光波长合分波回路的制作方法

专利名称：光波长合分波回路的制作方法
技术领域：
本发明涉及配置有阵列波导光栅(AWG)和马赫-曾德尔干涉回路(MZI)、且具有高 平坦度透射光谱和低损耗的光波长合分波回路。具体而言，涉及透射波长的温度敏感性可 得到补偿的具有上述结构的光波长合分波回路。
背景技术：
配置有形成于硅基板上的石英玻璃波导的平面光波导(PLC=Planer light wave circuit)的研究开发正广泛盛行。采用这种PLC技术的阵列波导光栅(AWG=Arrayed Waveguide Grating)是实现波长合分波的回路，并作为光通信器件发挥着重要的作用。AffG对待进行合分波的光的透射波长具有温度敏感性。这是因为构成AWG的石英 玻璃波导的有效折射率具有温度敏感性。因此，一般的AWG中，为了保持一定的波长透射 性，需要附加温度调节装置。为了省略AWG中需额外附加的温度调节装置而开发出一种旨在降低AWG对透射波 长的温度敏感性的方法。在专利文献1和2中公开了关于该方法的详细说明。降低了对透 射波长的温度敏感性的AWG、被称为温度不敏感AWG或无热AWG。专利文献1和2中公开的 无热AWG通过下述方式实现，S卩，在AWG内的每个波导(阵列波导或平板波导)中形成与光 波的传播轴相交的槽，并在该槽中插入折射率温度系数与波导的有效折射率的温度系数不 同的材料(以下称为“温度补偿材料”)。图40是表示上述现有技术中的平板波导中形成槽的无热AWG型的光波长合分波 回路的一个示例的结构4000的俯视图。无热AWG型的光波长合分波回路4000包括第一 输入输出波导4001、第一平板波导4002、阵列波导4003、第二平板波导4004、第二输入输出 波导4005、和形成于第一平板波导4002上的填充了温度补偿材料的槽4006。另外，图41是图40所示的无热AWG型光波长合分波回路4000中沿XLI-XLI线的 截面的结构图。沿XLI-XLI线的截面结构中包含槽4006、硅基板4007、波导芯4008和覆层 4009。槽4006是通过去除了一部分波导芯4008及一部分覆层4009而形成的，其切断了波 导芯4008。无热AWG 4000将输入至第一输入输出波导4001的波分复用信号光分波至第二输 入输出波导4005的各波导以输出作为各波长通道的信号光，并将输入至第二输入输出波 导4005的各波导的各波长通道的信号光合波至第一输入输出波导4001并输出作为波分复 用信号光，从而作为光波长合分波回路进行工作。另外，图40中，槽4006分为多个槽，这是因为，较之于单个的槽，多个槽更能够降 低辐射损耗。图40中，第i个阵列波导的长度Li表示为Li = Li+(i-l) · AL，从而依次加 长一定量AL。与此相应地，在第一平板波导4002中，待输入至阵列波导中的各波导的光波 被槽4006所切断的长度之和L/表示为L/ =L/+(i-l) · Δ L’，呈依次加长一定量AL’ 的形状，其中，ΔΙ/与AL成正比。此时，从AWG的第一输入输出波导4001的中心波导到 第二输入输出波导4005的中心波导的透射中心波长λ。表示为
Ac= {na Δ L-IisAL' +η，AL，}/Μ.....公式(1)这里，na为阵列波导的有效折射率，ns为平板波导的有效折射率，η’为温度补偿 材料的折射率，M为AWG的衍射级，na Δ L-ns Δ L’ +η’ Δ L’表示AWG中相邻光通路之间的距 离差，即，光路长度差。此时，假设η’趋近于ns，且光波在槽中的折射角足够小。这里，所谓 光路长度，是指光波可以感受到的距离，其根据材料的折射率和物理的光路距离的积求出。 另外，在这里，假设α为阵列波导和平板波导的有效折射率温度系数(a = dna/dT = dns/ dT，T为温度)、α，为温度补偿材料的折射率温度系数(α ’ = dn’ /dT)，那么，在无热AWG 中，AL，/ (AL-AL，)= - α/α，，艮P，AL，= AL/(l_a，/ α)。由此，阵列波导和平板波 导中的光路长度差由温度引起的变化由槽中填充的温度补偿材料的光路长度差由温度引 起的变化所抵消，从而透射中心波长的温度敏感性得到补偿。温度补偿材料可以为对于波 导的α具有满足上述条件的α，的任意材料，但特别优选地，为a ’与α的相反符号并且
α，I较之于I a I足够大的材料。这是因为，可以将ΔΙ/设计为较小，并通过槽来抑制过多 的损耗。满足上述条件的材料有，例如，作为光学树脂的有机硅树脂，其α，约为-35X a。 另外，作为光器件材料，从长期稳定性良好这一点考虑优选光学树脂。降低AWG的透射波长的温度敏感性的其他方法有将AffG的芯片切割为沿着回路 的弧形，用金属棒连接该芯片的两端，通过金属棒的热伸缩来使AWG芯片发生变形，从而与 相邻的阵列波导之间的光路长度差由温度引起的变化抵消。非专利文献1中公开了该方法 的详细说明。另外，降低AWG的透射波长的温度敏感性的其他方法还有将AWG芯片的输入侧和 输出侧的平板波导切断，将切断的芯片用金属片接合，通过金属片的热伸缩来使切断的平 板波导的相对位置发生变化，从而与阵列波导的光路长度差由温度引起的变化相抵消。另一方面，随着光通信系统的发展，环状网络和网状网络等将多地点连接起来灵 活地进行通信信道切换的系统开始构建起来。在这样的高级网络中，要求光信号直接通过 多个地点而无需解调为电信号，而且，要求所使用的光波长合分波回路具有高平坦度的透 射光谱并且具有损耗低。作为具有这样良好的透射性的光波长合分波回路，提出了将马 赫-曾德尔干涉回路(MZI)和AWG组合起来的MZI同步AWG型的光波长合分波回路。专利 文献3和4公开了对该回路的详细说明。利用这种低损耗并具有平坦的透射光谱的MZI同 步AWG，能够得到这样一种光波长合分波回路，其中，光信号即使多次通过后仍然具有较少 的劣化，或者对于光信号的波长波动具有较小的损耗变化。另外，为了降低上述MZI同步AWG的透射波长的温度敏感性(无热化)，需要降低 MZI和AWG各自的透射波长的温度敏感性。非专利文献2中公开了通过对MZI和AWG分别 采用专利文献1中公开的方法实现的无热MZI同步AWG。图42是表示作为无热MZI同步AWG型的光波长合分波回路的一个示例的结构 4200的俯视图。无热MZI同步AWG型光波长合分波回路4200具有AWG部分4200a和MZI 部分4200b。AffG部分4200a包括第一平板波导4201、阵列波导4202、第二平板波导4203、 第二输入输出波导4204、和形成于第一平板波导4201上的填充了温度补偿材料的槽4205。 MZI部分4200b包括第一输入输出波导4206、光耦合器4207、第一分支波导4208、第二分 支波导4209、定向耦合器4210、和形成于第一分支波导4208上的填充了上述温度补偿材料 的槽4211。另外，槽4205、4211均被分成多个槽，这是因为，较之于单个槽，多个槽更能够降低辐射损耗。具有多个波长的光波输入至MZI4200b的第一输入输出波导4206，由光耦合器 4207分支到第一和第二分支波导4208、4209，其中，由于光路长度差的存在而产生与波长 相应的相位差。该光波在定向耦合器4210中临近配置的两个波导间发生干涉，其功率根据 所述相位差(即，波长)在两个波导间进行分配。因此，在定向耦合器4210与AWG 4200a 的第一平板波导4201连接的终端处发生汇聚的光的位置根据所述相位差(波长)在两个 波导间进行周期性变化。另一方面，由定向耦合器4210向AWG 4200a输入的光波，由于阵 列波导4202中相邻波导间的光路长度差而被赋予与波长相应的相位差，在第二平板波导 4203的终端处汇聚的光波的位置与该相位差(即，波长)相应地发生变化，然后，具有期望 波长的光波分波至各第二输入输出波导4204中。这里，当定向耦合器4210中两个波导间汇聚的光的位置发生变化时，光波向第一 平板波导4201输入的输入位置发生变化，到达各阵列波导的光路长度也发生变化。由此， 无需改变阵列波导4202中相邻波导间的光路长度差，整个光波长分波回路中的光路长度 差就发生变化，并且第二平板波导4203的终端处汇聚的光的位置也发生变化。这意味着， 第二平板波导4203的终端处汇聚的光的位置可以通过MZI 4200b中的第一和第二分支波 导4208、4209的光路长度差进行调整。即，在某波长区域中，如果将在MZI 4200b的定向耦 合器4210的终端处汇聚的光的位置变化和在MZI 4200a的第二平板波导4203的终端处汇 聚的光的位置变化设定为同步，则第二平板波导4203的终端处汇聚的光的位置不发生变 化，从而可以获得在该波长区域的透射光谱平坦的特性。图42的无热MZI同步AWG中，AWG部分4200a通过与图40的无热AWG同样的方 法实现无热化。另外，MZI部分4200b中，假设第一分支波导与第二分支波导4209的长度 差为ΔΙ，第一分支波导中被槽4211切断的长度之和设计为与ΔΙ成正比的量ΔΙ’。这时 MZI4200b的透射波长λ。ΜΖΙ表示为λ。ΜΖΙ = {η,ΔΙ+η' ΔΙ，}/m......公式(2)这里，nr为第一和第二分支波导4208、4209的有效折射率，η’为温度补偿材料的 折射率，m为MZI 4200b的衍射级，ηΓΔΙ+η' ΔΙ，表示第一分支波导与第二分支波导4209 的光路长度差。在这里，由于分支波导的有效折射率温度系数与阵列波导和平板波导的有 效折射率温度系数相同，均为α，因此，在经过无热化的MZI 4200b中，ΔΙ’/(ΔΙ-ΔΙ’) =-α/α，，g卩，ΔΙ，= ΔΙ/(1-α，/ α)。由此，第一分支波导4208与第二分支波导4209 的光路长度差的温度变化通过槽中所填充的温度补偿材料的光路长度差的温度变化被抵 消，进而透射波长的温度敏感性得到补偿。作为温度补偿材料，与图40的示例相同，优选满 足下述条件的材料，即，α，与α异号，并且，I α，|较之于| α |足够大，这样的材料例如 有作为光学树脂的有机硅树脂。MZI同步AWG的透射中心波长约为MZI的透射波长和AWG的透射中心波长的平均 值。图42的MZI同步AWG中，MZI4200b的透射波长和AWG4200a的透射中心波长均被无热 化，因此，MZI同步AWG的透射中心波长也被无热化。另外，对无热MZI同步AWG的AWG部 分进行无热化的方法，也可以采用下述非专利文献1中所公开的方法。专利文献专利文献1 国际申请公开公报第W098/36299号
专利文献2 日本国专利申请公开公报“特开2001-116937号”专利文献3 日本国专利申请公开公报“特开平8-69021号”专利文献4 美国专利第67观446号说明书专利文献5 日本国专利申请公开公报“特开2003-149474号”非专利文献非专利文献1 J. B. D. Soole 等人，"Athermalisation of silica arrayed waveguidegrating multiplexers”，ELECTRONICS LETTERS, Vol. 39，pp.1182-1184，2003.非专利文献2:S.Kamei 等 人，"Athermal Mach-Zehnder interferometer-synchronised arrayed waveguide grating multi/demultiplexer with loffloss and wide passband，，， ELECTRONICS LETTERS, Vol. 44，pp.201-202，2008.非专利文献3 Τ· Mizuno 等人，"Uniform wavelength spacing Mach-Zehnderinterferometer using phase-generating couplers，，，JOURNAL OFLIGHTffAVE TECHNOLOGY, Vol. 24, pp.3217-3226,2006.非专利文献4 I. Zhang 等 Α "Planar waveguide-based silica-polymer hybridvariable optical attenuator and its associated polymers，，，APPLIEDOPTICS, Vol. 44, pp.2402-2408,2005.非专利文献5 J. Leuthold 等人’"Multimode Interference Couplers for theConversion and Combining of Zero-and First-Order Modes，”J0URNAL0F LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 16，ppl228-1238,1998.采用上述设计的无热MZI同步AWG并不能总是补偿透射中心波长的温度敏感性。 这是因为，石英玻璃波导和温度补偿材料的有效折射率温度系数或金属的热膨胀系数中不 仅有第一分量，还存在第二分量，第一分量和第二分量的比例根据材料的不同而不同，因此 这两个分量的温度敏感性不能够同时抵消。如果采用石英玻璃波导，则α = α1+α2Τ, Q1 =1· OX 10_5，CI2 = 1.9ΧΙΟ—8(Τ的单位为。C)。如果采用有机硅树脂，则α '= α '1+α '2Τ, α ‘ ！ = -3. 5Χ10_4，α，2 = 1. 5Χ10_7。在现有的无热AWG中，采用中心工作温度范围对一 阶温度敏感性进行补偿。虽然二阶系数小于一阶系数，但是，在整个工作温度范围仅具有轻 微的温度敏感性。这里，以图42的无热MZI同步AWG为例，列举波长通道数40、通道波长间隔 0. 4nm(50GHz)的情况。波导的相对折射率差(Δ)为1. 5%，芯厚度为4. 5 μ m，阵列波导 4202、第二输入输出波导4204、第一输入输出波导4206、第一和第二分支波导4208、4209的 芯宽度为4. 5 μ m，第一平板波导4201、第二平板波导4203的长度为8400 μ m,将第二输入输 出波导4204置于上述多个波长通道内且在与第二平板波导4203连接的部分有15 μ m的间 隔，并且，在其每个终端处设置开口宽度为ΙΙ.Ομπι的线性锥形波导。另外，光耦合器4207 的分光比为50 50 %，定向耦合器的两个波导的芯宽度为4.0 μ m，波导间隔为6.0 μ m，耦合度为50%，温度补偿材料为有机硅树脂。此时阵列波导的数量为250，AL为62.5μπι， Δ I为4040 μ m。在这里，由槽4205中填充的温度补偿材料所提供的Δ L，和Δ I，如下确 定Δ L，= Δ L/ (1- α，/ α ) = Δ L/ (1_ ( α，^ α，2T) / ( α ^ α 2T))，Δ I，= Δ I/ (1_ α，/ α) = ΔΙ/(1-(α '1+α '2Τ)/(α1+α2Τ))0 这里，当工作温度范围为 T = _5 65°C 时，在 温度为中心温度T = 30°C的条件下，AL，= 1.79 μ m，Δ I，= 115. 4 μ m。图43表示上述无热MZI同步AWG中的MZI部分的透射波长的相对温度敏感性、在 AWG部分的中心波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性、和整个MZI同步AWG的中心 波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性。另外，图44为在上述无热MZI同步AWG中 的温度为-5°C、30°C、65°C时的透射波形的图。由图43、44可知，尽管实现了低损耗且光谱 平坦度高的透射波形，但是，如当T = 30°C时达到最小值的二次函数所示，MZI与AWG中同 样地残留有轻微的温度敏感性，因而，整个MZI同步AWG中也残留与之相同的温度敏感性。 在工作温度范围T = -5 65°C范围内，该波长变动幅度为0. 03nm，达到波长通道间隔的 8%。这样，在现有技术的无热MZI同步AWG中，仍然残留有透射中心波长的二阶温度敏 感性，即使其较为轻微。因此，在要求具有较高精度的透射中心波长的窄波长通道间隔中， 即，在工作温度范围较宽的光波长合分波回路中，有些情况下也会存在无法满足传输系统 所需性能的问题。

发明内容
本发明是鉴于上述问题所完成的，其目的在于提供一种具有低损耗和平坦的透射 光谱的光波长合分波回路，对无热AWG中残留的透射中心波长的温度敏感性进行补偿，并 可在使用整个工作温度范围或较宽的工作温度范围内得到较高精度的透射中心波长。为了达到上述目的，本发明的光波长合分波回路着眼于MZI同步AWG的透射中心 波长约为MZI的透射波长和AWG的透射中心波长的平均值这一情况。如果对无热MZI的透 射波长的温度敏感性进行调节并设置以使其与无热AWG中残留的透射中心波长的温度敏 感性相抵消，就能够补偿无热MZI同步AWG中残留的温度敏感性。这里，本申请特别着眼于 MZI中的光耦合器。通过在光耦合器中设置一种可使两个输出间的相位差根据温度而发生 变化的机构，就能够对MZI的透射波长的温度敏感性进行调节。本发明的光波长合分波回路是在上述考察的基础上而获得的，其配置有阵列波导 光栅和马赫-曾德尔干涉回路。该阵列波导光栅包括由长度依次加长预定光路长度差的 波导构成的阵列波导、分别与该阵列波导的两端连接的第一和第二平板波导、以及对透射 波长的主要温度敏感性进行补偿的温度补偿装置。该马赫-曾德尔干涉回路包括具有预 定光路长度差的第一和第二分支波导、连接于第一和第二分支波导中的每个的一端和第一 平板波导的端部之间的下一级光耦合器、与第一和第二分支波导中的每个的另一端连接的 上一级光耦合器、以及对透射波长的主要温度敏感性进行补偿的温度补偿装置。其中，上 一级光耦合器是相位差发生耦合器，该相位差发生耦合器包括第一光耦合器，以特定的强 度比对光进行分支；第三和第四分支波导，与第一光耦合器连接且具有预定的光路长度差； 以及第二光耦合器，分别与第三和第四分支波导连接。上一级光耦合器还包括通过温度改 变第三分支波导与第四分支波导的光路长度差的机构，该机构被配置为使得马赫-曾德尔干涉回路的透射波长具有温度敏感性，以对阵列波导光栅的透射波长中残留的温度敏感性 进行补偿，其中，马赫-曾德尔干涉回路的透射波长的温度敏感性通过相位差发生耦合器 的两个输出间的相位差由温度引起的变化进行调节。另外，所述机构可以是通过将所述第三和第四分支波导中的至少一者切断所形成 的槽，所述槽中插入了折射率温度系数与所述第三和第四分支波导的有效折射率的温度系 数不同的材料。另外，所述槽可以由多个槽构成。另外，所述机构可以是在所述第三和第四分支波导的至少一者的一部分中将波导 芯的侧面和/或顶面的覆层去除而形成的槽。另外，所述第一光耦合器中分往所述第三分支波导的光强度分光比可小于50%， 并且，在所述第三和第四分支波导的至少一者中所形成的槽可仅形成在所述第三分支波导 中。另外，所述第二光耦合器可以是定向耦合器。另外，所述第二光耦合器可以是多模耦合器。另外，所述第一光耦合器可以是定向耦合器。另外，所述第一光耦合器可以是具有两个分支波导和与所述两个分支波导的两端 连接的光耦合器的波长不敏感耦合器(WINC)。另外，所述阵列波导光栅及马赫-曾德尔干涉回路可由石英玻璃制成，所述槽中 插入的材料可以是例如有机硅树脂、环氧树脂、氟树脂等光学树脂。另外，所述阵列波导光栅中的温度补偿装置可以是通过下述方式形成的装置在 所述阵列波导光栅及所述第一和第二平板波导中的至少一者中形成与光波传播方向交叉 地将波导切断的槽，以及在所述槽中插入折射率温度系数与所述波导的有效折射率的温度 系数不同的材料。所述马赫-曾德尔干涉回路中的温度补偿装置可以是通过下述方式形成 的装置形成将所述第一和第二分支波导的至少一者切断的槽，以及在所述槽中插入折射 率温度系数与所述第一和第二分支波导的有效折射率的温度系数不同的材料。另外，在所述阵列波导及所述第一和第二平板波导的至少一者中形成的槽中所插 入的材料、在所述第一和第二分支波导的至少一者中形成的槽中所插入的材料、和在所述 第三及第四分支波导的至少一者中形成的槽中所插入的材料可以是相同的材料。另外，所述阵列波导光栅中的温度补偿装置可以是这样的装置，S卩，其与金属片接 合在一起以连接沿着回路被裁切成弧形的芯片的两端，并通过所述金属片的热伸缩而使芯 片发生变形，从而与所述阵列波导光栅的光路长度差由温度引起的变化相抵消。所述马 赫-曾德尔干涉回路中的温度补偿装置可以是通过下述方式形成的装置形成将所述第一 和第二分支波导中的至少一者切断的槽，并在该槽中插入折射率温度系数与所述第一和第 二分支波导的有效折射率的温度系数不同的材料。另外，所述阵列波导光栅中的温度补偿装置可以是这样的装置，S卩，其将所述第一 或第二平板波导切断，将切断的芯片与金属片接合起来，并通过所述金属片的热伸缩而使 切断的平板波导之间的相对位置发生变化，从而与所述阵列波导的光路长度差随温度的变 化所导致的光路变化相抵消。所述马赫-曾德尔干涉回路中的温度补偿装置可以是通过下 述方式形成的装置形成将所述第一和第二分支波导的至少一者切断的槽，并在该槽中插入折射率温度系数与所述第一和第二分支波导的有效折射率的温度系数不同的材料。另外，在所述第一和第二分支波导中的至少一者中形成的槽中所插入的材料与在 所述第三和第四分支波导的至少一者中形成的槽中所插入的材料可相同。如上所述，本发明能够提供这样一种光波长合分波回路该光波长合分波回路能 够补偿基于现有技术的无热AWG及MZI同步无热AWG中残留的透射中心波长的二阶温度敏 感性，在整个工作温度范围内具有较高精度的透射中心波长，即，可工作温度范围较宽，并 且具有低损耗和高度平坦的透射光谱。


图1为本发明的一个实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差发生 耦合器的结构图。图2为图1的温度敏感型相位差发生耦合器中的输出波导10 与输出波导104b 之间的相位差随温度变化的示例。图3为本发明的第一实施方式的光波长合分波回路的结构图。图4为本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差发生 耦合器307的结构图。图5为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中温度敏感型相位差发 生耦合器307产生的相位差的温度敏感性的图。图6为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的MZI中的光路长度差 的温度敏感性的图。图7为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的透射中心波长的温 度敏感性的图。图8为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的透射光谱的温度敏 感性的图。图9为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差 发生耦合器307的另一种结构的图。图10为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的、图9所示结构的温 度敏感型相位差发生耦合器307所产生的相位差的温度敏感性的图。图11为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差 发生耦合器307的另一种结构的图。图12为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差 发生耦合器307的另一种结构的图。图13为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差 发生耦合器307的另一种结构的图。图14为图13中沿XIV-XIV线的截面结构的图。图15为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差 发生耦合器307的另一种结构的图。图16为表示图15中沿XVI-XVI线的截面结构的图。图17为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的第一、第二分支波导308,309和槽311的另一结构的图。图18为表示本发明的第一实施方式的光波长合分波回路中的第一、第二分支波 导308,309和槽311的另一结构的图。图19为表示本发明第一实施方式的光波长合分波回路中的第二光耦合器315的 另一种结构的20为表示本发明第一实施方式的光波长合分波回路中的第一光耦合器312的 另一种结构的图。图21为表示本发明第一实施方式的光波长合分波回路中的第一光耦合器312的 另一种结构的图。图22为本发明第二实施方式的光波长合分波回路的结构图。图23为表示本发明第二实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差发 生耦合器2207的结构图。图M为表示本发明第二实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差发 生耦合器2207所产生的相位差的温度敏感性的图。图25为表示本发明第二实施方式的光波长合分波回路中的MZI中的光路长度差 的温度敏感性的图。图沈为表示本发明第二实施方式的光波长合分波回路中透射中心波长的温度敏 感性的图。图27为表示本发明第二实施方式的光波长合分波回路中的透射光谱的温度敏感 性的图。图观为本发明第三实施方式的光波长合分波回路的结构图。图四为本发明第三实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差发生耦 合器观07的结构图。图30为表示本发明第三实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差发 生耦合器观07所产生的相位差的温度敏感性的图。图31为表示本发明第三实施方式的光波长合分波回路的MZI中光路长度差的温 度敏感性的图。图32为表示本发明第三实施方式的光波长合分波回路中的透射中心波长的温度 敏感性的图。图33为表示本发明第三实施方式的光波长合分波回路中的透射光谱的温度敏感 性的图。图34为本发明第四实施方式的光波长合分波回路的结构图。图35为本发明第四实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差发生耦 合器3407的结构图。图36为表示本发明的第四实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差 发生耦合器3407所产生的相位差的温度敏感性的图。图37为表示本发明的第四实施方式的光波长合分波回路的MZI中光路长度差的 温度敏感性的图。图38为表示本发明第四实施方式的光波长合分波回路中的透射中心波长的温度敏感性的图。图39为表示本发明第四实施方式的光波长合分波回路中的透射光谱的温度敏感 性的图。图40为表示在基于现有技术的平板波导中形成有槽的无热AWG的结构的俯视图。图41为表示图40的无热AWG中沿HJ-XLI线的截面结构的图。图42为表示基于现有技术的无热MZI同步AWG的结构的俯视图。图43为表示基于现有技术的无热MZI同步AWG中的透射中心波长随温度变化的 图。图44为表示基于现有技术的无热MZI同步AWG中的透射光谱随温度变化的图。图45为本发明第五实施方式的光波长合分波回路的结构图。图46为表示本发明第五实施方式的光波长合分波回路中的光模混合耦合器4510 结构的示例图。图47为表示本发明第五实施方式的光波长合分波回路中光模混合耦合器4510结 构的另一个示例的图。图48为表示本发明第五实施方式的光波长合分波回路中的光模混合耦合器4510 结构的另一个示例的图。图49为表示本发明第五实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差发 生耦合器4507结构的示例图。图50为表示本发明第五实施方式的光波长合分波回路中的温度敏感型相位差发 生耦合器4507所产生的相位差的温度敏感性的图。图51为表示在根据本发明第五实施方式的光波长合分波回路中从温度敏感型相 位差发生耦合器4507到光模混合耦合器4510的输入侧所产生的光路长度差的温度敏感性 的图。图52为表示本发明第五实施方式的光波长合分波回路中的透射中心波长的温度 敏感性的图。图53为表示本发明第五实施方式的光波长合分波回路中的透射光谱的温度敏感 性的图。
具体实施例方式在基于现有技术的无热MZI同步AWG中，如图43的示例所示，在AWG部分的透射 中心波长的温度敏感性和MZI部分的透射波长的温度敏感性中残留了类似的二阶分量，因 此，MZI同步AWG的透射中心波长的温度敏感性中也残留了类似的二阶分量。这是因为， AffG中相邻的阵列波导间的光路长度差的温度敏感性和MZI中分支波导间的光路长度差的 温度敏感性中残留了相同的二阶分量。这里，如果为图42中的光耦合器4207设置可使两 个输出间的相位差根据温度变化而发生变化的机构，就能够对MZI中的分支波导间的光路 长度差进行模拟调节，并可调节MZI部分的透射波长的温度敏感性。提出了相位差发生耦 合器作为提供两个输出间的相位差的耦合器。非专利文献3中公开了对相位差发生耦合器 的详细说明。为了解决本发明的课题，相位差发生耦合器提供的相位差需要随温度的变化而变化，并且需要在工作波长范围内的稍微变化。为满足上述条件，本发明提出了新的温度敏感 型相位差发生耦合器。图1表示了这种温度敏感型相位差发生耦合器的基本结构。在图1 中，温度敏感型相位差发生耦合器100包括第一光耦合器101、第一光耦合器的输入波导 101a、分支波导102和103、第二光耦合器104、第二光耦合器的两个输出波导10 和104b、 将其中一个分支波导切断并且插入温度补偿材料所形成的槽105。在温度敏感型相位差发 生耦合器的原理中，只要能为分支波导的光路长度差赋予温度敏感性即可。该温度敏感型 相位差发生耦合器100的结构所具有的优点为该耦合器可与现有的MZI同步无热AWG同 时制造，而无需对加工工序作出任何改变。另外，如果在AWG及MZI中的温度补偿装置中使 用相同的材料作为温度补偿材料，那么，无需加入新的材料就可制造该温度敏感型相位差 发生耦合器，就这一点而言，上述结构也是较为理想的选择。下面，示出温度敏感型相位差发生耦合器100的工作示例。作为设计示例，波导的 Δ为1. 5%，芯厚度为4. 5 μ m，分支波导102、103的芯宽度为4. 5 μ m，第一光耦合器101向 分支波导102、103的光功率分光比为6 94%，第二光耦合器104的分光比为50 50%, 分支波导102与分支波导103的长度差为-2. 5 μ m，槽105的宽度为52. 5 μ m,温度补偿材 料为有机硅树脂。图2表示当波长为1525nm、lM5nm、1565nm的光波由第一耦合器的输入波导IOla 输入到所述在温度敏感型相位差发生耦合器100中时，第二光耦合器104的两个输出波导 间的相位差在-5 65°C的温度范围的温度敏感性。这里，所述相位差为输出波导10 与 输出波导104b的相位差。根据图2可知，在-5 65°C的温度范围内，相位差在-1.62 π 至-1. 35 π之间变化，另外，相位差几乎不依赖于波长。基于上述，下面就本发明的实施方式进行具体的说明。(第一实施方式)就本发明第一实施方式的光波长合分波回路进行说明。图3为表示本发明实施方 式中无热MZI同步AWG型的光波长合分波回路300的结构的俯视图。光波长合分波回路 300包括第一平板波导301、阵列波导302、第二平板波导303、第二输入输出波导304、形 成于第二平板波导303的填充了温度补偿材料的槽305、第一输入输出波导306、温度敏感 型相位差发生耦合器307、第一分支波导308、第二分支波导309、定向耦合器310、形成于第 一分支波导308的填充了所述温度补偿材料的槽311。图3中，第i个阵列波导的长度Li表示为Li = Ll+(i_l) · AL，依次加长预定长 度al。与此相应地，在经过各阵列波导后，传输通过中心波长通道的光波被第二平板波导 303中的槽305所切断的长度Li，表示为Li，=Ll，+(i_l) · Δ L，，形成为依次加长AL，， 其中AL’与AL成正比。另外，第一分支波导308与第二分支波导309的长度差设为ΔΙ， 第一分支波导中由槽311所切断的长度设为与ΔΙ成正比的量ΔΙ’。光波长合分波回路300的波导的Δ为1.5%，芯厚度为4.5μπι，有效折射率温 度系数α = 1.0Χ10-5+1.9Χ10_8ΧΤ。阵列波导302、第二输入输出波导304、第一输入 输出波导306、第一分支波导308、第二分支波导309中的芯的宽度为4.5 μ m，且在第一 平板波导301、第二平板波导303中的长度为8200 μ m。第二输入输出波导304在与第 二平板波导303连接的部分按照15 μ m间隔进行波长通道数配置，其每个终端处设置有 开口宽度为11. 0 μ m的线性锥形波导。定向耦合器310的两个波导的芯宽度为4. 0 μ m，波导间隔为6.0 μ m，耦合度为50%，温度补偿材料为有机硅树脂(折射率温度系数α’ =-3. 5Χ 10_4+1. 5X IO-7XT)。另外，光波长合分波回路300设计为波长通道数为40， 波长通道间隔为0.4ym(50GHz)，中心波长通道(第二十一个波长通道)的透射波长 为1544. 53nm(194. ITHz)。此时，阵列波导302的个数为250根，Δ L为62. 6 μ m，ΔΙ为 4040 μ m0这里，槽305、311中填充的温度补偿材料所需的AL，和Al，如下AL，= Δ L/ (1- α，/ α ) = Δ L/ (1_ ( α，广 α，2T) / ( α ^ α 2T))，Δ I，= Δ I/ (1- α，/ α ) = Δ I/ (1-(α '1+α %Τ)/(α1+α2Τ))0这里，光波长合分波回路300的工作温度范围为T = _5 65°C。此时，该设计在中心温度T = 30°C处满足上述条件，并且，AL，= 1.79ym, ΔΙ’ = 115.4μπι。通过该设计，对阵列波导302的相邻波导间的光路长度差的一阶温度敏感性以 及第一、第二分支波导308、309间的光路长度差的一阶的温度敏感性进行了补偿。图4为表示本实施方式的光波长合分波回路300中温度敏感型相位差发生耦合 器307的结构的俯视图。温度敏感型相位差发生耦合器307包括由定向耦合器所形成的 第一光耦合器312、第三分支波导313、第四分支波导314、由定向耦合器所形成的第二光耦 合器315、形成于第四分支波导314的填充了温度补偿材料有机硅树脂的槽316。这里，第 三、第四分支波导313、314的芯的宽度为4. 5 μ m，第一光耦合器312向第三、第四分支波导 313、314分光的光功率分光比为6 94%，第二光耦合器315的分光比为50 50%，第三 分支波导313与第四分支波导314的长度差为-2. 5 μ m，将第四分支波导314切断的槽316 的宽度为52. 5 μ m。通过该结构，温度敏感型相位差发生耦合器307整体上作为分光比接近 50 50%的耦合器来进行工作。尽管温度敏感型相位差发生耦合器的光耦合器312、315 就原理上而言可以采用任意的结构，但在本例中采用了定向耦合器。定向耦合器具有损耗 较低，而且，分光比的设计自由度高的优点。图5表示在所述温度敏感型相位差发生耦合器307中当波长为1536. 61nm(第一 个波长通道的波长)、1M4. 53nm(中心的第二十一个波长通道的波长)和1552. 12nm(第 四十个波长通道的波长)的光波从第一输入输出波导306输入时，第二光耦合器315的两 个输出间的相位差在-5 65°C温度范围内的温度敏感性。在这里，所述相位差为与第一分 支波导308连接的输出和与第二分支波导309连接的输出间的相位差。由图5可知，在-5 65°C温度范围内，相位差在-1.62 π与-1.35 π之间变化，而且，相位差在使用波长通道的 波长范围内几乎不依赖于波长。图6为表示在本实施方式的光波长合分波回路300中由温度敏感型相位差发生耦 合器307至定向耦合器310段所构成的MZI中的光路长度差在-5 65°C温度范围内的温 度敏感性(线Z)的图。这里，所述光路长度差为第一分支波导308中传播的光路长度与第 二分支波导309中传播的光路长度间的差，光波的波长为1M4. 53nm。为了作比较，将相同 波长的情况下，第一、第二分支波导308、309间的光路长度差的温度敏感性(线X)和温度 敏感型相位差发生耦合器307的两个输出间产生的光路长度差的温度敏感性(线Y) —并 表示出来。由图6可知，尽管线X中仍然残留了二阶的温度敏感性，但MZI整体的光路长度 差(线Z)变为线X的光路长度差与温度敏感型相位差发生耦合器307所提供的光路长度 差(线Y)之和，因此，这里具有与线X符号相反的二阶的温度敏感性。图7为表示本实施方式的光波长合分波回路300中MZI部分的透射波长的相对 温度敏感性、AWG部分的中心波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性、以及MZI同步AWG整体的中心波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性的图。另外，图8为表示光波 长合分波回路300中温度为-5°C、30°C、65°C时的中心波长通道的透射波形的图。由图7、 8可知，本发明实现了低损耗且透射光谱平坦度较高的透射波形，而且，AWG部分中残留的 二阶的温度敏感性由MZI部分中符号相反的二阶的温度敏感性所补偿。现有技术中的无热 MZI同步AWG中工作温度范围在T = -5 65°C温度范围内所残留0. 03nm的透射中心波长 的温度敏感性的波动量能够降低至0. 007nm,即，波长通道间隔的2%。在本实施方式的温度敏感型相位差发生耦合器307中，尽管在图4中形成为通过 将第四分支波导314切断并填充温度补偿材料而形成的槽316，但是，槽的形状和配置并不 限于此结构。图9为表示温度敏感型相位差发生耦合器307的另一种结构的俯视图。其中， 各符号均与图4相同。图9中，槽316形成在第三分支波导313中。第一光耦合器312向 第三、第四分支波导313、314分支的光功率分光比为6 94%，第二光耦合器315的分光比 为50 50%，第三分支波导313与第四分支波导314的长度差为2.5μπι，将第三分支波导 314切断的槽316的宽度为52. 5 μ m。图9所示结构的温度敏感型相位差发生耦合器能够 与图4所示结构的温度敏感型相位差发生耦合器同样地产生如图10所示的两个输出间的 相位差。另外，由于向形成有槽316的第三分支波导分光的光功率分光比小于50%，因此， 较之于图4所示的结构，图9所示的结构具有温度敏感型相位差发生耦合器307整体的损 耗小的优点。图11为表示温度敏感型相位差发生耦合器307的另一种结构的俯视图。这里，各 符号均与图4和图9相同。图11所示结构的槽316形成在第三分支波导313中，并且被分 成4部分。第一光耦合器312的分光比、第二光耦合器315的分光比、以及第三分支波导 313与第四分支波导314的长度差与图9的温度敏感型相位差发生耦合器相同。另外，将第 三分支波导314切断的槽316的宽度之和为52. 5 μ m，相邻的槽的端面到端面间的间隔为 15μπι。图11的温度敏感型相位差发生耦合器可与图9所示结构的温度敏感型相位差发生 耦合器同样地产生如图10所示的两个输出间的相位差。另外，通过对槽316进行分段，较 之于图9所示的结构，能够降低槽316本身所产生的辐射损耗，最终，可进一步降低温度敏 感型相位差发生耦合器307整体的损耗。图12为表示温度敏感型相位差发生耦合器307的另一种结构的俯视图。其中，各 符号均与图4和图9相同。在图12所示的结构中，槽316形成在第三分支波导313和第四 分支波导314中，并且分别被分成4部分。第一光耦合器312的分光比、第二光耦合器315 的分光比、以及第三分支波导313与第四分支波导的长度差与图9的温度敏感型相位差发 生耦合器相同。另外，将第三分支波导313切断的槽的总长度与将第四分支波导314切断 的槽的总长度之间的差为52. 5μπι，相邻的槽的端面到端面的间隔为15μπι。图12的温度 敏感型相位差发生耦合器可与图9和图11所示结构的温度敏感型相位差发生耦合器同样 地产生如图10所示的两个输出间的相位差。另外，通过在第三分支波导313和第四分支波 导314中分别形成被分段的槽316，使得图12的温度敏感型相位差发生耦合器具有更好的 制造容限，因为即使在槽316的槽宽发生加工误差的情况下，对第三分支波导313和第四分 支波导314的光路长度差的影响也很小，同时还能够使得槽316本身所产生的辐射损耗得 到抑制。图13为表示温度敏感型相位差发生耦合器307的另一种结构的俯视图，图14为图13中沿XIV-XIV线的截面图。在非专利文献4中已经公开了图13、14所示结构的波导。 图13、14中，沿XIV-XIV线的截面上形成有硅基板317、波导芯318、覆层319等。图13、14 的结构中，槽316形成为与为第三分支波导313的一部分的波导芯318的两个侧面均接触， 并且其中插入有温度补偿材料。此时，将槽316与波导芯的侧面接触的长度设定为550 μ m。 通过图13、14的结构，能够与图9、图11或图12所示结构的温度敏感型相位差发生耦合器 同样地产生如图10所示的两个输出间的相位差。另外，较之于图9、图11或图12所示的结 构，图13和14的有益效果在于，由于槽316没有切断波导芯318，因此能够抑制槽316中产 生的损耗，从而能够进一步降低损耗。图15为表示温度敏感型相位差发生耦合器307的另一种结构的俯视图，图16为 图15中沿XVI-XVI线的截面图。这里，各符号与图13、图14相同。图15、图16的结构中， 槽316形成为与为第三分支波导313的一部分的波导芯318的顶面接触，并且其中插入有 温度补偿材料。此时，将槽316与芯的顶面接触的长度设定为1400μπι。通过图15、图16 的结构也能够与图9、图11或图12所示结构的温度敏感型相位差发生耦合器同样地产生 如图10所示的两个输出间的相位差。另外，较之于图9、图11或图12的结构，该结构的槽 316没有切断波导芯，因此能够抑制槽316中所产生的损耗，从而能够进一步降低损耗。关于本实施方式的MZI部分，尽管在图3中按照切断第一分支波导308的方式形 成单一的槽311并在其中填充了温度补偿材料，但槽的形状和配置并不限于该结构。图17 为表示第一、第二分支波导308、309和槽311的另一结构的截面图。这里，各符号与图3相 同。图15中，槽316形成于第一分支波导308中，并被分成4部分。第一分支波导308与 第二分支波导309的长度差Δ I与图3所示结构同样为Δ I = 4040 μ m,将第一分支波导切 断的槽316的宽度之和ΔΙ’为ΔΙ’ = 115.4μπι，相邻的被分段的槽的端面到端面的间隔 为15 μ m。通过对槽311进行分段，使得该结构较之于图3的结构能够降低槽311本身产生 的辐射损耗，从而可进一步降低光波长合分波回路整体的损耗。图18为表示第一、第二分支波导308、309和槽311的另一结构的俯视图。这里， 各符号与图3和图15相同。图18的结构中，槽311形成于第一分支波导308和第二分支 波导309两者中，并且，分别被分成4部分。第一分支波导308和第二分支波导309的长度 差Δ I与图3所示的结构同样为Δ I = 4040 μ m,将第二分支波导309切断的槽311的宽度 之和与将第一分支波导308切断的槽的宽度之和的差ΔΙ’为ΔΙ’ = 115.4μπι，相邻的槽 的端面到端面的间隔为15 μ m。通过分别在第一分支波导308和第二分支波导309中形成 分段的槽311，使得该结构较之于图3所示的结构能够更好地抑制槽311本身产生的辐射， 并且，即使在槽311的槽宽度发生了加工误差的情况下，对第一分支波导308和第二分支波 导309的光路长度差的影响仍然较小，因此，在制造公差方面具有更好的表现。另外，尽管在图4、图9、图11、图12、图13和图15的结构中采用定向耦合器作为第 二光耦合器315，但第二光耦合器315的实现方式并不限于此。图19为另一种结构中第二 光耦合器315附近区域的放大图。图19的结构中，采用了具有双输入双输出的多模干涉耦 合器(MMI =Multi-Mode Interferometer) 这里，MMI 315 的宽度为 18 μ m，长度为 740 μ m， 输入输出波导间隔为12ym，分光比为50 50%。该结构由于采用多模耦合器(MMI)，因此 较之于定向耦合器，即使在波导宽度发生加工误差的情况下，也很难对其分光比造成影响， 从而能够实现在制造公差方面具有良好表现的光波长合分波回路。
另外，尽管图4、图9、图11、图12、图13、图15的结构中采用定向耦合器作为第一 光耦合器312，但第一光耦合器312的实现方式并不限于此结构。图20为另一结构中第一 光耦合器312附近区域的放大图。图20的结构中采用了配置有两个非对称波导的绝热的 耦合器。这里，耦合器的长度为1000 μ m，与第三分支波导313连接的一侧的波导宽度在0 到2. 5 μ m间呈线性变化，与第四分支波导314连接的一侧的波导为固定宽度8 μ m,并与第 一输入输出波导306连接且中心轴偏移量为0. 6 μ m。在上述绝热耦合器中，由第一输入输 出波导306输入的光波的一部分的功率在上述偏移连接部分转换为一阶模，并且只有转换 为一阶模的功率与相邻波导的基模耦合，因此实现光功率分支工作，从而该绝热耦合器与 具有图9所示结构的定向耦合器同样具有6 94%的分光比。通过采用绝热的耦合器，较 之于定向耦合器，即使在波导的宽度发生加工误差的情况下，也不会对其分光比造成影响， 因此，能够实现在制造公差方面具有更好表现的光波长合分波回路。图21为另一种结构中第一光耦合器312附近区域的放大图。图21的结构中，采 用了波长不敏感型耦合器(Wavelength InsensitiveCoupler :WINC)。这里，WINC进一步包 括两个定向耦合器320a、320b以及两根分支波导321a、321b，定向耦合器320a、320b的耦合 度分别为80%和85%，分支波导321a与分支波导321b的光路长度差为0. 7 μ m，WINC与图 9所示结构的定向耦合器同样具有6 94%的分光比。由于采用WINC，较之于单一的定向 耦合器，分光比的波长敏感性较小，从而能够实现在较宽的波长范围内进行工作的光波长 合分波回路。(第二实施方式)对本发明的第二实施方式的光波长合分波回路进行说明。图22为表示本实施方 式中无热MZI同步AWG型光波长合分波回路2200的结构的俯视图。光波长合分波回路2200 包括第一平板波导2201、阵列波导2202、第二平板回路2203、第二输入输出波导2204、 金属棒2205、第一输入输出波导2206、温度敏感型相位差发生耦合器2207、第一分支波导 2208、第二分支波导2209、定向耦合器2210、以及形成在第一分支波导2208中的槽2211，槽 2211被分为8部分并且其中插入了温度补偿材料。本实施方式的光波长合分波回路2200 的芯片沿着回路被裁切成弧形。金属棒2205的两端分别与弧形的AWG芯片的两端附近处 接合。另外，本实施方式中，金属材质为铝。图22中，阵列波导2202被设计为依次加长预 定长度AL。另外，将第一分支波导2208和第二分支波导2209的长度差设计为ΔΙ，第一 分支波导中被分段的槽2211所切断的长度之和Δ I’与Δ I成正比。光波长合分波回路2200的波导的Δ为1. 5 %，芯厚度为4. 5 μ m，有效折射率 温度系数α = 1.0Χ10-5+1.9Χ10_8ΧΤ，阵列波导2202、第二输入输出波导2204、第一输 入输出波导2206、第一分支波导2208、第二分支波导2209的芯的宽度为4. 5 μ m，第一平 板波导2201、第二平板波导2203的长度为8400 μ m。第二输入输出波导2204在与第二 平板波导2203连接的部分按照15 μ m间隔进行波长通道数配置，其终端处设置有开口 宽度为ΙΙ.Ομπι的线性锥形波导。定向耦合器2210的两个波导的芯的宽度为4.0 μ m， 波导间隔为6.0μπι，耦合率为50%，温度补偿材料为有机硅树脂(折射率温度系数α’ =-3. 5X10_4+1. 5X IO-7XT)。另外，光波长合分波回路2200的波长通道数为40，波 长通道间隔为0.4nm(50GHz)，中心的波长通道(第二十一个波长通道)的透射波长为 1544. 53nm (194. ITHz)。此时，阵列波导 2202 的个数为 250 根，Δ L 为 62. 5 μ m，ΔΙ 为4040 μ m0这里，金属棒2205根据材质的热膨胀系数随着温度的变化发生伸缩。此时，与之 接合的AWG芯片也发生变形，以通过在高温条件下膨胀的金属棒使Δ L变小，并通过在低温 条件下收缩的金属棒使AL变大。由此，通过适宜地设定金属棒的长度来抑制相邻的阵列 波导的光路长度差(波导的有效折射率与AL之积)由温度引起的变化，进而对AWG部分 的透射中心波长的一阶温度敏感性进行补偿。另外，MZI部分中的槽311中填充的温度补偿 材料所应提供的 ΔΙ，为 ΔΙ，= ΔΙ/(1-α，/α) = Δ I/(1-( α ‘ 1+α ‘ 2Τ) / ( α 1+α 2T)) 0 这里，光波长合分波回路2200的工作温度范围为T = -5 65°C。此时，该设计使得在中心 温度T = 30°C时满足上述条件，并且Al，= 115.4ym0通过该设计，对MZI部分的第一、 第二分支波导2208、2209间的光路长度差的一阶温度敏感性进行补偿。图23为表示本实施方式的光波长合分波回路2200中温度敏感型相位差发生耦合 器2207的结构的俯视图。温度敏感型相位差发生耦合器2207包括由WINC所形成的第 一光耦合器2212、第三分支波导2213、第四分支波导2214、由MMI所形成的第二光耦合器 2215、在第三分支波导2214中形成的槽2216，槽2216被分段成4部分并且其中填充了作 为温度补偿材料的有机硅树脂。第一光耦合器2212包括定向耦合器2217a、2217b、2根分 支波导2218a、2218b。这里，第三、第四分支波导2213、2214的芯的宽度为4. 5 μ m，第一光 耦合器2212向第三、第四分支波导2213、2214的光功率分光比为6 94%，第二光耦合器 215的分光比为50 50%，第三分支波导2213与第四分支波导2214的长度差为2.0μπι， 将第三分支波导2213切断的分段的槽2216的总宽度为40. 6 μ m。通过该结构，温度敏感型 相位差发生耦合器2207整体作为分光比接近50 50%的耦合器来进行工作。图M表示在上述温度敏感型相位差发生耦合器2207中当波长为1536. 61nm(第 一波长通道的波长)、1M4. 53nm(中心的第二十一个波长通道的波长)和1552. 12nm(第 四十个波长通道的波长)的光波从第一输入输出波导2206输入时，第二光耦合器2215的 两个输出间的相位差在-5 65°C温度范围内的温度敏感性。在这里，所述相位差为与第一 分支波导2208连接的输出和与第二分支波导2209连接的输出间的相位差。由图M可知， 在-5 65°C温度范围内相位差在0.44 π与0.65 π之间变化，而且，相位差在使用波长通 道的波长范围内几乎不依赖于波长。图25为表示本实施方式的光波长合分波回路2200中由温度敏感型相位差发生耦 合器2207至定向耦合器2210段所构成的MZI中的光路长度差在_5 65°C温度范围内的 温度敏感性(线Z)的图。这里，所述光路长度差为第一分支波导2208中传播的光路长度 与第二分支波导2209中传播的光路长度间的差，光波的波长为1M4. 53nm。为了作比较，将 相同波长的情况下，第一、第二分支波导2208、2209间的光路长度差的温度敏感性(线X) 和温度敏感型相位差发生耦合器2207的两个输出间产生的光路长度差的温度敏感性(线 Y) 一并表示出来。由图25可知，尽管线X中残留了二阶的温度敏感性，但MZI整体的光路 长度差(线Z)为线X的光路长度差与温度敏感型相位差发生耦合器2207所提供的光路长 度差(线Y)之和，因此具有与线X符号相反的二阶的温度敏感性。图沈为表示本实施方式的光波长合分波回路2200中MZI部分的透射波长的相对 温度敏感性、AWG部分的中心波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性、以及MZI同步 AffG整体的中心波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性的图。另外，图27为表示光波长合分波回路2200中温度为-5°C、30°C、65°C时的中心波长通道的透射波形的图。由图 26,27可知，本发明实现了低损耗且透射光谱平坦度较高的透射波形，而且，AWG部分中残 留的二阶的温度敏感性由MZI部分中相反符号的二阶的温度敏感性所补偿。现有技术中的 无热MZI同步AWG中，工作温度范围在T = -5 65°C范围内残留0. 02nm的透射中心波长 的温度敏感性的波动量能够降低至0. 002nm、g卩，波长通道间隔的0. 5%。(第三实施方式)对本发明的第三实施方式的光波长合分波回路进行说明。图28为表示本实施方 式中无热MZI同步AWG型光波长合分波回路2800的结构的俯视图。光波长合分波回路2800 包括第一平板波导2801、阵列波导2802、第二平板波导2803、第二输入输出波导2804、 金属片2805、第一输入输出波导2806、温度敏感型相位差发生耦合器2807、第一分支波导 2808、第二分支波导2809、定向耦合器2810、以及形成在第一分支波导2808中的槽2811， 槽2811被分段为8部分并且其中插入了温度补偿材料。本实施方式的光波长合分波回路 2800的芯片被裁切为两块芯片从而将第一平板波导2801切断。在这里，金属片2805分别 与切断的两芯片接合。另外，本实施方式中，金属材质为铝。图28中，阵列波导2802被设 计为依次加长预定长度AL。另外，将第一分支波导2808和第二分支波导2809的长度差设 计为Δ I，第一分支波导中被分段的槽2811所切断的长度之和Δ I’与Δ I成正比。光波长合分波回路2800的波导的Δ为1. 5 %，芯厚度为4. 5 μ m，有效折射率 温度系数α = 1.0Χ10-5+1.9Χ10_8ΧΤ，阵列波导2802、第二输入输出波导2804、第一输 入输出波导2806、第一分支波导2808、第二分支波导2809的芯的宽度为4. 5 μ m，第一平 板波导2801、第二平板波导2803的长度为8400 μ m。第二输入输出波导2804在与第二 平板波导2803连接的部分按照15 μ m间隔进行波长通道数配置，其终端处设置有开口 宽度为ΙΙ.Ομπι的线性锥形波导。定向耦合器2810的两个波导的芯的宽度为4.0μπι， 波导间隔为6.0μπι，耦合率为50%，温度补偿材料为有机硅树脂(折射率温度系数α’ =-3. 5Χ10_4+1. 5X IO-7XT)。另外，光波长合分波回路2800的波长通道数为40，波 长通道间隔为0.4nm(50GHz)，中心的波长通道(第二十一个波长通道)的透射波长为 1544. 53nm (194. ITHz)。此时，阵列波导 2802 的个数为 250 根，Δ L 为 62. 5 μ m，ΔΙ 为 4040 μ m.这里，金属片2805根据材质的热膨胀系数随着温度的变化发生伸缩。此时，与之 接合的两块芯片的相对位置发生变化，以包括阵列波导2802的一块芯片为基准，包括MZI 部分的芯片由在高温条件下膨胀的金属片2805向图上方移动，并由在低温条件下收缩的 金属片2805向图下方移动。因此，通过适宜地设定金属片的长度对阵列波导2802中光路 长度差的温度波动进行补偿，就能够使上述包括MZI的芯片的位置发生变化，通过该结构 使得AWG部分中透射中心波长的一阶温度敏感性得到补偿。另外，MZI部分中的槽311中填 充的温度补偿材料所提供的ΔΙ’变为ΔΙ’= ΔΙ/(1-α，/α) = Δ I/(1-( α ’ 1+α ’ 2Τ) / (α1+α2Τ))。这里，光波长合分波回路2800的工作温度范围为T =-5 65°C。此时，由于 该设计，使得在中心温度T = 30°C处满足上述条件并且ΔΙ’= 115.4μπι。通过该设计，对 MZI部分的第一、第二分支波导2808、2809间的光路长度差的一阶温度敏感性进行了补偿。图29为表示本实施方式的光波长合分波回路2800中温度敏感型相位差发生耦合 器2807的结构的俯视图。温度敏感型相位差发生耦合器2807包括由WINC所形成的第一光耦合器2812、第三分支波导2813、第四分支波导2814、由MMI所形成的第二光耦合器 2815、在第三分支波导2814中形成的槽2816，槽2816被分段成4部分并且其中填充了作为 温度补偿材料的有机硅树脂。第一光耦合器2812包括定向耦合器2817a、2817b以及两根分 支波导2818a、2818b。这里，第三、第四分支波导2813、2814的芯的宽度为4. 5 μ m，第一光 耦合器2812向第三、第四分支波导2813、2814的光功率分光比为6 94%，第二光耦合器 2815的分光比为50 50%，第三分支波导2813与第四分支波导2814的长度差为2.0 μ m， 将第三分支波导2813切断的分段的槽2816的宽度之和为40. 6 μ m。温度敏感型相位差发 生耦合器2807整体作为分光比接近50 50%的耦合器来进行工作。图30表示在所述温度敏感型相位差发生耦合器2807中当波长为1536. 61nm(第 一波长通道的波长)、1544. 53nm(中心的第二十一个波长通道的波长)和1552. 12nm(第 四十个波长通道的波长)的光波从第一输入输出波导2806输入时，第二光耦合器2815的 两个输出间的相位差在-5 65°C温度范围内的温度敏感性。这里，所述相位差为与第一 分支波导2808连接的输出和与第二分支波导2809连接的输出间的相位差。由图30可知， 在-5 65°C温度范围内相位差在0.44 π与0.65 π之间变化，而且，相位差在使用波长通 道的波长范围内几乎不依赖于波长。图31为表示本实施方式的光波长合分波回路2800中从温度敏感型相位差发生耦 合器2807到定向耦合器2810段的MZI中的光路长度差在_5 65°C温度范围内的温度敏 感性(线Z)的图。这里，所述光路长度差为第一分支波导2808中传播的光路长与第二分 支波导2809中传播的光路长间的差，光波的波长为1544. 53nm。为了作比较，将相同波长的 情况下，第一、第二分支波导2808、2809间的光路长度差的温度敏感性(线X)和温度敏感 型相位差发生耦合器2807的两个输出间产生的光路长度差的温度敏感性(线Y) —并表示 出来。由图31可知，尽管线X中残留了二阶的温度敏感性，但MZI整体的光路长度差(线 Z)为线X的光路长度差与温度敏感型相位差发生耦合器2807所提供的光路长度差(线Y) 之和，因此具有与线X符号相反的二阶的温度敏感性。图32为表示在本实施方式的光波长合分波回路2800中MZI部分的透射波长的相 对温度敏感性、AWG部分的中心波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性、以及MZI同 步AWG整体的中心波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性的图。另外，图33为光波 长合分波回路2800中温度为-5 V、30 V、65°C时的中心波长通道的透射波形的图。由图32、 33可知，本发明实现了低损耗且透射光谱平坦度较高的透射波形，而且，AWG部分中残留的 二阶的温度敏感性由MZI部分中相反符号的二阶的温度敏感性所补偿。现有技术中的无热 MZI同步AWG中，在工作温度范围T = -5 65°C范围内残留0. 02nm的透射中心波长的温 度敏感性的波动量能够降低至0. 002nm、即，波长通道间隔的0. 5%。(第四实施方式)对本发明的第四实施方式的光波长合分波回路进行说明。本实施方式中，示出了 下述示例，即具有与第一实施方式的光波长合分波回路大致相同的结构，波长通道间隔比 较宽，并且，工作温度范围范围也比较大。图34为表示本实施方式中无热MZI同步AWG型 光波长合分波回路3400的结构的俯视图。光波长合分波回路3400包括第一平板波导 3401、阵列波导3402、第二平板波导3403、第二输入输出波导3404、形成于第二平板波导 3403的填充了温度补偿材料的槽3405、第一输入输出波导3406、温度敏感型相位差发生耦合器3407、第一分支波导3408、第二分支波导3409、定向耦合器3410、形成在第一分支波导 3408中的槽3411，槽3411被分段成4部分并且其中填充了温度补偿材料。图34中，阵列 波导3402设计为依次加长预定长度AL。与此相应地，在第二平板波导3403中经过各阵列 波导在中心的波长通道中传输的光波被槽3405所切断的长度呈依次加长AL’的形状，其 中，AL’与AL成正比。另外，将第一分支波导3408与第二分支波导3409的长度差设定 为Δ I，将第一分支波导中由槽3411所切断的长度设定为与Δ I成正比量Δ I’。光波长合分波回路3400的波导的Δ为1. 5 %，芯厚度为4. 5 μ m，有效折射率 温度系数α = 1.0Χ10-5+1.9Χ10_8ΧΤ，阵列波导3402、第二输入输出波导3404、第一 输入输出波导3406、第一分支波导3408、第二分支波导3409的芯的宽度为4. 5 μ m，第一 平板波导3401、第二平板波导3403的长度为8100 μ m，第二输入输出波导3404在与第 二平板波导3403连接的部分按照15 μ m间隔进行波长通道数配置，其终端处设置有开 口宽度为ΙΙ.Ομπι的线性锥形波导。定向耦合器3410的两个波导的芯宽度为4.0μπι， 波导间隔为6.0μπι，耦合度为50%，温度补偿材料为有机硅树脂(折射率温度系数α’ =-3. 5Χ 10_4+1. 5X IO-7XT)。另外，光波长合分波回路3400设计为波长通道数为40、 波长通道间隔为0. Snm(IOOGHz)、中心波长通道(第二十一个波长通道)的透射波长为 1544. 53nm (194. ITHz)。此时，阵列波导 3402 的个数为 250 根，AL 为 31.8 μ m，ΔΙ 为 2020 μ m0这里，槽3405、3411中填充的温度补偿材料应提供的AL，和Δ I，如下AL，= Δ L/ (1- α，/ α ) = Δ L/ (1_ ( α，广 α，2Τ) / ( α ^ α 2Τ))，Δ I，= Δ I/ (1- α，/ α ) = Δ I/ (1- ( α，1+ α，2Τ) / ( α ^ α 2Τ))。这里，光波长合分波回路3400的工作温度范围为T = -40 80°C。此时，由于设计在中心的T = 20°C满足上述条件，因此，AL，= 0. 91ym, ΔΙ，= 57. 7μπι。通过该设计，对阵列波导3402的相邻的波导间的光路长度差的一阶温度敏感性 以及第一、第二分支波导3408、3409间的光路长度差的一阶温度敏感性进行补偿。图35为表示本实施方式的光波长合分波回路3400中温度敏感型相位差发生耦合 器3407的结构的俯视图。温度敏感型相位差发生耦合器3407包括由WINC所形成的第 一光耦合器3412、第三分支波导3413、第四分支波导3414、由MMI所形成的第二光耦合器 3415、在第三分支波导3413中形成的槽3416，槽3416被分段为4部分并且其中插入了作 为温度补偿材料的有机硅树脂。第一光耦合器3412包括定向耦合器3417a和3417b (耦合 率为85%、95%)以及两根分支波导3418a和3418b (光路长度差为65 μ m)。这里，第三、 第四分支波导3413、3414的芯的宽度为4. 5 μ m，第一光耦合器3412向第三、第四分支波导 3413、3414的分光的光功率分光比为10 90%，第二光耦合器3415的分光比为50 50%, 第三分支波导3413与第四分支波导3414的长度差为1. 57 μ m,将第三分支波导3413切断 的分段的槽3416的宽度之和为31. 0 μ m。通过该结构，温度敏感型相位差发生耦合器3407 整体作为分光比接近50 50%的耦合器来进行工作。图36表示在所述温度敏感型相位差发生耦合器3407中当波长为1528. 77nm(第 一波长通道的波长)、1544. 53nm(中心处的第二十一个波长通道的波长)和1559. 79nm (第 四十个波长通道的波长)的光波从第一输入输出波导3406输入时，第二光耦合器3415的 两个输出间的相位差在-40 80°C温度范围内的温度敏感性。在这里，所述相位差为与第 一分支波导3408连接的输出和与第二分支波导3409连接的输出间的相位差。由图36可 知，在-40 80°C温度范围内相位差在0. 33 π与0.7 π之间变化，而且，相位差在使用波长通道的波长范围内几乎不依赖于波长。图37为表示本实施方式的光波长合分波回路3400中配置有从温度敏感型相位差 发生耦合器3407至定向耦合器3410的MZI中的光路长度差在_40 80°C温度范围内的温 度敏感性(线Z)的图。这里，所述光路长度差为第一分支波导3408中传播的光路长与第 二分支波导3409中传播的光路长间的差，光波的波长为1544. 53nm。为了作比较，将相同波 长的情况下，第一、第二分支波导3408、3409间的光路长度差的温度敏感性(线X)和温度 敏感型相位差发生耦合器3407的两个输出间产生的光路长度差的温度敏感性(线Y) —并 表示出来。由图37可知，尽管线X中残留了二阶的温度敏感性，但是MZI整体的光路长度 差(线Z)为线X的光路长度差与温度敏感型相位差发生耦合器3407所提供的光路长度差 (线Y)之和，因此具有与线X符号相反的二阶的温度敏感性。图38为表示在本实施方式的光波长合分波回路3400中MZI部分的透射波长的相 对温度敏感性、AWG部分的中心波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性、以及MZI同 步AWG整体的中心波长通道中的透射中心波长的相对温度敏感性的图。另外，图39为光波 长合分波回路；3400中温度为-40°C、2(TC、8(rC时的中心波长通道的透射波形的图。由图 38,39可知，本发明实现了低损耗且透射光谱平坦度较高的透射波形，而且，AWG部分中残 留的二阶的温度敏感性由MZI部分中相反符号的二阶的温度敏感性所补偿。现有技术中的 无热MZI同步AWG中，在工作温度范围T = -40 80°C范围内残留0. 07nm的透射中心波长 的温度敏感性的波动量能够降低至0. 02nm、g卩，波长通道间隔的3%。(第五实施方式)就本发明第五实施方式的光波长合分波回路进行说明。在本实施方式中，将本发 明的解决问题的技术手段应用于专利文献6所公开的低损耗且具有平坦的透射光谱的AWG 中，该AWG是透射波长的主要温度敏感性已得到补偿的无热AWG。图45为表示本实施方式中光波长合分波回路4500的结构的俯视图。光波长合分 波回路4500包括第一平板波导4501、阵列波导4502、第二平板波导4503、第二输入输出 波导4504、形成于第二平板波导4503的填充了温度补偿材料的槽4505、第一输入输出波导 4506、温度敏感型相位差发生耦合器4507、第一分支波导4508、第二分支波导4509、光模混 合耦合器4510、形成于第一分支波导4508的填充了温度补偿材料的槽4511。图45中，第 i个阵列波导的长度Li表示为Li = Li+(i-l) · AL，按照依次加长预定量AL的方式设计， 与此相应地，在第二平板波导4503中经过各阵列波导在中心的波长通道中传输的光波被 槽4505所切断的长度L/表示为L/ = (i-1) · AL’，呈依次加长AL’的形状，其中AL’ 与AL成正比。另外，将第一分支波导4508与第二分支波导4509的长度差设定为ΔΙ，第 一分支波导中由槽4511所切断的长度设为与ΔΙ成正比的量ΔΙ’。光波长合分波回路4500的波导的Δ为1. 5 %，芯厚度为4. 5 μ m，有效折射率 温度系数α = 1.0Χ10-5+1.9Χ10_8ΧΤ，阵列波导4502、第二输入输出波导4504、第一 输入输出波导4506、第一分支波导4508、第二分支波导4509的芯的宽度为4. 5 μ m，第一 平板波导4501、第二平板波导4503的长度为8200 μ m。第二输入输出波导4504在与第 二平板波导4503连接的部分按照15 μ m间隔进行波长通道数配置，其终端处设置有开 口宽度为11. Oym的线性锥形波导。温度补偿材料为有机硅树脂(折射率温度系数α， =(-3. 5Χ 10_4) + (-1· 5Χ IO-7XT))。另外，光波长合分波回路4500设计为波长通道数为40，波长通道间隔为0.4nm(50GHz)，中心波长通道(第二十一个波长通道)的透射波长 为1544. 53nm(194. ITHz)。此时，阵列波导4502的个数为250根，Δ L为62. 6 μ m，ΔΙ为 4040 μ m。这里，槽4505、4511中填充的温度补偿材料应提供的AL，和Δ I，如下Δ L，= Δ L/ (1- α，/ α ) = Δ L/ (1_ ( α，^ α，2T) / ( α ^ α 2T))，Δ I，= Δ I/ (1_ α，/ α ) = Δ I/ (1-(α，1+α '2Τ)/(α1+α2Τ))0这里，光波长合分波回路4500的工作温度范围为T = _5 65°C。此时，由于设计为在中心的T = 30°C满足上述条件，因此，AL’ = 1.79 μ m，Δ I’ = 115. 4 μ m。通过该设计，对阵列波导4502的相邻的波导间的光路长度差的一阶温度敏感性 以及第一、第二分支波导4508、4509间的光路长度差的一阶温度敏感性进行补偿。图46表示实现光模混合耦合器4510的结构的一个示例。本实施方式中，光模混合 耦合器为这样的耦合器，即，其将从一根输入波导所输入的基模光与输出波导的基模耦合， 将另一根输入波导所输入的基模光进行转换后与输出波导的一阶模耦合。这里，光模混合 耦合器4510为波导宽度非对称的定向耦合器，与第一分支波导4508连接的波导4601a的 宽度为2. 5 μ m，与第二分支波导4509连接的波导4601b的宽度为8 μ m，波导4601a、4601b 的长度为500 μ m。另外，从第二分支波导4509到波导4601b的波导宽度以线性锥形平缓变 换。此时，波导4601a的基模的有效折射率与波导4601b的一阶模的有效折射率几乎相等， 由第一分支波导4508向波导4601a输入的基模光与波导4601b的一阶模耦合。另外，从第 二分支波导4509输入的基模光直接以基模在波导4601b中传播，因此，一阶模与基模混合 后向作为输出波导的多模波导4602传播，并被输入第一平板波导4501。也可无需设置多模 波导4602，而将波导4601b直接连接第一平板波导4501。另外，为了防止光模混合耦合器 4510中未能完全混合的光波作为漏光而造成光波长合分波回路的特性发生劣化，优选通过 其中填充有遮光材料的槽4603等将与波导4601a相连的波导阻断。此时，优选地，槽的端 面与波导成约8度角的倾斜而非互相垂直，以更好地抑制光波的反射。当待输入第一平板波导4501的基模光和一阶模光间的相位差随着光的波长变化 时，上述基模光和一阶模光的混合区域也周期性地振荡。本实施方式中，上述振荡周期波长 为0. 4nm。这里，由上述混合区域的变化导致光波在第一平板波导4501的输入位置发生变 化，并且到达各阵列波导的光路长度发生变化。这样，整个光波长合分波回路中的光路长度 差发生变化，并且光在第二平板波导4503的终端的汇聚位置发生变化。此时，光波的输入 位置变化的周期波长为0. 4nm，这与AWG中的波长通道间隔一致。即，某一波长区域中，光在 AffG中的第一平板波导4501中的输入位置变化和光在该AWG中第二平板波导4503的终端 处的汇聚位置变化几乎是同步的。由此，对于整个光波长合分波回路，在上述波长区域中， 光在第二平板波导4503的终端处的汇聚位置基本不变，从而，能够获得平坦的透射光谱的 特性。图47表示实现光模混合耦合器的结构的另一个示例。在图47上述的结构中，与 图46同样为非对称的定向耦合器，但是，波导4701a的宽度渐渐变窄并最终变为零。此时， 波导4701a、4701b的长度为1500 μ m。较之于图46的结构，通过图47的结构能够使波导 4701a向波导4701b的光波耦合率接近100%，因此在损耗特性方面具有优势。另外，图48 表示实现光模混合耦合器4510的结构的另一个示例。图48的结构中，光模混合耦合器4510 配置有两个多模耦合器(MMI)。在上述非专利文献5中对该结构进行了详细记载。这里， 图48所示的光模混合耦合器4510包括第一MMI 4801a、第二MMI 4801b、中心波导4802a、480 和4802c。第一 MM 14801a的宽度为20 μ m，长度为乃4 μ m，第二 MMI 4801b的宽度 为20 μ m，长度为377 μ m,中心波导4802a的宽度为4. 5 μ m，长度为50 μ m,中心波导480 的宽度为4. 5 μ m，长度为51. 5 μ m,中心波导4802c的宽度为4. 5 μ m，长度为53 μ m。一般 地，较之于定向耦合器，MMI的分光特性随波导宽度的变化而变化的程度较小。因此，较之 于图46的结构，通过图48的结构，能够实现在制造公差方面具有更好表现的光波长合分波 回路。图49为表示本实施方式的光波长合分波回路4500中温度敏感型相位差发生耦合 器4507的结构的俯视图。这里，温度敏感型相位差发生耦合器4507包括由定向耦合器所 形成的第一光耦合器4901、第三分支波导4902、第四分支波导4903、由定向耦合器所形成 的第二光耦合器4904、形成在第三分支波导4902中的槽4905，槽4905被分段为4部分并 且其中插入了作为温度补偿材料的有机硅树脂。这里，第三、第四分支波导4902、4903的芯 的宽度为4. 5 μ m，第一光耦合器4901向第三、第四分支波导4902、4903分光的光功率分光 比为6 94%，第二光耦合器4904的分光比为15 85%，第三分支波导4902与第四分支 波导4903的长度差为2. 5 μ m，将第三分支波导4902切断的槽4905的宽度之和为52. 5 μ m。 通过该结构，温度敏感型相位差发生耦合器4507整体作为分光比接近15 85%的耦合器 来进行工作。图50表示在所述温度敏感型相位差发生耦合器4507中当波长为1536. 61nm(第 一波长通道的波长)、1544. 53nm(中心处的第二十一个波长通道的波长)和1552. 12nm (第 四十个波长通道的波长)光波从第一输入输出波导4506输入时，第二光耦合器4504的两 个输出间的相位差在-5 65°C范围内的温度敏感性。在这里，所述相位差为与第一分支 波导4508连接的输出和与第二分支波导4509连接的输出间的相位差。由图可知，在_5 65°C温度范围内相位差在-1.62 π与-1.35 π之间变化，而且，相位差在使用波长通道的波 长范围内几乎不依赖于波长。图51为表示本实施方式的光波长合分波回路4500中由温度敏感型相位差发生耦 合器4507至光模混合耦合器4510的输入段所产生的光路长度差在-5 65°C范围内的温 度敏感性(线Z)的图。这里，所述光路长度差为第一分支波导4508中传播的光路长度与 第二分支波导4509中传播的光路长度间的差，光波的波长为1544. 53nm。为了作比较，将相 同波长的情况下，第一、第二分支波导4508、4509间的光路长度差的温度敏感性(线X)和 温度敏感型相位差发生耦合器4507的两个输出间产生的光路长度差的温度敏感性(线Y) 一并表示出来。由图可知，尽管线X中残留了二阶的温度敏感性，但MZI整体的光路长度差 (线Z)为线X的光路长度差与温度敏感型相位差发生耦合器307所提供的光路长度差(线 Y)之和，因此具有与线X符号相反的二阶的温度敏感性。图52为表示本实施方式的光波长合分波回路4500中AWG部分的中心波长通道 中的透射中心波长的相对温度敏感性以及光波长合分波回路整体的中心波长通道中的透 射中心波长的相对温度敏感性的图。另外，图53为表示光波长合分波回路4500中温度 为-5°C、30°C、65°C时的中心波长通道的透射波形的图。由图52、53可知，本发明实现了低 损耗且透射光谱平坦度较高的透射波形，而且，AWG部分中残留的二阶的温度敏感性由从温 度敏感型相位差发生耦合器4507到光模混合耦合器的输入段所产生的光路长度差中符号 相反的二阶的温度敏感性所补偿。现有技术中的无热AWG中，在工作温度范围T = -5 65°C范围内残留0. 03nm的透射中心波长的温度敏感性的波动量能够降低至0. 007nm,即， 波长通道间隔的2%。根据上述5个实施方式的光波长合分波回路，现有技术的无热AWG和MZI同步无 热AWG中残留的透射中心波长的二阶的温度敏感性得到补偿，较之于现有技术，本发明能 够得到透射中心波长精度更高的光波长合分波回路。另外，上述所有的实施方式中，将波导的相对折射率之差、芯宽度和芯厚度限定为 特定值进行了说明，但是，本发明的应用范围并不限于这些值。另外，上述所有的实施方式中，将MZI同步AWG的设计参数限定为特定值进行了说 明，但是，本发明的应用范围并不限于这些参数。另外，上述所有的实施方式中，将工作温度范围限定为特定值进行了说明，但是， 本发明的应用范围并不限于这些值。另外，上述所有的实施方式中，将在分支波导或其附近形成槽并在槽中插入温度 补偿材料的结构作为对温度敏感型相位差发生耦合器中的光路长度差赋予温度敏感性的 机构，但是，本发明的应用范围并不限于该结构，还可以采用对光路长度差赋予一定的温度 敏感性的任何结构。例如，还可以采用下述结构，即，将分支波导的一部分替换为与形成分 支波导的波导不同的介质所形成的波导。另外，上述所有实施方式中，将槽的分段个数限定为特定的值来进行了说明，但本 发明的应用范围并不限于该数值。另外，上述所有实施方式中，温度补偿材料采用了有机硅树脂，但本发明的应用范 围并不限于该材料，可以采用具有与波导的有效折射率温度系数不同的折射率温度系数的 任何材料，例如，有机硅树脂、环氧树脂、氟树脂等光学树脂等。另外，第一、第四和第五实施方式中，作为对一阶温度敏感性进行补偿的结构，在 第二平板波导中形成槽并在其中插入温度补偿材料，但本发明的应用范围并不限于该位 置，槽可以设置在从第一平板波导经过阵列波导而到达第二平板波导的光通路上的任意位 置，另外，还可以分散设置在多个不同的位置，通过上述设置也能够补偿一阶温度敏感性。
权利要求
1.光波长合分波回路，包括阵列波导光栅和马赫-曾德尔干涉回路，其特征在于， 所述阵列波导光栅包括阵列波导，包括长度依次加长预定光路长度差的波导， 分别与所述阵列波导的两端连接的第一和第二平板波导，以及 对透射波长的主要温度敏感性进行补偿的温度补偿装置， 所述马赫-曾德尔干涉回路包括 具有预定光路长度差的第一和第二分支波导，连接于所述第一和第二分支波导中的每个的一端和所述第一平板波导的端部之间的 下一级光耦合器，与所述第一和第二分支波导中的每个的另一端连接的上一级光耦合器，以及 对透射波长的主要温度敏感性进行补偿的温度补偿装置， 其中，所述上一级光耦合器是相位差发生耦合器，该相位差发生耦合器包括 第一光耦合器，以特定的强度比对光进行分支；第三和第四分支波导，与所述第一光耦合器连接且具有预定的光路长度差；以及 第二光耦合器，分别与所述第三和第四分支波导连接，所述上一级光耦合器还包括通过温度改变所述第三分支波导与所述第四分支波导的 光路长度差的机构，该机构被配置为使得所述马赫-曾德尔干涉回路的透射波长具有温度 敏感性，以对所述阵列波导光栅的透射波长中残留的温度敏感性进行补偿，其中，所述马 赫-曾德尔干涉回路的透射波长的温度敏感性通过所述相位差发生耦合器的两个输出间 的相位差由温度引起的变化进行调节。
2.如权利要求1所述的光波长合分波回路，其中，所述机构是通过将所述第三和第四 分支波导中的至少一者切断所形成的槽，所述槽中插入了折射率温度系数与所述第三和第 四分支波导的有效折射率的温度系数不同的材料。
3.如权利要求2所述的光波长合分波回路，其中，所述槽被配置为多个槽。
4.如权利要求2所述的光波长合分波回路，其中，所述机构是通过在所述第三和第四 分支波导的至少一者的一部分处将波导芯的侧面和/或顶面的覆层去除而形成的槽。
5.如权利要求2-4中任意一项所述的光波长合分波回路，其中，所述第一光耦合器中 分往所述第三分支波导的光强度分光比小于50%，并且，在所述第三和第四分支波导的至 少一者中所形成的槽仅形成在所述第三分支波导中。
6.如权利要求2-5中任意一项所述的光波长合分波回路，其中，所述第二光耦合器是 定向耦合器。
7.如权利要求2-5中任意一项所述的光波长合分波回路，其中，所述第二光耦合器是 多模耦合器。
8.如权利要求2-5中任意一项所述的光波长合分波回路，其中，所述第一光耦合器是 定向耦合器。
9.如权利要求2-5中任意一项所述的光波长合分波回路，其中，所述第一光耦合器 是具有两个分支波导和与所述两个分支波导的两端连接的光耦合器的波长不敏感耦合器 (WINC)。
10.如权利要求2-9中任意一项所述的光波长合分波回路，其中，所述阵列波导光栅及马赫-曾德尔干涉回路由石英玻璃制成，所述槽中插入的材料是例如有机硅树脂、环氧树 脂、氟树脂等光学树脂。
11.如权利要求10所述的光波长合分波回路，其中，所述阵列波导光栅中的温度补偿装置是通过下述方式形成的装置在所述阵列波导 光栅及所述第一和第二平板波导中的至少一者中形成与光波传播方向交叉地将波导切断 的槽，以及在所述槽中插入折射率温度系数与所述波导的有效折射率的温度系数不同的材 料；所述马赫-曾德尔干涉回路中的温度补偿装置是通过下述方式形成的装置形成将所 述第一和第二分支波导的至少一者切断的槽，以及在所述槽中插入折射率温度系数与所述 第一和第二分支波导的有效折射率的温度系数不同的材料。
12.如权利要求11所述的光波长合分波回路，其中，在所述阵列波导及所述第一和第 二平板波导的至少一者中形成的槽中所插入的材料、在所述第一和第二分支波导的至少一 者中形成的槽中所插入的材料、和在所述第三及第四分支波导的至少一者中形成的槽中所 插入的材料是相同的材料。
13.如权利要求10所述的光波长合分波回路，其中，所述阵列波导光栅中的温度补偿装置是这样的装置，即，其与金属棒接合在一起以连 接沿着回路被裁切成弧形的芯片的两端，并通过所述金属棒的热伸缩而使芯片发生变形， 从而与所述阵列波导光栅的光路长度差由温度引起的变化相抵消；所述马赫-曾德尔干涉回路中的温度补偿装置是通过下述方式形成的装置形成将所 述第一和第二分支波导中的至少一者切断的槽，并在该槽中插入折射率温度系数与所述第 一和第二分支波导的有效折射率的温度系数不同的材料。
14.如权利要求10所述的光波长合分波回路，其中，所述阵列波导光栅中的温度补偿装置是这样的装置，即，其将所述第一或第二平板波 导切断，将切断的芯片与金属片接合起来，并通过所述金属片的热伸缩而使切断的平板波 导之间的相对位置发生变化，从而与所述阵列波导的光路长度差随温度的变化所导致的光 路变化相抵消；所述马赫-曾德尔干涉回路中的温度补偿装置是通过下述方式形成的装置形成将所 述第一和第二分支波导的至少一者切断的槽，并在该槽中插入折射率温度系数与所述第一 和第二分支波导的有效折射率的温度系数不同的材料。
15.如权利要求13或14所述的光波长合分波回路，其中，在所述第一和第二分支波导 中的至少一者中形成的槽中所插入的材料与在所述第三和第四分支波导的至少一者中形 成的槽中所插入的材料相同。
全文摘要
本发明提供一种具有低损耗和平坦的透射谱的光波长合分波回路，该回路可对无热AWG中残留的透射中心波长的温度敏感性进行补偿，并在整个工作温度范围内具有较高精度的透射中心波长。鉴于MZI同步AWG的透射中心波长趋近于MZI的透射波长与AWG的透射中心波长的平均值，因而无热MZI的透射波长的温度敏感性被调节和设置为与无热AWG中残留的透射中心波长的温度敏感性相抵消。本发明尤其着眼于MZI中的光耦合器，并通过对光耦合器自身提供一种可使两个输出间的相位差随温度变化而变化的机构来调节MZI的透射波长的温度敏感性。
文档编号G02B6/12GK102099718SQ20098012763
公开日2011年6月15日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年7月14日
发明者井上靖之, 井藤干隆, 柴田知寻, 田中拓也, 神德正树, 鬼头勤, 龟井新 申请人:日本电信电话株式会社