JP5457661B2 - 光波長合分波回路 - Google Patents

Description

本発明は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）とマッハツェンダ干渉回路（ＭＺＩ）から構成される透過スペクトルが高い平坦性を有しかつ低損失な光波長合分波回路に係り、詳しくは透過波長の温度依存性が補償された上記構成の光波長合分波回路に関するものである。

シリコン基板上に形成された石英系ガラス導波路により構成されるプレーナ光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎｅｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の研究開発が盛んに行われている。このＰＬＣ技術を利用したアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）は、光波長合分波を実現する回路であり、光通信用の部品として重要な役割を果たしている。

ＡＷＧは、合分波される光の透過波長に温度依存性を有する。これは、ＡＷＧを構成する石英系ガラス導波路の実効屈折率が温度依存性を有するためである。このため、通常のＡＷＧにおいては、波長透過特性を一定に保持するために、温度調節装置を付加する必要があった。

ＡＷＧに付加的に必要とされる温度調節装置を省略するため、ＡＷＧの透過波長の温度依存性を低減する方法が開発されている。この方法について詳しくは、特許文献１および２に開示されている。透過波長の温度依存性を低減したＡＷＧは、温度無依存ＡＷＧ、あるいはアサーマルＡＷＧと呼ばれる。特許文献１および２に開示されたアサーマルＡＷＧは、ＡＷＧ内の各光経路（アレイ導波路あるいはスラブ導波路）において、光波の進行軸に交差するように溝を形成し、その溝に導波路の実効屈折率の温度係数とは異なる屈折率温度係数を有する材料（以下「温度補償材料」と記載）を挿入することにより、実現される。

図４０は、この従来技術におけるスラブ導波路に溝を形成するアサーマルＡＷＧタイプの光波長合分波回路の一例である構成４０００を示す平面図である。アサーマルＡＷＧタイプの光波長合分波回路４０００は、第１の入出力導波路４００１と、第１のスラブ導波路４００２と、アレイ導波路４００３と、第２のスラブ導波路４００４と、第２の入出力導波路４００５と、第１のスラブ導波路４００２に形成され、温度補償材料が充填されている溝４００６とを備える。

また、図４１は、図４０に示したアサーマルＡＷＧタイプの光波長合分波回路４０００において、線ＡＡ′部分の断面構造を示した図である。線ＡＡ′部分の断面構造には、溝４００６と、シリコン基板４００７と、導波路コア４００８と、クラッド４００９とが含まれる。溝４００６は、導波路コア４００８およびクラッド４００９の１部を取り除いて形成されており、導波路コア４００８を分断している。

アサーマルＡＷＧ４０００は、第１の入出力導波路４００１に入力された波長多重信号光を第２の入出力導波路４００５の各導波路へ分波し、波長チャネルごとの信号光として出力する機能と、第２の入出力導波路４００５の各導波路に入力された波長チャネルごとの信号光を第１の入出力導波路４００１へ合波し、波長多重信号光として出力する機能を有し、光波長合分波回路として動作する。

また図４０において、溝４００６は複数の溝に分割されているが、これは、単一の溝よりも、放射損失を低減することができるためである。図４０において、ｉ番目のアレイ導波路の長さＬ_iは、Ｌ_i＝Ｌ₁＋（ｉ−１）・ΔＬと表され、一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。これに応じて、各アレイ導波路に入力する光波が、第１のスラブ導波路４００２において、溝４００６により分断される長さの和Ｌ_i′は、Ｌ_i′＝Ｌ₁′＋（ｉ−ｌ）・ΔＬ′と表され、ΔＬに比例した量ΔＬ′ずつ順次長くなるような形状をしている。このときＡＷＧの第１の入出力導波路４００１の中央の導波路から第２の入出力導波路４００５の中央の導波路への透過中心波長λ_cは、
λ_c＝｛ｎ_aΔＬ−ｎ_sΔＬ′＋ｎ′ΔＬ′｝／Ｍ・・・数１
と表される。ここで、ｎ_aはアレイ導波路の実効屈折率、ｎ_sはスラブ導波路の実効屈折率、ｎ′は温度補償材料の屈折率であり、ＭはＡＷＧの回折次数であって、ｎ_aΔＬ−ｎ_sΔＬ′＋ｎ′ΔＬ′はＡＷＧにおける隣接する光経路の距離の差、すなわち光路長差を示している。このとき、ｎ′はｎ_sに近く、溝における光波の屈折角は十分小さいと仮定している。ここで光路長とは、光波が感じる距離であり、材料の屈折率と物理的な経路距離の積で求められる。また、ここでαはアレイ導波路およびスラブ導波路の実効屈折率温度係数（α＝ｄｎ_a／ｄＴ＝ｄｎ_s／ｄＴ、Ｔは温度）、α′は温度補償材料の屈折率温度係数（α′＝ｄｎ′／ｄＴ）であるとすると、アサーマルＡＷＧでは、ΔＬ′／（ΔＬ−ΔＬ′）＝−α／α′すなわちΔＬ′＝ΔＬ／（１−α′／α）と設計されている。これにより、アレイ導波路およびスラブ導波路での光路長差の温度変化が、溝に充填された温度補償材料の光路長差の温度変化により相殺され、透過中心波長の温度依存性が補償されている。温度補償材料としては、導波路のαに対して前述の条件を満たすα′を有する材料であれば構わないが、特にα′がαと異符号であり、かつ｜α′｜が｜α｜に比較して十分大きいような材料が好ましい。これはΔＬ´を小さく設計することができ、溝による過剰損失を抑制できるからである。このような条件の材料としては、例えば光学樹脂であるシリコーン樹脂があり、α′はおよそ−３５×αである。また、光学樹脂は光部品材料として長期信頼性に優れるという点でも好ましい。

ＡＷＧの透過波長の温度依存性を低減する別の方法としては、ＡＷＧのチップを回路に沿い弧状に切断し、そのチップの両端をつなぐ金属棒を接合し、金属棒の熱伸縮によりＡＷＧチップを変形させて、隣接するアレイ導波路の光路長差の温度変化と相殺させる方法がある。この方法について詳しくは、非特許文献１に開示されている。

また、ＡＷＧの透過波長の温度依存性を低減する更に別の方法としては、ＡＷＧチップの入力側または出力側のスラブ導波路を分断し、分断したチップを金属板で接合して、金属板の熱伸縮により分断したスラブ導波路の相対位置を変化させることにより、アレイ導波路の光路長差の温度変化と相殺させる方法がある。

一方、光通信システムの進展に伴い、リング網やメッシュ網など、多地点を接続しフレキシブルに通信路を切り替えるシステムが構築され始めている。このような高度なネットワークでは、光信号が電気信号に復調される事なく多地点を通過する事が求められており、使用される光波長合分波回路としては、透過スペクトルが高い平坦性を有し、かつ低損失であることが求められる。このような優れた透過特性を有する光波長合分波回路として、マッハツェンダ干渉回路（ＭＺＩ）とＡＷＧを組み合わせたＭＺＩ同期ＡＷＧ型の光波長合分波回路が提案されている。この回路について詳しくは、特許文献３および４に開示されている。この低損失かつ平坦な透過スペクトルを有するＭＺＩ同期ＡＷＧにより、多数回通過しても光信号の劣化が少ない、あるいは光信号の波長揺らぎに対して損失変動の少ない光波長合分波回路を得ることができる。

また、上記ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過波長の温度依存性を低減（アサーマル化）するためには、ＭＺＩとＡＷＧそれぞれの透過波長の温度依存性を低減する必要がある。ＭＺＩとＡＷＧそれぞれについて、特許文献１に開示される手法を適用した、アサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧについては、非特許文献２に開示されている。

図４２は、アサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路の一例である構成４２００を示す平面図である。アサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路４２００は、ＡＷＧ部分４２００ａと、ＭＺＩ部分４２００ｂとから構成される。ＡＷＧ部分４２００ａは、第１のスラブ導波路４２０１と、アレイ導波路４２０２と、第２のスラブ導波路４２０３と、第２の入出力導波路４２０４と、第１のスラブ導波路４２０１に形成され、温度補償材料が充填されている溝４２０５とを備える。ＭＺＩ部分４２００ｂは、第１の入出力導波路４２０６と、光カプラ４２０７と、第１のアーム導波路４２０８と、第２のアーム導波路４２０９と、方向性結合器４２１０と、第１のアーム導波路４２０８に形成され、上記の温度補償材料が充填されている溝４２１１とを備える。また、溝４２０５、４２１１は、複数の溝に分割されているが、これは、単一の溝よりも放射損失を低減することができるためである。

複数の波長を有する光波がＭＺＩ４２００ｂの第１の入出力導波路４２０６に入射されると、光カプラ４２０７により第１および第２のアーム導波路４２０８、４２０９に分岐され、その光路長差により波長に応じて位相差が生じる。この光波は、方向性結合器４２１０における近接して配置された２つの導波路間で干渉し、その位相差（すなわち波長）に応じて２つの導波路間でパワーが分配される。そのため、方向性結合器４２１０がＡＷＧ４２００ａの第１のスラブ導波路４２０１に接続する終端で集光する光波の位置が、その位相差（波長）により２つの導波路間で周期的に変化することになる。一方、方向性結合器４２１０からＡＷＧ４２００ａに入射した光波は、アレイ導波路４２０２における隣接導波路間の光路長差により、波長に応じて位相差が与えられ、その位相差（すなわち波長）に応じて第２のスラブ導波路４２０３の終端で集光する光波の位置が変化し、第２の入出力導波路４２０４それぞれに、所望の波長の光波が分波される。

ここで、方向性結合器４２１０における２つの導波路間で集光する光の位置が変化すると、第１のスラブ導波路４２０１への光波の入射位置が変化し、各アレイ導波路までの光路長が変化する。これにより、アレイ導波路４２０２の隣接導波路間の光路長差が変化せずとも、光波長分波回路全体での光路長差が変化し、第２のスラブ導波路４２０３の終端で集光する光の位置が変化する。このことは、第２のスラブ導波路４２０３の終端で集光する光波の位置は、ＭＺＩ４２００ｂにおける第１および第２のアーム導波路４２０８、４２０９の光路長差より調整できることを意味する。すなわち、ある波長領域において、ＭＺＩ４２００ｂの方向性結合器４２１０の終端で集光する光の位置変化と、ＭＺＩ４２００ａの第２のスラブ導波路４２０３の終端で集光する光の位置変化が同期するように設定すれば、第２のスラブ導波路４２０３の終端で集光する光の位置は変化せず、従って、この波長領域で平坦な透過スペクトル特性を得ることができる。

図４２のアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおいて、ＡＷＧ部分４２００ａは、図４０のアサーマルＡＷＧと同様の手法によりアサーマル化されている。また、ＭＺＩ部分４２００ｂにおいて、第２のアーム導波路４２０９に対する第１のアーム導波路の長さの差をΔｌとした場合、第１のアーム導波路において溝４２１１により分断されている長さの和は、Δｌの比例した量Δｌ′となるように設計されている。このときＭＺＩ４２００ｂの透過波長λ_c ^MZIは
λ_c ^MZI＝｛ｎ_rΔｌ＋ｎ′Δｌ′｝／ｍ・・・数２
と表される。ここで、ｎ_rは第１および第２のアーム導波路４２０８、４２０９の実効屈折率、ｎ′は温度補償材料の屈折率であり、ｍはＭＺＩ４２００ｂの回折次数であって、ｎ_rΔｌ＋ｎ′Δｌ′は第２のアーム導波路４２０９に対する第１のアーム導波路の光路長差を示している。ここでアーム導波路の実効屈折率温度係数は、アレイ導波路およびスラブ導波路のそれと同様のαであるから、アサーマル化されたＭＺＩ４２００ｂでは、Δｌ′／（Δｌ−Δｌ′）＝−α／α′すなわちΔｌ′＝Δｌ／（１−α′／α）と設計されている。これにより、第２のアーム導波路４２０９に対する第１のアーム導波路４２０８の光路長差の温度変化が、溝に充填された温度補償材料の光路長差の温度変化により相殺され、透過波長の温度依存性が補償されている。温度補償材料としては、図４０の例と同様に、α′がαと異符号であり、かつ｜α′｜が｜α｜に比較して十分大きいような材料が好ましく、このような条件の材料としては、例えば光学樹脂であるシリコーン樹脂がある。

ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過中心波長は、およそＭＺＩの透過波長とＡＷＧの透過中心波長の平均値となる。図４２のＭＺＩ同期ＡＷＧにおいては、ＭＺＩ４２００ｂの透過波長と、ＡＷＧ４２００ａの透過中心波長が共にアサーマル化されているため、ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過中心波長もアサーマル化される。また、アサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧのＡＷＧ部分をアサーマル化する手法については、上記非特許文献１に開示された手法も適用可能である。

国際公開第ＷＯ９８／３６２９９号パンフレット 特開２００１−１１６９３７号公報 特開平８−６９０２１号公報 米国特許６７２８４４６号明細書 特開２００３−１４９４７４号公報 J.B.D.Soole, et, al., "Athermalisation of silica arrayed waveguide grating multiplexers", ELECTRONICS LETTERS, Vol.39, pp.1182-1184, 2003. S.Kamei, et, al., "Athermal Mach-Zehnder interferometer-synchronised arrayed waveguide grating multi/demultiplexer with low loss and wide passband", ELECTRONICS LETTERS, Vol.44, pp.201-202, 2008. T.Mizuno, et, al., "Uniform wavelength spacing Mach-Zehnder interferometer using phase-generating couplers", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.24, pp.3217-3226, 2006. I.Zhang, et, al., "Planar waveguide-based silica-polymer hybrid variable optical attenuator and its associated polymers", APPLIED OPTICS, Vol.44, pp.2402-2408, 2005. J. Leuthold, et al., "Multimode Interference Couplers for the Conversion and Combining of Zero- and First-Order Modes," JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.16, pp1228-1238, 1998.

上述の設計によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧは、透過中心波長の温度依存性を完全に補償できるわけではない。これは、石英ガラス導波路や温度補償材料の実効屈折率温度係数、あるいは金属の熱膨張係数には、１次のみならず２次の成分が存在し、１次と２次の成分比は、一般には材料により異なるため、両次の温度依存性を同時には相殺できないからである。石英ガラス導波路の場合、α＝α₁＋α₂Ｔ、α₁＝１．０×１０^-5、α₂＝１．９×１０^-8程度（Ｔの単位は℃）である。シリコーン樹脂の場合、α′＝α′₁＋α′₂Ｔ、α′₁＝−３．５×１０^-4、α′₂＝１．５×１０^-7程度である。従来のアサーマルＡＷＧにおいては、使用温度領域の中央の温度において、この１次の温度依存性が補償されるよう設計がなされている。２次の係数は１次の係数に比較して微小ではあるが、使用温度領域全体では僅かな温度依存性が在留する。

ここで、図４２のアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧを例として、波長チャネル数４０、チャネル波長間隔０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）の場合を挙げる。導波路の比屈折率差（Δ）１．５％、コア厚４．５μｍ、アレイ導波路４２０２、第２の入出力導波路４２０４、第１の入出力導波路４２０６、第１および第２のアーム導波路４２０８、４２０９のコア幅は４．５μｍであり、第１のスラブ導波路４２０１、第２のスラブ導波路４２０３の長さは８４００μｍである。第２の入出力導波路４２０４は第２のスラブ導波路４２０３に接続する部分において１５μｍ間隔で波長チャネル数配置されており、その終端には開口幅１１．０μｍの直線テーパ導波路が設けられている。また光カプラ４２０７の分岐比は５０：５０％、方向性結合器の２つの導波路のコア幅は４．０μｍ、導波路間隔は６．０μｍ、結合率は５０％、温度補償材料はシリコーン樹脂とする。このときアレイ導波路の本数は２５０本、ΔＬは６２．５μｍ、Δｌは４０４０μｍである。ここで溝４２０５に充填された温度補償材料により与えられるべきΔＬ′およびΔｌ′は、ΔＬ′＝ΔＬ／（１−α′／α）＝ΔＬ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、Δｌ′＝Δｌ／（１−α′／α）＝Δｌ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、となる。ここで使用温度領域はＴ＝−５〜６５℃であるとし、中央のＴ＝３０℃での条件を考えると、ΔＬ′＝１．７９μｍ、Δｌ′＝１１５．４μｍとなる。

このアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおける、ＭＺＩ部分の透過波長の相対的な温度依存性、ＡＷＧ部分の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性、ＭＺＩ同期ＡＷＧ全体の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性を図４３に示す。また、図４４は、このアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおける温度−５、３０、６５℃での透過波形を示した図である。図４３、４４からわかるように、低損失、かつスペクトルの平坦性の高い透過波形が実現されてはいるが、ＭＺＩ、ＡＷＧ同様に、Ｔ＝３０℃を最小として２次関数的な微小温度依存性が残留しており、従ってＭＺＩ同期ＡＷＧ全体にも同様の温度依存性が残留している。使用温度領域Ｔ＝−５〜６５℃においては、この波長変動幅は０．０３ｎｍとなり、波長チャネル間隔の８％に達する。

このように、従来技術によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおいては、透過中心波長の２次の温度依存性が僅かながら残留していた。このため、透過中心波長の精度を求められる狭波長チャネル間隔、あるいは使用温度領域の広い光波長合分波回路においては、場合によっては伝送システムの要求性能を満足できないという課題があった。

本発明は、かかる問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、アサーマルＡＷＧにおいて残留する透過中心波長の温度依存性を補償し、全使用温度領域において透過中心波長精度に優れた、あるいは使用可能温度領域が比較的広い、低損失かつ透過スペクトルの平坦な光波長合分波回路を提供することにある。

上記の課題を達成するために、本発明の光波長合分波回路においては、ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過中心波長が、およそＭＺＩの透過波長とＡＷＧの透過中心波長の平均値であることに着目した。アサーマルＭＺＩの透過波長の温度依存性を変調しアサーマルＡＷＧに残留する透過中心波長の温度依存性と相殺するように設定できれば、アサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧに残留する温度依存性を補償することが可能である。ここで本発明においては、特にＭＺＩにおける光カプラに着目した。光カプラ自体に、２つの出力間の位相差が温度により変化する機構を与えることにより、ＭＺＩの透過波長の温度依存性を変調することが可能である。

以上の考察を踏まえた本発明による光波長合分波回路は、アレイ導波路回折格子とマッハツェンダ干渉回路とから構成される光波長合分波回路であって、上記アレイ導波路回折格子は、所定の光路長差で順次長くなる導波路からなるアレイ導波路と、上記アレイ導波路の両端部に接続された第１および第２のスラブ導波路と、透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段とを備え、上記マッハツェンダ干渉回路は、所定の光路長差を有する第１および第２のアーム導波路と、上記第１および第２のアーム導波路の片端と上記第１のスラブ導波路の端部に接続された後段光カプラと、上記第１および第２のアーム導波路の他端に接続された前段光カプラと、透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段とを備えたことを特徴とする光波長合分波回路において、上記前段光カプラが、特定の強度比で光を分岐する第１の光カプラと、上記第１の光カプラに更に接続され、所定の光路長差を有する第３のアーム導波路および第４のアーム導波路と、上記第３および第４のアーム導波路それぞれに更に接続された第２の光カプラとから構成される位相差生成カプラであり、上記第４のアーム導波路に対する上記第３のアーム導波路の光路長差が温度によって変化する機構であって、上記位相差生成カプラの２出力間の位相差の温度変化によって変調された上記マッハツェンダ干渉回路の透過波長の温度依存性が、上記アレイ導波路回析格子における透過波長の残留する温度依存性を補償するように構成された機構とを備え、上記機構は、上記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方を分断して形成され、上記第３および第４のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料が挿入された溝であり、上記第１の光カプラにおいて、上記第３のアーム導波路への光強度分岐比が５０％より小さく、かつ、上記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方に形成された溝は、上記第３のアーム導波路にのみ形成されることを特徴とする。

また、本発明による光波長合分波回路は、アレイ導波路回折格子とマッハツェンダ干渉回路とから構成される光波長合分波回路であって、上記アレイ導波路回折格子は、所定の光路長差で順次長くなる導波路からなるアレイ導波路と、上記アレイ導波路の両端部に接続された第１および第２のスラブ導波路と、透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段とを備え、上記マッハツェンダ干渉回路は、所定の光路長差を有する第１および第２のアーム導波路と、上記第１および第２のアーム導波路の片端と上記第１のスラブ導波路の端部に接続された後段光カプラと、上記第１および第２のアーム導波路の他端に接続された前段光カプラと、透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段とを備えたことを特徴とする光波長合分波回路において、上記前段光カプラが、特定の強度比で光を分岐する第１の光カプラと、上記第１の光カプラに更に接続され、所定の光路長差を有する第３のアーム導波路および第４のアーム導波路と、上記第３および第４のアーム導波路それぞれに更に接続された第２の光カプラとから構成される位相差生成カプラであり、上記第４のアーム導波路に対する上記第３のアーム導波路の光路長差が温度によって変化する機構であって、上記位相差生成カプラの２出力間の位相差の温度変化によって変調された上記マッハツェンダ干渉回路の透過波長の温度依存性が、上記アレイ導波路回析格子における透過波長の残留する温度依存性を補償するように構成された機構とを備え、上記機構は、上記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方の一部において、導波路コア側面あるいは上面のクラッドを取り除いて形成され、上記第３および第４のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料が挿入された溝であり、上記第１の光カプラにおいて、上記第３のアーム導波路への光強度分岐比が５０％より小さく、かつ、上記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方に形成された溝は、上記第３のアーム導波路にのみ形成されることを特徴とする。

また、上記溝は、複数の溝から構成されるものとしてもよい。

また、上記第２の光カプラは、方向性結合器であるものとしてもよい。

また、上記第２の光カプラは、マルチモード干渉回路であるものとしてもよい。

また、上記第１の光カプラは、方向性結合器であるものとしてもよい。

また、本発明による光波長合分波回路は、アレイ導波路回折格子とマッハツェンダ干渉回路とから構成される光波長合分波回路であって、上記アレイ導波路回折格子は、所定の光路長差で順次長くなる導波路からなるアレイ導波路と、上記アレイ導波路の両端部に接続された第１および第２のスラブ導波路と、透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段とを備え、上記マッハツェンダ干渉回路は、所定の光路長差を有する第１および第２のアーム導波路と、上記第１および第２のアーム導波路の片端と上記第１のスラブ導波路の端部に接続された後段光カプラと、上記第１および第２のアーム導波路の他端に接続された前段光カプラと、透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段とを備えたことを特徴とする光波長合分波回路において、上記前段光カプラが、特定の強度比で光を分岐する第１の光カプラと、上記第１の光カプラに更に接続され、所定の光路長差を有する第３のアーム導波路および第４のアーム導波路と、上記第３および第４のアーム導波路それぞれに更に接続された第２の光カプラとから構成される位相差生成カプラであり、上記第４のアーム導波路に対する上記第３のアーム導波路の光路長差が温度によって変化する機構であって、上記位相差生成カプラの２出力間の位相差の温度変化によって変調された上記マッハツェンダ干渉回路の透過波長の温度依存性が、上記アレイ導波路回析格子における透過波長の残留する温度依存性を補償するように構成された機構とを備え、上記機構は、上記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方を分断して形成され、上記第３および第４のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料が挿入された溝であり、上記第１の光カプラは、２本のアーム導波路と、その両端に接続された光カプラから構成される波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）である上記第１の光カプラは、２本のアーム導波路と、その両端に接続された光カプラ
から構成される波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）であることを特徴とする。

また、上記アレイ導波路回折格子およびマッハツェンダ干渉回路は、石英系ガラスから構成され、上記溝に挿入する材料は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の光学樹脂であるものとしてもよい。

また、上記アレイ導波路回析格子における温度補償手段は、上記アレイ導波路および上記第１および第２のスラブ導波路の少なくともいずれか１つに、光波の進行方向に交差して導波路を分断する溝を形成し、上記溝に上記導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより形成される手段であり、上記マッハツェンダ干渉回路における温度補償手段は、上記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を分断する溝を形成し、上記第１および第２のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより形成される手段であるものとしてもよい。

また、上記アレイ導波路および上記第１および第２のスラブ導波路の少なくともいずれか１つに形成された溝に挿入する材料と、上記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方の導波路に形成された溝に挿入する材料と、上記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方の導波路に形成された溝に挿入する材料とが同一であるものとしてもよい。

また、上記アレイ導波路回析格子における温度補償手段は、回路に沿って弧状に切断したチップの両端をつなぐ金属棒を接合し、金属棒の熱伸縮によりチップを変形させ、上記アレイ導波路の光路長差の温度変化と相殺させる手段であり、上記マッハツェンダ干渉回路における温度補償手段は、上記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を分断する溝を形成し、上記第１および第２のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより形成される手段であるものとしてもよい。

また、上記アレイ導波路回析格子における温度補償手段は、上記第１あるいは第２のスラブ導波路を分断し、分断したチップを金属板で接合して、金属板の熱伸縮により分断されたスラブ導波路の相対位置を変化させることによりアレイ導波路の光路長差の温度変化による光路の変化と相殺させる手段であり、上記マッハツェンダ干渉回路における温度補償手段は、上記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を分断する溝を形成し、上記第１および第２のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより形成される手段であるものとしてもよい。

また、上記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方の導波路に形成された溝に挿入する材料と、上記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方の導波路に形成された溝に挿入する材料とが同一であるものとしてもよい。

以上のように、本発明によれば従来技術によるアサーマルＡＷＧおよびＭＺＩ同期アサーマルＡＷＧにおいて残留していた透過中心波長の２次の温度依存性を補償することができ、全使用温度領域において透過中心波長精度に優れた、あるいは使用可能温度領域が広く、低損失で、かつ透過スペクトルの平坦性が高い、光波長合分波回路を提供することができる。

従来技術によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおいては、図４３の例に示されるように、ＡＷＧ部分の透過中心波長の温度依存性、およびＭＺＩ部分の透過波長の温度依存性について、同様の２次の成分が残留しており、そのためＭＺＩ同期ＡＷＧの透過中心波長の温度依存性についても、やはり同様の２次の成分が残留していた。これは、ＡＷＧにおける隣接するアレイ導波路間の光路長差の温度依存性、およびＭＺＩにおけるアーム導波路間の光路長差の温度依存性に、同様な２次の成分が残留しているためである。ここで、図４２における光カプラ４２０７に、２つの出力間の位相差が温度により変化する機構を与えれば、ＭＺＩにおけるアーム導波路間の光路長差が擬似的に変調され、ＭＺＩ部分の透過波長の温度依存性を変調することが可能である。２つの出力間に位相差を与えるカプラとしては、位相差生成カプラが提案されている。位相生成カプラについて詳しくは、非特許文献３に開示されている。

本発明の課題を解決するために、位相差生成カプラは、与えられる位相差が温度により変化し、かつ使用波長領域によりほとんど変化しないことが必要である。この条件を満足するものとして、温度依存型位相差生成カプラを新規に発案した。図１にその基本構成を示す。図１において、温度依存型位相差生成カプラ１００は、第１の光カプラ１０１と、第１の光カプラの入力導波路１０１ａと、アーム導波路１０２、１０３と、第２の光カプラ１０４と、第２の光カプラの２つの出力導波路１０４ａ、１０４ｂと、アーム導波路の一方を分断し温度補償材料が挿入される溝１０５とを備える。温度依存型位相差生成カプラの原理としてはアーム導波路の光路長差に温度依存性を付与できれば良いのだが、この温度依存型位相差生成カプラ１００の構成は、従来のＭＺＩ同期アサーマルＡＷＧから工程を何ら変えることなく、同時に作成できるという点で優れている。また、温度補償材料として、ＡＷＧおよびＭＺＩの温度補償手段に使用されているものと同材料を使用するならば、新規の材料を付加することなく作製できるという点でも好ましい。

以下、温度依存型位相差生成カプラ１００の動作例を示す。設計例として、導波路のΔ１．５％、コア厚４．５μｍ、アーム導波路１０２、１０３のコア幅４．５μｍ、第１の光カプラ１０１からアーム導波路１０２、１０３それぞれへの光パワー分岐比を６：９４％、第２の光カプラ１０４の分岐比を５０：５０％、アーム導波路１０３に対するアーム導波路１０２の長さの差−２．５μｍ、溝１０５の幅５２．５μｍ、温度補償材料はシリコーン樹脂とする。

図２は、上述の温度依存型位相差生成カプラ１００において、第１のカプラの入力導波路１０１ａから波長１５２５、１５４５、１５６５ｎｍの光波を入射したときに、第２の光カプラ１０４の２出力導波路間に与えられる位相差の、−５〜６５℃における温度依存性を示す図である。ここで上記位相差は、出力導波路１０４ｂに対する１０４ａの位相差とする。図２より、−５〜６５℃に温度範囲において、位相差は−１．６２πから−１．３５πの間で変化し、また位相差はほとんど波長に依存しないことが分かる。
以上を踏まえ、以下、本発明の実施形態について、具体的に説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路について説明する。図３は、本実施形態におけるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路３００の構成を示す平面図である。光波長合分波回路３００は、第１のスラブ導波路３０１と、アレイ導波路３０２と、第２のスラブ導波路３０３と、第２の入出力導波路３０４と、第２のスラブ導波路３０３に形成され、温度補償材料が充填されている溝３０５と、第１の入出力導波路３０６と、温度依存型位相差生成カプラ３０７と、第１のアーム導波路３０８と、第２のアーム導波路３０９と、方向性結合器３１０と、第１のアーム導波路３０８に形成され、上記の温度補償材料が充填されている溝３１１とを備える。

図３において、ｉ番目のアレイ導波路の長さＬ_iは、Ｌ_i＝Ｌ_l＋（ｉ−１）・ΔＬと表され、一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。これに応じて、各アレイ導波路を通過し、中央の波長チャネルを通過する光波が、第２のスラブ導波路３０３において、溝３０５により分断される長さＬ_i′は、Ｌ_i′＝Ｌ_l′＋（ｉ−１）ΔＬ′と表され、ΔＬに比例した量ΔＬ′ずつ順次長くなるような形状をしている。また、第２のアーム導波路３０９に対する第１のアーム導波路３０８の長さの差はΔｌに設計されており、第１のアーム導波路において溝３１１により分断されている長さは、Δｌに比例した量Δｌ′となるよう設計されている。

光波長合分波回路３００は、導波路のΔが１．５％、コア厚４．５μｍ、実効屈折率温度係数α＝１．０×１０^-5＋１．９×１０^-8×Ｔ、アレイ導波路３０２、第２の入出力導波路３０４、第１の入出力導波路３０６、第１のアーム導波路３０８、第２のアーム導波路３０９のコア幅は４．５μｍであり、第１のスラブ導波路３０１、第２のスラブ導波路３０３の長さは８２００μｍである。第２の入出力導波路３０４は、第２のスラブ導波路３０３に接続する部分において１５μｍ間隔で波長チャネル数配置されており、その終端には開口幅１１．０μｍの直線テーパ導波路が設けられている。方向性結合器３１０の２つの導波路のコア幅は４．０μｍ、導波路間隔は６．０μｍ、結合率は５０％、温度補償材料はシリコーン樹脂（屈折率温度係数α′＝−３．５×１０^-4＋１．５×１０^-7×Ｔ）である。また、光波長合分波回路３００は、波長チャネル数４０、波長チャネル間隔０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）、中央の波長チャネル（２１番目の波長チャネル）の透過波長１５４４．５３ｎｍ（１９４．１ＴＨｚ）と設計されている。このとき、アレイ導波路３０２の本数は２５０本、ΔＬは６２．６μｍ、Δｌは４０４０μｍである。ここで溝３０５、３１１に充填された温度補償材料により与えられるべきΔＬ’およびΔｌ′は、ΔＬ′＝ΔＬ／（１−α′／α）＝ΔＬ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、Δｌ′＝Δｌ／（１−α′／α）＝Δｌ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、となる。ここで、光波長合分波回路３００の使用温度領域はＴ＝−５〜６５℃であるとする。このとき、中央のＴ＝３０℃で上記条件を満足するよう設計されるので、ΔＬ′＝１．７９μｍ、Δｌ′＝１１５．４μｍとなる。この設計により、アレイ導波路３０２の隣接する導波路間の光路長差における１次の温度依存性、および第１、第２のアーム導波路３０８、３０９間の光路長差における１次の温度依存性が補償されている。

図４は、本実施形態の光波長合分波回路３００における温度依存型位相差生成カプラ３０７の構成を示す平面図である。温度依存型位相差生成カプラ３０７は、方向性結合器で形成された第１の光カプラ３１２、第３のアーム導波路３１３、第４のアーム導波路３１４、方向性結合器で形成された第２の光カプラ３１５、第４のアーム導波路３１４に形成され、温度補償材料であるシリコーン樹脂が挿入されている溝３１６とを備える。ここで、第３、第４のアーム導波路３１３、３１４のコア幅は４．５μｍ、第１の光カプラ３１２から第３、第４のアーム導波路３１３、３１４それぞれへの光パワー分岐比を６：９４％、第２の光カプラ３１５の分岐比を５０：５０％、第４のアーム導波路３１４に対する第３のアーム導波路３１３の長さの差−２．５μｍ、溝３１６が第４のアーム導波路３１４を分断する幅５２．５μｍとしている。この構成により、温度依存型位相差生成カプラ３０７全体は、ほぼ分岐比５０：５０％のカプラとして動作する。ここで原理的に温度依存型位相差生成カプラの光カプラ３１２、３１５の構成は問わないが、本例では方向性結合器を適用した。方向性結合器は比較的低損失で、また分岐比の設計自由度が高いという利点を有する。

図５は、上記の温度依存型位相差生成カプラ３０７において、第１の入出力導波路３０６から波長１５３６．６１ｎｍ（１番目の波長チャネルの波長）、１５４４．５３ｎｍ（中央２１番目の波長チャネルの波長）、１５５２．１２ｎｍ（４０番目の波長チャネルの波長）の光波を入射したときに、第２の光カプラ３１５の２出力間に与えられる位相差の、−５〜６５℃における温度依存性を示したものである。ここで上記位相差は、第２のアーム導波路３０９に接続する出力に対する、第１のアーム導波路３０８に接続する出力の位相差とする。図５より、−５〜６５℃に温度範囲において、位相差は、−１．６２πから−１．３５πの間で変化し、また位相差は使用する波長チャネルの波長範囲ではほとんど波長に依存しない。

図６は、本実施形態の光波長合分波回路３００において、温度依存型位相差生成カプラ３０７から方向性結合器３１０で構成されるＭＺＩでの光路長差の−５〜６５℃における温度依存性（線Ｚ）を示す図である。ここで上記光路長差は、第２のアーム導波路３０９を経由する光路長に対する第１のアーム導波路３０８を経由する光路長の差とし、光波の波長は１５４４．５３ｎｍとする。比較として、同波長における、第１、第２のアーム導波路３０８、３０９間の光路長差の温度依存性（線Ｘ）、温度依存型位相差生成カプラ３０７の２出力間で生成される光路長差の温度依存性（線Ｙ）を併せて示す。図６より、線Ｘにおいては、２次の温度依存性が残留しているが、上記ＭＺＩ全体としての光路長差（線Ｚ）は、線Ｘの光路長差と、温度依存型位相差生成カプラ３０７で与えられる光路長差（線Ｙ）の和となるので、ここでは線Ｘとは逆符号の２次的な温度依存性となる。

図７は、本実施形態の光波長合分波回路３００において、ＭＺＩ部分の透過波長の相対的な温度依存性、ＡＷＧ部分の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性、ＭＺＩ同期ＡＷＧ全体の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性を示す図である。また、図８は、光波長合分波回路３００における、温度−５、３０、６５℃での中央波長チャネルの透過波形を示す図である。図７、８より、低損失、かつスペクトルの平坦性の高い透過波形が実現されており、また、ＡＷＧ部分において残留していた２次の温度依存性が、ＭＺＩ部分における逆符号の２次的な温度依存性により補償されていることが分かる。従来技術によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおいて、使用温度領域Ｔ＝−５〜６５℃の範囲で０．０３ｎｍ残留していた透過中心波長の温度依存性は、その変動量を０．００７ｎｍすなわち波長チャネル間隔の２％にまで低減できている。

本実施形態の温度依存型位相差生成カプラ３０７については、図４では第４のアーム導波路３１４を分断するように溝３１６を形成し、温度補償材料を充填したが、溝の形状と配置はこの構成に限定されない。図９は、温度依存型位相差生成カプラ３０７の別の構成を示す平面図である。ここで各符号は図４と同様である。図９において、溝３１６は、第３のアーム導波路３１３に形成されている。第１の光カプラ３１２から第３、第４のアーム導波路３１３、３１４それぞれへの光パワー分岐比は６：９４％、第２の光カプラ３１５の分岐比は５０：５０％、第４のアーム導波路３１４に対する第３のアーム導波路３１３の長さの差は２．５μｍ、溝３１６が第３のアーム導波路３１４を分断する幅は５２．５μｍとしている。図９の構成の温度依存型位相差生成カプラは、図４の構成の温度依存型位相差生成カプラと同様に、図１０に示すような２出力間の位相差を生成することができる。また、溝３１６が形成されている第３のアーム導波路への光パワー分岐比が５０％より小さいことから、図４の構成に比較して、温度依存型位相差生成カプラ３０７全体における損失が小さいという利点を有する。

図１１は、温度依存型位相差生成カプラ３０７の更に別の構成を示した平面図である。ここで各符号は図４および図９と同様である。図１１の構成において溝３１６は、第３のアーム導波路３１３に形成されており、かつ４つの部分に分割されている。第１の光カプラ３１２の分岐比、第２の光カプラ３１５の分岐比、第４のアーム導波路３１４に対する第３のアーム導波路３１３の長さの差は、図９の温度依存型位相差生成カプラと同様である。また、溝３１６が第３のアーム導波路３１４を分断する幅の和は５２．５μｍとしており、分割された隣接する溝の端面から端面までの間隔は１５μｍとしている。図１１の温度依存型位相差生成カプラは、図９の構成の温度依存型位相差生成カプラと同様に、図１０に示すような２出力間の位相差を生成することができる。また、溝３１６を分割することにより、図９の構成に比較して、溝３１６自体で生じる放射損失を低減することができ、ひいては、温度依存型位相差生成カプラ３０７全体における損失が更に小さいという利点を有する。

図１２は、温度依存型位相差生成カプラ３０７の更に別の構成を示した平面図である。ここで各符号は図４および図９と同様である。図１２の構成において溝３１６は、第３のアーム導波路３１３および第４のアーム導波路３１４に形成されており、かつそれぞれで４つの部分に分割されている。第１の光カプラ３１２の分岐比、第２の光カプラ３１５の分岐比、第４のアーム導波路３１４に対する第３のアーム導波路３１３の長さの差は図９の温度依存型位相差生成カプラと同様である。また、分割された溝３１６が第３のアーム導波路３１３を分断する長さの和と、第４のアーム導波路３１４を分断する長さの和の差分は５２．５μｍとしており、分割された隣接する溝の端面から端面までの間隔は１５μｍとしている。図１２の温度依存型位相差生成カプラは、図９および図１１の構成の温度依存型位相差生成カプラと同様に、図１０に示すような２出力間の位相差を生成することができる。また、溝３１６を第３のアーム導波路３１３および第４のアーム導波路３１４の両方に分割して形成することにより、溝３１６自体で生じる放射損失を抑制しながら、溝３１６の溝幅に作製誤差が生じた場合においても、第３のアーム導波路３１３と第４のアーム導波路３１４の光路長差への影響が少ないため、より作製トレランスに優れているという利点を有する。

図１３は、温度依存型位相差生成カプラ３０７の更に別の構成を示した平面図であり、図１４は図１３の線ＢＢ′部分の断面図である。図１３、１４のような構造の導波路は、非特許文献４において開示されている。図１３、１４において、線ＢＢ′部分の断面には、シリコン基板３１７と、導波路コア３１８と、クラッド３１９とが含まれる。図１３、１４の構成において、溝３１６は第３のアーム導波路３１３の一部である導波路コア３１８の両側面に接するように形成されており、温度補償材料が挿入されている。このとき、溝３１６が導波路コア側面に接している長さは、５５０μｍに設定されている。図１３、１４の構成により、図９、図１１、または図１２の構成の温度依存型位相差生成カプラと同様に、図１０に示すような２出力間の位相差を生成することができる。また、図９、図１１または図１２の構成に比較して、溝３１６は導波路コア３１８を分断していないため、溝３１６において発生する損失を抑制することができ、より損失特性に優れるという利点を有する。

図１５は、温度依存型位相差生成カプラ３０７の更に別の構成を示した平面図であり、図１６は、図１５の線ＣＣ′部分の断面図である。ここで各符号は図１３、図１４と同様である。図１５、図１６の構成において、溝３１６は、第３のアーム導波路３１３の一部である導波路コア３１８の上面に接するように形成されており、温度補償材料が挿入されている。このとき、溝３１６がコア上面に接している長さは、１４００μｍに設定されている。図１５、図１６の構成によっても、図９、図１１または図１２の構成の温度依存型位相差生成カプラと同様に、図１０に示すような２出力間の位相差を生成することができる。また、図９、図１１または図１２の構成に比較して、溝３１６は導波路コアを分断していないため、溝３１６において発生する損失を抑制することができ、より損失特性に優れるという利点を有する。

本実施形態のＭＺＩ部分については、図３では第１のアーム導波路３０８を分断するように単一の溝３１１を形成し、温度補償材料を充填したが、溝の形状と配置はこの構成に限定されない。図１７は、第１、第２のアーム導波路３０８、３０９、および溝３１１の別の構成を示した平面図である。ここで各符号は図３と同様である。図１５において、溝３１６は、第１のアーム導波路３０８に形成されており、かつ４つの部分に分割されている。第２のアーム導波路３０９に対する第１のアーム導波路３０８の長さの差Δｌは図３の構成と同様にΔｌ＝４０４０μｍであり、溝３１６が第１のアーム導波路３０８を分断する幅の和Δｌ′はΔｌ′＝１１５．４μｍであり、分割された隣接する溝の端面から端面までの間隔は１５μｍとしている。溝３１１を分割することにより、図３の構成に比較して、溝３１１自体で生じる放射損失を低減することができ、ひいては、光波長合分波回路全体における損失が小さいという利点を有する。

図１８は、第１、第２のアーム導波路３０８、３０９、および溝３１１の更に別の構成を示した平面図である。ここで各符号は図３および図１５と同様である。図１８の構成において溝３１１は、第１のアーム導波路３０８および第２のアーム導波路３０９の両方に形成されており、かつそれぞれが４つの部分に分割されている。第２のアーム導波路３０９に対する第１のアーム導波路３０８の長さの差Δｌは、図３の構成と同様Δｌ＝４０４０μｍであり、溝３１１が第２のアーム導波路３０９を分断する幅の和と、第１のアーム導波路３０８を分断する幅の和との差Δｌ′はΔｌ′＝１１５．４μｍであり、分割された隣接する溝の端面から端面までの間隔は１５μｍとしている。溝３１１を第１のアーム導波路３０８および第２のアーム導波路３０９の両方に分割して形成することにより、図３の構成に比較して、溝３１１自体で生じる放射損失を抑制しながら、溝３１１の溝幅に作製誤差が生じた場合においても、第１のアーム導波路３０８と第２のアーム導波路３０９の光路長差への影響が少ないため、より作製トレランスに優れているという利点を有する。

また、第２の光カプラ３１５として、図４、図９、図１１、図１２、図１３、および図１５の構成では方向性結合器を適用したが、第２の光カプラ３１５の実現はこの構成に限定されない。図１９は別構成における、第２の光カプラ３１５近傍を拡大した図である。図１９の構成においては、２入力２出力のマルチモード干渉回路（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を適用している。ここでＭＭＩ３１５は幅１８μｍ、長さ７４０μｍ、入出力導波路間隔１２μｍであり、５０：５０％の分岐比を有する。マルチモード干渉回路（ＭＭＩ）を適用することにより、方向性結合器と比較して、導波路の幅に作製誤差が生じた場合においても、その分岐比が影響されにくいため、より作製トレランスに優れた光波長合分波回路が実現可能である。

また、第１の光カプラ３１２として、図４や図９、図１１、図１２、図１３、図１５の構成では方向性結合器を適用したが、第１の光カプラ３１２の実現はこの構成に限定されない。図２０は別構成における、第１の光カプラ３１２近傍を拡大した図である。図２０の構成においては、２つの非対称な導波路から構成される断熱的な結合器を適用している。ここで結合器は長さ１０００μｍ、第３のアーム導波路３１３に接続する側の導波路は幅が０から２．５μｍに直線的に変化し、第４のアーム導波路３１４に接続する側の導波路は一定幅８μｍであり、かつ第１の入出力導波路３０６と、中心軸が０．６μｍオフセットで接続している。この断熱的な結合器では、第１の入出力導波路３０６から入射した光波の一部パワーが、上記オフセット接続部分において１次モードに変換し、その１次モードに変換したパワーのみが隣接する導波路の基底モードに結合することで、光パワー分岐動作し、図９の構成の方向性結合器と同様に６：９４％の分岐比を有する。断熱的な結合器を適用することにより、方向性結合器と比較して、導波路の幅に作製誤差が生じた場合においても、その分岐比が影響されにくいため、より作製トレランスに優れた光波長合分波回路が実現可能である。

図２１は、更に別の構成における、第１の光カプラ３１２近傍を拡大した図である。図２１の構成においては、波長無依存カプラ（Wavelength Insensitive Coupler：ＷＩＮＣ）を適用している。ここでＷＩＮＣは、２つの方向性結合器３２０ａ、３２０ｂ、２本のアーム導波路３２１ａ、３２１ｂから更に構成され、方向性結合器３２０ａ、３２０ｂの結合率はそれぞれ８０％、８５％、アーム導波路３２１ｂに対する３２１ａの光路長差は０．７μｍであり、ＷＩＮＣは、図９の構成の方向性結合器と同様に、６：９４％の分岐比を有する。ＷＩＮＣを適用することにより、単一の方向性結合器と比較して、分岐比の波長依存性が小さいため、より広い波長範囲で動作する光波長合分波回路が実現可能である。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施形態に係る光波長合分波回路について説明する。図２２は、本実施形態におけるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路２２００の構成を示す平面図である。光波長合分波回路２２００は、第１のスラブ導波路２２０１と、アレイ導波路２２０２と、第２のスラブ導波路２２０３と、第２の入出力導波路２２０４と、金属棒２２０５と、第１の入出力導波路２２０６と、温度依存型位相差生成カプラ２２０７と、第１のアーム導波路２２０８と、第２のアーム導波路２２０９と、方向性結合器２２１０と、第１のアーム導波路２２０８に８分割されて形成され、温度補償材料が挿入される溝２２１１とを備える。本実施形態の光波長合分波回路２２００のチップは、回路に沿って弧状に切断されている。金属棒２２０５は、その両端が弧状のＡＷＧチップの両端付近に接合されている。また、金属の材質は本実施形態においてはアルミである。図２２において、アレイ導波路２２０２は、一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。また、第２のアーム導波路２２０９に対する第１のアーム導波路２２０８の長さの差はΔｌに設計されており、第１のアーム導波路において分割された溝２２１１により分断されている長さの和は、Δｌに比例した量Δｌ′となるよう設計されている。

光波長合分波回路２２００は、導波路のΔが１．５％、コア厚４．５μｍ、実効屈折率温度係数α＝１．０×１０^-5＋１．９×１０^-8×Ｔ、アレイ導波路２２０２、第２の入出力導波路２２０４、第１の入出力導波路２２０６、第１のアーム導波路２２０８、第２のアーム導波路２２０９のコア幅は４．５μｍであり、第１のスラブ導波路２２０１、第２のスラブ導波路２２０３の長さは８４００μｍである。第２の入出力導波路２２０４は、第２のスラブ導波路２２０３に接続する部分において１５μｍ間隔で波長チャネル数配置されており、その終端には開口幅１１．０μｍの直線テーパ導波路が設けられている。方向性結合器２２１０の２つの導波路のコア幅は４．０μｍ、導波路間隔は６．０μｍ、結合率は５０％、温度補償材料はシリコーン樹脂（屈折率温度係数α’＝−３．５×１０^-4＋１．５×１０^-7×Ｔ）である。また、光波長合分波回路２２００は、波長チャネル数４０、波長チャネル間隔０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）、中央の波長チャネル（２１番目の波長チャネル）の透過波長１５４４．５３ｎｍ（１９４．１ＴＨｚ）と設計されている。このときアレイ導波路２２０２の本数は２５０本、ΔＬは６２．５μｍ、Δｌは４０４０μｍである。

ここで金属棒２２０５は、材質の熱膨張係数に従い温度により伸縮する。このとき接合されたＡＷＧチップも形状が変形するが、高温では伸張する金属棒によりΔＬが小さくなるように変形し、低温では収縮する金属棒によりΔＬが大きくなるように変形する。従って、金属棒の長さを適切に設定することにより、隣接するアレイ導波路の光路長差（導波路の実効屈折率とΔＬの積）における温度変動を抑制し、ＡＷＧ部分の透過中心波長の１次の温度依存性が補償されている。また、ＭＺＩ部分において溝３１１に充填された温度補償材料により与えられるべきΔｌ′は、Δｌ′＝Δｌ／（１−α′／α）＝Δｌ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、となる。ここで光波長合分波回路２２００の使用温度領域は、Ｔ＝−５〜６５℃であるとする。このとき中央のＴ＝３０℃で上記条件を満足するよう設計されるので、Δｌ′＝１１５．４μｍとなる。この設計により、ＭＺＩ部分の第１、第２のアーム導波路２２０８、２２０９間の光路長差における１次の温度依存性が補償されている。

図２３は、本実施形態の光波長合分波回路２２００における温度依存型位相差生成カプラ２２０７の構成を示す平面図である。温度依存型位相差生成カプラ２２０７は、ＷＩＮＣで形成された第１の光カプラ２２１２と、第３のアーム導波路２２１３と、第４のアーム導波路２２１４と、ＭＭＩで形成された第２の光カプラ２２１５と、第３のアーム導波路２２１４に４分割されて形成され、温度補償材料であるシリコーン樹脂が挿入されている溝２２１６とを備え、第１の光カプラ２２１２は、方向性結合器２２１７ａ、２２１７ｂと、２本のアーム導波路２２１８ａ、２２１８ｂとを備える。ここで第３、第４のアーム導波路２２１３、２２１４のコア幅は４．５μｍ、第１の光カプラ２２１２から第３、第４のアーム導波路２２１３、２２１４のそれぞれへの光パワー分岐比を６：９４％、第２の光カプラ２２１５の分岐比を５０：５０％、第４のアーム導波路２２１４に対する第３のアーム導波路２２１３の長さの差２．０μｍ、分割された溝２２１６が第３のアーム導波路２２１３を分断する幅の和を４０．６μｍとしている。この構成により、温度依存型位相差生成カプラ２２０７全体は、ほぼ分岐比５０：５０％のカプラとして動作する。

図２４は、上記の温度依存型位相差生成カプラ２２０７において、第１の入出力導波路２２０６から波長１５３６．６１ｎｍ（１番目の波長チャネルの波長）、１５４４．５３ｎｍ（中央２１番目の波長チャネルの波長）、１５５２．１２ｎｍ（４０番目の波長チャネルの波長）の光波を入射したときに、第２の光カプラ２２１５の２出力間に与えられる位相差の−５〜６５℃における温度依存性を示したものである。ここで上記位相差は、第２のアーム導波路２２０９に接続する出力に対する、第１のアーム導波路２２０８に接続する出力の位相差とする。図２４より、−５〜６５℃に温度範囲において、位相差は、０．４４πから０．６５πの間で変化し、また、位相差は、使用する波長チャネルの波長範囲ではほとんど波長に依存しない。

図２５は、本実施形態の光波長合分波回路２２００において、温度依存型位相差生成カプラ２２０７から方向性結合器２２１０で構成されるＭＺＩでの光路長差の、−５〜６５℃における温度依存性（線Ｚ）を示した図である。ここで上記光路長差は、第２のアーム導波路２２０９を経由する光路長に対する第１のアーム導波路２２０８を経由する光路長の差とし、光波の波長は１５４４．５３ｎｍとする。比較として、同波長における、第１、第２のアーム導波路２２０８、２２０９間の光路長差の温度依存性（線Ｘ）、温度依存型位相差生成カプラ２２０７の２出力間で生成される光路長差の温度依存性（線Ｙ）を併せて示す。図２５より、線Ｘにおいては２次の温度依存性が残留しているが、上記ＭＺＩ全体としての光路長差（線Ｚ）は、線Ｘの光路長差と、温度依存型位相差生成カプラ２２０７で与えられる光路長差（線Ｙ）の和となるので、ここでは線Ｘとは逆符号の２次的な温度依存性となる。

図２６は、本実施形態の光波長合分波回路２２００において、ＭＺＩ部分の透過波長の相対的な温度依存性、ＡＷＧ部分の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性、ＭＺＩ同期ＡＷＧ全体の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性を示した図である。また、図２７は、光波長合分波回路２２００における、温度−５、３０、６５℃での中央波長チャネルの透過波形を示した図である。図２６、２７より、低損失、かつスペクトルの平坦性の高い透過波形が実現されており、また、ＡＷＧ部分において残留していた２次の温度依存性が、ＭＺＩ部分における逆符号の２次的な温度依存性により補償されていることが分かる。従来技術によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおいて使用温度領域Ｔ＝−５〜６５℃の範囲で０．０２ｎｍ残留していた透過中心波長の温度依存性は、その変動量を０．００２ｎｍすなわち波長チャネル間隔の０．５％にまで低減できている。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施形態に係る光波長合分波回路について説明する。図２８は、本実施形態におけるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路２８００の構成を示す平面図である。光波長合分波回路２８００は、第１のスラブ導波路２８０１と、アレイ導波路２８０２と、第２のスラブ導波路２８０３と、第２の入出力導波路２８０４と、金属板２８０５と、第１の入出力導波路２８０６と、温度依存型位相差生成カプラ２８０７と、第１のアーム導波路２８０８と、第２のアーム導波路２８０９と、方向性結合器２８１０と、第１のアーム導波路２８０８に８分割されて形成され、温度補償材料が挿入されている溝２８１１とを備える。本実施形態の光波長合分波回路２８００のチップは、第１のスラブ導波路２８０１を分断するように２つのチップに切断されている。ここで金属板２８０５は、切断された２つのチップのそれぞれに接合されている。また、金属の材質は本実施形態においてはアルミである。図２８においてアレイ導波路２８０２は一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。また、第２のアーム導波路２８０９に対する第１のアーム導波路２８０８の長さの差はΔｌに設計されており、第１のアーム導波路において分割された溝２８１１により分断されている長さの和は、Δｌに比例した量Δｌ′となるよう設計されている。

光波長合分波回路２８００は、導波路のΔが１．５％、コア厚４．５μｍ、実効屈折率温度係数α＝１．０×１０^-5＋１．９×１０^-8×Ｔ、アレイ導波路２８０２、第２の入出力導波路２８０４、第１の入出力導波路２８０６、第１のアーム導波路２８０８、第２のアーム導波路２８０９のコア幅は４．５μｍであり、第１のスラブ導波路２８０１、第２のスラブ導波路２８０３の長さは８４００μｍである。第２の入出力導波路２８０４は第２のスラブ導波路２８０３に接続する部分において１５μｍ間隔で波長チャネル数配置されており、その終端には開口幅１１．０μｍの直線テーパ導波路が設けられている。方向性結合器２８１０の２つの導波路のコア幅は４．０μｍ、導波路間隔は６．０μｍ、結合率は５０％、温度補償材料はシリコーン樹脂（屈折率温度係数α′＝−３．５×１０^-4＋１．５×１０^-7×Ｔ）である。また、光波長合分波回路２８００は、波長チャネル数４０、波長チャネル間隔０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）、中央の波長チャネル（２１番目の波長チャネル）の透過波長１５４４．５３ｎｍ（１９４．１ＴＨｚ）と設計されている。このときアレイ導波路２８０２の本数は２５０本、ΔＬは６２．５μｍ、Δｌは４０４０μｍである。

ここで金属板２８０５は、材質の熱膨張係数に従い温度により伸縮する。このとき接合された２つのチップの相対位置が変化するが、アレイ導波路２８０２のあるチップを基準としてＭＺＩ部分のあるチップは、高温では伸張する金属板２８０５により図面上方に移動し、低温では収縮する金属板２８０５により図面下方に移動する。従って金属板の長さを適切に設定することにより、アレイ導波路２８０２における光路長差の温度変動を補償するように、このＭＺＩ部分のあるチップの位置変化を生じさせることが可能であり、この構造により、ＡＷＧ部分における透過中心波長の１次の温度依存性が補償されている。また、ＭＺＩ部分において溝３１１に充填された温度補償材料により与えられるべきΔｌ′は、Δｌ′＝Δｌ／（１−α′／α）＝Δｌ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、となる。ここで、光波長合分波回路２８００の使用温度領域は、Ｔ＝−５〜６５℃であるとする。このとき中央のＴ＝３０℃で上記条件を満足するよう設計されるので、Δｌ′＝１１５．４μｍとなる。この設計により、ＭＺＩ部分の第１、第２のアーム導波路２８０８、２８０９間の光路長差における１次の温度依存性が補償されている。

図２９は、本実施形態の光波長合分波回路２８００における温度依存型位相差生成カプラ２８０７の構成を示す平面図である。温度依存型位相差生成カプラ２８０７は、ＷＩＮＣで形成された第１の光カプラ２８１２と、第３のアーム導波路２８１３と、第４のアーム導波路２８１４と、ＭＭＩで形成された第２の光カプラ２８１５と、第３のアーム導波路２８１４に４分割されて形成され温度補償材料であるシリコーン樹脂が挿入される溝２８１６とを備え、第１の光カプラ２８１２は、方向性結合器２８１７ａ、２８１７ｂと、２本のアーム導波路２８１８ａ、２８１８ｂとを備えている。ここで第３、第４のアーム導波路２８１３、２８１４のコア幅は４．５μｍ、第１の光カプラ２８１２から第３、第４のアーム導波路２８１３、２８１４のそれぞれへの光パワー分岐比を６：９４％、第２の光カプラ２８１５の分岐比を５０：５０％、第４のアーム導波路２８１４に対する第３のアーム導波路２８１３の長さの差２．０μｍ、分割された溝２８１６が第３のアーム導波路２８１３を分断する幅の和を４０．６μｍとしている。温度依存型位相差生成カプラ２８０７全体は、ほぼ分岐比５０：５０％のカプラとして動作する。

図３０は、上記の温度依存型位相差生成カプラ２８０７において、第１の入出力導波路２８０６から波長１５３６．６１ｎｍ（１番目の波長チャネルの波長）、１５４４．５３ｎｍ（中央２１番目の波長チャネルの波長）、１５５２．１２ｎｍ（４０番目の波長チャネルの波長）の光波を入射したときに、第２の光カプラ２８１５の２出力間に与えられる位相差の−５〜６５℃における温度依存性を示したものである。ここで上記位相差は、第２のアーム導波路２８０９に接続する出力に対する第１のアーム導波路２８０８に接続する出力の位相差とする。図３０より、−５〜６５℃に温度範囲において、位相差は、０．４４πから０．６５πの間で変化し、また、位相差は、使用する波長チャネルの波長範囲ではほとんど波長に依存しない。

図３１は、本実施形態の光波長合分波回路２８００において、温度依存型位相差生成カプラ２８０７から方向性結合器２８１０で構成されるＭＺＩでの光路長差の−５〜６５℃における温度依存性（線Ｚ）を示した図である。ここで、上記光路長差は、第２のアーム導波路２８０９を経由する光路長に対する第１のアーム導波路２８０８を経由する光路長の差とし、光波の波長は１５４４．５３ｎｍとする。比較として、同波長における、第１、第２のアーム導波路２８０８、２８０９間の光路長差の温度依存性（線Ｘ）、温度依存型位相差生成カプラ２８０７の２出力間で生成される光路長差の温度依存性（線Ｙ）を併せて示す。図３１より、線Ｘにおいては２次の温度依存性が残留しているが、上記ＭＺＩ全体として光路長差（線Ｚ）は、線Ｘの光路長差と、温度依存型位相差生成カプラ２８０７で与えられる光路長差（線Ｙ）の和となるので、ここでは線Ｘとは逆符号の２次的な温度依存性となる。

図３２は、本実施形態の光波長合分波回路２８００において、ＭＺＩ部分の透過波長の相対的な温度依存性、ＡＷＧ部分の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性、ＭＺＩ同期ＡＷＧ全体の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性を示した図である。また、図３３は、光波長合分波回路２８００における、温度−５、３０、６５℃での中央波長チャネルの透過波形を示した図である。図３２、３３より、低損失、かつスペクトルの平坦性の高い透過波形が実現されており、また、ＡＷＧ部分において残留していた２次の温度依存性が、ＭＺＩ部分における逆符号の２次的な温度依存性により補償されていることが分かる。従来技術によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおいて使用温度領域Ｔ＝−５〜６５℃の範囲で０．０２ｎｍ残留していた透過中心波長の温度依存性は、その変動量を０．００２ｎｍすなわち波長チャネル間隔の０．５％にまで低減できている。

［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施形態に係る光波長合分波回路について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に係る光波長合分波回路とほぼ同様の構成ながら波長チャネル間隔が比較的広く、かつ使用温度範囲も比較的広い場合の一例を示す。図３４は、本実施形態におけるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路３４００の構成を示す平面図である。光波長合分波回路３４００は、第１のスラブ導波路３４０１と、アレイ導波路３４０２と、第２のスラブ導波路３４０３と、第２の入出力導波路３４０４と、第２のスラブ導波路３４０３に形成され、温度補償材料が充填されている溝３４０５と、第１の入出力導波路３４０６と、温度依存型位相差生成カプラ３４０７と、第１のアーム導波路３４０８と、第２のアーム導波路３４０９と、方向性結合器３４１０と、第１のアーム導波路３４０８に４分割されて形成され温度補償材料が充填され溝３４１１とを備える。図３４において、アレイ導波路３４０２は、一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。これに応じて、各アレイ導波路を通過し、中央の波長チャネルを通過する光波が、第２のスラブ導波路３４０３において溝３４０５により分断される長さは、ΔＬに比例した量ΔＬ’ずつ順次長くなるような形状をしている。また、第２のアーム導波路３４０９に対する第１のアーム導波路３４０８の長さの差は、Δｌに設計されており、第１のアーム導波路において溝３４１１により分断されている長さは、Δｌに比例した量Δｌ′となるよう設計されている。

光波長合分波回路３４００は、導波路のΔが１．５％、コア厚４．５μｍ、実効屈折率温度係数α＝１．０×１０^-5＋１．９×１０^-8×Ｔ、アレイ導波路３４０２、第２の入出力導波路３４０４、第１の入出力導波路３４０６、第１のアーム導波路３４０８、第２のアーム導波路３４０９のコア幅は４．５μｍであり、第１のスラブ導波路３４０１、第２のスラブ導波路３４０３の長さは８１００μｍである。第２の入出力導波路３４０４は、第２のスラブ導波路３４０３に接続する部分において１５μｍ間隔で波長チャネル数配置されており、その終端には開口幅１１．０μｍの直線テーパ導波路が設けられている。方向性結合器３４１０の２つの導波路のコア幅は４．０μｍ、導波路間隔は６．０μｍ、結合率は５０％、温度補償材料はシリコーン樹脂（屈折率温度係数α′＝−３．５×１０^-4＋１．５×１０^-7×Ｔ）である。また、光波長合分波回路３４００は、波長チャネル数４０、波長チャネル間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）、中央の波長チャネル（２１番目の波長チャネル）の透過波長１５４４．５３ｎｍ（１９４．１ＴＨｚ）と設計されている。このときアレイ導波路３４０２の本数は２５０本、ΔＬは３１．８μｍ、Δｌは２０２０μｍである。ここで溝３４０５、３４１１に充填された温度補償材料により与えられるべきΔＬ′およびΔｌ′は、ΔＬ′＝ΔＬ／（１−α′／α）＝ΔＬ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、Δｌ′＝Δｌ／（１−α′／α）＝Δｌ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、となる。ここで光波長合分波回路３４００の使用温度領域は、Ｔ＝−４０〜８０℃であるとする。このとき中央のＴ＝２０℃で上記条件を満足するよう設計されるので、ΔＬ′＝０．９１μｍ、Δｌ′＝５７．７μｍとなる。この設計により、アレイ導波路３４０２の隣接する導波路間の光路長差における１次の温度依存性、および第１、第２のアーム導波路３４０８、３４０９間の光路長差における１次の温度依存性が補償されている。

図３５は、本実施形態の光波長合分波回路３４００における、温度依存型位相差生成カプラ３４０７の構成を示す平面図である。温度依存型位相差生成カプラ３４０７は、ＷＩＮＣで形成された第１の光カプラ３４１２と、第３のアーム導波路３４１３と、第４のアーム導波路３４１４と、ＭＭＩで形成された第２の光カプラ３４１５と、第３のアーム導波路３４１３に４分割されて形成され、温度補償材料であるシリコーン樹脂が挿入されている溝３４１６とを備え、第１の光カプラ３４１２は、方向性結合器（結合率８５％、９５％）３４１７ａ、３４１７ｂと、２本のアーム導波路（光路長差０．６５μｍ）３４１８ａ、３４１８ｂを備えている。ここで、第３、第４のアーム導波路３４１３、３４１４のコア幅は４．５μｍ、第１の光カプラ３４１２から第３、第４のアーム導波路３４１３、３４１４のそれぞれへの光パワー分岐比を１０：９０％、第２の光カプラ３４１５の分岐比を５０：５０％、第４のアーム導波路３４１４に対する第３のアーム導波路３４１３の長さの差１．５７μｍ、分割された溝３４１６が第３のアーム導波路３４１３を分断する幅の和を３１．０μｍとしている。この構成により、温度依存型位相差生成カプラ３４０７全体は、ほぼ分岐比５０：５０％のカプラとして動作する。

図３６は、上記の温度依存型位相差生成カプラ３４０７において、第１の入出力導波路３４０６から波長１５２８．７７ｎｍ（１番目の波長チャネルの波長）、１５４４．５３ｎｍ（中央２１番目の波長チャネルの波長）、１５５９．７９ｎｍ（４０番目の波長チャネルの波長）の光波を入射したときに、第２の光カプラ３４１５の２出力間に与えられる位相差の、−４０〜８０℃における温度依存性を示したものである。ここで上記位相差は、第２のアーム導波路３４０９に接続する出力に対する、第１のアーム導波路３４０８に接続する出力の位相差とする。図３６より、−４０〜８０℃の温度範囲において、位相差は、０．３３πから０．７πの間で変化し、また、位相差は、使用する波長チャネルの波長範囲ではほとんど波長に依存しない。

図３７は、本実施形態の光波長合分波回路３４００において、温度依存型位相差生成カプラ３４０７から方向性結合器３４１０で構成されるＭＺＩでの光路長差の、−４０〜８０℃における温度依存性（線Ｚ）を示した図である。ここで上記光路長差は、第２のアーム導波路３４０９を経由する光路長に対する第１のアーム導波路３４０８を経由する光路長の差とし、光波の波長は１５４４．５３ｎｍとする。比較として、同波長における、第１、第２のアーム導波路３４０８、３４０９間の光路長差の温度依存性（線Ｘ）、温度依存型位相差生成カプラ３４０７の２出力間で生成される光路長差の温度依存性（線Ｙ）を併せて示す。図３７より、線Ｘにおいては２次の温度依存性が残留しているが、上記ＭＺＩ全体としての光路長差（線Ｚ）は、線Ｘの光路長差と、温度依存型位相差生成カプラ３４０７で与えられる光路長差（線Ｙ）の和となるので、ここでは線Ｘとは逆符号の２次的な温度依存性となる。

図３８は、本実施形態の光波長合分波回路３４００において、ＭＺＩ部分の透過波長の相対的な温度依存性、ＡＷＧ部分の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性、ＭＺＩ同期ＡＷＧ全体の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性を示した図である。また、図３９は、光波長合分波回路３４００における、温度−４０、２０、８０℃での中央波長チャネルの透過波形を示した図である。図３８、３９より、低損失、かつスペクトルの平坦性の高い透過波形が実現されており、また、ＡＷＧ部分において残留していた２次の温度依存性が、ＭＺＩ部分における逆符号の２次的な温度依存性により補償されていることが分かる。従来技術によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおいて使用温度領域Ｔ＝−４０〜８０℃の範囲で０．０７ｎｍ残留していた透過中心波長の温度依存性は、その変動量を０．０２ｎｍすなわち波長チャネル間隔の３％にまで低減できる。

［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路について説明する。本実施形態では、特許文献６に開示される低損失かつ平坦な透過スペクトルを有するＡＷＧであって、透過波長の主要な温度依存性が補償されたアサーマルＡＷＧにおいて、本発明の課題解決手段を適用したものである。

図４５は、本実施形態における光波長合分波回路４５００の構成を示す平面図である。光波長合分波回路４５００は、第１のスラブ導波路４５０１と、アレイ導波路４５０２と、第２のスラブ導波路４５０３と、第２の入出力導波路４５０４と、第２のスラブ導波路４５０３に形成され、温度補償材料が充填されている溝４５０５と、第１の入出力導波路４５０６と、温度依存型位相差生成カプラ４５０７と、第１のアーム導波路４５０８と、第２のアーム導波路４５０９と、光モード合成カプラ４５１０と、第１のアーム導波路４５０８に形成され、温度補償材料が充填されている溝４５１１とを備える。図４５において、ｉ番目のアレイ導波路の長さＬ_iは、Ｌ_i＝Ｌ₁＋（ｉ−１）・ΔＬと表され、一定量ΔＬずつ順次長くなるように設計されている。これに応じて、各アレイ導波路を通過し、中央の波長チャンネルを通過する光波が、第２のスラブ導波路４５０３において溝４５０５により分断される長さＬ_i′はＬ_i′＝（ｉ−１）ΔＬ′と表され、ΔＬに比例した量ΔＬ′ずつ順次長くなるような形状をしている。また第２のアーム導波路４５０９に対する第１のアーム導波路４５０８の長さの差はΔｌに設計されており、第１のアーム導波路において溝４５１１により分断される長さは、Δｌに比例した量Δｌ′となるよう設計されている。

光波長合分波回路４５００は、導波路のΔが１．５％、コア厚４．５μｍ、実効屈折率温度係数α＝１．０×１０^-5＋１．９×１０^-8×Ｔ、アレイ導波路４５０２、第２の入出力導波路４５０４、第１の入出力導波路４５０６、第１のアーム導波路４５０８、第２のアーム導波路４５０９のコア幅は４．５μｍであり、第１のスラブ導波路４５０１、第２のスラブ導波路４５０３の長さは８２００μｍである。第２の入出力導波路４５０４は第２のスラブ導波路４５０３に接続する部分において１５μｍ間隔で波長チャンネル数配置されており、その終端には開口幅１１．０μｍの直線テーパ導波路が設けられている。温度補償材料はシリコーン樹脂（屈折率温度係数α′＝−３．５×１０^-4＋−１．５×１０^-7×Ｔ）である。また、光波長合分波回路４５００は、波長チャンネル数４０、波長チャンネル間隔０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）、中央の波長チャンネル（２１番目の波長チャンネル）の透過波長１５４４．５３ｎｍ（１９４．１ＴＨｚ）と設計されている。このときアレイ導波路４５０２の本数は２５０本、ΔＬは６２．６μｍ、Δｌは４０４０μｍである。ここで溝４５０５、４５１１に充填された温度補償材料により与えられるべきΔＬ′およびΔｌ′は、ΔＬ′＝ΔＬ／（１−α′／α）＝ΔＬ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、Δｌ′＝Δｌ／（１−α′／α）＝Δｌ／（１−（α′₁＋α′₂Ｔ）／（α₁＋α₂Ｔ））、となる。ここで光波長合分波回路４５００の使用温度領域は、Ｔ＝−５〜６５℃であるとする。このとき中央のＴ＝３０℃で上記条件を満足するよう設計されるので、ΔＬ′＝１．７９μｍ、Δｌ′＝１１５．４μｍとなる。この設計により、アレイ導波路４５０２の隣接する導波路間の光波長差における１次の温度依存性、および第１、第２のアーム導波路４５０８、４５０９間の光路長差における１次の温度依存性が補償されている。

図４６は、光モード合成カプラ４５１０を実現する構成の一例を示したものである。本実施形態において、光モード合成カプラとは、一方の入力導波路から入力された基本モード光を出力導波路の基本モードに結合させ、他方の入力導波路から入力した基本モード光を変換して出力導波路の１次モードに結合させるカプラである。ここで光モード合成カプラ４５１０は導波路幅が非対称な方向性結合器であり、第１のアーム導波路４５０８に接続する導波路４６０１ａの幅を２．５μｍ、第２のアーム導波路４５０９に接続する導波路４６０１ｂの幅を８μｍとし、導波路４６０１ａ、４６０１ｂの長さは５００μｍとしている。また、第２のアーム導波路４５０９から導波路４６０１ｂへは、直線テーパにより滑らかに導波路幅が変換されている。このとき導波路４６０１ａの基底モード実効屈折率と、導波路４６０１ｂの１次モード実効屈折率はほぼ等しくなっており、第１のアーム導波路４５０８から導波路４６０１ａに入力する基底モード光は、導波路４６０１ｂの１次モードに結合する。また、第２のアーム導波路４５０９から入力する基底モード光は、そのまま導波路４６０１ｂを基底モードで伝播するので、出力導波路であるマルチモード導波路４６０２へは基底モードと１次モードが合成されて伝播し、第１のスラブ導波路４５０１に入力する。ただし、マルチモード導波路４６０２は必ずしも必要ではなく、導波路４６０１ｂが第１のスラブ導波路４５０１に直接接続してもよい。また、光モード合成カプラ４５１０において完全に合成できなかった光波が、漏光として光波長合分波回路の特性を劣化させないため、導波路４６０１ａにつながる導波路を、遮光材料が充填された溝４６０３等により終端するのが好ましい。このとき溝の端面は導波路に垂直でなく８度程度傾斜していると、更に光波の反射を抑制できるので好ましい。

第１のスラブ導波路４５０１に入力する基底モード光と１次モード光の合成フィールドは、光の波長にしたがって上記モード間の位相差が周期的に変化することにより、周期的に振動をする。本実施形態においてその振動周期波長は０．４ｎｍである。ここで、上記合成フィールドが変化することにより第１のスラブ導波路４５０１への光波の入射位置が変化し、各アレイ導波路までの光路長が変化する。そうすると、光波長合分波回路全体での光路長差が変化し、第２のスラブ導波路４５０３の終端で集光する光の位置が変化する。いま、光波の入射位置変化の周期波長は０．４ｎｍであり、これはＡＷＧでの波長チャンネル間隔に一致している。すなわちある波長領域において、ＡＷＧの第１のスラブ導波路４５０１に入射する光の位置変化と、ＡＷＧ単体において第２のスラブ導波路４５０３の終端で集光する光の位置変化はほぼ同期している。これにより、その波長領域において波長合分波回路全体では、第２のスラブ導波路４５０３の終端で集光する光の位置はほとんど変化せず、従って、平坦な透過スペクトル特性を得ることができる。

図４７は、光モード合成カプラ４５１０を実現する構成の別の例を示したものである。図４７の構成においては、図４６と同様に非対称な方向性結合器ではあるが、導波路４７０１ａはその幅が徐々に狭くなり、幅が無くなって終端する構造になっている。このとき、導波路４７０１ａ、４７０１ｂの長さは１５００μｍに設計されている。図４７の構成により、図４６の構成に比較して、導波路４７０１ａから導波路４７０１ｂへの光波の結合率をほぼ１００％にすることができるため、損失特性の面で有利である。また、図４８は光モード合成カプラ４５１０を実現する構成の更に別の例を示したものである。図４８の構成においては、光モード合成カプラ４５１０は２つのマルチモード干渉回路（ＭＭＩ）からなる。この構成については詳しくは、非特許文献５に詳しく記載されている。ここで、図４８に示す光モード合成カプラ４５１０は、第１のＭＭＩ４８０１ａと、第２のＭＭＩ４８０１ｂと、中間導波路４８０２ａ、４８０２ｂおよび４８０２ｃとを備える。第１のＭＭＩ４８０１ａは、幅２０μｍ、長さ７５４μｍ、第２のＭＭＩ４８０１ｂは、幅２０μｍ、長さ３７７μｍであり、中間導波路４８０２ａは幅４．５μｍ、長さ５０μｍであり、中間導波路４８０２ｂは幅４．５μｍ、長さ５１．５μｍであり、中間導波路４８０２ｃは幅４．５μｍ、長さ５３μｍである。一般に、ＭＭＩは方向性結合器に比較して、導波路幅の変化に対する分岐特性の変化が小さい。従って図４８の構成により、図４６の構成に比較して、より作製トレランスに優れた光波長合分波回路が実現可能である。

図４９は、本実施形態の光波長合分波回路４５００における、温度依存型位相差生成カプラ４５０７の構成を示す平面図である。ここで温度依存型位相差生成カプラ４５０７は、方向性結合器で形成された第１の光カプラ４９０１と、第３のアーム導波路４９０２と、第４のアーム導波路４９０３と、方向性結合器で形成された第２の光カプラ４９０４と、第３のアーム導波路４９０２に４分割されて形成され、温度補償材料であるシリコーン樹脂が挿入された溝４９０５とを備える。ここで第３、第４のアーム導波路４９０２、４９０３のコア幅を４．５μｍとし、第１の光カプラ４９０１から第３、第４のアーム導波路４９０２、４９０３それぞれへの光パワー分岐比を６：９４％とし、第２の光カプラ４９０５の分岐比を１５：８５％、第４のアーム導波路４９０３に対する第３のアーム導波路４９０２の長さの差は２．５μｍ、溝４９０５が第３のアーム導波路４９０２を分断する幅は５２．５μｍとしている。この構成により、温度依存型位相差生成カプラ４５０７は、全体でほぼ分岐比１５：８５％のカプラとして動作する。

図５０は、上記の温度依存型位相差生成カプラ４５０７において、第１の入出力導波路４５０６から波長１５３６．６１ｎｍ（１番目の波長チャンネルの波長）、１５４４．５３ｎｍ（中央２１番目の波長チャンネルの波長）、１５５２．１２ｎｍ（４０番目の波長チャンネルの波長）の光波を入射したときに、第２の光カプラ４５０４の２出力間に与えられる位相差の、−５〜６５℃における温度依存性を示したものである。ここで上記位相差は、第２のアーム導波路４５０９に接続する出力に対する、第１のアーム導波路４５０８に接続する出力の位相差とする。図より、−５〜６５℃の温度範囲で、−１．６２πから−１．３５πの間で位相差が変化し、また位相差は、使用する波長チャンネルの波長範囲では殆ど波長に依存しない。

図５１は、本実施形態の光波長合分波回路４５００において、温度依存型位相差生成カプラ４５０７から光モード合成カプラ４５１０の入力までで生成される光路長差の、−５〜６５℃における温度依存性（線Ｚ）を示した図である。ここで上記光路長差は、第２のアーム導波路４５０９を経由する光路長に対する、第１のアーム導波路４５０８を経由する光路長の差とし、光波の波長は１５４４．５３ｎｍとする。比較として、同波長における、第１、第２のアーム導波路４５０８、４５０９間の光路長差の温度依存性（線Ｘ）、温度依存型位相差生成カプラ４５０７の２出力間で生成される光路長差の温度依存性（線Ｙ）を併せて示す。図より、線Ｘにおいては２次の温度依存性が残留しているが、上記ＭＺＩ全体としての光路長差（線Ｚ）は、線Ｘの光路長差と、温度依存型位相差生成カプラ３０７で与えられる光路長差（線Ｙ）の和となるので、ここでは線Ｘとは逆符号の２次的な温度依存性となる。

図５２は、本実施形態の光波長合分波回路４５００において、ＡＷＧ部分の中央波長チャンネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性と、光波長合分波回路全体の中央波長チャネルでの透過中心波長の相対的な温度依存性を示した図である。また、図５３は、光波長合分波回路４５００における、温度−５、３０、６５℃での中央波長チャネルの透過波形を示した図である。図５２、５３より、低損失、かつスペクトルの平坦性の高い透過波形が実現されており、また、ＡＷＧ部分において残留していた２次の温度依存性が、温度依存型位相差生成カプラ４５０７から光モード合成カプラ４５１０の入力までで生成される光路長差における逆符号の２次的な温度依存性によって補償されていることが分かる。従来技術によるアサーマルＡＷＧにおいて使用温度領域Ｔ＝−５〜６５℃の範囲で０．０３ｎｍ残留していた透過中心波長の温度依存性は、その変動量を０．００７ｎｍすなわち波長チャネル間隔の２％にまで低減できている。

以上のように本発明の５つの実施形態による光波長合分波回路によれば、従来技術のアサーマルＡＷＧおよびＭＺＩ同期アサーマルＡＷＧにおいて残留していた透過中心波長の２次の温度依存性が補償され、従来に比較して透過中心波長精度に優れた光波長合分波回路を得ることができる。

なお、上記の全ての実施形態では、導波路の比屈折率差、コア幅及びコア厚を特定の値に限定して説明したが、本発明の適用範囲はこの値に限定されるものではない。

また、上記全ての実施形態では、ＭＺＩ同期ＡＷＧの設計パラメーターを特定の値に限定して説明したが、本発明の適用範囲はこのパラメーターに限定されるものではない。

また、上記全ての実施形態では、使用温度領域を特定の値に限定して説明したが、本発明の適用範囲はこの値に限定されるものではない。

また、上記全ての実施形態では、温度依存位相差生成カプラにおける光路長差に温度依存性を与える機構として、アーム導波路またはその近傍に溝を形成し、温度補償材料を挿入する構成を適用したが、本発明の適用範囲は、この構成に限定されるものではなく、光路長差の所定の温度依存性を与えるいかなる構成も適用することができる。例えば、アーム導波路を形成する導波路とは違う媒質で形成された導波路によって、アーム導波路の一部を置換する等の構成も適用可能である。

また、上記全ての実施形態では、分割する溝の個数を特定の値に限定して説明したが、本発明の適用範囲は、この数値に限定されるものではない。

また、上記全ての実施形態では、温度補償材料としてシリコーン樹脂を使用したが、本発明の適用範囲は、この材料に限定されるものではなく、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の光学樹脂などの、導波路の実効屈折率温度係数と異なる屈折率温度係数を有するいかなる材料にも適用することができる。

また、第１、第４および第５の実施形態では、１次の温度依存性を補償する構成として、第２のスラブ導波路に溝を形成し温度補償材料を挿入したが、本発明の適用範囲はこの位置に限定されるものではなく、溝は第１のスラブ導波路からアレイ導波路を経て第２のスラブ導波路に至る光経路上のいかなる位置に設置し、また、異なる複数の位置に分散して設置しても、１次の温度依存性を補償することができる。

本発明の一実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラの構成図である。 図１の温度依存型位相差生成カプラにおいて与えられる出力導波路１０４ｂに対する１０４ａの位相差の温度変化の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路の構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ３０７の構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ３０７で生成される位相差の温度依存性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路におけるＭＺＩでの光路長差の温度依存性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における透過中心波長の温度依存性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における透過スペクトルの温度依存性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ３０７の別構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における図９の構成の温度依存型位相差生成カプラ３０７で生成される位相差の温度依存性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ３０７の別構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ３０７の別構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ３０７の別構成を示す図である。 図１３において、線ＢＢ′部分の断面構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ３０７の別構成を示す図である。 図１５において、線ＣＣ′部分の断面構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における第１、第２のアーム導波路３０８、３０９、および溝３１１の別構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における第１、第２のアーム導波路３０８、３０９、および溝３１１の別構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における第２の光カプラ３１５の別構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における第１の光カプラ３１２の別構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波長合分波回路における第１の光カプラ３１２の別構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光波長合分波回路の構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ２２０７の構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ２２０７で生成される位相差の温度依存性を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光波長合分波回路におけるＭＺＩでの光路長差の温度依存性を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光波長合分波回路における透過中心波長の温度依存性を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光波長合分波回路における透過スペクトルの温度依存性を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光波長合分波回路の構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ２８０７の構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ２８０７で生成される位相差の温度依存性を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光波長合分波回路におけるＭＺＩでの光路長差の温度依存性を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光波長合分波回路における透過中心波長の温度依存性を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光波長合分波回路における透過スペクトルの温度依存性を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る光波長合分波回路の構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ３４０７の構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ３４０７で生成される位相差の温度依存性を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る光波長合分波回路におけるＭＺＩでの光路長差の温度依存性を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る光波長合分波回路における透過中心波長の温度依存性を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る光波長合分波回路における透過スペクトルの温度依存性を示す図である。 従来技術によるスラブ導波路に溝を形成するタイプのアサーマルＡＷＧの構成を示す平面図である。 図４０のアサーマルＡＷＧにおいて線ＡＡ′部分の断面構造を示した図である。 従来技術によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧの構成を示す平面図である。 従来技術によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおける透過中心波長の温度変動を示す図である。 従来技術によるアサーマルＭＺＩ同期ＡＷＧにおける透過スペクトルの温度変動を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路の構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路における光モード合成カプラ４５１０の構成の例を示した図である。 本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路における光モード合成カプラ４５１０の構成の別の例を示した図である。 本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路における光モード合成カプラ４５１０の構成の更に別の例を示した図である。 本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ４５０７の構成の例を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ４５０７で生成される位相差の温度依存性を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路における温度依存型位相差生成カプラ４５０７から光モード合成カプラ４５１０の入力までで生成される光路長差の温度依存性を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路における透過中心波長の温度依存性を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る光波長合分波回路における透過スペクトルの温度依存性を示す図である。

符号の説明

１００、３０７、２２０７、２８０７、３４０７、４２０７、４５０７ 温度依存型位相差生成カプラ
１０１、３１２、２２１２、２８１２、３４１２、４９０１ 第１の光カプラ
１０１ａ 入力導波路
１０２、３１３、２２１３、２８１３、３４１３、４９０２ 第３のアーム導波路
１０３、３１４、２２１４、２８１４、３４１４、４９０３ 第４のアーム導波路
１０４、３１５、２２１５、２８１５、３４１５、４９０４ 第２の光カプラ
１０４ａ、１０４ｂ 出力導波路
１０５、３０５、３１１、３１６、２２１１、２２１６、２８１１、２８１６、３４０５、３４１６、４００６、４２０５、４２１１、４５０５、４５１１、４９０５ 温度補償材料挿入溝
３００、２２００、２８００、３４００、４０００、４２００、４５００ 光波長合分波回路
３０１、２２０１、２８０１、３４０１、４００２、４２０１、４５０１ 第１のスラブ導波路
３０２、２２０２、２８０２、３４０２、４００３、４２０２、４５０２ アレイ導波路
３０３、２２０３、２８０３、３４０３、４００４、４２０３、４５０３ 第２のスラブ導波路
３０４、２２０４、２８０４、３４０４、４００５、４２０４、４５０４ 第２の入出力導波路
３０６、２２０６、２８０６、３４０６、４００１、４２０６、４５０６ 第１の入出力導波路
３０８、２２０８、２８０８、３４０８、４２０８、４５０８ 第１のアーム導波路
３０９、２２０９、２８０９、３４０９、４２０９、４５０９ 第２のアーム導波路
３１０、３２０ａ、３２０ｂ、２２１０、２２１７ａ、２２１７ｂ、２８１０、２８１７ａ、２８１７ｂ、３４１０、３４１７ａ、３４１７ｂ、４２１０ 方向性結合器
３１７、４００７ シリコン基板
３１８、４００８ 導波路コア
３１９、４００９ クラッド
３２１ａ、３２１ｂ、２２１８ａ、２２１８ｂ、２８１８ａ、２８１８ｂ、３４１８ａ、３４１８ｂ アーム導波路
２２０５ 金属棒
２８０５ 金属板
４２００ａ ＡＷＧ
４２００ｂ ＭＺＩ
４５１０ 光モード合成カプラ
４６０１ａ、４６０１ｂ、４７０１ａ、４７０１ｂ、４８０２ａ、４８０２ｂ、４８０２ｃ 導波路
４６０２ マルチモード導波路
４６０３ 遮光材料挿入溝

Claims (13)

1. アレイ導波路回折格子とマッハツェンダ干渉回路とから構成される光波長合分波回路であって、
   前記アレイ導波路回折格子は、
   所定の光路長差で順次長くなる導波路からなるアレイ導波路と、
   前記アレイ導波路の両端部に接続された第１および第２のスラブ導波路と、
   透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段とを備え、
   前記マッハツェンダ干渉回路は、
   所定の光路長差を有する第１および第２のアーム導波路と、
   前記第１および第２のアーム導波路の片端と前記第１のスラブ導波路の端部に接続された後段光カプラと、
   前記第１および第２のアーム導波路の他端に接続された前段光カプラと、
   透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段と
   を備えたことを特徴とする光波長合分波回路において、
   前記前段光カプラが、特定の強度比で光を分岐する第１の光カプラと、
   前記第１の光カプラに更に接続され、所定の光路長差を有する第３のアーム導波路および第４のアーム導波路と、
   前記第３および第４のアーム導波路それぞれに更に接続された第２の光カプラとから構成される位相差生成カプラであり、
   前記第４のアーム導波路に対する前記第３のアーム導波路の光路長差が温度によって変化する機構であって、前記位相差生成カプラの２出力間の位相差の温度変化によって変調された前記マッハツェンダ干渉回路の透過波長の温度依存性が、前記アレイ導波路回析格子における透過波長の残留する温度依存性を補償するように構成された機構と
   を備え、
   前記機構は、前記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方を分断して形成され、前記第３および第４のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料が挿入された溝であり、
   前記第１の光カプラにおいて、前記第３のアーム導波路への光強度分岐比が５０％より小さく、かつ、前記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方に形成された溝は、前記第３のアーム導波路にのみ形成されることを特徴とする光波長合分波回路。
2. アレイ導波路回折格子とマッハツェンダ干渉回路とから構成される光波長合分波回路であって、
   前記アレイ導波路回折格子は、
   所定の光路長差で順次長くなる導波路からなるアレイ導波路と、
   前記アレイ導波路の両端部に接続された第１および第２のスラブ導波路と、
   透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段とを備え、
   前記マッハツェンダ干渉回路は、
   所定の光路長差を有する第１および第２のアーム導波路と、
   前記第１および第２のアーム導波路の片端と前記第１のスラブ導波路の端部に接続された後段光カプラと、
   前記第１および第２のアーム導波路の他端に接続された前段光カプラと、
   透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段と
   を備えたことを特徴とする光波長合分波回路において、
   前記前段光カプラが、特定の強度比で光を分岐する第１の光カプラと、
   前記第１の光カプラに更に接続され、所定の光路長差を有する第３のアーム導波路および第４のアーム導波路と、
   前記第３および第４のアーム導波路それぞれに更に接続された第２の光カプラとから構成される位相差生成カプラであり、
   前記第４のアーム導波路に対する前記第３のアーム導波路の光路長差が温度によって変化する機構であって、前記位相差生成カプラの２出力間の位相差の温度変化によって変調された前記マッハツェンダ干渉回路の透過波長の温度依存性が、前記アレイ導波路回析格子における透過波長の残留する温度依存性を補償するように構成された機構と
   を備え、
   前記機構は、前記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方の一部において、導波路コア側面あるいは上面のクラッドを取り除いて形成され、前記第３および第４のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料が挿入された溝であり、
   前記第１の光カプラにおいて、前記第３のアーム導波路への光強度分岐比が５０％より小さく、かつ、前記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方に形成された溝は、前記第３のアーム導波路にのみ形成されることを特徴とする光波長合分波回路。
3. 前記溝は、複数の溝から構成されることを特徴とする請求項１に記載の光波長合分波回路。
4. 前記第２の光カプラは、方向性結合器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光波長合分波回路。
5. 前記第２の光カプラは、マルチモード干渉回路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光波長合分波回路。
6. 前記第１の光カプラは、方向性結合器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光波長合分波回路。
7. アレイ導波路回折格子とマッハツェンダ干渉回路とから構成される光波長合分波回路であって、
   前記アレイ導波路回折格子は、
   所定の光路長差で順次長くなる導波路からなるアレイ導波路と、
   前記アレイ導波路の両端部に接続された第１および第２のスラブ導波路と、
   透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段とを備え、
   前記マッハツェンダ干渉回路は、
   所定の光路長差を有する第１および第２のアーム導波路と、
   前記第１および第２のアーム導波路の片端と前記第１のスラブ導波路の端部に接続された後段光カプラと、
   前記第１および第２のアーム導波路の他端に接続された前段光カプラと、
   透過波長における主要な温度依存性を補償する温度補償手段と
   を備えたことを特徴とする光波長合分波回路において、
   前記前段光カプラが、特定の強度比で光を分岐する第１の光カプラと、
   前記第１の光カプラに更に接続され、所定の光路長差を有する第３のアーム導波路および第４のアーム導波路と、
   前記第３および第４のアーム導波路それぞれに更に接続された第２の光カプラとから構成される位相差生成カプラであり、
   前記第４のアーム導波路に対する前記第３のアーム導波路の光路長差が温度によって変化する機構であって、前記位相差生成カプラの２出力間の位相差の温度変化によって変調された前記マッハツェンダ干渉回路の透過波長の温度依存性が、前記アレイ導波路回析格子における透過波長の残留する温度依存性を補償するように構成された機構と
   を備え、
   前記機構は、前記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方を分断して形成され、前記第３および第４のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料が挿入された溝であり、
   前記第１の光カプラは、２本のアーム導波路と、その両端に接続された光カプラから構成される波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）であることを特徴とする光波長合分波回路。
8. 前記アレイ導波路回折格子およびマッハツェンダ干渉回路は、石英系ガラスから構成され、前記溝に挿入する材料は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の光学樹脂であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光波長合分波回路。
9. 前記アレイ導波路回析格子における温度補償手段は、前記アレイ導波路および前記第１および第２のスラブ導波路の少なくともいずれか１つに、光波の進行方向に交差して導波路を分断する溝を形成し、前記溝に前記導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより形成される手段であり、
   前記マッハツェンダ干渉回路における温度補償手段は、前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を分断する溝を形成し、前記第１および第２のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより形成される手段であることを特徴とする請求項８に記載の光波長合分波回路。
10. 前記アレイ導波路および前記第１および第２のスラブ導波路の少なくともいずれか１つに形成された溝に挿入する材料と、前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方の導波路に形成された溝に挿入する材料と、前記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方の導波路に形成された溝に挿入する材料とが同一であることを特徴とする請求項９に記載の光波長合分波回路。
11. 前記アレイ導波路回析格子における温度補償手段は、回路に沿って弧状に切断したチップの両端をつなぐ金属棒を接合し、金属棒の熱伸縮によりチップを変形させ、前記アレイ導波路の光路長差の温度変化と相殺させる手段であり、
    前記マッハツェンダ干渉回路における温度補償手段は、前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を分断する溝を形成し、前記第１および第２のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより形成される手段であることを特徴とする請求項８に記載の光波長合分波回路。
12. 前記アレイ導波路回析格子における温度補償手段は、前記第１あるいは第２のスラブ導波路を分断し、分断したチップを金属板で接合して、金属板の熱伸縮により分断されたスラブ導波路の相対位置を変化させることによりアレイ導波路の光路長差の温度変化による光路の変化と相殺させる手段であり、
    前記マッハツェンダ干渉回路における温度補償手段は、前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を分断する溝を形成し、前記第１および第２のアーム導波路の実効屈折率の温度係数と異なる屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより形成される手段であることを特徴とする請求項８に記載の光波長合分波回路。
13. 前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方の導波路に形成された溝に挿入する材料と、前記第３および第４のアーム導波路の少なくとも一方の導波路に形成された溝に挿入する材料とが同一であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の光波長合分波回路。

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