【手続補正書】
【提出日】平成16年4月16日(2004.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波光の位相を制御する位相制御部を有した光回路素子において、
前記位相制御部を、少なくとも、平面導波路と、該平面導波路内に設けられ下記（イ）〜（ハ）の条件を満たす複数個の円弧状の低屈折率領域とで構成したこと
を特徴とする光回路素子。
（イ）：前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれは、曲率は等しいが長さが異なる。
（ロ）：前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれは、円弧の凸側を同一方向に向かせて、該方向に沿って長さの短いものから順に並列に配置してある。
（ハ）：前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれの両端から、各端点での接線に相当する線分を低屈折率領域外部にそれぞれ延長した場合に、前記両端側それぞれに、前記線分が集まる点が生じるように、前記複数個の円弧状の低屈折率領域を配置してある。
【請求項２】
請求項１に記載の光回路素子において、
前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれの両端近傍に、導波光の伝搬モードを前記平面導波路に適した伝搬モードと前記位相制御部に適した伝搬モードとの間で相互に変換するモード変換部を具えたこと
を特徴とする光回路素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光回路素子において、
前記複数個の円弧状の低屈折率領域の端部近傍にそれぞれ設けられ、円弧状の低屈折率領域に向かうに従い平面導波路部分の幅を狭めている平面形状を有した低屈折率領域（第２の低屈折率領域）を、前記モード変換部として含むこと
を特徴とする光回路素子。
【請求項４】
請求項１に記載の光回路素子において、
前記平面導波路における前記線分が集まる点に相当する部分に端部を位置させた入出力導波路と、これに並ぶ１以上の入出力導波路とからなる入出力導波路群を、前記平面導波路内に具えたこと
を特徴とする光回路素子。
【請求項５】
請求項１に記載の光回路素子において、
前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれは、前記平面導波路の該当部分をそれぞれ除去した領域としてあることを特徴とする光回路素子。
【請求項６】
請求項３に記載の光回路素子において、
前記第２の低屈折率領域それぞれは、前記平面導波路の該当部分をそれぞれ除去した領域としてあることを特徴とする光回路素子。
【請求項７】
請求項１に記載の光回路素子において、
前記複数個の円弧状の低屈折率領域のうち長さが最小の円弧状の低屈折率領域の曲率中心と前記線分が集まる点とを結んだ線（基準線）と、前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれから延長されている各線分とのなす角をθSとし（ただし、Ｓは、１〜前記円弧状の低屈折率領域の数。以下同様）、
隣り合う線分同士がなす角をΔθSとし、
各線分の長さをＬｒSとし、
隣り合う線分同士の差をΔＬｒSとしたとき、
前記ΔθSが下記の（１）式で規定され、前記ΔＬｒSが下記の（２）式で規定されていること
を特徴とする光回路素子（ただし、（１）式および（２）式中のΔＬｅｆは、所望の位相差を得るための光路長差である。また（２）式中のＲは、前記複数個の円弧状の低屈折率領域の半径である。）。
ΔθS＝ΔＬｅｆ・ｃｏｓθ（θS＋ΔθS-1／２）／（ＬｒS＋ΔＬｒS-1／２）ｓｉｎ（θS＋ΔθS-1／２）  ・・・（１）
ΔＬｒS＝−Ｒ・ΔθS＋ΔＬｅｆ  ・・・（２）
【請求項８】
請求項７に記載の光回路素子において、
前記基準線と前記各線分とのなす角度θSが、各線分に対応する円弧状の低屈折率領域の中心角の半分の角度φSとなっていること
を特徴とする光回路素子。
【請求項９】
請求項４に記載の光回路素子からなることを特徴とする波長ルータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明によれば、導波光の位相を制御する位相制御部を有した光回路素子において、前記位相制御部を、少なくとも、平面導波路と、該平面導波路内に設けられ下記（イ）〜（ハ）の条件を満たす複数個の円弧状の低屈折率領域とで構成としたことを特徴とする。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
（イ）：前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれは、曲率は等しいが長さが異なる。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（ロ）：前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれは、円弧の凸側を同一方向に向かせて、該方向に沿って長さの短いものから順に並列に配置してある。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
（ハ）：前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれの両端から、各端点での接線に相当する線分を該低屈折率領域外部にそれぞれ延長した場合に、前記両端側それぞれに前記線分が集まる点が生じるように、前記複数個の円弧状の低屈折率領域を配置してある。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
ここで、図１（Ａ）は、この発明の光回路素子での導波の様子を説明する図である。ただし、図１（Ａ）は、簡単化のため、平面導波路１１と、該平面導波路１１内に設けられた複数個の円弧状の低屈折率領域のうちの１つの低屈折率領域１３1とに着目した図を示してある。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した系における円弧の半径Ｒ方向に沿った屈折率分布を示した図である。また、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示した系についての等価な屈折率分布（詳細は後述する）を示した図である。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
［∂2／∂ｕ2＋｛ｋ02ｎt2（ｕ）−ｒt2｝］ψt（ｕ）＝０
ただし、ｕ＝Ｒtｌｎ（ｒ／Ｒt）、Ｒtは円弧状の低屈折率領域の半径、ｒは半径方向の位置、ｋ0＝２π／λ、λは導波させる光の波長、ｎt（ｕ）＝ｎ｛ｒ（ｕ）｝・ｅｘｐ（ｕ／Ｒt）、ｒ（ｕ）＝Ｒt・ｅｘｐ（ｕ／Ｒt）である。また、ψt（ｕ）は光の界分布を表す。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
ここで、半径Ｒtが界分布に比して充分大きい（ｕ／Ｒt＜＜１）とすれば、文献IIに開示の通り、低屈折率領域１３の近傍（波長程度の近傍）では、ｎt（ｕ）＝ｎ（Ｒt＋ｕ）（１＋ｕ／Ｒt）と近似できる。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
なお、この発明の実施に当たり、前記複数個の円弧状の低屈折率領域それぞれの両端近傍に、前記平面導波路を伝搬する導波光のモードと前記位相制御部を伝搬する導波光モードとを相互に変換するモード変換部を設けるのが好適である。
【発明の実施の形態】


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
この発明の光回路素子では、平面導波路１１と、該平面導波路１１内に設けられ下記（イ）〜（ハ）の条件を満たす複数個の円弧状の低屈折率領域１３1〜１３5とで、位相制御部２０を構成してある。なお、円弧状の低屈折率領域の個数はもちろん図示例に限られない。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
また、低屈折率領域１３1〜１３5それぞれは、平面導波路１１に比べ低い屈折率を示す領域である。この領域は、例えば、平面導波路１１の所定部分それぞれを除去した領域で構成するのが簡易である。除去跡の空気層が低屈折率領域になる。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
然も、（イ）：複数個の円弧状の低屈折率領域１３1〜１３5それぞれは、曲率は等しいが長さを異ならせてある。然も、（ロ）：複数個の円弧状の低屈折率領域１３1〜１３5それぞれは、円弧の凸側を同一方向（図２では図面下方から上方）に向かせて、該方向に沿って長さの短いものから順に、すなわち図２の例では領域１３1〜１３5の順に並列に配置してある。然も、（ハ）：複数個の円弧状の低屈折率領域１３1〜１３5それぞれの両端から、各端点での接線に相当する線分Ｌｒ1〜Ｌｒ5を該領域外部にそれぞれ延長した場合に、前記両端側それぞれに前記線分が集まる点Ｐが生じるように、複数個の円弧状の低屈折率領域１３1〜１３5を、平面導波路１１内に配置してある（この配置方法の詳細は後述する。）。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
この図２に示した位相制御部２０では、図１を参照して既に説明したように、円弧状の低屈折率領域１３1〜１３5それぞれの内側の縁部に沿って導波路構造が生じる。また、Ｐ点から円弧状の低屈折率領域１３1〜１３5それぞれを経由する光路ごとで、光路長が異なる。その結果、低屈折率領域１３1〜１３5それぞれを伝搬する光は、互いに位相差を示す。よって、位相制御部が構成される。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図２に示した構造において、線分ＬｒSと、該線分ＬｒSに連なる円弧状の低屈折率領域１３Sの半分の長さとの和をＬSと表す。すなわち、Ｐ点から線分ＬｒSを経て円弧状の低屈折率領域１３Sの半分の位置（図２中の中心線Ｙと交差する位置）までの導波路の長さをＬSと表す。また、長さが最小の円弧状の低屈折率領域１３1の局率中心Ｑと、上記のＰ点とを結ぶ線分ＰＱ（基準線ＰＱともいう）に、上記の導波路の長さＬSを投影したときの長さをＬｐSと表す。


【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
先ず、初期値として、θ1、Δθ0、Ｌｒ1、ΔＬｒ0を決定する。ここで、ΔＬｒ0は、（２）式より、ΔＬｒ0＝−Ｒ・Δθ0＋ΔＬｅｆである。また、Δθ0は、例えば、Ｐ点（図２）に入出力導波路を置いた場合の該入力導波路の回折角と、低屈折率領域１３Sの本数とから、Δθ0＝（入力導波路の回折角）／（低屈折率領域１３Sの本数）で与えられる値とする。また、Ｌｒ1は、例えば、点Ｐに置いた入出力導波路と、これに平行な１以上の入出力導波路とで構成される入出力導波路群（例えば図４参照）における、(i) 導波路間隔、(ii)導波路本数および(iii) 低屈折率領域１３Sからなるアレイの回折角から、Ｌｒ1＝（導波路間隔）×（導波路本数）／（低屈折率領域１３Sからなるアレイの回折角）で与えられる値とする。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
次に、θ1の初期値を変更して、上記と同様な処理を繰り返す。そして、ＬｐS（図２参照）が最小となるθ1、すなわち、光回路素子長を最小にできるθ1を見つける。そして、ＬｐSを最小にすることができるθ1に基づいて順次に上記処理で求まるＬｒSやθSに基づいて、光回路素子を構成する。


【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
さらに、この光回路素子（波長ルータ）３０では、円弧状の低屈折率領域１３1〜１３5それぞれの両端近傍に、平面導波路１１を伝搬する導波光のモードと位相制御部３０を伝搬する導波光モードとを相互に変換するモード変換部３５を具えている。


【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
なお、Ｐ点から見て、δθS＝［（θS−θS-1）＋（θS+1−θS）］／２で与えられる角度を考えた場合、隣り合う第２の低屈折率領域３５ａの先端同士の間隔Ｗ、すなわち該先端での平面導波路部分の幅Ｗが、Ｗ＝０．７×δθS×ＬｒSで与えられる値またはそれに近い値になるように、第２の低屈折率領域３５ａを設けるのが好ましい。効率的にモード変換が行なえるからである。なお、隣り合う第２の低屈折率領域３５ａの幅ＷEは、これに限られないが、例えば１０μｍとする。


【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
この波長ルータ３０は、例えば次のように使用することができる。例えば入力ポートから入出力導波路３１ａに入力された光は、この入出力導波路３１ａを通った後、平面導波路１１へ放射される。この放射された光は球面波である。この球面波は、モード変換器３５によって、図１にて説明した低屈折率領域の内側の縁に沿って伝搬するモードに変換される。すなわち、上記球面波は、テーパ状になっている第２の低屈折率領域３５ａによって集められ、図１を用いて説明した界分布１５と同等の幅まで狭められ、その後、位相制御部２０に入る。


【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の光回路素子によれば、導波光の位相を制御する位相制御部を有した光回路素子において、前記位相制御部を、少なくとも、平面導波路と、該平面導波路内に設けられ上記の（イ）〜（ハ）の条件を満たす複数個の円弧状の低屈折率領域とで構成としてある。