(57)【要約】【課題】９対１を下回る非等分の分岐比を有し、過剰損失を低減するとともに歩留まりを向上できるＹ分岐光導波路を提供する。【解決手段】Ｙ分岐光導波路１０は、入力光導波路１２と、コア幅が徐々に拡大するように形成され、幅狭側端部１４ａが入力光導波路１２に接続されたテーパ光導波路１４と、テーパ光導波路１４の幅広側端部１４ｂに、所定幅のギャップ部２８を介して並べて接続された第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２とを備える。テーパ光導波路１４と第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２との接続部において、第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２のコア幅が等しく形成されている。テーパ光導波路１４のコアの第１側壁１４ｃの広がり角が０度に形成されており、第２側壁１４ｄの広がり角が０度よりも大きい角度に形成されている。【選択図】図３
2010078724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光導波路と、
コア幅が徐々に拡大するように形成され、幅狭側端部が前記入力光導波路に接続されたテーパ光導波路と、
前記テーパ光導波路の幅広側端部に、所定幅のギャップ部を介して並べて接続された２つの分岐光導波路と、
を備えるＹ分岐光導波路であって、
前記テーパ光導波路と前記分岐光導波路との接続部において、２つの前記分岐光導波路のコア幅が等しく形成されており、
前記テーパ光導波路のコアの一方の側面の広がり角が０度に形成されており、他方の側面の広がり角が０度よりも大きい角度に形成されていることを特徴とするＹ分岐光導波路。
【請求項２】
前記入力光導波路のコア幅と、２つの前記分岐光導波路のコア幅とが等しく形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項３】
前記入力光導波路のコア幅と、前記テーパ光導波路の幅狭側端部のコア幅とが等しく形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項４】
前記テーパ光導波路の幅広側端部のコア幅が、２つの前記分岐光導波路のコア幅と前記ギャップ部の幅との和に等しく形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＹ分岐光導波路。
【請求項５】
２つの前記分岐光導波路が、該分岐光導波路間の中心線に対して対称となるよう形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＹ分岐光導波路。
【請求項６】
前記テーパ光導波路の長さと２つの前記分岐光導波路の分岐比との関係において、前記テーパ光導波路の長さが長くなるに従って分岐比が増大する最初の前記テーパ光導波路の長さの範囲を第１範囲とし、これに続く前記テーパ光導波路の長さが長くなるに従って分岐比が減少する前記テーパ光導波路の長さの範囲を第２範囲としたときに、前記テーパ光導波路の長さを前記第１範囲および前記第２範囲から選択するようにしたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＹ分岐光導波路。
【請求項７】
前記テーパ光導波路の長さを前記第２範囲から選択するようにしたことを特徴とする請求項６に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項８】
入力光導波路と、
コア幅が徐々に拡大するように形成され、幅狭側端部が前記入力光導波路に接続されたテーパ光導波路と、
前記テーパ光導波路の幅広側端部に、所定幅のギャップ部を介して並べて接続された２つの分岐光導波路と、
を備えるＹ分岐光導波路の設計方法であって、
前記テーパ光導波路と前記分岐光導波路との接続部において、２つの前記分岐光導波路のコア幅を等しくするステップと、
前記テーパ光導波路のコアの一方の側面の広がり角を０度にするとともに、他方の側面の広がり角を０度よりも大きい角度にするステップと、
前記テーパ光導波路の長さを変えることにより、２つの前記分岐光導波路から出力される光の分岐比を調整するステップと、
を備えることを特徴とするＹ分岐光導波路の設計方法。
【請求項９】
前記テーパ光導波路の長さと２つの前記分岐光導波路の分岐比との関係において、前記テーパ光導波路の長さが長くなるに従って分岐比が増大する最初の前記テーパ光導波路の長さの範囲を第１範囲とし、これに続く前記テーパ光導波路の長さが長くなるに従って分岐比が減少する前記テーパ光導波路の長さの範囲を第２範囲としたときに、前記分岐比を調整するステップにおいて、前記テーパ光導波路の長さを前記第１範囲および前記第２範囲から選択するようにしたことを特徴とする請求項８に記載のＹ分岐光導波路の設計方法。
【請求項１０】
前記テーパ光導波路の長さを前記第２範囲から選択するようにしたことを特徴とする請求項９に記載のＹ分岐光導波路の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信等で用いられる基板型光導波路に関し、特に１つの入力光導波路に入力された光を分岐して２つの分岐光導波路から出力するＹ分岐光導波路およびその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板型光導波路を用いた光分岐素子が広く普及しており、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）システムにおける光パワー分配や、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）システムにおけるモニタＰＤ用タップカプラなどに用いられている。
【０００３】
通常、その構造はＹ分岐型または方向性結合器型であるが、製造トレランスの観点からはＹ分岐型が有利である。光パワー分配用としては、１入力２出力のＹ分岐型で等分岐、すなわち１対１出力のものを用いる。一方、タップカプラ用としては、９５対５、９９対１など分岐比の大きいものを用いる。
【０００４】
これらの中間の分岐比を有する光分岐素子、すなわち５５対４５、６対４、７対３、９対１といった割合の非等分岐比を有する光分岐素子も需要がある。たとえば、ＲＯＡＤＭにおいてエクスプレス経路とドロップ経路とに分岐する光分岐素子には、７対３の非等分岐比を有するものを用いる場合がある。
【０００５】
また、近年シリコンフォトニクスデバイスなど高比屈折率差を有する基板型光導波路の研究が盛んであるが、これらは従来の低比屈折率差の石英系基板型光導波路または高分子基板型光導波路と比較すると伝搬損失が大きい場合が多く、光路設計に合わせて分岐比を調整することが好ましい場合がある。
【０００６】
しかしながら、このような９対１を下回る分岐比を有し、非等分岐であるような中間の分岐比を有する光分岐素子をシングルモードのＹ分岐型基板型光導波路で実現することは困難であることが、特許文献１に開示されている。ここには、シングルモードの非対称Ｙ字型光分岐路では、枝分かれした２つの光導波路の内、伝搬定数の大きい光導波路側へ大半の光が流れ込んでしまい、伝搬定数の小さい光導波路にはほとんど光が流れ込まないので、シングルモードの非対称Ｙ字型光分岐路は、分岐比の制御が困難であることが説明されている。
【０００７】
非等分岐比を有するＹ分岐型基板型光導波路の光分岐素子としては、特許文献２に、入力導波路の中心軸と２つの分岐導波路間の中心軸とをずらすことにより、非対称な分岐比を実現したＹ分岐導波路型光タップが開示されている。
【０００８】
また、非等分岐比を有するＹ分岐型基板型光導波路の光分岐素子としては、たとえば特許文献３に開示されたものも知られている。特許文献３では、一方の分岐光導波路のコア幅を他方の分岐導波路のコア幅よりも小さくすることにより、非等分岐比を有する非対称Ｙ分岐導波路型光タップを構成している。
【特許文献１】特開平６−２３５８４２号公報
【特許文献２】特開平９−３３７４０号公報
【特許文献３】特開平８−１２２５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に開示された技術の場合、その図２に示されるように、分岐比を１：１から１：約３．４の間で変化させるときに、ずらし量を０〜１．５μｍと非常に狭い範囲内で変化させる必要がある。すなわち、ずらし量の変化に対する分岐比の変化が非常に急峻である。従って、分岐比を正確に制御することが難しく、歩留まりが低くなってしまう可能性がある。
【００１０】
また、特許文献３のように、一方の分岐光導波路のコア幅を他方の分岐導波路のコア幅よりも小さくした場合、該一方の分岐光導波路に入射する光量が制限されることになるので、過剰損失を低減することが難しい。また、一方の分岐光導波路のコア幅を、非常に小さいシングルモード光導波路のコア幅よりもさらに小さく形成する必要があるため、分岐光導波路の歩留まりが低下する可能性もある。
【００１１】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、過剰損失を低減するとともに歩留まりを向上できるＹ分岐光導波路およびその設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のＹ分岐光導波路は、入力光導波路と、コア幅が徐々に拡大するように形成され、幅狭側端部が入力光導波路に接続されたテーパ光導波路と、テーパ光導波路の幅広側端部に、所定幅のギャップ部を介して並べて接続された２つの分岐光導波路とを備えるＹ分岐光導波路であって、テーパ光導波路と分岐光導波路との接続部において、２つの分岐光導波路のコア幅が等しく形成されており、テーパ光導波路のコアの一方の側面の広がり角が０度に形成されており、他方の側面の広がり角が０度よりも大きい角度に形成されている。
【００１３】
この態様によると、入力光導波路に入射された光は、テーパ光導波路において光分布が徐々に広げられ、２つの分岐光導波路によって２つに分岐されて出力される。本態様に係るＹ分岐光導波路では、テーパ光導波路の断面において、広がり角を０度よりも大きい角度に形成した側面側の方が、広がり角を０度に形成した側面側よりも光強度が大きい光分布となる。そして、テーパ導波路にコア幅の等しい２つの分岐光導波路を接続することにより、非等分岐の分岐光導波路を構成できる。
【００１４】
本態様ではテーパ光導波路との接続部において２つの分岐光導波路のコア幅を等しくしているので、テーパ光導波路を伝達された光は損失が少ない状態で２つの分岐光導波路に入射される。従って、テーパ光導波路と２つの分岐光導波路との接続部における光の損失が少なくなり、過剰損失が低減されたＹ分岐光導波路を構成できる。
【００１５】
また、本態様に係るＹ分岐光導波路では、分岐光導波路のコア幅を等しく形成すればよいので、コア幅の制御が行いやすく、歩留まりを向上できる。
【００１６】
さらに、本態様に係るＹ分岐光導波路では、テーパ光導波路の長さを変えることにより、分岐比を調整することができるが、テーパ光導波路長の変化に対する分岐比の変化は、上述の特許文献２におけるずらし量の変化に対する分岐比の変化と比較して緩やかであるため、分岐比の制御が容易となり、歩留まりを向上できる。
【００１７】
入力光導波路のコア幅と、２つの分岐光導波路のコア幅とが等しく形成されてもよい。これにより、入力光導波路と２つの分岐光導波路をたとえばシングルモード光導波路とすることができ、モード分散が低減された良好なＹ分岐光導波路を構成できる。
【００１８】
入力光導波路のコア幅と、テーパ光導波路の幅狭側端部のコア幅とが等しく形成されてもよい。テーパ光導波路の幅広側端部のコア幅が、２つの分岐光導波路のコア幅とギャップ部の幅との和に等しく形成されてもよい。これらの場合、入力光導波路とテーパ光導波路の接続部、またはテーパ光導波路と分岐光導波路の接続部における光の損失が減るので、Ｙ分岐光導波路の過剰損失を低減できる。
【００１９】
２つの前記分岐光導波路が、該分岐光導波路間の中心線に対して対称となるよう形成されてもよい。この場合、両分岐光導波路の光路長が等しくなり、また両分岐光導波路の光の損失が等しくなるので、前段または後段の光回路の設計が容易となる。
【００２０】
テーパ光導波路の長さと２つの分岐光導波路の分岐比との関係において、テーパ光導波路の長さが長くなるに従って分岐比が増大する最初のテーパ光導波路の長さの範囲を第１範囲とし、これに続くテーパ光導波路の長さが長くなるに従って分岐比が減少するテーパ光導波路の長さの範囲を第２範囲としたときに、テーパ光導波路の長さを第１範囲および第２範囲から選択するようにしてもよい。
【００２１】
この場合、９対１を下回る分岐比を有し、非等分岐であるような中間の分岐比を有するＹ分岐光導波路を好適に構成できる。第１範囲および第２範囲からテーパ光導波路の長さを選択することにより、分岐比の調整範囲を大きくとることができる。
【００２２】
テーパ光導波路の長さを第２範囲から選択するようにしてもよい。この場合、テーパ光導波路の長さを第１範囲から選択した場合よりも低過剰損失且つ歩留まりの高いＹ分岐光導波路を構成できる。
【００２３】
本発明の別の態様は、Ｙ分岐光導波路の設計方法である。この方法は、入力光導波路と、
コア幅が徐々に拡大するように形成され、幅狭側端部が入力光導波路に接続されたテーパ光導波路と、テーパ光導波路の幅広側端部に、所定幅のギャップ部を介して並べて接続された２つの分岐光導波路とを備えるＹ分岐光導波路の設計方法であって、テーパ光導波路と分岐光導波路との接続部において、２つの分岐光導波路のコア幅を等しくするステップと、テーパ光導波路のコアの一方の側面の広がり角を０度にするとともに、他方の側面の広がり角を０度よりも大きい角度にするステップと、テーパ光導波路の長さを変えることにより、２つの分岐光導波路から出力される光の分岐比を調整するステップとを備える。
【００２４】
この態様に係る方法により設計されたＹ分岐光導波路では、入力光導波路に入射された光は、テーパ光導波路において光分布が徐々に広げられ、２つの分岐光導波路によって２つに分岐されて出力される。そして、テーパ光導波路の断面において、広がり角を０度よりも大きい角度に形成した側面側の方が、広がり角を０度に形成した側面側よりも光強度が大きい光分布となる。テーパ導波路にコア幅の等しい２つの分岐光導波路を接続することにより、非等分岐の分岐光導波路を設計できる。
【００２５】
本態様ではテーパ光導波路との接続部において２つの分岐光導波路のコア幅を等しくしているので、テーパ光導波路を伝達された光は損失が少ない状態で２つの分岐光導波路に入射される。従って、テーパ光導波路と２つの分岐光導波路との接続部における光の損失が少なくなり、過剰損失が低減されたＹ分岐光導波路を設計できる。
【００２６】
また、本態様では、分岐光導波路のコア幅を等しく形成すればよいので、コア幅の制御が行いやすく、歩留まりを向上できる。
【００２７】
さらに、本態様では、テーパ光導波路の長さを変えることにより、分岐比を調整することができるが、テーパ光導波路長の変化に対する分岐比の変化は、上述の特許文献２におけるずらし量の変化に対する分岐比の変化と比較して緩やかであるため、分岐比の制御が容易となり、歩留まりを向上できる。
【００２８】
テーパ光導波路の長さと２つの分岐光導波路の分岐比との関係において、テーパ光導波路の長さが長くなるに従って分岐比が増大する最初のテーパ光導波路の長さの範囲を第１範囲とし、これに続くテーパ光導波路の長さが長くなるに従って分岐比が減少するテーパ光導波路の長さの範囲を第２範囲としたときに、分岐比を調整するステップにおいて、テーパ光導波路の長さを第１範囲および第２範囲から選択するようにしてもよい。
【００２９】
この場合、９対１を下回る分岐比を有し、非等分岐であるような中間の分岐比を有するＹ分岐光導波路を好適に設計できる。第１範囲および第２範囲からテーパ光導波路の長さを選択することにより、分岐比の調整範囲を大きくとることができる。
【００３０】
テーパ光導波路の長さを第２範囲から選択するようにしてもよい。この場合、テーパ光導波路の長さを第１範囲から選択した場合よりも低過剰損失且つ歩留まりの高いＹ分岐光導波路を設計できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、９対１を下回る分岐比を有し、非等分岐であるような中間の分岐比を有するＹ分岐光導波路およびその設計方法を提供できる。このＹ分岐光導波路は、過剰損失が低減されているとともに歩留まりを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、本発明の実施の形態に係るＹ分岐光導波路１０の平面図である。Ｙ分岐光導波路１０は、コア形状が矩形断面を有する埋込型の基板型光導波路である。Ｙ分岐光導波路１０は、１つの入力光導波路１２と、コアの幅が徐々に拡大するテーパ光導波路１４と、テーパ光導波路１４に接続された第１分岐光導波路１６および第２分岐光導波路１８とを備える。第１分岐光導波路１６は、第１Ｓ字型曲線光導波路２０と第１出力光導波路２４とを含んで構成される。第２分岐光導波路１８は、第２Ｓ字型曲線光導波路２２と第２出力光導波路２６とを含んで構成される。
【００３３】
入力光導波路１２は直線光導波路であり、入力端部１２ａにたとえば光ファイバが接続される。入力光導波路１２の出力端部１２ｂは、テーパ光導波路１４の幅狭側端部１４ａに接続されている。テーパ光導波路１４の幅広側端部１４ｂには、第１Ｓ字型曲線光導波路２０の入力端部２０ａと、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の入力端部２２ａが接続されている。テーパ光導波路１４周辺の詳細な構成については後述する。
【００３４】
第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２は、Ｓ字型に屈曲した曲がり光導波路である。第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２は、テーパ光導波路１４から離れるほど互いの間隔が離間するように形成されている。第１Ｓ字型曲線光導波路２０の入力端部２０ａ、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の入力端部２２ａは、それぞれ接線方向が入力光導波路１２の出力端部１２ｂの光軸と平行となるように形成されている。
【００３５】
第１Ｓ字型曲線光導波路２０の出力端部２０ｂには、第１出力光導波路２４の入力端部２４ａが接続されており、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の出力端部２２ｂには、第２出力光導波路２６の入力端部２６ａが接続されている。第１Ｓ字型曲線光導波路２０の出力端部２０ｂ、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の出力端部２２ｂは、それぞれ接線方向が第１出力光導波路２４の入力端部２４ａ、第２出力光導波路２６の入力端部２６ａの光軸と平行となるように形成されることが好ましい。この場合、接続部における光の損失を低減できる。第１出力光導波路２４、第２出力光導波路２６は、図１に示すように直線光導波路であってもよいし、曲がり光導波路であってもよい。
【００３６】
第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２のＳ字型の屈曲形状は、中心線の取り方によって複数の形状をとることができるが、コアとクラッドとの比屈折率差に応じて十分に緩やかな曲率半径を用いて設計すればどのようなＳ字形状であってもよい。本実施の形態においては、円弧形状を基本にしたＳ字型曲線光導波路を形成している。第１Ｓ字型曲線光導波路２０の出力端部２０ｂと第２Ｓ字型曲線光導波路２２の出力端部２２ｂとの離隔距離は、モノリシック集積化光部品の場合、または第１出力光導波路２４、第２出力光導波路２６が曲がり光導波路である場合には、次段の光回路の内容および寸法によって規定される。また、本実施の形態のように直線状の第１出力光導波路２４、第２出力光導波路２６から直接光ファイバアレイ等の光出力結合用部品に接続される場合には、その光出力結合用部品の入力間隔によって規定される。たとえば、ハーフピッチ光ファイバアレイでは、１２７μｍ間隔、フルピッチ光ファイバアレイでは、２５０μｍ間隔とする。
【００３７】
第１分岐光導波路１６、第２分岐光導波路１８は、図１に示すように、両分岐光導波路間の中心線Ａに対して対称となるよう形成されることが好ましい。この場合、両分岐光導波路の光路長が等しくなり、また両分岐光導波路の光の損失が等しくなるので、前段または後段の光回路の設計が容易となる。
【００３８】
図２は、図１に示すＹ分岐光導波路１０のＸ−Ｘ断面図である。ここでは入力光導波路１２の断面を示しているが、第１分岐光導波路１６、第２分岐光導波路１８における断面も同様である。また、テーパ光導波路１４においても、コア３４の幅ｗが変わるだけであり、基本的な構成は同じである。
【００３９】
Ｙ分岐光導波路１０は、たとえば厚さ０．７〜１ｍｍ程度のシリコンまたは石英からなる基板３０上に、屈折率の低い材料により下クラッド層３２が成膜されている。この下クラッド層３２上に屈折率の高い材料によりコア層を成膜し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程によりコア層を所望の形状に成形してコア３４が形成される。その後、屈折率の低い材料により上クラッド層３６を成膜してコア３４を被覆することにより、Ｙ分岐光導波路１０が形成される。コア材料およびクラッド材料には、Ｙ分岐光導波路１０で用いる光の波長に対して透明な各種有機・無機材料が適用可能である。
【００４０】
コア幅ｗは、コア材料の屈折率とクラッド材料の屈折率とに基づいてシングルモード光導波路となるように設定する。入力光導波路１２のコア幅と、第１分岐光導波路１６、第２分岐光導波路１８のコア幅は等しく形成する。これにより、モード分散が低減された良好なＹ分岐光導波路を構成できる。コア側壁の荒れによる散乱に帰因する伝搬損失やＹ分岐光導波路１０の入出力部における接続損失を低減する観点からはコア幅ｗは大きい方が好ましいが、大きくしすぎてシングルモード条件を逸脱するとマルチモード干渉やマルチモード分散の原因となる。
【００４１】
図３は、テーパ光導波路１４の周辺を拡大した要部拡大図である。図３に示すように、テーパ光導波路１４は、コアが平面視で台形状に形成されている。テーパ光導波路１４のコアの第１側壁１４ｃは、入力光導波路１２のコアの第１側壁１２ｃに平行に接続されている。すなわち、テーパ光導波路１４の第１側壁１４ｃは、入力光導波路１２の出力端部１２ｂの光軸と平行に形成されている。また、テーパ光導波路１４のコアの第２側壁１４ｄは、入力光導波路１２の第２側壁１２ｄに対して角度θ傾斜して接続されている。すなわち、テーパ光導波路１４のコアの第２側壁１４ｄは、入力光導波路１２の出力端部１２ｂの光軸に対して角度θ傾斜するように形成されている。以下、入力光導波路１２の出力端部１２ｂの光軸とテーパ光導波路１４の側壁とのなす角を「広がり角」と称する。テーパ光導波路１４の第１側壁１４ｃは、広がり角が０度である。第２側壁１４ｄの広がり角θは、テーパ光導波路長Ｌと、幅狭側端部１４ａと幅広側端部１４ｂのコア幅の差分とにより定まる。
【００４２】
テーパ光導波路１４の幅狭側端部１４ａのコア幅ｗ１は、入力光導波路１２のコア幅ｗと等しく形成されている。このように幅狭側端部１４ａのコア幅ｗ１を入力光導波路１２のコア幅ｗと等しく形成することにより、入力光導波路１２とテーパ光導波路１４の接続部における光の損失を低減できる。
【００４３】
テーパ光導波路１４は、入力光導波路１２側から第１分岐光導波路１６および第２分岐光導波路１８側にかけてコア幅が徐々に拡大し、その幅広側端部１４ｂにおいて第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２に接続されている。第１Ｓ字型曲線光導波路２０と第２Ｓ字型曲線光導波路２２は、所定幅ｇのギャップ部２８を介して並べて配設されている。テーパ光導波路１４のコアの第１側壁１４ｃは、第１Ｓ字型曲線光導波路２０のコアの外側壁２０ｃに連続的に接続されており、テーパ光導波路１４のコアの第２側壁１４ｄは、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の外側壁２２ｃに連続的に接続されている。
【００４４】
ギャップ部２８の幅ｇは、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程との実力値から安定してギャップ部２８を形成できる範囲から選択する。ギャップ部２８の幅ｇを小さくすると過剰損失を小さくでき、幅ｇを大きくすると安定した加工が可能となる。
【００４５】
本実施の形態において、第１Ｓ字型曲線光導波路２０の入力端部２０ａのコア幅ｗ２と、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の入力端部２２ａのコア幅ｗ３とは等しくなるように形成されている。また、コア幅ｗ２とコア幅ｗ３は、入力光導波路１２のコア幅ｗと等しく形成されている。
【００４６】
テーパ光導波路１４の幅広側端部１４ｂのコア幅は、第１Ｓ字型曲線光導波路２０の入力端部２０ａのコア幅ｗ２と、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の入力端部２２ａのコア幅ｗ３と、ギャップ部２８の幅ｇの和と等しくなるように形成されている。これにより、テーパ光導波路１４と第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２との接続部における光の損失を低減できる。
【００４７】
以上のように形成されたＹ分岐光導波路１０において、入力光導波路１２の入力端部１２ａに光が入射されると、光はシングルモードで入力光導波路１２を伝搬される。テーパ光導波路１４に入射した光は、テーパ光導波路１４において光分布が徐々に広げられる。Ｙ分岐光導波路１０では、テーパ光導波路１４のコアの第１側壁１４ｃの広がり角を０度とし、第２側壁１４ｄの広がり角を０度よりも大きいθ度に設定したことにより、テーパ光導波路１４の幅広側端部１４ｂの断面における光の強度分布は、第１側壁１４ｃ側と第２側壁１４ｄ側とで非対称となる。後述する本発明者によるシミュレーションの結果、テーパ光導波路１４の幅広側端部１４ｂにおける光の強度分布は、第１側壁１４ｃよりも第２側壁１４ｄ側の方が光強度が大きい光強度分布となることが分かっている。本実施の形態では、テーパ光導波路１４の幅広側端部１４ｂにコア幅の等しい第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２が接続されているので、第２側壁１４ｄ側の第２Ｓ字型曲線光導波路２２に入射する光量は、第１側壁１４ｃ側の第１Ｓ字型曲線光導波路２０よりも大きくなる。すなわち、光が非等分に分岐されて第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２に入射される。非等分に分岐された光は、第１出力光導波路２４の出力端部２４ｂ、第２出力光導波路２６の出力端部２６ｂより出射される。
【００４８】
Ｙ分岐光導波路１０では、第１Ｓ字型曲線光導波路２０の入力端部２０ａのコア幅ｗ２と、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の入力端部２２ａのコア幅ｗ３とを等しくしているので、テーパ光導波路１４を伝達された光は損失が少ない状態で第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２に入射される。従って、本実施の形態によれば過剰損失が低減されたＹ分岐光導波路を実現できる。また、Ｙ分岐光導波路１０では、第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２のコア幅を等しく形成すればよいので、コア幅の制御が行いやすく、歩留まりを向上できる。
【００４９】
（第１の実施例）
次に、上述のような構成のＹ分岐光導波路１０について、３次元ビーム伝搬法（ＢＰＭ：Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いてシミュレーションを行った結果を示す。ここでは、屈折率が１．５に調整されたＳｉＯＮ（酸窒化ケイ素）でコアを形成し、屈折率が１．４６５であるＳｉＯ２（シリカ）で下クラッド３２および上クラッド３６を形成した比屈折率差Δ＝２．３％の高比屈折率差Ｙ分岐光導波路について、シミュレーションを行った。下クラッド３２は厚さ５μｍ、コア３４は幅ｗ３．２μｍ×高さ３．２μｍ、上クラッド３６は厚さ８．２μｍと設定した。分岐ギャップの幅ｇは０．４μｍとしたので、テーパ光導波路１４の幅広側端部１４ｂの幅は６．８μｍである。第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の曲率半径は１０００μｍ、第１出力光導波路２４と第２出力光導波路２６との離隔距離は１２７μｍとした。
【００５０】
図４は、第１の実施例における各分岐光導波路の相対出力光強度とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。図４の横軸はテーパ光導波路長Ｌを表し、縦軸は入力光導波路１２の入射光強度に対する各分岐光導波路の相対出力光強度を表す。各分岐光導波路の相対出力光強度は、各分岐光導波路からの出力光の光強度分布と、各分岐光導波路の基本伝搬モードの光強度分布との重なり積分をとり、これを入射光強度に対する相対値とすることで求めた。
【００５１】
図４において、実線４０は第１分岐光導波路１６からの出力の特性曲線であり、破線４２は第２分岐光導波路１８からの出力の特性曲線である。図４に示すように、第１分岐光導波路１６と第２分岐光導波路１８は、相対出力光強度が非対称となることが分かる。図４から、テーパ光導波路長Ｌのほとんどの範囲において、第２分岐光導波路１８の方が相対出力光強度が大きくなっていることが分かる。
【００５２】
Ｙ分岐光導波路１０では、第１Ｓ字型曲線光導波路２０の入力端部２０ａのコア幅ｗ２と、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の入力端部２２ａのコア幅ｗ３とを等しく形成しているので、テーパ光導波路１４の幅広側端部１４ｂにおいて既に、第２Ｓ字型曲線光導波路２２に接続される部位の方が、第１Ｓ字型曲線光導波路２０に接続される部位よりも光強度が大きい光強度分布となっていることが分かる。テーパ光導波路１４では、テーパ光導波路１４において発生した高次モード光が基本モード光と干渉することにより、伝搬する光の波形が変形する。本シミュレーションの結果は、テーパ光導波路１４の第２側壁１４ｄにのみ広がり角θを設けたことにより、テーパ光導波路１４の第２側壁１４ｄ側の部位において、高次モード光と基本モード光とが干渉により強め合う条件が成立したことによるものと推察される。
【００５３】
図５は、第１の実施例における分岐比とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。図５の縦軸は出力の大きい方の分岐光導波路の出力光強度を小さい方の分岐導波路の出力光強度で割ることにより求めた分岐比である。また、図６は、第１の実施例における過剰損失とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。
【００５４】
図５に示すように、分岐比はＬ＝４０〜６０μｍの範囲においてテーパ光導波路長Ｌの増加とともに大きくなり、Ｌ＝４０μｍのときの１．８からＬ＝６０μｍのときの３．４まで増加する。このＬ＝４０〜６０μｍの範囲において、過剰損失は、図６に示すように０．０２〜０．０３ｄＢである。このＬ＝４０〜６０μｍの範囲を第１範囲と呼ぶ。図５に示すようにＬ＝６０μｍから分岐比は低下に転じ、Ｌ＝１４０μｍで１．１となる。このＬ＝６０〜１４０μｍの範囲において、過剰損失は、図６に示すように０．０１３〜０．０２ｄＢである。このＬ＝６０〜１４０μｍの範囲を第２範囲と呼ぶ。Ｌ＝１４０μｍ以上では、分岐比は増減を繰り返すが、最大分岐比は徐々に小さくなっていく。
【００５５】
図５から分かるように、テーパ光導波路長Ｌは、第１範囲および第２範囲から選択することが好ましい。第１範囲および第２範囲からテーパ光導波路長Ｌを選択することにより、分岐比の調整範囲を大きくとることができる。第１範囲および第２範囲のいずれからテーパ光導波路長Ｌを選択した場合でも、テーパ光導波路長Ｌの変化に対する分岐比の変化は、上述の特許文献２におけるずらし量の変化に対する分岐比の変化と比較して緩やかであるため、分岐比の制御が容易となり、歩留まりを向上できる。
【００５６】
また、図６に示すように第１範囲と比較して第２範囲の方が過剰損失が少ないことから、第２範囲からテーパ光導波路長Ｌを選択することがより好ましい。第２範囲では、図５に示すようにテーパ光導波路長Ｌの変化に対する分岐比の変化が緩やかであるため、第２範囲からテーパ光導波路長Ｌを選択することは、製造時の加工誤差に対するトレランスが大きいという利点も有する。第２範囲からテーパ光導波路長Ｌを選択することにより、過剰損失が０．０１３〜０．０２ｄＢと非常に小さく、且つ製造トレランスの大きい分岐比１．１〜３．４のＹ分岐光導波路１０を得ることができる。このように、本実施例によれば、９対１を下回る分岐比を有し、非等分岐であるような中間の分岐比を有するシングルモードのＹ分岐型基板型光導波路を実現することができる。
【００５７】
上記の第１の実施例に係るＹ分岐光導波路１０を製造する場合、たとえば厚さ１ｍｍのシリコンウエハ上に、ＰＥＣＶＤ装置を用いてシリカ下部クラッド層を厚さ５μｍで成膜する。続いて酸窒化ケイ素を屈折率１．５になるように酸素・窒素比を調節してコア層を厚さ３．２μｍで成膜する。フォトリソグラフィ工程とエッチング工程とを用いてコア層を加工してコアを形成し、シリカ上部クラッドを厚さ８．２μｍで成膜する。このとき、テーパ光導波路長Ｌを８０μｍとすることにより、分岐比３．１のＹ分岐光導波路を得ることができる。また、テーパ光導波路長Ｌを１００μｍとすることにより、分岐比１．９のＹ分岐光導波路を得ることができる。
【００５８】
（第２の実施例）
次に、もう一つ別の実施例を示す。ここでは、屈折率が１．５３４に調整されたフッ素化ポリイミドをコア材料とし、屈折率が１．５２９に調整されたフッ素化ポリイミドを下クラッド３２および上クラッド３６に用いた比屈折率差Δ＝０．３％の低比屈折率差Ｙ分岐光導波路について、２次元ビーム伝搬法を用いてシミュレーションを行った。下クラッド３２は厚さ１５μｍ、コア３４は幅ｗ７μｍ×高さ７μｍ、上クラッド３６は厚さ２２μｍと設定した。分岐ギャップの幅ｇは２μｍとしたので、テーパ光導波路１４の幅広側端部１４ｂの幅は１６μｍである。第１Ｓ字型曲線光導波路２０、第２Ｓ字型曲線光導波路２２の曲率半径は４０ｍｍ、第１出力光導波路２４と第２出力光導波路２６との離隔距離は１２７μｍとした。
【００５９】
図７は、第２の実施例における各分岐光導波路の相対出力光強度とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。縦軸の相対出力光強度の計算方法は、第１の実施例の図４と同様である。図７において、実線４４は第１分岐光導波路１６からの出力の特性曲線であり、破線４６は第２分岐光導波路１８からの出力の特性曲線である。第２の実施例においても、第１分岐光導波路１６と第２分岐光導波路１８は、相対出力光強度が非対称となり、テーパ光導波路長Ｌのほとんどの範囲において、第２分岐光導波路１８の方が相対出力光強度が大きくなっていることが分かる。
【００６０】
図８は、第２の実施例における分岐比とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。また、図９は、第２の実施例における過剰損失とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。各軸の設定は、第１の実施例の図５、図６と同様である。
【００６１】
図８に示すように、分岐比はＬ＝１５０〜４００μｍの範囲においてテーパ光導波路長Ｌの増加とともに大きくなり、Ｌ＝１５０μｍのときの１．１からＬ＝４００μｍのときの５．２まで増加する。このＬ＝１５０〜４００μｍの範囲において、過剰損失は、図９に示すように０．１１〜０．１６ｄＢである。このＬ＝１５０〜４００μｍの範囲を第１範囲と呼ぶ。テーパ光導波路長Ｌが第１範囲以上となると分岐比は低下し、Ｌ＝９００μｍで１．１となる。このＬ＝４００〜９００μｍの範囲において、過剰損失は、図９に示すように０．０４〜０．１６ｄＢである。このＬ＝４００〜９００μｍの範囲を第２範囲と呼ぶ。Ｌ＝９００μｍ以上では、分岐比は増減を繰り返すが、最大分岐比は徐々に小さくなっていく。
【００６２】
図８から分かるように、テーパ光導波路長Ｌは、第１範囲および第２範囲から選択することが好ましい。第１範囲および第２範囲からテーパ光導波路長Ｌを選択することにより、分岐比の調整範囲を大きくとることができる。第１範囲および第２範囲のいずれからテーパ光導波路長Ｌを選択した場合でも、テーパ光導波路長Ｌの変化に対する分岐比の変化は、上述の特許文献２におけるずらし量の変化に対する分岐比の変化と比較して緩やかであるため、分岐比の制御が容易となり、歩留まりを向上できる。
【００６３】
また、図９に示すように第１範囲と比較して第２範囲の方が過剰損失が少ないことから、第２範囲からテーパ光導波路長Ｌを選択することがより好ましい。第２範囲では、図８に示すようにテーパ光導波路長Ｌの変化に対する分岐比の変化が緩やかであるため、第２範囲からテーパ光導波路長Ｌを選択することは、製造時の加工誤差に対するトレランスが大きいという利点も有する。第２範囲からテーパ光導波路長Ｌを選択することにより、過剰損失が０．０４〜０．１６ｄＢと小さく、且つ製造トレランスの大きい分岐比１．１〜５．２のＹ分岐光導波路１０を得ることができる。このように、本実施例によれば、９対１を下回る分岐比を有し、非等分岐であるような中間の分岐比を有するシングルモードのＹ分岐型基板型光導波路を実現することができる。
【００６４】
上記の第２の実施例に係るＹ分岐光導波路１０を製造する場合、たとえば厚さ１ｍｍのシリコンウエハ上に、スピンコート装置とイナートガスオーブンを用いてフッ素化ポリイミドクラッド層を厚さ１５μｍで成膜する。続いて若干屈折率が高くなるように配合した材料を用いてフッ素化ポリイミドコア層を厚さ７μｍで成膜する。フォトリソグラフィ工程とエッチング工程とを用いてコア層を加工してコアを形成し、フッ素化ポリイミド上部クラッドを厚さ２２μｍで成膜する。このとき、テーパ光導波路長Ｌを４５０μｍとすることにより、分岐比５．０のＹ分岐光導波路を得ることができる。また、テーパ光導波路長Ｌを６５０μｍとすることにより、分岐比２．０のＹ分岐光導波路を得ることができる。
【００６５】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６６】
入力光導波路１２は直線光導波路に限られず、たとえば曲がり光導波路などであってもよい。この場合、出力端部１２ｂの近傍では直線状に形成されることが好ましい。入力光導波路１２の出力端部１２ｂを直線状に形成することにより、入力光導波路１２とテーパ光導波路１４の接続部における光の損失を低減できる。
【００６７】
また、上述の実施の形態では、入力光導波路１２等はシングルモード光導波路としたが、マルチモード光導波路であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態に係るＹ分岐光導波路の平面図である。
【図２】図１に示すＹ分岐光導波路のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】テーパ光導波路の周辺を拡大した要部拡大図である。
【図４】第１の実施例における各分岐光導波路の相対出力光強度とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。
【図５】第１の実施例における分岐比とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。
【図６】第１の実施例における過剰損失とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。
【図７】第２の実施例における各分岐光導波路の相対出力光強度とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。
【図８】第２の実施例における分岐比とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。
【図９】第２の実施例における過剰損失とテーパ光導波路長Ｌの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  Ｙ分岐光導波路、  １２  入力光導波路、  １４  テーパ光導波路、  １６  第１分岐光導波路、  １８  第２分岐光導波路、  ２０  第１Ｓ字型曲線光導波路、  ２２  第２Ｓ字型曲線光導波路、  ２４  第１出力光導波路、  ２６  第２出力光導波路、  ２８  ギャップ部、  ３０  基板、  ３２  下クラッド層、  ３４  コア。
【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】
2010078724.tif 000008
【図７】
2010078724.tif 000009
【図８】
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【図９】
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