(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路及び第二の出力側光導波路に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
光分岐部と該光分岐部から延びる前記第一の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ１と、前記光分岐部と前記第二の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ２とは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差の絶対値が、前記光源回路を伝搬する光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする光源回路。
【請求項２】
一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路及び第二の出力側光導波路に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
光分岐部と該光分岐部から延びる前記第一の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ１と、前記光分岐部と前記第二の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ２とは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差の絶対値が、前記光源回路を伝搬する光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように光路長を制御するための位相制御構造を備えた光源回路。
【請求項３】
前記位相制御構造は、光路長を動的に調整するための動的位相制御機構を含むことを特徴とする請求項２に記載の光源回路。
【請求項４】
前記動的位相制御機構は、位相変調器である、請求項３に記載の光源回路。
【請求項５】
前記動的位相制御機構は、マイクロヒーターである、請求項３に記載の光源回路。
【請求項６】
複数段の光分岐部が前記基板上に形成されている、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光源回路。
【請求項７】
一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路、第二の出力側光導波路、第三の出力側光導波路及び第四の出力側光導波路としてこの順に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
前記光分岐部から次段の光分岐部又は光デバイスまで第一ないし第四の出力側光導波路が延びており、かつ第一及び第四の出力側光導波路と第二及び第三の出力側光導波路はそれぞれ対をなしており、前記光分岐部の各対の一方の出力側光導波路の光路長と前記光分岐部の各対の他方の出力側光導波路の光路長との差の絶対値が、前記光源回路を伝送される光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする光源回路。
【請求項８】
前記光分岐部は全ての出力側光導波路に均等に光を分配する、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光源回路。
【請求項９】
前記光分岐部の前記入力側光導波路の前段に、方向性結合器又は２×２多モード干渉導波路が設けられている、請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光源回路。
【請求項１０】
前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の第一の出力側光導波路から次段の光分岐部までの光路長ＬＡと前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の第二の出力側光導波路から次段の光分岐部までの光路長ＬＢとは、光路長ＬＡと光路長ＬＢの差の絶対値が、前記光源回路を伝送される光の波長のｉ／２倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする請求項９に記載の光源回路。
【請求項１１】
前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の一方の入力側光導波路に、光モニターが接続されている、請求項９又は請求項１０に記載の光源回路。
【請求項１２】
前記光分岐部は１×Ｎ多モード干渉導波路又は１×ＮＹ分岐光導波路（Ｎは２以上の正の整数）からなる、請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の光源回路。
【請求項１３】
前記基板はシリコン基板又はＳＯＩ基板である、請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の光源回路。
【請求項１４】
半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源と接続されている請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の光源回路とを備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項１５】
前記半導体レーザ光源は、化合物半導体レーザダイオード又は化合物半導体レーザダイオードアレイからなる、請求項１４に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光インターコネクション等に利用される光源回路に関し、特に、分岐光導波路が基板上に形成され、光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路及びこれを備えた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基板上に、様々な光デバイスを集積するシリコンフォトニクスの研究が大きな注目を集めている。【０００３】
シリコンは、間接遷移型の材料であるため、エネルギー効率の高い光源の実現は難しいことが知られている。それに対し、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＩｎＰ（リン化インジウム）等の化合物半導体は直接遷移型の材料であるため、エネルギー効率の高い光源の実現が可能である。このため、シリコン基板上に光源を集積する方法としては、シリコン基板上に化合物半導体光源を集積する方法が有力であると考えられている。【０００４】
例えば、図２８に示すように、フリップチップボンディング等により、シリコン基板上に光源として化合物半導体レーザダイオードを貼り合わせれば、シリコン基板上にエネルギー効率の高い光源を集積することが可能となる（非特許文献１）。【０００５】
こうして配置された化合物半導体レーザダイオードからの光は、例えば、スポットサイズ変換器、シリコン光導波路などを通じて、光集積回路へ届けられる。また、化合物半導体レーザダイオードからの光を、シリコン基板上の複数の光デバイスに届けるためには、非特許文献２に開示されているような分岐光導波路を有する光源回路が用いられる。
分岐光導波路の代表例として、１×２多モード干渉導波路を図２９に示す。１×２多モード干渉導波路は、一本の入力光を二つの出力端子に分岐させる。図３０に示すように、分岐光導波路を有する光源回路を用いて一本の光を複数本に分岐させれば、化合物半導体レーザダイオードからの光を有効に活用できる。分岐光導波路としては、多数の光デバイスへの光分配が可能な多段分岐光導波路を利用することが望ましい。【０００６】
半導体レーザダイオードなどの光源から光が分岐光導波路に入射すると、分岐部で反射光が生じる。図３０に示す光源装置のように、半導体レーザダイオードと分岐光導波路とを組み合わせて動作させる場合、分岐光導波路において、レーザダイオードへの戻り光が生じてしまう。このような戻り光がレーザダイオードへ入射すると、レーザダイオードの出力強度の変動（いわゆる強度雑音の発生）や発振波長の変化（位相雑音の発生）を引き起こし、発振特性に影響を与えるという問題を生じさせる。【０００７】
このように、半導体レーザダイオードと分岐光導波路を用いた従来の光源装置では、分岐光導波路からの戻り光によって、光源装置の動作が不安定になるという問題がある。【０００８】
また、上述したように、分岐光導波路としては、多数の光デバイスへの光分配が可能となるように、多段分岐光導波路を利用することが望ましい。しかしながら、多段分岐光導波路では、光分配の本数を多くしようとして、分岐部の段数を増加させると、各段の分岐部で反射光が生じることになり、戻り光の強度が大きくなりやすいという問題がある。【０００９】
このような戻り光を抑制する方法の一つとして、磁気光学材料による非相反移相効果（伝搬方向によって光が受ける位相変化量が異なる効果）を用いた光アイソレータの利用が提案されている（非特許文献３）。本方法は、戻り光を効果的に抑制できるという利点がある。しかしながら、光アイソレータ動作の実現には、磁気光学材料に磁界を印加する必要があるため、別途、磁場を生成するデバイスを付加しなければならないという問題点がある。また、磁気光学材料は、シリコンと物性が大きく異なるため、シリコン基板上への集積が難しいという問題がある。【００１０】
また、このような戻り光による問題を解消するためには、分岐光導波路において発生する反射光を抑制すればよい。分岐光導波路において発生する反射光を低減させる方法としては、様々な方法が提案されている。
例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されているような、特殊な形状の分岐部を有する分岐光導波路が提案されている。しかしながら、理論設計上、反射光の少ない分岐光導波路であっても、作成誤差によって反射光が生じることは避けることができないという問題がある。この場合、微細加工精度を向上させることによって、反射光を低減させることも可能であるが、微細加工精度の向上には、膨大なコスト、綿密なプロセス管理が必要になってしまう。【００１１】
また、上記のような光源回路では、分岐光導波路として、石英系を用いた分岐光導波路と比べると、大幅な小型化が可能であるという利点をもつことから、シリコンを用いた分岐光導波路を使用することが多い。ところが、シリコンを用いた分岐光導波路は、コアとクラッドの屈折率差が非常に大きいため、反射光の低減が難しいという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第２８０９５１７号公報
【特許文献２】特開２００３−１８５８６７号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】T. Hashimoto et al.、“Multichip optical hybrid integration technique with planar lightwave circuit platform”、 Journal of Lightwave Technology、vol.16、pp.1249-1258 (1998)
【非特許文献２】T. Tsuchizawa et al.、“Low-Loss Si Wire Waveguides and their Application to Thermooptic Switches”、 Japanese Journal of Applied Physics、vol.45、pp.6658-6662 (2006)
【非特許文献３】Y. Shoji et al.、“Magneto-optical isolator with silicon waveguides fabricated by direct bonding”、 Applied Physics Letters、vol.92、p.071117 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従来技術に存する問題を解消して、半導体レーザダイオードからの光を複数に分岐させる分岐光導波路を有する光源回路において、分岐光導波路から半導体レーザダイオードへの戻り光を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題は、次の光源回路及びこれを備えた光源装置によって解決される。
（１）一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路及び第二の出力側光導波路に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
光分岐部と該光分岐部から延びる前記第一の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ１と、前記光分岐部と前記第二の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ２とは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差の絶対値が、前記光源回路を伝搬する光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする光源回路。
（２）一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路及び第二の出力側光導波路に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
光分岐部と該光分岐部から延びる前記第一の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ１と、前記光分岐部と前記第二の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ２とは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差の絶対値が、前記光源回路を伝搬する光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように光路長を制御するための位相制御構造を備えた光源回路。
（３）前記位相制御構造は、光路長を動的に調整するための動的位相制御機構を含むことを特徴とする（２）に記載の光源回路。
（４）前記動的位相制御機構は、位相変調器である、（３）に記載の光源回路。
（５）前記動的位相制御機構は、マイクロヒーターである、（３）に記載の光源回路。
（６）複数段の光分岐部が前記基板上に形成されている、（１）から（５）の何れかに記載の光源回路。
（７）一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路、第二の出力側光導波路、第三の出力側光導波路及び第四の出力側光導波路としてこの順に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
前記光分岐部から次段の光分岐部又は光デバイスまで第一ないし第四の出力側光導波路が延びており、かつ第一及び第四の出力側光導波路と第二及び第三の出力側光導波路はそれぞれ対をなしており、前記光分岐部の各対の一方の出力側光導波路の光路長と前記光分岐部の各対の他方の出力側光導波路の光路長との差の絶対値が、前記光源回路を伝送される光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする光源回路。
（８）前記光分岐部は全ての出力側光導波路に均等に光を分配する、（１）から（７）の何れかに記載の光源回路。
（９）前記光分岐部の前記入力側光導波路の前段に、方向性結合器又は２×２多モード干渉導波路が設けられている、（１）から（８）の何れかに記載の光源回路。
（１０）前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の第一の出力側光導波路から次段の光分岐部までの光路長ＬＡと前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の第二の出力側光導波路から次段の光分岐部までの光路長ＬＢとは、光路長ＬＡと光路長ＬＢの差の絶対値が、前記光源回路を伝送される光の波長のｉ／２倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする（９）に記載の光源回路。
（１１）前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の一方の入力側光導波路に、光モニターが接続されている、（９）又は（１０）に記載の光源回路。
（１２）前記光分岐部は１×Ｎ多モード干渉導波路又は１×ＮＹ分岐光導波路（Ｎは２以上の正の整数）からなる、（１）から（１１）の何れかに記載の光源回路。
（１３）前記基板はシリコン基板又はＳＯＩ基板である、（１）から（１２）の何れかに記載の光源回路。
（１４）半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源と接続されている（１）から（１３）の何れかに記載の光源回路とを備えたことを特徴とする光源装置。
（１５）前記半導体レーザ光源は、化合物半導体レーザダイオード又は化合物半導体レーザダイオードアレイからなる、（１４）に記載の光源装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、前段の光分岐部の第一の出力側光導波路に接続される前記次段の光分岐部又は光デバイスで生じる反射光と前記前段の光分岐部の第二の出力側光導波路に接続される前記次段の光分岐部又は光デバイスで生じる反射光とが前記前段の光分岐部で反位相で合成されるようになっているため、半導体レーザダイオード光源からの光を複数に分岐させる分岐光導波路を有する光源回路において、戻り光を効果的に抑制することができる。
これにより、分岐光導波路から半導体レーザダイオードへの戻り光を抑制することができるようになり、半導体レーザダイオード光源の動作を安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体レーザダイオードと分岐光導波路を有する光源回路とを備える本発明に係る光源装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す光源回路の分岐光導波路に導入されている位相制御構造を示す拡大図である。
【図３】従来技術の分岐光導波路の一例を示す説明図である。
【図４】位相制御構造を導入していない従来技術の２段分岐光導波路を示す説明図である。
【図５】本発明による光源回路の第一の実施形態として、位相制御構造を導入した２段分岐光導波路を示す模式図である。
【図６】本発明による光源回路の第二の実施形態として、位相制御構造を導入した４段分岐光導波路を示す模式図である。
【図７】本発明の光源回路の第三の実施形態として、多段分岐光導波路と光集積回路との間に位相制御構造が導入されている光源回路を示す模式図である。
【図８】本発明の光源回路の第四の実施形態として、位相制御構造を導入した１段分岐光導波路を示す模式図である。
【図９】本発明の光源回路の第五の実施形態として、位相制御構造に加えて、方向性結合器を組み合わせた多段分岐光導波路を示す模式図である。
【図１０】従来技術の２×２多モード干渉導波路を示す説明図である。
【図１１】従来技術の１×３多モード干渉導波路を示す説明図である。
【図１２】従来技術の１×３Ｙ分岐光導波路を示す説明図である。
【図１３】本発明の光源回路の第六の実施形態として、３分岐の光分岐部と位相制御構造とを組み合わせた多段分岐光導波路を示す模式図である。
【図１４】従来技術の１×４多モード干渉導波路を示す説明図である。
【図１５】本発明の光源回路の第七の実施形態として、４分岐の光分岐部と位相制御構造とを組み合わせた多段分岐光導波路を示す模式図である。
【図１６】本発明の光源回路の第八の実施形態として、２分岐の光分岐部と４分岐の光分岐部とを組み合わせて構成された多段分岐光導波路に位相制御構造が導入されている光源回路を示す模式図である。
【図１７】出力端子への光配分が均等ではない１×４多モード干渉導波路を示す説明図である。
【図１８】本発明の位相制御構造の第一の実施形態として、光導波路の長さを調整した位相制御構造を示す模式図である。
【図１９】本発明の位相制御構造の第二の実施形態として、光導波路の幅（実効屈折率）を調整した位相制御構造を示す模式図である。
【図２０】本発明の位相制御構造の第三の実施形態として、光導波路の幅（実効屈折率）と長さを調整した位相制御構造を示す模式図である。
【図２１】本発明の位相制御構造の第四の実施形態として、光導波路の幅（実効屈折率）長さを調整した位相制御構造を示す模式図である。
【図２２】本発明の光源回路の第九の実施形態として、多段分岐光導波路の１段目の分岐部と２段目の分岐部の間に１箇所だけ位相制御構造を導入した光源回路を示す模式図である。
【図２３】マルチモード光導波路にシングルモード光導波路を接続した、高次モードカットフィルターを示す模式図である。
【図２４】従来の化合物半導体レーザダイオードアレイの説明図である。
【図２５】半導体レーザダイオードと分岐光導波路を有する光源回路とを備える本発明に係る光源装置の全体構成を示す平面図である。
【図２６】本発明の光源回路の第十の実施形態として、マイクロヒーター（位相変調器）が導入された位相制御構造を含む、多段分岐光導波路を示す模式図である。
【図２７】本発明の光源回路の第十一の実施形態として、モニター（受光器）、マイクロヒーター（位相変調器）が導入された位相制御構造を含む、方向性結合器を組み合わせた多段分岐光導波路を示す模式図である。
【図２８】化合物半導体レーザダイオードと光導波路を用いた光源回路の一例を示す図である。
【図２９】分岐光導波路の代表例である従来の１×２多モード干渉導波路を示す説明図である。
【図３０】多段分岐光導波路により一本の化合物半導体レーザダイオードからの光を複数本に分配する従来の光源回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による光源回路１０を備えた光源装置１００を示している。図１を参照すると、光源装置１００は、デバイス基板１２上に形成された半導体レーザダイオード光源１４と光源回路１０とを備える。デバイス基板１２としては、例えば、シリコン基板又はＳＯＩ基板を用いることができる。
【００１９】
半導体レーザダイオード光源１４は、ＧａＡｓ系又はＩｎＰ系の化合物半導体から形成された化合物半導体レーザダイオードであることが好ましい。
【００２０】
光源回路１０は、導入光導波路１６と、分岐光導波路１８と、位相制御構造２０とを含む。
半導体レーザダイオード光源１４からの光は、導入光導波路１６を通じて分岐光導波路１８へと導かれ、分岐光導波路１８へと導かれた光は、複数本に分配されて光デバイス２２へ供給される。
【００２１】
導入光導波路１６は、半導体レーザダイオード光源１４からの光を分岐光導波路１８へ導く任意の種類の光導波路であり、例えば、シリコン細線光導波路、シリコンリブ光導波路、ポリシリコン細線光導波路、ポリシリコンリブ光導波路、アモルファスシリコン細線光導波路、アモルファスシリコンリブ光導波路、ＳｉＯＮ光導波路、ＳｉＮ光導波路、ＳｉＣ光導波路などのシリコン系光導波路とすることができる。また、導入光導波路１６は、石英系光導波路、ポリマー光導波路など他の光導波路としてもよい。
【００２２】
分岐光導波路１８には、一本の入力側導波路を少なくとも二つの出力側導波路へ分岐させる光分岐部２４が少なくとも一つ形成されており、入力された光が複数本に分配されるようになっている。
分岐光導波路１８は、複数段の光分岐部２４がデバイス基板１２上に形成された多段分岐光導波路であることが好ましい。
【００２３】
また、分岐光導波路１８は、例えば、シリコン、ポリシリコン又はアモルファスシリコンなどのシリコン系材料から形成することができ、光分岐部２４を多モード干渉導波路又はＹ分岐光導波路とすることができる。
ここで、光分岐部２４を、方向性結合器など他の種類の分岐光導波路としてもよく、分岐光導波路１８及びその光分岐部２４を、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣなどのシリコン系材料、石英系材料、ポリマー系材料など他の材料から形成してもよいことは言うまでもないことである。
【００２４】
位相制御構造２０は、分岐光導波路１８の前段の光分岐部２４から次段の光分岐部２４又は光デバイス２２の入力端子までの光路長を制御することによって伝搬光の位相を制御する手段であり、分岐光導波路１８において前段の光分岐部２４の出力端子と次段の光分岐部２４又は光デバイス２２の入力端子とを接続する光導波路に導入される。
【００２５】
光源回路１０は、さらに、半導体レーザダイオード光源１４と導入光導波路１６との間に配置されたスポットサイズ変換器２６を備えてもよい。スポットサイズ変換器２６を用いることによって、半導体レーザダイオード光源１４からの光を効率よく導入光導波路１６へ導くことが可能となる。スポットサイズ変換器２６としては、例えば、逆テーパシリコン光導波路、順テーパシリコン光導波路、又は、逆テーパシリコン光導波路とＳｉＯＮ光導波路又はポリマー光導波路を組み合わせた構造などを用いることができる。ここで、ＳｉＯＮ光導波路又はポリマー光導波路に、逆又は順テーパ構造を施してもよい。
【００２６】
次に、図２を参照して、本願発明の特徴である位相制御構造２０について詳細に説明する。図２に示す分岐光導波路では、前段の光分岐部２４の二つの出力端子（第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂの各々に光導波路を介して次段の光分岐部２４が縦続接続されている。このような二つの光分岐部２４を縦続接続する構造を繰り返すことにより、図１に示すような多段分岐光導波路１８が形成される。
各光分岐部２４としては、上述したように多モード干渉導波路やＹ分岐光導波路を用いればよい。例えば、各光分岐部２４として、１×２多モード干渉導波路やＹ分岐光導波路を用いれば、各光分岐部２４に入射した光を２本の光導波路に５０％ずつ分配することができる。
【００２７】
位相制御構造２０は、前段の光分岐部２４の二つの出力端子２４ａ、２４ｂに接続される光導波路のうちの一方に導入されている。位相制御構造２０は、前段の光分岐部２４の一方の出力端子（第一の出力端子２４ａ）から光導波路２８に沿った次段の光分岐部２４の入力端子２４ｃまでの光路長Ｌ１と前段の光分岐部２４の他方の出力端子（第二の出力端子２４ｂ）から次段の光分岐部２４の入力端子２４ｃまでの光路長Ｌ２との差の絶対値｜Ｌ１−Ｌ２｜を（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）とする。ここで、λとは、光源回路を伝搬する光の波長を表す。
【００２８】
例えば、｜Ｌ１−Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λとなる多段分岐光導波路１８の構築は、以下のようにして実現される。まず、図３に示すように、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌとなるような二つの光導波路２８が前段の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂに接続される分岐光導波路を設計する。次に、前段の光分岐部２４に接続される二つの光導波路２８の一方に、位相制御構造２０として、光路長（１／４＋ｉ／２）λの光導波路を導入して、図２に示すような分岐光導波路を形成する。このような位相制御構造２０の導入によって、｜Ｌ１−Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λの条件が満たされるようになる。
【００２９】
次に、上記のような位相制御構造２０を導入することにより、戻り光が抑制される原理を説明する。ここでは、簡単のために、２段分岐光導波路（４分岐光導波路）を用いて説明を行う。
【００３０】
２段分岐光導波路は、図４に示すように、光分岐部２４の２段縦続接続を行う、すなわち、前段の一つの光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂの各々に光導波路２８を介して次段に二つの光分岐部２４を接続することによって実現される。
【００３１】
図４に示す２段分岐光導波路では、１段目の一つの光分岐部２４、及び、２段目の二つの光分岐部２４の各々において、反射光が生じる。２段目の二つの光分岐部２４で生じた反射光は、それぞれ、１段目の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂを通じて１段目の光分岐部２４の入力端子２４ｃへ戻る。したがって、図４に示す２段分岐光導波路における戻り光は、１段目の一つの光分岐部２４で生じた反射光と、２段目の二つの光分岐部２４で生じた反射光との重ね合わせとなる。
【００３２】
ここで、戻り光が最大となるのは、１段目の光分岐部２４で生じた反射光と２段目の光分岐部２４で生じた反射光とが強め合う場合である。この場合、個々の光分岐部２４の振幅反射率をＲ（＜＜１）とおくと、２段分岐部光導波路の振幅反射率、すなわち戻り光に対応する振幅反射率は、近似的に、Ｒ＋Ｒ＝２Ｒと表すことができる。さらに、エネルギー反射率は、振幅反射率の２乗で表されるので、２段分岐光導波路のエネルギー反射率、すなわち、戻り光に対応するエネルギー反射率は、近似的に４Ｒ２と表すことができる。
【００３３】
１段分岐光導波路（２分岐光導波路）の場合の戻り光に対応するエネルギー反射率がＲ２であるのに対して、２段分岐光導波路のエネルギー反射率は、上述したように最悪の状態では４Ｒ２となり、１段分岐光導波路のエネルギー反射率の４倍にも達することが分かる。同様に、Ｎ段分岐光導波路の場合、戻り光に対応するエネルギー反射率は、最悪の状態では、Ｎ２Ｒ２となり、１段分岐光導波路のＮ２倍に達する。したがって、位相制御構造２０を導入していない従来の多段分岐光導波路では、戻り光の最悪値が光分岐部２４の段数の２乗に比例して膨れ上がるという問題が生じる。
【００３４】
（光源回路の第一の実施形態）
これと対比して、図５に示すように、光路長λ／４の光導波路からなる位相制御構造２０を導入した本発明による２段分岐光導波路３０における戻り光を考える。位相制御構造２０を導入した２段分岐光導波路３０においても、１段目の一つの光分岐部２４、及び、２段目の二つの光分岐部２４において、反射光が生じ、２段目の二つの光分岐部２４で生じた反射光がそれぞれ１段目の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂを通じて１段目の光分岐部２４の入力端子２４ｃへ戻る。
ここで、１段目の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂにそれぞれ接続される光導波路２８の一方（図５では、第二の出力端子２４ｂに接続される光導波路２８）には、位相制御構造２０として、光路長λ／４の光導波路が導入されている。
【００３５】
よって、１段目の光分岐部２４と２段目の光分岐部２４との間に延びる二つの光導波路２８を伝搬する二つの光は、往復で、光路長λ／２の差を生じる。このため、１段目の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂに入射する反射光は、位相が互いに対して１８０度だけ異なる反位相の状態となる。
このように光分岐部２４の二つの出力端子２４ａ、２４ｂに反位相の光が入射した場合、光は、互いに干渉して打ち消し合い、入力端子２４ｃに結合することができなくなるので、２段目の光分岐部２４で生じた反射光は戻り光に寄与しなくなる。したがって、位相制御構造２０の導入によって、２段目の光分岐部２４に起因する戻り光を完全に抑制することが可能となる。
【００３６】
このように、本発明による光源回路１０では、位相制御構造２０が存在するので、後段の光分岐部２４で反射光が発生しても、前段の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａに戻った反射光と前段の光分岐部２４の第二の出力端子２４ｂに戻った反射光とが反位相（すなわち、位相が１８０度ずれた状態）となり、前段の光分岐部２４で重ね合わせられたときに互いに干渉して打ち消し合うので、戻り光を抑制する効果を奏する。
【００３７】
また、本発明は、３段以上の多段分岐光導波路や光を三つ以上の光導波路に分岐させる光分岐部を有する分岐光導波路を含む光源回路など他の構造の光源回路１０に導入しても、同様の効果を奏することができる。
以下で、本発明に従って位相制御構造２０を導入することによって戻り光抑制効果を得ることができる様々なタイプの分岐光導波路１８を説明する。
【００３８】
（光源回路の第二の実施形態）
３段以上の多段分岐光導波路は、分岐光導波路を単純に縦続接続することによって実現することができる。図６に、位相制御構造を導入した４段分岐光導波路３２（１６分岐光導波路）を含む光源回路が示されている。３段以上の多段分岐光導波路３２においても、上記で述べた２段分岐光導波路３０と同様の原理によって、２段目以降の光分岐部２４に起因する戻り光を完全に抑制することができる。
【００３９】
このように、位相制御構造２０を導入した多段分岐光導波路１８では、２段目以降の光分岐部２４からの反射光が戻り光に寄与することはなく、位相制御構造２０を導入した２段分岐光導波路３０や３段以上の多段分岐光導波路３２でも、戻り光に対応するエネルギー反射率の値は、１段分岐光導波路の場合と同様にＲ２となる。
すなわち、従来の多段分岐光導波路では、戻り光の最悪値が、段数の２乗に比例して膨れ上がるという問題があったのに対して、位相制御構造２０を導入した多段分岐光導波路１８では、上述したように戻り光が段数に応じて増加することがない。したがって、位相制御構造２０を多段分岐光導波路１８に導入すれば、デバイス設計の際に、光分岐部２４の段数を自由に選択できるようになる。
【００４０】
また、上述したように、位相制御構造２０を導入した２段分岐光導波路３０や３段以上の多段分岐光導波路３２の場合も、戻り光に対応するエネルギー反射率の値は、１段分岐光導波路の場合と同様になるから、１段目の光分岐部の振幅反射率をＲ１、２段目以降の光分岐部の振幅反射率をＲ２、Ｒ３、・・・とすると、多段分岐光導波路１８における戻り光に対応するエネルギー反射率の値は、近似的にＲ１２と表せる。
すなわち、多段分岐光導波路１８でも、戻り光に対応するエネルギー反射率は１段目の光分岐部２４の振幅反射率によって決まるようになり、１段目の光分岐部２４の振幅反射率を小さくするだけで、戻り光を大幅に抑制することができる。
【００４１】
従来の多段分岐光導波路では、戻り光を抑制するためには、全ての光分岐部２４の振幅反射率を小さくしなければならない。これに対して、本発明に従って位相制御構造２０を導入すれば、戻り光の抑制を容易に実現することができる。
【００４２】
また、位相制御構造２０を導入すれば、多段分岐光導波路１８において、２段目以降の光分岐部２４からの反射光が戻り光に寄与することがないので、２段目以降であれば、比較的振幅反射率が大きい光分岐部２４を用いることが許される。
例えば、１段目に、振幅反射率が小さい光分岐部２４を用い、２段目以降に、比較的振幅反射率が大きい光分岐部２４を用いる構成が可能になる。この場合、振幅反射率を小さくする必要がある光分岐部２４は１段目のみとなり、他は全て比較的振幅反射率が大きい光分岐部２４とすることができる。また、光分岐部２４は許容される振幅反射率が大きいほど、小型化が可能である。
したがって、位相制御構造２０を導入すれば、２段目以降に、超小型光分岐部２４を配置するといった構成も可能になり、戻り光の抑制を通じて、光源回路１０の小型化にも寄与する。
【００４３】
なお、上記実施形態では、光分岐部２４で発生した反射光による戻り光を抑制するために前段の光分岐部２４と後段の光分岐部２４との間に位相制御構造２０を導入した場合を例示しているが、位相制御構造２０を、前段の光分岐部２４とこれに接続される後段の光デバイス２２との間に導入して、光デバイスに起因する戻り光を抑制することもできる。
【００４４】
（光源回路の第三の実施形態）
光導波路２８を伝搬する光は、構造が変化する箇所で反射する性質がある。このため、光導波路２８と光デバイス２２との接続箇所においても反射光が発生することがある。このように光デバイス２２に起因する戻り光を抑制するために、図７に示すように、光デバイス２２とその前段の光分岐部２４との間に位相制御構造２０を導入してもよい。
【００４５】
例えば、この場合、位相制御構造２０は、光デバイス２２の入力端子と光デバイスの前段の光分岐部２４の二つの出力端子２４ａ、２４ｂの各々との間の光導波路２８の光路長をＬ１及びＬ２としたときに、｜Ｌ１−Ｌ２｜＝（１/４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）を満たすような長さの光導波路とすればよい。これにより、光デバイス２２に起因する戻り光を抑制することができる。このような効果は、光分岐部における反射光を低減させることで戻り光を抑制しようとする従来の発想では、実現することができないものである。
【００４６】
（光源回路の第四の実施形態）
また、図５から図７に示す実施形態では、光分岐部２４が２段以上縦続接続された多段分岐光導波路１８、３０、３２を使用する場合を例示しているが、本発明は、図８に示すように、１段の分岐光導波路３４、すなわち一つの光分岐部２４のみを有する分岐光導波路３４を使用する場合にも適用することができ、同様の効果が得られることはもちろんである。
【００４７】
ここで、上記実施形態の説明では、位相制御構造２０により、｜Ｌ１−Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）の条件が満たされるとした。ここで、温度変化等の影響により、半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値からずれる場合を考慮すると、ｉ＝０の場合が最も戻り光を抑制することができ、好ましい。以下にその理由を説明する。
【００４８】
まず、半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値通りである場合を考える。位相制御構造２０により、｜Ｌ１−Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）が満たされる。このような光導波路を光が往復するとき、往復での光路差は、２｜Ｌ１−Ｌ２｜＝（１／２＋ｉ）λとなる。
ここで、２｜Ｌ１−Ｌ２｜に対応する位相量をθとおくと、θ＝（２π／λ）×２｜Ｌ１−Ｌ２｜＝π（１＋２ｉ）と表すことができる。すなわち、往復での光路差２｜Ｌ１−Ｌ２｜によって、位相が１８０°異なる反位相状態が形成されることになる。
【００４９】
次に、温度変化等の影響により、半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値からずれ、光の波長がλ＋Δλに変化した場合を考える。往復での光路差２｜Ｌ１−Ｌ２｜に対応する位相量をθ＋Δθとおくと、θ＋Δθ＝（２π／（λ＋Δλ））×２｜Ｌ１−Ｌ２｜＝π（１＋２ｉ）（λ／（λ＋Δλ））と表すことができ、位相変化量ΔθはΔθ＝π（１＋２ｉ）（λ／（λ＋Δλ））−π（１＋２ｉ）＝−π（１＋２ｉ）（Δλ／（λ＋Δλ））と表される。但し、ここでは、簡単のため、光導波路の実効屈折率の波長依存性は、無視している。
【００５０】
上式から、位相量の設計値からのずれΔθが最も小さくなるのは、ｉ＝０のときとなる。すなわち、温度変化等の影響により、半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値からずれた場合、ｉ＝０のときの位相制御構造２０が最も戻り光を抑制することができる。よって、位相制御構造２０は、通常、｜Ｌ１−Ｌ２｜＝λ／４の条件を満たすような構造とすることが好ましい。しかしながら、各光分岐部２４の配置上の制約などを考慮して、位相制御構造２０を、ｉ＝０の場合以外の｜Ｌ１−Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝１、２、・・・）の条件を満たすような構造としてもよい。
【００５１】
（光源回路の第五の実施形態）
図９は、多段分岐光導波路１８の前段に方向性結合器３６を組み合わせた光源回路を示す。一般に、方向性結合器３６は、振幅反射率が小さいという特長を有する。よって、多段分岐光導波路１８の前段に方向性結合器３６を用いた場合、１段目の光分岐部の振幅反射率Ｒ１を小さくすることができるため、多段分岐光導波路に起因する戻り光を効果的に抑制することが可能である。
【００５２】
図９に示す方向性結合器３６は、第一の入力端子３６ａ及び第二の入力端子３６ｂと第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄとを有し、第一の入力端子３６ａには導入光導波路１６が接続され、第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄには光導波路２８を介してそれぞれ多段分岐光導波路１８が接続されている。また、方向性結合器３６の第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄに接続されている光導波路２８の一方（図９では、第二の出力端子３６ｄに接続されている光導波路２８）には位相制御構造２０’が導入されている。
【００５３】
この位相制御構造２０’は、方向性結合器３６の第一の出力端子３６ｃからこれに接続される光導波路２８に沿って次段の光分岐部２４の入力端子２４ｃまでの光路長Ｌ１’と方向性結合器３６の第二の出力端子３６ｄからこれに接続される光導波路２８に沿って次段の光分岐部２４の入力端子２４ｃまでの光路長Ｌ２’との差の絶対値｜Ｌ１’−Ｌ２’｜を（ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、３、・・・）にするような長さの光導波路とすればよい。位相制御構造２０’が多モード干渉導波路やＹ分岐光導波路のような光分岐部２４の後段に導入される位相制御構造２０と異なるのは、多モード干渉導波路やＹ分岐光導波路のような光分岐部２４と方向性結合器３６の動作原理が異なるからである。
【００５４】
このように方向性結合器３６を用いた場合、位相制御を適切に行えば、方向性結合器３６の第一の入力端子３６ａに光が入射されると、第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄに分配される一方、第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄに接続される次段の光分岐部２４で生じた反射光は、第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄを通じて第二の入力端子３６ｂに出射される。したがって、分岐光導波路１８に起因する戻り光を抑制することが可能となる。
【００５５】
なお、方向性結合器３６を用いる場合、方向性結合器３６の後段に接続される光導波路２８に導入される位相制御構造２０’は、｜Ｌ１’−Ｌ２’｜＝（ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）の条件が満たされる長さの光導波路とされるが、温度変化等の影響により半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値からずれる場合を考慮すると、光分岐部２４の場合と同様に、ｉ＝０としたときが最も戻り光を抑制することができる。
【００５６】
さらに、図９において、方向性結合器３６に代えて、図１０に示すような２×２多モード干渉導波路３７を用いた場合も同様の動作及び効果が実現される。
【００５７】
これまでの実施形態では、入力光を２本の光導波路に分配する２分岐の光分岐部２４を用いた例が示されている。しかしながら、本発明は、光分岐部２４として、入力光をＮ本（Ｎ＝３、４、５、・・・）の光導波路２８に分配するＮ分岐の光分岐部に適用することもできる。例えば、光分岐部２４として１×Ｎ多モード干渉導波路や１×ＮＹ分岐光導波路を用いた多段分岐光導波路に位相制御構造２０を導入することもできる。
【００５８】
３分岐の光分岐部３８の例として、図１１に１×３多モード干渉導波路を、図１２に１×３Ｙ分岐光導波路を示す。図１１に示されている１×３多モード干渉導波路は、一つの入力端子３８ａと三つの出力端子（第一の出力端子３８ｂ、第二の出力端子３８ｃ及び第三の出力端子３８ｄ）とを有し、入力端子３８ａに入力された光を第一の出力端子３８ｂ、第二の出力端子３８ｃ及び第三の出力端子３８ｄに分配する。
【００５９】
同様に、図１２に示す１×３型Ｙ分岐光導波路も、一つの入力端子３８ａと三つの出力端子（第一の出力端子３８ｂ、第二の出力端子３８ｃ及び第三の出力端子３８ｄ）とを有し、入力端子３８ａに入力された光を第一の出力端子３８ｂ、第二の出力端子３８ｃ及び第三の出力端子３８ｄに分配する。
【００６０】
（光源回路の第六の実施形態）
図１３は、３分岐の光分岐部３８を用いた多段分岐光導波路４０の実施形態を示す。図１３に示す多段光分岐光導波路４０では、位相制御構造２０が１段目の光分岐部３８の第三の出力端子３８ｄとこれに接続される２段目の光分岐部３８の入力端子３８ａとの間に延びる光導波路２８上に導入されており、導入されている位相制御構造２０は、１段目の光分岐部３８の第一の出力端子３８ｂからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部３８の入力端子３８ａまでの光路長Ｌ１と１段目の光分岐部３８の第三の出力端子３８ｄからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部３８の入力端子３８ａまでの光路長Ｌ２との差の絶対値｜Ｌ１−Ｌ２｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）となるように制御する。
【００６１】
図１３に示す多段分岐光導波路４０では、２段目の３分岐の光分岐部３８で反射光が生じても、１段目の３分岐の光分岐部３８の第一の出力端子３８ｂに入射した反射光と第三の出力端子３８ｄに入射した反射光は、反位相となり互いに打ち消し合うので、１段目の３分岐の光分岐部３８の入力端子３８ａに結合することはできない。
よって、１段目の第一の出力端子３８ｂ及び第三の出力端子３８ｄに接続される２段目の光分岐部３８で生じた反射光は戻り光に寄与しなくなる。したがって、本発明に従って位相制御構造２０を導入すれば、３分岐の光分岐部３８を用いた多段分岐光導波路４０でも、戻り光を効果的に抑制することが可能である。
【００６２】
図１４は、４分岐の光分岐部４２の例として、１×４多モード干渉導波路を示す。１×４多モード干渉導波路は、一つの入力端子４２ａと四つの出力端子（第一の出力端子４２ｂ、第二の出力端子４２ｃ、第三の出力端子４２ｄ及び第四の出力端子４２ｅ）とを有し、入力端子４２ａに入力された光を第一の出力端子４２ｂ、第二の出力端子４２ｃ、第三の出力端子４２ｄ及び第四の出力端子４２ｅに分配する。
【００６３】
（光源回路の第七の実施形態）
図１５は、４分岐の光分岐部４２を用いた分岐光導波路４４の実施形態を示す。図１５に示す分岐光導波路４４では、第一の位相制御構造２０−１が１段目の光分岐部４２の第三の出力端子４２ｄとこれに接続される２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａとの間に延びる光導波路２８に導入されていると共に、第二の位相制御構造２０−２が１段目の光分岐部４２の第四の出力端子４２ｅとこれに接続される２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａとの間に延びる光導波路２８に導入されている。
【００６４】
第一の位相制御構造２０−１は、１段目の光分岐部４２の第二の出力端子４２ｃからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａまでの光路長Ｌ２と１段目の光分岐部４２の第三の出力端子４２ｄからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａまでの光路長Ｌ３との差の絶対値｜Ｌ２−Ｌ３｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）となるように制御し、第二の位相制御構造２０−２は、１段目の光分岐部４２の第一の出力端子４２ｂからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａまでの光路長Ｌ１と１段目の光分岐部４２の第四の出力端子４２ｅからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａまでの光路長Ｌ４との差の絶対値｜Ｌ１−Ｌ４｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）となるように制御する。
【００６５】
図１５に示す分岐光導波路４４では、２段目の４分岐の光分岐部４２で反射光が生じても、１段目の４分岐の光分岐部４２の第一の出力端子４２ｂに入射した反射光と第四の出力端子４２ｅに入射した反射光は、反位相となり互いに打ち消し合うので、１段目の４分岐の光分岐部４２の入力端子４２ａに結合することはできない。
同様に、１段目の４分岐の光分岐部４２の第二の出力端子４２ｃに入射した反射光と第三の出力端子４２ｄに入射した反射光は、１段目の４分岐の光分岐部４２の入力端子４２ａに結合することはできない。
よって、２段目の光分岐部４２で生じた反射光は戻り光に寄与しなくなる。したがって、本発明に従って位相制御構造２０−１、２０−２を導入すれば、４分岐の光分岐部４２を用いた分岐光導波路４４でも、戻り光を効果的に抑制することが可能である。
【００６６】
同様の原理で、本発明に従って位相制御構造２０を導入すれば、Ｎ分岐の光分岐部（Ｎ＝５、６、７、・・・）を用いた分岐光導波路でも、戻り光を効果的に抑制することが可能となる。
【００６７】
ただし、本発明は、光分岐部の分岐数が偶数の場合に、最も戻り光を効果的に抑制することができる。例えば、図１３に示すような３分岐の光分岐部３８を用いた場合、第一の出力端子３８ｂに接続される２段目の光分岐部３８と第三の出力端子３８ｄに接続される２段目の光分岐部３８で生じた反射光に起因する戻り光は十分に抑制できるが、第二の出力端子３８ｃに接続される２段目の光分岐部３８で生じた反射光に起因する戻り光は十分に抑制することができない。
【００６８】
なお、図１３及び図１５に示す実施形態では、２段目に、光分岐部３８又は４２が接続されているが、光分岐部３８又は４２に代えて、光デバイス２２を接続することもでき、この場合も同様の効果を奏する。
【００６９】
（光源回路の第八の実施形態）
さらに、本発明は、分岐数の異なる光分岐部を自由に組み合わせて構成した多段分岐光導波路に適用することも可能である。例えば、図１６に示すように、４分岐の光分岐部４２と２分岐の光分岐部３８を組み合わせて構成した多段分岐光導波路４６に位相制御構造２０−１、２０−２を導入することもできる。
【００７０】
また、本発明は、入力光がＮ本（Ｎ＝２、３、４、・・・）の光導波路に均等に分配される光分岐部を用いて構成した分岐光導波路だけでなく、入力光がＮ本（Ｎ＝２、３、４、・・・）の光導波路に任意の割合で分配される光分岐部を用いて構成した分岐光導波路に適用することも可能である。
【００７１】
例えば、２分岐の光分岐部２４を用いる場合、２本の光導波路２８への出力光が１：１以外の任意の割合で分配されるようになっていてもよい。１：１以外の割合で分配される光分岐部２４は、例えば１×２多モード干渉導波路において出力側の２本の光導波路２８（又は出力端子）を非対称な位置に配置することによって実現することができる。
このような場合でも、本発明を適用して位相制御構造２０を導入することによって戻り光を抑制することが可能である。ただし、２本の光導波路２８への出力光が１：１に近い割合で分配されるほど、戻り光は良好に抑制される。
【００７２】
また、Ｎ分岐（Ｎ＝３、４、５、・・・）の光分岐部を用いる場合、Ｎ本の光導波路への出力光が等分以外の任意の割合で分配されるようになっていてもよい。
【００７３】
ただし、Ｎ本の光導波路への出力光の分配比率が対称に近いほど戻り光は良好に抑制される。戻り光の抑制効果が最も良好となるのは、光分岐部において、対称な位置に配置された対となる出力端子への出力光が等しくなる場合である。
【００７４】
Ｎ分岐の光分岐部の場合、対称な位置に配置された対となる出力端子を出力端子Ａ及び出力端子Ｂとすると、位相制御構造２０は、前段の光分岐部の出力端子Ａから次段の光分岐部又は光デバイスまでの光路長ＬＡと前段の光分岐部の出力端子Ｂから次段の光分岐部又は光デバイスまでの光路長ＬＢとの差の絶対値｜ＬＡ−ＬＢ｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）となるように制御する。
【００７５】
例えば、図１２に示すような３分岐の光分岐部３８では、第一の出力端子３８ｂへの出力光と第三の出力端子３８ｄへの出力光とが等しい場合に、戻り光が最も良好に抑制される。また、図１４に示すような４分岐の光分岐部４２では、第二の出力端子４２ｃへの出力光と第三の出力端子４２ｄへの出力光が等しく、さらに、第一の出力端子４２ｂと第四の出力端子４２ｅへの出力光が等しい場合に、戻り光が最も良好に抑制される。
【００７６】
具体的には、図１７に示すように、４分岐の光分岐部の第一の出力端子４２ｂ、第二の出力端子４２ｃ、第三の出力端子４２ｄ及び第四の出力端子４２ｅへの出力割合が均等でなく、１：２：２：１（１７％：３３％：３３％：１７％）となっていても、戻り光を良好に抑制することができる。
【００７７】
なお、対称な位置に配置された対となる出力端子への出力が１：１からずれた場合、戻り光の抑制効果は、出力割合が１：１から離れるに従って徐々に小さくなるのであって、急になくなるわけではない。
【００７８】
（位相制御構造）
次に、本願発明の特徴である位相制御構造２０について、さらに詳細に説明する。
位相制御構造２０は、前段の光分岐部の出力端子１から次段の光分岐部又は光デバイスまでの光路１の光路長Ｌ１と、前段の光分岐部の（出力端子１と対になる）出力端子２から次段の光分岐部又は光デバイスまでの光路２の光路長Ｌ２との差の絶対値｜Ｌ１−Ｌ２｜を、（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）とするために導入される。
【００７９】
光路１と、光路２が全く同等の場合、光路差の絶対値｜Ｌ１−Ｌ２｜は０となる。光路差｜Ｌ１−Ｌ２｜を（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）と等しくさせるためには、光路１と光路２が、異なる必要がある。位相制御構造２０とは、光路１と光路２の差分に対応する構造のことである。
【００８０】
光路長は、光導波路の実効屈折率ｎに距離ｄｌを乗じたｎｄｌに対する積分∫ｎ・ｄｌと表される。よって、光路長を制御するには、光導波路の実効屈折率、長さを適切に調整すればよい。
【００８１】
第一に、光路長を制御するための方法として、光導波路の長さを用いる方法について説明する。上記実施形態の説明においても述べたが、例えば、図１８に示すように、位相制御構造２０として、光路長ｎΔＬ＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）の光導波路を導入する方法が挙げられる。ｎは光導波路の実効屈折率、ΔＬは光導波路の長さを表す。光路長ｎΔＬ＝（１／４＋ｉ／２）λが満たされるように、光導波路の長さΔＬを適切に定めればよい。本方法は、図１８に示すように、光導波路の長さを調整することにより、容易に実現できる。
【００８２】
第二に、光路長を制御するための方法として、光導波路の実効屈折率を用いる方法について説明する。位相制御構造２０の導入により、光導波路の実効屈折率をΔｎだけ変化させる場合を考える。この場合、｜ΔｎＬ｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）が満たされるように、Δｎを定めればよい。Ｌは、光導波路の長さを表す。光導波路の実効屈折率を変化させる方法としては、光導波路の形状を変化させる方法が挙げられる。
【００８３】
例えば、図１９に示すように、光導波路の幅を変化させることで、光導波路の実効屈折率を変化させることができる。｜ΔｎＬ｜＝（１／４＋ｉ／２）λが満たされるように、光導波路の幅を適切に定めればよい。本方法は、図１９に示すように、光導波路の実効屈折率（例えば、光導波路の幅）を調整することにより、容易に実現できる。
【００８４】
第三に、光路長を制御するための方法として、光導波路の実効屈折率、長さを用いる方法について説明する。例えば、図２０、図２１に示すように、位相制御構造２０として、実効屈折率ｎ＋Δｎ、長さΔＬの光導波路を導入すればよい。この時、｜ΔｎΔＬ｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）が満たされるように、Δｎ、ΔＬを定めればよい。図２０、２１では、光導波路の実効屈折率を変えるために、光導波路の幅を調整している。
【００８５】
図２０では、光導波路の幅が徐々に変化するテーパー領域が、一方の光導波路にのみ存在するので、厳密に言えば、光路差は｜∫ΔｎｄＬ｜と表される。よって、｜∫ΔｎｄＬ｜＝（１／４＋ｉ／２）λが満たされるように、Δｎ、ΔＬが定められる。
それに対し、図２１では、光導波路の幅が徐々に変化するテーパー領域が、両方の光導波路に存在するので、光路差は単純に｜ΔｎΔＬ｜と表される。図２１の方法は、図２０の方法に比べ、設計が容易であるという利点がある。
【００８６】
また、光路長を制御するために、上記の方法を自由に組み合わせてもよい。本発明では、光路差の絶対値｜Ｌ１−Ｌ２｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）と等しくなるように、光路長Ｌ１＝∫ｎ１・ｄｌ１、光路長Ｌ２＝∫ｎ２・ｄｌ２を定めればよい。ここで、位相制御構造２０は、光路１と光路２の差分に対応する構造のことである。
【００８７】
（光源回路の第九の実施形態）
次に、本願発明の特徴である位相制御構造２０の導入位置について述べる。図２２に示すように、原理上は、位相制御構造２０を、１段目の分岐部２４と２段目の分岐部２４の間に１箇所だけ導入すればよい。
第一の出力端子２４ａと第二の出力端子２４ｂに戻ってくる光の位相を、位相制御構造２０を用いて反位相とすることで、入力端子２４ｃへの戻り光を抑制することができる。
【００８８】
しかしながら、実際には、作製誤差、基板上の温度分布等により、光導波路の特性に、位置依存性が生じる。よって、戻り光を効果的に抑制するためには、位相制御構造２０を、図７に示すように、各分岐部２４に対して導入することが、好ましい。位相制御構造２０の数を増やすことで、作製誤差、基板上の温度分布等が生じた場合でも、戻り光を十分抑制することが可能となる。
また、位相制御構造２０を、１段目の分岐部２４と２段目の分岐部２４の間に１箇所だけ導入する場合には、戻り光の抑制上、第一の出力端子２４ａと第二の出力端子２４ｂに縦続接続される分岐部又は光デバイスの構成を同様にしておくことが望まれる。それに対し、位相制御構造２０を、各分岐部２４に対して導入する場合、各分岐部２４で戻り光が局所的に抑制されているため、分岐部又は光デバイスの構成を、より自由度高く設計することが可能となる。
【００８９】
上記実施形態の説明では、第一の出力端子２４ａと第二の出力端子２４ｂに戻ってくる光の位相を、位相制御構造２０を用いて反位相とすることで、入力端子２４ｃへの戻り光を抑制することができると述べた。これは、入力端子２４ｃに接続される光導波路として、シングルモード光導波路を想定しているからである。
【００９０】
入力端子２４ｃに接続される光導波路が、マルチモード光導波路である場合、第一の出力端子２４ａと第二の出力端子２４ｂに戻ってくる光の位相を、位相制御構造２０を用いて反位相とした場合、入力端子２４ｃの光導波路の高次モードに、戻り光が結合してしまうため、戻り光を抑制することができない。
このような場合には、入力端子２４ｃのマルチモード光導波路に、高次モードカットフィルターを導入すればよい。入力端子２４ｃに接続される光導波路が、マルチモード光導波路であったとしても、高次モードカットフィルターを導入すれば、上記実施形態で説明した戻り光抑制効果を、同様に得ることができる。
【００９１】
高次モードカットフィルターとしては、例えば、シングルモード光導波路を用いればよい。図２３に示すように、マルチモード光導波路に、シングルモード光導波路を接続することで、高次モードは容易に除去される。さらに、シングルモード光導波路を曲げる等の工夫を行えば、高次モードをより短距離で除去することが可能となる。
本発明では、シングルモード光導波路に加えて、マルチモード光導波路を用いてもよい。
【００９２】
上記実施形態における半導体レーザ光源１４としては、例えば、ファブリペロー型半導体レーザダイオード、分布ブラッグ反射型半導体レーザダイオード、分布帰還型半導体レーザダイオードを用いればよい。特に、分布帰還型半導体レーザダイオードは、戻り光によって動作が不安定となりやすいことが知られている。
【００９３】
さらに、本発明では、半導体レーザ光源１４として、図２４に示すような、１チップ上で２つの電極の間に複数のレーザダイオードが形成された半導体レーザダイオードアレイを用いてもよい。
【００９４】
図２５に、本発明による半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置の実施形態の一例を示す。半導体レーザダイオードアレイを用いることで、光源の高密度化、光出力本数の増大が実現される。
【００９５】
半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置では、戻り光によって、個々のレーザダイオードからの光出力にばらつきが生じるという問題がある。
半導体レーザダイオードアレイの場合、複数個のレーザダイオードが一つのチップ上に形成されており、複数個のレーザダイオードを二つの電極（ｐ型電極とｎ型電極）によって、一括して制御する。このため、戻り光によって、個々のレーザダイオードからの光出力のばらつきが生じると問題に対処することができない。
このように、半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置では、戻り光によって、光源装置の動作が不安定になりやすいという大きな問題点がある。
本発明は、半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置に対しても、適用することができ、半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置の安定動作を実現する手段を提供する。
【００９６】
さらに、本発明では、位相制御構造２０に、動的に位相（光路長）を制御する機構を導入してもよい。動的に位相を制御する機構としては、一般に、光変調器、光スイッチ等で用いられている位相変調器を用いればよい。例えば、熱光学効果、電気光学効果、キャリアプラズマ効果を用いて、光導波路の屈折率を変えることにより、動的に位相を制御することができる。
【００９７】
光路差の絶対値｜Ｌ１―Ｌ２｜を動的に制御することで、発振波長の動的変化、デバイス温度の動的変化等に起因する戻り光の増加を、大幅に抑制することが可能となり、光源装置をさらに安定的に動作させることができる。
【００９８】
（光源回路の第十の実施形態）
例えば、図２６に示すように、マイクロヒーター（熱光学効果）を導入することで、位相制御構造２０に、動的に位相を制御する機構を導入することができる。
【００９９】
さらに、本発明では、図９に示すような実施形態において、方向性結合器の第二の入力端子３６ｂに、モニターを接続し、戻り光の状態を観察してもよい。方向性結合器の第一の入力端子３６ａに対する戻り光が最も抑制されるのは、方向性結合器の第二の入力端子３６ｂに対する戻り光が最も大きくなる時である。
また、方向性結合器の代わりに、２×２多モード干渉導波路を用いてもよい。
【０１００】
（光源回路の第十一の実施形態）
例えば、図２７に示すように、方向性結合器の第二の入力端子３６ｂに、モニターとして受光器を導入することで、戻り光の状態を観察することができる。
図２７では、モニターに加えて、マイクロヒーター（熱光学効果）による動的位相制御機構を、位相制御構造２０’、位相制御構造２０に導入している。モニターの観察値に応じて、動的に位相を制御することで、より精密に戻り光を抑制することができる。
【０１０１】
以上、図示した実施形態を参照して、本発明の光源回路１０を説明したが、本発明は図示した実施形態に限定されるものではない。例えば、５分岐以上の光分岐部の出力端子とこれに接続される次段の光分岐部との間を接続する光導波路２８に位相制御構造２０を導入することも可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０    光源回路
１２    デバイス基板
１４    半導体レーザダイオード光源
１８    分岐光導波路
２０    位相制御構造
２２    光デバイス
２４    光分岐部
２４ａ  第一の出力端子
２４ｂ  第二の出力端子
２４ｃ  入力端子
２８    光導波路
３０    ２段分岐光導波路
３２    ４段分岐光導波路
３４    １段分岐光導波路
３６    方向性結合器
３７    ２×２多モード干渉導波路
３８    光分岐部
４０    多段分岐光導波路
４２    光分岐部
４４    分岐光導波路
４６    多段分岐光導波路
【図１】
0006032765.tif 000002
【図２】
0006032765.tif 000003
【図３】
0006032765.tif 000004
【図４】
0006032765.tif 000005
【図５】
0006032765.tif 000006
【図６】
0006032765.tif 000007
【図７】
0006032765.tif 000008
【図８】
0006032765.tif 000009
【図９】
0006032765.tif 000010
【図１０】
0006032765.tif 000011
【図１１】
0006032765.tif 000012
【図１２】
0006032765.tif 000013
【図１３】
0006032765.tif 000014
【図１４】
0006032765.tif 000015
【図１５】
0006032765.tif 000016
【図１６】
0006032765.tif 000017
【図１７】
0006032765.tif 000018
【図１８】
0006032765.tif 000019
【図１９】
0006032765.tif 000020
【図２０】
0006032765.tif 000021
【図２１】
0006032765.tif 000022
【図２２】
0006032765.tif 000023
【図２３】
0006032765.tif 000024
【図２４】
0006032765.tif 000025
【図２５】
0006032765.tif 000026
【図２６】
0006032765.tif 000027
【図２７】
0006032765.tif 000028
【図２８】
0006032765.tif 000029
【図２９】
0006032765.tif 000030
【図３０】
0006032765.tif 000031