angle) between the waveguides of the fan-shaped circular waveguide group 6, the wide FSR, that is, the optical path length difference is extremely short, The desired circuit can be designed.
  • FIG. 3 is a schematic view of an arrayed waveguide grating type optical filter according to a third prior art.
  • a third prior art example is an arrayed waveguide grating type filter composed of waveguides that are substantially line symmetric (see Patent Document 2).
  • the arrayed waveguide grating type optical filter includes slab waveguides 1 and 2, arrayed waveguide group 3, input waveguide 4 and output waveguide 5, and fan-shaped circular waveguide group 6. Is equipped.
  • the left portion of the arrayed waveguide group 3 is composed of an arrayed waveguide group 3g formed by sequentially connecting the straight waveguide 3a, the arc waveguide 3c, and the respective waveguides of the straight waveguide 3e.
  • the portion on the right side among 3 is composed of an arrayed waveguide group 3h formed by sequentially connecting the linear waveguide 3f, the circular waveguide 3d, and the linear waveguide 3b.
  • the difference in length between the adjacent upper waveguide and the lower waveguide is the same as in the first conventional example design method described with reference to FIG.
  • the length of each linear waveguide and the radius of each circular waveguide it is possible to design constant.
  • the convex directions of the arcs of the arc waveguide 3c and the arc waveguide 3d are all upward, the upper waveguide is necessarily longer than the lower waveguide. That is, the waveguide length difference can not be made zero only by the arrayed waveguide group 3g and the arrayed waveguide group 3h in which the convex directions of the arcs are equal.
  • the degree of freedom of combination of arc waveguides is different as compared with the design method according to the second prior art described with FIG. Therefore, it may be possible to design an AWG with a smaller circuit size.
  • Patent No. 2693354 Patent No. 3222810
  • Non-Patent Document 3 the external dimensions of the module discussed as CFP 4 are extremely small, about 9.5 ⁇ 21.7 ⁇ 88 mm (CFP: an abbreviation for 100 G Form-factor Pluggable. C represents 100 in Roman numerals).
  • CFP an abbreviation for 100 G Form-factor Pluggable.
  • C represents 100 in Roman numerals.
  • ROSA and TOSA must be arranged in parallel in a module of this size, and further electronic circuits etc. required for the transceiver must be arranged in series, this is acceptable for ROSA alone and also for the optical filter incorporated in ROSA. Space is extremely small.
  • the output fanout portion for coupling to individual PDs is The size is strongly dependent also on the PD interval (or the terminal interval of TIA connected to PD), and there is a problem that sufficient miniaturization can not be achieved only by increasing ⁇ .
  • the specifications recommended by the IEEE include not only the channel spacing of the optical wavelength but also the wavelength bandwidth in each channel. Therefore, it is necessary to secure the transmission wavelength bandwidth of the optical filter.
  • the transmission wavelength bandwidth is expanded when the output waveguide is a multimode waveguide (Non-patent Document 4)
  • the minimum bending radius of the multimode waveguide is larger than that of a single mode waveguide. Therefore, in the AWG according to the conventional design method, there is a problem that the size of the output fanout portion (expanded portion) also takes a large space in the circuit layout.
  • optical transceivers for Ethernet are often used for connections within data centers and between data centers, optical transceivers for Ethernet are far superior to optical transceivers for telecommunications because they compete with inexpensive transceivers for electrical signals. Cost reduction is needed.
  • the optical filter used for ROSA needs to be optically coupled on the input side via an optical cable connector and an optical component called a receptacle, and on the output side is optically coupled to four PDs via an optical lens.
  • the simplest method of alignment is to insert the light of the signal light wavelength to be actually used from the above-mentioned optical cable, pass through the member for receptacle, the optical filter, the optical lens, and PD in order, and then the electrical output from the PD It is a method of mass-centering all parts at once while monitoring.
  • this method requires a very complex multi-body aligning device, and there is a problem that the cost becomes extremely large.
  • the PD, the optical filter, and the optical fiber that are optically connected to each other must be selected from different materials that have large differences in refractive index, reflection occurs at material boundaries. Furthermore, when a lens system is used to increase the coupling efficiency of each light coupling, an additional air layer is generated due to the air layer entering on each lens surface. In order to improve the reception S / N, it is general to apply an anti-reflection film for telecom applications, but for Ethernet applications, there is a problem that it is desired to avoid an increase in cost associated with an increase in the number of processes.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and it is possible to function as an extremely small AWG type optical filter which can constitute a small and inexpensive ROSA module necessary for realizing a high-speed Ethernet transceiver.
  • the purpose is to provide a waver.
  • Another object is to suppress the manufacturing cost of the ROSA module due to the circuit and chip shape added to the AWG type optical filter.
  • the invention described in the embodiment comprises at least one input waveguide having an input at one end, and a first slab waveguide having one end connected to the other end of the input waveguide.
  • a group of arrayed waveguides comprising a waveguide and a plurality of waveguides connected at one end to the other end of the first slab waveguide, and a second slab connected at one end to the other end of the arrayed waveguide group A waveguide, and at least one output waveguide connected at one end to the other end of the second slab waveguide and having an output at the other end, each waveguide of the arrayed waveguide group being conducted It has a first curved portion in which the extension direction of the waveguide changes by 180 degrees or more and a second curved portion in which the extension direction of the waveguide changes by 180 degrees or more in the opposite direction to the first curved portion. It is an optical multiplexer / demultiplexer to be
  • FIG. 7 is a waveguide layout diagram of an arrayed waveguide grating type optical filter for CWDM signal four-channel demultiplexing designed in the first embodiment.
  • FIG. 16 is a waveguide layout diagram of an arrayed waveguide grating type optical filter for CWDM signal four-channel demultiplexing designed in the second conventional example.
  • FIG. 18 is a waveguide layout diagram of an arrayed waveguide grating type optical filter for four channels of CWDM signals designed in the third prior art example.
  • FIG. 7 is a waveguide layout diagram of an arrayed waveguide grating type optical filter for LAN-WDM signal demultiplexing with aligned waveguides designed in a second embodiment. The first step in the process of aligning the input side member (receptacle) and the output side member (PD array etc.) to the arrayed waveguide grating optical filter with aligned waveguide designed in the second embodiment will be described It is a figure to do.
  • the second step in the operation of aligning the input side member (receptacle) and the output side member (PD array etc.) to the arrayed waveguide grating type optical filter with aligned waveguide designed in the second embodiment It is a figure to do.
  • the third step in the work of aligning the input side member (receptacle) and the output side member (PD array etc.) in the arrayed waveguide grating type optical filter with aligned waveguide designed in the second embodiment will be explained It is a figure to do.
  • the optical multiplexer / demultiplexer comprises at least one input waveguide, a first slab waveguide connected to the input waveguide, and a plurality of parallel waveguides connected to the first slab waveguide.
  • Array waveguide grating type comprising an arrayed waveguide group, a second slab waveguide connected to the arrayed waveguide group, and at least one output waveguide connected to the second slab waveguide.
  • each waveguide of the arrayed waveguides connected to the first slab changes the extension direction of each waveguide by 180 degrees or more, and then the extension direction of the waveguides in the opposite direction is 180 degrees It is equipped with the structure connected to the 2nd slab in the latter part which changed as mentioned above.
  • the “stretching direction of the waveguide” can be said to be equal to the optical axis direction of light guided in the waveguide.
  • the arrayed waveguide group has the following configurations (1) to (3).
  • Each waveguide of the arrayed waveguide group comprises a first portion and a second portion, and the first portion is formed from the output end of the input slab waveguide (first slab waveguide) Up to the connection point of the second portion, the optical path is bent 180 degrees or more in the first direction from the emission end, and the second portion is connected to the output slab waveguide from the connection point of the first portion Up to the incident end of (the second slab waveguide), the optical path is bent from the connection point in a second direction opposite to the first direction by 180 degrees or more.
  • the “curved” optical path does not necessarily mean that all parts of the optical path are bent, and also includes an aspect having a portion where the curvature of the optical path is zero.
  • Each waveguide of the arrayed waveguide group includes a first portion and a second portion, and the first portion is a connection point of the output end of the input slab waveguide to the second portion Up to an arc waveguide curved in a first direction by 180 degrees or more, and the second portion is opposite to the first direction from the connection point of the first portion to the incident end of the output slab waveguide And an arc waveguide curved at least 180 degrees in the second direction of
  • the “arc waveguide” does not necessarily mean that all parts of the waveguide are bent, and also includes an aspect having a part where the waveguide has a curvature of 0.
  • Each waveguide of the arrayed waveguide group includes a first arc waveguide and a second arc waveguide, and the first arc waveguide is a first waveguide from the output end of the input slab waveguide.
  • the second arc waveguide is connected to the second arc waveguide, and the second arc waveguide is connected to the first arc waveguide at a point opposite to the first direction from the connection point with the first arc waveguide. Curved by 180 degrees or more in the direction 2 and connected to the input end of the output slab waveguide.
  • Each arrayed waveguide connected to the first slab waveguide is connected to the second slab after the extension direction of the waveguide is once changed by 180 degrees or more and further changed by 180 degrees or more in the opposite direction.
  • connection point between the input waveguide and the first slab waveguide and the second slab inside the right end and the left end of the region where the arrayed waveguide group consisting of a plurality of waveguides arranged in parallel is disposed.
  • the input waveguide and the first waveguide are disposed inward from the uppermost end and the lowermost end of a region in which the connection point between the waveguide and the output waveguide is arranged and the arrayed waveguide group consisting of a plurality of parallel waveguides is arranged.
  • the connection point with the slab waveguide and the connection point with the second slab waveguide and the output waveguide are arranged.
  • the aligning input waveguide reaching a third side different from the first side of the optical multiplexer / demultiplexer to which the input waveguide reaches and the second side to which at least one of the output waveguides reaches And an input waveguide for alignment is connected to the first slab waveguide, and one end of the plurality of output waveguides not connected to the second slab waveguide is connected to each other It is looped by being done.
  • One end of the alignment input waveguide is connected to one slab waveguide, and a loop waveguide is disposed in the other slab waveguide.
  • At least one or more of the input waveguides or the output waveguides or the alignment input waveguides reach the chip side with an inclination of 8 degrees or more from the perpendicular to the chip side.
  • FIG. 4 schematically shows an arrayed waveguide grating type optical filter according to this embodiment.
  • the arrayed waveguide grating type optical filter according to this embodiment includes a first slab waveguide 11, a second slab waveguide 12, an arrayed waveguide group 13, and an input waveguide 14. And an output waveguide 15.
  • the arrayed waveguide group 13 includes a straight waveguide 13a, an arc waveguide 13b, an arc waveguide 13c, a straight waveguide 13d, an arc waveguide 13e, an arc waveguide 13f, and a first waveguide length difference.
  • An arrayed waveguide group consisting of S-shaped waveguides formed by connecting the waveguides 13 k in tandem, and the total length of each S-shaped waveguide monotonously increases or decreases monotonously by a fixed value between adjacent waveguides. ing.
  • the length of each waveguide of the waveguides 17b may be zero, respectively.
  • Each of the S-shaped waveguides constituting the arrayed waveguide group 13 is orthogonal to the first reference line 18a from the first slab waveguide 11 through the linear waveguide 13a and the circular waveguide 13b, and the circular waveguide 13c and the straight waveguide 13d to be orthogonal to the second reference line 18b, to pass through the arc waveguide 13e to be orthogonal to the third reference line 18c, and to pass through the arc waveguide 13f to be orthogonal to the fourth reference line 18d
  • the S-shaped waveguides constituting the arrayed waveguide group 13 form an arc waveguide 13c and an arc when the propagation direction of the optical signal is set from the first slab waveguide 11 to the second slab waveguide 12
  • the waveguide 13e is convex to the right in the propagation direction
  • the arc waveguide 13f, the arc waveguide 13g, and the arc waveguide 13i are convex to the left in the propagation direction.
  • the sum of the opening angles of the arc waveguide 13c and the arc waveguide 13e and the sum of the opening angles of the arc waveguide 13f, the arc waveguide 13g, and the arc waveguide 13i are designed to be the same value. For this reason, the lengths of the S-shaped waveguides become approximately equal except for the first linear waveguide 17a for adjusting the length difference of the first waveguide and the second linear waveguide 17b for adjusting the length difference of the second waveguide.
  • the lengths of the linear waveguide 13 d and the linear waveguide 13 h are also different for each S-shaped waveguide. The difference in these lengths is due to the extension of the straight waveguide 13a crossing at the first reference point 19a and the extension of the straight waveguide 13k crossing at the second reference point 19b.
  • the opening angle 20a of the straight waveguide 13a centered on the first reference point 19a and the opening angle 20b of the straight waveguide 13k centered on the second reference point 19b are the input waveguide 11 and the output waveguide 14
  • the design gives values similar to the numerical aperture of.
  • the difference in total extension of the S-shaped waveguides adjacent to each other is within a few ⁇ m.
  • that amount is used to adjust the length of the first linear waveguide 17a for adjusting the waveguide length difference and the second waveguide length difference.
  • the total length of each S-shaped waveguide can be designed to be exactly zero by adjusting the length of the linear waveguide 17b of
  • the arrayed waveguide group 13 includes a first curved portion formed of waveguides from the first reference line 18a to the fifth reference line 18c, and a guide line 5c from the fifth reference line 18c to the second reference line 18f. And a second curved portion formed of a waveguide.
  • the first curved portion is a portion where waveguides constituting the arrayed waveguide group 13 are bent 180 degrees or more.
  • the second curved portion is a portion where the waveguides constituting the arrayed waveguide group 13 are bent 180 degrees or more in the opposite direction to the first curved portion.
  • the optical axis direction of the light guided in the arrayed waveguide group 13 changes by 180 degrees or more between the first reference line 18a and the fifth reference line 18c, and the fifth reference line 18c to the fifth reference line 18c Between the two reference lines 18f, the angle changes by 180 degrees or more in the opposite direction to the first curved portion.
  • the waveguide length difference d 0 is calculated using the above-mentioned equation (1) Of the length of the first straight waveguide 17a for adjusting the length difference of the first waveguide and the second length adjustment of the second waveguide so that the difference between the adjacent S-shaped waveguides becomes equal to the difference of the total extension.
  • the length of the linear waveguide 17b may be designed.
  • Wavelength interval ⁇ maximum number of channels ⁇ 0 2 / (d 0 ⁇ n g ) FSR equation (1)
  • ⁇ 0 is a central wavelength
  • n g is a group refractive index
  • FSR is a free spectral range.
  • FIG. 5 is a waveguide layout diagram of an arrayed waveguide grating type optical filter for CWDM signal 4-channel demultiplexing actually designed by the above-mentioned design method.
  • the waveguide used is a buried waveguide in which germanium is added to silica glass, the relative refractive index difference is 2%, the core height of the standard waveguide is 4 ⁇ m, and the core width is 4 ⁇ m.
  • the minimum bending radius in the 1300 nm band was 750 ⁇ m described above.
  • the wavelengths of the demultiplexed optical signals are set to 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm, and 1331 nm, and the FSR is set to 3250 GHz in order to reduce the difference in transmission loss between channels.
  • the waveguide length difference given between adjacent S-shaped array waveguides was 6.498 ⁇ m.
  • the waveguide widths of the input waveguide 14 and the output waveguide 15 are made different values. Specifically, the width of the input waveguide 14 connected to the first slab waveguide 11 is 8.0 ⁇ m, and the width of the four output waveguides 15 connected to the second slab waveguide 12 is 15 ⁇ m. did.
  • the minimum bending radius is set to 1200 ⁇ m because high-order mode light is also propagated to the output waveguide 15 having a width of 15 ⁇ m. Since the distance between the light receiving surfaces of the four PD arrays prepared was 250 ⁇ m, the distance between the output waveguides was 250 ⁇ m.
  • connection point between the second slab waveguide 12 and the output waveguide 15 is set to the array waveguide group 13. Were placed inside the right end and the left end of the area to be placed and inside the top end and the lowest end. That is, the connection point between the second slab waveguide 12 and the output waveguide 15 is taken from the chip side on which the waveguide is formed (indicated by a rectangular frame surrounding the waveguide in FIG. 5) from the arrayed waveguide group 13 The distance from the chip side to the second slab waveguide 12 is larger than the distance to the distance.
  • connection point between the first slab waveguide 11 and the input waveguide 14 is located at the inside of the right end and the left end of the region where the arrayed waveguide group 13 is disposed and the uppermost end. It was arranged to be inside the lower end. That is, the first slab waveguide from the chip side is closer to the connection point between the first slab waveguide 11 and the output waveguide 14 than the distance from the chip side where the waveguide is formed to the arrayed waveguide group 13. It arranges so that the distance to reach 11 becomes large.
  • the specific arrangement of the arrayed waveguide group 13 was designed according to the design method described using FIG.
  • the chip side is designed to reach the chip side with an inclination of 8 degrees from the vertical with respect to the chip side on the output side.
  • the chip side may be reached with an inclination of 8 degrees similarly to the chip side on the input side.
  • the chip size is as small as 8.2 mm in length and 4.9 mm in width. I was able to fit the AWG in my footprint.
  • connection point between the second slab waveguide 12 and the output waveguide 15 is located inside the right end and the left end of the region where the arrayed waveguide group 13 is disposed and inside the top end and the lowest end.
  • arranging the position of the output waveguide 15 at the chip end in the center of the chip is obtained as a secondary effect. If the position of the output waveguide 15 at the chip end can be made to be at the center of the chip, useless expansion space in the vertical direction is eliminated when mounting PDs and TIAs and extraction electrodes, so the module size of ROSA is finally reduced. It has the merit of being able to
  • FIG. 6 is a result of layout calculation of the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer having the same wavelength arrangement, for comparison, with the same waveguide structure by the design method of the second conventional example.
  • the arrayed waveguide group 13 of the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 6 is composed of S-shaped optical waveguides running in parallel, and has a substantially point-symmetrical structure as a whole.
  • the finished chip size was 11.8 mm long and 3.9 mm wide.
  • the chip width of 3.9 mm is narrower than the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG.
  • the chip width is larger than that of the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer according to the design method of the present invention.
  • the chip length of 11.8 mm is longer by about 44 mm than the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 5 according to the design method of the present invention by about 44%.
  • FIG. 7 is a result of layout calculation of an arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer having the same wavelength arrangement in the same waveguide structure by the design method of the third conventional example for comparison.
  • the arrayed waveguide group 13 of the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 7 has a substantially linearly symmetrical structure as a whole. In the central portion and both side portions of the arrayed waveguide group 13, the direction in which the arcs of the arc waveguides become convex is opposite to each other.
  • the finished chip size was 14.3 mm long and 3.1 mm wide.
  • the chip width could be as narrow as 4.1 mm even with the additional restriction of centering the position of the output waveguide 15 on the chip side.
  • the chip length 14.3 mm is 6.1 mm longer than the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 5 according to the design method of the present invention by about 75%.
  • An arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer according to the design method of the present invention shown in FIG. 5 an arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer according to the design method of the second conventional example shown in FIG.
  • Array waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer according to the third prior art design method The chip area of each is about 40 square mm, about 46 square, excluding the restriction that the position of the output waveguide is at the center of the chip mm, about 44 square mm.
  • the chip price is estimated from the yield per wafer, it is about 15% as compared with the first conventional optical multiplexer / demultiplexer by using the arrayed waveguide grating type multiplexer / demultiplexer according to the design method of the present invention. It has been found that the chip cost can be reduced by about 10% as compared with the second conventional optical multiplexer / demultiplexer.
  • the waveguides of the arrayed waveguide group change the extension direction by 180 degrees or more in the reverse direction after the extension direction is once changed by 180 degrees or more. Furthermore, the first slab waveguide and the second slab waveguide are disposed at the innermost end of the rightmost end and the leftmost end of the region where the arrayed waveguide group is disposed and the innermost end of the uppermost end and the lowermost end. As a result, a small chip size is realized.
  • the extension direction of the waveguide is changed by 180 degrees or more, and miniaturization is realized with low loss.
  • This is realized by using a waveguide that can endure sharper bending as compared to a normal silica glass waveguide (with a relative refractive index difference of 1% or less).
  • the minimum bending radius which can bend the waveguide is 2 mm or more. If it is sharply bent more than that, the transmitted light is not completely bent in the normal silica glass waveguide, and is emitted out of the waveguide as emitted light. Therefore, if a normal waveguide is used for sharp bending, the loss of the arrayed waveguide multiplexer / demultiplexer increases.
  • the minimum bending radius in a wavelength of 1300 nm band
  • the minimum bending radius can be sharply bent to 750 ⁇ m or less than that of a normal waveguide.
  • a low-loss arrayed waveguide multiplexer / demultiplexer is realized in a small configuration by changing the extension direction of the waveguide by 180 degrees or more. ing.
  • FIG. 8 is a waveguide layout diagram of an arrayed waveguide grating type optical filter for LAN-WDM signal demultiplexing with a waveguide for alignment designed in this embodiment.
  • the material and waveguide parameters of the waveguide used are the same as those of the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 5, but the wavelength of the optical signal to be branched is different.
  • the wavelengths of the four waves are 1295.56 nm, 130.05 nm, 1304.58 nm, and 1309.14 nm, and the FSR is set to 7830 GHz in consideration of the interchannel difference in transmission loss.
  • the waveguide length difference given between adjacent S-shaped array waveguides was 25.79 ⁇ m.
  • the waveguides of the input waveguide 14 and the output waveguide 15 are shown in order to make the flatness in the transmission region of the multiplexing / dividing characteristics appear. I made the width different. Specifically, the width of the input waveguide 14 connected to the first slab waveguide 11 is 8.0 ⁇ m, and the width of the four output waveguides 15 connected to the second slab waveguide 12 is 15 ⁇ m. did.
  • the minimum bending radius of the output waveguide with a width of 15 ⁇ m is 1200 ⁇ m, and the distance between the output waveguides 15 at the chip side is 250 ⁇ m.
  • the first slab waveguide 11 and the input waveguide 14 are connected similarly to the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG.
  • the connection point and the connection point between the second slab waveguide 12 and the output waveguide 15 are the inside of the right end and the left end of the region where the arrayed waveguide group 13 is disposed and the inside of the top end and the lower end. Arranged to be.
  • the first alignment alignment consisting of a single mode waveguide for aligning the optical lens array on both sides of the output waveguide 15 consisting of four multimode waveguides shown in FIG.
  • the optical input waveguide 32 for alignment is disposed on the upper side of the chip.
  • the aligning light input waveguide 32 is connected to the first slab waveguide 11 to which the input waveguide 14 of the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer is connected.
  • the second slab waveguide 12 to which the output waveguide 15 of the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer is connected has a loop-like guiding so that the optical signal input from the optical input waveguide 32 for alignment can be folded back.
  • the waveguide 33 was connected.
  • a third alignment light output waveguide 34 for alignment which is output to the lower side of the chip, is disposed beside the loop waveguide 33.
  • the output waveguide 15 disposed on the right side of the chip, one pair (two) 30 of the first alignment light output waveguides, and the second alignment light output The angle which each waveguide of one set (two) 31 of waveguides makes with the chip right side was set to 8 degrees.
  • the angle of the aligning light input waveguide 32 to the upper side of the chip and the angle of the third aligning light output waveguide 34 to the lower side of the chip are set to 8 degrees.
  • the AR (Anti-Reflection) coating for suppressing the reflection amount in the 1.3 band is applied to the end face of the right side of the chip, the angle formed by the input waveguide 14 with the left side of the chip is vertical here.
  • the wavelength of 1324.2 nm from the third alignment light output waveguide 34 on the lower side of the chip Light is output, and light of wavelength of 1287.8 nm and 1308.0 nm is often output from the first set of light output waveguides for alignment of light lenses and arrays, and PD array alignment is performed.
  • Light of wavelength of 1285.6 nm and 1310.28 nm is outputted from one set 31 of the second optical output waveguides for alignment, and an arrayed waveguide grating type optical filter in which members for receptacle are aligned and installed
  • the light having a wavelength of 1319.5 nm is output to the input waveguide 14 of Note that light is output to the input waveguide 14 through the following route.
  • light with a wavelength of 1319.5 nm passes through the first slab waveguide 11 and the second slab waveguide 12 and passes through the loop waveguide 33 again.
  • the light is input to the second slab waveguide 12 and output from the first slab waveguide 11 to the input waveguide 14.
  • 9A, 9B, 9C, and 9D show an arrayed waveguide grating type optical filter chip 35 for LAN-WDM signal demultiplexing with a waveguide for alignment shown in FIG. It is the schematic which showed the process of mounting the member 37 which accumulated the array, and the member 38 for receptacles.
  • a single core optical fiber The block 39 is temporarily fixed (FIG. 9A). More specifically, the outgoing light of the third optical output waveguide 34 for centering on the lower side of the optical filter chip 35 is received using the large aperture PD 36, and the optical filter chip 35 and a single core optical fiber block After performing two-piece alignment with 39, temporary fixation is performed. In the temporary fixing, after the assembly process, the single-core optical fiber block 39 can be removed using an adhesive with weak adhesion or bonding conditions. In addition, since the end face of the one-core optical fiber block 39 used here is polished at 8 degrees, it is possible to perform optical coupling while suppressing the loss and reflection at the upper side of the chip to a small value.
  • the fourth step when light having wavelengths of 1285.6 nm and 1310.28 nm is input to the optical input waveguide 32 for centering on the upper side of the chip through the temporarily fixed one-core optical fiber block 39, the second Light is output from the alignment light output waveguide 31.
  • the output light is used to align the member 38 in which the PD array is accumulated with a two-body aligning device, and after the alignment is completed, adhesive fixation is performed. (FIG. 9D)
  • the light from the light input waveguide for alignment is connected to the first slab waveguide at the third chip side different from the input and output, and the loop waveguide is connected to the second slab waveguide.
  • the loop waveguide is connected to the second slab waveguide.
  • GRIN GRadient INdex
  • AR Anti Reflection
  • FIGS. 9A, 9B, 9C, and 9D eight GRIN (GRadient INdex) lenses are aligned and fixed as the light lens array 36, and then the end face is polished at 8 degrees. The thing was used. Of the both end faces of the light lens array 36, AR (Anti Reflection) coating is applied on the PD array side, but AR coating is omitted on the light filter chip 35 side, and only polishing is performed. Also, in the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention shown in FIGS.
  • the AR coating is omitted on the end face on which the light lens array 36 is mounted, and only polishing is performed. Further, for bonding between the light filter chip 35 and the light lens array 36, an adhesive whose refractive index after curing substantially matches that of quartz glass was used.
  • the AR coat was omitted in the chip upper side with the end of the alignment input waveguide 32 used during alignment and the chip underside with the end of the alignment input waveguide 34, and polishing was performed only.
  • the amount of return loss measured from the boundary between the light filter chip 35 and the light lens array 36 mounted in this manner was 40 dB or more. That is, if the arrayed waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention is used, it becomes possible to eliminate the execution of AR coating, which causes the cost increase, by increasing the number of processes up to four times. As a result, it is possible to provide a cheaper ROSA.
  • the above effect can be obtained similarly between the optical filter chip 35 and the receptacle member 37.
  • FIG. 10 shows the mounting described with FIG. 9A, FIG. 9B, FIG. 9C and FIG. 9D to an arrayed waveguide grating type optical filter for LAN-WDM signal demultiplexing with a waveguide for alignment described with reference to FIG. It is a figure which shows the wavelength dependency of the light reception sensitivity of the ROSA module which mounted the member 37 for receptacles, the optical lens array 36, and the member 38 which integrated the PD array by the method.
  • the size of the optical filter chip 35 is small with a length of 8.2 mm and a width of 4.9 mm, it can be seen that it satisfies sufficient demultiplexing characteristics.
  • optical multiplexer / demultiplexer used as ROSA was mentioned as the example and demonstrated, it is not limited to this, The optical multiplexer / demultiplexer can also be used as TOSA from the symmetry of light.

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Abstract

　高速なイーサネット（登録商標）用トランシーバを実現するのに必要な小型で安価な送受信モジュールを作成するために、極めて小さなＡＷＧ型光フィルタとして機能する合分波器を提供すること。一端に入力部を有する少なくとも１本の入力導波路と、一端が前記入力導波路の他端に接続された第１のスラブ導波路と、一端が前記第１のスラブ導波路の他端に接続された複数本の導波路を有するアレイ導波路群と、一端が前記アレイ導波路群の他端に接続された第２のスラブ導波路と、一端が前記第２のスラブ導波路の他端に接続され、他端に出力部を有する少なくとも１本の出力導波路とを備え、前記アレイ導波路群の各導波路は、導波路の延伸方向が１８０度以上変化する第１の曲部と、該第１の曲部とは逆方向に導波路の延伸方向が１８０度以上変化する第２の曲部とを有することを特徴とする光合分波器。

Description

光合分波器
　本発明は光通信を行う小型光送受信器の光フィルタとして機能する光合分波器に関する。さらに詳細には、データセンター内およびデータセンター間の接続に必要な光通信装置に使われる光合分波器に関する。
　インターネットの進展、特にクラウドへの期待からイーサ系の通信容量拡大が喫急の課題になっている。次世代の高速４０Ｇ／１００Ｇイーサネット（登録商標）規格として、２０１０年にＩＥＥＥ８０２．３ｂａ（非特許文献１）がリリースされ、議論が行われている。特に伝送距離で数十ｍから数十ｋｍという範囲は、データセンター内およびデータセンター間の接続に必要な距離に相当し、潜在需要の大きさから注目を集めている。この規格では数十ｍを超える範囲では電気信号の減衰が大きいことから光通信使用が推奨され、また経済性に鑑みて、高速なＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の多用を回避できるマルチレーン伝送方式が推奨されている。特に数百ｍ以上の伝送距離用には１．３μｍ帯のＬＡＮ－ＷＤＭ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）あるいはＣＷＤＭ（Ｃｏｕｓｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）という波長配置での４波の波長多重方式が推奨されている。
　これらの伝送方式の実現を、最も物理媒体に近いところで担っているのが光トランシーバである。光トランシーバは、一般に、光信号と電気信号の入出力を担うコネクタ部と、光電変換を担うＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｕｂ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ）およびＲＯＳＡ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｕｂ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、さらに各部の制御や監視を行う電子回路と、必要に応じ信号変換をする電子回路とから構成されている。さらに、これらの伝送方式で使われるＲＯＳＡには、１．３μｍ帯の４波に分かれたマルチレーンの信号を分波する光フィルタと、４つのＰＤ（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ）、さらにはＰＤに近接してＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等が実装される。たとえば、小さなＴＦＦ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｆｉｌｔｅｒ）４片と全反射ミラーとを実装した光学モジュールを４ｃｈ分波光フィルタとして用いて作成したＲＯＳＡの報告がある（非特許文献２参照）。この文献で報告されたＲＯＳＡは、ＴＦＦの小片と実装技術の粋を尽くした結果、極めて小型なモジュールサイズを実現している。しかし複数のＴＦＦを用いた光モジュールの作製は、多チャネル化や小型化を推し進めようとすればするほど製造が難しくなり、小型化と低価格化との両立は容易ではなくなる。
　一方、石英系ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）で作成した多チャネル光フィルタであるアレイ導波路格子型光フィルタ（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ　）は、波長分波特性だけでなく量産性や信頼性に優れているため、テレコム系の伝送装置で広く使われている。また、特にチャネル数が多い場合や小型化が求められる場合は、ＴＦＦを並べた光フィルタに比べて、製造工程数が少ないことと、また、必要とされる機械精度（ＴＦＦ設置精度と導波路露光精度）のトレランスが大きいこととから、経済性や量産性が優れるという特徴がある。
　しかし、かつてはＡＷＧにも課題があった。ＡＷＧの開発当初は、数１０ｎｍ以上のチャネル間隔のＡＷＧを設計するとチップサイズが大型になるという問題があった。しかし、アレイ導波路配置の工夫により制約は大きく緩和されたため、現在ではチャネル間隔１００ｎｍ以上のＡＷＧも容易に実現できるようになった（特許文献１、２参照）。
　ＡＷＧの設計方法について、まず、第１の従来例について図１を用いて説明する。図１は、従来のアレイ導波路格子型光フィルタの概略を示す。図１に示すように、アレイ導波路格子型光フィルタは、スラブ導波路１、２と、アレイ導波路群３と、入力導波路４および出力導波路５とにより構成される。ここで、アレイ導波路格子型光フィルタを適切に動作させるには、スラブ導波路１、２を結ぶ導波路群において、スラブ導波路１、２との接続点がスラブ導波路１、２の入出力導波路側の焦点から放射状に引ける直線の延長線上にあり、かつ、互いに隣接するすべての導波路は、長さがある一定量（ｄ0）だけ異なっており、かつ、長さが単調に増加または減少していることが必要である。
　図１に示したアレイ導波路格子型フィルタでは、アレイ導波路群３は、直線導波路３ａと、円弧導波路３ｃと、直線導波路３ｂとの各導波路を順次接続してなる。ここで、第１の従来例では円弧導波路３ｃの円弧の凸の方向を一方向のみ、図１の場合は上方向のみであるため、アレイ導波路群３の下方の導波路に対し、上方の導波路が長くなる。しかし、直線導波路３ａと直線導波路３ｂの長さと、円弧導波路３ｃの半径とを適切に選べば、隣接するすべての導波路は、長さがある一定量（ｄ0）だけ異なるように、アレイ導波路群３を配置することが可能である。
　一方、上記アレイ導波路群３の隣接する導波路の長さの差（ｄ0）、は、アレイ導波路格子型光フィルタの各パラメータ（λ0：中心波長、ｎg：群屈折率、ＦＳＲ：フリースペクトラルレンジ）と下記式（１）に示す関係がある。なお、以下、ｄ0を導波路長差と呼び、導波路の有効屈折率ｎeを乗じたｄ0×ｎeを光路長差と呼ぶ。
　波長間隔×最大チャンネル数＜λ0 2／（ｄ0×ｎg）＝ＦＳＲ・・・式（１）
　所要の波長間隔が広いか若しくは多数のチャンネル数が必要な場合、導波路長差ｄ0を短く設定する必要があるが、導波路長差ｄ0が極めて短い場合、上記アレイ導波路群３において、上方の導波路と下方の導波路とが接触、あるいは交差してしまい、アレイ導波路格子型光フィルタを適切に動作させることが困難になる。すなわち、上記第１の従来技術では幾何学的制約から、設定できる導波路長差には下限があるため、第１の従来例による設計方法では光路長差を極めて短く設定することは幾何学的に見出せないか、または実現できても回路の大きさが異常に大きくなる場合がある。
　このようなデバイスを導波路型で実現しようとすると、使用可能な基板材料の大きさには一定の限界があるので、回路の大きさがこれを超える場合には、このようなデバイスを製造することは事実上不可能となる。したがって、光路長差を極めて短く設定する必要がある広ＦＳＲのアレイ導波路格子、すなわち、分離・合波する波長間隔が広いか、またはチャネル数の多いアレイ導波路格子は、この構成をとることが難しかった。
　次に、第２の従来例について図２を用いて説明する。なお、特許文献１には、第２の従来例であるＳ字光導波路から構成されるアレイ導波路格子型フィルタが開示されている。図２は、第２の従来例であるアレイ導波路格子型光フィルタの概略を示す。図２中、アレイ導波路格子型光フィルタは、スラブ導波路１、２と、アレイ導波路群３と、扇型円弧導波路群６とにより構成されている。
　図２に示すように、スラブ導波路１、２は、Ｓ字状のアレイ導波路群３によって接続されており、全体の回路構成はほぼ点対称となっている。このＳ字状の光導波路は、左の円弧導波路３ｃと右の円弧導波路３ｄの円弧の向きが逆向きである。したがって、上記円弧導波路群６を省いて円弧導波路３ｃと円弧導波路３ｄを直接接続した場合に、各導波路長が総じて等しくなるように設計することができる。すなわち、Ｓ字光導波路は変極点で幾何学的配置上必要となる導波路長差を一旦相殺し、零（０）となるように構成している。
　図２に示す従来例では、フィルタ動作上必要な光路長差は、上記Ｓ字光導波路の変極点に挿入された扇型円弧導波路群６によって与えられている。この扇型円弧導波路群６は、同一の中心点を持ち、かつ開き角が同一、かつ間隔が一定で、かつ半径が一定量だけ増加する円弧導波路から構成されている。この回路の光路長差は、扇型円弧導波路群６の導波路間の導波路差（半径差×開き角）で決定されるために、広ＦＳＲ、すなわち、光路長差が極めて短くとも、所望の回路を設計できる。
　ところが、この図２のような構成では、導波路がＳ字状構造によって点対称で配置されるため回路の長さＬが大きくなる、という問題がある。したがって、回路の大きさが有効な基板の大きさを超えてしまうか、または仮に基板上に配置できたとしても一枚の基板に配置できる回路数が少なくなってしまう、という欠点がある。
　次に、第３の従来例について図３を用いて説明する。図３は第３の従来例であるアレイ導波路格子型光フィルタの概略である。第３の従来例は、ほぼ線対称である導波路群から構成されるアレイ導波路格子型フィルタである（特許文献２参照）。図３に示すように、アレイ導波路格子型光フィルタは、スラブ導波路１、２と、アレイ導波路群３と、入力導波路４および出力導波路５と、扇型円弧導波路群６とを備えている。特にアレイ導波路群３のうち左側の部分は直線導波路３ａと円弧導波路３ｃと直線導波路３ｅとの各導波路を順次接続してなるアレイ導波路群３ｇから構成され、アレイ導波路群３のうち右側の部分は直線導波路３ｆと円弧導波路３ｄと直線導波路３ｂとの各導波路を順次接続してなるアレイ導波路群３ｈから構成される。
　アレイ導波路群３ｇとアレイ導波路群３ｈとにおいて、隣接する上方の導波路と下方の導波路との長さの差は、図１を用いて説明した第１の従来例設計方法と同じく、各直線導波路の長さと各円弧導波路の半径とを適切に選択すれば一定に設計することが可能である。しかし、円弧導波路３ｃと円弧導波路３ｄの円弧の凸の方向が全て上向きであるので、下方の導波路に対し上方の導波路は必ず長くなる。すなわち、円弧の凸の方向が等しいアレイ導波路群３ｇとアレイ導波路群３ｈだけでは、導波路長差をゼロにすることはできない。
　しかし図３において扇型円弧導波路６の円弧の凸の方向が円弧導波路３ｃと円弧導波路３ｄとは逆向きであるので、同一の中心点を持ちかつ開き角が同一かつ間隔が一定でかつ半径が一定量だけ増加する円弧導波路から構成された扇型導波路群６の開き角と円弧の半径とを適切に選択すれば導波路長差を一旦相殺し、零となるように構成することが可能になる。その後、扇型導波路の開き角を必要量増加あるいは減少させることにより、アレイ導波路群３の導波路長差を、ＦＳＲの広いＡＷＧが必要とする値に容易に設定することが可能になる。図３を用いて説明した第３の従来例による設計法でＡＷＧを設計した場合、図２を用いて説明した第２の従来例による設計法に比べて、円弧導波路の組み合わせ自由度が異なるので、回路サイズがより小さなＡＷＧが設計可能になる場合がある。
特許第２６９３３５４号公報 特許第３２２２８１０号公報
ＩＥＥＥ　Ｓｔｄ　８０２．３ｂａ－２０１０　　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｅｅｅ８０２．ｏｒｇ／３／ｂａ／ Ｋ．　Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ，　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｂｕｉｌｔ－ｉｎ　Ｏｐｔｉｃｓ　ｆｏｒ　４ｃｈ－ＷＤＭ　ＲＯＳＡ　ｉｎ　１００Ｇｂｐｓ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ"，　ＯＥＣＣ２０１０ ＣＦＰ　Ｍｕｌｔｉ－Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ　　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｆｐ－ｍｓａ．ｏｒｇ／ Ｓ．　Ｋａｍｅｉ，　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｌｏｗ－ｌｏｓｓ　ａｎｄ　ｆｌａｔ／ｗｉｄｅ－ｐａｓｓｂａｎｄ　ＣＷＤＭ　ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ｓｉｌｉｃａ－ｂａｓｅｄ　ＡＷＧ　ｗｉｔｈ　ｍｕｌｔｉ－ｍｏｄｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ"，　ＴｕＩ２　ＯＦＣ２００４
　しかし光トランシーバは、ＩＥＥＥの勧告の他にも、ＭＳＡ（Ｍｕｌｔｉ　Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）と呼ばれる業界標準によって寸法、ピン配置等が規定されていて、４０Ｇ／１００Ｇイーサネット用の光トランシーバでは小型化・省電力化が強く求められている（非特許文献３）。特にＣＦＰ４として議論されているモジュールの外寸は、約９．５×２１．７×８８ｍｍと極めて小型である（ＣＦＰ：１００Ｇ　Ｆｏｒｍ－ｆａｃｔｏｒ　Ｐｌｕｇｇａｂｌｅの略。Ｃはローマ数字で１００を表す。）。そのうえ、この寸法のモジュール内にＲＯＳＡとＴＯＳＡとを並列に、さらにはトランシーバに必要な電子回路等を直列に配置しなければならないため、ＲＯＳＡ単体さらにはＲＯＳＡに内蔵される光フィルタに許容されるスペースは極めて小さい。
　ＩＥＥＥが勧告するＬＡＮ－ＷＤＭやＣＷＤＭのようなチャネル間隔が広い波長範囲を合分波するＡＷＧを設計することは、扇型円弧導波路群の使用により可能にはなったが、作製可能なＡＷＧは回路形態が細長く、ＣＦＰ４などのモジュールに収めるには、回路形態を短尺化してＡＷＧ自体のサイズをさらに小さくする必要があるという問題があった。
　導波路の比屈折率差（Δ）を高くして最小曲げ半径を小さくすることにより、ＡＷＧ本体の回路サイズをある程度小さくすることは可能だが、個別のＰＤに結合させるための出力ファンアウト部分は、その大きさはＰＤ間隔（あるいはＰＤに接続するＴＩＡの端子間隔）にも強く依存していてΔを上げるだけでは十分な小型化ができないという問題があった。
　さらに、ＩＥＥＥが勧告する仕様には、光波長のチャネル間隔だけでなく各チャネルでの波長帯域幅も含まれている。そのため光フィルタの透過波長帯域幅も確保する必要がある。出力導波路をマルチモード導波路にすると透過波長帯域幅が拡大することが報告（非特許文献４）されているが、シングルモード導波路に比べて、マルチモード導波路の最小曲げ半径は大きい。そのため、従来例の設計法によるＡＷＧでは、出力ファンアウト部分（展開部分）の大きさも回路レイアウト上大きなスペースを取ってしまうという問題があった。
　一方、イーサネット用の光トランシーバは、データセンター内およびデータセンター間の接続に用いることが多いと想定されるため、低廉な電気信号のトランシーバと競合するために、テレコム用の光トランシーバに比べて格段の低コスト化が必要である。
　ＲＯＳＡに用いる光フィルタは、入力側では、光ケーブルのコネクタと、レセプタクルと呼ばれる光学部品を介して光結合し、出力側では、光レンズを介して４つのＰＤと光結合する必要がある。ＲＯＳＡを組み立てる時、これらを精密に調心して互いに位置ずれしないように固定する必要がある。
　調心方法として一番単純な方法は、上述の光ケーブルから実際に用いる信号光波長の光を入れて、レセプタクル用部材、光フィルタ、光レンズ、ＰＤに順番に通したのち、ＰＤからの電気出力をモニタしながら、すべての部品を一括して多体調心する方法である。しかし、この方法では、非常に複雑な多体調心装置が必要になり、コストが極めて大きくなるという問題があった。
　また、互いに光接続するＰＤと光フィルタおよび光ファイバは、屈折率が大きく異なる異種材料を選択せざるを得ないので材料境界での反射が発生してしまう。さらには、それぞれの光結合の結合効率を上げるためにレンズ系を用いた場合は、レンズ表面毎に空気層が入るために更に多数の反射が発生する。受信Ｓ／Ｎを向上させるためテレコム用途としては反射防止膜を付与するのが一般的であるが、イーサネット用途としては工程数増加に伴うコスト増を避けたいという問題があった。
　本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであって、高速なイーサネット用トランシーバを実現するのに必要な小型で安価なＲＯＳＡモジュールを構成できる、極めて小さなＡＷＧ型光フィルタとして機能する合分波器を提供することを目的する。さらに、ＡＷＧ型光フィルタに追加する回路およびチップ形状に起因するＲＯＳＡモジュールの製造コストを抑制することを他の目的とする。
　上記の課題を解決するために、実施形態に記載の発明は、一端に入力部を有する少なくとも１本の入力導波路と、一端が前記入力導波路の他端に接続された第１のスラブ導波路と、一端が前記第１のスラブ導波路の他端に接続された複数本の導波路を有するアレイ導波路群と、一端が前記アレイ導波路群の他端に接続された第２のスラブ導波路と、一端が前記第２のスラブ導波路の他端に接続され、他端に出力部を有する少なくとも１本の出力導波路とを備え、前記アレイ導波路群の各導波路は、導波路の延伸方向が１８０度以上変化する第１の曲部と、該第１の曲部とは逆方向に導波路の延伸方向が１８０度以上変化する第２の曲部とを有することを特徴とする光合分波器である。
第１の従来例にかかるアレイ導波路格子型光フィルタの概略図である。 第２の従来例にかかるアレイ導波路格子型光フィルタの概略図である。 第３の従来例にかかるアレイ導波路格子型光フィルタの概略図である。 第１の実施例にかかるアレイ導波路格子型光フィルタの概略図である。 第１の実施例で設計したＣＷＤＭ信号４チャンネル分波用アレイ導波路格子型光フィルタの導波路配置図である。 第２の従来例で設計したＣＷＤＭ信号４チャンネル分波用アレイ導波路格子型光フィルタの導波路配置図である。 第３の従来例で設計したＣＷＤＭ信号４チャンネル分波用アレイ導波路格子型光フィルタの導波路配置図である。 第２の実施例で設計した調心導波路付きＬＡＮ－ＷＤＭ信号分波用アレイ導波路格子型光フィルタの導波路配置図である。 第２の実施例で設計した調心導波路付きアレイ導波路格子型光フィルタに、入力側部材（レセプタクル）と出力側部材（ＰＤアレイ他）とを調心する作業において第一の段階を説明する図である。 第２の実施例で設計した調心導波路付きアレイ導波路格子型光フィルタに、入力側部材（レセプタクル）と出力側部材（ＰＤアレイ他）とを調心する作業において第二の段階を説明する図である。 第２の実施例で設計した調心導波路付きアレイ導波路格子型光フィルタに、入力側部材（レセプタクル）と出力側部材（ＰＤアレイ他）とを調心する作業において第三の段階を説明する図である。 第２の実施例で設計した調心導波路付きアレイ導波路格子型光フィルタに、入力側部材（レセプタクル）と出力側部材（ＰＤアレイ他）とを調心する作業において第四の段階を説明する図である。 第２の実施例で作製したＲＯＳＡモジュールの変換効率の波長依存性を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
　本発明の光合分波器は、少なくとも１本の入力導波路と、入力導波路に接続された第１のスラブ導波路と、第１のスラブ導波路に接続され、複数本並列した導波路からなるアレイ導波路群と、アレイ導波路群に接続された第２のスラブ導波路と、第２のスラブ導波路に接続された少なくとも１本の出力導波路とを備えたアレイ導波路格子型の光合分波器において、第１のスラブに接続されたアレイ導波路の各導波路が、それぞれの導波路の延伸方向を１８０度以上変えた後に、さらに逆方向に導波路の延伸方向を１８０度以上変化した後段に第２のスラブに接続した構成を備えている。ここで「導波路の延伸方向」とは、導波路内を導波する光の光軸方向に等しいといえる。また、アレイ導波路群は、言い換えると下記（１）から（３）の構成を備えているといえる。
　（１）前記アレイ導波路群の各導波路は、第１の部分と第２の部分とからなり、前記第１の部分は、入力スラブ導波路（第１のスラブ導波路）の出射端から前記第２の部分の接続点までであって、光路が前記出射端から第１の方向に１８０度以上湾曲し、前記第２の部分は、前記第１の部分の接続点から出力スラブ導波路（第２のスラブ導波路）の入射端までであって、光路が前記接続点から前記第１の方向と反対の第２の方向に１８０度以上湾曲している。なお、本明細書において、「湾曲」した光路とは、必ずしも光路の全ての部分が曲がっていなくてもよく、光路の曲率が０となる部分を有する態様も含む。
　（２）前記アレイ導波路群の各導波路は、第１の部分と第２の部分とからなり、前記第１の部分は、入力スラブ導波路の出射端から前記第２の部分の接続点まで、第１の方向に１８０度以上湾曲した円弧導波路を含み、前記第２の部分は、前記第１の部分の接続点から出力スラブ導波路の入射端まで、前記第１の方向と反対の第２の方向に１８０度以上湾曲した円弧導波路を含む。なお、本明細書において、「円弧導波路」とは、必ずしも導波路の全ての部分が曲がっていなくてもよく、導波路の曲率が０となる部分を有する態様も含む。
　（３）前記アレイ導波路群の各導波路は、第１の円弧導波路と第２の円弧導波路とからなり、前記第１の円弧導波路は、入力スラブ導波路の出射端から第１の方向に１８０度以上湾曲し、前記第２の円弧導波路と接続され、前記第２の円弧導波路は、前記第１の円弧導波路との接続点から前記第１の方向と反対の第２の方向に１８０度以上湾曲し、出力スラブ導波路の入射端と接続される。
　第１のスラブ導波路に接続された各アレイ導波路は、導波路の延伸方向を一旦１８０度以上変え、さらに逆方向に１８０度以上変えた後に第２のスラブに接続する。この構成により、ＦＳＲの広いＡＷＧでも細長い形態にすることなくＡＷＧ本体の面積を小さくすることができる。
　好ましくは、複数本並列した導波路からなるアレイ導波路群が配置された領域の最右端と最左端より内側に、入力導波路と第１のスラブ導波路との接続点と、第２のスラブ導波路と出力導波路との接続点とが配置され、かつ、複数本並列した導波路からなるアレイ導波路群が配置された領域の最上端と最下端より内側に、入力導波路と第１のスラブ導波路との接続点と、第２のスラブ導波路と出力導波路との接続点とが配置される。
　２つのスラブ導波路を干渉回路のレイアウト上の両端ではなく内側に配置することによりＡＷＧの入出力ファンアウト部が効率よく配置でき、出力ファンアウト部を含めたＡＷＧのフットプリントを小さくすることができる。
　また好ましくは、入力導波路が達する光合分波器の第１の辺、および、出力導波路の少なくとも１本が達する第２の辺とは異なる第３の辺に達する調心用入力導波路があって、かつ、調心用入力導波路が、第１のスラブ導波路に接続され、かつ、複数の出力導波路のうち２本は第２のスラブ導波路と接続されていない一端が互いに接続されることにより、ループ状になっている。
　調心用入力導波路の一端を一方のスラブ導波路に接続し、他方のスラブ導波路にループ状の導波路を配置する。この構成により、調心用入力導波路に入力する光波長を選択することで、ＡＷＧの入出力両方の導波路から調心用の光を出すことができる。
　さらに好ましくは、入力導波路または出力導波路または調心用入力導波路のうち少なくとも一本以上の導波路がチップ辺に対して垂直より８度以上の傾きをもってチップ辺に達している。
　入出力導波路または調心用入力導波路が達しているチップ辺をダイシングするだけで、斜め研磨あるいは反射防止膜付加工程をすることなく反射減衰量を抑制できる。結果として研磨工程を省ける分、コストを下げることが可能になる。
（実施例１）
　図４は本実施例にかかるアレイ導波路格子型光フィルタの概略を示す。本実施例にかかるアレイ導波路格子型光フィルタは、図４に示すように、第１のスラブ導波路１１と、第２のスラブ導波路１２と、アレイ導波路群１３と、入力導波路１４と、出力導波路１５とを備えている。
　アレイ導波路群１３は、直線導波路１３ａと、円弧導波路１３ｂと、円弧導波路１３ｃと、直線導波路１３ｄと、円弧導波路１３ｅと、円弧導波路１３ｆと、第１の導波路長差調整用の直線導波路１７ａと、円弧導波路１３ｇと、直線導波路１３ｈと、円弧導波路１３ｉと、第２の導波路長差調整用の直線導波路１７ｂと、円弧導波路１３ｊと、直線導波路１３ｋとを縦列接続してなるＳ字状の導波路からなるアレイ導波路群であり、Ｓ字状の各導波路の全長は隣接する導波路間で一定値ずつ単調増加または単調減少している。
　なお、上記の直線導波路１３ａから直線導波路１３ｋまでの各導波路の長さ、および第１の導波路長差調整用の直線導波路１７ａと第２の導波路長差調整用の直線導波路１７ｂの各導波路の長さは、其々ゼロであってもよい。
　アレイ導波路群１３を構成するＳ字状の各導波路は、第１のスラブ導波路１１から直線導波路１３ａと円弧導波路１３ｂとを経て第１の基準線１８ａと直交し、円弧導波路１３ｃと直線導波路１３ｄとを経て第２の基準線１８ｂと直交し、円弧導波路１３ｅを経て第３の基準線１８ｃと直交し、円弧導波路１３ｆを経て第４の基準線１８ｄと直交し、第１の導波路長差調整用の直線導波路１７ａと円弧導波路１３ｇとを経て第５の基準線１８ｃと直交し、直線導波路１３ｈと円弧導波路１３ｉと第２の導波路長差調整用の直線導波路１７ｂとを経て第６の基準線１８ｆと直交し、円弧導波路１３ｊと直線導波路１３ｋとを経て第２のスラブ導波路１２へと結合する。
　アレイ導波路群１３を構成するＳ字状の各導波路は、光信号の伝搬方向を第１のスラブ導波路１１から第２のスラブ導波路１２へと設定したとき、円弧導波路１３ｃと円弧導波路１３ｅとは伝搬方向右向きに凸であり、円弧導波路１３ｆと円弧導波路１３ｇと円弧導波路１３ｉは伝搬方向左向きに凸である。また、円弧導波路１３ｃと円弧導波路１３ｅの開き角の合計と、円弧導波路１３ｆと円弧導波路１３ｇと円弧導波路１３ｉの開き角との合計は同じ値に設計されている。このため第１の導波路長差調整用の直線導波路１７ａと第２の導波路長差調整用の直線導波路１７ｂを除くと、Ｓ字状の各導波路の長さは大凡等しくなる。
　第１のスラブ導波路１１から第１の基準線１８ａと直交するまでの直線導波路１３ａと円弧導波路１３ｂとの長さと、第２の基準線１８ｆと直交してから第２のスラブ導波路１２に結合するまでの円弧導波路１３ｊと直線導波路１３ｋとの長さとの和は、厳密にはＳ字状の導波路毎に異なる。また、直線導波路１３ｄおよび直線導波路１３ｈの長さも、Ｓ字状の導波路毎に異なる。これらの長さの差は、直線導波路１３ａの延長線が第１の基準点１９ａで交差し、直線導波路１３ｋの延長線が第２の基準点１９ｂで交差することに起因する。第１の基準点１９ａを中心とする直線導波路１３ａの開き角２０ａと、第２の基準点１９ｂを中心とする直線導波路１３ｋの開き角２０ｂとは、入力導波路１１と出力導波路１４の開口数と同程度の値を設計で与える。結果として、互いに隣接するＳ字状の導波路の総延長の差は数μｍ程度に収まる。しかし、Ｓ字状の導波路毎の総延長の差は有限値であるので、その分を第１の導波路長差調整用の直線導波路１７ａの長さと第２の導波路長差調整用の直線導波路１７ｂの長さとを調整することにより、Ｓ字状の導波路毎の総延長を厳密にゼロになるよう設計することが可能である。
　アレイ導波路群１３は、第１の基準線１８ａから第５の基準線１８ｃまでの導波路で形成される第１の曲部と、５の基準線１８ｃから第２の基準線１８ｆまでの導波路で形成される第２の曲部とを有している。第１の曲部は、アレイ導波路群１３を構成する導波路が１８０度以上曲がった部分である。第２の曲部は、アレイ導波路群１３を構成する導波路が第１の曲部とは反対方向に１８０度以上曲がった部分である。したがって、アレイ導波路群１３内を導波する光の光軸方向は、第１の基準線１８ａから第５の基準線１８ｃまでの間に１８０度以上変化し、第５の基準線１８ｃから第２の基準線１８ｆまでの間に、第１の曲部とは逆方向に１８０度以上変化する。
　図４に示すアレイ導波路格子型光フィルタを、波長合分波フィルタとして動作させるには、まず所望のＦＳＲから前述の式（１）（下記に数式を再掲）用いて導波路長差ｄ0を算出し、隣接するＳ字状の導波路間で総延長の差と等しくなるように、第１の導波路長差調整用の直線導波路１７ａの長さと第２の導波路長差調整用の直線導波路１７ｂの長さとを設計すればよい。
　波長間隔×最大チャンネル数＜λ0 2／（ｄ0×ｎg）＝ＦＳＲ・・・式（１）
　上式（１）においてλ0：中心波長、ｎg：群屈折率、ＦＳＲ：フリースペクトラルレンジである。
　図５は、上述の設計法で実際に設計したＣＷＤＭ信号４チャンネル分波用アレイ導波路格子型光フィルタの導波路配置図である。用いた導波路は、石英ガラスにゲルマニウムを添加した埋め込み導波路で、比屈折率差を２％とし、標準の導波路のコアの高さを４μｍ、コアの幅を４μｍとした。この標準導波路において、１３００ｎｍ帯での最小曲げ半径は上述の７５０μｍであった。分波する光信号の波長を１２７１ｎｍ、１２９１ｎｍ、１３１１ｎｍ、１３３１ｎｍとし、透過損失のチャネル間格差を減らすためＦＳＲを３２５０ＧＨｚとした。結果、隣接するＳ字状アレイ導波路間に付与する導波路長差は、６．４９８μｍとした。
　また合分波特性の透過域での平坦性を出現させるため、入力導波路１４と出力導波路１５との導波路幅を違う値にした。具体的には第１のスラブ導波路１１に接続される入力導波路１４の幅を８．０μｍとし、第２のスラブ導波路１２に接続される４本の出力導波路１５の幅を１５μｍとした。なお、幅１５μｍの出力導波路１５には高次モード光も伝搬するため最小曲げ半径を１２００μｍとした。準備した４連のＰＤアレイの受光面の間隔が２５０μｍであったため出力導波路の間隔を２５０μｍとした。最小曲げ半径と出力導波路間隔より出力導波路のファンアウト部分２２が大きくなることが予想されるので、第２のスラブ導波路１２と出力導波路１５との接続点を、アレイ導波路群１３を配置する領域の最右端と最左端の内側でかつ最上端と最下端の内側になるように配置した。すなわち、第２のスラブ導波路１２と出力導波路１５との接続点を、導波路を形成したチップ辺（図５では導波路を取り囲む方形の枠で示されている）からアレイ導波路群１３に達するまでの距離よりも、チップ辺から第２のスラブ導波路１２に達するまでの距離が大きくなるように配置している。
　また、図５に示すように、第１のスラブ導波路１１と入力導波路１４との接続点を、アレイ導波路群１３を配置する領域の最右端と最左端の内側でかつ最上端と最下端の内側になるように配置した。すなわち、第１のスラブ導波路１１と出力導波路１４との接続点を、導波路を形成したチップ辺からアレイ導波路群１３に達するまでの距離よりも、チップ辺から第１のスラブ導波路１１に達するまでの距離が大きくなるように配置している。ここで、アレイ導波路群１３の具体的な配置は、図４を用いて説明した設計方法に従って設計した。
　さらには、出力導波路のチップ端での反射を抑制するため、出力側のチップ辺に対して垂直より８度の傾きをもってチップ辺に達する様設計した。なお、入力側のチップ辺に対しても同様に８度の傾きをもってチップ辺に達するようにしてもよい。
　このように、本発明の設計方法に従って具体的にアレイ導波路格子型光合分波器のレイアウトを設計した結果、図５に示す通り、チップサイズを長さ８．２ｍｍ、幅４．９ｍｍという小さいフットプリントの中にＡＷＧを収めることができた。
　さらには、第２のスラブ導波路１２と出力導波路１５との接続点を、アレイ導波路群１３を配置する領域の最右端と最左端の内側でかつ最上端と最下端の内側になるように配置したため、チップ端での出力導波路１５の位置をチップ中央に配置することが、副次的効果として得られた。チップ端での出力導波路１５の位置をチップ中央にできると、ＰＤやＴＩＡおよび取り出し電極を実装するときに上下方向に無駄な展開スペースを不要とするので、最終的にＲＯＳＡのモジュールサイズを小さくできるというメリットがある。
　図６は、比較のため、同じ波長配置をもったアレイ導波路格子型光合分波器を同じ導波路構造で、第２の従来例の設計方法でレイアウト計算した結果である。図６に示したアレイ導波路格子型光合分波器のアレイ導波路群１３は、並走するＳ字状の光導波路からなり、全体として、ほぼ点対称の構造をしている。できあがったチップサイズは長さ１１．８ｍｍ、幅３．９ｍｍであった。チップ幅３．９ｍｍは、図５に示したアレイ導波路格子型光合分波器より狭い。しかし、チップ辺での出力導波路１５の位置をチップ中央にするという制限を追加するとチップ幅は６．４ｍｍ必要になる。すなわち、本発明の設計方法によるアレイ導波路格子型光合分波器よりチップ幅が大きくなる。またチップ長１１．８ｍｍは、本発明の設計方法による図５に示したアレイ導波路格子型光合分波器より３．６ｍｍ、割合にして約４４％長くなってしまった。
　また、図７は、比較のため、同じ波長配置をもったアレイ導波路格子型光合分波器を同じ導波路構造で、第３の従来例の設計方法でレイアウト計算した結果である。図７に示したアレイ導波路格子型光合分波器のアレイ導波路群１３は、全体として、ほぼ線対称の構造をしている。アレイ導波路群１３の中央部分と両脇の部分は、円弧導波路の円弧が凸になる方向が逆向きである。できあがったチップサイズは長さ１４．３ｍｍ、幅３．１ｍｍであった。チップ幅は、チップ辺での出力導波路１５の位置をチップ中央にするという制限を追加しても４．１ｍｍと狭くできた。しかし、チップ長１４．３ｍｍは、本発明の設計方法による図５に示したアレイ導波路格子型光合分波器より６．１ｍｍ、割合にして約７５％長くなってしまった。
　図５に示した本発明の設計法によるアレイ導波路格子型光合分波器、図６に示した第２の従来例の設計法によるアレイ導波路格子型光合分波器、図７に示した第３の従来例の設計法によるアレイ導波路格子型光合分波器、それぞれのチップ面積は、出力導波路の位置をチップ中央にするという制限を外した場合、約４０平方ｍｍ、約４６平方ｍｍ、約４４平方ｍｍである。したがって、ウエハあたりの収率からチップ単価を見積もると、本発明の設計法によるアレイ導波路格子型光合分波器を用いることにより、第１の従来例の光合分波器に比べ約１５％、第２の従来例の光合分波器に比べ約１０％、チップ単価を下げる効果が得られることが分かった。
　本実施例のアレイ導波路格子型光合分波器は、アレイ導波路群の導波路が、延伸方向を一旦１８０度以上変えた後に、逆方向に１８０度以延伸方向を変える。さらに、第１スラブ導波路と第２スラブ導波路とを、アレイ導波路群が配置される領域の最右端と最左端の内側かつ最上端と最下端の内側に配置する。結果として、小さいチップサイズを実現している。
　さらに本実施例では、導波路の延伸方向を１８０度以上変え且つ小型化を低損失に実現している。これは、通常の石英系ガラス導波路(比屈折率差１％以下)に比較してより急峻な曲げに耐えられる導波路を用いることにより実現している。通常の石英系ガラス導波路では、導波路を曲げられる最小曲げ半径は、2ｍｍ以上である。それ以上に急峻に曲げると、通常の石英系ガラス導波路では、透過光が曲がりきらず、放射光として導波路外に放出されてしまう。そのため急峻な曲げに通常の導波路を用いるとアレイ導波路型合分波器の損失が大きくなってしまう。
ここで、比屈折率差２％以上の導波路を用いると最小曲げ半径は(波長１３００ｎｍ帯において）７５０μｍ以下と通常の導波路より急峻に曲げられるようになる。
　本実施例では、比屈折率差２％以上の導波路を用いることにより、導波路の延伸方向を１８０度以上変え且つ小型な構成において、低損失なアレイ導波路型合分波器を実現している。
（実施例２）
　本実施例では、調心用導波路付きＬＡＮ－ＷＤＭ信号分波用アレイ導波路格子型光フィルタとして機能させるために、実施例１のアレイ導波路格子型光合分波器を、分波する光信号の波長が異なる構成としている。図８は、本実施例で設計した調心用導波路付きＬＡＮ－ＷＤＭ信号分波用アレイ導波路格子型光フィルタの導波路配置図である。用いた導波路の材質と導波路パラメータは、図５に示したアレイ導波路格子型光合分波器と同一であるが、分波する光信号の波長が異なる。４波の波長を１２９５．５６ｎｍ、１３００．０５ｎｍ、１３０４．５８ｎｍ、１３０９．１４ｎｍとし、透過損失のチャネル間格差を考慮しＦＳＲを７８３０ＧＨｚとした。結果、隣接するＳ字状アレイ導波路間に付与する導波路長差は、２５．７９μｍとした。また、図５に示したアレイ導波路格子型光合分波器と同様に、合分波特性の透過域での平坦性を出現させるため、入力導波路１４と出力導波路１５との導波路幅を違う値にした。具体的には第１のスラブ導波路１１に接続される入力導波路１４の幅を８．０μｍとし、第２のスラブ導波路１２に接続される４本の出力導波路１５の幅を１５μｍとした。
　また、幅１５μｍの出力導波路の最小曲げ半径を１２００μｍとし、チップ辺での出力導波路１５の間隔を２５０μｍとした。出力導波路１５のファンアウト部分２２を効率的に配置するために、図５に示したアレイ導波路格子型光合分波器と同様に、第１のスラブ導波路１１と入力導波路１４との接続点と、第２のスラブ導波路１２と出力導波路１５との接続点とが、アレイ導波路群１３を配置する領域の最右端と最左端の内側でかつ最上端と最下端との内側になるように配置した。
　本実施例では、図５で示した４本のマルチモード導波路からなる出力導波路１５の両脇に、光レンズ・アレイを調心するためのシングルモード導波路からなる第１の調心用光出力導波路の１組（２つ）３０と、ＰＤアレイ調心するためのシングルモード導波路からなる第２の調心用光出力導波路の１組（２つ）３１とを追加して配置した構成としている。さらに、アレイ導波路格子型光合分波器のチップの左右の辺には、それぞれ光部品が接続されるため、調心用光入力導波路３２をチップの上辺に設置した。なお、調心用光入力導波路３２は、アレイ導波路格子型光合分波器の入力導波路１４が接続する第１のスラブ導波路１１へ接続されている。また、アレイ導波路格子型光合分波器の出力導波路１５が接続する第２のスラブ導波路１２には、調心用光入力導波路３２から入れた光信号が折り返せるようにループ状導波路３３を接続した。さらにループ状の導波路３３の脇にチップ下辺へ出力される第３の調心用光出力導波路３４を設置した。
　ここで、反射減衰量を４０ｄＢ以上にするため、チップ右辺に設置した出力導波路１５、第１の調心用光出力導波路の１組（２つ）３０、第２の調心用光出力導波路の１組（２つ）３１の各導波路がチップ右辺となす角度を８度に設定した。また、調心用光入力導波路３２のチップの上辺に対する角度および第三の調心用光出力導波路３４のチップの下辺に対する角度を８度に設定した。ただし、チップ右辺の端面には１．３帯で反射量を抑制するＡＲ（Ａｎｔｉ－Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートを施したので、入力導波路１４がチップ左辺となす角度は、ここでは垂直とした。
　以上の設計の結果、チップの上辺の調心用光入力導波路３２から１．３μｍ帯の光を入力すると、チップ下辺の第３の調心用光出力導波路３４からは１３２４．２ｎｍの波長の光が出力され、光レンズ・アレイ調心用の第１の調心用光出力導波路１組３０からは１２８７．８ｎｍと１３０８．０ｎｍの波長の光が其々出力され、ＰＤアレイ調心用の第２の調心用光出力導波路１組３１からは１２８５．６ｎｍと１３１０．２８ｎｍの波長の光が其々出力され、レセプタクル用部材を調心・設置するアレイ導波路格子型光フィルタの入力導波路１４には１３１９．５ｎｍの波長の光が出力される。なお、入力導波路１４へは、以下の道筋を通って光が出力される。調芯用入力導波路３２に入った光の中で波長１３１９．５ｎｍの光は、第１のスラブ導波路１１、第２のスラブ導波路１２を経て、ループ状の導波路３３を経て再び、第２のスラブ導波路１２に入射して、第１のスラブ導波路１１から、入力導波路１４へ出力される。
　図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄは、図５に示した調心用導波路付きＬＡＮ－ＷＤＭ信号分波用アレイ導波路格子型光フィルタ・チップ３５に、光レンズ・アレイ３６、ＰＤアレイを集積した部材３７、レセプタクル用部材３８を実装する工程を示した概略図である。
　まず、光部品を実装するべき光フィルタ・チップ３５の左右の辺ではないチップ上辺の調心用光入力導波路３２に、波長１３２４．２ｎｍの波長の光を用いて、１芯の光ファイバ・ブロック３９を仮固定する（図９Ａ）。より具体的には、光フィルタ・チップ３５下辺の第３の調心用光出力導波路３４の出射光は大口径ＰＤ３６を用いて受光し、光フィルタ・チップ３５と１芯の光ファイバ・ブロック３９との二体調芯を行ったのち仮固定を行う。なお、仮固定では、組み立て工程後に、１芯の光ファイバ・ブロック３９を取り除けるように、接着力が弱い接着剤または接着条件を用いて固定する。また、ここで用いた１芯の光ファイバ・ブロック３９の端面は８度に研磨されていているため、チップ上辺での損失および反射を小さく抑えたまま光結合をすることが可能になる。
　次に、仮固定した１芯の光ファイバ・ブロック３９を介して、チップ上辺の調心用光入力導波路３２に、波長１２８７．８ｎｍと１３０８．０ｎｍの光を入力すると、第１の調心用光出力導波路３０から光が出力される。この出力された光を用いて光レンズ・アレイ３６を二体調芯装置で調心し、調心完了後に接着固定する。（図９Ｂ）
　第３ステップとして、仮固定した１芯の光ファイバ・ブロック３９を介して、チップ上辺の調心用光入力導波路３２に、波長１３１９．５ｎｍの光を入力すると、アレイ導波路格子型光フィルタの入力導波路１４から光が出力される。この出力された光を用いてレセプタクル用部材３８を二体調芯装置で調心し、調心完了後に接着固定する。（図９Ｃ）
　第４ステップとして、仮固定した１芯の光ファイバ・ブロック３９を介して、チップ上辺の調心用光入力導波路３２に、波長１２８５．６ｎｍと１３１０．２８ｎｍの光を入力すると、第２の調心用光出力導波路３１から光が出力される。この出力された光を用いてＰＤアレイを集積した部材３８を二体調芯装置で調心し、調心完了後に接着固定する。（図９Ｄ）
　最後に、ねじり応力を加えて、仮固定した１芯の光ファイバ・ブロック３９を光フィルタ・チップ３５から取り外せば、光フィルタ・チップ３５周辺の実装は終了する。
　ここで重要なのは、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄを用いて説明した本発明のアレイ導波路格子型光合分波器への周辺部材の実装には、高価で使用方法が煩雑な３体以上の多体調心装置を全く用いずに、二体調心装置のみを用いて実装できることである。すなわち、本発明のアレイ導波路格子型光合分波器を用いれば、組み立てラインへの初期投資を大きく抑えることが可能になる。その結果、安価なＲＯＳＡを提供することが可能になる。
　つまり、入出力とは異なる第３のチップ辺に調心用光入力導波路からの光が第１のスラブ導波路に接続され、かつ第２のスラブ導波路にループ状の導波路を接続していることから、入出力両方の導波路に調心光を出力できる。その結果、周辺部材の実装時の作業コストを抑えられるというメリットがある。
　また、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄを用いて説明した実装工程では、光レンズ・アレイ３６として、８本のＧＲＩＮ（ＧＲａｄｉｅｎｔ　ＩＮｄｅｘ）レンズを並べて固定したのち端面を８度に研磨したものを用いた。光レンズ・アレイ３６の両端面のうち、ＰＤアレイ側にはＡＲ（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートを施したが、光フィルタ・チップ３５側はＡＲコートを省略し研磨のみとした。また図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄに示した本発明のアレイ導波路格子型光合分波器も光レンズ・アレイ３６を実装する端面はＡＲコートを省略し研磨のみとした。さらには光フィルタ・チップ３５と光レンズ・アレイ３６の接着には、硬化後の屈折率が石英ガラスとほぼ一致する接着剤を用いた。
　さらには、調心時に用いた調心用入力導波路３２の端部があるチップ上辺および調心用入力導波路３４の端部があるチップ下辺もＡＲコートを省略し研磨のみとした。
　この様にして実装した光フィルタ・チップ３５と光レンズ・アレイ３６の境界からの反射減衰量を実測したところ４０ｄＢ以上であった。すなわち本発明のアレイ導波路格子型光合分波器を用いれば、工程数を増やしてコスト増の要因となるＡＲコートの実施を最大４回省くことが可能になり。その結果、より安価なＲＯＳＡを提供することが可能になる。
　いうまでもないが、上記の効果は、光フィルタ・チップ３５とレセプタクル用部材３７との間でも同様の効果を得ることが可能である。その場合は合計でＡＲコートの実施を最大６回省くことが可能になり、さらに安価なＲＯＳＡを提供することが可能である。
　図１０は、図８を用いて説明した調心用導波路付きＬＡＮ－ＷＤＭ信号分波用アレイ導波路格子型光フィルタに、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄを用いて説明した実装方法でレセプタクル用部材３７と、光レンズ・アレイ３６と、ＰＤアレイを集積した部材３８とを実装したＲＯＳＡモジュールの受光感度の波長依存性を示す図である。光フィルタ・チップ３５のサイズは長さ８．２ｍｍ、幅４．９ｍｍと小型であるが十分な分波特性を満たしていることが判る。
　以上の実施形態では、ＲＯＳＡとして用いられる光合分波器を例に挙げて説明したが、これに限定されず、光の対称性から、上記光合分波器はＴＯＳＡとして用いることもできる。
　１　第１のスラブ導波路
　２　第２のスラブ導波路
　３　アレイ導波路群
　　３ａ、３ｂ、３ｅ、３ｆ　直線導波路
　　３ｃ、３ｄ　円弧導波路
　４　入力導波路
　５　出力導波路
　６　扇型円弧導波路群
１１　第１のスラブ導波路
１２　第２のスラブ導波路
１３　アレイ導波路群
　１３ａ、１３ｄ、１３ｈ、１３ｋ　直線導波路
　１３ｂ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｉ、１３ｊ　円弧導波路
１４　入力導波路
１５　出力導波路
１７　導波路長差調整用の直線導波路群
　１７ａ　第１の導波路長差調整用の直線導波路
　１７ｂ　第２の導波路長差調整用の直線導波路
１８ａ　第１の基準線
１８ｂ　第２の基準線
１８ｃ　第３の基準線
１８ｄ　第４の基準線
１８ｅ　第５の基準線
１８ｆ　第６の基準線
１９ａ　第１の基準点
１９ｂ　第２の基準点
２０ａ　第１の基準点１９ａを中心とする直線導波路１３ａの開き角
２１ａ　第２の基準点１９ｂを中心とする直線導波路１３ｂの開き角
２２　出力導波路のファインアウト部分
３０　第１の調心用光出力導波路
３１　第２の調心用光出力導波路
３２　調心用光入力導波路
３３　ループ状導波路
３４　第３の調心用光出力導波路
３５　光フィルタ・チップ
３６　光レンズ・アレイ
３７　ＰＤアレイを集積した部材
３８　レセプタクル用部材
３９　１芯の光ファイバ・ブロック
４０　大口径ＰＤ

Claims (6)

  1. 　一端に入力部を有する少なくとも１本の入力導波路と、
    　一端が前記入力導波路の他端に接続された第１のスラブ導波路と、
    　一端が前記のスラブ導波路の他端に接続された複数本の導波路を有するアレイ導波路群と、
    　一端が前記アレイ導波路群の他端に接続された第２のスラブ導波路と、
    　一端が前記第２のスラブ導波路の他端に接続され、他端に出力部を有する少なくとも１本の出力導波路とを備え、
    　前記アレイ導波路群の各導波路は、導波路の延伸方向が１８０度以上変化する第１の曲部と、該第１の曲部とは逆方向に導波路の延伸方向が１８０度以上変化する第２の曲部とを有することを特徴とする光合分波器。
  2. 　前記入力導波路の入力部と前記出力導波路の出力部とは前記光合分波器の対向する端部にそれぞれ設けられ、
    　前記入力導波路と前記第１のスラブ導波路との接続点と、前記第２のスラブ導波路と出力導波路と前記の接続点とは、前記アレイ導波路群が配置された領域より内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
  3. 　前記入力導波路の入力部と前記出力導波路の出力部とは前記光合分波器の対向する端部にそれぞれ設けられ、
    　一端が前記第１のスラブ導波路の他端に接続され、他端に入力部を有する調心用入力導波路をさらに備え、
    　前記調心用入力導波路の入力部は、前記入力導波路の入力部および前記出力導波路の出力部と同じ平面内であって、前記対向する端部とは異なる前記光合分波器の端部に設けられ、
    　前記出力導波路のうち２本の他端には出力部がなく、かつ互いに接続されていることにより、ループ状になっていることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
  4. 　前記光合分波器は、長方形の平板状のチップに形成され、前記入力導波路の入力部および前記出力導波路の出力部および前記調心用入力導波路のうち少なくとも一本以上の導波路がチップ辺に対して垂直より８度以上の傾きをなすことを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
  5. 　前記光合分波器は、長方形の平板状のチップに形成され、前記入力導波路の入力部および前記出力導波路の出力部および前記調心用入力導波路のうち少なくとも一本以上の導波路がチップ辺に対して垂直より８度以上の傾きをなすことを特徴とする請求項２に記載の光合分波器。
  6. 　前記光合分波器は、長方形の平板状のチップに形成され、前記入力導波路の入力部および前記出力導波路の出力部および前記調心用入力導波路のうち少なくとも一本以上の導波路がチップ辺に対して垂直より８度以上の傾きをなすことを特徴とする請求項３に記載の光合分波器。
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