光導波路及びアレイ導波路回折格子
【課題】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を提供する。
【解決手段】本発明は、回折格子ＧＰ又はＧＡが形成されたスラブ導波路１と、回折格子ＧＰ又はＧＡの自己像の明干渉部分が形成される位置に接続されたアレイ導波路２と、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の間に形成され、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて平均的に高くなり、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、アレイ導波路２の中心軸において高くなる屈折率変化領域ＤＶと、を備えることを特徴とする光導波路である。
【解決手段】本発明は、回折格子ＧＰ又はＧＡが形成されたスラブ導波路１と、回折格子ＧＰ又はＧＡの自己像の明干渉部分が形成される位置に接続されたアレイ導波路２と、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の間に形成され、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて平均的に高くなり、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、アレイ導波路２の中心軸において高くなる屈折率変化領域ＤＶと、を備えることを特徴とする光導波路である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５７４５６１８号明細書
【特許文献２】米国特許第７００６７２９号明細書
【特許文献３】米国特許第６８９２００４号明細書
【特許文献４】特開２００８−２９３０２０号公報
【特許文献５】特開２００１−１５９７１８号公報
【特許文献６】特開２００３−１４９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、スラブ導波路に回折格子を形成し、回折格子の自己像の明干渉部分が形成される位置にアレイ導波路を接続した。ここで、回折格子の構造及び位置は、特定の設計波長に対して最適化されるところ、その他の波長に対して最適化されるわけではない。そこで、スラブ導波路及びアレイ導波路の間に屈折率変化領域を形成し、屈折率変化領域がその他の波長を有する光をアレイ導波路に局在させることとした。
【０００８】
具体的には、本発明は、回折格子が形成されたスラブ導波路と、前記回折格子の自己像の明干渉部分が形成される位置に接続されたアレイ導波路と、前記スラブ導波路及び前記アレイ導波路の間に形成され、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて平均的に高くなり、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、前記アレイ導波路の中心軸において高くなる屈折率変化領域と、を備えることを特徴とする光導波路である。
【０００９】
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回折格子の周期に応じて、回折格子の自己像が形成される。回折格子の自己像の明干渉部分が形成される位置に、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、スラブ導波路及びアレイ導波路の間に屈折率変化領域を形成すれば、回折格子の構造及び位置が最適化された特定の設計波長以外の波長を有する光をアレイ導波路に局在させることができる。
【００１０】
また、本発明は、前記スラブ導波路及び前記アレイ導波路の間の一部に前記屈折率変化領域が形成されたことを特徴とする光導波路である。
【００１１】
この構成によれば、回折光が干渉する領域の一部に屈折率変化領域を形成すればよい。
【００１２】
また、本発明は、前記屈折率変化領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向の幅が前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて広くなるテーパ形状を有し、テーパ形状の幅の広い側を、前記アレイ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、テーパ形状の幅の狭い側を、前記スラブ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる高屈折率領域と、前記高屈折率領域より低い屈折率を有し、光伝搬の方向と略垂直な方向の幅が前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて狭くなるテーパ形状を有し、テーパ形状の幅の広い側を、前記スラブ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、テーパ形状の幅の狭い側を、光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接する前記アレイ導波路の間に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる低屈折率領域と、を備えることを特徴とする光導波路である。
【００１３】
この構成によれば、簡単に屈折率変化領域を形成することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記低屈折率領域は、前記高屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる領域により分断される、又は、前記高屈折率領域は、前記低屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる領域により分断されることを特徴とする光導波路である。
【００１５】
この構成によれば、簡単に屈折率変化領域を形成することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記屈折率変化領域は、高屈折率領域及び前記高屈折率領域より低い屈折率を有する低屈折率領域を光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置した交互配置領域と、光伝搬の方向と略垂直な方向に延び前記高屈折率領域と同一の屈折率を有する垂直延伸領域と、をそれぞれ複数個光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置し、複数個の前記交互配置領域のうち前記アレイ導波路側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が狭い、又は、複数個の前記垂直延伸領域のうち前記アレイ導波路側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が広いことを特徴とする光導波路である。
【００１７】
この構成によれば、簡単に屈折率変化領域を形成することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記低屈折率領域は、光伝搬の方向と略平行な方向に分割された２個の平行分割領域を構成し、前記２個の平行分割領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置され、前記２個の平行分割領域の間には、前記高屈折率領域と同一の屈折率を有する平行分割間領域が配置されることを特徴とする光導波路である。
【００１９】
この構成によれば、簡単に屈折率変化領域を形成することができる。
【００２０】
また、本発明は、前記回折格子が位相格子であることを特徴とする光導波路である。
【００２１】
この構成によれば、入射光に位相差が与えられることにより入射光が回折されるため、入射光の損失を低減することができる。
【００２２】
また、本発明は、前記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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、本発明は、前記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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。そして、スラブ導波路及びアレイ導波路の間に屈折率変化領域を形成すれば、回折格子の構造及び位置が最適化された特定の設計波長以外の波長を有する光をアレイ導波路に局在させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
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。そして、回折格子の構造及び位置が最適化された特定の設計波長以外の波長を有する光をアレイ導波路に局在させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】タルボ効果の現象を示す図である。
【図２】タルボ効果の現象を示す図である。
【図３】タルボ効果の計算結果を示す図である。
【図４】タルボ効果の計算結果を示す図である。
【図５】タルボ効果の計算結果を示す図である。
【図６】スラブ導波路の位相格子及びアレイ導波路の入射端の関係を示す図である。
【図７】スラブ導波路の位相格子及びアレイ導波路の入射端の関係を示す図である。
【図８】屈折率変化領域の作用効果を示す図である。
【図９】屈折率変化領域の構造の種々の態様例を示す図である。
【図１０】屈折率変化領域の構造の種々の態様例を示す図である。
【図１１】挿入損失の計算結果及び実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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り、回折格子ＧＡは、入射光に対して強度差を与える振幅格子である。位相格子ＧＰ１が関わるタルボ効果の現象は、図１の上半分に示されており、振幅格子ＧＡが関わるタルボ効果の現象は、図１の下半分に示されており、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と振幅格子ＧＡ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と振幅格子ＧＡ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と振幅格子ＧＡ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。
【００３４】
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、明干渉部分及び暗干渉部分の境界が明瞭でなくなる。位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１の強度周期はｄである。
【００３５】
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。
【００３６】
次に、振幅格子ＧＡ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、振幅格子ＧＡの直後に形成された光の強度分布が、ｍ＝０の位置に示されており、この光の強度分布と同様な光の強度分布が、振幅格子ＧＡの自己像ＳＡとして、ｍ＝２、４の位置に示されている。振幅格子ＧＡの自己像ＳＡは、ｍ＝２、４、６、８、・・・、４ｎ＋２、４ｎ＋４、・・・（ｎは０以上の整数）の位置では、斜線と白地で示したように明瞭に形成されるが、ｍ＝１、３、５、７、・・・、４ｎ＋１、４ｎ＋３、・・・の位置では、砂地で示したように形成されず、均一な強度分布が存在する。振幅格子ＧＡの自己像ＳＡは、ｍ＝２、４、６、８、・・・、４ｎ＋２、４ｎ＋４、・・・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、明干渉部分及び暗干渉部分の境界が明瞭でなくなる。振幅格子ＧＡの自己像ＳＡの強度周期はｄである。
【００３７】
ここで、ｍ＝２、６、・・・、４ｎ＋２、・・・の位置で形成される振幅格子ＧＡの自己像ＳＡは、ｍ＝４、８、・・・、４ｎ＋４、・・・の位置で形成される振幅格子ＧＡの自己像ＳＡと比較して、ｘ軸方向にｄ／２だけシフトしている。
【００３８】
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、・・・、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、明干渉部分及び暗干渉部分の境界が明瞭でなくなる。位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２の強度周期はｄ／２である。また、自己像ＳＰ２の次数毎のシフトはない。
【００３９】
位相格子ＧＰ１、ＧＰ２は、そのｘ座標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。振幅格子ＧＡは、そのｘ座標の位置に応じて光の吸収を変化させ、入射光に対して強度差を与える。よって、本発明に係る光導波路を実施形態５に記載のアレイ導波路回折格子などに適用するときに、光の損失を低減するために位相格子ＧＰ１、ＧＰ２を利用することが望ましい。そこで、以下の説明では、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２を利用する場合については詳細に説明し、振幅格子ＧＡを利用する場合については両場合が異なる部分を簡潔に説明する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
図５は、入射光に対して与える位相差が様々な位相差である位相格子ＧＰのタルボ効果の計算結果を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）では、位相格子ＧＰが入射光に対して与えるそれぞれの位相差は、π／８、π／４、π／２、３π／４、７π／８、π、π／１２、π／６、π／３である。 図５では、入射光を平行光としており、位相格子ＧＰは各図の左端に配置される。タルボ効果により位相格子ＧＰの自己像ＳＰを明瞭に形成することができれば、位相格子ＧＰが入射光に対して与える位相差は図５に上述の位相差以外の位相差であってもよい。
【００４４】
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６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の端部の関係を示す図である。図６（ａ）から図６（ｃ）のそれぞれの左側は、光導波路の全体構成を示し、図６（ａ）と図６（ｂ）のそれぞれの右側は、位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１を示し、図６（ｃ）の右側は、位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２を示し、図６（ａ）から図６（ｃ）のそれぞれにおいて、左側及び右側の図面は、一点鎖線により図６の上下方向に位置合わせされている。図６（ａ）と図６（ｂ）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。
【００４５】
光導波路は、スラブ導波路１、アレイ導波路２及び干渉領域ＩＦから構成される。スラブ導波路１は、入射領域ＩＮ及び位相格子ＧＰ１又はＧＰ２から構成される。入射領域ＩＮは、スラブ導波路１の入射側に配置されており、入射光は、入射領域ＩＮを伝搬する。位相格子ＧＰ１又はＧＰ２は、入射領域ＩＮと干渉領域ＩＦの間に配置されており、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６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、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の間に配置されており、回折光を伝搬させる。
【００４６】
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、干渉領域ＩＦ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６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。
【００４７】
図６（ａ）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（ｂ）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６（ｃ）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６（ａ）及び図６（ｂ）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６（ｃ）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。
【００４８】
以上の説明のように、タルボ効果により、入射光の波長λと回折格子ＧＰ１、ＧＰ２又はＧＡの周期に応じて、回折格子ＧＰ１、ＧＰ２又はＧＡの自己像ＳＰ１、ＳＰ２又はＳＡが形成される。そして、回折格子ＧＰ１、ＧＰ２又はＧＡの自己像ＳＰ１、ＳＰ２又はＳＡの明干渉部分が形成される位置に、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が干渉領域ＩＦとの境界近傍で分岐されている場合は、明干渉部分が形成される位置に、分岐されたアレイ導波路２の各々の端部が配置される。
【００４９】
（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の光伝搬方向幅Ｌ１の設定方法を説明し、次に、干渉領域ＩＦの光伝搬方向幅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。
【００５０】
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の光伝搬方向幅Ｌ１が設定される。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の光伝搬方向幅Ｌ１が設定される。
【００５１】
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。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。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。
【００５２】
アレイ導波路２の端部において位相格子ＧＰの自己像ＳＰ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の光伝搬方向幅Ｌ２が設定される。
【００５３】
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、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、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。
【００５４】
図１から図４の説明に基づいて、干渉領域ＩＦの光伝搬方向幅Ｌ２を設定した後に、図１から図４の説明に基づいて、干渉領域ＩＦ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７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。
【００５５】
光導波路の規模を小さくするためにも、回折格子ＧＰ又はＧＡの自己像ＳＰ又はＳＡ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の光伝搬方向幅Ｌ２を小さくすることが望ましい。回折格子ＧＰ又はＧＡは、光を回折させる機能を備えていれば、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。
【００５６】
（実施形態３）
実施形態３では、屈折率変化領域の効果及び構造を説明する。図６及び図７に示した光導波路では、回折格子ＧＰ又はＧＡの構造及び位置は、特定の設計波長に対しては最適化されるが、その他の波長に対しては最適化されるわけではない。したがって、損失は波長に依存する。そこで、損失の波長依存性を低減するため、図８から図１０までに示した光導波路では、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の間に屈折率変化領域ＤＶを形成した。
【００５７】
図８は、屈折率変化領域の作用効果を示す図である。光導波路は、スラブ導波路１、アレイ導波路２、干渉領域ＩＦ及び屈折率変化領域ＤＶから構成される。スラブ導波路１は、入射領域ＩＮ及び回折格子ＧＰ又はＧＡから構成される。入射領域ＩＮ及び回折格子ＧＰ又はＧＡは、図８に示した光導波路と図６及び図７に示した光導波路でほぼ同様である。干渉領域ＩＦ及び屈折率変化領域ＤＶは、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の間に形成される。図８においては、干渉領域ＩＦをスラブ導波路１側に配置し、屈折率変化領域ＤＶをアレイ導波路２側に配置している。しかし、干渉領域ＩＦをアレイ導波路２側に配置し、屈折率変化領域ＤＶをスラブ導波路１側に配置してもよい。さらに、干渉領域ＩＦ及び屈折率変化領域ＤＶをそれぞれ分割し、光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置してもよい。屈折率変化領域ＤＶにおいては、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値は、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて平均的に高くなる。そして、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値は、アレイ導波路２の中心軸において高くなる。
【００５８】
図８に示した屈折率変化領域ＤＶでは、斜線で示したテーパ形状の領域の屈折率は、白地で示したテーパ形状の領域の屈折率より高い。斜線及び白地で示したテーパ形状の領域は、略同一形状であり光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置される。
【００５９】
斜線で示したテーパ形状の領域についての光伝搬の方向と略垂直な方向の幅は、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて広くなる。白地で示したテーパ形状の領域についての光伝搬の方向と略垂直な方向の幅は、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて狭くなる。つまり、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値は、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて高くなる。
【００６０】
斜線で示したテーパ形状の領域は、幅の広い側をアレイ導波路２に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、幅の狭い側を干渉領域ＩＦに光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる。白地で示したテーパ形状の領域は、幅の広い側を干渉領域ＩＦに光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、幅の狭い側を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の間に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる。つまり、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値は、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の間からアレイ導波路２の中心軸に近づくにつれて高くなる。
【００６１】
図８（ａ）では、回折格子ＧＰ又はＧＡ及び干渉領域ＩＦの構造及び位置が最適化された特定の設計波長の回折光の強度分布を模式的に示す。干渉領域ＩＦからの出射光はアレイ導波路２の延長線上に局在しているが、回折光が屈折率変化領域ＤＶを伝搬する間に、光伝搬の方向と略垂直な方向の光伝搬モード幅はアレイ導波路２の全幅へと広がり、アレイ導波路１の伝搬モードになる。
【００６２】
図８（ｂ）では、回折格子ＧＰ又はＧＡ及び干渉領域ＩＦの構造及び位置が最適化された特定の設計波長からずれた波長の回折光の強度分布を模式的に示す。干渉領域ＩＦからの出射光はアレイ導波路２の延長線上にほぼ局在しているが、隣接するアレイ導波路２の間の延長線上にも弱いピークが存在する。図８（ａ）と同様に、アレイ導波路２の延長線上のピークは、屈折率変化領域ＤＶを伝搬する間にアレイ導波路２の全幅へ広がり、アレイ導波路２の伝搬モードになるが、これに伴い、隣接するアレイ導波路２の間の延長線上の弱いピークもアレイ導波路２の延長線上のピークに結合し、アレイ導波路２の伝搬モードになり、損失の波長依存性が低減される。
【００６３】
図８に示した屈折率変化領域ＤＶは、高い屈折率を有する領域及び低い屈折率を有する領域から構成され不連続な屈折率分布を有する。ここで、より一般的な屈折率変化領域ＤＶは、連続的な屈折率分布を有してもよい。つまり、より一般的な屈折率変化領域ＤＶでは、光伝搬の方向に略平行な方向にスラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて屈折率が連続的に高くなり、光伝搬の方向に略垂直な方向にアレイ導波路２の中心軸に向かうにつれて屈折率が連続的に高くなってもよい。
【００６４】
干渉領域ＩＦの一部もしくは全てを屈折率変化領域ＤＶに含めて設計することも可能である。図９及び図１０は、屈折率変化領域の構造の種々の態様例を示す図である。ここで、図９及び図１０において、屈折率変化領域ＤＶにおける光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる高屈折率領域（斜線）及び低屈折率領域（白地）は、干渉領域ＩＦの一部に相当する。そして、図８において、屈折率変化領域ＤＶにおいても干渉が生じるので、屈折率が一定の干渉領域ＩＦを省略して設計することも可能である。図９（ａ）〜（ｄ）及び図１０（ｂ）は、光伝搬の方向に略平行な方向にアレイ導波路２に向かうときに、局所的には屈折率の高い領域から屈折率の低い領域へと入る箇所があるが、平均的には屈折率が高くなる構成となっている。
【００６５】
図９（ａ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、図８に示した白地で示したテーパ形状の低屈折率領域は、高屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる分断領域により分断されているが、分断領域は干渉領域ＩＦの一部に相当する。
【００６６】
図９（ｂ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、図８に示した斜線で示したテーパ形状の高屈折率領域は、低屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる分断領域により分断されているが、分断領域は干渉領域ＩＦの一部に相当する。
【００６７】
図９（ｃ）に示した屈折率変化領域ＤＶの構成は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示した屈折率変化領域ＤＶの構成を併せ持った構成である。つまり、白地で示したテーパ形状の低屈折率領域が高屈折率領域により分断されており、斜線で示したテーパ形状の高屈折率領域が低屈折率領域により分断されている。そして、白地で示したテーパ形状の低屈折率領域を分断する高屈折率領域、及び斜線で示したテーパ形状の高屈折率領域を分断する低屈折率領域は、干渉領域ＩＦの一部に相当する。
【００６８】
図９（ｄ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、交互配置領域ＡＰ及び垂直延伸領域ＶＳが、それぞれ複数個光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置される。交互配置領域ＡＰは、斜線で示した略矩形形状の高屈折率領域及び白地で示した略矩形形状の低屈折率領域を、光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置する。垂直延伸領域ＶＳは、光伝搬の方向と略垂直な方向に延び、斜線で示した略矩形形状の高屈折率領域と同一の屈折率を有する。複数個の交互配置領域ＡＰのうちアレイ導波路２側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が狭く、複数個の垂直延伸領域ＶＳのうちアレイ導波路２側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が広い。
【００６９】
ここで、交互配置領域ＡＰの幅及び垂直延伸領域ＶＳの幅は、図９（ｄ）に示した態様に限らない。つまり、交互配置領域ＡＰの幅が一定またはアレイ導波路２に向かって広くなる場合であっても、垂直延伸領域ＶＳの幅をアレイ導波路２に向かって広くすることにより、屈折率がアレイ導波路２側に向かうにつれて平均的に高くなるようにすればよい。または、垂直延伸領域ＶＳの幅が一定またはアレイ導波路２に向かって狭くなる場合であっても、交互配置領域ＡＰの幅をアレイ導波路２に向かって狭くすることにより、屈折率がアレイ導波路２側に向かうにつれて平均的に高くなるようにすればよい。
【００７０】
図１０（ａ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、図８に示した白地で示したテーパ形状の低屈折率領域は、光伝搬の方向と略平行な方向に分割された２個の平行分割領域を構成する。２個の平行分割領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置される。２個の平行分割領域の間には、斜線で示したテーパ形状の高屈折率領域と同一の屈折率を有する平行分割間領域が配置される。
【００７１】
図１０（ｂ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、図９（ｄ）に示した白地で示した略矩形形状の低屈折率領域は、光伝搬の方向と略平行な方向に分割された２個の平行分割領域を構成する。２個の平行分割領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置される。２個の平行分割領域の間には、斜線で示した略矩形形状の高屈折率領域と同一の屈折率を有する平行分割間領域が配置される。
【００７２】
図１１は、挿入損失の計算結果及び実験結果を示す図である。図１１における光導波路は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した位相格子ＧＰ１、干渉領域ＩＦ及び図９（ｂ）に示した屈折率変化領域ＤＶを有する。但し、ここでは、位相格子ＧＰ１が入射光に対して与える位相差をπ／４としている。屈折率変化領域ＤＶにおいては、斜線で示したテーパ形状の屈折率の高い領域のうち、幅の広い側における光伝搬の方向に略垂直な方向の幅は７．０μｍであり、幅の狭い側における光伝搬の方向に略垂直な方向の幅は５．０μｍである。そして、白地で示した屈折率の低いいずれの垂直分割領域においても光伝搬の方向に略平行な方向の幅は３．０μｍであり、斜線で示した屈折率の高いいずれの垂直分割間領域においても光伝搬の方向に略平行な方向の幅は４．５μｍである。また、干渉領域ＩＦ及び屈折率変化領域ＤＶの光伝搬方向幅は、それぞれ４７μｍである。
【００７３】
図１１（ａ）に示した挿入損失の計算結果では、中央のアレイ導波路２について出力チャネル番号を０とし、両端のアレイ導波路２について出力チャネル番号を±４０とし、横軸及び縦軸によりそれぞれ出力チャネル番号及び挿入損失を表す。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示した挿入損失の実験結果では、中央のアレイ導波路２について出力チャネル番号を０とし、両端のアレイ導波路２について出力チャネル番号を±２０とし、横軸及び縦軸によりそれぞれ出力チャネル番号及び挿入損失を表す。
【００７４】
図１１（ａ）に示した挿入損失の計算結果では、破線は回折格子ＧＰ又はＧＡが形成されておらず屈折率変化領域ＤＶも形成されていない従来技術での計算結果を示し、一点鎖線は回折格子ＧＰ又はＧＡは形成されているが屈折率変化領域ＤＶは形成されていない比較例での計算結果を示し、実線は回折格子ＧＰ又はＧＡが形成されており屈折率変化領域ＤＶも形成されている本発明での計算結果を示す。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、それぞれ比較例及び本発明の挿入損失の実験結果である。
【００７５】
挿入損失の計算結果及び実験結果から明確であるように、本発明では従来技術及び比較例と比較して、中央のアレイ導波路２の周囲で、挿入損失を低減することができるとともに、挿入損失をアレイ導波路２の形成位置によらずほぼ均一にすることができる。
【００７６】
（実施形態４）
実施形態４では、光導波路の製造方法を説明する。図６から図１０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。
【００７７】
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、同時に低屈折率領域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、低屈折率領域となる部分にはクラッド材が充填される。
【００７８】
なお、コアをエッチングする際に完全に除去せず、エッチングレートの面積依存性を利用し、図８から図１０の屈折率変化領域ＤＶにおける低屈折率領域（白地）における残存するコアの高さをアレイ導波路２側に向かうにつれて高くすることにより、屈折率の平均値をアレイ導波路２側に向かうにつれて高くすることも可能である。
【００７９】
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低屈折率領域を形成するが、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の形成後に、低屈折率領域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低屈折率領域を形成してもよい。
【００８０】
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。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、低屈折率領域となる部分にマスク材を形成し、紫外線照射により低屈折率領域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、低屈折率領域を形成する。
【００８１】
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。
【００８２】
位相格子ＧＰに代えて振幅格子ＧＡを形成するときには、図６から図１０までの白地で示した領域となる部分に、光吸収に優れる遮光材を充填する。遮光材としては、カーボンブラックや金属微粒子を混合したシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が用いられる。
【００８３】
（実施形態５）
実施形態５では、実施形態１−４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１−４で説明した光導波路を構成する。
【００８４】
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及び実施形態３で説明した設計方法並びに実施形態４で説明した製造方法が適用される。
【００８５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
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。
【符号の説明】
【００８７】
１：スラブ導波路
２：アレイ導波路
ＧＰ：位相格子
ＧＡ：振幅格子
ＳＰ、ＳＡ：自己像
ＩＮ：入射領域
ＩＦ：干渉領域
ＤＶ：屈折率変化領域
ＡＰ：交互配置領域
ＶＳ：垂直延伸領域
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５７４５６１８号明細書
【特許文献２】米国特許第７００６７２９号明細書
【特許文献３】米国特許第６８９２００４号明細書
【特許文献４】特開２００８−２９３０２０号公報
【特許文献５】特開２００１−１５９７１８号公報
【特許文献６】特開２００３−１４９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、スラブ導波路に回折格子を形成し、回折格子の自己像の明干渉部分が形成される位置にアレイ導波路を接続した。ここで、回折格子の構造及び位置は、特定の設計波長に対して最適化されるところ、その他の波長に対して最適化されるわけではない。そこで、スラブ導波路及びアレイ導波路の間に屈折率変化領域を形成し、屈折率変化領域がその他の波長を有する光をアレイ導波路に局在させることとした。
【０００８】
具体的には、本発明は、回折格子が形成されたスラブ導波路と、前記回折格子の自己像の明干渉部分が形成される位置に接続されたアレイ導波路と、前記スラブ導波路及び前記アレイ導波路の間に形成され、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて平均的に高くなり、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、前記アレイ導波路の中心軸において高くなる屈折率変化領域と、を備えることを特徴とする光導波路である。
【０００９】
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回折格子の周期に応じて、回折格子の自己像が形成される。回折格子の自己像の明干渉部分が形成される位置に、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、スラブ導波路及びアレイ導波路の間に屈折率変化領域を形成すれば、回折格子の構造及び位置が最適化された特定の設計波長以外の波長を有する光をアレイ導波路に局在させることができる。
【００１０】
また、本発明は、前記スラブ導波路及び前記アレイ導波路の間の一部に前記屈折率変化領域が形成されたことを特徴とする光導波路である。
【００１１】
この構成によれば、回折光が干渉する領域の一部に屈折率変化領域を形成すればよい。
【００１２】
また、本発明は、前記屈折率変化領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向の幅が前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて広くなるテーパ形状を有し、テーパ形状の幅の広い側を、前記アレイ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、テーパ形状の幅の狭い側を、前記スラブ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる高屈折率領域と、前記高屈折率領域より低い屈折率を有し、光伝搬の方向と略垂直な方向の幅が前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて狭くなるテーパ形状を有し、テーパ形状の幅の広い側を、前記スラブ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、テーパ形状の幅の狭い側を、光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接する前記アレイ導波路の間に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる低屈折率領域と、を備えることを特徴とする光導波路である。
【００１３】
この構成によれば、簡単に屈折率変化領域を形成することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記低屈折率領域は、前記高屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる領域により分断される、又は、前記高屈折率領域は、前記低屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる領域により分断されることを特徴とする光導波路である。
【００１５】
この構成によれば、簡単に屈折率変化領域を形成することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記屈折率変化領域は、高屈折率領域及び前記高屈折率領域より低い屈折率を有する低屈折率領域を光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置した交互配置領域と、光伝搬の方向と略垂直な方向に延び前記高屈折率領域と同一の屈折率を有する垂直延伸領域と、をそれぞれ複数個光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置し、複数個の前記交互配置領域のうち前記アレイ導波路側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が狭い、又は、複数個の前記垂直延伸領域のうち前記アレイ導波路側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が広いことを特徴とする光導波路である。
【００１７】
この構成によれば、簡単に屈折率変化領域を形成することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記低屈折率領域は、光伝搬の方向と略平行な方向に分割された２個の平行分割領域を構成し、前記２個の平行分割領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置され、前記２個の平行分割領域の間には、前記高屈折率領域と同一の屈折率を有する平行分割間領域が配置されることを特徴とする光導波路である。
【００１９】
この構成によれば、簡単に屈折率変化領域を形成することができる。
【００２０】
また、本発明は、前記回折格子が位相格子であることを特徴とする光導波路である。
【００２１】
この構成によれば、入射光に位相差が与えられることにより入射光が回折されるため、入射光の損失を低減することができる。
【００２２】
また、本発明は、前記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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、本発明は、前記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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。そして、スラブ導波路及びアレイ導波路の間に屈折率変化領域を形成すれば、回折格子の構造及び位置が最適化された特定の設計波長以外の波長を有する光をアレイ導波路に局在させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
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。そして、回折格子の構造及び位置が最適化された特定の設計波長以外の波長を有する光をアレイ導波路に局在させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】タルボ効果の現象を示す図である。
【図２】タルボ効果の現象を示す図である。
【図３】タルボ効果の計算結果を示す図である。
【図４】タルボ効果の計算結果を示す図である。
【図５】タルボ効果の計算結果を示す図である。
【図６】スラブ導波路の位相格子及びアレイ導波路の入射端の関係を示す図である。
【図７】スラブ導波路の位相格子及びアレイ導波路の入射端の関係を示す図である。
【図８】屈折率変化領域の作用効果を示す図である。
【図９】屈折率変化領域の構造の種々の態様例を示す図である。
【図１０】屈折率変化領域の構造の種々の態様例を示す図である。
【図１１】挿入損失の計算結果及び実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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り、回折格子ＧＡは、入射光に対して強度差を与える振幅格子である。位相格子ＧＰ１が関わるタルボ効果の現象は、図１の上半分に示されており、振幅格子ＧＡが関わるタルボ効果の現象は、図１の下半分に示されており、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と振幅格子ＧＡ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と振幅格子ＧＡ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と振幅格子ＧＡ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。
【００３４】
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、明干渉部分及び暗干渉部分の境界が明瞭でなくなる。位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１の強度周期はｄである。
【００３５】
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。
【００３６】
次に、振幅格子ＧＡ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、振幅格子ＧＡの直後に形成された光の強度分布が、ｍ＝０の位置に示されており、この光の強度分布と同様な光の強度分布が、振幅格子ＧＡの自己像ＳＡとして、ｍ＝２、４の位置に示されている。振幅格子ＧＡの自己像ＳＡは、ｍ＝２、４、６、８、・・・、４ｎ＋２、４ｎ＋４、・・・（ｎは０以上の整数）の位置では、斜線と白地で示したように明瞭に形成されるが、ｍ＝１、３、５、７、・・・、４ｎ＋１、４ｎ＋３、・・・の位置では、砂地で示したように形成されず、均一な強度分布が存在する。振幅格子ＧＡの自己像ＳＡは、ｍ＝２、４、６、８、・・・、４ｎ＋２、４ｎ＋４、・・・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、明干渉部分及び暗干渉部分の境界が明瞭でなくなる。振幅格子ＧＡの自己像ＳＡの強度周期はｄである。
【００３７】
ここで、ｍ＝２、６、・・・、４ｎ＋２、・・・の位置で形成される振幅格子ＧＡの自己像ＳＡは、ｍ＝４、８、・・・、４ｎ＋４、・・・の位置で形成される振幅格子ＧＡの自己像ＳＡと比較して、ｘ軸方向にｄ／２だけシフトしている。
【００３８】
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、・・・、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、明干渉部分及び暗干渉部分の境界が明瞭でなくなる。位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２の強度周期はｄ／２である。また、自己像ＳＰ２の次数毎のシフトはない。
【００３９】
位相格子ＧＰ１、ＧＰ２は、そのｘ座標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。振幅格子ＧＡは、そのｘ座標の位置に応じて光の吸収を変化させ、入射光に対して強度差を与える。よって、本発明に係る光導波路を実施形態５に記載のアレイ導波路回折格子などに適用するときに、光の損失を低減するために位相格子ＧＰ１、ＧＰ２を利用することが望ましい。そこで、以下の説明では、位相格子ＧＰ１、ＧＰ２を利用する場合については詳細に説明し、振幅格子ＧＡを利用する場合については両場合が異なる部分を簡潔に説明する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
図５は、入射光に対して与える位相差が様々な位相差である位相格子ＧＰのタルボ効果の計算結果を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）では、位相格子ＧＰが入射光に対して与えるそれぞれの位相差は、π／８、π／４、π／２、３π／４、７π／８、π、π／１２、π／６、π／３である。 図５では、入射光を平行光としており、位相格子ＧＰは各図の左端に配置される。タルボ効果により位相格子ＧＰの自己像ＳＰを明瞭に形成することができれば、位相格子ＧＰが入射光に対して与える位相差は図５に上述の位相差以外の位相差であってもよい。
【００４４】
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６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の端部の関係を示す図である。図６（ａ）から図６（ｃ）のそれぞれの左側は、光導波路の全体構成を示し、図６（ａ）と図６（ｂ）のそれぞれの右側は、位相格子ＧＰ１の自己像ＳＰ１を示し、図６（ｃ）の右側は、位相格子ＧＰ２の自己像ＳＰ２を示し、図６（ａ）から図６（ｃ）のそれぞれにおいて、左側及び右側の図面は、一点鎖線により図６の上下方向に位置合わせされている。図６（ａ）と図６（ｂ）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。
【００４５】
光導波路は、スラブ導波路１、アレイ導波路２及び干渉領域ＩＦから構成される。スラブ導波路１は、入射領域ＩＮ及び位相格子ＧＰ１又はＧＰ２から構成される。入射領域ＩＮは、スラブ導波路１の入射側に配置されており、入射光は、入射領域ＩＮを伝搬する。位相格子ＧＰ１又はＧＰ２は、入射領域ＩＮと干渉領域ＩＦの間に配置されており、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６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、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の間に配置されており、回折光を伝搬させる。
【００４６】
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、干渉領域ＩＦ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６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。
【００４７】
図６（ａ）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（ｂ）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６（ｃ）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６（ａ）及び図６（ｂ）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６（ｃ）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。
【００４８】
以上の説明のように、タルボ効果により、入射光の波長λと回折格子ＧＰ１、ＧＰ２又はＧＡの周期に応じて、回折格子ＧＰ１、ＧＰ２又はＧＡの自己像ＳＰ１、ＳＰ２又はＳＡが形成される。そして、回折格子ＧＰ１、ＧＰ２又はＧＡの自己像ＳＰ１、ＳＰ２又はＳＡの明干渉部分が形成される位置に、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が干渉領域ＩＦとの境界近傍で分岐されている場合は、明干渉部分が形成される位置に、分岐されたアレイ導波路２の各々の端部が配置される。
【００４９】
（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の光伝搬方向幅Ｌ１の設定方法を説明し、次に、干渉領域ＩＦの光伝搬方向幅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。
【００５０】
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の光伝搬方向幅Ｌ１が設定される。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の光伝搬方向幅Ｌ１が設定される。
【００５１】
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。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。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。
【００５２】
アレイ導波路２の端部において位相格子ＧＰの自己像ＳＰ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の光伝搬方向幅Ｌ２が設定される。
【００５３】
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、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、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。
【００５４】
図１から図４の説明に基づいて、干渉領域ＩＦの光伝搬方向幅Ｌ２を設定した後に、図１から図４の説明に基づいて、干渉領域ＩＦ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７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。
【００５５】
光導波路の規模を小さくするためにも、回折格子ＧＰ又はＧＡの自己像ＳＰ又はＳＡ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の光伝搬方向幅Ｌ２を小さくすることが望ましい。回折格子ＧＰ又はＧＡは、光を回折させる機能を備えていれば、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。
【００５６】
（実施形態３）
実施形態３では、屈折率変化領域の効果及び構造を説明する。図６及び図７に示した光導波路では、回折格子ＧＰ又はＧＡの構造及び位置は、特定の設計波長に対しては最適化されるが、その他の波長に対しては最適化されるわけではない。したがって、損失は波長に依存する。そこで、損失の波長依存性を低減するため、図８から図１０までに示した光導波路では、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の間に屈折率変化領域ＤＶを形成した。
【００５７】
図８は、屈折率変化領域の作用効果を示す図である。光導波路は、スラブ導波路１、アレイ導波路２、干渉領域ＩＦ及び屈折率変化領域ＤＶから構成される。スラブ導波路１は、入射領域ＩＮ及び回折格子ＧＰ又はＧＡから構成される。入射領域ＩＮ及び回折格子ＧＰ又はＧＡは、図８に示した光導波路と図６及び図７に示した光導波路でほぼ同様である。干渉領域ＩＦ及び屈折率変化領域ＤＶは、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の間に形成される。図８においては、干渉領域ＩＦをスラブ導波路１側に配置し、屈折率変化領域ＤＶをアレイ導波路２側に配置している。しかし、干渉領域ＩＦをアレイ導波路２側に配置し、屈折率変化領域ＤＶをスラブ導波路１側に配置してもよい。さらに、干渉領域ＩＦ及び屈折率変化領域ＤＶをそれぞれ分割し、光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置してもよい。屈折率変化領域ＤＶにおいては、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値は、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて平均的に高くなる。そして、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値は、アレイ導波路２の中心軸において高くなる。
【００５８】
図８に示した屈折率変化領域ＤＶでは、斜線で示したテーパ形状の領域の屈折率は、白地で示したテーパ形状の領域の屈折率より高い。斜線及び白地で示したテーパ形状の領域は、略同一形状であり光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置される。
【００５９】
斜線で示したテーパ形状の領域についての光伝搬の方向と略垂直な方向の幅は、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて広くなる。白地で示したテーパ形状の領域についての光伝搬の方向と略垂直な方向の幅は、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて狭くなる。つまり、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値は、スラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて高くなる。
【００６０】
斜線で示したテーパ形状の領域は、幅の広い側をアレイ導波路２に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、幅の狭い側を干渉領域ＩＦに光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる。白地で示したテーパ形状の領域は、幅の広い側を干渉領域ＩＦに光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、幅の狭い側を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の間に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる。つまり、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値は、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の間からアレイ導波路２の中心軸に近づくにつれて高くなる。
【００６１】
図８（ａ）では、回折格子ＧＰ又はＧＡ及び干渉領域ＩＦの構造及び位置が最適化された特定の設計波長の回折光の強度分布を模式的に示す。干渉領域ＩＦからの出射光はアレイ導波路２の延長線上に局在しているが、回折光が屈折率変化領域ＤＶを伝搬する間に、光伝搬の方向と略垂直な方向の光伝搬モード幅はアレイ導波路２の全幅へと広がり、アレイ導波路１の伝搬モードになる。
【００６２】
図８（ｂ）では、回折格子ＧＰ又はＧＡ及び干渉領域ＩＦの構造及び位置が最適化された特定の設計波長からずれた波長の回折光の強度分布を模式的に示す。干渉領域ＩＦからの出射光はアレイ導波路２の延長線上にほぼ局在しているが、隣接するアレイ導波路２の間の延長線上にも弱いピークが存在する。図８（ａ）と同様に、アレイ導波路２の延長線上のピークは、屈折率変化領域ＤＶを伝搬する間にアレイ導波路２の全幅へ広がり、アレイ導波路２の伝搬モードになるが、これに伴い、隣接するアレイ導波路２の間の延長線上の弱いピークもアレイ導波路２の延長線上のピークに結合し、アレイ導波路２の伝搬モードになり、損失の波長依存性が低減される。
【００６３】
図８に示した屈折率変化領域ＤＶは、高い屈折率を有する領域及び低い屈折率を有する領域から構成され不連続な屈折率分布を有する。ここで、より一般的な屈折率変化領域ＤＶは、連続的な屈折率分布を有してもよい。つまり、より一般的な屈折率変化領域ＤＶでは、光伝搬の方向に略平行な方向にスラブ導波路１側からアレイ導波路２側に向かうにつれて屈折率が連続的に高くなり、光伝搬の方向に略垂直な方向にアレイ導波路２の中心軸に向かうにつれて屈折率が連続的に高くなってもよい。
【００６４】
干渉領域ＩＦの一部もしくは全てを屈折率変化領域ＤＶに含めて設計することも可能である。図９及び図１０は、屈折率変化領域の構造の種々の態様例を示す図である。ここで、図９及び図１０において、屈折率変化領域ＤＶにおける光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる高屈折率領域（斜線）及び低屈折率領域（白地）は、干渉領域ＩＦの一部に相当する。そして、図８において、屈折率変化領域ＤＶにおいても干渉が生じるので、屈折率が一定の干渉領域ＩＦを省略して設計することも可能である。図９（ａ）〜（ｄ）及び図１０（ｂ）は、光伝搬の方向に略平行な方向にアレイ導波路２に向かうときに、局所的には屈折率の高い領域から屈折率の低い領域へと入る箇所があるが、平均的には屈折率が高くなる構成となっている。
【００６５】
図９（ａ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、図８に示した白地で示したテーパ形状の低屈折率領域は、高屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる分断領域により分断されているが、分断領域は干渉領域ＩＦの一部に相当する。
【００６６】
図９（ｂ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、図８に示した斜線で示したテーパ形状の高屈折率領域は、低屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる分断領域により分断されているが、分断領域は干渉領域ＩＦの一部に相当する。
【００６７】
図９（ｃ）に示した屈折率変化領域ＤＶの構成は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示した屈折率変化領域ＤＶの構成を併せ持った構成である。つまり、白地で示したテーパ形状の低屈折率領域が高屈折率領域により分断されており、斜線で示したテーパ形状の高屈折率領域が低屈折率領域により分断されている。そして、白地で示したテーパ形状の低屈折率領域を分断する高屈折率領域、及び斜線で示したテーパ形状の高屈折率領域を分断する低屈折率領域は、干渉領域ＩＦの一部に相当する。
【００６８】
図９（ｄ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、交互配置領域ＡＰ及び垂直延伸領域ＶＳが、それぞれ複数個光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置される。交互配置領域ＡＰは、斜線で示した略矩形形状の高屈折率領域及び白地で示した略矩形形状の低屈折率領域を、光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置する。垂直延伸領域ＶＳは、光伝搬の方向と略垂直な方向に延び、斜線で示した略矩形形状の高屈折率領域と同一の屈折率を有する。複数個の交互配置領域ＡＰのうちアレイ導波路２側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が狭く、複数個の垂直延伸領域ＶＳのうちアレイ導波路２側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が広い。
【００６９】
ここで、交互配置領域ＡＰの幅及び垂直延伸領域ＶＳの幅は、図９（ｄ）に示した態様に限らない。つまり、交互配置領域ＡＰの幅が一定またはアレイ導波路２に向かって広くなる場合であっても、垂直延伸領域ＶＳの幅をアレイ導波路２に向かって広くすることにより、屈折率がアレイ導波路２側に向かうにつれて平均的に高くなるようにすればよい。または、垂直延伸領域ＶＳの幅が一定またはアレイ導波路２に向かって狭くなる場合であっても、交互配置領域ＡＰの幅をアレイ導波路２に向かって狭くすることにより、屈折率がアレイ導波路２側に向かうにつれて平均的に高くなるようにすればよい。
【００７０】
図１０（ａ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、図８に示した白地で示したテーパ形状の低屈折率領域は、光伝搬の方向と略平行な方向に分割された２個の平行分割領域を構成する。２個の平行分割領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置される。２個の平行分割領域の間には、斜線で示したテーパ形状の高屈折率領域と同一の屈折率を有する平行分割間領域が配置される。
【００７１】
図１０（ｂ）に示した屈折率変化領域ＤＶでは、図９（ｄ）に示した白地で示した略矩形形状の低屈折率領域は、光伝搬の方向と略平行な方向に分割された２個の平行分割領域を構成する。２個の平行分割領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置される。２個の平行分割領域の間には、斜線で示した略矩形形状の高屈折率領域と同一の屈折率を有する平行分割間領域が配置される。
【００７２】
図１１は、挿入損失の計算結果及び実験結果を示す図である。図１１における光導波路は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した位相格子ＧＰ１、干渉領域ＩＦ及び図９（ｂ）に示した屈折率変化領域ＤＶを有する。但し、ここでは、位相格子ＧＰ１が入射光に対して与える位相差をπ／４としている。屈折率変化領域ＤＶにおいては、斜線で示したテーパ形状の屈折率の高い領域のうち、幅の広い側における光伝搬の方向に略垂直な方向の幅は７．０μｍであり、幅の狭い側における光伝搬の方向に略垂直な方向の幅は５．０μｍである。そして、白地で示した屈折率の低いいずれの垂直分割領域においても光伝搬の方向に略平行な方向の幅は３．０μｍであり、斜線で示した屈折率の高いいずれの垂直分割間領域においても光伝搬の方向に略平行な方向の幅は４．５μｍである。また、干渉領域ＩＦ及び屈折率変化領域ＤＶの光伝搬方向幅は、それぞれ４７μｍである。
【００７３】
図１１（ａ）に示した挿入損失の計算結果では、中央のアレイ導波路２について出力チャネル番号を０とし、両端のアレイ導波路２について出力チャネル番号を±４０とし、横軸及び縦軸によりそれぞれ出力チャネル番号及び挿入損失を表す。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示した挿入損失の実験結果では、中央のアレイ導波路２について出力チャネル番号を０とし、両端のアレイ導波路２について出力チャネル番号を±２０とし、横軸及び縦軸によりそれぞれ出力チャネル番号及び挿入損失を表す。
【００７４】
図１１（ａ）に示した挿入損失の計算結果では、破線は回折格子ＧＰ又はＧＡが形成されておらず屈折率変化領域ＤＶも形成されていない従来技術での計算結果を示し、一点鎖線は回折格子ＧＰ又はＧＡは形成されているが屈折率変化領域ＤＶは形成されていない比較例での計算結果を示し、実線は回折格子ＧＰ又はＧＡが形成されており屈折率変化領域ＤＶも形成されている本発明での計算結果を示す。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、それぞれ比較例及び本発明の挿入損失の実験結果である。
【００７５】
挿入損失の計算結果及び実験結果から明確であるように、本発明では従来技術及び比較例と比較して、中央のアレイ導波路２の周囲で、挿入損失を低減することができるとともに、挿入損失をアレイ導波路２の形成位置によらずほぼ均一にすることができる。
【００７６】
（実施形態４）
実施形態４では、光導波路の製造方法を説明する。図６から図１０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。
【００７７】
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、同時に低屈折率領域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、低屈折率領域となる部分にはクラッド材が充填される。
【００７８】
なお、コアをエッチングする際に完全に除去せず、エッチングレートの面積依存性を利用し、図８から図１０の屈折率変化領域ＤＶにおける低屈折率領域（白地）における残存するコアの高さをアレイ導波路２側に向かうにつれて高くすることにより、屈折率の平均値をアレイ導波路２側に向かうにつれて高くすることも可能である。
【００７９】
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低屈折率領域を形成するが、スラブ導波路１及びアレイ導波路２の形成後に、低屈折率領域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低屈折率領域を形成してもよい。
【００８０】
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。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、低屈折率領域となる部分にマスク材を形成し、紫外線照射により低屈折率領域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、低屈折率領域を形成する。
【００８１】
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。
【００８２】
位相格子ＧＰに代えて振幅格子ＧＡを形成するときには、図６から図１０までの白地で示した領域となる部分に、光吸収に優れる遮光材を充填する。遮光材としては、カーボンブラックや金属微粒子を混合したシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が用いられる。
【００８３】
（実施形態５）
実施形態５では、実施形態１−４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１−４で説明した光導波路を構成する。
【００８４】
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及び実施形態３で説明した設計方法並びに実施形態４で説明した製造方法が適用される。
【００８５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
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。
【符号の説明】
【００８７】
１：スラブ導波路
２：アレイ導波路
ＧＰ：位相格子
ＧＡ：振幅格子
ＳＰ、ＳＡ：自己像
ＩＮ：入射領域
ＩＦ：干渉領域
ＤＶ：屈折率変化領域
ＡＰ：交互配置領域
ＶＳ：垂直延伸領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子が形成されたスラブ導波路と、
前記回折格子の自己像の明干渉部分が形成される位置に接続されたアレイ導波路と、
前記スラブ導波路及び前記アレイ導波路の間に形成され、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて平均的に高くなり、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、前記アレイ導波路の中心軸において高くなる屈折率変化領域と、
を備えることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記スラブ導波路及び前記アレイ導波路の間の一部に前記屈折率変化領域が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記屈折率変化領域は、
光伝搬の方向と略垂直な方向の幅が前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて広くなるテーパ形状を有し、テーパ形状の幅の広い側を、前記アレイ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、テーパ形状の幅の狭い側を、前記スラブ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる高屈折率領域と、
前記高屈折率領域より低い屈折率を有し、光伝搬の方向と略垂直な方向の幅が前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて狭くなるテーパ形状を有し、テーパ形状の幅の広い側を、前記スラブ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、テーパ形状の幅の狭い側を、光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接する前記アレイ導波路の間に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる低屈折率領域と、
を備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記低屈折率領域は、前記高屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる領域により分断される、又は、前記高屈折率領域は、前記低屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる領域により分断されることを特徴とする、請求項３に記載の光導波路。
【請求項５】
前記屈折率変化領域は、
高屈折率領域及び前記高屈折率領域より低い屈折率を有する低屈折率領域を光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置した交互配置領域と、
光伝搬の方向と略垂直な方向に延び前記高屈折率領域と同一の屈折率を有する垂直延伸領域と、をそれぞれ複数個光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置し、
複数個の前記交互配置領域のうち前記アレイ導波路側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が狭い、又は、複数個の前記垂直延伸領域のうち前記アレイ導波路側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が広いことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の光導波路。
【請求項６】
前記低屈折率領域は、光伝搬の方向と略平行な方向に分割された２個の平行分割領域を構成し、
前記２個の平行分割領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置され、
前記２個の平行分割領域の間には、前記高屈折率領域と同一の屈折率を有する平行分割間領域が配置されることを特徴とする、請求項３又は請求項５に記載の光導波路。
【請求項７】
前記回折格子が位相格子であることを特徴とする請求項１から請求項６に記載のいずれかの光導波路。
【請求項８】
前記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７に記載の光導波路。
【請求項９】
前記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７に記載の光導波路。
【請求項１０】
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９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。
【請求項１】
回折格子が形成されたスラブ導波路と、
前記回折格子の自己像の明干渉部分が形成される位置に接続されたアレイ導波路と、
前記スラブ導波路及び前記アレイ導波路の間に形成され、光伝搬の方向と略垂直な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて平均的に高くなり、光伝搬の方向と略平行な方向の屈折率分布における屈折率の平均値が、前記アレイ導波路の中心軸において高くなる屈折率変化領域と、
を備えることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記スラブ導波路及び前記アレイ導波路の間の一部に前記屈折率変化領域が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記屈折率変化領域は、
光伝搬の方向と略垂直な方向の幅が前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて広くなるテーパ形状を有し、テーパ形状の幅の広い側を、前記アレイ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、テーパ形状の幅の狭い側を、前記スラブ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる高屈折率領域と、
前記高屈折率領域より低い屈折率を有し、光伝搬の方向と略垂直な方向の幅が前記スラブ導波路側から前記アレイ導波路側に向かうにつれて狭くなるテーパ形状を有し、テーパ形状の幅の広い側を、前記スラブ導波路に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させ、テーパ形状の幅の狭い側を、光伝搬の方向と略垂直な方向に隣接する前記アレイ導波路の間に光伝搬の方向と略平行な方向に対面させる低屈折率領域と、
を備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記低屈折率領域は、前記高屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる領域により分断される、又は、前記高屈折率領域は、前記低屈折率領域と同一の屈折率を有し光伝搬の方向と略垂直な方向に延びる領域により分断されることを特徴とする、請求項３に記載の光導波路。
【請求項５】
前記屈折率変化領域は、
高屈折率領域及び前記高屈折率領域より低い屈折率を有する低屈折率領域を光伝搬の方向と略垂直な方向に交互に配置した交互配置領域と、
光伝搬の方向と略垂直な方向に延び前記高屈折率領域と同一の屈折率を有する垂直延伸領域と、をそれぞれ複数個光伝搬の方向と略平行な方向に交互に配置し、
複数個の前記交互配置領域のうち前記アレイ導波路側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が狭い、又は、複数個の前記垂直延伸領域のうち前記アレイ導波路側に近いものほど、光伝搬の方向と略平行な方向の幅が広いことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の光導波路。
【請求項６】
前記低屈折率領域は、光伝搬の方向と略平行な方向に分割された２個の平行分割領域を構成し、
前記２個の平行分割領域は、光伝搬の方向と略垂直な方向に間隔を置いて配置され、
前記２個の平行分割領域の間には、前記高屈折率領域と同一の屈折率を有する平行分割間領域が配置されることを特徴とする、請求項３又は請求項５に記載の光導波路。
【請求項７】
前記回折格子が位相格子であることを特徴とする請求項１から請求項６に記載のいずれかの光導波路。
【請求項８】
前記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７に記載の光導波路。
【請求項９】
前記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７に記載の光導波路。
【請求項１０】
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９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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１３３２２３（Ｐ２０１２−１３３２２３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８６６３０（Ｐ２０１０−２８６６３０）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（５９１２３０２９５）ＮＴＴエレクトロニクス株式会社 (565)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（５９１２３０２９５）ＮＴＴエレクトロニクス株式会社 (565)
【Ｆターム（参考）】
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