(57)【要約】【課題】低反射な光分波器を提供する。【解決手段】光分波器１００は、入力ポートＰ２１と出力ポートＰ３１，Ｐ３２とを備える。入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３１までの光路長ＬＸ１と、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３２までの光路長ＬＸ２とは異なる。光路長ＬＸ１および光路長ＬＸ２は、出射端面１０ｂで反射した光であって、かつ、入力ポートＰ２１へ向かう光である反射光の強度が、該光路長ＬＸ１と該光路長ＬＸ２とが同じである場合における反射光の強度よりも小さくなるように設定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多モード干渉型の光分波器であって、
１個の入力ポートと、
前記光分波器における光が出射される端面である出射端面に設けられた第１および第２出力ポートと、を備え、
前記入力ポートから前記第１出力ポートまでの光路長である第１光路長と、前記入力ポートから前記第２出力ポートまでの光路長である第２光路長とは異なり、
前記第１光路長および前記第２光路長は、前記出射端面で反射した光であって、かつ、前記入力ポートへ向かう光である反射光の強度が、該第１光路長と該第２光路長とが同じである場合における前記反射光の強度よりも小さくなるように設定される
光分波器。
【請求項２】
前記第１および第２出力ポートの各々の数は１以上であり、
前記光分波器は、さらに、
前記出射端面と対向する入射端面を備え、
前記入力ポートは、前記入射端面の中央に配置され、
１以上の前記第１および第２出力ポートは、前記出射端面において、前記入射端面の中央と前記出射端面の中央とを通る直線に対し線対称となる位置に配置される
請求項１に記載の光分波器。
【請求項３】
前記出射端面は、前記第１出力ポートが設けられた第１端面と前記第２出力ポートが設けられた第２端面とから構成され、
前記第１端面と前記第２端面との間には、段差が設けられる、
請求項１または２に記載の光分波器。
【請求項４】
前記段差は、前記出射端面の中央に設けられる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光分波器。
【請求項５】
前記第１および第２出力ポートの各々には、導波路が接続され、
各前記導波路は、
前記第１または第２出力ポートである出力ポートに接続され、該出力ポートから遠ざかる程該導波路の幅が小さくなるテーパ部と、
前記テーパ部に接続され、幅が一定である棒状部と、を有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光分波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信で用いられる光集積素子で用いられる光分波器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化して、１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システムが実用化されている。上記システム用の光源としては、３０〜４０ｄＢ以上の高いサイドモード抑圧比（Side Mode Suppression Ratio：ＳＭＳＲ）が得られる単一モードＬＤ（Laser Diode）が好適である。当該単一モードＬＤは、例えば、分布帰還型ＬＤ（Distributed Feedback Laser Diode：ＤＦＢ−ＬＤ）、分布ブラッグ反射型ＬＤ（Distributed Bragg Reflector Laser Diode：ＤＢＲ−ＬＤ）等である。
【０００３】
また、近年では、波長選択により通信で用いる全波長帯域をカバーできる波長可変ＬＤの開発が進められている。当該波長選択は、例えば、アレイ化されたＤＦＢ−ＬＤと温度調整、電流注入等による屈折率制御との併用により実現される。また、当該波長選択は、例えば、複数の反射ピークを有する特殊なＤＢＲミラーのペアにより実現される。
【０００４】
さらに、波長可変ＬＤと、電界吸収（Electro absorption：ＥＡ）型光変調器、マッハツェンダ（Mach Zehnder：ＭＺ）型光変調器などの外部変調器とを同一基板上に集積した光集積素子についても、開発が行われている。
【０００５】
上記光集積素子のアレイＬＤ部やＭＺ変調器部においては、波長依存性の比較的少ない多モード干渉（Multi Mode Interference：ＭＭＩ）型の光合分波素子（以下「ＭＭＩ素子」と称す）が広く用いられている。
【０００６】
非特許文献１では、波長可変ＬＤとＭＺ変調器との間に半導体光増幅素子（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）を集積する構成を用いた技術（以下、関連技術Ａともいう）が開示されている。関連技術Ａは、光の出力増大、導波路の分岐損失、接続損失、散乱損失等の補償に用いる事がしばしば行われている。ＳＯＡはＬＤと同様のエピタキシャル層から構成されている。また、ＳＯＡは、電流注入を行うと入射光に対する増幅器として働くが、単独ではレーザ発振が生じないように設計されている。
【０００７】
さて、上記の波長可変ＬＤとＳＯＡを集積した素子の出力側に、導波光に対する微小な反射点が存在する場合を考える。反射点とは、光が反射する位置である。反射点からの戻り光（反射戻り光）は、ＳＯＡで増幅されると無視できないレベルとなる。その結果、ＬＤの動作が不安定化し、発振線幅が増大するなどの問題が生じる。
【０００８】
そこで、例えば、非特許文献２には、反射戻り光を低減するために、ＳＯＡの出射側に曲がり導波路を設け、無反射（Anti-Reflection：ＡＲ）コートを併用する技術（以下、関連技術Ｂともいう）が開示されている。非特許文献２では、関連技術Ｂにより、端面付近からの光の反射を−５０ｄＢ程度以下まで低減する事に成功し、ＤＦＢ−ＬＤの発振線幅への影響を除去できるようになった事が報告されている。
【０００９】
また、特許文献１には、反射光を干渉させることにより反射戻り光を低減する技術（以下、関連技術Ｃともいう）が開示されている。関連技術Ｃは、ＭＭＩ素子自体の反射戻り光の低減とは異なるが、１×２カプラＭＭＩ素子を経由したＬＤへの外部反射戻り光の低減に関する技術である。具体的には、関連技術Ｃは、２つの反射光の位相差を調整し、反射光を干渉させる。これにより反射戻り光を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００８／１０７９６３号パンフレット
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】“IEEE Photonics Technology Letters”, Vol.16, No.6, 2004, pp1531-1533
【非特許文献２】“IEEE Journal of Selected Topics in Quantuｍ Electronics”, Vol.13, No.5, 2007, pp1089-1094
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の技術では、以下のような問題があった。具体的には、ＳＯＡを含む関連技術Ｂの光集積素子においては、曲がり導波路を設けて出射端面からの光の反射を低減している。これにより、単一モードＬＤの発振線幅の増大を防止している。
【００１３】
しかしながら、光集積素子においては出射端面以外にも、屈折率のわずかに異なる導波路同士の接合界面や、変調器との接合部など、反射点となる可能性のある箇所がチップ（光集積素子）内に多数存在している。
【００１４】
特に、ＭＭＩ素子においては、多モード導波路部とポート導波路部との境界付近で、モード不整合に起因する微小な反射光の発生が避けられない。これらの箇所での反射光は、関連技術Ａのように、反射した光がＳＯＡを介してＬＤへの戻り光になると、出射端面の場合と同様に発振線幅の増大を引き起こす。
【００１５】
しかし、関連技術Ｂの曲がり導波路は、出射端面以外の反射点に対しては有効でない。そのため、関連技術Ｂの曲がり導波路は、出射端面以外の反射点に適用できない。例えば４０Ｇｂｐｓ以上の高速変調を用いた光通信システムには、少なくとも１ＭＨｚ程度以下の狭発振線幅が必要とされており、発振線幅の増大を抑制する必要がある。
【００１６】
また、関連技術Ｃでは、１入力２出力の光分波器として機能するＭＭＩ素子を利用する光集積素子において、ＭＭＩ素子の周辺に、光検出器を設ける必要がある。そのため、光集積素子のコストが増加するという問題がある。したがって、関連技術Ｃにおいて、コストを抑えた光集積素子の実現には、光分波器（ＭＭＩ素子）自体を低反射な構成とする必要がある。
【００１７】
なお、関連技術Ａ，Ｂにおいて、光分波器として機能するＭＭＩ素子を利用する構成とした場合においても、上記と同様に、コストを抑えた光集積素子の実現には、光分波器（ＭＭＩ素子）自体を低反射な構成とする必要がある。
【００１８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、低反射な光分波器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る光分波器は、多モード干渉型の光分波器である。前記光分波器は、１個の入力ポートと、前記光分波器における光が出射される端面である出射端面に設けられた第１および第２出力ポートと、を備え、前記入力ポートから前記第１出力ポートまでの光路長である第１光路長と、前記入力ポートから前記第２出力ポートまでの光路長である第２光路長とは異なり、前記第１光路長および前記第２光路長は、前記出射端面で反射した光であって、かつ、前記入力ポートへ向かう光である反射光の強度が、該第１光路長と該第２光路長とが同じである場合における前記反射光の強度よりも小さくなるように設定される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光分波器は、１個の入力ポートと、前記光分波器における光が出射される端面である出射端面に設けられた第１および第２出力ポートとを備える。前記入力ポートから前記第１出力ポートまでの光路長である第１光路長と、前記入力ポートから前記第２出力ポートまでの光路長である第２光路長とは異なる。前記第１光路長および前記第２光路長は、前記出射端面で反射した光であって、かつ、前記入力ポートへ向かう光である反射光の強度が、該第１光路長と該第２光路長とが同じである場合における前記反射光の強度よりも小さくなるように設定される。これにより、反射光の強度を低減した低反射な光分波器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】比較例に係る光分波器の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光分波器の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光分波器の斜視図である。
【図４】光分波器の透過光の光強度分布を示す図である。
【図５】光分波器の反射光の光強度分布を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る光分波器における段差の大きさに対する反射率の特性を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光分波器において、入射光の波長を変えた場合の反射率の特性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る光分波器が有する、光の波長に対する反射率の特性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１の変形例に係る光分波器の構成を示す図である。
【図１０】比較例に係る光分波器の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る光分波器の構成を示す図である。
【図１２】光分波器の透過光の光強度分布を示す図である。
【図１３】光分波器の反射光の光強度分布を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る光分波器における段差の大きさに対する反射率の特性を示す図である。
【図１５】比較例に係る光分波器の構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る光分波器の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態３の変形例に係る光分波器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。
【００２３】
なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。
【００２４】
＜実施の形態１＞
（比較例）
図１は、比較例に係る光分波器１０００の構成を示す図である。光分波器１０００は、ＭＭＩ型の光カプラである。光分波器１０００は、１入力２出力の構成を有する。図１を参照して、光分波器１０００は、入力導波路２１と、多モード干渉部１０Ｎと、出力導波路３１，３２とを備える。
【００２５】
多モード干渉部１０Ｎの形状は、長方形である。多モード干渉部１０Ｎは、入力ポートＰ２１と、出力ポートＰ３１，Ｐ３２とを有する。入力ポートＰ２１には、入力導波路２１が接続される。出力ポートＰ３１，Ｐ３２には、それぞれ、出力導波路３１，３２が接続される。
【００２６】
（実施の形態１の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００の構成を示す図である。図２（ａ）は、光分波器１００の構成を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ１−Ａ２線に沿った光分波器１００の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００の斜視図である。なお、図３は、基板５０に光分波器１００が配置された状態を示す。
【００２７】
光分波器１００は、多モード干渉（ＭＭＩ（Multi Mode Interference））型の光分波器（光カプラ）である。光分波器１００は、１入力２出力の構成を有する。光分波器１００は、例えば、光ファイバ通信で用いられる単一モード半導体レーザを含む光集積素子において使用される。
【００２８】
図２を参照して、光分波器１００は、図１の光分波器１０００と比較して、多モード干渉部１０Ｎの代わりに多モード干渉部１０を備える点が異なる。光分波器１００のそれ以外の構成は、光分波器１０００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００２９】
光分波器１００は、２つの出力ポート、すなわち、出力ポートＰ３１，Ｐ３２を備える。すなわち、光分波器１００が備える複数の出力ポートの数は偶数である。
【００３０】
多モード干渉部１０は、多モード干渉部１０Ｎと比較して、出力ポートＰ３１，Ｐ３２の各々における光の出射される位置が異なるよう、光の出射端面の形状を変えた構造を有する。具体的には、多モード干渉部１０は、多モード干渉部１０Ｎと比較して、段差１１（突起部１０ｘ）が設けられている点が異なる。多モード干渉部１０のそれ以外の構成は、多モード干渉部１０Ｎと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００３１】
多モード干渉部１０の形状は、略長方形である。多モード干渉部１０は、入射端面１０ａと、出射端面１０ｂと、端面１０ｃ，１０ｄとを有する。多モード干渉部１０は、出射端面１０ｂの２ヶ所で収束光を得られるように構成されている。
【００３２】
入射端面１０ａは、出射端面１０ｂと対向する。入射端面１０ａには、１個の入力ポートＰ２１が設けられる。すなわち、多モード干渉部１０は、１個の入力ポートＰ２１を有する。入力ポートＰ２１は、入射端面１０ａの中央に配置される。なお、入力ポートＰ２１の位置は、入射端面１０ａの中央に限定されず、例えば、入射端面１０ａの中央からすこしずれた位置であってもよい。
【００３３】
出射端面１０ｂは、多モード干渉部１０の内側の端面である。出射端面１０ｂは、多モード干渉部１０における光が出射される端面である。すなわち、出射端面１０ｂは、光分波器１００における光が出射される端面である。出射端面１０ｂには、上記の収束光を多モード干渉部１０から出力させる（取り出す）ために、出力ポートＰ３１，Ｐ３２が設けられる。
【００３４】
以下においては、入射端面１０ａの中央と出射端面１０ｂの中央とを通る直線を、中央線ＣＬともいう。出力ポートＰ３１，Ｐ３２は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置に配置される。
【００３５】
なお、出力ポートＰ３１，Ｐ３２が配置される位置は上記の位置に限定されない。例えば、出力ポートＰ３１，Ｐ３２は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置からすこしずれた位置に配置されてもよい。
【００３６】
出射端面１０ｂは、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２とから構成される。端面１０ｂ１には、出力ポートＰ３１が設けられる。端面１０ｂ２には、出力ポートＰ３２が設けられる。端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間には、段差１１が設けられる。段差１１は、出射端面１０ｂの中央に設けられる。なお、段差１１の位置は、出射端面１０ｂの中央に限定されず、例えば、出射端面１０ｂの中央からずれた位置であってもよい。
【００３７】
具体的には、多モード干渉部１０には、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間に段差１１が設けられるように、突起部１０ｘが設けられる。
【００３８】
出力ポートＰ３１は、出力対象の収束光の位置に合わせて、出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から、出射端面１０ｂの約１／４の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３２は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約３／４の長さだけ離れた位置に接続されている。
【００３９】
以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３１までの光路長を、光路長ＬＸ１ともいう。また、以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３２までの光路長を、光路長ＬＸ２ともいう。図２の構成により、光路長ＬＸ１と、光路長ＬＸ２とは異なる。
【００４０】
また、以下においては、入力ポートＰ２１からの光が出射端面１０ｂで反射した光であって、かつ、入力ポートＰ２１へ向かう光を、反射光Ｒという。また、以下においては、光路長ＬＸ１と光路長ＬＸ２とが仮に同じである場合における反射光Ｒを、反射光ＲＮともいう。光路長ＬＸ１と光路長ＬＸ２とが仮に同じである場合は、入力ポートＰ２１および出力ポートＰ３１，Ｐ３２の構成が、図１の構成の場合である。
【００４１】
光路長ＬＸ１および光路長ＬＸ２は、反射光Ｒの強度が、反射光ＲＮの強度よりも小さくなるように設定される。
【００４２】
次に、光分波器１００の製造方法について説明する。光分波器１００は、たとえばＩｎＧａＡｓＰ系の半導体光回路により作製されている。図２（ｂ）を参照して、ＩｎＰ層１３上に、ＩｎＧａＡｓＰ層１４およびＩｎＰ層１５をエピタキシャル成長させた半導体ウエハ上に、図２の光回路形状を得るためのマスク層（図示せず）を形成する。
【００４３】
ここで、ＩｎＰ層１３は、基板５０を構成する。ＩｎＧａＡｓＰ層１４は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）波長が１．３０μｍとなるように組成されている。ＩｎＧａＡｓＰ層１４の厚みは、約０．２μｍである。ＩｎＰ層１５の厚みは、約１．５μｍである。
【００４４】
当該マスク層は、公知の露光プロセスにより形成される。マスク層の形成後、公知のドライエッチングプロセスにより、深さ４．０μｍだけエッチングする。
【００４５】
そして、マスク層を除去後、半導体部を覆うＳｉＯ２層１６を成膜する。ＳｉＯ２層１６は、保護膜として機能する。ＳｉＯ２層１６は、スパッタ法などの公知の方法により成膜される。ＳｉＯ２層１６の厚さは、０．６μｍ以上である。以上により、光分波器１００が形成される。
【００４６】
次に、光分波器１００の詳細な構成について説明する。以下においては、入射端面１０ａから出射端面１０ｂ側に向かう方向を、光伝搬方向ともいう。
【００４７】
入力ポートＰ２１に接続される入力導波路２１の幅Ｗ０と、出力ポートＰ３１，Ｐ３２にそれぞれ接続される出力導波路３１，３２の各々の幅Ｗ０とは、１．８μｍである。以下においては、多モード干渉部１０を、ＭＭＩ部ともいう。また、以下においては、ＭＭＩ部の長手方向を、ＭＭＩ長手方向ともいう。
【００４８】
ＭＭＩ部の幅Ｗ１は、１６．０μｍである。出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から出力導波路３１の幅方向の中心までの距離Ｘ２は、３．０５μｍである。出射端面１０ｂの他端（端面１０ｄ）から出力導波路３２の幅方向の中心までの距離Ｘ３は、３．０５μｍである。
【００４９】
また、前述したように、出射端面１０ｂの中央に段差１１が設けられる。具体的には、多モード干渉部１０には、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間に段差１１が設けられるように、突起部１０ｘが設けられる。これにより、ＭＭＩ長手方向における出力ポートＰ３１，Ｐ３２の各々の位置が異なるように、出力ポートＰ３２の位置がずれる。
【００５０】
段差１１の大きさｄは、０．１２μｍに設定される。端面１０ｃの長さＬ１は、２６８．０μｍである。端面１０ｄの長さＬ２は、２６８．１２μｍである。
【００５１】
次に、光分波器１００の動作について説明する。ここで、光分波器１０００および光分波器１００の各々において、入力ポートＰ２１から以下の特性のＴＥ（Transverse Electric field）偏光を入射させる処理（以下、光入射処理Ａ）を行ったとする。当該ＴＥ偏光は、波長１．５５μｍの光である。
【００５２】
光入射処理Ａを行った場合、比較例に係る光分波器１０００における透過光の強度分布は、以下の図４（ａ）のようになる。また、光分波器１００における透過光の強度分布は、以下の図４（ｂ）のようになる。透過光とは、光分波器１０００または光分波器１００において、入力ポートから出力ポートに向かう光である。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）の強度分布は、コンピュータ等が行う計算によって求められる。以下に示される「計算」は、コンピュータ等が行う計算を意味する。
【００５３】
図４（ａ）は、光分波器１０００における透過光の強度分布を示す図である。図４（ｂ）は、光分波器１００における透過光の強度分布を示す図である。
【００５４】
図４（ａ）では、光分波器１０００の輪郭が白線で示される。なお、図４（ａ）において、白の線で示される長方形は、多モード干渉部１０Ｎに対応する。図４（ｂ）では、光分波器１００の輪郭が白線で示される。なお、図４（ｂ）において、白の線で示される長方形は、多モード干渉部１０に対応する。
【００５５】
図４（ａ）および図４（ｂ）において、横軸および縦軸の数値の単位は、μｍである。また、図４（ａ）および図４（ｂ）は、白に近い箇所ほど、光の強度が強いことを示す。
【００５６】
出射端面１０ｂに設けた段差１１の大きさ（約０．１２μｍ）はＴＥ偏光の波長（１．５５μｍ）より十分に小さい。そのため、図４（ａ）および図４（ｂ）では、透過光の特性の差はほとんどない。
【００５７】
なお、図４（ａ）の状況における光分波器１０００において、入力導波路２１から出力導波路３１への挿入損失は、−３．４００３ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１０００において、入力導波路２１から出力導波路３２への挿入損失は、−３．４０３８ｄＢ（計算値）であった。
【００５８】
また、図４（ｂ）の状況における光分波器１００において、入力導波路２１から出力導波路３１への挿入損失は、−３．４００７ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１００において、入力導波路２１から出力導波路３２への挿入損失は、−３．４０３２ｄＢ（計算値）であった。
【００５９】
すなわち、計算で得られた透過光の損失の差は、どの出力ポートでも、０．０１ｄＢ以下である。すなわち、透過光の損失の差は、極めて小さい。また、各挿入損失はほぼ一致している。
【００６０】
次に、前述の光入射処理Ａを行った場合における反射光の強度分布について説明する。光入射処理Ａを行った場合、比較例に係る光分波器１０００における反射光の強度分布は、以下の図５（ａ）のようになる。また、光分波器１００における反射光の強度分布は、以下の図５（ｂ）のようになる。当該反射光とは、光分波器１０００または光分波器１００において、入力ポートＰ２１から多モード干渉部に入力された光が、当該多モード干渉部の出射端面で反射した光であって、かつ、入力ポートＰ２１側に向かう（戻る）光である。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）の強度分布は、計算によって求められる。
【００６１】
図５（ａ）は、光分波器１０００における反射光の強度分布を示す。図５（ｂ）は、光分波器１００における反射光の強度分布を示す。図５（ａ）および図５（ｂ）における強度分布以外の部分（例えば、輪郭線等）は、図４（ａ）および図４（ｂ）で説明したのと同様である。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）において、白の部分の内部に示される黒の部分は、白の箇所よりもさらに光の強度が強いことを示す。
【００６２】
ＭＭＩ部において、干渉に寄与する導波モードの数が少ないほど、出射端面に形成される収束光のビーム形状は、入射光の形状よりもわずかに拡がった形状になる。当該入射光は、入力ポートに入射される光である。この場合、出射端面に、入力ポートの幅と同じ幅の出力導波路を設けた構造では、当該出力導波路から全光量を出射させることが出来ず、出射端面で光の反射が生じる。
【００６３】
光分波器１０００では、図５（ａ）に示すように、出力ポートＰ３１，Ｐ３２の各々の近傍において、中央線ＣＬに対して線対称な強度分布を有する反射光が生じている。当該反射光は、デバイス構造の対称性を反映して、同様に位相についても対称となっている。当該各反射光は、互いに干渉しながらＭＭＩ部（多モード干渉部１０Ｎ）を逆方向に伝搬し、当該各反射光の一部が入力導波路２１において結合している。上記の逆方向または後述の逆方向は、前述の光伝搬方向と反対の方向である。すなわち、当該各反射光の一部が結合し、当該結合した光が入力導波路２１を伝搬している。
【００６４】
これに対し、光分波器１００では、図５（ｂ）に示すように、出力ポートＰ３１，Ｐ３２の各々の近傍で生じた反射光の強度は、図５（ａ）に示される反射光の強度と同等である。しかしながら、出射端面１０ｂに設けた段差１１（突起部１０ｘ）により、図５（ａ）の状態とは異なる位相を有する各反射光が、干渉しながらＭＭＩ部（多モード干渉部１０）を逆方向に伝搬する。当該各反射光は、出力ポートＰ３１の近傍で生じた反射光および出力ポートＰ３２の近傍で生じた反射光である。
【００６５】
段差１１の大きさを０．１２μｍとした場合、各反射光の位相が互いにπだけずれる。そのため、入力ポートＰ２１付近における各反射光の強度が相殺され、入力導波路２１おいて結合する反射光は小さくなる。すなわち、入力導波路２１を伝搬する反射光は小さくなる。これを反映して、光分波器１０００と光分波器１００とにおいて、透過光の強度分布に差がないことと対照的に、図５（ｂ）の反射光の強度分布のパターンは、図５（ａ）と全く異なっている。
【００６６】
図６は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００における段差１１の大きさに対する反射率の特性を示す図である。具体的には、図６は、光分波器１００において、段差１１の大きさを０μｍ〜０．５μｍまで変えた場合の入力導波路２１において結合する光の反射率の特性を示す。当該反射率の特性は、計算により算出される。ここで、反射率は、入力導波路２１において結合する反射光（反射戻り光）の強度である。
【００６７】
図６により、各反射光間の位相差をπだけずらす前述の段差が、反射率が最小になる条件である。図６に示されるように、当該条件にあった特性が周期的に繰り返される。また、図６により、当該反射率が最小になる条件により、段差がない構成より、段差がある構成の方が反射率が最大で１５ｄＢ以上低減されることがわかる。
【００６８】
段差１１の大きさは、段差１１の長さの往復に要する光の位相遅れが（２ｍ＋１）π、（ｍは整数）となるように決めればよい。光の波長λ、導波モードの有効屈折率ｎｅによっても段差１１の大きさｄを変える必要がある。この場合、段差１１の大きさｄは、以下の式１によって示される。以下においては、段差１１の大きさｄを、単に、段差ともいう。
【００６９】
ｄ＝（２ｍ＋１）／（２ｎｅ×λ）  ・・・（式１）
図６によれば、段差の大きさが±０．０２μｍだけばらついた場合でも、段差なしの場合に比べて、反射率が約１０ｄＢ低減される。そのため、本実施の形態に係る光分波器１００は、比較例に係る光分波器１０００と比較して、大幅な光の低反射化を実現する。すなわち、光分波器１００は、低反射な光カプラである。
【００７０】
したがって、このような光分波器１００を、光集積回路（光集積素子）に設けた場合、当該光集積回路内部における反射戻り光を低減できる。そのため、レーザ、光増幅器等の集積化が容易になる。
【００７１】
なお、図２の光分波器１００の構造は一例である。例えば、ＭＭＩ部（多モード干渉部１０）のサイズ、入力導波路および出力導波路のサイズ、半導体ウエハのエピ構造、保護膜の材料等は、任意に変更してもよい。また、光分波器１００は、保護膜（ＳｉＯ２層１６）を設けない構成としてもよい。また、石英ガラス製の光回路、Ｓｉ、他の化合物半導体を用いた光回路にも、本実施の形態の構成（動作機構）を適用可能である。
【００７２】
なお、本実施の形態に係るＭＭＩ部（多モード干渉部１０）の全体サイズは、半導体プロセスの寸法精度により、たとえば、μｍ単位でばらつくことが不可避である。その場合でも、半導体プロセスの面精度は０．０１μｍ程度の精度がある。そのため、０．１μｍ程度の微小な段差を、０．０１μｍ程度の高精度で加工することが可能である。
【００７３】
そのため、各反射光間の位相差がπから大きくずれることは無い。また、反射率の低減に対する加工精度のばらつきの影響は小さい。したがって、位相を調整する位相調整部等を設けることなく、各反射光間において所望の位相差を得ることが出来る。
【００７４】
図７は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００において、入射光の波長を変えた場合の反射率の特性を示す図である。当該反射率の特性は、計算により算出される。
【００７５】
図８は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００が有する、光の波長に対する反射率の特性を示す図である。図８は、段差なしの場合の反射率の特性を示す。また、図８は、段差０．１２±０．０１μｍの範囲における反射率の最大値を、各波長に対してプロットした結果を示す。当該反射率の最大値は、図７のデータから読み取られた値である。すなわち、図７および図８は、光の波長の依存する反射率の特性を示す。
【００７６】
図７に示すように、±４０ｎｍの波長範囲で１０ｄＢ以上の反射率の減少が生じている。その結果、図６と同様の低反射化が実現されていることがわかる。
【００７７】
光の干渉による反射率の減少が生じるには、以下の条件Ａが満たされればよい。当該条件Ａは、入射端面１０ａの中央に配置された入力ポートＰ２１に、強度が同じで、かつ、互いに逆位相の２つの反射光が到達するという条件である。なお、当該２つの反射光は、さらに、前述の中央線ＣＬに対して線対称な強度分布を有する。
【００７８】
このような条件Ａは、ＭＭＩ部の形状およびＭＭＩ部を伝搬する光分布の幾何的対称性から生じているため、各反射光の波長変化による、反射率への影響は小さい。広い波長範囲で低反射化が生じている理由は、波長を変えた場合でも、出射端面１０ｂで生じた、同じ強度の各反射光が互いにほぼ位相差πを有した状態で逆方向に伝搬する状況は同じであるためである。
【００７９】
なお、ウエハプロセスのエッチングばらつき、エピ成長の組成ばらつきなどにより、出力ポート近傍における光の収束位置がずれるおそれがある。これが、出射端面１０ｂにおける反射の増大要因となりうる。
【００８０】
しかし、前記のように光の干渉による反射率減少が生じるには、前述の条件Ａが満たされればよい。なお、プロセスばらつきによりＭＭＩ部の全体サイズが変動した場合にも、ＭＭＩ部の形状およびＭＭＩ部を伝搬する光分布の幾何的対称性が維持されるので、条件Ａは満たされる。
【００８１】
このため、入力ポートＰ２１が、入射端面１０ａの中央に配置され、偶数個の出力ポートが、前述の中央線ＣＬに対して線対称に配置されていれば、前述のように、各反射光の干渉による反射低減が生じる。そのため、本実施の形態に係る光分波器１００によれば、波長範囲の拡大に加え、プロセスばらつきによる光の反射の増大も抑制することが出来る。
【００８２】
また、出射端面１０ｂでの光強度分布では、出力ポート付近では光強度が大きく、たとえば出射端面１０ｂの中央では光強度は小さい。そのため、光強度が十分に小さい部分で、出射端面１０ｂの形状が微小に変化しても、光の透過特性および反射特性にほとんど影響がない。
【００８３】
以上、本実施の形態によれば、光分波器１００は、１個の入力ポートＰ２１と、光分波器１００における光が出射される端面である出射端面１０ｂに設けられた出力ポートＰ３１，Ｐ３２とを備える。入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３１までの光路長ＬＸ１と、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３２までの光路長ＬＸ２とは異なる。光路長ＬＸ１および光路長ＬＸ２は、出射端面１０ｂで反射した光であって、かつ、入力ポートＰ２１へ向かう光である反射光の強度が、該光路長ＬＸ１と該光路長ＬＸ２とが同じである場合における反射光の強度よりも小さくなるように設定される。
【００８４】
これにより、反射光の強度を低減した低反射な光分波器を提供することができる。
【００８５】
また、本実施の形態によれば、入力ポートＰ２１へ戻る（向かう）各反射光間の位相が異なるように、かつ、光の干渉により入力ポートＰ２１付近での当該各反射光の強度が減少するように、段差１１の大きさが調整される。すなわち、各出力ポートの位置が調整される。なお、各反射光は、各出力ポート付近で発生する光である。そのため、光分波器１００を、低反射にできる。したがって、低反射な光分波器１００を提供できる。
【００８６】
ここで、当該低反射な光分波器１００を、単一モードＬＤを有する光集積素子において利用したとする。この構成の場合、単一モードＬＤへ向かう反射光の強度を、単一モードＬＤの発振線幅に影響を与えない強度に低減できる。また、この構成では、使用する光の波長範囲を広帯域化することができる。
【００８７】
また、本実施の形態の構成によれば、各反射光の強度（反射率）を低減することができる。
【００８８】
なお、本実施の形態の構成は、図２の構成に限定されない。例えば、図２に示される、段差１１を有する出射端面１０ｂを構成する端面１０ｂ１と端面１０ｂ２とを、図９のように、斜面１７で接続した構成としてもよい。すなわち、出射端面１０ｂのうち、光強度が大きい部分から伝搬する各反射光間の位相差が、本実施の形態と同様となるように調整されていればよい。この場合、本実施の形態と同様の低反射化の効果を得ることが出来る。
【００８９】
＜実施の形態２＞
（比較例）
図１０は、比較例に係る光分波器１０００Ａの構成を示す図である。光分波器１０００Ａは、１入力４出力の構成を有する。図１０を参照して、光分波器１０００Ａは、図１の光分波器１０００と比較して、多モード干渉部１０Ｎの代わりに多モード干渉部１０ＮＡを備える点と、出力導波路３３，３４をさらに備える点とが異なる。光分波器１０００Ａのそれ以外の構成は、光分波器１０００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００９０】
多モード干渉部１０ＮＡは、多モード干渉部１０Ｎと比較して、出力ポートＰ３３，Ｐ３４をさらに含む点が異なる。多モード干渉部１０ＮＡのそれ以外の構成は、多モード干渉部１０Ｎと同様なので詳細な説明は繰り返さない。出力ポートＰ３３，Ｐ３４には、それぞれ、出力導波路３３，３４が接続される。
【００９１】
（実施の形態２の構成）
図１１は、本発明の実施の形態２に係る光分波器１００Ａの構成を示す図である。光分波器１００Ａは、１入力４出力の構成を有する。
【００９２】
光分波器１００Ａは、図１０の光分波器１０００Ａと比較して、多モード干渉部１０ＮＡの代わりに多モード干渉部１０Ａを備える点が異なる。光分波器１００Ａのそれ以外の構成は、光分波器１０００Ａと同様なので詳細な説明は繰り返さない。なお、光分波器１００Ａの用途は、図２の光分波器１００と同様である。
【００９３】
光分波器１００Ａは、４つの出力ポート、すなわち、出力ポートＰ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４を備える。すなわち、光分波器１００Ａが備える複数の出力ポートの数は偶数である。
【００９４】
多モード干渉部１０Ａは、多モード干渉部１０ＮＡと比較して、少なくとも出力ポートＰ３１，Ｐ３３の各々における光の出射される位置が異なるよう、光の出射端面の形状を変えた構造を有する。具体的には、多モード干渉部１０Ａは、多モード干渉部１０ＮＡと比較して、段差１１（突起部１０ｘ）が設けられている点が異なる。多モード干渉部１０Ａのそれ以外の構成は、多モード干渉部１０ＮＡと同様である。
【００９５】
言い換えれば、多モード干渉部１０Ａは、図２の多モード干渉部１０と比較して、出力ポートＰ３３，Ｐ３４をさらに含む点と、出力ポートの配置位置とが異なる。多モード干渉部１０Ａのそれ以外の構成は、多モード干渉部１０と同様である。多モード干渉部１０Ａの外形は、図２の多モード干渉部１０と同じである。
【００９６】
多モード干渉部１０Ａは、出射端面１０ｂの４ヶ所で収束光を得られるように構成されている。出射端面１０ｂには、上記の収束光を多モード干渉部１０Ａから出力させる（取り出す）ために、出力ポートＰ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４が設けられる。
【００９７】
前述したように、入射端面１０ａの中央と出射端面１０ｂの中央とを通る直線を、中央線ＣＬともいう。出力ポートＰ３１，Ｐ３３と、出力ポートＰ３２，Ｐ３４とは、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置に配置される。すなわち、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置に配置される。
【００９８】
なお、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４が配置される位置は上記の位置に限定されない。例えば、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置からずれた位置に配置されてもよい。
【００９９】
出射端面１０ｂは、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２とから構成される。端面１０ｂ１には、出力ポートＰ３１，Ｐ３３が設けられる。端面１０ｂ２には、出力ポートＰ３２，Ｐ３４が設けられる。端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間には、段差１１が設けられる。段差１１は、出射端面１０ｂの中央に設けられる。
【０１００】
多モード干渉部１０Ａには、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間に段差１１が設けられるように、突起部１０ｘが設けられる。
【０１０１】
出力ポートＰ３３は、出力対象の収束光の位置に合わせて、出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から、出射端面１０ｂの約１／８の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３１は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約３／８の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３２は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約５／８の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３４は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約７／８の長さだけ離れた位置に接続されている。
【０１０２】
実施の形態１と同様、以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３１までの光路長を、光路長ＬＸ１ともいう。また、以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３２までの光路長を、光路長ＬＸ２ともいう。図１１の構成により、光路長ＬＸ１と、光路長ＬＸ２とは異なる。
【０１０３】
実施の形態１と同様、光路長ＬＸ１および光路長ＬＸ２は、反射光Ｒの強度が、反射光ＲＮの強度よりも小さくなるように設定される。
【０１０４】
以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３３までの光路長を、光路長ＬＸ３ともいう。また、以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３４までの光路長を、光路長ＬＸ４ともいう。図１１の構成により、光路長ＬＸ３と、光路長ＬＸ４とは異なる。
【０１０５】
なお、光分波器１００Ａは、たとえば、実施の形態１と同じＩｎＧａＡｓＰ系の半導体光回路により作製される。導波路の断面構造とウエハプロセスは、実施の形態１とおなじであるので説明を省略する。
【０１０６】
次に、光分波器１００Ａの詳細な構成について説明する。入力ポートＰ２１に接続される入力導波路２１の幅Ｗ０と、出力ポートＰ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４にそれぞれ接続される出力導波路３１，３２，３３，３４の各々の幅Ｗ０とは、１．８μｍである。以下においては、多モード干渉部１０Ａを、ＭＭＩ部ともいう。また、以下においては、ＭＭＩ部の長手方向を、ＭＭＩ長手方向ともいう。
【０１０７】
ＭＭＩ部の幅Ｗ１は、１６．０μｍである。入射端面１０ａの中央から端面１０ｃまでの距離Ｘ１は、８．０μｍである。実施の形態１と同様、入力ポートＰ２１は、入射端面１０ａの中央に配置される。
【０１０８】
前述したように、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置に配置される。
【０１０９】
出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から出力導波路３３の幅方向の中心までの距離Ｘ２は、１．９５μｍである。出射端面１０ｂの他端（端面１０ｄ）から出力導波路３４の幅方向の中心までの距離Ｘ４は、１．９５μｍである。また、端面１０ｃから出力導波路３１の幅方向の中心までの距離Ｘ３は、６．００μｍである。端面１０ｄから出力導波路３２の幅方向の中心までの距離Ｘ５は、６．００μｍである。
【０１１０】
また、前述したように、出射端面１０ｂの中央に段差１１が設けられる。具体的には、多モード干渉部１０Ａには、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間に段差１１が設けられるように、突起部１０ｘが設けられる。これにより、ＭＭＩ長手方向における、出力ポートＰ３１，Ｐ３３の位置と出力ポートＰ３２，Ｐ３４の位置とが異なるように、出力ポートＰ３２，Ｐ３４の位置がずれる。
【０１１１】
段差１１の大きさｄは、０．１２μｍに設定される。端面１０ｃの長さＬ１は、４０２．０μｍである。端面１０ｄの長さＬ２は、４０２．１２μｍである。
【０１１２】
次に、光分波器１００の動作について説明する。ここで、光分波器１０００Ａおよび光分波器１００Ａの各々において、実施の形態１と同様、入力ポートＰ２１から以下の特性のＴＥ偏光を入射させる処理（以下、光入射処理Ａ）を行ったとする。当該ＴＥ偏光は、波長１．５５μｍの光である。
【０１１３】
光入射処理Ａを行った場合、比較例に係る光分波器１０００Ａにおける透過光の強度分布は、以下の図１２（ａ）のようになる。また、光分波器１００Ａにおける透過光の強度分布は、以下の図１２（ｂ）のようになる。なお、図１２（ａ）および図１２（ｂ）の強度分布は、計算によって求められる。
【０１１４】
図１２（ａ）は、光分波器１０００Ａにおける透過光の強度分布を示す。図１２（ｂ）は、光分波器１００Ａにおける透過光の強度分布を示す。
【０１１５】
図１２（ａ）では、光分波器１０００Ａの輪郭が白線で示される。なお、図１２（ａ）において、白の線で示される長方形は、多モード干渉部１０ＮＡに対応する。図１２（ｂ）では、光分波器１００Ａの輪郭が白線で示される。なお、図１２（ｂ）において、白の線で示される長方形は、多モード干渉部１０Ａに対応する。
【０１１６】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）において、横軸および縦軸の数値の単位は、μｍである。また、図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、白に近い箇所ほど、光の強度が強いことを示す。なお、図１２（ａ）および図１２（ｂ）において、白の部分の内部に示される黒の部分は、白の箇所よりもさらに光の強度が強いことを示す。
【０１１７】
出射端面１０ｂに設けた段差１１の大きさ（約０．１２μｍ）はＴＥ偏光の波長（１．５５μｍ）より十分に小さい。そのため、図１２（ａ）および図１２（ｂ）では、透過光の特性の差はほとんどない。
【０１１８】
なお、図１２（ａ）の状況における光分波器１０００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３３への挿入損失は、−６．５１６６ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１０００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３１への挿入損失は、−６．５５２３ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１０００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３２への挿入損失は、−６．５４７３ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１０００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３４への挿入損失は、−６．５１５１ｄＢ（計算値）であった。
【０１１９】
また、図１２（ｂ）の状況における光分波器１００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３３への挿入損失は、−６．５０９９ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３１への挿入損失は、−６．５６１４ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３２への挿入損失は、−６．５４６１ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３４への挿入損失は、−６．５１３４ｄＢ（計算値）であった。
【０１２０】
すなわち、計算で得られた透過光の損失の差は、どの出力ポートでも、０．０１ｄＢ以下である。すなわち、透過光の損失の差は、極めて小さい。また、各挿入損失はほぼ一致している。
【０１２１】
次に、前述の光入射処理Ａを行った場合における反射光の強度分布について説明する。光入射処理Ａを行った場合、比較例に係る光分波器１０００Ａにおける反射光の強度分布は、以下の図１３（ａ）のようになる。また、光分波器１００Ａにおける反射光の強度分布は、以下の図１３（ｂ）のようになる。なお、図１３（ａ）および図１３（ｂ）の強度分布は、計算によって求められる。
【０１２２】
図１３（ａ）は、光分波器１０００Ａにおける反射光の強度分布を示す。図１３（ｂ）は、光分波器１００Ａにおける反射光の強度分布を示す。図１３（ａ）および図１３（ｂ）における強度分布以外の部分（例えば、輪郭線等）は、図１２（ａ）および図１２（ｂ）で説明したのと同様である。
【０１２３】
光分波器１０００Ａでは、図１３（ａ）に示すように、出力ポートＰ３３，Ｐ３１の各々の近傍において、対称な強度および位相を有する反射光が生じている。当該各反射光は、互いに干渉しながらＭＭＩ部（多モード干渉部１０ＮＡ）を逆方向に伝搬し、当該各反射光の一部が入力導波路２１において結合している。すなわち、当該各反射光の一部が結合し、当該結合した光が入力導波路２１を伝搬している。
【０１２４】
これに対し、光分波器１００Ａでは、図１３（ｂ）が示すように、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４の各々の近傍で生じた反射光の強度は、図１３（ａ）に示される反射光の強度と同等である。しかしながら、出射端面１０ｂに設けた段差１１（突起部１０ｘ）により、図１３（ａ）の状態とは異なる位相を有する各反射光が、干渉しながらＭＭＩ部（多モード干渉部１０Ａ）を逆方向に伝搬する。当該各反射光は、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４の各々の近傍で生じた反射光である。
【０１２５】
段差１１の大きさを０．１２μｍとした場合、出力ポートＰ３３近傍で生じた反射光の位相と出力ポートＰ３４近傍で生じた反射光の位相とがπだけずれる。また、出力ポートＰ３１近傍で生じた反射光の位相と出力ポートＰ３２近傍で生じた反射光の位相とがπだけずれる。そのため、入力ポートＰ２１付近における各反射光の強度が相殺され、入力導波路２１おいて結合する反射光は小さくなる。すなわち、入力導波路２１を伝搬する反射光は小さくなる。
【０１２６】
これを反映して、光分波器１０００Ａと光分波器１００Ａとにおいて、透過光の強度分布に差がないことと対照的に、図１３（ｂ）の反射光の強度分布のパターンは、図１３（ａ）と全く異なっている。
【０１２７】
図１４は、本発明の実施の形態２に係る光分波器１００Ａにおける段差１１の大きさに対する反射率の特性を示す図である。具体的には、図１４は、光分波器１００Ａにおいて、段差１１の大きさを０μｍ〜０．５μｍまで変えた場合の入力導波路２１において結合する光の反射率の特性を示す。当該反射率の特性は、計算により算出される。ここで、反射率は、入力導波路２１において結合する反射光（反射戻り光）の強度である。
【０１２８】
図１４により、各反射光間の位相差をπだけずらす前述の段差が、反射率が最小になる条件である。当該各反射光は、例えば、出力ポートＰ３３近傍で生じた反射光と出力ポートＰ３４近傍で生じた反射光である。図１４に示されるように、当該条件にあった特性が周期的に繰り返される。また、図１４により、当該反射率が最小になる条件により、段差がない構成より、段差がある構成の方が反射率が約１５ｄＢ低減されることがわかる。
【０１２９】
なお、導波モードの有効屈折率は、実施の形態１の場合とほぼ同じである。そのため、本実施の形態における段差１１の大きさｄは、実施の形態１の場合と同様である。
【０１３０】
図１４によれば、段差の大きさが±０．０２μｍだけばらついた場合でも、段差なしの場合に比べて、反射率が約９．５ｄＢ低減される。そのため、本実施の形態に係る光分波器１００Ａは、比較例に係る光分波器１０００Ａと比較して、大幅な光の低反射化を実現する。すなわち、光分波器１００Ａは、低反射な光カプラである。したがって、このような光分波器１００Ａを、光集積回路（光集積素子）に設けた場合、当該光集積回路内部における反射戻り光を低減できる。そのため、レーザ、光増幅器等の集積化が容易になる。
【０１３１】
なお、図１１の光分波器１００Ａの構造は一例である。例えば、ＭＭＩ部（多モード干渉部１０Ａ）のサイズ、入力導波路および出力導波路のサイズ、半導体ウエハのエピ構造、保護膜の材料等は、任意に変更してもよい。また、光分波器１００Ａは、保護膜（ＳｉＯ２層１６）を設けない構成としてもよい。また、石英ガラス製の光回路、Ｓｉ、他の化合物半導体を用いた光回路にも、本実施の形態の構成（動作機構）を適用可能である。
【０１３２】
なお、本実施の形態に係るＭＭＩ部（多モード干渉部１０Ａ）の全体サイズは、半導体プロセスの寸法精度により、たとえば、μｍ単位でばらつくことが不可避である。その場合でも、本実施の形態に係る段差は、多モード干渉部１０Ａのサイズに比べ、微小である。また、半導体プロセスの面精度は０．０１μｍ程度の精度がある。そのため、０．１μｍ程度の微小な段差を、０．０１μｍ程度の高精度で加工することが可能である。
【０１３３】
そのため、各反射光間の位相差がπから大きくずれることは無い。また、反射率の低減に対する加工精度のばらつきの影響は小さい。したがって、位相を調整する位相調整部等を設けることなく、各反射光間において所望の位相差を得ることが出来る。
【０１３４】
＜実施の形態３＞
（比較例）
図１５は、比較例に係る光分波器１０００Ｂの構成を示す図である。光分波器１０００は、１入力２出力の構成を有する。図１５を参照して、光分波器１０００Ｂは、図１の光分波器１０００と比較して、出力導波路３１，３２の代わりに出力導波路３１Ａ，３２Ａを備える点が異なる。光分波器１０００Ｂのそれ以外の構成は、光分波器１０００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【０１３５】
出力導波路３１Ａ，３２Ａは、それぞれ、出力ポートＰ３１，Ｐ３２に接続される。詳細は後述するが、出力導波路３１Ａ，３２Ａの各々は、テーパ構造を有する。
【０１３６】
（実施の形態３の構成）
図１６は、本発明の実施の形態３に係る光分波器１００Ｂの構成を示す図である。光分波器１００Ｂは、１入力２出力の構成を有する。
【０１３７】
光分波器１００Ｂは、図１５の光分波器１０００Ｂと比較して、多モード干渉部１０Ｎの代わりに多モード干渉部１０を備える点が異なる。光分波器１００Ｂのそれ以外の構成は、光分波器１０００Ｂと同様なので詳細な説明は繰り返さない。すなわち、光分波器１００Ｂは、図２（ａ）の光分波器１００と比較して、出力導波路３１，３２の代わりに出力導波路３１Ａ，３２Ａを備える点が異なる。
【０１３８】
出力導波路３１Ａ，３２Ａは、それぞれ、出力ポートＰ３１，Ｐ３２に接続される。すなわち、出力ポートＰ３１および出力ポートＰ３２には、それぞれ、出力導波路３１Ａ，３２Ａが接続される。
【０１３９】
なお、光分波器１００Ｂの用途は、図２の光分波器１００と同様である。
【０１４０】
前述したように、多モード干渉部１０は、多モード干渉部１０Ｎと比較して、出力ポートＰ３１Ａ，Ｐ３２Ａの各々における光の出射される位置が異なるよう、光の出射端面の形状を変えた構造を有する。具体的には、多モード干渉部１０は、多モード干渉部１０Ｎと比較して、段差１１（突起部１０ｘ）が設けられている点が異なる。多モード干渉部１０のそれ以外の構成は、多モード干渉部１０Ｎと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【０１４１】
前述したように、多モード干渉部１０は、出射端面１０ｂの２ヶ所で収束光を得られるように構成されている。
【０１４２】
出力ポートＰ３１は、前述したように、出力対象の収束光の位置に合わせて、出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から、出射端面１０ｂの約１／４の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３２は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約３／４の長さだけ離れた位置に接続されている。
【０１４３】
前述したように、出力導波路３１Ａは、出力導波路３１と比較して、テーパ構造を有する点が異なる。具体的には、出力導波路３１Ａは、テーパ部ＴＰ１と棒状部３１ｎとを有する。棒状部３１ｎの形状は、四角注または円柱である。すなわち、棒状部３１ｎは、当該棒状部３１ｎの長手方向に亘って同じ幅を有する。すなわち、棒状部３１ｎは、該棒状部３１ｎ全体に亘って幅が一定である。
【０１４４】
また、前述したように、出力導波路３２Ａは、出力導波路３２と比較して、テーパ構造を有する点が異なる。具体的には、出力導波路３２Ａは、テーパ部ＴＰ２と棒状部３２ｎとを有する。棒状部３２ｎは、棒状部３１ｎと同じ形状を有する。テーパ部ＴＰ１およびテーパ部ＴＰ２は、それぞれ、出力ポートＰ３１および出力ポートＰ３２に接続される。
【０１４５】
テーパ部ＴＰ１は、出力ポートＰ３１Ａから遠ざかる程該出力導波路３１Ａの幅が小さくなるテーパ構造を有する。棒状部３１ｎは、テーパ部ＴＰ１に接続される。具体的には、棒状部３１ｎは、テーパ部ＴＰ１のうち幅が最も小さい一端と接続される。テーパ部ＴＰ２は、出力ポートＰ３２Ａから遠ざかる程該出力導波路３２Ａの幅が小さくなるテーパ構造を有する。棒状部３２ｎは、棒状部３１ｎと同様、テーパ部ＴＰ２のうち幅が最も小さい一端と接続される。
【０１４６】
例えば、テーパ部ＴＰ１のテーパ構造は、出射端面１０ｂ付近の出力導波路３１Ａの幅を大きくし、出力ポートＰ３１付近の収束光を出力導波路３１Ａ内に収容する構造である。当該構造により、出射端面１０ｂにおいて、入力ポートＰ２１側に戻る反射光の強度を減らすことが出来る。しかしながら、出射端面１０ｂでの出力導波路の幅を大きくするほど、光の伝搬損失が増大する。なお、テーパ部ＴＰ２のテーパ構造も、テーパ部ＴＰ１と同様である。
【０１４７】
そこで、本実施の形態では、出射端面１０ｂの段差構造と出力導波路のテーパ構造とを併用する。これにより、光の伝搬損失を増大させず、低反射な光分波器を実現できる。
【０１４８】
なお、光分波器１００Ｂは、たとえば、実施の形態１と同じＩｎＧａＡｓＰ系の半導体光回路により作製される。導波路の断面構造とウエハプロセスは、実施の形態１とおなじであるので説明を省略する。
【０１４９】
次に、光分波器１００Ｂの詳細な構成について説明する。入力ポートＰ２１に接続される入力導波路２１の幅は、１．８μｍである。出力ポートＰ３１，Ｐ３２にそれぞれ接続される出力導波路３１Ａ，３２Ａの各々において最も小さい幅は、１．８μｍである。
【０１５０】
ＭＭＩ部（多モード干渉部１０）の幅Ｗ１は、１６．０μｍである。実施の形態１と同様、入力ポートＰ２１は、入射端面１０ａの中央に配置される。端面１０ｃから出力導波路３１Ａの幅方向の中心までの距離Ｘ２は、３．０５μｍである。端面１０ｄから出力導波路３２Ａの幅方向の中心までの距離Ｘ３は、３．０５μｍである。
【０１５１】
また、前述したように、出射端面１０ｂの中央に段差１１が設けられる。具体的には、多モード干渉部１０には、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間に段差１１が設けられるように、突起部１０ｘが設けられる。これにより、ＭＭＩ長手方向における出力ポートＰ３１，Ｐ３２の各々の位置が異なるように、出力ポートＰ３２の位置がずれる。
【０１５２】
段差１１の大きさｄは、０．１２μｍに設定される。端面１０ｃの長さＬ１は、２６８．０μｍである。端面１０ｄの長さＬ２は、２６８．１２μｍである。
【０１５３】
各出力導波路のテーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の出射端面１０ｂにおける幅は、２．８μｍである。また、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の長さは、５０μｍである。テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の形状は、台形である。
【０１５４】
テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々は、対応する出力ポートから遠ざかるにつれて、幅が２．８μｍ〜最小値１．８μｍまで小さくなる。テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々において、幅が最小値の部分は、棒状部と接続される。
【０１５５】
なお、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の形状は、斜辺が直線である台形に限定されない。例えば、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の形状は、斜辺が曲線とした構成であってもよい。この構成の場合、例えば、テーパ部ＴＰ１において幅が最小の部分は、当該曲線により、棒状部３１ｎとなめらかに接続される。
【０１５６】
なお、導波モードの有効屈折率は、実施の形態１の場合とほぼ同じである。そのため、本実施の形態における段差１１の大きさｄは、実施の形態１の場合と同様である。
【０１５７】
以上のような、構造とすることにより、本実施の形態に係る光分波器１００Ｂは、実施の形態１，２の構成よりも、さらに低反射化することができるとともに、使用される光の波長範囲を増大（広帯域化）させることが可能になる。すなわち、光分波器１００Ｂは、低反射な光カプラである。したがって、このような光分波器１００Ｂを、光集積回路（光集積素子）に設けた場合、当該光集積回路内部における反射戻り光を低減できる。そのため、レーザ、光増幅器等の集積化が容易になる。
【０１５８】
＜実施の形態３の変形例＞
図１７は、本発明の実施の形態３の変形例に係る光分波器１００Ｃの構成を示す図である。光分波器１００Ｃは、図１１の光分波器１００Ａに、実施の形態３のテーパ部の構造を適用させたものである。
【０１５９】
図１７を参照して、光分波器１００Ｃは、光分波器１００Ａと比較して、出力導波路３３，３１，３２，３４の代わりに出力導波路３３Ａ，３１Ａ，３２Ａ，３４Ａを備える点とが異なる。光分波器１００Ｃのそれ以外の構成は、光分波器１００Ａと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【０１６０】
出力導波路３３Ａ，３１Ａ，３２Ａ，３４Ａは、それぞれ、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４に接続される。出力導波路３３Ａは、出力導波路３１Ａと同じ形状およびサイズを有する。出力導波路３４Ａは、出力導波路３２Ａと同じ形状およびサイズを有する。例えば、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の出射端面１０ｂにおける幅は、２．８μｍである。また、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の長さＸ６は、５０μｍである。テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々は、対応する出力ポートから遠ざかるにつれて、幅が２．８μｍ〜最小値１．８μｍまで小さくなる。
【０１６１】
以上の構成においても、実施の形態２と同様な効果を得ることができる。したがって、反射光の干渉により低反射な光分波器を得ることが出来る。
【０１６２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態、実施の形態の変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態、実施の形態の変形例を適宜、変形、省略することが可能である。
【０１６３】
例えば、本発明は、実施の形態１，２，３の構成に限定されず、光路長ＬＸ１と光路長ＬＸ２とが異なる構成であれば、他の構成であってもよい。また、各実施の形態の光分波器における出力ポートの数は、２，４に限定されず、６以上の偶数であってもよい。
【符号の説明】
【０１６４】
１０，１０Ａ，１０Ｎ，１０ＮＡ  多モード干渉部、１０ａ  入射端面、１０ｂ  出射端面、１０ｂ１，１０ｂ２，１０ｃ，１０ｄ  端面、１０ｘ  突起部、１１  段差、２１  入力導波路、３１，３１Ａ，３２，３２Ａ，３３，３３Ａ，３４，３４Ａ  出力導波路、３１ｎ，３２ｎ  棒状部、５０  基板、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１０００，１０００Ａ，１０００Ｂ  光分波器、Ｐ２１  入力ポート、Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４  出力ポート、ＴＰ１，ＴＰ２  テーパ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図４】
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【図５】
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【図１２】
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【図１３】
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