(57)【要約】【課題】Ｙ分岐導波路を用いた光分岐回路において、経路によらずに導波路全長が略等しく、かつ導波路全長を短縮する。【解決手段】光分岐回路１は、光を導波するための互いに平行な直線状の入射導波路１０及び所定の一定間隔ｐで並んだ複数の出射導波路１４を有し、入射導波路１０から各出射導波路１４へ光を導波する経路が入射導波路１０側から順に第１、第２、及び第３のＹ分岐導波路２１〜２３を接続した３段構成とされて８分岐回路を形成している。各Ｙ分岐導波路２１〜２３は、分岐前に分岐前直線導波路１１〜１３を有すると共にその分岐部の直後の導波路は所定の曲率半径の円弧からなる曲線からなっている。また、第１及び第３のＹ分岐導波路２１，２３は、その分岐前直線導波路１１，１３を入射導波路１０に平行にして配置され、第２のＹ分岐導波路２２は、その分岐前直線導波路１２を入射導波路１０に対して傾斜して配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を導波するための互いに平行な直線状の入射導波路及び所定の間隔で並んだ複数の出射導波路を有し、前記入射導波路から前記各出射導波路へ光を導波する経路がＹ分岐導波路を多段接続して構成された光分岐回路において、
前記Ｙ分岐導波路は前記入射導波路側から順に第１、第２、及び第３のＹ分岐導波路を接続した３段構成とされ、前記各Ｙ分岐導波路は分岐前に分岐前直線導波路を有すると共にその分岐部の直後の導波路は所定の曲率半径の円弧からなる曲線からなり、
前記第１及び第３のＹ分岐導波路は、その分岐前直線導波路を前記入射導波路に平行に配置し、
前記第１のＹ分岐導波路は、そのＹ分岐導波路の分岐点に滑らかに接続された所定曲率半径を有する円弧状の第１の円弧導波路を有し、
前記第２のＹ分岐導波路は、前記第１の円弧導波路に滑らかに接続された所定長さの直線からなる分岐前直線導波路と、前記分岐前直線導波路に滑らかに接続され前記第１の円弧導波路と同じ曲率半径及び同じ屈曲方向を有する円弧状の第２の円弧導波路と、一端を前記第２の円弧導波路に滑らかに接続され、かつ、他端を前記第３のＹ分岐導波路の分岐前直線導波路に滑らかに接続され前記第２の円弧導波路と同じ曲率半径及び異なる屈曲方向を有する円弧状の第３の円弧導波路と、を備えて構成することにより、その分岐前直線導波路を前記入射導波路に対して傾斜して配置して８分岐回路を形成したことを特徴とする光分岐回路。
【請求項２】
前記各Ｙ分岐導波路は、その分岐前直線導波路から分岐する導波路がその分岐部の近傍において直線導波路によって形成されると共に、その分岐後の直線導波路が所定の曲率半径の円弧からなる曲線導波路に滑らかに移行するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光分岐回路。
【請求項３】
前記第２のＹ分岐導波路の分岐後の内側の導波路に接続される第３のＹ分岐導波路は、その分岐前直線導波路を前記入射導波路に対し傾斜させると共に入射導波路により近い位置に配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光分岐回路。
【請求項４】
前記第２のＹ分岐導波路の分岐後の内側の導波路が前記入射導波路と平行になるまで延伸され、前記延伸された導波路に前記第３のＹ分岐導波路の分岐前直線導波路を接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光分岐回路。
【請求項５】
前記各Ｙ分岐導波路の分岐前直線導波路長は所定の長さに設定されており、前記延伸された導波路に接続された第３のＹ分岐導波路の分岐前直線導波路は前記所定の長さより長く形成したことを特徴とする請求項４に記載の光分岐回路。
【請求項６】
前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の８分岐の光分岐回路を回路の一部に用いて１６分岐以上の回路を形成したことを特徴とする光分岐回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｙ分岐導波路を用いた光分岐回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光通信システムなどにおいて光通信を行う際に入力信号光を複数に分岐させる手段としてＹ字型の分岐導波路（Ｙ分岐導波路）を用いた光分岐回路が知られている。従来の光分岐回路の例を図１３に示す。この光分岐回路９１は、４段接続されたＹ分岐導波路９３を用いることにより、入射導波路１０に入力された光を１６分岐して出射導波路１４に出力する。入射導波路１０と出射導波路１４は互いに平行であり、出射導波路１４は等間隔に並んでいる。そして、各Ｙ分岐導波路９３は対称に分岐しており、その対称中心軸も入射導波路１０と出射導波路１４に平行な配置をしている。各Ｙ分岐導波路９３は、分岐前の分岐前直線導波路９３ａに円弧からなる導波路を滑らかに接続して２分岐すると共に、２分岐した各円弧に逆向きの曲率を有する円弧を滑らかに接続したＳ字曲線状の導波路を形成し、次段の分岐前直線導波路９３ｂにつなぐ形状となっている。この光分岐回路９１は、入射導波路１０から各出射導波路１４までの導波路の長さ、すなわち各分岐光に対する導波路全長が同じとなっている。これは光分岐回路９１の対称性に基づく。一般に光分岐回路では、光信号を互いに同期させるため、各分岐光に対する導波路全長を同じとされる。
【０００３】
上述のように、各Ｙ分岐導波路９３の曲線部は、所定の曲率半径を持った円弧を組合せたＳ字曲線となっており、その形状は円弧の曲率半径と分岐後の導波路間隔によって決まる。また、上述の導波路全長は、入射導波路長、出射導波路長、Ｓ字曲線導波路長、及び分岐前直線導波路長の総和となる。
【０００４】
導波路全長は、導波路材料による光の損失をなるべく小さくするため、極力短く設計され、光分岐回路全体の長さも短くされる。例えば、導波路曲線部の曲率半径を小さくして全長を短縮することが考えられるが、どの経路の導波路についても導波路全長を同じにするという条件下では、自ずと限界がある。そこで、図１４に示すように、Ｙ分岐導波路に替えて一度に３分岐する３分岐導波路９４を用いることにより必要な分岐数を減らし、導波路全長に長短があるが全長を短縮した光分岐回路９２が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平８−２７１７４４号公報
【特許文献２】特開２００４−２２７０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した図１３に示されるような光分岐回路では、導波路延長が長く、また上述した図１４や特許文献１，２に示されるような３分岐導波路を用いる光分岐回路においては、波長による均一性の変動が幾分大きくなり、また、通信を上り下りの両方向で行う場合に上り方向の損失が経路によって異なってくるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消するものであって、経路によらずに導波路全長が略等しく、かつ導波路全長を短縮したＹ分岐導波路による光分岐回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、光を導波するための互いに平行な直線状の入射導波路及び所定の間隔で並んだ複数の出射導波路を有し、前記入射導波路から前記各出射導波路へ光を導波する経路がＹ分岐導波路を多段接続して構成された光分岐回路において、前記Ｙ分岐導波路は前記入射導波路側から順に第１、第２、及び第３のＹ分岐導波路を接続した３段構成とされ、前記各Ｙ分岐導波路は分岐前に分岐前直線導波路を有すると共にその分岐部の直後の導波路は所定の曲率半径の円弧からなる曲線からなり、前記第１及び第３のＹ分岐導波路は、その分岐前直線導波路を前記入射導波路に平行に配置し、前記第１のＹ分岐導波路は、そのＹ分岐導波路の分岐点に滑らかに接続された所定曲率半径を有する円弧状の第１の円弧導波路を有し、前記第２のＹ分岐導波路は、前記第１の円弧導波路に滑らかに接続された所定長さの直線からなる分岐前直線導波路と、前記分岐前直線導波路に滑らかに接続され前記第１の円弧導波路と同じ曲率半径及び同じ屈曲方向を有する円弧状の第２の円弧導波路と、一端を前記第２の円弧導波路に滑らかに接続され、かつ、他端を前記第３のＹ分岐導波路の分岐前直線導波路に滑らかに接続され前記第２の円弧導波路と同じ曲率半径及び異なる屈曲方向を有する円弧状の第３の円弧導波路と、を備えて構成することにより、その分岐前直線導波路を前記入射導波路に対して傾斜して配置して８分岐回路を形成したものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光分岐回路において、前記各Ｙ分岐導波路は、その分岐前直線導波路から分岐する導波路がその分岐部の近傍において直線導波路によって形成されると共に、その分岐後の直線導波路が所定の曲率半径の円弧からなる曲線導波路に滑らかに移行するように形成されているものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光分岐回路において、前記第２のＹ分岐導波路の分岐後の内側の導波路に接続される第３のＹ分岐導波路は、その分岐前直線導波路を前記入射導波路に対し傾斜させると共に入射導波路により近い位置に配置したものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光分岐回路において、前記第２のＹ分岐導波路の分岐後の内側の導波路が前記入射導波路と平行になるまで延伸され、前記延伸された導波路に前記第３のＹ分岐導波路の分岐前直線導波路を接続したものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４に記載の光分岐回路において、前記各Ｙ分岐導波路の分岐前直線導波路長は所定の長さに設定されており、前記延伸された導波路に接続された第３のＹ分岐導波路の分岐前直線導波路は前記所定の長さより長く形成したものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の８分岐の光分岐回路を回路の一部に用いて１６分岐以上の回路を形成した光分岐回路である。
【発明の効果】
【００１３】
このような構成の光分岐回路は、第２のＹ分岐導波路の分岐前直線導波路を傾斜させるので、Ｓ字曲線状の導波路部分を経由することなく第２のＹ分岐導波路を配置でき、従って、導波路全長と光分岐回路長を短縮でき、挿入損失を低減した光分岐回路を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係るＹ分岐導波路を用いた光分岐回路について、図面を参照して説明する。図１は本発明の光分岐回路１を示し、図２（ａ）は従来の一例である光分岐回路９０を示し、図２（ｂ）は光分岐回路１と従来の光分岐回路９０とを比較して示す。光分岐回路１は、図１に示すように、光を導波するための互いに平行な直線状の入射導波路１０及び所定の一定間隔ｐで並んだ複数の出射導波路１４を有し、入射導波路１０から各出射導波路１４へ光を導波する経路が入射導波路１０側から順に第１、第２、及び第３のＹ分岐導波路２１，２２，２３を接続した３段構成とされて８分岐回路を形成している。
【００１５】
各Ｙ分岐導波路２１，２２，２３は、分岐前に分岐前直線導波路１１，１２，１３を有すると共にその分岐部の直後の導波路は所定の曲率半径の円弧からなる曲線からなっている。また、第１及び第３のＹ分岐導波路２１，２３は、その分岐前直線導波路１１，１３を入射導波路１０に平行に配置され、第２のＹ分岐導波路２２は、その分岐前直線導波路１２を入射導波路１０に対して傾斜して配置されている。
【００１６】
上述の光分岐回路１を構成する導波路は互いに屈折率の異なるクラッドとコアによって形成されている。本明細書においては、光を導波する主たる構成要素である巨視的に見て線形状をしているコアの部分を光を導波する経路として図示している。また、導波路は、上述のように直線と曲線を滑らかに接続した経路からなり、経路上の幾何学的な変化点に適宜記号ａ，ｂ，ｃ等を付して経路上の点を参照する。また、入射導波路１０から出射導波路１４に向かう方向をｘ方向、導波路形成面内であってｘ方向に直交する方向をｙ方向として方向を参照する。
【００１７】
光分岐回路１は、入射導波路１０（これは第１のＹ分岐導波路２１の分岐前直線導波路１１でもある）及びその延長線である入射光軸３に関して対称な構造を有している。本明細書では、入射光軸３に近い側を内側、遠い側を外側と呼ぶことにする。最外側の導波路における第３のＹ分岐導波路２３の分岐前直線導波路１３と入射光軸３との距離Ｗは、後述の説明において参照される。
【００１８】
ここで、従来の導波路を構成方法による８分岐の光分岐回路９０を見ると、図２（ａ）に示すように、第２にＹ分岐導波路２２の分岐前直線導波路１２が入射導波路１０と平行である。光分岐回路１と従来の光分岐回路９０とを重ねて示すと、図２（ｂ）に示すようになり、光分岐回路１の方が長さΔＸだけ短く成っていることが分かる。これは、光分岐回路１において、第２のＹ分岐導波路２２の分岐前直線導波路１２を傾斜させたことの効果である。
【００１９】
すなわち、図２（ａ）に示す従来の光分岐回路９０においてＳ字曲線導波路１５を経由して第２のＹ分岐導波路２２が接続されているのとは異なり、光分岐回路１では、分岐前直線導波路１２を傾斜させることによって、Ｓ字曲線導波路部分を経由することなく、第２のＹ分岐導波路２２を第１のＹ分岐導波路２１に接続可能となっている。これにより、導波路全長と光分岐回路長が短縮でき、挿入損失を低減した光分岐回路を実現できる。このような効果は、図２（ａ）に示す最外の導波路における２つのＳ字曲線導波路１５，１６が、光分岐回路１においては、その第２のＹ分岐導波路２２の近傍にまとめられて１つのＳ字曲線導波路となっていることによる。
【００２０】
次に、図３をさらに加えて、上述のＳ字曲線導波路の観点から光分岐回路１の導波路全長短縮について説明する。図３は第３のＹ分岐導波路２３を示す。従来の導波路パターンを用いた光分岐回路９０は、図２（ａ）に示したように、Ｙ分岐導波路の中心線、従ってその分岐前直線導波路が常に入射導波路１０と平行になっている。このため、分岐した後の曲線導波路が入射導波路１０と平行になるまでＳ字曲線導波路を用いて戻すことが必要であり、これに起因して導波路が長くなる。そこで、Ｙ分岐導波路の中心線、すなわち、分岐前直線導波路を入射導波路１０に平行とすることなく、傾斜したままでＹ分岐導波路を配置することにより、導波路全長の短縮、ひいては光分岐回路の長さ短縮が可能と考えられる。
【００２１】
まず、第１のＹ分岐導波路２１であるが、これは最初の分岐であるためわざわざ傾斜させる必要はなく、従来どおりの形状のままとする。次に、第３のＹ分岐導波路２３であるが、これは８分岐の回路では最後の分岐になるため、傾斜させたとしても、図３に示すように、分岐後の２つの経路の長さが異なってしまい、外側経路２３ａが内側経路２３ｂよりも長くなってしまう。この長さの違いを解消しようとすると、逆に、図２（ａ）に示すように対称にした場合よりも導波路長が長くなるため、やはり従来どおりの形状のままとする。以上のことから、８分岐の回路においては、第２のＹ分岐導波路２２の分岐前直線導波路１２を入射導波路１０の方向に対して傾斜させたパターンで全長の短縮を図ることができる。なお、分岐前導波路を傾斜させることは、Ｙ分岐導波路の全体を傾斜させることを意味する。これは、分岐後の２つの導波路が、導波光の品質を保持するために、分岐前直線導波路に関して対称となる必要があるからである。
【００２２】
一般的な光分岐回路は、図２（ａ）に示すように、出射導波路１４の間隔が所定の一定間隔で並んでいる。ここで、入射導波路１０が、出射導波路１４のｙ方向の位置に関し、８本ある出射導波路１４の外側から４本目と５本目の導波路の中間位置と一致する場合を想定する。入射導波路１０から８本の出射導波路１４への経路を考えると、ｘ方向の移動距離は同じであり、ｙ方向の移動距離は最も外側の出射導波路１４について最大となっている。そこで、最外の出射導波路１４への経路をできるだけ短くすることが重要になる。
【００２３】
次に、図４（ａ）（ｂ）、図５をさらに加えて傾斜したＹ分岐導波路の構造を説明する。図４（ａ）は間隔Ｄを隔てて平行な導波路経路Ｌ１，Ｌ２を同一曲率の円弧によるＳ字曲線によって最短かつ滑らかに接続する様子を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した導波路における円弧状の導波路部分に直線導波路を挿入して第２のＹ分岐導波路２２を形成する様子を示し、図５は第２のＹ分岐導波路２２のより詳細な形状を示す。導波路全長の短縮は、第３のＹ分岐導波路２３が入射導波路１０に対して平行に形成されることを考慮すれば、図２（ａ）に示す最外導波路上の点ｂから点ｆまでの経路を最短にするように行われる。第２のＹ分岐導波路２２を傾斜させた場合、図１に示すように、点ａ−ｂ、点ｃ−ｄ、点ｆ−ｇ、点ｈ−ｉ間が直線（分岐前直線導波路１１，１２，１３及び出射導波路１４に対応し、以下、これらを直線部１１〜１４とも称する）であり、点ｂ−ｃ間、点ｄ−ｆ間、点ｇ−ｈ間が円弧曲線であり、これらの組み合わせによって導波路全長が形成されている。
【００２４】
第２のＹ分岐導波路２２に関わる導波路の要素を、導波路上の幾何学的な変化点を示すａ，ｂ等の記号の組合せにより表して、導波路の構成をより詳細に説明する。第１のＹ分岐導波路２１は、そのＹ分岐導波路の分岐点ｂに滑らかに接続された所定曲率半径（Ｒとする）を有する円弧状の第１の円弧導波路ｂｃを有する。また、第２のＹ分岐導波路２２は、第１の円弧導波路ｂｃに滑らかに接続された所定直線長Ｌの分岐前直線導波路ｃｄ（１２）と、分岐前直線導波路ｂｃに滑らかに接続され第１の円弧導波路ｂｃと同じ曲率半径Ｒ及び同じ屈曲方向（内側に凸）を有する円弧状の第２の円弧導波路ｄｅと、一端を第２の円弧導波路ｄｅに滑らかに接続され、かつ、他端を第３のＹ分岐導波路２３の分岐前直線導波路ｆｇに滑らかに接続され第２の円弧導波路ｄｅと同じ曲率半径Ｒ及び異なる屈曲方向（外側に凸）を有する円弧状の第３の円弧導波路ｅｆと、を備えている。点ｅは変曲点であり、第２の円弧導波路ｄｅと第３の円弧導波路ｅｆはＳ字曲線を形成する。
【００２５】
図４（ａ）（ｂ）は、上述の各導波路の要素（第１の円弧導波路ｂｃ等）決定の概念を示すものであり、これを説明する。図４（ａ）において、Ｓ字曲線ｂ−ｅ−ｆは、互いに接した半径Ｒの２つの円の一部からなり、間隔Ｄを隔てて平行な直線部Ｌ１，Ｌ２を滑らかに接続している。このとき、Ｓ字曲線の変曲点ｅにおける接線の傾きβは、β＝ａｔａｎ（（４ＲＤ−Ｄ２）１／２／（２Ｒ−Ｄ））、と決定される。また、点ｂから点ｆに至る曲線部のｘ方向直線距離Ｓｘは、Ｓｘ＝（４ＲＤ−Ｄ２）１／２、と決定される。
【００２６】
ここで、図４（ａ）に示した円弧曲線ｂｅ上の点ｄ（その接線の角度をθとする）において、円弧ｂｅを分割し、図４（ｂ）に示すように、点ｄにおける接線方向に沿って、点ｂを含む曲線部分を距離Ｌだけ平行移動する。図４（ａ）における直線部Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ直線部１２，１３とし、点ｄから分離した点を新たに点ｃとすると、図４（ｂ）に示す直線部１２から、点ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ、を経由して直線部１３に至る経路は、図１に示した導波路の直線部１２から直線部１３に至る経路に相似のものとなる。この経路を決定するには、直線長Ｌや傾斜角θ等のパラメータを決定しなければならない。なお、点ｄは、第２のＹ分岐導波路２２の分岐点となり、点ｅから点ｕに向かう導波路が分岐する。
【００２７】
上述の経路を決定するパラメータは、図１において、点ｃ−ｄ間の直線部１２の直線長Ｌ、同直線部の傾斜角θ、点ｂ−ｆ間の直線部１３と入射導波路１０の延長線（入射光軸３）との距離Ｗ、及び各円弧曲線の曲率半径Ｒである。
【００２８】
これらのパラメータのうち距離Ｗは、出射導波路１４の間隔ｐから、Ｗ＝３×ｐ、により決まる。曲率半径Ｒは、導波路の断面形状や屈折率差から、曲げ損失の生じない最小の曲率半径として決定される。また、直線部１２の直線長Ｌは、直線部１２に接続された第２のＹ分岐導波路２２における光分岐の割合が安定して１対１となるように、分岐部に入射する光の振動を減衰しておく目的で、所定長以上の長さとされる。そこで、直線長Ｌは、必要最小限の長さとして決定される。よって、点ｂから点ｆに至る経路を最短にするように、残りの傾斜角θを決定すれば、導波路の全体の形状が決定される。
【００２９】
上述のパラメータとして、例えば、ｐ＝２５０μｍとすると、Ｗ＝７５０μｍとなる。そこで、点ｂから点ｆに至る間に導波路上の点のｙ方向変位が７５０μｍとなるような条件下で、ｘ方向長さが最小となる傾斜角θを決定する。ここで、ｙ方向の変位は、直線ｃ−ｄ（直線部１２）のｙ成分Ｌｙ、Ｌｙ＝Ｌ・ｓｉｎθと、曲線ｂ−ｃ，ｄ−ｆのｙ成分とに分解される。曲線ｂ−ｃ、ｄ−ｆは直線ｃｄで分割されているが点ｃ，ｄにおける傾きは同じであり、これらの曲線ｂ−ｃ，ｄ−ｆを一体化させて考えれば、図４（ａ）に示すように、変曲点ｅを経由するＳ字曲線ｂ−ｅ−ｆとなる。
【００３０】
図４（ａ）（ｂ）に示されるように、距離Ｗは、Ｗ＝Ｌ・ｓｉｎθ＋Ｄ、と表される。また、Ｓ字曲線ｂ−ｅ−ｆのｘ方向長さＳｘは、解析的に求められて、
Ｓｘ＝（４ＲＤ−Ｄ２）１／２
＝（４（Ｗ−Ｌ・ｓｉｎθ）Ｒ−（Ｗ−Ｌ・ｓｉｎθ）２）１／２
となる。また、直線ｃ−ｄのｘ方向長さＬｘは、
Ｌｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ
である。従って、Ｓｘ、Ｌｘのいずれも傾斜角θが大きくなれば小さくなり、これらの和（Ｓｘ＋Ｌｘ）も傾斜角の増大とともに小さく（短く）なる。Ｓｘがθの増大とともに小さくなることを説明する。θが増大するときＬ・ｓｉｎθが増大し、Ｄ＝Ｗ−Ｌ・ｓｉｎθが減少する。ここで、Ｓｘを変形すると、Ｓｘ＝（４Ｒ２−（２Ｒ−Ｄ）２）１／２、となるので、Ｄの減少により、（２Ｒ−Ｄ）２、が増大し、Ｓｘが減少することになる。このようにｘ方向にのみ注目すれば、傾斜角θを大きくして第２のＹ分岐導波路２２を大きく傾斜させるほど、点ｂから点ｆまでの距離を短くできることになる。しかしながら傾斜角θには上限があり、これを図５を参照して説明する。
【００３１】
ここで、第２のＹ分岐導波路２２について、一般にＹ分岐導波路における分岐に際しての光の特性を考慮することからくる、分岐した導波路の形状に対する条件を説明する。第２のＹ分岐導波路２２における曲線部は、図５に示すように、Ｓ字曲線の途中に長さＬの直線部１２が入り込んで、Ｓ字曲線を分割した形状になっている。図５において、各曲線部を形成する円弧の曲率半径はＲであり、その曲率中心の方向が矢印Ｑによって示されている。直線部１２の導波路は、分岐点ｄに接続された２本の円弧曲線によって分岐される。このように分岐された２つの導波路は、分岐点ｄから所定の距離までは、光信号の分岐比を１体１に保つため、Ｙ分岐導波路２２の分岐前直線導波路、つまり直線部１２に関して対称な構造とする必要がある。所定の距離は、２本の導波路を伝搬する光が互いに影響しない間隔δまで離れる距離とされる。
【００３２】
上述の２つの導波路の間隔がδとなる点ｅまでは、内側（入射光軸３側）に凸の円弧形状とし、この点ｅを変曲点として、これを境に外側に凸の円弧形状に変更して、直線部１２の傾斜を戻してゆく。このような形状の導波路とすると、この曲線部の最大傾斜を必要以上に大きくすることがない。分岐された２つの導波路の間隔を間隔δを越えて開くようにすると、曲線部の最大傾斜角が大きくなり、点ｆまでのｘ方向長さが延びることになる（後述）。そこで、曲線部の最大傾斜角を与える変曲点ｅが、上述のように、分岐された２つの導波路の間隔がδとなる点として決定される。
【００３３】
図５に示すように、導波路上の点ｄから点ｅに至る間の曲線ｄ−ｅの接線の傾き角の増分である角度α、及び変曲点ｅにおける曲線部の接線の角度である最大傾斜角度βが定義される。角度αは、Ｒ，δを用いて、
α＝ａｔａｎ（（４Ｒδ−δ２）１／２／（２Ｒ−δ））    ・・・（１）
と表される。また、角度βは、Ｒ，Ｄを用いて、
β＝ａｔａｎ（（４ＲＤ−Ｄ２）１／２／（２Ｒ−Ｄ））    ・・・（２）
と表される。また、傾斜角θは、α，β，θの関係式、
β＝θ＋α    ・・・（３）
及び、Ｄ，Ｗ，Ｌ，θの関係式、
Ｄ＝Ｗ−Ｌ・ｓｉｎθ    ・・・（４）
と前述の式を加えた４つの式（１）〜（４）からなる連立方程式を解くことにより求められる。
【００３４】
上述の式（１）〜（４）、及び具体的な数値、例えばＲ＝５０ｍｍ、ｐ＝２５０μｍ、Ｗ＝７５０μｍ、Ｌ＝３ｍｍ、δ＝１００μｍに基づいて求めた傾斜角θは、θ≒３．５度となる。また、これらの数値に基づく光分岐回路１の全長は、約２７．６ｍｍになる。従来パターンを用いた光分岐回路９０の全長は約３４．１ｍｍであるので、７ｍｍ程度の短縮が図れたことになる。
【００３５】
次に、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して、第２のＹ分岐導波路２２の分岐前直線導波路の傾斜の大小による光分岐回路の最外導波路の導波路全長への影響を定性的に説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、それぞれ第２のＹ分岐導波路２２の分岐前直線導波路１２の傾斜角θ１，θ２，θ３が、小さ過ぎる場合、最適の場合、大き過ぎる場合を示す。導波路の曲線部分を形成する円弧の曲率半径Ｒを一定とすると、分岐後の導波路間隔を所定間隔δ（不図示）だけ離すのに必要な距離は、傾斜角θ１，θ２，θ３によらずに一定である。従って、Ｓ字曲線の変曲点ｅにおける接線の傾きは、いずれも直線部１２の傾斜角より、角度αだけ大きくなっている。ここで直線部１２の傾斜角の関係は、θ１＜θ２＜θ３であり、変曲点ｅにおける接線の傾きも（θ１＋α）＜（θ２＋α）＜（θ３＋α）の順に大きくなる。変曲点ｅの後は、導波路の傾斜を入射光軸３と平行になるように戻すのであるが、戻すために必要なｘ方向長さが傾斜角度に応じて長くなる。平行に戻した点を点ｆ１とすると、点ｅ−ｆ１の長さは、傾斜角の大きいほど長くなる。
【００３６】
つまり、図６（ａ）に示すように、傾斜角θ１の場合に、点ｅ−ｆ１の長さが最短となるが、「点ｆ１の位置が入射光軸３からの距離Ｗ」という条件を満たしていないため、この条件を満たそうとすると、余分なＳ字曲線が必要となり、傾斜角θ２の場合よりも導波路全長が長くなってしまう。また、大きな傾斜角度の場合、図６（ｃ）に示すように、傾斜角θ３が大きすぎて、「点ｆ１の位置が入射光軸３からの距離Ｗ」という条件を満たすことができなく、やはり、余分なＳ字曲線が必要となる。結局、図６（ｂ）に示すように、余分なＳ字曲線が追加されない傾斜角θ２の場合が最適な傾斜角度となる。この場合、点ｆ１と点ｆが一致している。
【００３７】
なお、図６（ａ）において、各点ｅ−ｆ２−ｆ−ｇを経由する点線で示す導波路は、変曲点ｅに直線ｅ−ｆ２を接続してｙ方向に移動距離を確保し、その後の円弧曲線ｆ２−ｆとともに、距離Ｗを確保している。このように、変曲点ｅに直線導波路部分を接続することにより、図６（ａ）に実線で示す経路よりも短い導波路経路を形成することができる。
【００３８】
次に、前述の図１に加え、図７、図８を参照して、本発明の光分岐回路１におけるＹ分岐導波路の構造を説明する。光分岐回路１は、図１に示したように複数のＹ分岐導波路２１，２２，２３を有している。これらのＹ分岐導波路２１，２２，２３は、図７に示すように、その分岐前直線導波路２ａから分岐する導波路２ｂ，２ｂがその分岐部の近傍において直線導波路によって形成されると共に、その分岐後の直線導波路が所定の曲率半径の円弧からなる曲線導波路に滑らかに移行するように形成されている。
【００３９】
ここで、導波路の製造について説明する。光分岐回路１の導波路は、例えば、リソグラフィ技術を用いて製造される。この製造技術の場合、導波路を形成する基板上に感光性樹脂を塗布した後、露光による一部硬化、現像による不要部分の除去して、感光性樹脂による導波路が形成される。これらの製造工程において、除去される樹脂量が現像時間によって変動するため、常に同じ形状の導波路が得られるとは限らず、導波路の幅（コア幅）に変動が生じ、従って、Ｙ分岐部導波路の先端形状も変化する。図７において、実線で示した導波路コア部の狙い形状（設計形状）４に対して、破線で示した実績形状４１では、コア幅が太くなっている。このようなコア幅の変動が発生したとしても、図７に示すような、分岐後の導波路として直線導波路を用いている場合には、分岐部先端の狙い角度γ１に対して、実績角度γ２は、γ２＝γ１、という関係を保つことができる。従って分岐角度は一定であり、分岐損失や分岐割合（均一性）の増加や変動を抑制することができる。
【００４０】
他方、図８に示すように、円弧曲線を用いてＹ分岐導波路を形成する従来の導波路の場合、コア幅の変動が発生すると、分岐部先端の狙い角度γ１に対して、実績角度γ２が変動してしまい、γ２≠γ１、となる。すなわち、現像工程における製造ばらつきにより、Ｙ分岐導波路における分岐角度が変わってしまうことになり、分岐損失の変動や、各導波路への分岐割合の変動が発生する可能性がある。
【００４１】
上述のように、分岐前直線導波路から分岐する導波路がその分岐部の近傍において直線導波路によって形成されることにより、直線によって挟まれる角度、すなわちＹ分岐導波路部における分岐角度が一定となり、不適切な分岐角度によって派生する分岐損失や分岐割合の変動を抑制することができる。これは、分岐角度が曲線によって挟まれる角度から成る場合、その分岐角度が導波路製造プロセスにおけるプロセス条件変動などに起因して発生する曲線の曲率半径の変動によって変動するのに対し、直線によって挟まれて成る分岐角度は、直線の曲率半径が無限大であり、導波路製造プロセスにおけるプロセス条件変動に対して安定していることによる。
【００４２】
次に、図９、図１０を参照して、本発明の他の実施形態に係る光分岐回路１を説明する。図９に示す光分岐回路１は、第２のＹ分岐導波路２２の分岐後の内側の導波路に接続される第３のＹ分岐導波路２３が、その分岐前直線導波路１３を入射導波路１０に対し傾斜させると共に入射導波路１０により近い位置に配置されている。このような構造の光分岐回路１では、外側よりも内側の導波路全長が長くなってしまうことを防止できるので、光分岐回路１の全長を短縮し、光分岐回路１の挿入損失を低減させることができる。
【００４３】
さらに説明する。上述の図８までの光分岐回路１の説明においては、最外の出射導波路１４に至る導波路全長を短くするように全長の短縮を図っている。これは、最外の出射導波路１４ほどｙ方向に変位させる量が多いので、より内側の出射導波路１４に比べてｘ方向長さの短縮が必要になる、という前提に基づいている。
【００４４】
しかしながら、図１０に示すように、第２のＹ分岐導波路２２を傾斜させて、最外の出射導波路１４への経路を優先的に短くすると、必ずしも内側の出射導波路１４への経路が最外経路より短くなるとは限らない。第２のＹ分岐導波路２２の傾斜角が大きいと内側の導波路への経路は、円で囲んだ領域Ａに示すように、余分なＳ字曲線が挿入されるので、これによって導波路長が長くなる。そうすると、第３のＹ分岐導波路２３開始位置が、最外経路の第３のＹ分岐導波路２３開始位置よりも後ろへずれてしまう。従って、最外経路を短くしても、内側の経路長さに影響されて全長短縮の効果が得られないことになる。
【００４５】
そこで、図９に示すように、内側経路の第３のＹ分岐導波路２３も傾斜させ、内側経路が最外経路より長くならないようにした。図１０に示す光分岐回路ではＳ字曲線とその後の直線部が独立に存在していたが、図９に示す光分岐回路１では、直線部を傾斜して設け、第３のＹ分岐導波路２３後にも曲線で間隔を広げる部分があるので、ｙ方向の高さを揃えるのは第３の分岐以降とすることにより、余分なＳ字曲線部分の発生を防止できる。光分岐回路１は、このような導波路形状とすることで、外側よりも内側の導波路長さの方が長くなることを防止でき、光分岐回路１の全長を短縮し、挿入損失を低減させることができる。
【００４６】
次に、図１１（ａ）（ｂ）を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係る光分岐回路１を説明する。図１１（ａ）に示す光分岐回路１は、第２のＹ分岐導波路２２の分岐後の内側の導波路が入射導波路１０と平行になるまで延伸され、延伸された導波路１３に第３のＹ分岐導波路２３の分岐前直線導波路１３を接続したものである。このような光分岐回路１においては、外側よりも内側の導波路全長が長くなってしまうことを防止できるので、光分岐回路１の全長を短縮し、光分岐回路１の挿入損失を低減させることができる。
【００４７】
この光分岐回路１では、内側経路が最外経路より長くならないように、上述の図９に示した光分岐回路１と同様の構造としている。第２のＹ分岐導波路２２の後の曲線が、入射光軸３と平行になった後に直線導波路部分を設け、第３のＹ分岐導波路２３の後の曲線で間隔をｙ方向に広げるようにすれば、Ｓ字曲線部分を省略できる。ただし、この場合は、分岐前直線導波路１３のｙ方向位置が、その後に続く２つの出射導波路の中間位置と一致しないので、この第３の分岐導波路２３以降の出射導波路への経路は対称にはならない。しかしながら、図１１（ａ）に示すような光分岐回路１の構造とすることにより、外側よりも内側の導波路長さの方が長くなることを防止でき、光分岐回路の全長を短縮し、挿入損失を低減させることができる。
【００４８】
また、光分岐回路１の各Ｙ分岐導波路の分岐前直線導波路長は所定の長さに設定されており、図１１（ｂ）に示す光分岐回路１は、図１１（ａ）に示した光分岐回路１の延伸された導波路に接続された第３のＹ分岐導波路２３の分岐前直線導波路１３が、所定の長さより長く形成されているものである。このような光分岐回路１においては、上述の図１１（ａ）に示した光分岐回路１のように、第３のＹ分岐導波路２３の位置を前後に移動する余裕が発生した状況のもとで、分岐前直線導波路１３の長さを所定長よりも長くすることにより、分岐部に入射する光の振動をより抑制して分岐割合の変動を低減させることができる。
【００４９】
一般に、曲線導波路や導波路の分岐部を通過した光は、導波路内で振動しながら伝搬する。このように振動している光が直線導波路を伝搬すると、この振動をある程度減衰させることができる。また、Ｙ分岐導波路に振動する光が入射すると、分岐割合が変動してしまう。そこで、Ｙ分岐導波路前に直線導波路が配置される。これにより、分岐割合（均一性）が変動しにくくなり、導波特性が向上する。均一性だけに注目すると、直線導波路部はできるだけ長い方がよい。しかしながら、直線導波路部を長くすると、導波路全長が長くなってしまうので、挿入損失が悪くなる。図１１（ｂ）に示す光分岐回路１の場合、内側の導波路だけであるが、第３のＹ分岐導波路２３の分岐前直線導波路の長さを長くすることができるので、この経路における光の振動を減衰させて分岐割合（均一性）を安定化させることができる。
【００５０】
次に、図１２を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係る１６分岐した光分岐回路１を説明する。この光分岐回路１は、上述した８分岐の光分岐回路１を回路の一部に用いて１６分岐の回路を形成したものである。このような光分岐回路１によれば、上述の８分岐の光分岐回路と同様に導波路全長及び光分岐回路長を短縮する効果が得られるので、光分岐回路の挿入損失を低減させることができる。この１６分岐の光分岐回路１は、８分岐の光分岐回路における第１のＹ分岐導波路の前にＹ分岐導波路２０を設け、Ｙ分岐導波路２０に２つの８分岐の光分割回路を接続している。この場合、Ｙ分岐導波路２０によって分岐した導波路は必要最小限の距離だけ離しておく。また、第２のＹ分岐導波路２２の分岐前直線導波路の傾斜は、図中に丸Ｂと四角Ｃで示すように、外側ほど傾斜を大きくして入射導波路１０に向けて傾斜させる。
【００５１】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。上記では、８分岐と１６分岐の例を示したが、本発明によれば、他の分岐数の光分岐回路も構成することができる。入射導波路１０に関して対称な光分岐回路に限らず、非対称な光分岐回路も構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係る光分岐回路の平面図。
【図２】（ａ）は従来の光分岐回路の平面図、（ｂ）は図１に示した光分岐回路を図２（ａ）に示した従来の光分岐回路と比較するため両者を重ねて表示した平面図。
【図３】Ｙ分岐導波路の平面図。
【図４】（ａ）は平行な導波路経路を同一曲率の円弧によるＳ字曲線によって最短かつ滑らかに接続する場合の寸法関係を説明する平面図、（ｂ）は図４（ａ）に示した導波路における円弧状の導波路部分に直線導波路を挿入してＹ分岐導波路を形成した平面図。
【図５】本発明の光分岐回路における第２のＹ分岐導波路の形状を説明する平面図。
【図６】（ａ）は第２のＹ分岐導波路の分岐前直線導波路の傾斜が小さ過ぎる場合の光分岐回路の最外導波路の平面図、（ｂ）は同分岐前直線導波路の傾斜が最適の場合の光分岐回路の最外導波路の平面図、（ｃ）は同分岐前直線導波路の傾斜が大き過ぎる場合の光分岐回路の最外導波路の平面図。
【図７】本発明の光分岐回路におけるＹ分岐導波路の構造を説明する平面図。
【図８】従来のＹ分岐導波路回路の構造を説明する平面図。
【図９】本発明の他の実施形態に係る光分岐回路の平面図。
【図１０】図９に示した光分岐回路に対する比較例の平面図。
【図１１】（ａ）は本発明のさらに他の実施形態に係る光分岐回路の平面図、（ｂ）は同光分岐回路における第３のＹ分岐導波路を移動した光分岐回路の平面図。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係る１６分岐した光分岐回路の平面図。
【図１３】従来の１６分岐光分岐回路の平面図。
【図１４】従来の一度に３分岐する分岐構造を含む１６分岐光分岐回路の平面図。
【符号の説明】
【００５３】
１    光分岐回路
１０    入射導波路
１１，１２，１３    分岐前直線導波路
１４    出射導波路
２０，２１，２２，２３    Ｙ分岐導波路
ｂｃ，ｄｅ，ｅｆ    円弧導波路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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