(57)【要約】    【課題】  結合係数が大きく、高密度に集積することができ、広い波長選択幅を持つ光合分波素子及びそれを用いた光回路を提供すること。    【解決手段】  基板（１）と、下部クラッド（２）と、光を伝搬する第１コア（３）と、光を伝搬し、第１コア（３）の表面の所定領域にのみ接触して第１コア（３）に積層され、第１コア（３）と共にＹ字型分岐導波路を形成する第２コア（５）と、第１コア（３）及び第２コア（５）が所定領域で接触して形成する結合部（８）に形成されたグレーティング（６）と、テーパー部（７ａ、７ｂ）を有し、下部クラッド（２）の上に形成される第１コア（３）及び第２コア（５）の間に、所定領域を除いて形成される上部クラッド（４）とを備え、グレーティング（６）が、光の基本モード及び１次モード間の反射機能を有する。【選択図】    図１
2006208524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝搬する第１コアと、
光を伝搬し、前記第１コアの表面の所定領域にのみ接触して前記第１コアに積層され、前記第１コアと共にＹ字型分岐導波路を形成する第２コアと、
前記第１コア及び前記第２コアが前記所定領域で接触して形成する結合部に形成されたグレーティングとを備え、
前記グレーティングが、光の基本モード及び１次モード間の反射機能を有することを特徴とする光合分波素子。
【請求項２】
下部クラッドと、
厚さが緩やかに０まで減少するテーパー部を有し、前記下部クラッドの上に形成される前記第１コア及び前記第２コアの間に、前記所定領域を除いて形成される上部クラッドとを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光合分波素子。
【請求項３】
平坦部及び該平坦部まで厚さが緩やかに増大するテーパー部からなる凸部を有する下部クラッドと、
厚さが緩やかに０まで減少するテーパー部を有し、前記下部クラッドの上に形成される前記第１コア及び前記第２コアの間に、前記所定領域を除いて形成される上部クラッドとを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光合分波素子。
【請求項４】
第１コア層及び第２コア層をさらに備え、
前記第１コアが、前記第１コア層の厚さが周辺部よりも厚く形成された第１の所定部分であり、
前記第２コアが、前記第１の所定部分に対応する、前記第２コア層の厚さが周辺部よりも厚く形成された第２の所定部分であることを特徴とする請求項１〜３の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項５】
第１コア層及び第２コア層をさらに備え、
前記第１コアが、前記第１コア層の厚さが周辺部よりも厚く形成された所定部分であり、且つ、前記第２コアが、前記所定部分に対応する位置に配置され、屈折率が周辺に位置する前記第２コア層の屈折率と異なる、又は、
前記第１コアの屈折率が周辺部に位置する第１コア層の屈折率と異なり、且つ、前記第２コアが、前記第１コアに対応し、第２コア層の厚さが周辺部よりも厚く形成された所定部分であることを特徴とする請求項１〜３の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項６】
第１コア層及び第２コア層をさらに備え、
前記第１コアの屈折率が周辺部に位置する第１コア層の屈折率と異なり、
前記第２コアが、前記第１コアに対応する位置に配置され、屈折率が周辺に位置する前記第２コア層の屈折率と異なることを特徴とする請求項１〜３の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項７】
前記グレーティングが、前記第１コアに形成された周期的な切り欠きと、該切り欠きを充填する物質とによって形成され、
前記物質の屈折率が、前記第１コアの屈折率及び前記第２コアの屈折率と異なることを特徴とする請求項１〜６の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項８】
前記グレーティングが、
前記第１コアに形成された周期的な切り欠きと、
前記切り欠きを充填する前記第２コアとによって形成されることを特徴とする請求項１
〜６の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項９】
前記第１コア、前記第２コア、前記下部クラッド及び前記上部クラッドの各々が、ガラスまたは樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項１０】
前記第１コア及び前記第２コアの前記結合部を除いた部分が、光の単一モード導波路であることを特徴とする請求項１〜９の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項１１】
前記第１コアの一端から波長多重された入力光が入力される場合、
前記入力光のうち、前記グレーティングの動作波長の光のみが、前記グレーティングによって前記結合部の１次モードで反射され、
前記入力光のうち、前記反射される光を除いた光が、前記結合部の基本モードで前記結合部を伝搬し、
前記反射された光が、前記結合部以外の前記第２コアにおいて、前記第２コアの基本モードで伝搬することによって、波長多重された前記入力光から前記グレーティングの動作波長の光を分波することを特徴とする請求項１〜１０の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項１２】
前記第２コアの一端から前記グレーティングの動作波長のアド光が入力され、前記第１コアの一端から入力光が入力される場合、
前記アド光が、前記結合部以外の前記第２コアにおいて基本モードで伝搬し、前記結合部において前記結合部の１次モードで伝搬し、前記グレーティングによって前記結合部の基本モードで反射され、
前記反射された前記アド光が、前記結合部以外の前記第１コアにおいて、前記第１コアの基本モードで伝搬することによって、前記入力光に多重されることを特徴とする請求項１〜１１の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項１３】
前記結合部を除き、前記第１コアと前記第２コアとの実効屈折率が異なることを特徴とする請求項１〜１２の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項１４】
前記第１コアの屈折率が、前記第２コアの屈折率よりも大きく、
前記第２コアの屈折率が、前記上部クラッド及び前記下部クラッドの何れの屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項２〜１３の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項１５】
厚さが緩やかに０まで減少する前記テーパー部の縦断面の表面形状が、直線状、円弧を２つ接続したＳ字形状、又は半周期のコサイン曲線状であることを特徴とする請求項１〜１４の何れかの項に記載の光合分波素子。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れかの項に記載の光合分波素子と、
前記第２コアの一端から前記第２コアに光を入力する光入力手段、又は、前記第２コアの一端から出力される光を受光する受光手段とを備えることを特徴とする光回路。
【請求項１７】
前記光入力手段が半導体レーザを備え、
前記半導体レーザから出力される光が、前記第２コアの一端から前記第２コアに入射するように、前記第２コア及び前記上部クラッドの一部が所定の厚さで除去されて、前記光入力手段が前記光合分波素子に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の光回路。
【請求項１８】
前記光入力手段が面発光半導体レーザを備え、
前記第２コアの一部が除去されて凹面ミラーが形成され、
前記面発光半導体レーザから出力される光が、前記凹面ミラーによって反射されて前記第２コアの一端から前記第２コアに入射するように、前記光入力手段が前記光合分波素子に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の光回路。
【請求項１９】
前記光入力手段が面発光半導体レーザ及び集光レンズを備え、
前記第２コアの一部が除去されて平面ミラーが形成され、
前記面発光半導体レーザから出力される光が、前記平面ミラーによって反射されて前記第２コアの一端から前記第２コアに入射するように、前記光入力手段が前記光合分波素子に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の光回路。
【請求項２０】
複数の前記光回路が直列に接続されて形成されることを特徴とする請求項１６〜１９の何れかの項に記載の光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長の異なる光を多重し、多重された光から所定の波長の光を分離する光合分波素子およびそれを用いた光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信ネットワークにおいて高速且つ大容量のデータ伝送が要求されており、光波長多重伝送技術が研究、開発されている。例えば、下記特許文献１には、積層型と横型（光の導波路を積層方向に垂直な方向に配置）とを組み合わせた、非対称方向性結合器の結合領域に分布ブラッグ反射器を持つ光合分波素子が開示されている。この光合分波素子は、２つの導波路の実効屈折率が違うため、分布ブラッグ反射器の動作波長のみにおいて、２つの導波路の間で光パワーを交換することができる。
【０００３】
下記特許文献２には、特許文献１に開示されている光合分波素子の特性を改善するために、２つの導波路がＸ字型に立体交差した光合分波素子が開示されている。また、下記特許文献３及び特許文献４には、特許文献１の構造を用い、光検出器と一体化した光合分波素子が開示されている。
【０００４】
下記特許文献５には、横型の方向性結合器の結合領域に分布ブラッグ反射器を持つ光合分波素子が開示されている。この光合波素子では、２つの導波路が同じ構造であるため、広い波長範囲において導波路間で光パワーを授受でき、分布ブラッグ反射器の動作波長の光のみが反射され、その他の光とは別に出力される。
【０００５】
下記特許文献６には、横型の非対称方向性結合器の結合領域に分布ブラッグ反射器を持つ光結合素子が開示されている。この光合分波素子では、２つの導波路の実効屈折率が違うため、分布ブラッグ反射器の動作波長のみにおいて、導波路間で光パワーを交換できる。
【０００６】
下記特許文献７には、横型のＹ分岐導波路の結合領域に分布ブラッグ反射器を持つ光分波素子が開示されている。この光合分波素子では、分布ブラッグ反射器の動作波長のみが反射する。
【０００７】
下記非特許文献１には、横型のＹ分岐導波路の結合領域に傾斜した分布ブラッグ反射器を持つ光合分波素子が開示されている。Ｙ分岐導波路のアーム部分は非対称であり、結合部分は２モード導波路になっている。この光合分波素子では、Ｙアームの幅の太い方から伝搬する多重光が結合部の基本モードに結合し、分布ブラッグ反射器によってその動作波長の光のみが結合部の１次モードに反射結合し、この反射された光がＹアームの幅の細い側に選択的に結合して伝搬することによって、光の分離が行われる。また、光の多重は、光の分離と逆の動作で行われる。
【０００８】
また、下記非特許文献２には、光ファイバを用いて、非特許文献１とほぼ同じ原理で実現された光フィルタが開示されている。
【特許文献１】特開平９−２１８３１６号公報
【特許文献２】特開２００２−２７７６５３号公報
【特許文献３】特開２００１−２９００３９号公報
【特許文献４】特開２００１−２９０１８０号公報
【特許文献５】特開平１１−５２１５３号公報
【特許文献６】特開昭６３−１６３８０３号公報
【特許文献７】特開２００１−６６５６０号公報
【非特許文献１】Ｄ．Ｆ．Ｇｅｒａｇｈｔｙ，ｅｔ  ａｌ．，”Ｉｏｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅｄ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｆｉｌｔｅｒ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３７，ＰＰ．８２９−８３１（２００１）．
【非特許文献２】Ａ．Ｓ．Ｋｅｗｉｔｓｃｈ，ｅｔ  ａｌ．，”Ａｌｌ−ｆｉｂｅｒ  ｚｅｒｏ−ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ−ｌｏｓｓ  ａｄｄ−ｄｒｏｐ  ｆｉｌｔｅｒ  ｆｏｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２３，ＰＰ．１０６−１０８  （１９９８）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献１〜６の方向性結合器型の光合分波素子では、結合係数を大きくすることが難しく、高い変換効率を得るには長い距離が必要となり、また波長選択性が鋭い、即ち反射可能な波長帯域が狭い問題がある。
【００１０】
また、特許文献１〜７及び非特許文献１、２の光合分波素子では、横型構造が含まれており、比較的広いスペースが必要となる。
【００１１】
また、特許文献７では、導波路が対称型であるため、出力効率は最大で２５％にしかならない。また、入力側にも光が反射するため、アイソレータが必要となる。
【００１２】
また、横型のＹ分岐構造を利用した非特許文献１の光合分波素子では、分布ブラッグ反射器を導波路に対して傾斜させて形成しなければならず、製造が容易ではない。
【００１３】
上記の問題を解決するために、本発明の目的は、結合係数が大きく、高密度に集積することができ、広い波長選択幅を持つ光合分波素子及びそれを用いた光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【００１５】
即ち、本発明に係る光合分波素子（１）は、光を伝搬する第１コアと、光を伝搬し、前記第１コアの表面の所定領域にのみ接触して前記第１コアに積層され、前記第１コアと共にＹ字型分岐導波路を形成する第２コアと、前記第１コア及び前記第２コアが前記所定領域で接触して形成する結合部に形成されたグレーティングとを備え、前記グレーティングが、光の基本モード及び１次モード間の反射機能を有することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係る光合分波素子（２）は、上記光合分波素子（１）において、下部クラッドと、厚さが緩やかに０まで減少するテーパー部を有し、前記下部クラッドの上に形成される前記第１コア及び前記第２コアの間に、前記所定領域を除いて形成される上部クラッドとを更に備えることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明に係る光合分波素子（３）は、上記光合分波素子（１）において、平坦部及び該平坦部まで厚さが緩やかに増大するテーパー部からなる凸部を有する下部クラッドと、厚さが緩やかに０まで減少するテーパー部を有し、前記下部クラッドの上に形成される前記第１コア及び前記第２コアの間に、前記所定領域を除いて形成される上部クラッドとを更に備えることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明に係る光合分波素子（４）は、上記光合分波素子（１）〜（３）の何れかにおいて、第１コア層及び第２コア層をさらに備え、前記第１コアが、前記第１コア層の
厚さが周辺部よりも厚く形成された第１の所定部分であり、前記第２コアが、前記第１の所定部分に対応する、前記第２コア層の厚さが周辺部よりも厚く形成された第２の所定部分であることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明に係る光合分波素子（５）は、上記光合分波素子（１）〜（３）の何れかにおいて、第１コア層及び第２コア層をさらに備え、前記第１コアが、前記第１コア層の厚さが周辺部よりも厚く形成された所定部分であり、且つ、前記第２コアが、前記所定部分に対応する位置に配置され、屈折率が周辺に位置する前記第２コア層の屈折率と異なる、又は、前記第１コアの屈折率が周辺部に位置する第１コア層の屈折率と異なり、且つ、前記第２コアが、前記第１コアに対応し、第２コア層の厚さが周辺部よりも厚く形成された所定部分であることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明に係る光合分波素子（６）は、上記光合分波素子（１）〜（３）の何れかにおいて、第１コア層及び第２コア層をさらに備え、前記第１コアの屈折率が周辺部に位置する第１コア層の屈折率と異なり、前記第２コアが、前記第１コアに対応する位置に配置され、屈折率が周辺に位置する前記第２コア層の屈折率と異なることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明に係る光合分波素子（７）は、上記光合分波素子（１）〜（６）の何れかにおいて、前記グレーティングが、前記第１コアに形成された周期的な切り欠きと、該切り欠きを充填する物質とによって形成され、前記物質の屈折率が、前記第１コアの屈折率及び前記第２コアの屈折率と異なることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明に係る光合分波素子（８）は、上記光合分波素子（１）〜（６）の何れかにおいて、前記グレーティングが、前記第１コアに形成された周期的な切り欠きと、前記切り欠きを充填する前記第２コアとによって形成されることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明に係る光合分波素子（９）は、上記光合分波素子（１）〜（８）の何れかにおいて、前記第１コア、前記第２コア、前記下部クラッド及び前記上部クラッドの各々が、ガラスまたは樹脂で形成されていることを特徴としている。
【００２４】
本発明に係る光合分波素子（１０）は、上記光合分波素子（１）〜（９）の何れかにおいて、前記第１コア及び前記第２コアの前記結合部を除いた部分が、光の単一モード導波路であることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明に係る光合分波素子（１１）は、上記光合分波素子（１）〜（１０）の何れかにおいて、前記第１コアの一端から波長多重された入力光が入力される場合、前記入力光のうち、前記グレーティングの動作波長の光のみが、前記グレーティングによって前記結合部の１次モードで反射され、前記入力光のうち、前記反射される光を除いた光が、前記結合部の基本モードで前記結合部を伝搬し、前記反射された光が、前記結合部以外の前記第２コアにおいて、前記第２コアの基本モードで伝搬することによって、波長多重された前記入力光から前記グレーティングの動作波長の光を分波することを特徴としている。
【００２６】
また、本発明に係る光合分波素子（１２）は、上記光合分波素子（１）〜（１１）の何れかにおいて、前記第２コアの一端から前記グレーティングの動作波長のアド光が入力され、前記第１コアの一端から入力光が入力される場合、前記アド光が、前記結合部以外の前記第２コアにおいて基本モードで伝搬し、前記結合部において前記結合部の１次モードで伝搬し、前記グレーティングによって前記結合部の基本モードで反射され、前記反射された前記アド光が、前記結合部以外の前記第１コアにおいて、前記第１コアの基本モード
で伝搬することによって、前記入力光に多重されることを特徴としている。
【００２７】
また、本発明に係る光合分波素子（１３）は、上記光合分波素子（１）〜（１２）の何れかにおいて、前記結合部を除き、前記第１コアと前記第２コアとの実効屈折率が異なることを特徴としている。
【００２８】
また、本発明に係る光合分波素子（１４）は、上記光合分波素子（２）〜（１３）の何れかにおいて、前記第１コアの屈折率が、前記第２コアの屈折率よりも大きく、前記第２コアの屈折率が、前記上部クラッド及び前記下部クラッドの何れの屈折率よりも大きいことを特徴としている。
【００２９】
また、本発明に係る光合分波素子（１５）は、上記光合分波素子（１）〜（１４）の何れかにおいて、厚さが緩やかに０まで減少する前記テーパー部の縦断面の表面形状が、直線状、円弧を２つ接続したＳ字形状、又は半周期のコサイン曲線状であることを特徴としている。
【００３０】
また、本発明に係る光回路（１）は、上記光合分波素子（１）〜（１５）の何れかと、前記第２コアの一端から前記第２コアに光を入力する光入力手段、又は、前記第２コアの一端から出力される光を受光する受光手段とを備えることを特徴としている。
【００３１】
また、本発明に係る光回路（２）は、上記光回路（１）において、前記光入力手段が半導体レーザを備え、前記半導体レーザから出力される光が、前記第２コアの一端から前記第２コアに入射するように、前記第２コア及び前記上部クラッドの一部が所定の厚さで除去されて、前記光入力手段が前記光合分波素子に配置されていることを特徴としている。
【００３２】
また、本発明に係る光回路（３）は、上記光回路（１）において、前記光入力手段が面発光半導体レーザを備え、前記第２コアの一部が除去されて凹面ミラーが形成され、前記面発光半導体レーザから出力される光が、前記凹面ミラーによって反射されて前記第２コアの一端から前記第２コアに入射するように、前記光入力手段が前記光合分波素子に配置されていることを特徴としている。
【００３３】
また、本発明に係る光回路（４）は、上記光回路（１）において、前記光入力手段が面発光半導体レーザ及び集光レンズを備え、前記第２コアの一部が除去されて平面ミラーが形成され、前記面発光半導体レーザから出力される光が、前記平面ミラーによって反射されて前記第２コアの一端から前記第２コアに入射するように、前記光入力手段が前記光合分波素子に配置されていることを特徴としている。
【００３４】
また、本発明に係る光回路（５）は、上記光回路（１）〜（４）の何れかにおいて、複数の前記光回路が直列に接続されて形成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、積層構造を採用していることにより、必要な幅方向のスペースを狭くすることができ、より高密度に集積された光合分波素子及びそれを用いた光回路を実現することができる。
【００３６】
また、結合係数を大きくすることができるため、光の多重及び分離に必要な伝搬距離を短くすることができ、さらに高密度な集積化が可能である。
【００３７】
また、結合係数を大きくすることができるため、広い波長選択幅を実現すること、即ち１つの光合分波素子で多重、分離可能な波長幅を広くすることができる。
【００３８】
また、第２コアのサイズを大きくすることできるため、外部光との接続効率が上昇し、比較的低い精度で、光合分波素子に発光手段、受光手段を実装することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子を示す縦断面図である。また、図２は、図１に示した光合分波素子の縦断面図の一例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００４１】
本光合分波素子は、基板１と、基板１の上に形成された下部クラッド２と、下部クラッド２の上に形成された第１コア３と、第１コア３の一部の上に形成された上部クラッド４と、上部クラッド４及び第１コア３の上に形成された第２コア５とを備えている。ここで、上部クラッド４は、その厚さが緩やかに０まで減少し（以下、この領域をテーパー部７ａ、７ｂと記す）、第１コア３の表面の一部を露出して形成されている。従って、第２コア５は、テーパー部７ａ、７ｂを含む上部クラッド４の上、及び第１コア３の露出部分の上に形成されている。また、第１コア３及び第２コア５が接触する部分（以下、結合部８と記す）には、グレーティング６が形成されている。このように、第２コア５は、第１コア３の表面の所定領域（露出部分）にのみ接触して第１コア３に積層され、第１コア３と共にＹ字型の構造を形成している。
【００４２】
第１コア３、第２コア５は、ガラス、プラスチックなどの光を透過させる物資で形成され、第２コア５は第１コア３よりも厚く形成されている。また、図２の（ａ）、（ｂ）に示したように、第１コア３は、第１コア層２１の所定部分の厚さが周辺部よりも厚く形成されたものであり、第２コア５は、第２コア層２２の、第１コア３に対応する所定部分の厚さが周辺部よりも厚く形成されたものである。
【００４３】
グレーティング６は、第１コア３が、所定の長さＬにわたって、所定の間隔ΔＬ（以下、周期と記す）、所定の深さＤで除去されて周期的な切り欠きが形成されており、この切り欠きに、第１コア３及び第２コア５とは光の屈折率が異なる物質が充填されている。ここで、切り欠きを境界として屈折率が変化していればよく、切り欠きに積極的に物質が充填されずに中空（例えば、空気が存在する）のままでもよい。
【００４４】
次に、図１、２に示した本実施の形態に係る光合分波素子の機能を説明する。
【００４５】
第１コア３に波長多重された入力光９（波長λ＝λ1，・・・，λm）が入力されると、グレーティング６の動作波長λj、即ちグレーティング６の周期ΔＬ、結合部８の基本モ
ードに対する実効屈折率N0及び結合部８の１次モードに対する実効屈折率N1で決まる特定の波長λjの光のみが、グレーティング６により反射され、第２コア５を経由してドロッ
プ光１２として出力される。一方、波長λj以外の波長の光は、グレーティング６を通過
して出力光１０として出力される。
【００４６】
ここで、光は、第１コア層２１では第１コア３を伝搬し、第２コア層２２では第２コア５を伝搬する。図１には、本光合分波素子を伝搬する光のモードの内、第１コア３の基本モード１３、第２コア５の基本モード１４、結合部８の基本モード１５、結合部８の１次モード１６を、概念的な電磁場分布として示している。
【００４７】
また、第２コア５に、前記波長λjのアド光１１が入力されると、その光はグレーティ
ング６によって反射され、第１コア３を経由して出力光１０に多重されて出力される。即ち、図１に示した光合分波素子は、波長多重光から所定の波長λjの光を取り出し、外部
から入力される同じ波長λjの光を多重することができる。
【００４８】
ここで、図１におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図は図２に示した断面図に限定されない。例えば、図３〜１０に示した断面図であってもよい。図３〜１０は、何れも図１に示した光合分波素子の縦断面図の一例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００４９】
図３〜５に示した例では、図２と同様に、第１コア層２１及び第２コア層２２の対応する所定部分を、それぞれ周辺部よりも厚くして、第１コア３及び第２コア５を形成している。図２〜５において、第１コア３及び第２コア５はそれぞれ、第１コア層２１及び第２コア層２２の各々の一方の面における凸形状によって形成されており、図２〜５に示した断面図は、この凸形状が形成された面の配置に応じた４つのパターンに対応している。即ち、図２に示した断面図では、第１コア層２１及び第２コア層２２の凸形状が同じ方向の面（上側面）に形成されている。図３に示した断面図では、第１コア層２１及び第２コア層２２の凸形状が反対方向の面（接しない面）に形成されている。図４に示した断面図では、第１コア層２１及び第２コア層２２の凸形状が同じ方向の面（下側面）に形成されている。図５に示した断面図では、第１コア層２１及び第２コア層２２の凸形状が反対方向の面（接する面）に形成されている。図２〜５では、第１コア層２１及び第２コア層２２の各々の一方の面にのみ凸形状が形成された場合を示しており、製造が比較的容易である点でこれらが望ましいが、これらに限定されず、光が伝搬する領域を画定することさえできれば、第１コア層２１及び第２コア層２２の各々の両面に凸形状が形成されてもよい。
【００５０】
また、図６〜９に示した例では、第１コア層２１及び第２コア層２２の一方に凸形状を形成し、他方に凸形状を形成せずに異なる屈折率の物質を用いて、第１コア３又は第２コア５を形成している。図６、７に示した断面図では、第１コア３は第１コア層２１と光の屈折率が異なる物質（ガラスや樹脂など）で形成され、第１コア層２１の表面と第１コア３の表面とは段差を形成しておらず、第２コア層２２には凸形状が形成されている。図６、７に示した断面図では、凸形状が形成される第２コア層２２の面が異なる。また、図８、９に示した断面図では、第１コア層２１に凸形状が形成され、第２コア５は第２コア層２２と光の屈折率が異なる物質（ガラスや樹脂など）で形成され、第２コア層２２の表面と第２コア５の表面とは段差を形成していない。図８、９に示した断面図では、凸形状が形成される第１コア層２１の面が異なる。図６〜９に示した断面図において、第１コア層２１又は第２コア層２２の両面に凸形状を形成し、第１コア３又は第２コア５を形成してもよい。また、図６〜９に示した断面図において、第１コア層２１又は第２コア層２２とは屈折率の異なる物質を用いて第１コア３又は第２コア５を形成する場合、光が伝搬する領域を画定することさえできれば、第１コア層２１の表面と第１コア３の表面とに段差があってもよく、第２コア層２２の表面と第２コア５の表面とに段差があってもよい。
【００５１】
また、図１０に示した例では、第１コア３が第１コア層２１と光の屈折率が異なる物質（ガラスや樹脂など）で形成され、第１コア層２１の表面と第１コア３の表面とは段差を形成しておらず、第２コア５が第２コア層２２と光の屈折率が異なる物質（ガラスや樹脂など）で形成され、第２コア層２２の表面と第２コア５の表面とは段差を形成していない。ここで、光が伝搬する領域を画定することさえできれば、第１コア層２１の表面と第１コア３の表面とに段差があってもよく、第２コア層２２の表面と第２コア５の表面とに段差があってもよい。
【００５２】
（第２の実施の形態）
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る光合分波素子を示す縦断面図である。図１
１に示した光合分波素子の構成は、グレーティング６ａを除いて図１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
図１１においては、グレーティング６ａは、結合部８において第１コアの一部が所定の周期で除去されて切り欠きが形成され、その上に、第１コア３と密着し、即ち、第１コア３が除去された部分を充填して第２コア５が形成されている。従って、図１１に示した光合分波素子は、図１に示した光合分波素子と同様に、波長多重光から所定の波長の光を分離し、外部から入力される所定の波長の光を多重することができる。
【００５４】
図１１のＣ−Ｃ線に沿った断面図、Ｄ−Ｄ線に沿った断面図は、第１の実施の形態と同様に、図２〜１０の何れの断面図であってもよい。
【００５５】
（第３の実施の形態）
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る光合分波素子を示す縦断面図である。図１２に示した光合分波素子の構成は、下部クラッド２ａ、第１コア３ａ、上部クラッド４ａ、第２コア５ａ、テーパー部７ｃ、７ｄを除いて図１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図１２においては、下部クラッド２ａは、その厚さが所定の厚さから緩やかに増大し、一定の厚さを維持し、その後厚さが緩やかに減少する凸部を有する。下部クラッド２ａの厚さが緩やかに変化する領域をテーパー部７ｃ、７ｄと呼び、それらに挟まれた一定の厚さを維持する領域を平坦部と呼ぶ。第１コア３ａは、凸部を有する下部クラッド２ａの上に形成されている。下部クラッド２ａの平坦部上の第１コア３ａを除いて、第１コア３ａの上に、平坦部上の第１コア３ａの表面と同じ高さで、段差を生じることなく、上部クラッド４ａが形成されている。さらに、第２コア５ａが、第１コア３ａ及び上部クラッド４ａの上に形成されている。第１コア３ａ及び第２コア５ａが部分的に直接接触する部分（結合部８）に、第１の実施の形態と同様にグレーティング６が形成されている。
【００５７】
従って、図１２に示した光合分波素子は、図１、１１に示した光合分波素子と同様に、波長多重光から所定の波長の光を取り出し、外部から入力される所定波長の光を多重することができる。
【００５８】
尚、図１２のＥ−Ｅ線に沿った断面図、Ｆ−Ｆ線に沿った断面図は、第１及び第２の実施の形態と同様に、図２〜１０の何れの断面図であってもよい。
【００５９】
（第４の実施の形態）
図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る光合分波素子を示す縦断面図である。図１３に示した光合分波素子の構成は、グレーティング６ａを除いて図１２と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００６０】
図１３において、グレーティング６ａは、第１の実施の形態と同様に、結合部８において第１コア３ａの一部が所定の周期で除去されて切り欠きが形成され、その上に、第１コア３ａと密着し、即ち、第１コア３ａが除去された部分を充填して第２コア５ａが形成されている。従って、図１３に示した光合分波素子は、図１、１１、１２に示した光合分波素子と同様に、波長多重光から所定の波長の光を取り出し、外部から入力される所定波長の光を多重することができる。
【００６１】
尚、図１３のＧ−Ｇ線に沿った断面図、Ｈ−Ｈ線に沿った断面図は、第１〜第３の実施の形態と同様に、図２〜１０の何れの断面図であってもよい。
【００６２】
以上、第１〜第４の実施の形態に係る光合分波素子において、上部クラッド又は下部クラッドのテーパー部を直線状に形成する場合を説明したが、これに限定されず、その上に形成される第１コア又は第２コアが滑らかに変化する形状であればよく、例えば、接続部で接線が一致するように、２つの円弧を接続して形成したＳ字形状（図１４の（ａ））、半周期分のコサイン曲線形状（図１４の（ｂ））であってもよい。図１４の（ａ）には、２つ円弧の中心を点Ｏ１、Ｏ２で示している。
【００６３】
また、以上では基板の上に下部クラッドを備えている場合を説明したが、基板と下部クラッドとを一体に形成してもよい。例えば、図１２、１３に示した第３、第４の実施の形態の場合には、下部クラッド２ａを無くし、基板を下部クラッドのように凸部を備えて形成し、その上に第１コアを形成してもよい。
【００６４】
（第５の実施の形態）
図１５〜１７は、本発明の第５の実施の形態に係る光回路を示す縦断面図である。本実施の形態に係る光回路は、本発明に係る第１〜第４の何れかの実施の形態に係る光合分波素子（図１、１１、１２、１３参照）と、光入力手段とを備えている。図１５〜１７には、異なる光入力手段と、その光入力手段に応じて光の入力部が加工された光合分波素子とを示している。
【００６５】
図１５は、光入力手段が、半導体レーザコア３２を備えた半導体レーザ３１である場合を示している。図１５に示したように、半導体レーザコア３２から出力される光が第２コア５の一端から第２コア５に入射するように、第２コア５及び上部クラッド４の一部を所定の厚さで除去し、ボンディング部３３を用いて半導体レーザ３１を光合分波素子に固定している。半導体レーザコア３２から出力された光は、第２コア５に入射し、上記したように光合分波素子によって合波される。
【００６６】
図１６は、光入力手段が、発光部３５を備えた面発光半導体レーザ３４である場合を示している。図１６に示したように、第２コア５の一部を除去して凹面ミラー３６を形成し、発光部３５から出力される光が第２コア５の一端から入射するように、面発光半導体レーザ３４を、光合分波素子の上方に配置する。発光部３５から出力された光は、凹面ミラー３６によって反射されて第２コア５に入射し、上記したように光合分波素子によって多重される。
【００６７】
図１７は、光入力手段が、発光部３５を備えた面発光半導体レーザ３４と集光レンズ３８とから構成される場合を示している。図１７に示したように、面発光半導体レーザ３４に集光レンズ３８を取り付け、第２コア５の一部を除去して平面ミラー３７を形成し、発光部３５から出力される光が第２コア５に入射するように、面発光半導体レーザ３４を光合分波素子の上方に配置する。発光部３５から出力された光は、集光レンズ３８によって集光され、平面ミラー３７によって反射されて第２コア５に入射し、上記したように光合分波素子によって合波される。
【００６８】
以上では、発光手段としてレーザを用いる場合を説明したが、これに限定されず、ＬＥＤなど、光伝送技術で使用される発光素子を用いることができる。
【００６９】
また、以上では、本発明に係る第１〜第４の何れかの実施の形態に係る１つの光合分波素子と、１つの光入力手段とから構成される光回路を説明したが、図１５〜１７に示した光回路を複数直列に接続して、複数の波長の光を合波する光多重回路を構成することもできる。即ち、図１８に示したように、波長λ1を反射することができるグレーティングを
備えた本発明に係る第１の光回路と、λ2を反射することができるグレーティングを備え
た本発明に係る第２の光回路とを、第１コア同士及び第２コア同士を接触させて接続する
こともできる。これによって、光入力手段３１ａから出力される波長λ1と、光入力手段
３１ｂから出力される波長λ2（λ2≠λ1）の光とが多重された光を出力することができ
る。
【００７０】
また、以上では、光入力手段を備えた光回路を説明したが、本発明に係る第１〜第４の何れかの実施の形態に係る光合分波素子と受光素子とを備えて光回路を形成することができる。また、本実施の形態に係る光合分波素子と受光素子とを備えた光回路を複数備えて光分離回路を形成すれば、複数波長の多重光から波長の異なる光を分離することができる。
【００７１】
上記した、複数の光多重回路を送信側に、光分離回路を受信側に備え、光ファイバーなどを用いた光伝送路を介してそれらの間を接続することによって、光多重システムとして使用することができる。
【００７２】
上記の第１〜第５の実施の形態で示した光合分波素子は、周知の半導体プロセスを用いて形成することができる。特に、テーパー部は、例えば、下部クラッドをシャドーマスクを用いたシャドー堆積法で作成する方法、下部クラッド層上に塗布したフォトレジストを、グレーマスク（光の透過率が分布を持つマスク）を用いて露光した後にドライエッチングする方法、下部クラッド上に塗布した電子ビームレジストを、ドーズ量を制御して露光した後にドライエッチングする方法などを用いて形成することができる。
【実施例１】
【００７３】
以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明確にする。
【００７４】
図１に示した第１の実施の形態に係る光合分波素子において、下部クラッド２の屈折率を１．４６、第１コア３の屈折率を１．５４、その厚さを０．８３μｍ、上部クラッド４の屈折率を１．４６、その厚さを５μｍ、第２コア５の屈折率を１．４７、その厚さを４μｍ、グレーティング６の周期ΔＬを０．２８５μｍ、その全長Ｌを３００μｍ、グレーティング６を形成する切り欠き、即ち第１コア３の一部が除去されて形成された切り欠きに充填された物質の屈折率を２．０、その切り欠きの深さＤを０．０３μｍ、下部クラッド２のテーパー部７ａ、７ｂの各々の長さを約２４０μｍ、テーパー部７ａ、７ｂの縦断面形状をＳ字形状に形成した場合、この光合分波素子への波長０．８５μｍの入力光９は、９８％の効率でドロップ光１２として取り出される。また、この光合分波素子への波長０．８５μｍのアド光１１は、９８％の効率で出力光１０として取り出される。この場合の波長許容幅は０．００２μｍであり、この範囲外の波長の入力光９は、グレーティング６による影響を殆ど受けること無く、９９％以上の効率で出力光１０として取り出される。即ち、この光合分波素子の特定の波長（０．８５μｍ）の光に対する波長選択性が非常に高く、それ以外の波長の光に対する透過性が非常に高いことが分かる。
【実施例２】
【００７５】
図１２に示した第３の実施の形態に係る光合分波素子において、下部クラッド２ａの屈折率を１．４６、第１コア３ａの屈折率を１．５４、その厚さを０．８３μｍ、上部クラッド５ａの屈折率を１．４６、その厚さを５μｍ、第２コア３ａの屈折率を１．４７、その厚さを４μｍ、グレーティング６の周期ΔＬを０．２８５μｍ、その全長Ｌを３００μｍ、グレーティング６を形成する切り欠きに充填された物質の屈折率を２．０、その切り欠きの深さＤを０．０３μｍ、下部クラッドのテーパー部７ｃ、７ｄの各々の長さを約１９０μｍ、テーパー部７ｃ、７ｄの縦断面形状をＳ字形状に形成した場合、この光合分波素子への波長０．８５μｍの入力光９は、９８％の効率でドロップ光１２として取り出される。また、この光合分波素子への波長０．８５μｍのアド光１１は、９８％の効率で出力光１０として取り出される。この場合の波長許容幅は０．００２μｍであり、この範囲
外の波長の入力光９は、９８％以上の効率で出力光１０として取り出される。即ち、実施例１と同様に、この光合分波素子の特定の波長（０．８５μｍ）の光に対する選択性が非常に高く、それ以外の波長の光に対する透過性が非常に高いことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子の縦断面図の一例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子の縦断面図の別の例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子の縦断面図の別の例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子の縦断面図の別の例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子の縦断面図の別の例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子の縦断面図の別の例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子の縦断面図の別の例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子の縦断面図の別の例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る光合分波素子の縦断面図の別の例であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る光合分波素子を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る光合分波素子を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る光合分波素子を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る光合分波素子のテーパー部の例を示す断面図であり、（ａ）は２つの円弧からなるＳ字形状、（ｂ）はコサイン曲線に形成されたテーパー部を示す。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る光回路の一例を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態に係る光回路の別の例を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態に係る光回路別の例を示す縦断面図である。
【図１８】本発明の光回路を直列に接続した状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    基板
２、２ａ  下部クラッド
３、３ａ  第１コア
４、４ａ  上部クラッド
５、５ａ  第２コア
６、６ａ  グレーティング
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  テーパー部
８    結合部
９    入力光
１０  出力光
１１  アド光
１２  ドロップ光
１３  第１コアの基本モード
１４  第２コアの基本モード
１５  結合部の基本モード
１６  結合部の１次モード
２１  第１コア層
２２  第２コア層
３１、３１ａ、３１ｂ  半導体レーザ
３２  半導体レーザコア
３３  ボンディング部
３４  面発光半導体レーザ
３５  発光部
３６  凹面ミラー
３７  平面ミラー
３８  集光レンズ
【図１】
2006208524.tif 000003
【図２】
2006208524.tif 000004
【図３】
2006208524.tif 000005
【図４】
2006208524.tif 000006
【図５】
2006208524.tif 000007
【図６】
2006208524.tif 000008
【図７】
2006208524.tif 000009
【図８】
2006208524.tif 000010
【図９】
2006208524.tif 000011
【図１０】
2006208524.tif 000012
【図１１】
2006208524.tif 000013
【図１２】
2006208524.tif 000014
【図１３】
2006208524.tif 000015
【図１４】
2006208524.tif 000016
【図１５】
2006208524.tif 000017
【図１６】
2006208524.tif 000018
【図１７】
2006208524.tif 000019
【図１８】
2006208524.tif 000020