光合波分波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種作為進(jìn)行光通信的小型光收發(fā)器的濾光器而起作用的光合波分波器。進(jìn)一步詳細(xì)而言，涉及一種在數(shù)據(jù)中心內(nèi)及數(shù)據(jù)中心間的連接所需的光通信裝置中使用的光合波分波器。
【背景技術(shù)】
[0002]互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、尤其是從向云的期待到以太網(wǎng)系的通信容量擴(kuò)大成為了緊迫的話題。作為下一代的高速40G/100G以太網(wǎng)(注冊(cè)商標(biāo))標(biāo)準(zhǔn)，2010年發(fā)布了 IEEE802.3ba (非專利文獻(xiàn)I)，并進(jìn)行討論。尤其是在傳輸距離上從數(shù)十米到數(shù)十公里這樣的范圍相當(dāng)于數(shù)據(jù)中心內(nèi)及數(shù)據(jù)中心間的連接中所需要的距離，由于潛在需求的大小而受到關(guān)注。在該標(biāo)準(zhǔn)中從超過(guò)數(shù)十米的范圍內(nèi)電信號(hào)的衰減較大的問(wèn)題考慮推薦使用光通信，并鑒于經(jīng)濟(jì)性，推薦使用能夠回避大量使用高速的LSI (Large Scale Integrat1n:大規(guī)模集成電路)的多波道傳輸方式。尤其是在數(shù)百米以上的傳輸距離使用中，推薦使用1.3μπι頻帶的LAN-ffDM(Local Area Network Wavelength Divis1n Multiplexing:局域網(wǎng)-密集波分復(fù)用)或者 CWDM(Couse Wavelength Divis1n Multiplexing:粗波分復(fù)用)這樣的波長(zhǎng)配置中的四波的波長(zhǎng)多重方式。
[0003]光收發(fā)器負(fù)責(zé)在離物理介質(zhì)最近的地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)這些傳輸方式。光收發(fā)器一般由負(fù)責(zé)光信號(hào)和電信號(hào)的輸入輸出的連接器部、負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換的TOSA(TransmitterOptical Sub-Assembly:光發(fā)射次模塊)及 ROSA (Receiver Optical Sub-Assembly:光接收次模塊)、進(jìn)一步進(jìn)行各部的控制和監(jiān)視的電路、以及根據(jù)需要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的電路構(gòu)成。并且，在這些傳輸方式中使用的ROSA中安裝有對(duì)被分為1.3 ym頻帶的四波的多波道的信號(hào)進(jìn)行分波的濾光器、四個(gè)HKPhoto d1de:光電二極管)，并且靠近H)安裝有TIA(Trans-1mpedance Amplifier:轉(zhuǎn)阻放大器)等。例如，存在將安裝了較小的四片TFF(Thin Film Filter:薄膜濾光片)和全反射鏡的光學(xué)模塊作為4ch分波濾光器使用而作成的ROSA的報(bào)告(參照非專利文獻(xiàn)2)。在該文獻(xiàn)中報(bào)告的ROSA竭盡TFF的小片和安裝技術(shù)的精粹的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了極為小型的模塊尺寸。但是使用了多個(gè)TFF的光模塊的制造如果越想推進(jìn)多通道化、小型化則其制造越難，小型化和低價(jià)格化之間的諧調(diào)并不容易。
[0004]另一方面，作為由石英系PLC(Planar lightwave Circuits:平面光波導(dǎo))制作的多通道濾光器的陣列波導(dǎo)格子型濾光器(AWG:Arrayed Waveguide Grating:陣列波導(dǎo)光柵)不僅是波長(zhǎng)分波特性好而且批量生產(chǎn)性、可靠性好，因此，在電信系的傳輸裝置中廣泛地使用。另外，尤其是在通道數(shù)較多的情況下、要求小型化的情況下，與排列使用TFF的濾光器相比，從制造工序數(shù)較少、并且所需的機(jī)械精度(TFF設(shè)置精度和波導(dǎo)曝光精度)的公差較大的方面考慮，存在經(jīng)濟(jì)性、批量生產(chǎn)性較好的特征。
[0005]但是，AWG中曾經(jīng)也存在過(guò)問(wèn)題。在AWG的開(kāi)發(fā)當(dāng)初，存在過(guò)如果設(shè)計(jì)數(shù)十納米以上的通道間隔的AWG則芯片尺寸變成大型這樣的問(wèn)題。但是，通過(guò)使用陣列波導(dǎo)配置的方法大大地緩解了限制，因此，現(xiàn)在變得能夠很容易地實(shí)現(xiàn)通道間隔為10nm以上的AWG(參照專利文獻(xiàn)1、2)。
[0006]關(guān)于AWG的設(shè)計(jì)方法，首先使用圖1對(duì)第一以往例進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示以往的陣列波導(dǎo)格子型濾光器的概略。如圖1所示，陣列波導(dǎo)格子型濾光器由片狀波導(dǎo)I和2、陣列波導(dǎo)組3、輸入波導(dǎo)4及輸出波導(dǎo)5構(gòu)成。在這里，為了使陣列波導(dǎo)格子型濾光器適當(dāng)?shù)貏?dòng)作，需要滿足如下條件，在連結(jié)片狀波導(dǎo)1、2的波導(dǎo)組中，與片狀波導(dǎo)1、2之間的連接點(diǎn)存在于從片狀波導(dǎo)1、2的輸入輸出波導(dǎo)側(cè)的焦點(diǎn)以放射狀放出來(lái)的直線的延長(zhǎng)線上，并且，互相鄰接的所有的波導(dǎo)的長(zhǎng)度僅相差某一恒定量(Cltl)，且長(zhǎng)度單調(diào)增加或者減少。
[0007]在圖1所示的陣列波導(dǎo)格子型濾波器中，陣列波導(dǎo)組3依次連接直線波導(dǎo)3a、圓弧波導(dǎo)3c、直線波導(dǎo)3b的各波導(dǎo)。在這里，在第一以往例中圓弧波導(dǎo)3c的圓弧的凸方向僅設(shè)為一個(gè)方向、在圖1的情況下僅設(shè)為上方向，因此，對(duì)于陣列波導(dǎo)組3的下方的波導(dǎo)，上方的波導(dǎo)變長(zhǎng)。但是，如果適當(dāng)?shù)剡x擇直線波導(dǎo)3a和直線波導(dǎo)3b的長(zhǎng)度、圓弧波導(dǎo)3c的半徑，則能夠以使鄰接的所有波導(dǎo)的長(zhǎng)度僅相差某一恒定量(Cltl)的方式來(lái)配置陣列波導(dǎo)組3。
[0008]另一方面，上述陣列波導(dǎo)組3的鄰接的波導(dǎo)的長(zhǎng)度的差(Cltl)與陣列波導(dǎo)格子型濾光器的各參數(shù)(λ中心波長(zhǎng)、n g:組折射率、FSR:自由光譜區(qū))之間存在下述式(I)表示的關(guān)系。此外，在下面將Cltl稱為波導(dǎo)長(zhǎng)差、將乘以波導(dǎo)的有效折射率n e的ClciXnJ^為光程差。
[0009]波長(zhǎng)間隔X最大通道數(shù)< X02/(d0Xng) = FSR…式(I)
[0010]所需的波長(zhǎng)間隔廣或者需要許多通道數(shù)的情況下，需要將波導(dǎo)長(zhǎng)差Cltl設(shè)短，而波導(dǎo)長(zhǎng)差CU及為短的情況下，在上述的陣列波導(dǎo)組3中，上方的波導(dǎo)和下方的波導(dǎo)之間接觸、或者交叉，從而很難使陣列波導(dǎo)格子型濾光器適當(dāng)?shù)貏?dòng)作。即、在上述的第一以往技術(shù)中從幾何學(xué)性限制考慮，能夠設(shè)定的波導(dǎo)長(zhǎng)差存在下限，因此，在第一以往例的設(shè)計(jì)方法中，往往存在從幾何學(xué)方面很難找到將光程差設(shè)定得特短的情況、或者即使實(shí)現(xiàn)了其回路的大小也異常變大的情況。
[0011]如果想以波導(dǎo)型來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)備，則能夠使用的基板材料的大小有一定的限度，因此，在當(dāng)回路的大小超過(guò)其限度的情況下，實(shí)際上不可能制造出這樣的設(shè)備。因而，需要將光程差設(shè)定得特短的廣FSR的陣列波導(dǎo)格子、即分離和/或合波的波長(zhǎng)間隔廣、或者通道數(shù)較多的陣列波導(dǎo)格子很難決定其結(jié)構(gòu)。
[0012]下面，利用圖2說(shuō)明第二以往例。此外，在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了由作為第二以往例的S字光波導(dǎo)構(gòu)成的陣列波導(dǎo)格子型濾波器。圖2表示作為第二以往例的陣列波導(dǎo)格子型濾光器的概略。在圖2中，陣列波導(dǎo)格子型濾光器由片狀波導(dǎo)I和2、陣列波導(dǎo)組3、以及扇型圓弧波導(dǎo)組6構(gòu)成。
[0013]如圖2所示，片狀波導(dǎo)1、2通過(guò)S字狀的陣列波導(dǎo)組3連接，整體的回路結(jié)構(gòu)大致成為點(diǎn)對(duì)稱。該S字狀的光波導(dǎo)的左圓弧波導(dǎo)3c和右圓弧波導(dǎo)3d的圓弧的朝向?yàn)榉闯颉Ｒ蚨?，在省略上述圓弧波導(dǎo)組6而直接連接圓弧波導(dǎo)3c和圓弧波導(dǎo)3d的情況下，能夠以各波導(dǎo)長(zhǎng)全部成為相等的方式設(shè)計(jì)。即，S字光波導(dǎo)在拐點(diǎn)上暫且抵消幾何學(xué)性配置上所需的波導(dǎo)長(zhǎng)差，使其成為零(O)。
[0014]在圖2所示的以往例中，濾波器動(dòng)作上所需的光程差是通過(guò)在上述S字光波導(dǎo)的拐點(diǎn)上插入的扇型圓弧波導(dǎo)組6被賦予。該扇型圓弧波導(dǎo)組6由具備相同的中心點(diǎn)、孔徑角相同、間隔恒定、并且半徑增加恒定量的圓弧波導(dǎo)構(gòu)成。該回路的光程差由扇型圓弧波導(dǎo)組6的波導(dǎo)之間的波導(dǎo)差(半徑差X孔徑角)決定，因此，即使廣FSR、即光程差特短，也能夠設(shè)計(jì)所希望的回路。
[0015]然而，在如該圖2的結(jié)構(gòu)中，由于波導(dǎo)由S字狀結(jié)構(gòu)點(diǎn)對(duì)稱地配置，因此存在回路的長(zhǎng)度L變大這樣的問(wèn)題。因而，存在回路的大小超過(guò)有效的基板的大小、或者假設(shè)能夠在基板上配置也是能夠在一張基板上配置的回路數(shù)變少、這樣的缺點(diǎn)。
[0016]下面，使用圖3對(duì)第三以往例進(jìn)行說(shuō)明。圖3是作為第三以往例的陣列波導(dǎo)格子型濾光器的概略。第三以往例是由大致線對(duì)稱的波導(dǎo)組構(gòu)成的陣列波導(dǎo)格子型濾波器(參照專利文獻(xiàn)2)。如圖3所示，陣列波導(dǎo)格子型濾光器具備片狀波導(dǎo)I和2、陣列波導(dǎo)組3、輸入波導(dǎo)4及輸出波導(dǎo)5、以及扇型圓弧波導(dǎo)組6。尤其是陣列波導(dǎo)組3之中左側(cè)的部分由將直線波導(dǎo)3a、圓弧波導(dǎo)3c和直線波導(dǎo)3e的各波導(dǎo)依次連接而成的陣列波導(dǎo)組3g構(gòu)成，陣列波導(dǎo)組3之中右側(cè)的部分由將直線波導(dǎo)3f、圓弧波導(dǎo)3d和直線波導(dǎo)3b的各波導(dǎo)依次連接而成的陣列波導(dǎo)組3h構(gòu)成。
[0017]對(duì)于陣列波導(dǎo)組3g和陣列波導(dǎo)組3h，與使用圖1說(shuō)明的第一以往例的設(shè)計(jì)方法同樣地，如果適當(dāng)?shù)剡x擇各直線波導(dǎo)的長(zhǎng)度和各圓弧波導(dǎo)的半徑，則能夠恒定地設(shè)計(jì)鄰接的上方的波導(dǎo)和下方的波導(dǎo)之間的長(zhǎng)度差。但是，由于圓弧波導(dǎo)3c和圓弧波導(dǎo)3d的圓弧的凸方向都朝上，因此，上方的波導(dǎo)相對(duì)于下方的波導(dǎo)必然變長(zhǎng)。即，僅僅靠圓弧的凸方向相等的陣列波導(dǎo)組3g和陣列波導(dǎo)組3h，不可能將波導(dǎo)長(zhǎng)差變成零。
[0018]但是在圖3中扇型圓弧波導(dǎo)6的圓弧的凸方向與圓弧波導(dǎo)3c和圓弧波導(dǎo)3d的凸方向相反，因此，如果能夠適當(dāng)?shù)剡x擇由具有相同的中心點(diǎn)、孔徑角相同、間隔恒定并且半徑增加恒定量的圓弧波導(dǎo)構(gòu)成的扇型波導(dǎo)組6的孔徑角和圓弧的半徑，則能夠暫且抵消波導(dǎo)長(zhǎng)差、并使其成為零。其后，通過(guò)使扇型波導(dǎo)的孔徑角增加或者減少所需量，能夠?qū)㈥嚵胁▽?dǎo)組3的波導(dǎo)長(zhǎng)差容易地設(shè)定為FSR的廣AWG所需的值。在由根據(jù)使用圖3說(shuō)明的第三以往例的設(shè)計(jì)