(57)【要約】【課題】偏波モード結合を低減して偏波モード結合起因のＰＤＬを低減した導波路型光回路を提供する。【解決手段】導波路型光回路１０は方向性結合器１１を備える。近接して対向する導波路コア１１ａ，１１ｂの両側にダミーパターン２１を形成し、非ギャップ部（２つの導波路コアに挟まれていない領域）にダミーパターンと導波路コアに挟まれた構造を設けている。非ギャップ部のガラス微粒子密度を導波路コア間（ギャップ部）のガラス微粒子密度に近づけることができるため、上部クラッド形成過程においてガラス微粒子密度の差によって生じる導波路コアをギャップ内側へ倒そうとする応力の発生を抑制できる。その応力により導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾き方向性結合器１１において偏波同士で結合が起きる偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減できる。【選択図】図１
2010164858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光分岐結合器である光カプラを備えた導波路型光回路において、
前記光カプラは、導波路コア同士が近接した光カプラであり、
前記光カプラの前記導波路コアの両側に沿って、該導波路コアの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターンがそれぞれ形成されていることを特徴とする導波路型光回路。
【請求項２】
前記ダミーパターンの長さは、前記光カプラの結合に寄与する結合部の長さと同等、或いはそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光回路。
【請求項３】
前記ダミーパターンと前記光カプラの導波路コアとの間隔は、前記光カプラの前記導波路コア間のギャップサイズと同じ大きさか、或いはそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光回路。
【請求項４】
前記ダミーパターンの幅は、前記光カプラの導波路伝播光の規定モードが結合しない幅、或いはそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光回路。
【請求項５】
前記光カプラが方向性結合器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
【請求項６】
前記ダミーパターンの長さは、前記方向性結合器の強結合部の長さｄＬと、前記方向性結合器の結合に寄与する弱結合部ΔＬの長さの２倍（ΔＬ×２）との和である結合部の長さＬ１と同等、或いはそれ以上であることを特徴とする請求項５に記載の導波路型光回路。
【請求項７】
前記光カプラが、多モード干渉カプラであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
【請求項８】
前記光カプラの偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、前記ダミーパターンと前記光カプラの導波路コアとの間隔、前記ダミーパターンの長さおよび前記ダミーパターンの幅の少なくとも一つを設定したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
【請求項９】
２つの前記光カプラと、該２つの光カプラ間に接続された２本のアーム導波路で構成されるマッハツェンダ干渉計回路とを備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
【請求項１０】
火炎堆積法でオーバークラッドを形成した平面光波回路であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
【請求項１１】
前記平面光波回路は、ＰＬＣ型スターカプラであることを特徴とする請求項１０に記載の導波路型光回路。
【請求項１２】
前記平面光波回路は、ＰＬＣ型2x2カプラ等のＰＬＣ型光カプラであることを特徴とする請求項１０に記載の導波路型光回路。
【請求項１３】
前記平面光波回路は、前記２本のアーム導波路の少なくとも一方の上部に形成された薄膜ヒータを位相シフタとして機能させるＰＬＣ型可変光減衰器であることを特徴とする請求項１０に記載の導波路型光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性結合器などの光カプラを備えた導波路型光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の方向性結合器（ＤＣ：Directional Coupler）において、特許文献１に記載されているように、導波路近接部の２つの導波路コアに挟まれた領域（ギャップ部）では、パターンが近接していることが原因で上部クラッド形成時にガラス微粒子の供給が少なくなりガラス微粒子密度が疎になる。一方、２つの導波路コアに挟まれていない領域（非ギャップ部）ではガラス微粒子の供給は十分であるため、ギャップ部と非ギャップ部においてガラス微粒子密度が異なり、上部クラッド形成後に２つの導波路コアにギャップ内側へ向く応力が発生する。その結果、２つの導波路コアの光学主軸が傾き、偏波モード結合が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ  ２００６−０７５７０２号公報  （段落００２４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、ＤＣ或いはＤＣを用いたマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ：Mach-ZehnderInterferometer）回路では、ＤＣでの偏波モード結合起因の偏波依存損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss）が発生する。ＤＣなどの光分岐結合器として例えば平面光導波路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）型2x2カプラなどのＰＬＣ型光カプラがある。また、ＤＣを用いたＭＺＩ回路としてＰＬＣ型可変光減衰器などがある。しかし、ＰＤＬが大きいことがＰＬＣ型光カプラやＰＬＣ型可変光減衰器などの普及を妨げているという問題があった。また、導波路コアを近接した構造を持つ多モード干渉（ＭＭＩ：Multi-Mode Interference）カプラやＹ分岐器などの光分岐結合器においてもＤＣと同じ現象が起きるため、ＭＭＩカプラやＹ分岐器などの光分岐結合器を用いたＭＺＩ回路でも、偏波モード結合起因のＰＤＬが発生する。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、偏波モード結合を低減して偏波モード結合起因のＰＤＬを低減した導波路型光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、光分岐結合器である光カプラを備えた導波路型光回路において、前記光カプラは、導波路コア同士が近接した光カプラであり、前記光カプラの前記導波路コアの両側に沿って、該導波路コアの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターンがそれぞれ形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、光カプラの導波路コアの両側に沿ってダミーパターンを形成し非ギャップ部にダミーパターンと導波路コアに挟まれた構造を設けることで、光カプラの２つの導波路コア間（ギャップ部）においてガラス微粒子密度が疎になるのと同じように、非ギャップ部におけるガラス微粒子密度を疎にすることができる。従って、ダミーパターンの形成により、非ギャップ部のガラス微粒子密度をギャップ部のガラス微粒子密度に近づけることができる。このときそれぞれのコアにおいてコア両側（非ギャップ部とギャップ部）におけるガラス微粒子密度が近くなるため、上部クラッド形成過程においてガラス微粒子密度の差によって生じる導波路コアをギャップ内側へ倒そうとする応力の発生を抑制することができる。すなわち、ダミーパターンを設けることで、前記応力により両導波路コアの光学主軸が傾き光カプラにおいて偏波同士で結合が起きる偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。ここで、光カプラには、ＤＣ、多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ、非対称Ｘ型分岐器など、導波路コアが近接する領域において偏波モード結合が発生する光カプラが含まれる。
【０００６】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記ダミーパターンの長さは、前記光カプラの結合に寄与する結合部の長さと同等、或いはそれ以上であることを特徴とする。
この構成によれば、結合に寄与している全領域において、導波路コアの光学主軸が傾くのが抑制されるため、偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができるという効果がより適切にあらわれる。上記偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。
【０００７】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記ダミーパターンと前記光カプラの導波路コアとの間隔は、前記光カプラの前記導波路コア間のギャップサイズと同じ大きさか、或いはそれ以上であることを特徴とする。
この構成によれば、数μm程度のギャップ構造ではギャップサイズに依存してガラス微粒子密度が疎になるため、ダミーパターンと光カプラの導波路コアとの間隔と光カプラの導波路コア間のギャップサイズを一致させることにより、ガラス微粒子密度を一致させることができ、前記応力発生を最も効果的に抑制することができる。このため、前記のとおり両導波路コアの光学主軸が傾くのが抑制され、光カプラでの偏波モード結合が抑えられ、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。ダミーパターンと光カプラの導波路コアとの間隔は、光カプラの近接した導波路コア間のギャップサイズと同じ大きさが一番よい。しかし、ダミーパターンを導波路コアに近づけ過ぎると、ダミーパターンと導波路コアとの間で微小な結合が生じてしまうので、上記間隔を上記ギャップサイズ以上にすることで、微小な結合が生じるのを抑制して、損失を抑えることができる。さらに、ダミーパターンを設けることで、前記応力により両導波路コアの光学主軸が傾き光カプラにおいて偏波同士で結合が起きる偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。このように、損失を抑えることができると共に、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。
【０００８】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記ダミーパターンの幅は、前記光カプラの導波路伝播光の規定モードが結合しない幅、或いはそれ以上であることを特徴とする。
ダミーパターンの幅が、前記光カプラの導波路伝播光の規定モードが結合する幅であると、光カプラの導波路コアを導波する規定モード（単一モード）の光がダミーパターンに結合し、出力側導波路には光が結合せず、クラッドモードの光となって過剰損失になる。ダミーパターンの幅を、導波路伝播光の規定モードが結合しない幅、或いはそれ以上に広くすると、伝播定数が違うので、規定モードの光がダミーパターンには結合しなくなり、過剰損失が生じない。これにより、過剰損失を抑制することができる。
【０００９】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記光カプラが方向性結合器であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記ダミーパターンの長さは、前記方向性結合器の強結合部の長さｄＬと、前記方向性結合器の結合に寄与する弱結合部ΔＬの長さの２倍（ΔＬ×２）との和である結合部の長さＬ１と同等、或いはそれ以上であることを特徴とする。この構成によれば、ダミーパターンの長さをＤＣの結合に寄与する全長、すなわちＤＣの結合に寄与する強結合部の長さｄＬとＤＣの結合に寄与する弱結合部ΔＬの長さの２倍（ΔＬ×２）との和である結合部の長さＬ１と同等、或いはそれ以上にしている。これにより、結合に寄与している全領域において、導波路コアの光学主軸が傾くのが抑制されるため、偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができるという効果がより適切にあらわれる。
【００１１】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記光カプラが、多モード干渉カプラであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記光カプラの偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、前記ダミーパターンと前記光カプラの導波路コアとの間隔、前記ダミーパターンの長さおよび前記ダミーパターンの幅の少なくとも一つを設定したことを特徴とする。前記カプラにおいて過剰損失を抑制しつつ偏波モード結合を完全になくすことは困難であるが、偏波モード結合が−２５ｄＢ以下であれば十分に小さく、ＰＤＬ低減効果が得られる。
【００１３】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、２つの前記光カプラと、該２つの光カプラ間に接続された２本のアーム導波路で構成されるマッハツェンダ干渉計回路とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、２つの光カプラを用いたＭＺＩ回路において、各カプラにおいて偏波同士で結合が起きる偏波モード結合を抑制できので、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。
【００１４】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、火炎堆積法でオーバークラッドを形成した平面光波回路であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記平面光波回路は、ＰＬＣ型スターカプラであることを特徴とする。この構成によれば、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減したＰＬＣ型スターカプラを実現することができる。
【００１６】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記平面光波回路は、ＰＬＣ型2x2カプラ等のＰＬＣ型光カプラであることを特徴とする。この構成によれば、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減したＰＬＣ型2x2カプラ等のＰＬＣ型光カプラを実現することができる。
【００１７】
本発明の他の態様に係る導波路型光回路は、前記平面光波回路は、前記２本のアーム導波路の少なくとも一方の上部に形成された薄膜ヒータを位相シフタとして機能させるＰＬＣ型光可変光減衰器であることを特徴とする。
ＰＬＣ型可変光減衰器では、結合効率が０と１００の間の領域を使って光を消光させるが消光比が大きいほど偏波依存性の影響が出やすくなりＰＤＬが大きくなるので、低ＰＤＬ化が重要なデバイスである。この構成によれば、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減したＰＬＣ型可変光減衰器を実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、偏波モード結合を低減して偏波モード結合起因のＰＤＬを低減した導波路型光回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る導波路型光回路の概略構成を示す平面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図。
【図３】図１でのダミーパターンの長さを説明する図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る導波路型光回路の概略構成を示す平面図。
【図５】ダミーパターンの無い従来の導波路型光回路を示す平面図。
【図６】図５のＹ−Ｙ線に沿った断面図。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は図６と同様の断面図であり、コアにかかる応力とコアが傾く様子を説明するための図。
【図８】図４に示す導波路型光回路の結合効率を示すグラフ。
【図９】図４に示す導波路型光回路のＰＤＬを示すグラフ。
【図１０】図４に示す導波路型光回路の過剰損失を示すグラフ。
【図１１】図４に示す導波路型光回路の変形例を示す平面図。
【図１２】図４に示す導波路型光回路の別の変形例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した導波路型光回路の各実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において同様の部位およびパラメータには同一の符号を付して重複した説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る導波路型光回路の概略構成を、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る導波路型光回路の概略構成を示し、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、図３は図１のダミーパターンの長さを説明する図である。
【００２１】
図１に示す第１実施形態に係る導波路型光回路１０は、一つの方向性結合器１１を備えている。方向性結合器１１は、導波路コア１１ａ，１１ｂ同士が近接して対向する光カプラ（光分岐結合器）である。導波路コア１１ａ，１１ｂの両側に沿って、導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターン２１，２１がそれぞれ形成されている。つまり、ダミーパターン２１は、導波路コア１１ａ，１１ｂを挟むように、該導波路コア１１ａ，１１ｂの両側に形成されている。
【００２２】
各ダミーパターン２１，２１の長さＬ（図１参照）は、方向性結合器１１の結合に寄与する結合部の長さＬ１（図３参照）と同等、或いはそれ以上であっても良い。ここで、結合部の長さＬ１は、図３に示すように、各方向性結合器１１の結合に寄与する強結合部の長さｄＬと方向性結合器１１の結合に寄与する弱結合部ΔＬの長さの２倍（ΔＬ×２）との和である。
【００２３】
図１および図２に示すように、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａとの間隔Ｂ及びダミーパターン２１と導波路コア１１ｂとの間隔Ｂは、方向性結合器１１の近接した導波路コア１１ａ，１１ｂ間のギャップサイズＡと同じか、或いはそれ以上であっても良い。
間隔Ｂについては、方向性結合器１１での偏波モード結合起因のＰＤＬを低減するためには、間隔ＢをギャップサイズＡと同じ大きさにするのが一番よい。しかし、各ダミーパターン２１を方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂに近づけ過ぎると、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａ，１１ｂとの間で微小な結合が生じてしまうので、間隔ＢをギャップサイズＡ以上にすることで、微小な結合が生じるのを抑制して、損失を抑えることができる。
【００２４】
各ダミーパターン２１，２１の幅Ｗ（図１、図２参照）は、方向性結合器１１の導波路伝播光の規定モード（単一モード）が結合しない幅、或いはそれ以上であっても良い。
ダミーパターン２１の幅Ｗが、方向性結合器１１の導波路伝播光の規定モードが結合する幅であると、方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂを導波する規定モード（単一モード）の光がダミーパターン２１に結合し、出力側導波路には光が結合せず、クラッドモードの光となって過剰損失になる。ダミーパターン２１の幅Ｗを、導波路伝播光の規定モードが結合しない幅、或いはそれ以上に広くすると、伝播定数が違うので、規定モードの光がダミーパターン２１には結合しなくなり、過剰損失が生じない。これにより、過剰損失を抑制することができる。
【００２５】
また、導波路型光回路１０では、方向性結合器１１の偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、ダミーパターン２１の長さＬ、上記間隔Ｂおよびダミーパターン２１の幅Ｗの少なくとも一つを設定するのが好ましい。
【００２６】
（第１実施形態の作製方法）
以上の構成を有する導波路型光回路１０の作製方法を図２に基づいて説明する。
（１）火炎堆積（Flame Hydrolysis Deposition：ＦＨＤ）法により、シリコン（Si）基板３１上に、下部クラッド層３２およびコア層３３となるシリカ材料（SiO2系のガラス微粒子）を堆積し、加熱してガラス膜を溶融透明化する。
（２）この後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングで所望の導波路を形成する。ここでは、方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂと、導波路コア１１ａ，１１ｂに沿ってダミーパターン２１、２１を形成する。ここで、フォトリソグラフィで用いる導波路パターンが描かれたフォトマスクにダミーパターン２１，２１を描いておけば、作製工程の追加をすることなく、コア層３３に導波路コア１１ａ，１１ｂとダミーパターン２１，２１を同時に形成できる。
（３）この後、ＦＨＤ法により、上部クラッド層３４となるシリカ材料（SiO2系のガラス微粒子）を堆積して各導波路を上部クラッド層３４で埋め込み、高温で加熱してガラス膜を溶融透明化（ガラス化）する。
【００２７】
このようにして、図１に示す導波路型光回路１０が作製される。ところで、上記工程（３）で、上部クラッド層３４となるガラス微粒子を堆積し、ガラス化して上部クラッド層３４を形成する際に、導波路コア１１ａ，１１ｂの間隔Ｂ及び導波路コア１２ａ，１２ｂの間隔Ｂが数μｍと狭く、ガラス微粒子が導波路コア１１ａ，１１ｂ間および導波路コア１２ａ，１２ｂ間にあまり入っていかない。このため、導波路コア１１ａ，１１ｂ間及び導波路コア１２ａ，１２ｂ間のガラス微粒子密度がそれぞれ疎になる。
【００２８】
しかしながら、本実施形態に係る導波路型光回路１０では、方向性結合器１１の両側にダミーパターン２１，２１が設けられ、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａ，１１ｂとの間隔Ｂを上記ギャップサイズＡと同じか、或いはそれ以上にしている。このため、導波路コア１１ａ，１１ｂ間のガラス微粒子密度は疎になるが、その周囲もガラス微粒子密度が疎になるので、導波路コア１１ａ，１１ｂがそれぞれ内側に倒れる等の不具合は発生しない。
【００２９】
つまり、導波路コア１１ａ，１１ｂ間のガラス微粒子密度が、各ダミーパターン２１，２１と各導波路コア間のガラス微粒子密度に近づき、両導波路コア１１ａ，１１ｂを内側へ倒そうとする応力の発生が抑制される。このため、両導波路コアコア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くのが抑制され、方向性結合器１１において偏波同士で結合が起きる偏波モード結合が抑えられ、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。
【００３０】
（ダミーパターンの無い導波路型光回路）
次に、上記第１実施形態の比較例として、ダミーパターンの無い従来の導波路型光回路の作製方法を、図５乃至図７に基づいて説明する。
図５は、方向性結合器１１０を備えた従来の導波路型光回路を示している。この導波路型光回路は次のようにして作製する。図６、図７は図５のＹ−Ｙ線に沿った断面図であり、特に図７（Ａ），（Ｂ）はコアにかかる応力とコアが傾く様子を説明するための図である。
【００３１】
（１ａ）ＦＨＤ法により、シリコン（Si）基板３１０上に、下部クラッド層３２０およびコア層３３０となるシリカ材料（SiO2系のガラス微粒子）を堆積し（図６参照）、加熱してガラス膜を溶融透明化する。
（２ａ）この後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングで所望の導波路を形成する。ここでは、方向性結合器１１０の導波路コア１１０ａ，１１０ｂ等の導波路を形成する。
（３ａ）この後、ＦＨＤ法により、上部クラッド層３４０となるシリカ材料を堆積して各導波路を上部クラッド層３４０で埋め込み、高温で加熱してガラス膜を溶融透明化（ガラス化）する。
このようにして、方向性結合器１１０を含む導波路型光回路が作製される。
【００３２】
ところで、上記工程（３ａ）で、上部クラッド層３４０となるガラス微粒子を堆積し、ガラス化して上部クラッド層３４０を形成する際に、導波路コア１１０ａ，１１０ｂの間隔が１μｍと狭く、ガラス微粒子が導波路コア１１０ａ，１１０ｂ間にあまり入っていかない。このため、導波路コア１１０ａ，１１０ｂ間のガラス微粒子密度がそれぞれ疎になる。このとき、両導波路コア１１０ａ，１１０ｂを内側へ倒す力Ｆ（図７（Ａ）参照）が働いてガラス化される。これにより、非常に極端な場合で言えば、両導波路コア１１０ａ，１１０ｂが若干変形した状態で内側へ倒れ、導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾く（図７（Ｂ）参照）。
このような状態では偏波同士での結合（偏波モード結合）が起き、光回路の偏波依存性が大きくなるため、偏波モード結合起因のＰＤＬが発生する。
【００３３】
以上のように構成された第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂの両側に沿ってダミーパターン２１，２１を形成し、非ギャップ部（２つの導波路コアに挟まれていない領域）にダミーパターン２１と導波路コア１１ａ，１１ｂに挟まれた構造を設けている。これにより、２つの導波路コア１１ａ，１１ｂ間（ギャップ部）においてガラス微粒子密度が疎になるのと同じように、上記非ギャップ部におけるガラス微粒子密度を疎にすることができる。従って、ダミーパターン２１の形成により、非ギャップ部のガラス微粒子密度をギャップ部のガラス微粒子密度に近づけることができる。このとき各導波路コア１１ａ，１１ｂの両側（非ギャップ部とギャップ部）におけるガラス微粒子密度が近くなるため、上部クラッド形成過程においてガラス微粒子密度の差によって生じる導波路コア１１ａ，１１ｂをギャップ内側へ倒そうとする応力の発生を抑制することができる。すなわち、ダミーパターン２１を設けることで、前記応力により両導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾き方向性結合器１１において偏波同士で結合が起きる偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。
【００３４】
（２）各ダミーパターン２１，２１の長さＬを、方向性結合器１１の結合に寄与する結合部の長さＬ１と同等、或いはそれ以上にしている。ここで、結合部の長さＬ１は、各方向性結合器１１の結合に寄与する強結合部の長さｄＬと方向性結合器１１の結合に寄与する弱結合部ΔＬの長さの２倍（ΔＬ×２）との和である。これにより、結合に寄与している全領域（結合部の長さＬ１）において、導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くのが抑制されるため、偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができるという効果がより適切にあらわれる。上記偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。
【００３５】
（３）上記間隔Ｂを上記ギャップサイズＡと同じか、或いはそれ以上にしている。これにより、数μm程度のギャップ構造ではギャップサイズＡに依存してガラス微粒子密度が疎になるため、間隔ＢとギャップサイズＡを一致させることにより、各導波路コア１１ａ，１１ｂの両側（非ギャップ部とギャップ部）におけるにおけるガラス微粒子密度を一致させることができ、前記応力発生を最も効果的に抑制することができる。このため、両導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くのが抑制され、方向性結合器１１での偏波モード結合が抑えられ、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。上記間隔Ｂは上記ギャップサイズＡと同じ大きさが一番よい。しかし、ダミーパターン２１を導波路コア１１ａ，１１ｂに近づけ過ぎると、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａ，１１ｂとの間で微小な結合が生じてしまうので、間隔ＢをギャップサイズＡ以上にすることで、微小な結合が生じるのを抑制して、損失を抑えることができる。さらに、ダミーパターン２１を設けることで、前記応力により両導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾き方向性結合器１１において偏波同士で結合が起きる偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。このように、損失を抑えることができると共に、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。
【００３６】
（４）ダミーパターン２１の幅Ｗを、方向性結合器１１の導波路伝播光の規定モード（単一モード）が結合しない幅、或いはそれ以上にしている。ダミーパターン２１の幅Ｗが、方向性結合器１１の導波路伝播光の規定モードが結合する幅であると、方向性結合器１１の導波路コアを導波する規定モード（単一モード）の光がダミーパターン２１に結合し、出力側導波路には光が結合せず、クラッドモードの光となって過剰損失になる。ダミーパターン２１の幅Ｗを、導波路伝播光の規定モードが結合しない幅、或いはそれ以上に広くすると、伝播定数が違うので、規定モードの光がダミーパターン２１には結合しなくなり、過剰損失が生じない。これにより、過剰損失を抑制することができる。
【００３７】
（５）方向性結合器１１の偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、ダミーパターン２１の長さＬ、上記間隔Ｂおよびダミーパターン２１の幅Ｗの少なくとも一つを設定している。これにより、方向性結合器１１において過剰損失を抑制しつつ偏波モード結合を完全になくすことは困難であるが、偏波モード結合が−２５ｄＢ以下であれば十分に小さく、ＰＤＬ低減効果が得られる。
【００３８】
（６）上述した導波路型光回路１０の作製方法によれば、その製法は従来と同じであり、本発明は製法の追加をすることなく導波路型光回路１０を作製することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態に係る導波路型光回路１０Ａの概略構成を示している。
図４に示す第２実施形態に係る導波路型光回路は、ＰＬＣ型可変光減衰器（PLC-VOA）１０Ａとして構成されている。
【００４０】
PLC-VOA１０Ａは、２つの方向性結合器１１，１２と、２つの方向性結合器１１，１２間に接続された２本のアーム導波路１３，１４と、MZI回路２０の一方のアーム導波路１４上部に設けた薄膜ヒータ１５で構成されるマッハツェンダ干渉計（MZI）回路２０から成る。なお、ここでは１つのMZIから構成されるPLC-VOAについて説明するが、本発明はMZI中の光カプラに適用するものであるため、MZIを多段に接続して構成されるPLC-VOA にも本発明は適用可能である。
【００４１】
PLC-VOA１０Ａでは、薄膜ヒータ１５に外部から電力を印加することにより、アーム導波路１４を加熱し、発熱量に応じた熱光学効果を介して、アーム導波路１４の実効屈折率を変化させることができる。アーム導波路１４の実効屈折率の変化は、伝播する信号光にとって光路長が変化することに対応する。すなわち、薄膜ヒータ１５への印加電圧を変えることによりアーム導波路１３、１４間の光路長差を設定することが可能である。
【００４２】
PLC-VOA１０Ａでは、MZI回路２０の入力ポートＰ１から入力された信号光は１つ目の方向性結合器１１で分岐され、２本のアーム導波路１３、１４を独立に伝播した後、所望の光路長差をもって２つ目の方向性結合器１２で再結合され、出力ポートＰ３から出力される。このとき、MZI回路２０の結合効率は、アーム導波路１３、１４間の光路長差が０のとき最大となり、光路長差が信号光波長の２分の１に等しいとき最小となる。また光路長差がこれらの間のとき結合効率は１から０まで連続的に変化する。すなわち、光路長差を適時設定することにより所望の結合効率を得ることができ、光可変減衰器として動作させることができる。
【００４３】
PLC-VOA１０Ａでは、方向性結合器１１の両側にその導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターン２１が形成されていると共に、方向性結合器１２の両側にその導波路コア１２ａ，１２ｂの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターン２２が形成されている。なお、図２に示すPLC-VOA１０Ａにおける間隔Ｂ，ギャップサイズＡ，ダミーパターン２１，２２の長さＬ、およびダミーパターン２１，２２の幅Ｗなどの各パラメータは、図１に示す導波路型光回路１０における各パラメータと同じである。また、PLC-VOA１０Ａでは、方向性結合器１１，１２の偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、ダミーパターン２１，２２の長さＬ、上記間隔Ｂおよびダミーパターン２１，２２の幅Ｗの少なくとも一つを設定するのが好ましい。
【００４４】
（第２実施形態の作製方法）
このような構成を有するPLC-VOA１０Ａの作製方法を図４に基づいて説明する。
【００４５】
（１）火炎堆積（Flame Hydrolysis Deposition：ＦＨＤ）法により、シリコン（Si）基板３１上に、下部クラッド層３２およびコア層３３となるシリカ材料（SiO2系のガラス微粒子）を堆積し、加熱してガラス膜を溶融透明化する。
【００４６】
（２）この後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングで所望の導波路を形成する。ここでは、方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂ、２本のアーム導波路１３，１４、および方向性結合器１２の導波路コア１２ａ，１２ｂ等の導波路と、導波路コア１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂに沿ってダミーパターン２１，２２を形成する。ここで、フォトリソグラフィで用いる導波路パターンが描かれたフォトマスクにダミーパターンを描いておけば、作製工程の追加をすることなく、コア層３３に導波路コアとダミーパターンを同時に形成できる。
【００４７】
（３）この後、ＦＨＤ法により、上部クラッド層３４となるシリカ材料（SiO2系のガラス微粒子）を堆積して各導波路を上部クラッド層３４で埋め込み、高温で加熱してガラス膜を溶融透明化（ガラス化）する。
【００４８】
（４）続いて上部クラッド上にヒータと配線電極を形成する。
このようにして、PLC-VOA１０Ａが作製される。ところで、上記工程（３）で、上部クラッド層３４となるガラス微粒子を堆積し、ガラス化して上部クラッド層３４を形成する際に、導波路コア１１ａ，１１ｂの間隔Ｂ及び導波路コア１２ａ，１２ｂの間隔Ｂが数μｍと狭く、ガラス微粒子が導波路コア１１ａ，１１ｂ間および導波路コア１２ａ，１２ｂ間にあまり入っていかない。このため、導波路コア１１ａ，１１ｂ間及び導波路コア１２ａ，１２ｂ間のガラス微粒子密度がそれぞれ疎になる。
【００４９】
しかしながら、本実施形態に係るPLC-VOA１０Ａでは、方向性結合器１１，１２の両側にダミーパターン２１，２２がそれぞれ設けられ、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａ，１１ｂとの間隔Ｂ及びダミーパターン２２と導波路コア１２ａ，１２ｂとの間隔Ｂを上記ギャップサイズＡと同じか、或いはそれ以上にしている。このため、導波路コア１１ａ，１１ｂ間及び導波路コア１２ａ，１２ｂ間のガラス微粒子密度は疎になるが、その周囲もガラス微粒子密度が疎になるので、導波路コア１１ａ，１１ｂ及び導波路コア１２ａ，１２ｂがそれぞれ内側に倒れる等の不具合は発生しない。
【００５０】
つまり、導波路コア１１ａ，１１ｂ間及び導波路コア１２ａ，１２ｂ間のガラス微粒子密度が、各ダミーパターン２１，２２と各導波路コア間のガラス微粒子密度に近づき、両導波路コア１１ａ，１１ｂ及び１２ａ，１２ｂを内側へ倒そうとする応力の発生が抑制される。このため、両導波路コアコア１１ａ，１１ｂ及び１２ａ，１２ｂの光学主軸が傾くのが抑制され、各方向性結合器１１，１２において偏波同士で結合が起きる偏波モード結合が抑えられ、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。
以上のように構成された第２実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
【００５１】
（１）方向性結合器１１，１２の両側にダミーパターン２１，２２がそれぞれ設けられているので、上記第１実施形態の場合と同様に、方向性結合器１１，１２において偏波同士で結合が起きる偏波モード結合が抑えられ、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。
【００５２】
（２）PLC-VOA１０Ａでは、結合効率が０と１００の間の領域を使って光を消光させるが消光比が大きいほど偏波依存性の影響が出やすくなりＰＤＬが大きくなるので、低ＰＤＬ化が重要なデバイスである。本実施形態によれば、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減したPLC-VOA１０Ａを実現することができる。
【００５３】
（３）図４に示すPLC-VOA１０ＡにおいてＭＺＩ２０のＰ１ポート（入力ポート）からＰ３ポート（出力ポート）への結合効率を４％程度に設定した場合において、上記間隔ＢをそれぞれギャップサイズＡと同じ大きさである１（μｍ），あるいはギャップサイズＡより大きい３（μｍ），５（μｍ）及び１０（μｍ）とした場合と、比較のためダミーパターンが無い場合について、実測した結合効率、ＰＤＬ、過剰損失をそれぞれ図８、図９、図１０に示している。
【００５４】
図８より、上記間隔Ｂをそれぞれ１（μｍ），３（μｍ），５（μｍ）及び１０（μｍ）とした場合に、ダミーパターンが無い場合と同程度の上記結合効率が得られることが分かる。
【００５５】
図９において、ＰＤＬは、間隔Ｂ＝１（μｍ）のときに最も小さく、間隔Ｂ＝1，３，５（μｍ）の順に増加し、Ｂ＝５（μｍ）以上のＢ＝１０（μｍ）ではほとんど変わらない。また間隔Ｂ＝1，３，５，１０（μｍ）のいずれもダミーパターン無しの場合に比べてＰＤＬは小さい。したがって、ダミーパターンを形成することによりＰＤＬが小さくなり本発明の効果が得られていることがわかる。さらにＢ≦５（μｍ）の範囲ではＰＤＬはギャップ幅に依存して小さくなり、間隔ＢをギャップサイズＡと同じ大きさである１（μｍ）にした場合に、ＰＤＬが最も小さくなる。すなわち間隔ＢをギャップサイズＡと同じ大きさとした場合に本発明のＰＤＬ低減効果が最も高く得られていることが分かる。またＢ≧５（μｍ）において、ＰＤＬはＢ＝５（μｍ）の場合とほぼ同じ値であり、ＰＤＬの間隔Ｂ依存性はほとんどない上に、ＰＤＬはダミーパターン無しよりも小さい。すなわち間隔Ｂ≧５（μｍ）を用いれば、Ｂの作製誤差に影響を受けず一定のＰＤＬ低減効果を得ることができる。
【００５６】
一方、図１０より、Ｂ＝１（μｍ）のときのみ過剰損失が高いことがわかる。これは各ダミーパターン２１，２２を各方向性結合器１１，１２の導波路コアに近づけ過ぎると、微小な結合が生じてしまうためである。すなわち、Ｂ＝１（μｍ）ではＰＤＬ低減効果は最も高いが過剰損失が生じてしまう。そこで、間隔ＢをギャップサイズＡ以上にしてたとえばＢ＝３，５，１０を用いれば、その損失を抑えつつＰＤＬ低減効果を得ることができる。なお、図１０に示す過剰損失には、結合損失も含まれている。
【００５７】
（４）上述したPLC-VOA１０Ａの作製方法によれば、その製法は従来と同じであり、本発明は製法の追加をすることなくPLC-VOA１０Ａを作製することができる。
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
【００５８】
・上記第２実施形態に係るPLC-VOA１０Ａにおいて、導波路コア同士が近接した光カプラ（光分岐結合器）の一例として説明した方向性結合器１１，１２に代えて、図１０に示すようなＭＭＩカプラ４０を２つ用い、これら２つのＭＭＩカプラ４０と、２つのＭＭＩカプラ４０間に接続された２本のアーム導波路でそれぞれ構成される複数のMZI回路２０を備えたPLC-VOA等の導波路型光回路にも本発明は適用可能である。ＭＭＩカプラ４０は、互いに近接した入力側の２つの導波路コア４１ａ，４１ｂと、互いに近接した出力側の２つの導波路コア４２ａ，４２ｂと、を備えている。導波路コア４１ａ，４１ｂの両側にダミーパターン４３，４３が、導波路コア４２ａ，４２ｂの両側にダミーパターン４４，４４がそれぞれ形成されている。なお、図１０において符号「４５」はスラブ導波路である。
【００５９】
また、上記第２実施形態に係るPLC-VOA１０Ａにおいて、導波路コア同士が近接した光カプラの一例として説明した方向性結合器１１，１２に代えて、図１０と同様のＭＭＩカプラ４０を２つ用いる場合、図１１に示すようにＭＭＩカプラ４０の両側にダミーパターン４６，４７を形成しても良い。ダミーパターン４６は、導波路コア４１ａ，４２ａの外側にそれぞれ位置するダミーパターン４６ａ，４６ｂと、ダミーパターン４６ａ，４６ｂを接続する部分４６ｃと、を有している。同様に、ダミーパターン４７は、導波路コア４１ｂ，４２ｂの外側にそれぞれ位置するダミーパターン４７ａ，４７ｂと、ダミーパターン４７ａ，４７ｂを接続する部分４７ｃと、を有している。
また、上記第２実施形態に係るPLC-VOA１０Ａにおいて方向性結合器１１，１２に代えて、非対称Ｘ型分岐器など、導波路コアが近接する領域において偏波モード結合が発生する光カプラ（光分岐結合器）を用いたPLC-VOA等の導波路型光回路にも本発明は適用可能である。
【００６０】
また、上記第２実施形態では、導波路型光回路の一例としてＰＬＣ型可変光減衰器（PLC-VOA）について説明したが、ＰＬＣ型スターカプラなどのＰＬＣ型光カプラとして構成された導波路型光回路にも本発明は適用可能である。
また、本発明は、導波路コアを近接した構造をそれぞれ持つ２つの光カプラと、２つの光カプラ間に接続された２本のアーム導波路で構成されるＭＺＩ回路を備える導波路型光回路で、(DQPSK：Differential QuadraturePhase Shift Keying)方式を用いた光伝送システムに用いる遅延復調デバイスにも適用可能である。このような遅延復調デバイスに、上記PLC-VOA１０Ａと同様に、本発明を適用することにより、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減した遅延復調デバイスを実現することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０…導波路型光回路
１０Ａ…導波路型光回路としてのＰＬＣ型可変光減衰器（PLC-VOA）
１１，１２…光カプラとしての方向性結合器
１１ａ，１１ｂ…導波路コア
１２ａ，１２ｂ…導波路コア
１３，１４…アーム導波路
１５…薄膜ヒータ
２０…マッハツェンダ干渉計（MZI）回路
２１，２２…ダミーパターン
Ａ…導波路コア間のギャップ
Ｂ…間隔
Ｌ…ダミーパターンの長さ
Ｗ…ダミーパターンの幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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