(57)【要約】  本発明は、複数の波長の複数の光を低損失で合波しつつ、小型な光合波回路を実現することを目的とする。本発明の光合波回路は、第１の光を入射させる第１の光導波路と、第２及び第３の光を入射させる第２の光導波路と、ＭＭ変換導波路と、第１の光を高次モードに変換してＭＭ変換導波路に結合させる第１の結合部と、ＭＭ変換導波路を伝搬する第１の光を０次モードに変換して第２の光導波路に結合させ、第２及び第３の光を透過する第２の結合部とを備え、第１の光導波路に対する第１の光の０次モードにおける実効屈折率とＭＭ変換導波路に対する第１の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、ＭＭ変換導波路に対する第２及び第３の光の高次モードにおける実効屈折率と第２の光導波路に対する第２及び第３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、各導波路の導波路幅が設定されている。
2017142076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０次モードの第１の波長を有する第１の光を入射させる第１の光導波路と、
前記第１の波長と異なり、かつそれぞれ異なる第２及び第３の波長を有する０次モードの第２及び第３の光を入射させる第２の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に設けられたマルチモード変換導波路と、
前記第１の光導波路を伝搬する前記第１の光の導波モードを高次モードに変換して、当該高次モードに変換した第１の光を前記マルチモード変換導波路に結合させる第１の結合部と、
前記マルチモード変換導波路を伝搬する前記第１の光の導波モードを０次モードに変換して、当該０次モードに変換した第１の光を前記第２の光導波路に結合させ、前記第２及び第３の光を透過する第２の結合部と、
を備え、
前記第２の光導波路は、前記第２の結合部で０次モードに変換されて結合された前記第１の光と、前記第２の結合部を透過した前記第２及び第３の光とを合波して合波光として出力し、
前記第１の光導波路に対する前記第１の光の０次モードにおける実効屈折率と前記マルチモード変換導波路に対する前記第１の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記マルチモード変換導波路に対する前記第２及び第３の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第２の光導波路に対する前記第２及び第３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路及び前記マルチモード変換導波路の導波路幅が設定されていることを特徴とする光合波回路。
【請求項２】
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路における０次モードの光の伝搬定数が前記マルチモード変換導波路における高次モードの光の伝搬定数と等しくなるように、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路及び前記マルチモード変換導波路の導波路幅が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光合波回路。
【請求項３】
前記第１乃至第３の波長とは異なり、かつそれぞれ異なる１つ以上の波長をそれぞれ有する０次モードの１つ以上の他の光の１つをそれぞれ入射させる１つ以上の第３の光導波路と、
前記第２の光導波路と前記１つ以上の第３の光導波路の各々との間に設けられた１つ以上の他のマルチモード変換導波路と、
前記１つ以上の第３の光導波路を伝搬する前記１つ以上の他の光の導波モードを高次モードに変換して、当該高次モードに変換した１つ以上の他の光を前記１つ以上の他のマルチモード変換導波路にそれぞれ結合させる１つ以上の第３の結合部と、
前記１つ以上の他のマルチモード変換導波路を伝搬する前記他の光の導波モードを０次モードに変換して、当該０次モードに変換した１つ以上の他の光を前記第２の光導波路に結合させる１つ以上の第４の結合部と、
を備え、
前記第２の光導波路は、前記合波光と、前記１つ以上の第４の結合部で０次モードに変換されて結合された前記１つ以上の他の光と、をさらに合波して出力し、
前記１つ以上の第３の光導波路の各々に対する前記他の光の０次モードにおける実効屈折率と前記他のマルチモード変換導波路に対する前記他の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ前記他のマルチモード変換導波路に対する前記合波光の高次モードにおける実効屈折率と前記第２の光導波路に対する前記合波光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように前記１つ以上の第３の光導波路の導波路幅が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光合波回路。
【請求項４】
前記合波光は、４００〜４９５ｎｍ、４９５〜５７０ｎｍ、６２０〜７５０ｎｍの波長域の波長を少なくとも１つずつ有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光合波回路。
【請求項５】
前記第１及び第２の光導波路と、前記マルチモード変換導波路とは、導波路幅が異なり、
前記第１の結合部は、前記第１の光導波路と前記マルチモード変換導波路とを近接させることによって構成された方向性結合器であり、
前記第２の結合部は、前記第２の光導波路と前記マルチモード変換導波路とを近接させることによって構成された方向性結合器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光合波回路。
【請求項６】
合波光を出力する、平面光波回路を用いた光合波回路であって、
０次モードの第１の波長を有する第１の光を入射させる第１の光導波路と、
前記第１の波長と異なり、かつそれぞれ異なる１つ以上の波長を有する０次モードの１つ以上の他の光を入射させる合波光導波路と、
前記第１の光導波路を伝搬する前記第１の光の導波モードを高次モードに変換して、当該変換した第１の光を前記合波光導波路に結合させて、当該結合した第１の光を、前記合波光導波路を伝搬する前記１つ以上の他の光と合波させる第１の合波部と、を備え、
前記合波光導波路は、前記第１の合波部と近接した第１の部分を有し、
前記第１の光導波路に対する前記第１の光の０次モードにおける実効屈折率と前記合波光導波路の前記第１の部分に対する前記第１の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記合波光導波路の前記第１の部分に対する前記１つ以上の他の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第１の光導波路に対する前記１つ以上の他の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第１の光導波路及び前記第１の部分の導波路幅が設定されていることを特徴とする光合波回路。
【請求項７】
前記第１の波長と異なる第２の波長を有する０次モードの第２の光を入射させる第２の光導波路と、
前記第２の光導波路を伝搬する前記第２の光を高次モードに変換して、当該高次モードに変換した第２の光を前記合波光導波路に結合させて、当該結合した第２の光を、前記合波光導波路を伝搬する前記１つ以上の他の光と合波させる第２の合波部と、
前記第１の波長及び前記第２の波長と異なる第３の波長を有する０次モードの第３の光を入射させる第３の光導波路と、
前記第３の光導波路を伝搬する前記第３の光を高次モードに変換して、当該高次モードに変換した第３の光を前記合波光導波路に結合させて、当該結合した第３の光を、前記合波光導波路を伝搬する前記１つ以上の他の光と合波させる第３の合波部と、
をさらに備え、
前記合波光導波路は、前記第２の合波部と近接した第２の部分と、前記第３の合波部と近接した第３の部分とをさらに有し、
前記第２の光導波路に対する前記第２の光の０次モードにおける実効屈折率と前記合波光導波路に対する前記第２の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記合波光導波路に対する前記１つ以上の他の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第２の光導波路に対する前記１つ以上の他の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第２の光導波路及び前記第２の部分の導波路幅が設定されており、
前記第３の光導波路に対する前記第３の光の０次モードにおける実効屈折率と前記合波光導波路に対する前記第３の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記合波光導波路に対する前記１つ以上の他の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第３の光導波路に対する前記１つ以上の他の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第３の光導波路及び前記第３の部分の導波路幅が設定されていることを特徴とする請求項６に記載の光合波回路。
【請求項８】
前記第１の合波部は、前記第１の光導波路と前記合波光導波路とを近接させることによって構成された方向性結合器であり、
前記第２の合波部は、前記第２の光導波路と前記合波光導波路とを近接させることによって構成された方向性結合器であり、
前記第３の合波部は、前記第３の光導波路と前記合波光導波路とを近接させることによって構成された方向性結合器であることを特徴とする請求項７に記載の光合波回路。
【請求項９】
前記合波光は、４００〜４９５ｎｍ、４９５〜５７０ｎｍ、６２０〜７５０ｎｍの波長域の波長の光を少なくとも１つずつ有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の光合波回路。
【請求項１０】
前記１つ以上の他の光は、波長４００〜４９５ｎｍの第４の光、波長４９５〜５７０ｎｍの第５の光及び波長６２０〜７５０ｎｍの第６の光からなり、
前記第１の光は、前記第４の光の波長よりも１ｎｍ以下大きく、
前記第２の光は、前記第５の光の波長よりも１ｎｍ以下大きく、
前記第３の光は、前記第６の光の波長よりも１ｎｍ以下大きいことを特徴とする請求項７又は８のいずれかに記載の光合波回路。
【請求項１１】
それぞれ異なる０次モードの第１乃至第５の波長を有する第１乃至第５の光をそれぞれ入射させる第１乃至第５の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に設けられた第１のマルチモード変換導波路と、
前記第１の光導波路と前記第３の光導波路との間に設けられた第２のマルチモード変換導波路と、
前記第２の光導波路を伝搬する前記第２の光の導波モードを高次モードに変換して、当該高次モードに変換した第２の光を前記第１のマルチモード変換導波路に結合させる第１の結合部と、
前記第１のマルチモード変換導波路を伝搬する前記第２の光の導波モードを０次モードに変換して、当該０次モードに変換した第２の光を前記第１の光導波路に結合させ、前記第１の光を透過する第２の結合部と、
前記第３の光導波路を伝搬する前記第３の光の導波モードを高次モードに変換して、当該高次モードに変換した第３の光を前記第２のマルチモード変換導波路に結合させる第３の結合部と、
前記第２のマルチモード変換導波路を伝搬する前記第３の光の導波モードを０次モードに変換して、当該０次モードに変換した第３の光を前記第１の光導波路に結合させる第４の結合部と、
前記第４の光導波路を伝搬する前記第４の光の導波モードを高次モードに変換して、当該高次モードに変換した第４の光を前記第１の光導波路に結合させる第１の合波部と、
前記第５の光導波路を伝搬する前記第５の光の導波モードを高次モードに変換して、当該高次モードに変換した第５の光を前記第１の光導波路に結合させる第２の合波部と、を備え、
前記第１の光導波路は、前記第１の合波部と近接した第１の部分と、前記第２の合波部と近接した第２の部分とを有し、
前記第１の光導波路では、前記第２の結合部で０次モードに変換されて結合された前記第２の光と、前記第４の結合部で０次モードに変換されて結合された前記第３の光と、前記第２の結合部及び前記第４の結合部を透過した前記第１の光とが合波されて前記第１の部分に入力され、
前記第２の光導波路に対する前記第２の光の０次モードにおける実効屈折率と前記第１のマルチモード変換導波路に対する前記第２の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記第１のマルチモード変換導波路に対する前記第１の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第１の光導波路に対する前記第１の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路及び前記第１のマルチモード変換導波路の導波路幅が設定されており、
前記第３の光導波路に対する前記第３の光の０次モードにおける実効屈折率と前記第２のマルチモード変換導波路に対する前記第３の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記第２のマルチモード変換導波路に対する前記第１の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第１の光導波路に対する前記第１の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第１の光導波路、前記第３の光導波路及び前記第２のマルチモード変換導波路の導波路幅が設定されており、
前記第４の光導波路に対する前記第４の光の０次モードにおける実効屈折率と前記第１の光導波路の前記第１の部分に対する前記第４の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記第１の光導波路の前記第１の部分に対する前記第１乃至第３の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第４の光導波路に対する前記第１乃至第３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第４の光導波路及び前記第１の部分の導波路幅が設定されており、
前記第５の光導波路に対する前記第５の光の０次モードにおける実効屈折率と前記第１の光導波路の前記第２の部分に対する前記第５の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記第１の光導波路の前記第２の部分に対する前記第１乃至第３の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第５の光導波路に対する前記第１乃至第３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第５の光導波路及び前記第１の部分の導波路幅が設定されていることを特徴とする光合波回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合波回路に関し、より詳細には、例えば、可視光のＲＧＢ（Ｒ：赤色光、Ｇ：緑色光、Ｂ：青色光）の３原色を有する光を合波する３原色光合波回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、眼鏡型端末やプロジェクタ用の可視光の３原色光を合波する回路素子として、石英系平面光波回路（Planar lightwave circuit：ＰＬＣ）を用いたＲＧＢカプラモジュールが注目されている（例えば非特許文献１参照）。ＰＬＣは、平面状の基板に、フォトリソグラフィなどによるパターニングとエッチング加工により、光導波路を作製し、複数の基本的な光回路（例：方向性結合器、マッハ・ツェンダ干渉計など）を組み合わせることで各種の機能を実現する。【０００３】
３原色光の合波回路としては、例えば、方向性結合器及び／又はマッハ・ツェンダ干渉計（非特許文献１参照）を利用するものが存在する。本明細書では、最も単純な方向性結合器を用いた場合について、図１を例に説明する。【０００４】
図１は、ＰＬＣを用いたＲＧＢカプラモジュールの基本構造を示す。図１に示すように、ＰＬＣを用いたＲＧＢカプラモジュールの基本構造は、第１乃至第３の光導波路１乃至３の３本の光導波路で形成される。第１の光導波路１には第１の方向性結合器４が結合されている。第２の光導波路２には出力導波路５が結合されている。第３の光導波路３には第２の方向性結合器６が結合されている。第１の方向性結合器４は、波長λ１の光を第１の光導波路１から第２の光導波路２に結合し、波長λ２の光を第２の光導波路２から第１の光導波路１に結合し、第１の光導波路１から第２の光導波路２に結合するように、導波路長と、導波路幅と、導波路間のギャップとが設計されている。第２の方向性結合器６は、波長λ３の光を第３の光導波路３から第２の光導波路２に結合し、波長λ１及び波長λ２の光を透過するように、導波路長と、導波路幅と、導波路間のギャップとが設計されている。【０００５】
λ１＜λ２＜λ３として、例えば第１の光導波路１には青色の光（波長λ１）を入射し、第２の光導波路２には緑色の光（波長λ２）を入射し、第３の光導波路３には赤色の光（波長λ３）を入射する。３色の光は、第１の方向性結合器４及び第２の方向性結合器６を介して合波されて出力導波路５から出力される。３原色光の合波回路では、バンド幅比の小さな通信用の光合波回路とは異なり、青色の光の波長（波長帯４００ｎｍ）と赤色の光の波長（波長帯７００ｎｍ）とが大きく異なることから、結合長の波長依存性が顕著に出る。そのため、このような構成が実現可能となる。【０００６】
また、非特許文献２に示されるように、マルチモード干渉型光導波路（Multi-mode interference waveguide:ＭＭＩ）を用いて異なる波長の光を合波することも可能である。しかし、入力／出力導波路数がそれぞれ２つである関係上、３波長以上の光をＭＭＩで合波することは困難である。【０００７】
以下は後述する本発明の実施形態の理解のため、方向性結合器について簡単に説明する。図２は、方向性結合器の基本原理を示す。図２には、２本の導波路１１及び１２が示されている。図２に示すように、方向性結合器は、２本の導波路１１及び１２を隣接させた際に、一方の導波路１１を通過している光を他方の導波路１２に移行する結合器である。【０００８】
光の進行方向にｚ軸をとると、導波路１１から光強度が１である光が入射された場合において、位置ｚにおける導波路１１及び導波路１２を伝搬する光の強度をそれぞれＰ１(ｚ)、Ｐ２(ｚ)とする。κはモード結合定数、β１及びβ２はそれぞれ導波路１１及び導波路１２の伝搬定数とし、ｑ＝κ２＋δ２、Ｆ＝１／(１＋(δ／κ)２)、δ＝(β２−β１)／２とする。Ｐ１(ｚ)及びＰ２(ｚ)は、以下の（式１）及び（式２）でそれぞれ表される。【０００９】
Ｐ１(ｚ)＝１−Ｆｓｉｎ２(ｑｚ)      （式１）
Ｐ２(ｚ)＝Ｆｓｉｎ２(ｑｚ)        （式２）
ここで、ｍ＝０,１,２,・・・とすると、光が導波路１１から導波路１２へ移行する割合が最大となるのは、ｚ＝π／２ｑ・(２ｍ＋１)のところである。ｍ＝０の場合の距離は結合長と呼ばれる。また、δ＝０のとき、光の移行率は１００％となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】A. Nakao, R. Morimoto, Y. Kato, Y. Kakinoki, K. Ogawa and T. Katsuyama, “Integrated waveguide-type red-green-blue beam combiners for compact projection-type displays”, Optics Communications 330 (2014) 45-48
【非特許文献２】Apollo Inc.、”APSS Apollo Application Note on Multi-Mode Interference (MMI) Devices”、［online］、［平成２８年２月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.apollophoton.com/apollo/APNT/APN-APSS-MMI.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１に示されるような従来の光合波回路では、第１の方向性結合器４において第１の光導波路１を伝搬する波長λ１の青色の光を第２の光導波路２に結合させ、第２の光導波路２を伝搬する波長λ２の緑色の光と結合する条件を満たすように導波路を設計する必要があった。また、第２の方向性結合器６において第２の光導波路２で結合した波長λ１及びλ２の光を透過し、第３の光導波路３を伝搬する波長λ３の赤色の光を第２の光導波路２に結合する条件を満たすように導波路を設計する必要があった。その場合、第２の光導波路２を伝搬している波長λ２の光と、第１及び第３の光導波路１及び３をそれぞれ伝搬している波長λ１及びλ３の光との整合条件を満たすような導波路設計が必要となる。【００１２】
例えば、第２の方向性結合器６で波長λ３の赤色の光を第２の光導波路２に移行するだけであれば、導波路間ギャップをある程度狭くすれば短い導波路長で移行することが可能である。しかし、導波路間ギャップを小さくすると波長λ１の青色の光及び波長λ２の緑色の光が第２の方向性結合器６で透過せずに第３の光導波路３に移行してしまうため、光損失が増大する。【００１３】
第３の光導波路３への波長λ１の青色の光及び波長λ２の緑色の光の結合を回避して光損失の増大を防ぐためには、導波路間ギャップを大きくしつつカプラ長を長くする必要がある。しかし、このようにすると、導波路長を短くすることができず、光合波回路を小型化できないといった課題があった。【００１４】
図３は、図１に示される第２の方向性結合器６の具体的な数値について、ビーム伝搬法（Beam propagation method：ＢＰＭ）によるシミュレーションによって算出した透過スペクトルを示す。図３では、導波路長３７００μｍ、導波路幅を１．５μｍ、導波路膜厚を３．６μｍ、導波路間ギャップを４．８μｍ、コアとクラッドの比屈折率差Δを０．４５％、λ１＝４５０ｎｍ（青）、λ２＝５２０ｎｍ（緑）、λ３＝６５０ｎｍ（赤）と設定している。図３に示されるように、第２の方向性結合器６は、波長λ１の光を９９．６％透過し、波長λ２の光を９３．０％透過し、波長λ３の光を第２の光導波路２に９５．５％結合する。導波路間ギャップを狭くすると、波長λ１及びλ２の光が第３の光導波路３に結合し透過率が下がるため、特性を下げずにこれ以上方向性結合器長を短くすることは困難である。【００１５】
また、図１に示されるような従来の光合波回路では、出射光強度を強めるために入力導波路及び方向性結合器を追加して新たに光を追加しようとすると、追加前の光合波回路においてもともと合波されていた光が追加した入力導波路及び／又は方向性結合器から出てきてしまうため、出射光強度を強めることができない。このため、レーザが持つ特性以上に光強度が大きい光を出射できないといった課題があった。【００１６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の波長の複数の光を低損失で合波しつつ、小型な光合波回路を実現し、また、平面光波回路を用いて複数の波長を有する複数の光を合波する際に、より高強度でかつスポット径の小さい合波光を出力可能な光合波回路を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明のある実施形態に係る光合波回路は、０次モードの第１の波長を有する第１の光を入射させる第１の光導波路と、前記第１の波長と異なり、かつそれぞれ異なる第２及び第３の波長を有する０次モードの第２及び第３の光を入射させる第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に設けられたマルチモード変換導波路と、前記第１の光導波路を伝搬する前記第１の光の導波モードを高次モードに変換して、当該高次モードに変換した第１の光を前記マルチモード変換導波路に結合させる第１の結合部と、前記マルチモード変換導波路を伝搬する前記第１の光の導波モードを０次モードに変換して、当該０次モードに変換した第１の光を前記第２の光導波路に結合させ、前記第２及び第３の光を透過する第２の結合部と、を備え、前記第２の光導波路は、前記第２の結合部で０次モードに変換されて結合された前記第１の光と、前記第２の結合部を透過した前記第２及び第３の光とを合波して合波光として出力し、前記第１の光導波路に対する前記第１の光の０次モードにおける実効屈折率と前記マルチモード変換導波路に対する前記第１の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記マルチモード変換導波路に対する前記第２及び第３の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第２の光導波路に対する前記第２及び第３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路及び前記マルチモード変換導波路の導波路幅が設定されていることを特徴とする。【００１８】
また、本発明の他の実施形態に係る光合波回路は、合波光を出力する、平面光波回路を用いた光合波回路であって、０次モードの第１の波長を有する第１の光を入射させる第１の光導波路と、前記第１の波長と異なり、かつそれぞれ異なる１つ以上の波長を有する０次モードの１つ以上の他の光を入射させる合波光導波路と、前記第１の光導波路を伝搬する前記第１の光の導波モードを高次モードに変換して当該変換した第１の光を前記合波光導波路に結合させて、当該結合した第１の光を、前記合波光導波路を伝搬する前記１つ以上の他の光と合波させる第１の合波部と、を備え、前記合波光導波路は、前記第１の合波部と近接した第１の部分を有し、前記第１の光導波路に対する前記第１の光の０次モードにおける実効屈折率と前記合波光導波路の前記第１の部分に対する前記第１の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、前記合波光導波路の前記第１の部分に対する前記１つ以上の他の光の高次モードにおける実効屈折率と前記第１の光導波路に対する前記１つ以上の他の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、前記第１の光導波路及び前記第１の部分の導波路幅が設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、ＰＬＣを用いて複数の波長の複数の光を合波する場合でも、所望の波長の光を結合させる条件のみを満たせば、それ以外の波長の光の結合を抑制して、所望の波長の光のみを結合して合波することが可能となる。そのため、方向性結合器のギャップは製造可能な範囲で狭くすることができることができることから、結合長を短くすることができ、高効率で小型な光合波回路を実現することが可能となる。【００２０】
また、本発明によると、平面光波回路を用いたＲＧＢ合波回路において、空間多重技術を用いることで出射光の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、ＰＬＣを用いたＲＧＢカプラモジュールの基本構造を示す。
【図２】図２は、方向性結合器の構成を示す。
【図３】図３は、図１に示される第２の方向性結合器６において、ＢＰＭによるシミュレーションによって算出した透過スペクトルを示す。
【図４】図４は、本発明の実施例１に係る光合波回路を例示する。
【図５】図５は、本発明に係る光合波回路における各波長について０次、１次、２次モードの実効屈折率と導波路幅との関係を示す。
【図６】図６は、本発明に係る光合波回路における透過スペクトルを示す。
【図７】図７は、本実施例１に係る光合波回路の他の例を示す。
【図８】図８は、本発明の実施例２に係る光合波回路を例示する。
【図９】図９は、本発明の実施例２に係る光合波回路における、各波長についての０次、１次、２次モードの光の実効屈折率と導波路幅との関係を示す。
【図１０】図１０は、０次モード光、２次モード光、及び０次モード光と２次モード光との合波光のビーム形状をそれぞれ示す。
【図１１】図１１は、本発明の実施例２に係る光合波回路を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施例１）
本発明の実施例１に係る光合波回路について、図４乃至図６を参照して具体的に説明する。本実施例では、波長λ１、λ２及びλ３の光は、それぞれ、青（４００〜４９５ｎｍ）、緑（４９５〜５７０ｎｍ）、赤（６２０〜７５０ｎｍ）の波長域の波長を有する光とする。
【００２３】
図４は、本発明の実施例１に係る光合波回路を例示する。図４には、波長λ３の光が入力される第１の光導波路１０１と、波長λ１及びλ２の光が入力される第２の光導波路１０２と、マルチモード（ＭＭ）変換導波路１０３と、第１の結合部１０４と、第２の結合部１０５と、第２の光導波路１０２に結合された出力導波路１０６と、を備えた光合波回路が示されている。ここで、本実施例１では、第２の光導波路１０２に波長λ１及びλ２の２つの光を入力した例を説明するが、これに限定されず、どちらか一方の光のみを第２の光導波路１０２に入力する構成としてもよい。
【００２４】
第１及び第２の光導波路１０１及び１０２とＭＭ変換導波路１０３とは、基板上に設けられた下部クラッド層と、下部クラッド層よりも屈折率が高いコア層と、コア層上に設けられた上部クラッド層で構成される。上部クラッド層はコア層を囲むように設けられる。第１及び第２の光導波路１０１及び１０２は、シングルモード導波路とすることができる。図４に示されるように、第１の光導波路１０１、第２の光導波路１０２及びＭＭ変換導波路１０３は、光の進行方向に対して並列に配置されている。
【００２５】
本実施例１では、第１及び第２の光導波路１０１及び１０２と、ＭＭ変換導波路１０３とは、導波路幅が異なっている。第１の結合部１０４は、第１の光導波路１０１とＭＭ変換導波路１０３とを近接させることによって構成された方向性結合器としている。第２の結合部１０５は、第２の光導波路１０２とＭＭ変換導波路１０３とを近接させることによって構成された方向性結合器としている。
【００２６】
本実施例１に係る光合波回路では、第１及び第２の光導波路１０１及び１０２間にＭＭ変換導波路１０３が設けられている。これにより、第１の光導波路１０１から入射された波長λ３の光は、第１の結合部１０４において導波モードが高次モード（例えば１次モード）に変換されてＭＭ変換導波路１０３に移行する。ＭＭ変換導波路１０３に移行された波長λ３の光は、第２の結合部１０５においてさらに導波モードが基本モード（０次モード）に変換されて第２の光導波路１０２に移行する。
【００２７】
一方、第２の光導波路１０２から入射された０次モードの波長λ１及びλ２の２つの光は、後述のようにいずれもＭＭ変換導波路１０３と結合する条件を満たさないように第２の結合部１０５が設計されているため、第２の結合部１０５においてＭＭ変換導波路１０３へ移行することなく第２の結合部１０５を透過する。その結果、第２の結合部１０５を透過した波長λ１及びλ２の光と、第１の光導波路１０１からＭＭ変換導波路１０３を介して移行された波長λ３の光とが合波される。当該合波光は、出力導波路１０６から出力される。
【００２８】
図５は、本実施例１に係る光合波回路において、λ１＝４５０ｎｍ、λ２＝５２０ｎｍ、λ３＝６５０ｎｍとした場合における、各波長の光についての０次、１次、２次モードの実効屈折率と導波路幅との関係を示す。図５では、導波路膜厚を３．６μｍ、比屈折率差Δを０．４５％として図３で用いた条件と同一とした。
【００２９】
第１及び第２の光導波路１０１及び１０２の導波路幅を１．５μｍとし、ＭＭ変換導波路１０３の導波路幅を４．８μｍとする。この場合、図５に示されるように、波長λ３の光は、０次モードと１次モードの実効屈折率がほぼ一致する。そのため、上記（式２）に基づいて光が第１の光導波路１０１とＭＭ変換導波路１０３との間を移行していくことが分かる。従って、第１の光導波路１０１を伝搬した波長λ３の光は、第１の結合部１０４で１次モードの光に変換されてＭＭ変換導波路１０３に結合し、第２の結合部１０５で０次モードの光に変換されて第２の光導波路１０２に結合する。
【００３０】
一方、図５に示されるように、第２の光導波路１０２を通過する各波長λ１及びλ２の光は、上記導波路幅ではどの導波モードの光とも実効屈折率が一致しないため、ＭＭ変換導波路１０３に波長λ１及びλ２の光はほとんど結合しない。このため、波長λ３の光の結合条件のみを考慮することによって第２の結合部１０５を設計することが可能となる。すなわち、第１の光導波路１０１に対する波長λ３の光の０次モードにおける実効屈折率とＭＭ変換導波路１０３に対する波長λ３の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第２の光導波路１０２に対する波長λ１及びλ２の各光の０次モードにおける実効屈折率とＭＭ変換導波路１０３に対する波長λ１及びλ２の各光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように第１及び第２の光導波路１０１及び１０２の導波路幅とＭＭ変換導波路１０３の導波路幅を設計すればよい。
【００３１】
図６は、例えば、導波路膜厚を３．６μｍ、比屈折率差Δを０．４５％とし、図４に示す導波路間ギャップＧを２．５μｍとし、導波路長Ｌを７０２μｍとした場合の透過スペクトルを示す。図６に示されるように、第２の結合部１０５において、波長λ１の光を９９．５％透過し、波長λ２の光を９７．２％透過し、波長λ３の光を９５．０％結合することが可能となる。従って、本実施例１に係る光合波回路では、特性を下げることなく、導波路長を従来構成と比較して約１／５に短くすることが可能となる。
【００３２】
本実施例では、３つの光を合波する例について説明したが、４つ以上の波長を有する４つ以上の光を合波する場合にも本実施例１に係る光合波回路を適用可能である。図７は、それぞれ異なる波長を有する４つ以上の光を合波する場合における本実施例１に係る光合波回路の他の例を示す。図７に示す光合波回路は、第１の光導波路１０１と、ＭＭ変換導波路１０３と、第１の結合部１０４と、第２の結合部１０５とを備え、さらに、第３の光導波路１０７と、第２のＭＭ変換導波路１０８と、第３及び第４の結合部１０９及び１１０と、を含む１つ又は複数の光回路１２０を備えている。１つ又は複数の光回路１２０は、光の進行方向に対して多段に配置されている。１つ又は複数の光回路１２０の各第３の光導波路１０７は、波長λ１乃至λ３とは異なり、且つそれぞれ異なる波長の光を入力している。
【００３３】
本例では、１つ又は複数の光回路１２０の各々において、第３の光導波路１０７に対する入力光の０次モードにおける実効屈折率と第２のＭＭ変換導波路１０８に対する当該入力光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第２のＭＭ変換導波路１０８に対する第４の結合部１１０に入射する合波光の高次モードにおける実効屈折率と第２の光導波路１０に対する第４の結合部１１０に入射する合波光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、各第３の光導波路１０７及び各第２のＭＭ変換導波路１０８の導波路幅が設定されている。
【００３４】
それにより、本例では、光回路１２０の各段において第３の光導波路１０７に入射されたそれぞれ異なる波長を有する０次モードの光は、第３の結合部１０９においてマルチモードの光に変換されて第２のＭＭ変換導波路１０８に移行し、第４の結合部１１０においてさらに基本モードに変換されて第２の光導波路１０２に移行することができる。そして、第４の結合部１１０において移行された各光が第２の光導波路１０２においてそれぞれ合波されることにより、４つ以上の光を出力導波路１０６から出力することが可能となる。
【００３５】
なお、第１及び第２の光導波路１０１及び１０２、並びにＭＭ変換導波路１０３の導波路幅および屈折率は相対的なものであるから、第１及び第２の光導波路１０１及び１０２の導波路幅での０次モードの光の伝搬定数がＭＭ変換導波路１０３の導波路幅での高次モードの光の伝搬定数と等しくなるように、第１及び第２の光導波路１０１及び１０２の導波路幅を調整してもよい。
【００３６】
（実施例２）
本発明の実施例２に係る光合波回路について、図８乃至図１０を参照して具体的に説明する。図８は、本発明の実施例に係る光合波回路を例示する図である。図８には、第１乃至第３の導波路２０１乃至２０３と、合波光導波路２０４と、第１乃至第３の合波部２０５乃至２０７と、合波光導波路２０４に結合された出力導波路２０８と、を備えた光合波回路が示されている。
【００３７】
第１乃至第３の光導波路２０１乃至２０３と合波光導波路２０４とは、基板上に設けられた下部クラッド層と、下部クラッド層よりも屈折率が高いコア層と、コア層上に設けられた上部クラッド層で構成される。上部クラッド層はコア層を囲むように設けられる。第１乃至第３の光導波路２０１乃至２０３はシングルモード導波路とすることができる。合波光導波路２０４はマルチモード導波路とすることができる。本実施例２では、第１乃至第３の合波部２０５乃至２０７は、それぞれ、第１乃至第３の光導波路２０１乃至２０３と合波光導波路２０４とを近接させることによって構成された方向性結合器としている。
【００３８】
また、図８に示されるように、合波光導波路２０４は、それぞれ導波路幅が異なる第１乃至第３の部分２０４１乃至２０４３を含む。第１乃至第３の部分２０４１乃至２０４３及び出力導波路２０８の各々の間は、テーパ形状の導波路を介して結合している。
【００３９】
本実施例２では、０次モードの波長λ１、λ２、λ３の光が伝搬している合波光導波路２０４に、波長λ１’、λ２’、λ３’の光を２次モードで合波する方法について、図９を用いて具体的に説明する。本実施例２では、仮に、λ１＝４５０ｎｍ（青）、λ２＝５２０ｎｍ（緑）、λ３＝６５０ｎｍ（赤）、λ１’＝（４５０＋α）ｎｍ（青）、λ２’＝（５２０＋β）ｎｍ（緑）、λ３’＝（６５０＋γ）ｎｍ（赤）とし、α、β、γは０より大きく線幅より小さい微小な値とし、線幅は入射される光の光源に依るが概ね１ｎｍ以下とする。
【００４０】
本実施例２に係る光合波回路では、第１の光導波路２０１に対する波長λ１’の光の０次モードにおける実効屈折率と合波光導波路２０４の第１の部分２０４１に対する波長λ１’の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、合波光導波路２０４の第１の部分２０４１に対する波長λ１、λ２、λ３の光の高次モードにおける実効屈折率と第１の光導波路２０１に対する波長λ１、λ２、λ３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、第１の光導波路２０１及び第１の部分２０４１の導波路幅が設定されている。
【００４１】
また、第２の光導波路２０２に対する波長λ２’の光の０次モードにおける実効屈折率と合波光導波路２０４の第２の部分２０４２に対する波長λ２’の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、合波光導波路２０４の第２の部分２０４２に対する波長λ１、λ２、λ３の光の高次モードにおける実効屈折率と第２の光導波路２０２に対する波長λ１、λ２、λ３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、第２の光導波路２０２及び第２の部分２０４２の導波路幅が設定されている。
【００４２】
さらに、第３の光導波路２０３に対する波長λ３’の光の０次モードにおける実効屈折率と合波光導波路２０４の第３の部分２０４２に対する波長λ３’の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、合波光導波路２０４の第３の部分２０４３に対する波長λ１、λ２、λ３の光の高次モードにおける実効屈折率と第３の光導波路２０３に対する波長λ１、λ２、λ３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、第３の光導波路２０３及び第３の部分２０４３の導波路幅が設定されている。
【００４３】
図９は、本実施例２に係る光合波回路における、各波長λ１、λ２、λ３についての０次、１次、２次モードの光の実効屈折率と導波路幅との関係を示す。導波路膜厚は３．６μｍとし、比屈折率差Δは０．４５％とした。
【００４４】
例えば、第１乃至第３の光導波路２０１乃至２０３の導波路幅を１．５μｍ（図９の左端）とした場合、図９に示されるように、２次モードの波長λ１’の光と０次モードの波長λ１’の光との実効屈折率が等しくなる導波路幅は、６．７５μｍである。よって、第１の光導波路２０１を伝搬している０次モードの波長λ１’の光が合波光導波路２０４の第１の部分２０４１に移行するように、第１の合波部２０５に近接している合波光導波路２０４の第１の部分２０４１の導波路幅を６．７５μｍと設定した。
【００４５】
このように設定した場合、第１の光導波路２０１を伝搬している０次モードの波長λ１’の光は、第１の合波部２０５において導波モードが２次モードに変換されて合波光導波路２０４に結合する。結合した２次モードの波長λ１’の光は、合波光導波路２０４を伝搬している０次モードの波長λ１、λ２、λ３の光と合波される。仮に導波路間ギャップを２．２μｍとすると、結合長は３２８０μｍとなる。また、図９に示されるように、合波光導波路２０４を伝搬している０次モードの波長λ１、λ２、λ３の光は、実効屈折率が大きく異なるため、第１の光導波路２０１にはほぼ結合しない。
【００４６】
続いて、第２の光導波路２０２を伝搬している０次モードの波長λ２’の光は、第２の合波部２０６において導波モードが２次モードに変換されて合波光導波路２０４に結合される。このとき、図９に示されるように、第２の合波部２０６に近接している合波光導波路２０４の第２の部分２０４２の導波路幅は、２次モードの波長λ２’の光と０次モードの波長λ２’の光との実効屈折率が等しくなるように、７．１５μｍにすれば良いことが分かる。仮に導波路間ギャップを２．５μｍとすると、結合長は２３８０μｍとなる。また、図９に示されるように、合波光導波路２０４を伝搬している０次モードの波長λ１、λ２、λ３の光と２次モードの波長λ１’の光は、実効屈折率が大きく異なるため、第２の光導波路２０２にはほぼ結合しない。
【００４７】
最後に、第３の光導波路２０３を伝搬している０次モードの波長λ３’の光は、第３の合波部２０７において導波モードが２次モードに変換されて合波光導波路２０４に結合される。このとき、図９に示されるように、第３の合波部２０７に近接している合波光導波路２０４の第３の部分２０４３の導波路幅は、２次モードの波長λ３’の光と０次モードの波長λ３’の光との実効屈折率が等しくなるように、８．００μｍにすれば良いことが分かる。仮に導波路間ギャップを２．５μｍとすると、結合長は９００μｍとなる。また、図９に示されるように、合波光導波路２０４を伝搬している０次モードの波長λ１、λ２、λ３の光と２次モードの波長λ１’、λ２’の光は、実効屈折率が大きく異なるため、第３の光導波路２０３にはほぼ結合しない。
【００４８】
以上により、波長λ１’、λ２’、λ３’の光を２次モードの光に変換して合波光導波路２０４と結合し、合波光導波路２０４を伝搬する波長λ１、λ２、λ３の光と合波させて、当該合波光を出力導波路２０８から出力することができる。そして、合波光導波路２０４の第３の部分２０４３の導波路幅から所望の導波路幅に変更することにより、当該合波光を所望のスポット径を有する合波光を出力することができる。特に、導波路幅を小さくするように変更することにより、スポット径の小さい合波光を出力することが可能となる。この際、導波路幅は、高次モード光のカットオフがかからないようにする。本実施例２の場合、出力導波路２０８の導波路幅を、２次モードの波長λ３’の光が伝搬できる最小の導波路幅である５．８μｍ以上にする必要がある。
【００４９】
図１０に、０次モード光、２次モード光、及び０次モード光と２次モード光との合波光のビーム形状をそれぞれ示す。ｗ０をスポットサイズ、ｐをモードの次数とすると、各モード光の振幅Ｅ(ｐ)(ｘ)は以下の関数で近似的に表すことができる。
【００５０】
【数１】
2017142076.tif 000003
【００５１】
各モード光の強度を調整することで、合波したビーム形状をガウシアンに近い形状にすることも可能である。図１０に示すように、０次モード光及び２次モード光と比較して、０次モード光と２次モード光との合波光は、より高強度でかつより小さなスポット径となっていることが理解される。このように、本実施例２に係る光合波回路によると、０次モードでＲＧＢ各波長の光が合波された導波路に、導波モードの異なるＲＧＢ各波長の光を合波して出射することより、より高強度でかつスポット径の小さい合波光を出力することが可能となる。
【００５２】
本実施例２では、０次モード光と２次モード光とを合波する例について説明したが、本実施例２によると、実効屈折率さえ調整すれば、導波モードによらず合波可能である。波長群λ１、λ２、λ３の光につき異なる導波モードを割当てることで、使用する導波モード数の分、これらの波長群の光の合波が可能である。例えば、０次から３次までの導波モードの光を使うことで、４つの赤、緑、青の光を合波して出射することも可能である。
【００５３】
本実施例２では、λ１＝４５０ｎｍ（青）、λ２＝５２０ｎｍ（緑）、λ３＝６５０ｎｍ（赤）としたが、これに限定されず、波長λ１、λ２及びλ３の光は、それぞれ、青（４００〜４９５ｎｍ）、緑（４９５〜５７０ｎｍ）、赤（６２０〜７５０ｎｍ）の波長域の波長を有する光とすることができる。
【００５４】
（実施例３）
本発明の実施例３に係る光合波回路について、図１１を参照して具体的に説明する。本実施例３では、実施例１のような所望の波長の光のみを結合して合波する機能と、実施例２のような導波モードの異なる各波長の光を合波することにより高強度な合波光を出力する機能とを備えた光合波回路を示す。
【００５５】
図１１には、波長λ１乃至λ５の光がそれぞれ入力される第１乃至第５の光導波路３０１乃至３０５と、第１及び第２のＭＭ変換導波路３０６及び３０７と、第１乃至第４の結合部３０８乃至３１１と、第１及び第２の合波部３１２及び３１３と、第１の光導波路３０１に結合された出力導波路３１４と、を備えた光合波回路が示されている。
【００５６】
第１乃至第５の光導波路３０１乃至３０５と第１及び第２のＭＭ変換導波路３０６及び３０７は、基板上に設けられた下部クラッド層と、下部クラッド層よりも屈折率が高いコア層と、コア層上に設けられた上部クラッド層で構成される。上部クラッド層はコア層を囲むように設けられる。第１の光導波路３０１はマルチモード導波路とすることができる。第２乃至第５の光導波路３０２乃至３０５は、シングルモード導波路とすることができる。図１１に示されるように、第１乃至第５の光導波路３０１乃至３０５並びに第１及び第２のＭＭ変換導波路３０６及び３０７は、光の進行方向に対して並列に配置されている。第１の光導波路３０１は、それぞれ導波路幅が異なる第１及び第２の部分３０１１及び３０１２を含む。第１及び第２の部分３０１１及び３０１２と出力導波路３１５の各々の間は、テーパ形状の導波路を介して結合している。
【００５７】
本実施例３では、第１乃至第５の光導波路３０１乃至３０５と第１及び第２のＭＭ変換導波路３０６及び３０７は、導波路幅が異なっている。第１乃至第４の結合部３０８乃至３１１は、それぞれ、第２の光導波路３０２及び第１のＭＭ変換導波路３０６、第１の光導波路３０１及び第１のＭＭ変換導波路３０６、第３の光導波路３０３及び第２のＭＭ変換導波路３０７、並びに第１の光導波路３０１と第２のＭＭ変換導波路３０７とを近接させることによって構成された方向性結合器としている。第１及び第２の合波部３１２及び３１３は、それぞれ、第４の光導波路３０４及び第１の光導波路３０１、並びに第５の光導波路３０５及び第１の光導波路３０１を近接させることによって構成された方向性結合器としている。
【００５８】
実施例１と同様に、第２の光導波路３０２に対する波長λ２の光の０次モードにおける実効屈折率と第１のＭＭ変換導波路３０６に対する波長λ２の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第１の光導波路３０１に対する波長λ１の光の０次モードにおける実効屈折率と第１のＭＭ変換導波路３０６に対する波長λの各光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように第１及び第２の光導波路３０１及び３０２の導波路幅と第１のＭＭ変換導波路３０６の導波路幅が設定されている。また、第３の光導波路３０３に対する波長λ３の光の０次モードにおける実効屈折率と第２のＭＭ変換導波路３０７に対する波長λ３の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第１の光導波路３０１に対する波長λ１の光の０次モードにおける実効屈折率と第２のＭＭ変換導波路３０７に対する波長λの各光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように第１及び第３の光導波路３０１及び３０３の導波路幅と第２のＭＭ変換導波路３０７の導波路幅が設定されている。
【００５９】
さらに、本実施例２と同様に、第４の光導波路３０４に対する波長λ２’の光の０次モードにおける実効屈折率と第１の光導波路３０１の第１の部分３０１１に対する波長λ２’の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第１の光導波路３０１の第１の部分３０１１に対する波長λ１、λ２、λ３の光の高次モードにおける実効屈折率と第４の光導波路３０４に対する波長λ１、λ２、λ３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、第１の部分２０４１の導波路幅が設定されている。また、第５の光導波路３０５に対する波長λ３’の光の０次モードにおける実効屈折率と第１の光導波路３０１の第２の部分３０１２に対する波長λ３’の光の高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第１の光導波路３０１の第２の部分３０１２に対する波長λ１、λ２、λ３の光の高次モードにおける実効屈折率と第５の光導波路３０５に対する波長λ１、λ２、λ３の光の０次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように、第２の部分２０４２の導波路幅が設定されている。
【００６０】
本実施例３では、波長λ１、λ２及びλ３の光は、それぞれ、青（４００〜４９５ｎｍ）、緑（４９５〜５７０ｎｍ）、赤（６２０〜７５０ｎｍ）の波長域の波長を有する光とし、λ２’＝（λ２＋β）ｎｍ（緑）、λ３’＝（λ３＋γ）ｎｍ（赤）とし、β、γは０より大きく線幅より小さい微小な値とし、線幅は入射される光の光源に依るが概ね１ｎｍ以下とした。
【００６１】
以下、本発明の実施例３に係る光合波回路の動作について説明する。第２の光導波路３０２から入射された波長λ２の光は、第１の結合部３０８において導波モードが一次モードに変換されて第１のＭＭ変換導波路３０６に移行し、第２の結合部３０９においてさらに導波モードが０次モードに変換されて第１の光導波路３０１に移行する。同様に第３の光導波路３０３から入射された波長λ３の光は、第３の結合部３１０において導波モードが一次モードに変換されて第２のＭＭ変換導波路３０７に移行し、第４の結合部３１１においてさらに導波モードが０次モードに変換されて第１の光導波路３０１に移行する。
【００６２】
また、上記実施例１と同様に、第１及び第２のＭＭ変換導波路３０６及び３０７と結合する条件を満たさないように第２及び第４の結合部３０９及び３１１が設計されている。そのため、第１の光導波路３０１から入射された０次モードの波長λ１の光は、第２及び第４の結合部３０９及び３１１においてそれぞれ第１及び第２のＭＭ変換導波路３０６及び３０７へ移行することなく第２及び第４の結合部３０９及び３１１を透過する。その結果、第２及び第４の結合部３０９及び３１１を透過した波長λ１の光と、第２及び第３の光導波路３０２及び３０３から第１及び第２のＭＭ変換導波路３０６及び３０７を介してそれぞれ移行された波長λ２及びλ３の光とが合波されて、第１の光導波路３０１の第１の部分３０１１に入力される。以上のようにして、実施例３に係る光合波回路は、実施例１のような所望の波長の光のみを結合して合波する機能を実現することができる。
【００６３】
一方、第４の光導波路３０４を伝搬している０次モードの波長λ２’の光は、第１の合波部３１２において導波モードが２次モードに変換されて第１の光導波路３０１の第１の部分３０１１に結合する。結合した２次モードの波長λ２’の光は、第１の光導波路３０１の第１の部分３０１１を伝搬している０次モードの波長λ１、λ２、λ３の光と合波されて、第１の光導波路３０１の第２の部分３０１２に入力される。さらに、第５の光導波路３０５を伝搬している０次モードの波長λ３’の光は、第２の合波部３１３において導波モードが２次モードに変換されて第１の導波路３０１の第２の部分３０１２に結合する。結合した２次モードの波長λ３’の光は、第１の導波路３０１の第２の部分３０１２を伝搬している合波光と合波されて、出力導波路３１４から出力される。以上のようにして、実施例３に係る光合波回路は、実施例２のような導波モードの異なる各波長の光を合波することにより高強度な合波光を出力する機能を実現することができる。
【００６４】
実施例３に係る光合波回路において、実施例１及び２と同様に、例えば、λ１＝４５０ｎｍ、λ２＝５２０ｎｍ、λ３＝６５０ｎｍ、導波路膜厚を３．６μｍ、比屈折率差Δを０．４５％、第１乃至第４の結合部３０８乃至３１１と、第４の光導波路３０４及び第１の部分３０１１と、第５の光導波路３０５と第２の部分３０１２と、における導波路間ギャップをそれぞれ２．５μｍ、第１乃至第４の結合部３０８乃至３１１における結合長を７０２μｍ、第１の合波部３１２の結合長を２３８０μｍ、第２の合波部３１３の結合長を９００μｍ、第１乃至第５の光導波路３０１乃至３０５の導波路幅を１．５μｍと仮定する。この場合、図５及び図９に基づいて、第１のＭＭ変換導波路３０６の導波路幅を４．３μｍ、第２のＭＭ変換導波路３０７の導波路幅を４．８μｍ、第１の部分３０１１の導波路幅を７．１５μｍ、第２の部分３０１２の導波路幅を８．００μｍとすることにより、実施例３に係る光合波回路を実現することができる。
【００６５】
ここで、上記実施例では結合部として方向性結合器を用いた場合について説明したが、例えば２×１のＭＭＩやその他の合波器を用いてもよいことは言うまでもない。また、上記実施例では、ＲＧＢカプラモジュールを例に説明したが、複数の波長の複数の光を１本の導波路に合波する場合であれば、材料や比屈折率差Δによらず本発明を適用できることは言うまでもない。さらに、本発明に係る導波路形状は、平面導波路の材料や比屈折率差Δに依存しないため、平面導波路全般に適用可能である。さらに、上記実施例では、可視光の３原色であるＲＧＢ光合波回路を例示したが、波長の異なる複数の光を合波ないし分波する光合分波回路として本発明を適用可能であることは明らかである。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月4日(2018.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
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【国際調査報告】
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