(57)【要約】【課題】波長と偏波とを複数含む任意の入力光を、偏波と波長の組で分離する。【解決手段】２個の光カプラ１６及び１８と、２個の光カプラの間を並列に接続する第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂと、一方の光カプラに備えられた第１ポートＰ１と、他方の光カプラに備えられた第２及び第３ポートＰ２及びＰ３とを備え、第１ポートからの入力光ＩＮが含む偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第３成分光Ｃ１〜Ｃ３を、第１及び第２アーム光導波路に合計３個設けられた位相調整領域２２１〜２２３の設定に応じた分配比で第２及び第３ポートから出力させる。【選択図】図２
2014170073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面側に設けられたクラッドとコアとで構成された光導波路を有し、該光導波路が、
２個の光カプラと、
２個の該光カプラの間に並列に設けられ、２個の該光カプラを接続する第１及び第２アーム光導波路と、
一方の前記光カプラに備えられた第１ポートと、
他方の前記光カプラに備えられた第２及び第３ポートと、
前記第１及び第２アーム光導波路の一方又は双方に合計ｊ個（ｊは２以上の整数）設けられた位相調整領域と
を備え、
前記第１ポートから入力される偏波と波長の少なくとも一方が異なる第１〜第ｊ成分光を、設定に応じた分配比で前記第２及び第３ポートから出力させることを特徴とする光干渉器。
【請求項２】
第ｉ成分光Cｉ（ｉは１〜ｊの整数）を、波長がλ(Ci)であり、及び、偏波がＴＥ波及びＴＭ波の何れかである光とし、
第ｋ位相調整領域（ｋは１〜ｊの整数）の光伝搬方向に沿った幾何学的長さLk、前記第ｉ成分光Cｉに関する前記第ｋ位相調整領域の等価屈折率nk(Ci)、及び、前記第ｉ成分光Cｉに関する干渉次数m(Ci)（m(Ci)は正の実数）が、下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光干渉器。
【数１】
2014170073.tif 000004
【請求項３】
前記第１〜第ｊ成分光の内、偏波がＴＥ波であるＴＥ成分光群の干渉次数が１／２×奇数であり、偏波がＴＭ波であるＴＭ成分光群の干渉次数が１／２×偶数であることを特徴とする請求項２に記載の光干渉器。
【請求項４】
前記第ｊ位相調整領域が、前記第１〜第ｊ−１位相調整領域を除いた、前記第１及び第２アーム光導波路の部分領域であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光干渉器。
【請求項５】
前記第１〜第ｊ位相調整領域を除いた、前記第１及び第２アーム光導波路の光路長が互いに等しいことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載に光干渉器。
【請求項６】
前記ｊ個の位相調整領域の少なくとも１領域では、位相調整用クラッドが前記コアの周囲に設けられていて、前記位相調整用クラッドの屈折率が前記クラッドの屈折率と異なることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光干渉器。
【請求項７】
前記ｊ個の位相調整領域の、光伝搬方向に直交し、前記主面に平行な長さである幅が、互いに異なっていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光干渉器。
【請求項８】
前記クラッドの材料として、前記コアの屈折率の７１．４％以下の材料を用いることを特徴とする請求項１〜７のに記載の光干渉器。
【請求項９】
前記コアの材料としてＳｉを用い、前記クラッドの材料として、ＳｉＯｐＮｑ（ただし、ｐ及びｑは、２≧ｐ≧０かつ４／３≧ｑ≧０）を用いることを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の光干渉器。
【請求項１０】
一方及び他方の前記光カプラが、それぞれ方向性結合器であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光干渉器。
【請求項１１】
一方及び他方の前記光カプラが、それぞれ多モード干渉光導波路であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光干渉器。
【請求項１２】
前記ｊ個の位相調整領域の少なくとも１領域が、複数のサブ領域を備えることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の光干渉器。
【請求項１３】
前記主面に垂直な長さである前記コアの厚みが、２００〜５００ｎｍの範囲の値であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の光干渉器。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れか一項に記載の光干渉器を直列に複数段に渡り接続したことを特徴とする光干渉器。
【請求項１５】
２個の光カプラと、２個の該光カプラの間に並列に設けられ、当該２個の光カプラを接続する第１〜第ｕ光導波路（ｕは３以上の整数）と、一方の前記光カプラに備えられた第１ポートと、他方の前記光カプラに備えられた第２〜第ｓポート（ｓは、ｓ≦ｕ＋１の整数）とを備え、
前記第１〜第ｕ光導波路は互いに異なる光路長を有し、
前記第１ポートから、偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第ｒ成分光（ｒは２以上の整数）を含む入力光が入力され、
前記第１〜第ｕ光導波路のそれぞれが第１〜第ｒ位相調整領域を備え、互いに隣接する第ｖ及び第ｖ＋１光導波路（ｖは、１〜ｕ−１の整数）における第１〜第ｒ位相調整領域の長さに応じて、前記第１〜第ｒ成分光をそれぞれ前記第２〜第ｓポートから出力させることを特徴とする光干渉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力された光を、波長と偏波の組み合わせで分離する光干渉器に関する。
【背景技術】
【０００２】
加入者側から局側への光伝送（上り通信）と、局側から加入者側への光伝送（下り通信）とを１本の光ファイバで行う光加入者系通信システム（以下、加入者系システムとも称する。）においては、上り通信及び下り通信に異なる波長の光を用いることがある。この場合、局側及び加入者側の双方で、波長の異なる光を合分波する光素子（以下、光合分波素子とも称する。）が必要となる。
【０００３】
光合分波素子は、発光素子及び受光素子と空間光学的に光軸合わせされて、加入者系システムの加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）や、局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）に用いられる。
【０００４】
上述の光軸合わせの手間を軽減するために、光導波路により構成された光合分波素子が開発されている（例えば、特許文献１〜５参照）。この光導波路を用いた光合分波素子では、光の伝搬経路を、予め作りこまれた光導波路内に限定するので、光合分波素子にレンズやミラー等が不要となる。さらに、発光素子及び受光素子を、予め光合分波素子に作成されたマークを基準にして、光導波路の入出射端に位置合わせすればよい。そのため、発光素子及び受光素子に入出射される光ビームの厳密な光軸合わせの手間が大幅に省かれる。
【０００５】
近年、シリコン（Ｓｉ）を材料とするコアと、Ｓｉとの屈折率差が大きな酸化シリコン（ＳｉＯ２）を材料とするクラッドとで光導波路（以下、Ｓｉ光導波路とも称する。）を構成した光合分波素子が報告されている（例えば、非特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２２，ｐ．２３９２，２００６年１１月
【非特許文献２】Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２３，ｐ．１９６８，２００８年１２月
【非特許文献３】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２３，ｐ．２３８９１，２０１０年１１月
【非特許文献４】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｖｏｌ．２７，ｐ．４１７，Ｆｅｂ  １９，２００９
【非特許文献５】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．１９，ｐ．１８６１４，Ｓｅｐｔ  １２，２０１１
【非特許文献６】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．３６，ｐ．２５９０，Ｊｕｌ  １，２０１１
【非特許文献７】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．１９，ｐ．１０９４０，Ｍａｙ  ２３，２０１１
【非特許文献８】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．２０，ｐ．４０４７，Ｏｃｔ  １５，２０１１
【非特許文献９】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｖｏｌ．２９，ｐ．１８０８，Ｊｕｎ  １５，２０１１
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許４８６０２９４号明細書
【特許文献２】米国特許５７６４８２６号明細書
【特許文献３】米国特許５９６０１３５号明細書
【特許文献４】米国特許７０７２５４１号明細書
【特許文献５】特開平８−１６３０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
Ｓｉ光導波路は、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも非常に大きいので、光の閉じ込めが強い。このため、光を１μｍ程度の小さい曲率半径で曲げる曲線状光導波路を実現することができる。また、Ｓｉ光導波路の製造時に、Ｓｉ電子デバイスでの加工技術が利用できるために、きわめて微細なサブミクロンの断面構造を実現できる。これらのことから、Ｓｉ光導波路を用いることで光合分波素子を小型化することができる。
【０００９】
しかし、Ｓｉ光導波路は、コアの屈折率が大きいので、コアの寸法誤差等の僅かな外乱で、光導波路の等価屈折率に大きな誤差が生じてしまう。これにより、各偏波に関するＳｉ光導波路の等価屈折率がばらつき、偏波間で波長分離能力に差が生じるなどの問題があった。例えば、隣接チャネルとの波長間隔が狭い波長分割多重通信（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）では、各偏波に関する等価屈折率のばらつきにより、隣接チャネルの波長帯域への混信が生じてしまう。
【００１０】
このため、ＷＤＭでは、まず、通信光をＴＥ波とＴＭ波とに偏波分離し、それぞれの偏波ごとに波長を合分波した後に、両偏波を再び統合する方式が有利である。この方式で偏波を分離／統合するためには、偏波分離素子（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）が必要となる。
【００１１】
加入者系システムの光合分波素子と共に用いられるＰＢＳとしては、グレーティング型素子（例えば、非特許文献４参照）、方向性結合器型素子（例えば、非特許文献５〜８参照）、及び干渉器型素子（例えば、非特許文献９参照）等が知られている。
【００１２】
ここで、加入者系システムで広く用いられているＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムでは、１．３１μｍの波長帯域の光（以下、１．３１μｍ光）が上り通信に、１．４９μｍの波長帯域の光（以下、１．４９μｍ光）が下り通信に用いられる。
【００１３】
しかし、これまでに知られているどのＰＢＳも、単一波長の光の偏波分離を行うが、複数の波長の光を同時に偏波分離することができなかった。つまり、従来、１．３１μｍ光と１．４９μｍ光の両者を同時に偏波分離するＰＢＳは存在しなかった。
【００１４】
本発明はこのような技術的背景でなされた。従って、本発明の目的は、１．３１μｍ光と、１．４９μｍ光に限らず波長と偏波の組を複数含む任意の入力光を、偏波と波長で分離するＰＢＳとしても用いることができる光干渉器を得ることにある。以降、入力光を偏波と波長との組み合わせで分離することを、「偏波／波長分離」とも称する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明者は、鋭意検討の結果、光干渉器を構成するアーム光導波路に、偏波／波長分離すべき光の個数と同数の位相調整領域を設けることにより、上述した目的を達成できることに想到した。
【００１６】
従って、この発明の第１の光干渉器は、２個の光カプラと、２個の光カプラの間に並列に設けられ、２個の光カプラを接続する第１及び第２アーム光導波路と、一方の光カプラに備えられた第１ポートと、他方の光カプラに備えられた第２及び第３ポートと、第１及び第２アーム光導波路の一方又は双方に合計ｊ個（ｊは２以上の整数）設けられた位相調整領域とを備えている。
【００１７】
そして、第１ポートから入力される偏波と波長の少なくとも一方が異なる第１〜第ｊ成分光を、設定に応じた分配比で第２及び第３ポートから出力させる。
【００１８】
また、この発明の第２の光干渉器は、２個の光カプラと、２個の光カプラの間に並列に設けられ、両光カプラを接続する第１〜第ｕ光導波路（ｕは３以上の整数）と、一方の光カプラに備えられた第１ポートと、他方の光カプラに備えられた第２〜第ｓポート（ｓは、ｓ≦ｕ＋１の整数）とを備える。そして、第１〜第ｕ光導波路は互いに異なる光路長を有する。
【００１９】
ここで、第１ポートから、偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第ｒ成分光（ｒは２以上の整数）を含む入力光が入力され、第１〜第ｕ光導波路のそれぞれが第１〜第ｒ位相調整領域を備え、互いに隣接する第ｖ及び第ｖ＋１光導波路（ｖは、１〜ｕ−１の整数）における第１〜第ｒ位相調整領域の長さに応じて、第１〜第ｒ成分光をそれぞれ第２〜第ｓポートから出力させる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の光干渉器は、ｊ個の位相調整領域を備えているので、これらの設定に応じて、１．３１μｍ光と１．４９μｍ光に限らず、入力光に含まれる波長と偏波の少なくとも一方が異なるｊ個の成分光を偏波／波長分離できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の光干渉器の構造を概略的に示す模式図である。
【図２】（Ａ）は、実施形態１の光干渉器の構造及び動作を概念的に示す模式図であり、（Ｂ）は、入力光に含まれる成分光の諸元と、これらの成分光が出力されるポートとの関係を示す図である。
【図３】実施形態１の光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ図３を、Ａ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線及びＥ−Ｅ線に沿って切断した切断端面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施形態１の光干渉器の出力特性を示す模式図である。
【図６】実施形態２の光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。
【図７】実施形態２の光干渉器の出力特性を示す特性図である。
【図８】実施形態３の光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図では構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示している。また、以下の各実施形態は、この発明の一好適例であり、各構成要素の材質や数値的条件なども、好適な場合の例示に過ぎない。従って、この発明は、以下の各実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２３】
［発明の概要］
図１を参照して、この発明の概要を説明する。図１は、本発明の光干渉器の構造を概略的に示す模式図である。なお、図１では、発明の理解に資するために、光干渉器を簡略的に描いている。つまり、基板及びクラッドの図示を省略するとともに、コアを単なる曲線で、及び各構成要素を矩形のボックスで、それぞれ描いている。
【００２４】
まず、図１を参照して、以下の説明で用いる光干渉器１０の方向及び寸法を定義する。図１に示したような右手系の直交座標系を考え、Ｘ方向を図が描かれた紙面の左から右に向かう方向とし、長さ方向とも称する。また、Ｚ方向を図が描かれた紙面の裏面から表面に向かう方向とし、高さ方向又は厚み方向とも称する。また、Ｙ方向を図が描かれた紙面の下方から上方に向かう方向とし、幅方向とも称する。そして、Ｘ方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」とも称し、Ｙ方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」とも称し、Ｚ方向に沿って測った幾何学的長さを「高さ」又は「厚さ」とも称する。ここでは、入力光ＩＮの光伝搬方向をＸ方向とする。また、所定の構造体の光伝搬方向に垂直な断面のことを「横断面」と称する。この例では、不図示の基板の主面は、ＸＹ平面（紙面）に平行に延在する。
【００２５】
続いて、光干渉器１０の構成を簡単に説明する。光干渉器１０は、２個の光カプラ１６及び１８と、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂとを備える。
【００２６】
第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂはチャネル型光導波路である。第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは、２個の光カプラ１６及び１８の間に並列に設けられ、２個の光カプラ１６及び１８を接続する。以降、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの両者を示す場合には、「アーム部２０」とも称する。
【００２７】
第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂには、ｊ個の位相調整領域２２１〜２２ｊが設けられている（ここで、ｊは２以上の整数）。これらの位相調整領域２２１〜２２ｊは、この例では、互いに幅が異なるチャネル型光導波路として構成されている。その結果、位相調整領域２２１〜２２ｊは、互いに異なる等価屈折率を有する。また、位相調整領域２２１〜２２ｊを含む第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの光路長Ｔは互いに異なっている。光干渉器１０は、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂと、ｊ個の位相調整領域２２１〜２２ｊが相俟って、入力光ＩＮに含まれるｊ個の成分光Ｃ１〜Ｃｊの偏波／波長分離を行うことができる。なお、ｊ個の位相調整領域２２１〜２２ｊを除いた、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは、互いに光路長Ｔが等しく構成されている。
【００２８】
ここで、「光路長」とは、一般に、光導波路の幾何学的な長さＰを、ある波長及び偏波の光に関する光導波路の等価屈折率ｑで補正した光学的な長さである。光路長ＴはＰ×ｑで与えられる。以降、「光路長」と記載しない長さ（幅、厚み、高さ等を含む）は、単に、幾何学的な長さを示す。
【００２９】
なお、図１では、第１アーム光導波路２０ａに位相調整領域２２１〜２２ｋ−１を設け、第２アーム光導波路２０ｂに位相調整領域２２ｋ〜２２ｊを設けた構成例を示している（ｋは、１≦ｋ≦ｊの整数）。しかし、位相調整領域２２１〜２２ｊを、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂにどのように配置するかは特に制限はない。設計に応じて好適な個数を、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂに配置すればよい。例えば、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの何れか一方のみに、全ての位相調整領域２２１〜２２ｊを配置しても良い。
【００３０】
また、この実施形態では、ｊ個の位相調整領域２２１〜２２ｊを除いた、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは、互いに光路長Ｔが等しく構成されている場合について説明した。しかし、構造が互いに異なる第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂを用いることで、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂ自体を位相調整領域２２ｊとしても良い。すなわち、位相調整領域２２ｊを、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂから位相調整領域２２１〜２２ｊ−１を除いた部分領域としてもよい。なお、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの部分領域を位相調整領域２２ｊとする場合には、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの光路長は０（ゼロ）と考える。
【００３１】
一方の光カプラ１６には光入出力用の第１ポートＰ１が備えられ、他方の光カプラ１８には光入出力用の第２及び第３ポートＰ２及びＰ３が備えられる。この例では、光カプラ１６の第１ポートＰ１から入力光ＩＮが入力され、光カプラ１８の第２及び第３ポートＰ２及びＰ３から、偏波／波長分離された出力光ＯＵＴ１及びＯＵＴ２が出力される。
【００３２】
光入力側の光カプラ１６としては、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂに入力光ＩＮを偏波無依存で等分配する１入力２出力、又は２入力２出力の３ｄＢカプラを用いることができる。また、光入力側の光カプラ１６を偏波無依存な３ｄＢカプラとした場合には、光出力側の光カプラ１８には、２入力２出力の偏波無依存な３ｄＢカプラを用いる。
【００３３】
光カプラ１６用の１入力２出力のカプラとしては、例えば、Ｙ分岐導波路等を用いることができる。また、光カプラ１６及び１８用の２入力２出力のカプラとしては、例えば、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ  Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）光導波路を用いたカプラや、方向性結合器を用いることができる。
【００３４】
また、光カプラ１６及び１８には、偏波無依存な３ｄＢカプラの他にも、成分光Ｃｉの波長と偏波とを利用して、偏波／波長分離を行い易く設計した方向性結合器等を採用できる。このように設計された光カプラ１６及び１８については、実施形態１で詳述する。
【００３５】
次に、光干渉器１０の動作について説明する。第１ポートＰ１からは偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第ｊ成分光Ｃ１〜Ｃｊを含む入力光ＩＮが入力される。            
【００３６】
ここで、「偏波」とは電場の振動方向が互いに直交するＴＥ波及びＴＭ波を指す。ＴＥ波とは、入力光ＩＮの光伝搬方向（図中、Ｘ方向）に伝搬するとともに、電場がＹ方向に振動する偏波を示す。また、ＴＭ波とは、光伝搬方向に伝搬するとともに、電場がＺ方向に振動する偏波を示す。
【００３７】
第ｉ成分光Ｃｉ（ｉは１≦ｉ≦ｊの整数）を、偏波と波長との組み合わせで、例えば、Ｃｉ＝（λ（Ｃｉ），ＴＭ）と表す。これは、第ｉ成分光Ｃｉが、波長がλ（Ｃｉ）であり、偏波がＴＭ波の組であることを示す。
【００３８】
両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂを伝搬する過程で、位相調整領域２２１〜２２ｊにより、これらの第１〜第ｊ成分光Ｃ１〜Ｃｊには、それぞれ所定の位相差が付与され、偏波／波長分離されて出力される。より詳細には、干渉次数ｍ（Ｃｉ）に２πを乗じた位相差が各成分光Ｃ１〜Ｃｊに付与される。
【００３９】
干渉次数ｍ（Ｃｉ）が、「１／２×奇数」の場合には、成分光に与えられる位相差は「πの奇数倍」となり、第２ポートＰ２から、出力光ＯＵＴ１として出力される。また、干渉次数ｍ（Ｃｉ）が「１／２×偶数」の場合には、位相差は「πの偶数倍」となり、第３ポートＰ３から、出力光ＯＵＴ２として出力される。このように、成分光に与えられる位相差により。各成分光は所望のポートから出力される。
【００４０】
次に、ｊ個の位相調整領域２２１〜２２ｊが、領域数ｊと同数のｊ個の成分光Ｃ１〜Ｃｊの偏波／波長分離を行うことができるメカニズムを説明する。
【００４１】
なお、以下の説明では、次の（１）〜（３）の変数を用いる。
（１）ｊ個の位相調整領域２２１〜２２ｊ中の１個を第ｋ位相調整領域２２ｋと表す。
（２）第ｋ位相調整領域２２ｋの光伝搬方向に沿った幾何学的長さをＬｋとする。
（３）第ｉ成分光Ｃｉに関する第ｋ位相調整領域２２ｋの等価屈折率をｎｋ（Ｃｉ）とする。
【００４２】
このとき、各成分光Ｃ１〜Ｃｊを、第２及び第３ポートＰ２及びＰ３から所望の分配比で出力させるためには、下記式（１）の干渉条件が成り立つ必要がある。
【００４３】
【数１】
2014170073.tif 000003
【００４４】
より詳細には、式（１）を成分光Ｃ１〜Ｃｊごとに展開した下記式（１−１）〜（１−ｊ）の干渉条件が成り立つ必要がある。ここで、「分配比」とは、第２及び第３ポートＰ２及びＰ３に分配されて出力される各成分光Ｃ１〜Ｃｊの強度比のことを示す。
【００４５】
ｎ１（Ｃ１）×Ｌ１＋ｎ２（Ｃ１）×Ｌ２＋・・・＋ｎｊ（Ｃ１）×Ｌｊ＝ｍ（Ｃ１）×λ（Ｃ１）・・・（１−１）
ｎ１（Ｃ２）×Ｌ１＋ｎ２（Ｃ２）×Ｌ２＋・・・＋ｎｊ（Ｃ２）×Ｌｊ＝ｍ（Ｃ２）×λ（Ｃ２）・・・（１−２）
・
・
・
ｎ１（Ｃｊ）×Ｌ１＋ｎ２（Ｃｊ）×Ｌ２＋・・・＋ｎｊ（Ｃｊ）×Ｌｊ＝ｍ（Ｃｊ）×λ（Ｃｊ）・・・（１−ｊ）
これらの式（１−１）〜（１−ｊ）において、各成分光に関する等価屈折率ｎ１（Ｃ１）〜ｎｊ（Ｃｊ）は、位相調整領域の横断面寸法と、成分光の波長及び偏波とを用いたシミュレーション等により求めることができる。また、波長λ（Ｃ１）〜λ（Ｃｊ）も既知である。さらに、ｍ（Ｃｉ）は、成分光Ｃｉの干渉次数であり、所望に選択される値である。よって、式（１−１）〜（１−ｊ）での未知数は各位相調整領域２２１〜２２ｊの長さＬ１〜Ｌｊのみである。
【００４６】
このように、式（１−１）〜（１−ｊ）では、未知数と式数が等しいので、長さＬ１〜Ｌｊを一義に定めることができる。つまり、これらの式を用いて、位相調整領域２２１〜２２ｊの長さＬ１〜Ｌｊを設計することにより、波長と偏波とを複数含む入力光ＩＮを偏波／波長分離して第２及び第３ポートＰ２及びＰ３から任意の分配比で出力させることができる。
【００４７】
なお、干渉次数ｍ（Ｃｉ）の値を適当に選択することにより、第ｉ成分光Ｃｉの分配率を任意に変化させることができる。つまり、「Ｉｎｔ」を０以上の整数、ｘを０〜１の間の実数とするとき、干渉次数ｍ（Ｃｉ）を「１／２×（Ｉｎｔ＋ｘ）」とすれば、第２及び第３ポートから任意の強度比で第ｉ成分光Ｃｉを出力させることができる。例えば、ｘ＝０．５とすれば、第ｉ成分光Ｃｉに与えられる位相差は「πの半整数倍」となり、光干渉器１０は、第ｉ成分光Ｃｉを第２及び第３ポートＰ２及びＰ３に等分配する３ｄＢカプラとして機能する。
【００４８】
また、この例では、コアの幅を変えて等価屈折率を異ならせたチャネル型光導波路を位相調整領域２２１〜２２ｊとして用いた場合について説明した。しかし、位相調整領域以外の光導波路で用いられるクラッドとは屈折率を変えた位相調整用クラッドをコアの周囲に設けることで等価屈折率を異ならせた光導波路の部分領域を、１個以上の位相調整領域２２１〜２２ｊとして用いても良い。具体的には、クラッドの材料を変更した光導波路の部分領域を位相調整領域２２１〜２２ｊとして用いても良い。
【００４９】
［実施形態１］
以下、図２〜図５を参照して、実施形態１の光干渉器について説明する。この実施形態では、光干渉器が、ＯＮＵと共に用いられるＰＢＳである場合を想定している。図２（Ａ）は、この光干渉器の構造及び動作を概念的に示す模式図である。図２（Ｂ）は、入力光に含まれる成分光の諸元と、これらの成分光が出力されるポートとの関係を示す図である。図３は、光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。図４（Ａ）は、光干渉器を図３のＡ−Ａ線に沿って切断した切断端面図を示す。図４（Ｂ）は、光干渉器を図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図を示す。図４（Ｃ）は、光干渉器を図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した切断端面図を示す。図４（Ｄ）は、光干渉器を図３のＤ−Ｄ線に沿って切断した切断端面図を示す。図４（Ｅ）は、光干渉器を図３のＥ−Ｅ線に沿って切断した切断端面図を示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、光干渉器のＴＥ波及びＴＭ波の出力特性を、それぞれ示す模式図である。なお、図２〜４において、図１と同様の構成要素には同符号を付して、重複する説明を省略することもある。また、図２（Ａ）は図１と同様に簡略化している。
【００５０】
（概略説明）
まず、主に図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、光干渉器３０をＰＢＳとしてＯＮＵと共に用いる場合に求められる条件及び動作を概説する。
【００５１】
より詳細には、現在の加入者系システムの主流であるＧＥ−ＰＯＮでは、上述のように下り通信に１．４９μｍ光が用いられ、上り通信に１．３１μｍ光が用いられる。局から送信される１．４９μｍ光は、光ファイバを伝搬する過程で、偏波面がランダムに回転される結果、ＴＥ波とＴＭ波の混合光としてＯＮＵに到達する。また、１．３１μｍ光は、ＯＮＵのＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）から、ＴＥ波として出力される。
【００５２】
よって、図２（Ｂ）に示すように、光干渉器３０が扱う光は、以下の第１〜第３成分光Ｃ１〜Ｃ３である。
【００５３】
１）第１成分光Ｃ１＝（λ（Ｃ１）＝１．４９μｍ，ＴＥ）（以下、１．４９ＴＥ光とも称する。）
２）第２成分光Ｃ２＝（λ（Ｃ２）＝１．４９μｍ，ＴＭ）（以下、１．４９ＴＭ光とも称する。）
３）第３成分光Ｃ３＝（λ（Ｃ３）＝１．３１μｍ、ＴＥ）（以下、１．３１ＴＥ光とも称する。）
この場合、光干渉器３０は３個の成分光Ｃ１〜Ｃ３を偏波／波長分離すれば良い。上述のように、偏波／波長分離すべき成分光の数ｊ（＝３）に等しい数の位相調整領域数が必要なので、アーム部２０には、合計３個の位相調整領域２２１〜２２３が配置される。
【００５４】
そして、図２（Ｂ）に示すように、光干渉器３０は、第１〜第３成分光Ｃ１〜Ｃ３を偏波／波長分離し、第２ポートＰ２からＴＥ波である第１及び第３成分光Ｃ１及びＣ３をＯＵＴ１として出力し、第３ポートＰ３からＴＭ波である第２成分光Ｃ２をＯＵＴ２として出力するように構成される。すなわち、光干渉器３０は、第１及び第３成分光Ｃ１及びＣ３の干渉次数を「１／２×奇数」とし、及び、第２成分光Ｃ２の干渉次数を「１／２×偶数」とするように構成される。
【００５５】
ここで、入力光ＩＮに含まれる成分光の内、偏波がＴＥ波の成分光をまとめて、「ＴＥ成分光群」と、偏波がＴＭ波の成分光をまとめて、「ＴＭ成分光群」とそれぞれ称する。この場合、光干渉器３０は、第１及び第３成分光Ｃ１及びＣ３からなるＴＥ成分光群に対して「１／２×奇数」の干渉次数を与え、第２成分光Ｃ２からなるＴＭ成分光群に対して「１／２×偶数」の干渉次数を与える。
【００５６】
なお、図２（Ａ）では、第１アーム光導波路２０ａに２個、第２アーム光導波路２０ｂに１個の位相調整領域をそれぞれ設けているが、これは、単なる例示である。位相調整領域２２１〜２２３の両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂへの配置態様に特に制限はない。
【００５７】
（構造）
図３及び４を参照すると、光干渉器３０は、基板８に設けられたクラッド１２と、コア１３とで構成された光導波路１４を有しており、上述の光干渉器１０に対応するマッハツェンダ干渉計ＭＺと、任意的な構成として入力部２４及び出力部２６を備えている。なお、基板８、コア１３及びクラッド１２については後述する。
【００５８】
マッハツェンダ干渉計ＭＺは、光カプラ１６として第１方向性結合器と、光カプラ１８として第２方向性結合器と、第１及び第２方向性結合器の間に並列に設けられ、第１及び第２方向性結合器を接続する第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂとを備える。以下、この実施の形態においては、「光カプラ１６」を「第１方向性結合器１６」と、「光カプラ１８」を「第２方向性結合器１８」ともそれぞれ称する。
【００５９】
第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは、互いに光路長が異なり、この例では、第１アーム光導波路２０ａの方が第２アーム光導波路２０ｂよりも光路長が長い。
【００６０】
第１アーム光導波路２０ａは、第１位相調整領域２２１、第３位相調整領域２２３及び非調整領域２１ａを備えている。同様に、第２アーム光導波路２０ｂは、第２位相調整領域２２２及び非調整領域２１ｂを備える。
【００６１】
ここで、非調整領域２１ａとは、第１アーム光導波路２０ａから、第１及び第３位相調整領域２２１及び２２３を除いた部分領域を示す。同様に、非調整領域２１ｂとは、第２アーム光導波路２０ｂから、第２位相調整領域２２２を除いた部分領域を示す。両非調整領域２１ａ及び２１ｂは、横断面形状、平面形状及び光路長が等しく形成されたチャネル型光導波路である。
【００６２】
より詳細には、図４（Ｃ）を参照すると、これらの非調整領域２１ａ及び２１ｂの横断面形状は、幅Ｗ及び高さＨが約３００ｎｍの長方形状である。入力部２４及び出力部２６を構成する光導波路２４ａ，２４ｂ，２６ａ及び２６ｂも、非調整領域２１ａ及び２１ｂの横断面形状と、寸法も含めて同様である。
【００６３】
このように、非調整領域２１ａ及び２１ｂと、入力部２４及び出力部２６の光導波路２４ａ，２４ｂ，２６ａ及び２６ｂの横断面形状を長方形状とすることにより、これらの領域での偏波回転を防止することができる。また、光導波路２４ａと２４ｂの光路長、２６ａと２６ｂの光路長、及び、非調整領域２１ａと２１ｂの光路長をそれぞれ等しくすることにより、これらの領域を伝搬する過程で、各成分光Ｃ１〜Ｃ３に位相差は生じない。
【００６４】
第１位相調整領域２２１は第１アーム光導波路２０ａに設けられ、２個のサブ領域２２１Ｌ及び２２１Ｒに分割されている。両サブ領域２２１Ｌ及び２２１Ｒは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域２２１Ｌ及び２２１Ｒとも、光伝搬方向に沿った長さがＬ１／２であり、図４（Ａ）に示すように幅はＷ１であり、厚みはＨである。この例では、サブ領域２２１Ｌ及び２２１Ｒの長さＬ１／２は、それぞれ約２．７９μｍである。よって、第１位相調整領域２２１の全長Ｌ１は約５．５８μｍである。また、両サブ領域２２１Ｌ及び２２１Ｒの幅Ｗ１は約４００ｎｍであり、厚みＨは約３００ｎｍである。
【００６５】
第２位相調整領域２２２は第２アーム光導波路２０ｂに設けられ、２個のサブ領域２２２Ｌ及び２２２Ｒに分割されている。両サブ領域２２２Ｌ及び２２２Ｒは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域２２２Ｌ及び２２２Ｒとも、光伝搬方向に沿った長さがＬ２／２であり、図４（Ｄ）に示すように幅はＷ２であり、厚みはＨである。この例では、サブ領域２２２Ｌ及び２２２Ｒの長さＬ２／２は、それぞれ約３．２１５μｍである。よって、第２位相調整領域２２２の全長Ｌ２は約６．４３μｍである。また、両サブ領域２２２Ｌ及び２２２Ｒの幅Ｗ２は約５００ｎｍであり、厚みＨは約３００ｎｍである。
【００６６】
第３位相調整領域２２３は、第１アーム光導波路２０ａに設けられ、２個のサブ領域２２３Ｌ及び２２３Ｒに分割されている。両サブ領域２２３Ｌ及び２２３Ｒは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域２２３Ｌ及び２２３Ｒとも、光伝搬方向に沿った長さがＬ３／２であり、図４（Ｂ）に示すように幅はＷ３であり、厚みはＨである。この例では、サブ領域２２３Ｌ及び２２３Ｒの長さＬ３／２は、それぞれ約０．２６５μｍである。よって、第３位相調整領域２２３の全長Ｌ３は約０．５３μｍである。また、両サブ領域２２３Ｌ及び２２３Ｒの幅Ｗ３は約３００ｎｍであり、厚みＨは約３００ｎｍである。
【００６７】
なお、第１〜第３位相調整領域２２１〜２２３の長さＬ１〜Ｌ３の決定法については、（設計条件）の項で詳細に説明する。
【００６８】
このように、３個の位相調整領域２２１，２２２及び２２３と、非調整領域２１ａ及び２１ｂと、入力部２４及び出力部２６を構成するコア１３の高さ及び幅は約２００〜５００ｎｍの範囲に収まっている。コア１３の高さ及び幅をこの範囲の値にすることで、光導波路１４を高さ方向及び幅方向の両方向に関してシングルモード光導波路とすることができる。
【００６９】
なお、この例では、サブ領域２２１Ｌと２２１Ｒ、２２２Ｌと２２２Ｒ、及び２２３Ｌと２２３Ｒ同士の長さが等しい場合について説明したが、全長が変化しなければ、サブ領域同士の長さは等しくなくとも良い。
【００７０】
また、各位相調整領域２２１，２２２及び２２３を構成するサブ領域の個数も、２個には限定されず、設計に応じて３個以上としてもよい。
【００７１】
また、この例では、各位相調整領域２２１，２２２及び２２３を直線状のチャネル型光導波路とする場合について説明したが、位相調整領域は、湾曲したチャネル型光導波路でもよい。ただ、この場合、湾曲部での等価屈折率は直線状のチャネル型光導波路と異なるので、横断面形状と全長も湾曲形状に応じて定める必要がある。
【００７２】
図３を参照すると、第１方向性結合器１６は、第１光導波路１６ａと第２光導波路１６ｂとを備えている。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、立体形状が等しい直線状に形成されている。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、光結合可能な距離を隔てて互いに平行に配置されている。第１光導波路１６ａの一端は第１ポートＰ１であり、入力部２４の光導波路２４ａに接続されている。第１光導波路１６ａの他端は第１アーム光導波路２０ａに接続されている。第２光導波路１６ｂの一端は第４ポートＰ４であり、入力部２４の光導波路２４ｂに接続されている。第２光導波路１６ｂの他端は第２アーム光導波路２０ｂに接続されている。この実施形態では、第４ポートＰ４は、光が入出力されないポート、言わばダミーポートであり、偏波／波長分離に何ら関係しない。
【００７３】
第２方向性結合器１８は第１方向性結合器１６と等しく構成されている。すなわち、第２方向性結合器１８は、第３光導波路１８ａと第４光導波路１８ｂとを備えている。第３及び第４光導波路１８ａ及び１８ｂは、それぞれ第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂとそれぞれ立体形状が等しい。また、第３及び第４光導波路１８ａ及び１８ｂは、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂ間の距離と等しい距離を隔てて互いに平行に配置されている。第３光導波路１８ａの一端は第２ポートＰ２であり、出力部２６の光導波路２６ａに接続されている。第３光導波路１８ａの他端は第１アーム光導波路２０ａに接続されている。第４光導波路１８ｂの一端は第３ポートＰ３であり、出力部２６の光導波路２６ｂに接続されている。第４光導波路１８ｂの他端は第２アーム光導波路２０ｂに接続されている。
【００７４】
図２（Ｂ）に示すように構成されている場合、第１方向性結合器１６の第１ポートＰ１に入力されたＴＥ波である第１及び第３成分光Ｃ１及びＣ３は、第１及び第２方向性結合器１６及び１８を伝搬する過程で、第４光導波路１８ｂにパワー移行することなく第２ポートＰ２から出力される。以降、第１ポートＰ１から入力された光が、第４光導波路１８ｂへのパワー移行を生じずに第２ポートＰ２から出力されることを「ＢＡＲ出力」とも称する。
【００７５】
一方、第１ポートＰ１に入力されたＴＭ波である第２成分光Ｃ２は、第４光導波路１８ｂへとパワーが移行して第３ポートＰ３から出力される。以降、第１ポートＰ１から入力された光が、第４光導波路１８ｂへとパワー移行して第３ポートＰ３から出力されることを「ＣＲＳ出力」とも称する。
【００７６】
ここで、図４（Ｅ）を参照して、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの具体的な寸法を説明する。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅はＷＤＣであり、厚みはＨＤＣであり、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの中心間距離はＤＤＣである。この例では、ＷＤＣは約５００ｎｍであり、ＤＤＣは約８５０ｎｍであり、厚みＨＤＣは約３００ｎｍである。また、第１方向性結合器１６の長さは、ＣＲＳ出力させる第２成分光Ｃ２の完全結合長の１／２の長さとしている。これにより、１．４９ＴＭ光である第２成分光Ｃ２を、十分な消光比でＣＲＳ出力させることができる。第１方向性結合器１６と等しく構成されている第２方向性結合器１８も、この寸法に形成される。
【００７７】
コア１３は、基板８の主面８ａ側に設けられたクラッド１２中に設けられている。コア１３の構成材料は、この例では、屈折率が約３．４７のＳｉである。クラッド１２は、主面８ａ上に一様な厚みで延在する層状体である。より詳細には、クラッド１２は、コア１３の上面と下面及び両側面とを覆っている。クラッド１２を構成する材料は、例えば、屈折率が約１．４４のＳｉＯ２である。この例のように、クラッド１２を構成する材料には、コア１３の屈折率の７１．４％以下の材料を用いることが好ましい。この条件の屈折率を持つ材料をクラッド１２に用いることで、コア１３とクラッド１２との屈折率差が十分に大きくなり、光導波路１４内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、例えば、曲率半径が５μｍ程度の湾曲光導波路を形成できる等、光干渉器１０を小型化することができる。また、クラッド１２の材料としては、ＳｉＯｐＮｑ（ただし、ｐ及びｑは、２≧ｐ≧０かつ４／３≧ｑ≧０）を用いても良い。
【００７８】
また、基板８の主面８ａから測ったクラッド１２の厚みは、例えば、約３μｍとする。光導波路１４を伝搬する光の基板８への不所望な結合を防ぐためには、コア１３と基板８との間に１μｍ以上の厚みのクラッド１２を介在させることが好ましい。この例では、主面８ａとコア１３の下面との間に、約１．５μｍのクラッド１２を介在させている。基板８は、例えば、Ｓｉを材料とする。
【００７９】
続いて、光干渉器３０の製造方法について簡単に説明する。光干渉器３０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２層とＳｉ層とがこの順序で積層されたＳＯＩ（Ｓｉ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用して作成される。すなわち、最上層のＳｉ層を利用してコア１３を形成し、ＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ−ＯＸｉｄｅ）層であるＳｉＯ２層をクラッド１２の下層に利用する。より詳細には、最上層のＳｉ層を従来公知のドライエッチング法等でパターニングしてコア１３を作成する。そして、このコア１３を埋め込むように、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で、クラッド１２の上層に対応するＳｉＯ２層を形成する。これにより、光導波路１４を備える光干渉器３０を得る。
【００８０】
（設計条件）
次に、光干渉器３０の設計法について説明する。加入者系システムでＰＢＳとして用いる光干渉器３０は、第１〜第３成分光Ｃ１〜Ｃ３の波長及び偏波を考慮して偏波／波長分離を行い易いように設計されている。
【００８１】
すなわち、波長が１．３１μｍの第３成分光Ｃ３は、第１及び第２成分光Ｃ１及びＣ２よりも波長が短いので、第１方向性結合器１６において、第１及び第２光導波路間での光の相互作用が弱く、ＣＲＳ出力させ難い。第２方向性結合器１８においても同様である。よって、この第３成分光Ｃ３をＢＡＲ出力させるように、光干渉器３０を設計するのが合理的である。
【００８２】
このように第３成分光Ｃ３をＢＡＲ出力と定めれば、光干渉器３０に求められる偏波／波長分離特性から、第３成分光Ｃ３と同じＴＥ波である第１成分光Ｃ１はＢＡＲ出力と定まり、ＴＭ波の第２成分光Ｃ２はＣＲＳ出力と定まる。このように、ＴＥ波をＢＡＲ出力させ、ＴＭ波をＣＲＳ出力させるために、図４（Ｅ）に示したように、ＷＤＣ＞ＨＤＣとして、アーム光導波路２０ａへのＴＥ波の閉じ込め能力を高めた。なお、ＷＤＣ，ＨＤＣ及びＤＤＣの具体値は、有限要素法を用いたシミュレーションで決定した。
【００８３】
ところで、一般に方向性結合器においては、ＣＲＳ出力させる光に対しては全長を厳密に結合長に合わせる必要があるが、ＢＡＲ出力させる光に対しては、それほどの厳密性は要求されない。よって、第１及び第２方向性結合器１６及び１８の全長は、上述のように、ＣＲＳ出力させる第２成分光Ｃ２の完全結合長に設定した。
【００８４】
このように各成分光Ｃ１〜Ｃ３の出力先（第２又は第３ポートＰ２又はＰ３）が決まれば、後はそれに応じて、位相調整領域２２１〜２２３を設計すれば良い。具体的には、上述の式（１−１）〜（１−ｊ）でｊ＝３とした、下記の干渉条件式（Ａ）〜（Ｃ）を解けば良い。
【００８５】
ｎ１（Ｃ１）×Ｌ１＋ｎ２（Ｃ１）×Ｌ２＋ｎ３（Ｃ１）×Ｌ３＝ｍ（Ｃ１）×λ（Ｃ１）・・・（Ａ）
ｎ１（Ｃ２）×Ｌ１＋ｎ２（Ｃ２）×Ｌ２＋ｎ３（Ｃ２）×Ｌ３＝［ｍ（Ｃ１）＋１／２］×λ（Ｃ２）・・・（Ｂ）
ｎ１（Ｃ３）×Ｌ１＋ｎ２（Ｃ３）×Ｌ２＋ｎ３（Ｃ３）×Ｌ３＝ｍ（Ｃ１）×λ（Ｃ３）・・・（Ｃ）
ここで、λ（Ｃ１）及びλ（Ｃ２）は、第１及び第２成分光Ｃ１及びＣ２の波長に対応する１．４９μｍである。λ（Ｃ３）は、第３成分光Ｃ３の波長に対応する１．３１μｍである。また、第１〜第３成分光Ｃ１〜Ｃ３を出力するポートを勘案して、干渉次数ｍ（Ｃ１）を１とする。
【００８６】
式（Ａ）〜（Ｃ）から、Ｌ１〜Ｌ３は以下の式（Ｄ）〜式（Ｆ）と求まる。
【００８７】
Ｌ１＝（λ（Ｃ１）×（ｍ（Ｃ１）×（δ３Δｎ２−δ２Δｎ３）−ｎ２（Ｃ１）×δ３／２＋ｎ３（Ｃ１）×δ２／２））／（ｎ１（Ｃ１）×（δ３Δｎ２−δ２Δｎ３）−ｎ２（Ｃ１）×（δ３Δｎ１−δ１Δｎ３）＋ｎ３（Ｃ１）×（δ２Δｎ１−δ１Δｎ２））・・・（Ｄ）
Ｌ２＝（ｍ（Ｃ１）×（ｎ３（Ｃ３）×λ（Ｃ１）−ｎ３（Ｃ１）×λ（Ｃ２））−Ｌ１×（ｎ３（Ｃ３）×ｎ１（Ｃ１）−ｎ３（Ｃ１）×ｎ１（Ｃ３）））／（ｎ３（Ｃ３）×ｎ２（Ｃ１）−ｎ３（Ｃ１）×ｎ２（Ｃ３））・・・（Ｅ）
Ｌ３＝（λ（Ｃ１）×ｍ（Ｃ１）−Ｌ１×ｎ１（Ｃ１）−Ｌ２×ｎ２（Ｃ１））／ｎ１（Ｃ３）・・・（Ｆ）
ここで、Δｎ１〜Δｎ３及びδ１〜δ３は、下記式（Ｇ）〜式（Ｌ）で定義される。
【００８８】
Δｎ１＝ｎ１（Ｃ１）−ｎ１（Ｃ２）・・・（Ｇ）
Δｎ２＝ｎ２（Ｃ１）−ｎ２（Ｃ２）・・・（Ｈ）
Δｎ３＝ｎ３（Ｃ１）−ｎ３（Ｃ２）・・・（Ｉ）
δ１＝ｎ１（Ｃ１）／λ（Ｃ１）−ｎ１（Ｃ３）／λ（Ｃ２）・・・（Ｊ）
δ２＝ｎ２（Ｃ１）／λ（Ｃ１）−ｎ２（Ｃ３）／λ（Ｃ２）・・・（Ｋ）
δ３＝ｎ３（Ｃ１）／λ（Ｃ１）−ｎ３（Ｃ３）／λ（Ｃ２）・・・（Ｌ）
式（Ｄ）〜式（Ｆ）に上述した値を代入して解くと、既に説明したＬ１＝５．５８μｍ、Ｌ２＝６．４３μｍ及びＬ３＝０．５３μｍが得られる。
【００８９】
（動作）
次に、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、光干渉器３０の動作について説明する。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ光干渉器３０のＴＥ波及びＴＭ波の出力特性を示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）ともに、横軸は波長（μｍ）であり、縦軸は強度（ｄＢ）である。なお、強度は、入力光に対する光強度比率である。なお、これらの特性図は、上述のように設計された光干渉器３０に対して、有限要素法によるモード計算を行うことで得られた。
【００９０】
図５（Ａ）の曲線Ｉは、第２ポートＰ２からＢＡＲ出力されるＴＥ波の光強度であり、曲線ＩＩは、第３ポートＰ３からＣＲＳ出力されるＴＥ波の光強度である。曲線Ｉは、１．２５〜１．６μｍの全波長範囲において光強度が約０ｄＢであり、ＢＡＲ出力されるＴＥ波は強度が殆ど低下しないことが分かる。それに対して、曲線ＩＩは、全波長範囲において強度が約−２５ｄＢ以下であり、ＣＲＳ出力されるＴＥ波は、ＢＡＲ出力されるＴＥ波の１／１００未満の強度であることが分かる。つまり、光干渉器３０は、第１及び第３成分光Ｃ１及びＣ３を含むＴＥ波を消光比良く、第２ポートＰ２から出力することができる。
【００９１】
図５（Ｂ）の曲線ＩＩＩは、第３ポートＰ３からＣＲＳ出力されるＴＭ波の光強度であり、曲線ＩＶは、第２ポートＰ２からＢＡＲ出力されるＴＭ波の光強度である。曲線ＩＩＩは、第２成分光Ｃ２の波長である１．４９μｍ付近で約０ｄＢの光強度であり、この波長付近のＴＭ波は、殆どロス無くＣＲＳ出力されることが分かる。また、この波長で第２ポートＰ２からＢＡＲ出力されるＴＭ波の光強度は、約−３０ｄＢ未満であり、光干渉器３０は、ＴＭ波である第２成分光Ｃ２を消光比良く、第３ポートＰ３からＣＲＳ出力することができる。
【００９２】
なお、この実施形態では、光干渉器３０を、ＧＥ−ＰＯＮシステム用のＰＢＳとする場合について説明した。しかし、光干渉器３０は、ＧＥ−ＰＯＮシステムには限定されず、下り波長として１．５７７μｍ光を用い、上り波長として１．２７μｍ光を用いる次世代の１０Ｇ（１０  Ｇｂｉｔ／ｓ）−ＰＯＮシステムのＰＢＳにも応用できる。
【００９３】
［実施形態２］
続いて、図６及び図７を参照して、実施形態２の光干渉器について説明する。図６は、実施形態２の光干渉器４０の構造を概略的に示す平面図である。図７は、実施形態２の光干渉器４０の出力特性を示す特性図である。
【００９４】
図６を参照すると、光干渉器４０は、実施形態１の光干渉器３０を直列に複数段に渡り接続したものに相当する。すなわち、光干渉器４０は、方向性結合器の長さが異なる以外、光干渉器３０と同様に構成された第１及び第２光干渉器３０−１及び３０−２を備えている。
【００９５】
以下、この相違点について説明する。光干渉器４０は、光干渉器３０と同様に動作するように構成されている。すなわち、ＴＥ波である第１及び第３成分光Ｃ１及びＣ３を第２光干渉器３０−２の第２ポートＰ２−２からＢＡＲ出力し、ＴＭ波である第２成分光Ｃ２を第２光干渉器３０−２の第３ポートＰ３−２からＣＲＳ出力する。
【００９６】
そのためには、光干渉器４０に含まれる４個の方向性結合器１６−１，１８−１，１６−２及び１８−２の長さの合計を、上述した第２成分光Ｃ２の完全結合長と等しくする必要がある。つまり、各方向性結合器１６−１，１８−１，１６−２及び１８−２の長さを、それぞれ第２成分光Ｃ２の完全結合長の１／４の長さとししている。
【００９７】
より詳細には、第１光干渉器３０−１の第２ポートＰ２−１は、第２光干渉器３０−２の第１ポートＰ１−２に接続されており、第１光干渉器３０−１からＢＡＲ出力された光が、第２光干渉器３０−２へと入力される。同様に、第１光干渉器３０−１の第３ポートＰ３−１は、第２光干渉器３０−２の第４ポートＰ４−２に接続されており、第１光干渉器３０−１からＣＲＳ出力された光が、第２光干渉器３０−２へと入力される。
【００９８】
続いて、図７を参照して、光干渉器４０の出力特性について説明する。図７において、横軸は波長（μｍ）であり、縦軸は光強度である。なお、光強度は、入力光に対する光強度比率である。なお、これらの特性図は、光干渉器４０に対して、有限要素法によるモード計算を行うことで得られた。
【００９９】
図７の曲線Ｉは、第２光干渉器３０−２の第２ポートＰ２−２からＢＡＲ出力されるＴＥ波の光強度を示す。曲線ＩＩは、第２光干渉器３０−２の第３ポートＰ３−２からＣＲＳ出力されるＴＭ波の光強度を示す。曲線ＩＩＩは、第２ポートＰ２−２からＢＡＲ出力されるＴＭ波の光強度を示す。曲線ＩＶは、第３ポートＰ３−２からＣＲＳ出力されるＴＥ波の光強度を示す。
【０１００】
図７を参照して、ＴＥ波の出力を示す曲線Ｉ及びＩＶを比較すると、１．２〜１．６μｍの全波長範囲において、第３ポートＰ３−２からＣＲＳ出力されるＴＥ波の強度（曲線ＩＶ）は、第２ポートＰ２−２からＢＡＲ出力されるＴＥ波の強度（曲線Ｉ）の１／１０００未満であることが分かる。このことから、光干渉器４０は、ＴＥ波に関して言えば、加入者系システムで用いられる波長範囲において、十分な消光比で、偏波／波長分離されている。
【０１０１】
また、ＴＭ波の出力を示す曲線ＩＩ及びＩＩＩを比較すると、波長が約１．４９〜１．５８μｍの広い波長範囲において、第２ポートＰ２−２からＢＡＲ出力されるＴＭ波の強度（曲線ＩＩＩ）は、第３ポートＰ３−２からＣＲＳ出力されるＴＭ波の強度（曲線ＩＩ）の１／５０未満であることが分かる。このことから、光干渉器４０は、ＴＭ波に関して言えば、加入者系システムのＯＮＵで用いられる波長範囲において、十分な消光比で、偏波／波長分離されている。
【０１０２】
また、図７及び５を比較すると、光干渉器４０では、実用上十分な消光比でＣＲＳ出力する波長範囲を光干渉器３０よりも広くすることができる。詳細には、光干渉器３０では、１．４９ＴＭ光だけが良好な消光比でＣＲＳ出力されたのに対し、光干渉器４０では、１．４９〜１．５８μｍの広い波長範囲のＴＭ波が良好な消光比でＣＲＳ出力されている。
【０１０３】
［実施形態３］
続いて、図８を参照して、実施形態３の光干渉器について説明する。図８は、実施形態３の光干渉器５０の構造を概略的に示す平面図である。
【０１０４】
光干渉器５０は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ）に本発明を応用した例である。
【０１０５】
光干渉器５０は、２個の光カプラ５０ａ及び５０ｂと、これらの光カプラ５０ａ及び５０ｂの間に並列に設けられ、両光カプラ５０ａ及び５０ｂを接続する第１〜第ｕ光導波路２０−１〜２０−ｕ（ｕは３以上の整数）を備えるアレイ導波路２３と、一方の光カプラ５０ａに備えられた光入出力用の第１ポートＰ１と、他方の光カプラ５０ｂに備えられた光入出力用の第２〜第ｓポートＰ２〜Ｐｓ（ｓは、ｓ≦ｕ＋１の整数）とを備える。
【０１０６】
この光干渉器５０には、偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第ｒ成分光（ｒは２以上の整数）を含む入力光ＩＮが第１ポートＰ１から入力される。この例では、ｕ＝６，ｓ＝４及びｒ＝３である。よって、入力光ＩＮに含まれる第１〜第３成分光Ｃ１，Ｃ２及びＣ３は、第１〜第６光導波路２０−１〜２０−６を伝搬する過程で偏波／波長分離されて、それぞれ、第２〜第４ポートＰ２〜Ｐ４から出力される。
【０１０７】
第１〜第３成分光の偏波／波長分離を行うために、アレイ導波路２３を構成する第１〜第６光導波路２０−１〜２０−６のそれぞれには、等価屈折率がそれぞれ異なる３個の位相調整領域が設けられる。より詳細には、第１〜第６光導波路２０−１〜２０−６には、第１〜第３位相調整領域２２１−１〜２２１−６，２２２−１〜２２２−６及び２２３−１〜２２３−６が設けられる。そして、互いに隣接する第ｖ及び第ｖ＋１光導波路２０−ｖ及び２０−（ｖ＋１）（ｖは、１〜５の整数）において、第１〜第３位相調整領域２２１−ｖと２２１−（ｖ＋１）、２２２−ｖと２２２−（ｖ＋１）及び２２３−ｖと２２３−（ｖ＋１）の光路長差が調整されている。
【０１０８】
これにより、光干渉器５０は、第２〜第４ポートＰ２〜Ｐ４から、偏波／波長分離された第１〜第３成分光を出力させることができる。
【０１０９】
この実施形態では、偏波／波長分離すべき成分光数ｒが３であり、アレイ導波路２３を構成する光導波路数ｕが６の場合について説明した。しかし、ｒとｕとの関係はこれには限定されず、ｕ≧ｒであれば良い。ただ、実用上十分な消光比で偏波／波長分離を行うためには、ｕ≧２ｒであることが好ましい。さらに、ｕ≧４ｒであれば一層好ましい。
【符号の説明】
【０１１０】
８  基板
１２  クラッド
１３  コア
１４，２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ  光導波路
１０，３０，４０，５０  光干渉器
１６  光カプラ（第１方向性結合器）
１６ａ  第１光導波路
１６ｂ  第２光導波路
１８  光カプラ（第２方向性結合器）
１８ａ  第３光導波路
１８ｂ  第４光導波路
２０  アーム部
２０ａ  第１アーム光導波路
２０ｂ  第２アーム光導波路
２０−１〜２０−６  第１〜第６光導波路
２１ａ，２１ｂ  非調整領域
２２１〜２２ｊ  位相調整領域（第１〜第ｊ位相調整領域）
２２１−１〜２２１−６  第１位相調整領域
２２２−１〜２２２−６  第２位相調整領域
２２３−１〜２２３−６  第３位相調整領域
２２１Ｌ，２２１Ｒ，２２２Ｌ，２２２Ｒ，２２３Ｌ，２２３Ｒ  サブ領域
２３  アレイ導波路
２４  入力部
２６  出力部
３０−１  第１光干渉器
３０−２  第２光干渉器
【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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