[发明专利]平面光回路、波动传播回路的设计方法以及计算机程序

说明书

本案是基于国际申请日为2005年8月1日，国际申请号为“PCT/JP/2005/014010”，中国国家申请号为“200580003122.5”、发明名称为“平面光回路、波动传播回路的设计方法以及计算机程序”的发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及一种用于对将所输入的信号光转换而取出所望信号光的平面光回路、波导传播回路进行最优化的设计方法，以及用于实施该设计方法的计算机程序。

背景技术

伴随着光通信系统进一步的大容量化、高速化，将完成高功能的光学装置低廉地进行提供的重要性增大了。制作在平面基板上的光回路，由于设计自由度高且批量性/稳定性优越，从而能够提供符合上述要求的光学装置，使得相关研究开发在全世界盛行起来。

图40～图42表示以往的平面光回路的一例。图40所示的平面回路的构成为：输入光波导171、以及与输入光波导171光学耦合的输出光波导172(例如，参照专利文献1)。图40所示的平面光回路，通过将输出光波导172设计成抛物线形状，从而为平面光回路赋予了输出信号光的场分布进行调整的功能。

但是，在该设计方法中，由于仅对输入信号光的基本模式和在此耦合的2次模式进行处理，使得作为对信号光的场分布进行调整的透镜特性较低。另外，由于是使2次模式慢慢地生成的结构，所以产生了平面光回路尺寸变大这样的问题。

另外，通过采用将锥形形状的光波导和光纤的连接部分周期性地分割 的结构，赋予光斑尺寸(spot size)变换功能的平面光回路(例如，参照非专利文献1)一直为众人公知。

但是，由于对光信号传播的光波导周期性地进行分割，而存在着不可避免分割面中的信号光反射这样的问题，从而具有不能运用在光斑尺寸变换器以外的用途这样的课题。

另外，通过采用重复进行非周期性地增减光波导的幅宽的结构，而赋予光斑尺寸变换功能的平面光回路也为众人公知(例如，参照非专利文献2)。

但是，由于作成了光波导幅宽沿信号光的传播方向重复进行急剧的增减的结构，所以，存在着平面光回路的制作非常困难这样的问题。

图41表示具备以往的交叉形光波导的光回路的结构。交叉形光波导作为光回路中的基本结构要素之一是必需不可缺的。图41所述的光回路260具备：2个输入光波导261、2个输出光波导264、以及光波导交叉部265，该光波导交叉部265是分别连结2个输入光波导261和2个输出光波导264的波导的重叠部分。虽然为了谋求光学装置的小型化，需要使输入光波导261和输出光波导264的交叉角266减小，但是随着交叉角266减小，光波导交叉部265中的光耦合损耗增加，从而产生串扰(cross talk)特性降低这样的问题。

通过将光波导交叉部的光波导幅宽降低得比光波导交叉部以外的光波导幅宽小，而将光波导交叉部中的光斑(spot)尺寸增加得比光波导交叉部以外的光波导中的光斑尺寸大，从而使光波导交叉部中的光耦合损耗降低的交叉形光波导一直为众人公知(例如，参照专利文献2)。但是，即使在这样的交叉形光波导的结构中，当交叉角小于30°时，也存在着不能获得足够的光耦合损耗降低效果的问题。

图42表示以往的光分路回路的构造例。伴随着光通信系统的运用领域扩大，用于将信号光分路、分合波、切换的平面光回路的重要性越来越强。尤其是，对信号光进行分路或合波的光分路回路，作为光回路中的基本结构要素是必需不可缺的。

图42所示的光分路回路，由输入光波导371、光波导分路部372、分路光波导373a、373b以及输出光波导374a、374b构成(例如，参照非专 利文献3)。输入到输入光波导371的信号光，通过光波导分路部372以及分路光波导373a、373b分路而引导向输出光波导374a、374b。图42所示那样的光分路回路由于其形状也称为Y分路回路。

如上述，伴随着光通信系统的急剧普及，用于将光信号分路或将光路切换或对每个波长进行分合波的光回路的重要性增大了。为了构造并提供高性能的光通信系统，需要设计并实现高性能的光回路。

光回路能够通过对沟道(channel)光波导、锥形光波导、厚板形光波导等个别光回路要素进行组合而进行设计。但是，如果利用这样的设计方法，就不能发现通过例如长度极小的光斑尺寸变换器等以往的光回路要素的组合所不能实现的功能。在这样的情况下，以往进行着利用遗传算法等的试错法(try and error)型的最优化方法的光回路设计。

图43是表示以往的根据遗传算法的光回路的设计方法的图(例如，参照非专利文献4)。