(57)【要約】【課題】遅延量の設計や調整を容易にする。【解決手段】マッハツェンダー合波・分波フィルター１００は、一段目の第１，第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０と、二段目のマッハツェンダー干渉計１３０により構成されている。第１，第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０の遅延量は同一にしているが、カップラー１１３ａ，１１３ｂ、１２３ａを２入力２出力型のカップラーにするのに対して、カップラー１２３ｂを２入力１出力型のカップラーにすることにより、第１，第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０の位相差を９０°にしている。第１，第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０の遅延量が同一であるため、遅延部の設計の微調整が不要となり、温度特性もカップラーの位相遅延の温度依存性だけとなる。【選択図】図１
2014134561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のカップラーと、第２のカップラーと、前記第１のカップラーと前記第２のカップラーとを接続する一対のアーム導波路とからなる第１のマッハツェンダー干渉計と、
第３のカップラーと、第４のカップラーと、前記第３のカップラーと前記第４のカップラーとを接続する一対のアーム導波路とからなる第２のマッハツェンダー干渉計と、
前記第２のカップラー及び前記第４のカップラーに接続された合波・分波器と、
を備えたマッハツェンダー合波・分波フィルターにおいて、
前記第１のマッハツェンダー干渉計のアーム導波路により形成される遅延回路の遅延量と、前記第２のマッハツェンダー干渉計のアーム導波路により形成される遅延回路の遅延量とが同じであり、
前記第１のカップラーと、前記第２のカップラーと、前記第３のカップラーが２入力２出力型のカップラーであり、前記第４のカップラーが２入力１出力型のカップラーであることを特徴とするマッハツェンダー合波・分波フィルター。
【請求項２】
前記合波・分波器が、マッハツェンダー干渉計またはＭＭＩカップラーまたはＹ分岐スプリッターのいずれか一つであることを特徴とする請求項１のマッハツェンダー合波・分波フィルター。
【請求項３】
前記第１のカップラーと前記第２のカップラーと前記第３のカップラーのそれぞれが、ＭＭＩカップラーまたは方向性結合器のいずれか一つであり、前記第４のカップラーが、ＭＭＩカップラーまたはＹ分岐スプリッターのいずれか一つであることを特徴とする請求項１または請求項２のマッハツェンダー合波・分波フィルター。
【請求項４】
前記第４のカップラーがＭＭＩカップラーであり、このＭＭＩカップラーの出力導波路に隣接してモニター用の導波路が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２のマッハツェンダー合波・分波フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いる複数波長の光を合波・分波する機能を有するマッハツェンダー合波・分波フィルターに関し、マッハツェンダー干渉計の遅延回路に設定する遅延量の設計や調整が容易にできるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
長距離伝送だけではなく、近年はＬＡＮ（Local Area Network：ローカルエリアネットワーク）の高速伝送に対応するように、ＬＡＮの光化が進んでいる。100Gbpsのイーサネット（登録商標）仕様は、すでに策定されており、シングルモード光ファイバを用いて、それぞれ10km、40kmを伝送する100GBASE-LR4、100GBASE-ER4として４波（４つの異なる波長）の光信号を使用して、それぞれの波長で約25Gbpsの伝送を行うことで25Gbps×4＝100Gbpsのデータ伝送を実現する方式が採用されている。
【０００３】
このようにＬＡＮの大容量化を目指した光化に伴い、１本の光ファイバを用いて４波の光信号の伝送を行う方式の伝送システムにおいて、光源として有力とされているのが、４波分のＤＦＢ（distributed feedback：分布帰還型）レーザと変調器を集積したものである（非特許文献１参照）。
非特許文献１に示す光源は、規格上の４波の光を出力する４つのレーザを１つのチップに集積した構成になっており、それぞれバルクの部品を接続して４波分の光源とするものであり、より小型化できると共に、温度調整機構などの個数も減らせることから、消費電力の節減という点で期待されている。
【０００４】
しかし、非特許文献１の構成では、４×１ＭＭＩカップラー（４入力１出力の多モード干渉（multimode interference）カップラー）を４波の合波器として使用している。４×１ＭＭＩカップラーは、４波の合波器として使用した場合、原理損失として６ｄＢの損失がある。つまり原理上25％の出力しか外部に取り出すことができない構成であるため、多くの光を無駄にしている。
【０００５】
そこで、この合波フィルター（合波器）を低損失なものに置き換えることが試みられている。このような箇所に用いられる合波フィルターとしてArrayed waveguide gratings (ＡＷＧ：アレイ導波路グレーティング)や、etched planar concave gratings (ＰＣＧｓ)などが知られているが、ＡＷＧやＰＣＧｓは、４波のＭＵＸ（Multiplexer：合波器）フィルターとしてはサイズが大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、考えられるのが遅延回路を含むマッハツェンダー干渉計を用いた合波フィルター（マッハツェンダー合波・分波フィルター）である。４波の光を合波する場合には、一段目の２つのマッハツェンダー干渉計と、２段目の１つのマッハツェンダー干渉計にて合波フィルターを実現でき（後述する図６参照）、またそのサイズもＡＷＧやＰＣＧｓに比べて小さくできるメリットがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Fujisawa et al ,“1.3-μm 4×25-Gb/s Monolithically Integrated Light Source for Metro Area 100-Gb/s Ethernet",IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 23, NO. 6, MARCH 15, 2011
【非特許文献２】K. Watanabe et al., "Trimming of InP-based Mach-Zehnder interferometer by filling side cladding of high-mesa waveguide with resin", Electronics letters, VOL. 47, NO. 22, 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マッハツェンダー干渉計を多段に組み合わせて合波フィルターとする際に問題となる事項が２つある。
【０００９】
１つの問題は絶対波長である。製造誤差によりＦＳＲ (Free Spectral Range：自由スペクトル領域)は、設計から大きくずれることはほとんどないが、絶対波長は、製造誤差により大きく変わる。
これに対しては、製造後になんらかの方法により調整する機構を設ければ良い。たとえば、非特許文献２に示されているように、半導体ハイメサ導波路側面に樹脂を充填して調整する方法などがあげられる。
【００１０】
４波の光を合波する場合には、一段目の２つのマッハツェンダー干渉計が少なくとも必要となる（なお、二段目はマッハツェンダー干渉計でなくても、ＭＭＩカップラーやＹ分岐スプリッターを使用することができる）。
この場合、一段目の第１のマッハツェンダー干渉計に設定した遅延量と一段目の第２のマッハツェンダー干渉計に設定した遅延量を、９０°の位相差がつくように微調整する。つまり、第１のマッハツェンダー干渉計から出力される光と、第２のマッハツェンダー干渉計から出力される光の位相差が、９０°となるように、第１及び第２のマッハツェンダー干渉計に設定する遅延量を微調整する必要がある。このように微調整することが、もう１つの問題である。
【００１１】
ここで、マッハツェンダー干渉計フィルターの動作を説明する。なお以下に示す数値、材料は一例であり、他の数値、材料であっても無論構わない。
【００１２】
ここでは、InP半導体基板上に形成したInGaAsPをコアに持つハイメサ構造を導波路としてもつ、波長（λ）1.3μｍ帯でλ１=1295.5 ｎｍ, λ２= 1300.0 ｎｍ, λ３=1304.5 ｎｍ, λ４=1309 ｎｍの４波の光を合波する合波フィルターについて説明する。
なお本明細書では、λ（λ１，λ２，λ３，λ４）は、異なる光を示すと同時に、各光の波長も表すものとして用いる。例えば、λ１は、ある一つの光を示すと同時にこの光の波長がλ１であることも表している。
【００１３】
図４は、１つのマッハツェンダー干渉計１を示した図である。このマッハツェンダー干渉計１は、２つの入力導波路２ａ，２ｂと、２つの３ｄＢカップラー３ａ，３ｂと、３ｄＢカップラー３ａと３ｄＢカップラー３ｂとを接続する一対の（上側、下側の）アーム導波路４ａ，４ｂと、２つの出力導波路５ａ，５ｂからなる。アーム導波路４ａ，４ｂには、両者の導波路を通過してくる光に位相差を付けるための遅延回路が形成されている。遅延回路とは、上側アーム導波路２ａの長さと下側アーム導波路２ｂの長さとの差により形成されたものである。
【００１４】
今、遅延回路を形成するアーム導波路４ａ，４ｂの実効屈折率が3.243であるとして（波長分散特性を無視して）、遅延量（上側アーム導波路４ａの長さと下側アーム導波路４ｂの長さの差）ΔＬ１が28.056 μｍであるとする。
【００１５】
入力導波路２ａから白色光（ブロードな光）を入力した場合、出力導波路５ａ，５ｂに現れる光のスペクトルを計算によって求めたものが図５（ａ）である。
出力導波路５ａからの出力１が実線で、出力導波路５ｂからの出力２が点線で示される。出力１ではλ４の1.309μｍ波長ではＯＮつまり光が通過してくる状態であり、λ２=1.300μｍ付近では逆に遮断される特性になる。出力２ではそれらが反転する。
この場合は、白色光を入力導波路２ａから入力した場合で説明したが、光の相反性から入力導波路２ａから波長1.300 μｍの光λ２を、入力導波路２ｂから1.309 μｍの波長の光λ４を入力すると出力導波路５ａからの出力１に両者の光λ２，λ４が合波され出力されることがわかる。
【００１６】
λ１とλ３の光を合波しようとすると、遅延量として図５（ａ）の特性に対して９０°分の位相差を遅延回路に付与する必要があるので、遅延量を変更してΔＬ２＝27.959 μｍとして計算すると、今度は、λ１とλ３の光を合波することができ図５（ｂ）の特性を得る。
【００１７】
λ１, λ３の光の組みに、λ２、λ４の光の組みをさらに合波するため、遅延量ΔＬを前のλ２、λ４を合波したときの遅延量ΔＬ１の倍の値ΔＬ３ = 56.112 μｍに設定すると、図５（ｃ）のような特性が得られる。
【００１８】
したがって、図６に示すマッハツェンダー合波・分波フィルターのように、遅延量がΔＬ１となっている２入力２出力の一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１Ａと、遅延量がΔＬ２となっている２入力２出力の一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１Ｂを並べ、第１，第２のマッハツェンダー干渉計１Ａ，１Ｂそれぞれの出力を、遅延量がΔＬ３となっている２入力２出力の二段目の第３のマッハツェンダー干渉計１Ｃに入力する構成を取るようにすれば、λ１、λ２、λ３、λ４の４つの光を１つの導波路に合波することが可能である。
なお図６において、ｉｎは入力ポートを、ｏｕｔは出力ポートを、ｍｏはモニターポートを示す。
【００１９】
このように一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１Ａと一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１Ｂは遅延量ΔＬが微妙に違う構成で非常によく似ているが、両者の位相特性が常に９０°分の位相差となっているずれた関係が求められる。
【００２０】
しかし、これを実際に作ることは非常に難しい。まず設計がそもそも、遅延量ΔＬを微妙に変えなければならないため煩雑になる。また製造においても、設計で付けた微妙な遅延量ΔＬの再現をすることは非常に困難である。仮にできたとして一段目の２つのマッハツェンダー干渉計１Ａ，１Ｂが９０°の位相関係であったとしても、絶対波長が合っていない場合には、なんらかの手法でトリミングすることになるが、それぞれ違ったトリミングを実施しなければならず、９０°の位相関係のずれを再度壊すことになってしまう問題がある。
【００２１】
この遅延量は、導波路を構成する材料の屈折率によるが、半導体を用いた回路の場合は、100ｎｍ程度しかない（真空中で1.3μｍの波長だとすると屈折率３の材料の中では、その１／３の波長になり、さらに９０°の位相差、つまり４分の１波長なのでおよそ100ｎｍ程度になる）。あくまで遅延量の差が数百ｎｍ程度であり、遅延量を発生させるために必要な実際の上側アームと下側アームの長さは実際もっと長い。それにもかかわらず、２つの一段目のマッハツェンダー干渉計１Ａ，１Ｂでは設計上の違いでわずかに0.1μｍの差を付けて設計し、それを歩留りよく製造しなければならならない。
【００２２】
また、一段目の第１及び第２のマッハツェンダー干渉計１Ａ，１Ｂの遅延量が異なるので、素子が置かれる外気の温度が変化した場合、絶対波長もずれるが、第１及び第２のマッハツェンダー干渉計１Ａ，１Ｂが示す透過波長の間隔も相対的にずれる問題が生じることになる。つまり遅延を微妙に変えたマッハツェンダー干渉計を１段目の合波器に使用すると、温度特性が、一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１Ａと一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１Ｂの間で異なる。
【００２３】
さらには、絶対波長を何らかの方法で製造後に調整するとしても、一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１Ａと一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１Ｂで遅延量そのものが異なるので、調整量も異なる。このように、それぞれに違う調整量が必要になり、調整に時間がかかるという問題があった。
【００２４】
本発明は、上記従来技術に鑑み、マッハツェンダー合波・分波フィルターにおける一段目の第１と第２のマッハツェンダー干渉計の位相差を９０°にするために設定する遅延量の設計や調整を容易に行うことができる、マッハツェンダー合波・分波フィルター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】
【００２５】
上記課題を解決する本発明の構成は、第１のカップラーと、第２のカップラーと、前記第１のカップラーと前記第２のカップラーとを接続する一対のアーム導波路とからなる第１のマッハツェンダー干渉計と、
第３のカップラーと、第４のカップラーと、前記第３のカップラーと前記第４のカップラーとを接続する一対のアーム導波路とからなる第２のマッハツェンダー干渉計と、
前記第２のカップラー及び前記第４のカップラーに接続された合波・分波器と、
を備えたマッハツェンダー合波・分波フィルターにおいて、
前記第１のマッハツェンダー干渉計のアーム導波路により形成される遅延回路の遅延量と、前記第２のマッハツェンダー干渉計のアーム導波路により形成される遅延回路の遅延量とが同じであり、
前記第１のカップラーと、前記第２のカップラーと、前記第３のカップラーが２入力２出力型のカップラーであり、前記第４のカップラーが２入力１出力型のカップラーであることを特徴とする。
【００２６】
また本発明の構成は、前記合波・分波器が、マッハツェンダー干渉計またはＭＭＩカップラーまたはＹ分岐スプリッターのいずれか一つであることを特徴とする。
【００２７】
また本発明の構成は、前記第１のカップラーと前記第２のカップラーと前記第３のカップラーのそれぞれが、ＭＭＩカップラーまたは方向性結合器のいずれか一つであり、前記第４のカップラーが、ＭＭＩカップラーまたはＹ分岐スプリッターのいずれか一つであることを特徴とする。
【００２８】
また本発明の構成は、前記第４のカップラーがＭＭＩカップラーであり、このＭＭＩカップラーの出力導波路に隣接してモニター用の導波路が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、一段目の第１，第２のマッハツェンダー干渉計と、二段目の合波・分波器により構成されているマッハツェンダー合波・分波フィルターにおいて、第１，第２のマッハツェンダー干渉計の遅延量は同一にしているが、第１，第２のマッハツェンダー干渉計のカップラーのタイプを工夫することにより、第１，第２のマッハツェンダー干渉計の位相差を９０°にしている。
このように、第１，第２のマッハツェンダー干渉計の遅延量が同一であるため、遅延回路の設計の微調整が不要となり、遅延量の設計や調整が容易になる。また、トリミングする際には、第１，第２のマッハツェンダー干渉計に対して同一量のトリミングをすればよく、容易にトリミングができる。さらに第１，第２のマッハツェンダー干渉計の温度特性も等しくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１に係るマッハツェンダー合波・分波フィルターを備えた光源を示す構成図。
【図２】実施例１で用いたマッハツェンダー合波・分波フィルターを拡大して示す構成図。
【図３】本発明の実施例２に係るマッハツェンダー合波・分波フィルターを備えた光源を示す構成図。
【図４】１つのマッハツェンダー干渉計を示す構成図。
【図５】マッハツェンダー干渉計の出力特性を示す特性図。
【図６】従来のマッハツェンダー合波・分波フィルターを示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るマッハツェンダー合波・分波フィルターを、実施例に基づき詳細に説明する。
【００３２】
〔実施例１〕
図１は、本発明の実施例１に係るマッハツェンダー合波・分波フィルター１００を備えた、100GbE用モノリシック集積型の光源１０を示す構成図である。
この光源１０は、半導体レーザ部（Laser diode部：ＬＤ部）２００、電界吸収型変調器部（Electroabsorption modulator部：ＥＡＭ部）３００、フォトダイオード部（PhotoDiode部:ＰＤ部）４００、および、多段のマッハツェンダー干渉計を用いたマッハツェンダー合波・分波フィルター１００からなっている。
なお、マッハツェンダー合波・分波フィルター１００は、光を合波する機能と分波する機能を有しているが、図１に示すように光源１０に組み込んだマッハツェンダー合波・分波フィルター１００は、合波器として機能するものである。
【００３３】
マッハツェンダー合波・分波フィルター１００は、一段目の２つのマッハツェンダー干渉計１１０，１２０と、二段目のマッハツェンダー干渉計（合波・分波器）１３０により構成されている。
ＬＤ部２００は、例えばλ１=1295.5 ｎｍ, λ２= 1300.0 ｎｍ, λ３=1304.5 ｎｍ, λ４=1309 ｎｍの４波の光を発生する４つの半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４により構成されている。
ＥＡＭ部３００は、４つの電界吸収型変調器ＥＡＭ１，ＥＡＭ２，ＥＡＭ３，ＥＡＭ４により構成されている。
ＰＤ部４００は、４つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４により構成されている。
【００３４】
半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４から出力された光λ１，λ２，λ３，λ４は、電界吸収型変調器ＥＡＭ１，ＥＡＭ２，ＥＡＭ３，ＥＡＭ４により変調されてから、マッハツェンダー合波・分波フィルター１００に入力され、後述するように、マッハツェンダー合波・分波フィルター１００を通過することにより合波される。
また、半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４から出力された光λ１，λ２，λ３，λ４は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４により検出される。
【００３５】
ＬＤ部２００は、n型のInP基板上に、n‐InPクラッド、InAlGaAsバリア、InAlGaAs量子井戸からなるＬＤ多重量子井戸活性層、p−InPクラッドを形成してなる。
ＥＡＭ部３００は、n型のInP基板上に、n‐InPクラッド、InGaAsPガイド層、InAlGaAsバリア、InAlGaAs量子井戸からなるＥＡＭ多重量子井戸活性層、p−InPクラッドを形成してなる。
パッシブ部（マッハツェンダー合波・分波フィルター）１００のコア層、上下クラッド層は、ＥＡＭ部３００と同様の構成となっているが絶縁のため上部電極はない。
【００３６】
ここに、ＬＤ部２００の活性層は、バンドギャップ波長が1.3μｍとなるような多重量子井戸構造を用い、ＥＡＭ部３００の活性層は、井戸層のバンドギャップ波長がＬＤ部２００との離調が室温で70 ｎｍとなるように、与えられた歪に対して第１量子化準位間波長が1.23μｍとなるような混晶を用いる。
【００３７】
パッシブ部（マッハツェンダー合波・分波フィルター）１００に関しては、コア層をバンドギャップ波長1.15μｍのInGaAsPとし、下部クラッドはn‐InPとする。バリア材料の組成は基板に格子整合するものとしているが、歪補償の目的でバリア層に歪を導入しても問題は無い。半導体混晶の組成比は、歪量、井戸幅、第一量子化準位間波長によって特定するが、組成比は本発明においては重要事項ではないので、ここでは具体的には述べない。
【００３８】
次に、本実施例に係る変調器を集積した光源１０の製造方法を説明する。
まず、n型のInP基板上に、ＬＤ部２００の下部クラッド、活性部を成長させる。ウェットエッチングによってＬＤ部２００の必要な部分以外をエッチングにより削り、ＥＡＭ部３００の活性部、パッシブ部（マッハツェンダー合波・分波フィルター）１００のコア層をバットジョイント再成長する。
【００３９】
さらに、ＬＤ部２００、ＥＡＭ部３００、パッシブ部（マッハツェンダー合波・分波フィルター）１００の必要な部分以外をエッチングにより削って、パッシブ部（マッハツェンダー合波・分波フィルター）１００のコア層をバットジョイント再成長する。
【００４０】
ＬＤ部２００に回折格子を形成した後、p-InP上部クラッドを2μｍ成長し、さらにp-InGaAsのコンタクト層を成長させることで、半導体レーザ部２００、および電界吸収型変調器部３００、マッハツェンダー合波・分波フィルター１００を作り込むウェハーが完成する。
【００４１】
ここで、このまま、多段のマッハツェンダー合波・分波フィルター１００を作りこむと、上部クラッドがp-InPであるために、光の損失が大きく、出射光パワーが小さくなってしまう。そこでここでは、この状態からさらに、パッシブ部（マッハツェンダー合波・分波フィルター）１００の上部クラッドをエッチングによって削って、ノンドープのInPをバットジョイント再成長する。
【００４２】
完成したウェハーにおいて、ＬＤ部２００、ＥＡＭ部３００、パッシブ部（マッハツェンダー合波・分波フィルター）１００、ＰＤ部４００にリッジ導波路形成プロセスを施し、パッシブ部（マッハツェンダー合波・分波フィルター）１００にハイメサ導波路形成プロセス、及び電極形成プロセスを施し、へき開後に、チップの前後端面に無反射コーティングを施すことによって、素子としての光源１０が完成する。
【００４３】
図２は、本発明におけるパッシブ部分であるマッハツェンダー合波・分波フィルター１００だけを拡大した構成図である。
このマッハツェンダー合波・分波フィルター１００は、遅延量がΔＬ１（＝28.056μｍ）となっている一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１１０と、遅延量が同じくΔＬ１（＝28.056μｍ）となっている一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０と、遅延量がΔＬ３（＝ΔＬ１×２＝56.112μｍ）となっている二段目のマッハツェンダー干渉計１３０により構成されている。
二段目のマッハツェンダー干渉計１３０は、一段目の第１及び第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０に接続されて、第１及び第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０から出力される光を合波するものである。
【００４４】
このように、一段目の第１，第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０の遅延量を同一の遅延量ΔＬ１にしていることが、本発明の一つの特徴である。
【００４５】
一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１１０は、２つの入力導波路１１２ａ，１１２ｂと、２×２ＭＭＩ型の第１のカップラー１１３ａと、２×２ＭＭＩ型の第２のカップラー１１３ｂと、第１のカップラー１１３ａと第２のカップラー１１３ｂとを接続する一対のアーム導波路１１４ａ，１１４ｂと、２つの出力導波路１１５ａ，１１５ｂからなる。
遅延量がΔＬ１となっている遅延回路を形成するように、アーム導波路１１４ａの長さとアーム導波路１１４ｂの長さに差をつけている。
【００４６】
出力導波路１１５ａは、二段目のマッハツェンダー干渉計１３０の入力側に接続されている。つまりマッハツェンダー干渉計１３０は、出力導波路１１５ａを介して、マッハツェンダー干渉計１１０の第２のカップラ―１１３ｂに接続されている。
出力導波路１１５ｂは、チップ端にまで導波路として伸び、モニタリングポートｍｏとなっている。このモニタリングポートを通じて、一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１１０の特性評価をすることができる。
【００４７】
一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０は、２つの入力導波路１２２ａ，１２２ｂと、２×２ＭＭＩ型の第３のカップラー１２３ａと、２×１ＭＭＩ型の第４のカップラー１２３ｂと、第３のカップラー１２３ａと第４のカップラー１２３ｂとを接続する一対のアーム導波路１２４ａ，１２４ｂと、１つの出力導波路１２５ａからなる。
遅延量がΔＬ１となっている遅延回路を形成するように、アーム導波路１２４ａの長さとアーム導波路１２４ｂの長さに差をつけている。
【００４８】
出力導波路１２５ａは、二段目のマッハツェンダー干渉計１３０の入力側に接続されている。つまりマッハツェンダー干渉計１３０は、出力導波路１２５ａを介して、マッハツェンダー干渉計１２０の第４のカップラー１２３ｂに接続されている。
【００４９】
このように一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１１０においては、第２のカップラー１１３ｂを２×２ＭＭＩ型のカップラーとしているのに対して、一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０においては、第４のカップラー１２３ｂを２×２ＭＭＩ型のカップラーではなく２×１ＭＭＩ型のカップラーとしていることが、本発明のもう一つの特徴である。
【００５０】
９０°の位相差を、一段目の第１のマッハツェンダー干渉計と一段目の第２のマッハツェンダー干渉計との間で設ける場合には、従来では前述したように第１と第２のマッハツェンダー干渉計の遅延量を調整していた。
【００５１】
一方、本実施例の構成では、
（α）  一段目の第１及び第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０の遅延量は同じくΔＬ１にするが、
（β）  第１のマッハツェンダー干渉計１１０の第２のカップラー１１３ｂを、２×２ＭＭＩ型のカップラーとしているのに対して、第２のマッハツェンダー干渉計１２０の第４のカップラー１２３ｂを、２×２ＭＭＩ型のカップラーではなく２×１ＭＭＩ型のカップラーとしている。
【００５２】
上記の（α），（β）の構成を採用することにより、一段目の第１及び第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０間の位相差を９０°にしている。つまり、第１のマッハツェンダー干渉計１１０から出力される光と、第２のマッハツェンダー干渉計１２０から出力される光の位相差が、９０°となるようにしている。
これは、光が２×２ＭＭＩ型のカップラーを通過する場合と、光が２×１ＭＭＩ型のカップラーを通過する場合とで位相差が９０°異なる点に着目して構成したものである。即ち、光が２×１ＭＭＩ型のカップラーを通過する際に発生する光の遅延量が、位相量にしてπ／２になる点に着目して構成したものである。
【００５３】
二段目のマッハツェンダー干渉計（合波・分波器）１３０は、２つの入力導波路１３２ａ，１３２ｂと、２×２ＭＭＩ型の第５のカップラー１３３ａと、２×２ＭＭＩ型の第６のカップラー１３３ｂと、第５のカップラー１３３ａと第６のカップラー１３３ｂとを接続する一対のアーム導波路１３４ａ，１３４ｂと、２つの出力導波路１３５ａ，１３５ｂからなる。
遅延量がΔＬ３となっている遅延回路を形成するように、アーム導波路１３４ａの長さとアーム導波路１３４ｂの長さに差をつけている。
【００５４】
出力導波路１３５ａは、チップ端にまで導波路として伸び、モニタリングポートｍｏとなっている。このモニタリングポートを通じて、二段目のマッハツェンダー干渉計１３０の特性評価をすることができる。出力導波路１３５ｂは、チップ端にまで導波路として伸び、出力ポートｏｕｔとなっている。
【００５５】
上記構成となっているマッハツェンダー合波・分波フィルター１００では、一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１１０に入力された光λ２，λ４は、このマッハツェンダー干渉計１１０を通過することにより合波され、二段目のマッハツェンダー干渉計１３０に入力される。
一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０に入力された光λ１，λ３は、このマッハツェンダー干渉計１２０を通過することにより合波され、二段目のマッハツェンダー干渉計１３０に入力される。
【００５６】
一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１１０を通過して二段目のマッハツェンダー干渉計１３０に入力される合波された光λ２，λ４と、一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０を通過して二段目のマッハツェンダー干渉計１３０に入力される合波された光λ１，λ３との位相差は９０°になっている。
このため、二段目のマッハツェンダー干渉計１３０に入力される、光λ２，λ４と光λ１，λ３は二段目のマッハツェンダー干渉計１３０を通過することにより合波され、出力導波路１３５ｂ及び出力ポートｏｕｔを介して出力される。つまり、４波の光λ２，λ４，λ１，λ３が合波されて出力される。
【００５７】
一段目の第１及び第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０間の位相差を９０°にするために、上述した（α），（β）に示す構成を採用したことにより得られる利点は、次の通りである。
【００５８】
第一、第二のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０間でわずか９０°の位相差を与える場合において、それぞれのマッハツェンダー干渉計１１０，１２０の遅延量の調整が不要であり、同一の設計でよく、設計上も非常に効率よく設計できる。
従来のように遅延量を調整して第一、第二のマッハツェンダー干渉計間の位相差を調整した場合に比べて、カップラーにて位相差を調整した方が、製造誤差にも強く、製造精度がやや粗くても９０°の位相関係を保つことができる。
【００５９】
本実施例のように、マッハツェンダー合波・分波フィルター１００をレーザ光のＭＵＸ（合波器）として利用した場合、レーザの発振波長とマッハツェンダー合波・分波フィルター１００の透過波長が製造誤差により異なる場合がある。しかし、第一、第２のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０は、同一基板に隣接されたもので同一遅延量を有する。つまり第一、第二のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０の透過波長が、当該波長とズレていたとしても、これら二つのズレの量はほぼ等しくなる。
【００６０】
この場合、なんらかの方法でマッハツェンダー干渉計１１０，１２０の特性を調整して透過波長と、レーザ発振波長を一致させる訳だが、本実施例の構成では同じだけのトリミング量をマッハツェンダー干渉計１１０，１２０に対して施せばよい。
【００６１】
一方、従来の９０°の位相差を遅延量にて形成した場合は、９０°の位相関係そのものがズレることもあるので、それぞれの調整量が異なることがある。しかしながら本実施例の構成では、同一調整量でいいので、調整時間の短縮が可能である。
【００６２】
またここでは、第一、第二のマッハツェンダー干渉計１１０，１２０の単アーム側は直線の場合で図示しているが、ΔＬ１の遅延量を設定できるのであれば２つのアーム導波路を曲線で構成しても同じである。
【００６３】
ここでは、一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０の第４のカップラー１２３ｂを２×１ＭＭＩ型のカップラーとしたが、一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１１０の第２のカップラー１１３ｂを２×１ＭＭＩ型のカップラーとし、一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０の第４のカップラー１２３ｂを２×２ＭＭＩ型のカップラーとする構成にしても、図１，図２に示すものと同様の作用効果を実現可能であることは言うまでもない。
つまり、図１の例では、マッハツェンダー干渉計１１０を第１のマッハツェンダー干渉計、マッハツェンダー干渉計１２０を第２のマッハツェンダー干渉計としているが、マッハツェンダー干渉計１１０を第２のマッハツェンダー干渉計、マッハツェンダー干渉計１２０を第１のマッハツェンダー干渉計としてもよい。
【００６４】
また上記実施例では、一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１１０の第２のカップラー１１３ｂと一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０の第４のカップラー１２３ｂの、何れか一方を２×２ＭＭＩ型のカップラーにし、何れか他方を２×１ＭＭＩ型のカップラーにしているが、２入力１出力（２×１）型のカップラーとしてはＭＭＩ型のカップラーに限定されるものではない。例えば、一方の２×２ＭＭＩ型のカップラーに対して、カップラー通過時の位相差が９０°付くＹ分岐型の２×１カップラー（Ｙ分岐スプリッター）を採用することもできる。
【００６５】
また上記実施例では、第１のカップラー１１３ａ，第２のカップラー１１３ｂ，第３のカップラー１２３ａを、２×２ＭＭＩ型のカップラーにしているが、これらカップラー１１３ａ，１１３ｂ，１２３ａを２入力２出力の方向性結合器で構成することもできる。
【００６６】
〔実施例２〕
図３は本発明の実施例２に係る、マッハツェンダー合波・分波フィルター１００Ａを備えた、100GbE用モノリシック集積型の光源１０Ａを示す構成図である。
この実施例２では、一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０の２×１ＭＭＩ型の第４のカップラー１２３ｂのボディーの端に、出力導波路１２５ａに隣接するモニター用の導波路１２６を形成している。このモニター用の導波路１２６はチップ端まで伸びて、第２のマッハツェンダー干渉計１２０の特性をモニターするためのモニターポートＭＯを形成している。
他の部分の構成は、図１及び図２に示す光源１０と同じである。
【００６７】
第４のカップラー１２３ｂとして２×１ＭＭＩ型のカップラーを用いた場合は、第２のマッハツェンダー干渉計１２０の特性をモニターするためのモニターポートＭＯを設置することが好ましい。
【００６８】
２×１ＭＭＩ型のカップラーを用いた場合のモニターポートＭＯについて説明する。
通常の２×１ＭＭＩ型のカップラーの構成は、２つの入力導波路に、ＭＭＩボディーとなる幅の太いマルチモード導波路が接続され、出力に１つの出力導波路が接続される構成となる。
ＭＭＩボディー部の幅と長さを適当に選ぶことにより、２つの入力から同相で入力された光が、出口導波路に集光する。この時、位相差が生じる場合は、中央部に集光しない。
【００６９】
そこで、この集光しない光を外部まで引き出す方法として、出力導波路１２５ａの横に、もう一つのモニター用の導波路１２６を接続してモニター出力を得ることが可能である。
この場合、メイン（本来の出力）と反転した出力（メインが透過する波長で消光する）が得られるので、メインの透過波長などの情報を得ることが可能となる。
【００７０】
なお、モニター用の導波路１２６を介して出力される光は、２×２ＭＭＩカップラーのポートから出力される光に比べて、３ｄＢ程度その光強度は低下するが、モニターは可能である。特にＬＤ部２００の直後の位置にモニター用の導波路１２６を配置している場合には、光強度が３ｄＢ程度落ちても十分にモニターすることができる。
【００７１】
このモニターポートＭＯがないと、一段目の第１のマッハツェンダー干渉計１１０を透過した出力光と、二段目のマッハツェンダー干渉計１３０を透過した出力光しか得られないので、一段目の第２のマッハツェンダー干渉計１２０をトリミングする際などに、どれぐらい調整すればいいかなどの情報が得られない。
【００７２】
実施例２では、第４のカップラー１２３ｂのボディーの端に、出力導波路１２５ａに隣接するモニター用の導波路１２６によりモニターポートＭＯを形成したため、第２のマッハツェンダー干渉計１２０の特性をモニターすることができ、第２のマッハツェンダー干渉計１２０をトリミングする際の調整量を把握することができる。
【００７３】
〔実施例３〕
図１，図２に示す実施例１や、図３に示す実施例２では、二段目の合波・分波器として、マッハツェンダー干渉計１３０を使用しているが、マッハツェンダー干渉計１３０の代わりに、ＭＭＩカップラーやＹ分岐スプリッターを使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明のマッハツェンダー合波・分波フィルターは、レーザから出力される複数波の光を合波する合波器としてのみならず、複数波の光を分波する分波器としても使用することができる。
例えば図２の例で言えば、合波された４波の光λ１，λ２，λ３，λ４を出力導波路１３５ｂから入力すると、これら光λ１，λ２，λ３，λ４は分波されて、光λ１は入力導波路１２２ｂから、光λ２は入力導波路１１２ａから、光λ３は入力導波路１２２ａから、光λ４は入力導波路１１２ｂから出力される。
【符号の説明】
【００７５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  マッハツェンダー干渉計
２ａ，２ｂ  入力導波路
３ａ，３ｂ  カップラー
４ａ，４ｂ  アーム導波路
５ａ，５ｂ  出力導波路
１０，１０Ａ  光源
１００，１００Ａ  マッハツェンダー合波・分波フィルター
１１０，１２０  一段目のマッハツェンダー干渉計
１３０  二段目のマッハツェンダー干渉計
１１２ａ，１１２ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，１３２ａ，１３２ｂ  入力導波路
１１３ａ，１１３ｂ，１２３ａ，１２３ｂ，１３３ａ，１３３ｂ  カップラー
１１４ａ，１１４ｂ，１２４ａ，１２４ｂ，１３４ａ，１３４ｂ  アーム導波路
１１５ａ，１１５ｂ，１２５ａ，１３５ａ，１３５ｂ  出力導波路
１２６  モニター用の導波路
【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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