(57)【要約】【課題】  従来の光モードスプリッタにおいては、光導波路の加工形成技術上の制限から、損失を抑えた波長依存性の少ないものを作製するのは困難だった。また、光回路内で発生する高次モードの光が、アレイ導波路回折格子等の透過特性等を劣化させる等の問題があった。【解決手段】  クラッド中に断面が方形のコアが埋め込まれた光導波路によって構成され、伝播次数の異なる２種類以上の伝播モードが導波可能な主導波路（コア）と導波路幅（コア）がほぼゼロから所定の幅まで徐々に増加するテーパ状部分と曲線導波路を有する副導波路（コア）を備え、テーパ状部分が主導波路と一定ギャップをもって配置されている。出力導波路と副導波路出力部分の導波路の幅が異なる。【選択図】  図３
2006235380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にコアおよびクラッドからなる導波路で構成され、１つの入力光を２つの出力光に分離するモードスプリッタにおいて、
少なくとも２種類以上の伝搬次数の異なる伝搬モードが導波可能な主導波路と、
前記主導波路と一定のギャップを有して配置され導波路の幅が変化するテーパ部と、前記テーパ部に連続的に接続され前記主導波路の導波路幅と異なる導波路幅を有する出力部導波路とを含み、前記少なくとも２種類以上の伝搬次数の異なる伝搬モードのうち少なくとも１種類以上の伝搬モードが断熱遷移される副導波路と、
を備えることを特徴とするモードスプリッタ。
【請求項２】
前記出力部導波路は、
前記テーパ部に連続的に接続される曲線導波路を含むことを特徴とする請求項１に記載のモードスプリッタ。
【請求項３】
前記出力部導波路は、
前記テーパ部に連続的に接続される直線導波路と、
前記直線導波路に連続的に接続される曲線導波路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のモードスプリッタ。
【請求項４】
前記テーパ部の先端を前記主導波路に対して垂直な面で切断した台形状のテーパ部としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のモードスプリッタ。
【請求項５】
前記副導波路の前記出力部導波路の終端部に、出力光を吸収もしくは発散させる光終端部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のモードスプリッタ。
【請求項６】
前記テーパ部分と前記主導波路の前記ギャップは０．２μｍ以上で５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５いずれかに記載のモードスプリッタ。
【請求項７】
前記テーパ部分は、幅が直線的に増加する直線テーパであって、テーパ角が０．００４度以上１度以下であることを特徴とする請求項１から請求項６いずれかに記載のモードスプリッタ。
【請求項８】
前記主導波路を伝搬可能な伝搬モードは伝搬次数の異なる第１伝搬モードおよび第２伝搬モードのみであって、前記副導波路の前記出力部導波路を伝播する基本モードの有効屈折率は前記第１伝搬モードの有効屈折率より小さく、前記第２伝搬モードの有効屈折率より大きいことを特徴とする請求項１から請求項７いずれかに記載のモードスプリッタ。
【請求項９】
アレイ導波路、および前記アレイ導波路に接続される入力スラブ導波路および出力スラブ導波路から構成される光回路において、
前記入力スラブ導波路に接続される複数の入力導波路または前記出力スラブ導波路に接続される出力導波路の少なくとも一部に、請求項１から請求項８のいずれかに記載のモードスプリッタが挿入されたことを特徴とする光回路。
【請求項１０】
基本モードから高次モードに光信号の一部またはすべてを変換するモード変換素子と、
請求項１から請求項８いずれかに記載のモードスプリッタであって、前記モードスプリッタの主導波路の入力端は前記モード変換素子に光学的に接続されることとを備え、
前記変換された光信号を前記モードスプリッタの副導波路より出力することを特徴とする光回路。
【請求項１１】
前記モード変換素子は、導波路のオフセット接続であることを特徴とする請求項１０に記載の光回路。
【請求項１２】
請求項１から請求項８いずれかに記載のモードスプリッタと、
前記モードスプリッタの主導波路の出力に光学的に接続され、基本モードから高次モードに光信号の一部または全部を変換し、反射する反射型モード変換素子とを備え、
前記反射された光信号を前記モードスプリッタの副導波路より出力することを特徴とする光回路。
【請求項１３】
前記反射型モード変換素子は、スラントグレーティングであることを特徴とする請求項１２に記載の光回路。
【請求項１４】
入力導波路に、前記入力導波路の中心軸に対して対称な２つの出力導波路に分岐をする対称Ｙ分岐回路において、
前記入力導波路に請求項１から請求項８のいずれかに記載のモードスプリッタが備えられたことを特徴とする光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上に形成された埋め込み型光導波路による光回路に関し、より詳細には、光導波路を伝搬する高次の伝搬光を他導波路に断熱的に遷移させ、低損失かつ波長依存性なく光信号を分岐することが可能な光回路ならびにその応用回路を提供する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの整備が世界的に推進され、その重要性や利便性から一般消費者にまで普及が拡大されてきた。それに伴い更なる通信容量の拡大が求められている。このような状況の下で、波長多重通信技術の成熟とともに、光デバイスの低コスト化と高性能化が両立できるような技術開発が現在求められている。光デバイスの中でも、埋め込み型光導波路による光回路は、波長合分波器やスプリッタ、光スイッチ等様々なものが実用化され、現在光通信システムの中でも重要な役割を果たしている。本発明は埋め込み型光導波路による光回路の中でも、導波路を伝搬する信号をその伝搬モードの次数により出力先を変えることのできるモードスプリッタに関する。
【０００３】
図１は、従来技術のモードスプリッタの基本構造として採用されている非対称Ｙ分岐構造を示す図である。（下記の非特許文献１を参照)。尚、導波路は基板上に構成されるコアとクラッドから構成されるが、以下説明する図面においては、導波路をコアの形状のみによって示している。入力導波路１は、２つのモードが伝搬できる２モード導波路からなり、入力導波路１に導波路幅の異なる２本の出力導波路２がＹ字状に結合されている。このような形状の光回路は、一般に非対称Ｙ分岐回路と呼ばれている。
【０００４】
入力導波路１を伝搬する２つのモードは伝搬定数が異なり、基底モード（０次モード）が１次モードに比べ大きな伝搬定数を持つ。一方、２本の出力導波路２ａ、２ｂは導波路幅が異なるため、それぞれが持つ基底モードの伝搬定数は異なる。入力導波路１に、このような出力導波路２ａ、２ｂがＹ分岐状に接続された場合には、入力導波路１に入力された２つの伝搬モードの光のうち、大きな伝搬定数を持つ光（基底モード）は基底モードの伝搬定数が大きな出力導波路２ａ側に出力される。逆に、小さな伝搬定数を持つ光は、もう一方の出力導波路２ｂ側に結合される。このような原理により、入力導波路１に入力された２つのモードの光は、別々の出力導波路２ａ、２ｂにそれぞれ出力され、非対称Ｙ分岐回路がモードスプリッタとして機能する。
【０００５】
【非特許文献１】W.K.Burns et.al., “An Analytic Solution, for Mode Coupling in Optical Waveguide Branches”, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-16,No.4,1980
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の非対称Ｙ分岐回路では、入力導波路１と２本の出力導波路２ａ、２ｂが分岐する部分で多くの損失が生じるという問題を持っていた。図１からもわかるように、出力導波路２ａ、２ｂが分岐をする部分においては、２つの出力導波路が非常に近接している。このため、コア加工後クラッド材を堆積などさせる場合に、非常に狭いギャップ部分（図１においてａで示す）にクラッド材料が充たされなければならない。しかしながら、コア加工後の上部クラッド埋め込みの際に、このような狭ギャップ部分には、上部クラッド材料が入りづらくなる。その結果、この狭ギャップ部分には、空洞やボイドが発生し、この空洞やボイドのため大きな損失が生じてしまう。さらに、コア部分の形成時においても次に述べるような問題があった。
【０００７】
図２は、従来のモードスプリッタの分岐部分を説明する図である。コア部分を形成する場合においても、回路作製プロセス技術上の制限により、図２に示すように、実際はＹ分岐部分のコアが繋がってしまう問題があった。一般に、光導波路のコア部分は堆積したコア膜をフォトリソグラフィーおよびエッチング技術により加工形成するが、Ｙ分岐部分では２本の出力導波路２ａ、２ｂが非常に接近しているため、加工技術上の制限により狭ギャップな溝が形成できない。入力導波路１から入射された光のうち、この「繋がった部分」を伝搬する光は出力導波路２ａ、２ｂに結合されることなく漏れ光となり、大きな損失を生じさせる。Ｙ分岐部分の繋がりを回避するために出力導波路２ａ、２ｂのなす角度を大きくすると、モードスプリッタとして動作しない。このような、導波路の加工技術上の限界による損失増加が従来のスプリッタでは大きな問題となっていた。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは低損失なモードスプリッタおよびこのモードスプリッタを利用した低損失な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】
【０００９】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上にコアおよびクラッドからなる導波路で構成され、１つの入力光を２つの出力光に分離するモードスプリッタにおいて、少なくとも２種類以上の伝搬次数の異なる伝搬モードが導波可能な主導波路と、前記主導波路と一定のギャップを有して配置され導波路の幅が変化するテーパ部と前記テーパ部に連続的に接続され、前記主導波路の導波路幅と異なる導波路幅を有する出力部導波路とを含み、前記少なくとも２種類以上の伝搬次数の異なる伝搬モードのうち少なくとも１種類以上の伝搬モードが断熱遷移される副導波路とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記出力部導波路は、前記テーパ部に連続的に接続される曲線導波路を含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記出力部導波路は、前記テーパ部に連続的に接続される直線導波路と、前記直線導波路に連続的に接続される曲線導波路とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記テーパ部の先端を前記主導波路に対して垂直な面で切断した台形状のテーパ部としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記副導波路の前記出力部導波路の終端部に、出力光を吸収もしくは発散させる光終端部を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記のテーパ部分と前記主導波路の前記ギャップは０．２μｍ以上で５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記テーパ部分は、幅が直線的に増加する直線テーパであって、テーパ角が０．００４度以上１度以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、前記主導波路を伝搬可能な伝搬モードは伝搬次数の異なる第１伝搬モードおよび第２伝搬モードのみであって、前記副導波路の前記出力部を伝播する基本モードの有効屈折率は前記第１伝搬モードの有効屈折率より小さく、前記第２伝搬モードの有効屈折率より大きいことを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、アレイ導波路、および前記アレイ導波路に接続される入力スラブ導波路および出力スラブ導波路から構成される光回路において、前記入力スラブ導波路に接続される複数の入力導波路または前記出力スラブ導波路に接続される出力導波路の少なくとも一部に、請求項１から請求項８のいずれかに記載のモードスプリッタが挿入されたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、基本モードから高次モードに光信号の一部またはすべてを変換するモード変換素子と、請求項１から請求項８いずれかに記載のモードスプリッタであって、前記モードスプリッタの主導波路の入力端は前記モード変換素子に光学的に接続されることとを備え、前記変換された光信号を前記モードスプリッタの副導波路より出力することを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、前記モード変換素子は、導波路のオフセット接続であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項１から請求項８いずれかに記載のモードスプリッタと、前記モードスプリッタの主導波路の出力に光学的に接続され、基本モードから高次モードに光信号の一部または全部を変換し、反射する反射型モード変換素子とを備え、前記反射された光信号を前記モードスプリッタの副導波路より出力することを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、前記反射型モード変換素子は、スラントグレーティングであることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、入力導波路に、前記入力導波路の中心軸に対して対称な２つの出力導波路に分岐をする対称Ｙ分岐回路において、前記入力導波路に請求項１から請求項８のいずれかに記載のモードスプリッタが備えられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、低損失で波長依存性の少ないモードスプリッタを実現することができる。また、アレイ導波路回折格子の入力導波路にこの構造のモードスプリッタを採用することで、中心波長誤差の低減や、透過特性の向上が実現できる。さらに、本モードスプリッタを波長依存モード変換素子に組み込むことで、簡単に波長 Add-Drop 機能が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。最初に、本発明のモードスプリッタの動作原理を説明する。
【００２５】
図３は、本発明にかかるモードスプリッタの構成を示す図である。本モードスプリッタは、直線導波路からなる主導波路３と、テーパ部５および出力部導波路６からなる副導波路４より構成される。テーパ部５は、主導波路３の入力端側（図３において左側）から徐々に出力端側に向かって、導波路幅が増加するテーパ状の形状をしている。そして、テーパ部５は出力部導波路６と滑らかに連続的に接続されている。さらに、テーパ部５は、主導波路３と一定間隔のギャップをもって配置されている。このギャップについては、図７において、後述する。
【００２６】
主導波路３は次数の異なる少なくとも２つ以上の伝搬モードが伝搬できる導波路である。本モードスプリッタは、これらの少なくとも２以上の伝搬モードのうち少なくとも１つ以上の伝搬モードを副導波路４より出力し、残りの伝搬モードは主導波路３をそのまま伝搬するという機能を有する。また、主導波路３と副導波路４の導波路幅は、異なっている。導波路幅が異なることにより、後に詳しく説明するように、主導波路３と副導波路４の有効屈折率を異なるものとすることができる。これにより、伝播モードの変換が実現できるからである。通常は、主導波路３に、０次モードの信号光をそのまま伝播させるので、副導波路４の導波路幅は、主導波路３の導波路幅より狭くなる。ただし、副導波路４の導波路幅が広い場合でもかまわない。
【００２７】
出力部導波路６は、その形態を特に制限されないが、曲線導波路を含む導波路で構成するのが好ましい。すなわち、テーパ部５と接続される出力部導波路６を曲線導波路とすることにより、主導波路３から副導波路４を緩やかに離すことができ、全体の回路の大きさも小さくすることが可能となるので、最良の形態となる。しかし、直線導波路あるいは、これらの組み合わせであってもかまわない。
【００２８】
図４は、正方形の断面形状を持つ矩形導波路で上下クラッドの屈折率が等しい導波路における規格化周波数(v)と有効屈折率（neff）の関係を示す。一般に、導波路を伝搬できる伝搬モードの数およびそれぞれの伝搬モードが持つ有効屈折率は、導波路のコア形状、サイズ、コアおよびクラッドの屈折率等で決定される。規格化周波数(v) は近似的に
【００２９】
【数１】
2006235380.tif 000003
【００３０】
と表せる。（３次元光導波路の正確な規格化周波数ではないが、説明の簡略化のため光ファイバ等で用いられる解析的な式を用いた）ただし、λは波長、ｎ１はコアの屈折率、ｎ０はクラッドの屈折率、ａは導波路の幅および導波路の高さである。
【００３１】
導波路のサイズ、屈折率および使用波長を決定すると規格化周波数が求まる。図４に示すように、主導波路３の規格化周波数を決定すると、主導波路３を伝搬可能なモード数とそれぞれのモードの有効屈折率が決定される。ただし、本発明のモードスプリッタの場合には、前述したように主導波路３は少なくとも２個以上の伝搬モードを有することが必要である。このような主導波路３に対して、副導波路４は異なる規格化周波数を持つ。図４に示した例について説明すると、副導波路４は２つの伝搬モード（Ｂ０、Ｂ１）を持つこととなる。このような主導波路３および副導波路４が隣接し、且つ、モード間のエネルギーの受け渡しが断熱的である場合には、主導波路３の一部の伝搬モードが副導波路４に損失無く遷移する。主導波路３を伝搬してきた伝搬モード（Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３）は、副導波路４との近接部分付近において、主導波路３と副導波路４を含めた伝搬モードへと変換される。ここで、主導波路３と副導波路４を含めたモード（local normal mode)は、次数の低いほうから、即ち有効屈折率の高いほうから、（Ａ０，Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ａ３）となる。よって、主導波路３の伝搬モードは、local normal mode の低い次数から順番に変換される。すなわち、Ａ０はlocal normal mode のうち最も低い次数のモードであるＡ０モードへ、Ａ１モードはＢ０モードへ、Ａ２モードはＡ１モードへ、Ａ３はＢ１へとそれぞれモード変換される。
【００３２】
図５は、上述のモード変換の例を説明する図である。すなわち、図４のような規格化周波数ｖ値を設定した場合、図５に示すように主導波路３を伝搬するモードのうち０次モード（Ａ０）および２次モード（Ａ２）はそのまま主導波路３に出力され、１次モード（Ａ１）および３次モードは（Ａ３）は副導波路４に出力される。このように、主導波路３および副導波路４の規格化周波数ｖを適切に設定することによって、主導波路３を伝搬するモードのうち所望の伝搬モードを副導波路４に分岐することができる。
【００３３】
図６は、本モードスプリッタの電界強度分布の様子を模式的に示した図である。一例として、主導波路３に基底モードおよび１次モードが入射され、１次モードのみが副導波路４に分岐されるモードスプリッタの電界強度分布変化の様子が模式的に示されている。図６の（ａ）に示された回路レイアウトのモードスプリッタの破線部分における断面それぞれにおいて、（ｂ）断面の屈折率分、（ｃ）基本モード電界強度分布および（ｄ）１次モード電界強度分布が示されている。
【００３４】
前述したように、図１に示したような従来のモードスプリッタにおいては、加工技術上の限界による損失増加が問題となる。そこで本発明では、図３に示したような構造のモードスプリッタを提案する。本発明にかかるモードスプリッタにおいては、テーパ部５と出力部６が備わった副導波路４が直線状の主導波路３に隣接して配置されている。このような形状にすることで、コア加工形成の困難な鋭角部分、狭小部分を持たない構造とすることができる。
【００３５】
図７は、本発明にかかるモードスプリッタのテーパ部とギャップとをさらに説明する図である。主導波路３と副導波路４のテーパ部５は一定の距離のギャップ７を有し、この距離はコア加工形成が可能な距離とする。また、このギャップ距離はコア加工形成後に上部クラッド層を堆積させることができる距離でもある必要がある。更に、このギャップ距離を一定とすることによって、主導波路３を伝搬する高次モードの伝搬光を副導波路４に、損失無く断熱遷移することが可能となる。ただし、このギャップ７を広く取りすぎると、高次モードが副導波路４に遷移するために必要な副導波路４の長さが増大する。同時に、過剰損失も増加する。
【００３６】
ここで、過剰損失とは光回路等を作製した際に、予期しない（望ましくない）損失のことをいう。ファイバとの結合部で起きる損失である「結合損失」や、導波路を伝搬する際に、導波路の揺らぎや加工誤差等で発生する損失である「伝搬損失」（導波路損失）と区別するために使用する。
【００３７】
上述のギャップ距離の最適値はコアの屈折率やサイズにより異なるが、石英系ガラス導波路の比屈折率差０．１％〜５％程度の導波路においては、ギャップ距離として０．１μｍ以上５μｍ以下が好適で、０．１μｍ以上３μｍ以下が最適である。なお、ギャップ距離が０．１μｍ以上１０μｍ以下であっても、モードスプリッタとしての機能は実現可能である。
【００３８】
また、低損失なモードスプリッタを実現するために、図７に示すように副導波路４にはテーパ部５が備えられている。テーパ部５が無く、直線導波路や曲線導波路のみで副導波路４が構成される場合では、主導波路３を伝搬する光が副導波路４を突然感じる。このため、副導波路４の開始部分において、光が反射や擾乱を受けることにより過剰損失が発生する。また、副導波路４のテーパ部５が直線導波路となった場合には、一般に同方向性結合器に見られるように、伝搬モードの次数に関係なく主導波路３を伝搬する光の一部が副導波路４に同方向結合を起こしてしまう恐れがある。したがって、モードスプリッタとしての機能が劣化するのみならず、モードの分岐比にも大きな波長依存性が発生してしまう。
【００３９】
そこで、本発明にかかるモードスプリッタのように、副導波路４にテーパ部５を設けることで、空間的な屈折率変化を緩やかにできる。さらに、同方向結合を回避することができるため、低損失のモードスプリッタを実現でき、波長依存性の少ない分岐比を実現できる。先にも述べたように、テーパ部５を長くしすぎると回路サイズが大きくなるため、好ましくない。
【００４０】
図７に示すテーパ部５のテーパ角８として最適な値は主導波路３の幅、副導波路４の幅およびギャップ距離等で大きく異なるが、主導波路３の高次モードが０．１ｄＢ以下の損失で副導波路４に断熱遷移する程度に、テーパ角８を決定する必要がある。更に、クロストーク量も、−３０ｄＢ以上確保できるようなテーパ角８とするのが望ましい。ここで、クロストーク量とは、副導波路に遷移した高次モードの光と、高次モードが副導波路４に断熱遷移できず、主導波路３をそのまま伝搬してしまう光との比を表す。
【００４１】
図８および図９は、テーパ角と過剰損失の関係の計算結果例を示す図である。先にも述べたように、テーパ角８の最適な値は主導波路３の幅、副導波路４の幅、屈折率およびギャップ７等で変化する。図８および図９において、モードスプリッタのギャップは２μｍとし、各導波路のコア高さはすべて６μｍ、導波路幅は副導波路４が３μｍであり、主導波路３は６μｍ、７μｍ、８μｍと変化させた場合を計算している。
【００４２】
テーパ角８は、導波路幅やギャップ等に応じて、過剰損失が少なくなるように決定される。例えば、主導波路３の幅が６μｍの場合、過剰損失が理論上０．１ｄＢ以下でクロストークが３０ｄＢ以上確保できるようなテーパ角８は、０．４度以下が最適である。しかしながら、主導波路３の幅が６μｍの場合、テーパ角８を０．０２度以下に設定すると、全体の回路長の増大が次第に問題となってくる。したがって、上述の関係を考慮しながら、適切なテーパ角８を設定することが好ましい。例えば、テーパ角の最小値は、０．００４度とすることができる。
【００４３】
図８および図９の計算結果より、比屈折率差０．５％〜５％程度の光回路において、低損失なモードスプリッタを実現するための具体的なテーパ角８の大きさとしては、０．０２度から２．０度が好ましく、０．０５度から１．０度が最適である。ただし、テーパ角８の大きさとして、０．０１度から２．０度の範囲であっても、モードスプリッタとしての機能は実現可能である。
【００４４】
図１０は、テーパ部の導波路幅が非線形に変化する本発明にかかるモードスプリッタを示す図である。主導波路１０と副導波路９から構成されている。テーパ部は必ずしも直線テーパの形態である必要はない。図９に示すように、非線形に導波路幅が変化するテーパの形態の副導波路９であっても構わない。
【００４５】
図１１は、本発明にかかるモードスプリッタの他の構成を示す図である。図１１に示すようにモードスプリッタの副導波路１２において、出力部導波路１５とテーパ部１３の間に直線導波路により構成される直線部１４を備えることで、より低損失なモードスプリッタが可能となる。テーパ部１３と曲線導波路からなる出力部導波路１５が接続された場合、主導波路１１から副導波路１２側に分岐された光は、分岐した直後では蛇行等の影響が残る。このためテーパ部１３と出力部導波路１５との結合部分で、損失が生じる場合がある。このような場合、テーパ部１３と出力部導波路１５の導波路の中心軸をずらす等の方法により、光をスムーズに出力部分へ伝搬させることは可能である。しかし、分岐した直後の光の蛇行等は作製チップによりその動作がまちまちであり、基板上に多数のチップを作成した場合、チップ間で過剰損失がバラつく等の原因となる。
【００４６】
そこで、図１１に示すように、直線導波路により構成される直線部１４をテーパ部１３の後に挿入することで、この蛇行等の影響を防ぐことができる。結果的に過剰損失の低減が可能となる。直線部１４の長さは、回路サイズの制限等の影響から、１ｃｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下が最適である。直線部１４に接続される出力部導波路１５は、曲線導波路で開始することにより、主導波路１１から副導波路１２を緩やかに離すことができ、全体の回路の大きさも小さくすることが可能となるので、最良の形態となる。しかし、曲線導波路に限定されるものではない。詳細は、実施例１において後述する。
【００４７】
以上、本発明にかかるモードスプリッタの基本的な構成とその動作について説明してきた。以下の部分では、本発明にかかるモードスプリッタの様々な光回路への応用例について、説明する。
【００４８】
様々な光回路において、導波路を伝搬する光の高次モードが回路性能を劣化させる場合がある。このような場合、本発明にかかるモードスプリッタを使うことによって、この高次モードの光を取り出して、回路性能を向上することが可能となる。この時、モードスプリッタによって取り出した高次モードの光は、適切に終端をしなければならない。そこで、副導波路の終端部に、伝搬光を発散するか吸収可能な物質あるいは導波路構造を備えることによって、光回路の性能劣化を防ぐことができる。
【００４９】
具体的には、光を発散させる場合には、副導波路の先端を球状にする方法や三角形状にする方法が好ましい。あるいは、単に導波路を切断もしくは途絶えさせた上で、他の光回路部分に影響を与えない方向に導波路を向ける方法でも十分な効果はある。また、光を吸収させる場合には、副導波路の終端部に、カーボン等の光の吸収剤を入れることも可能である。これらについては、実施例２において後述する。
【００５０】
ここまでに述べられたモードスプリッタにおいては、主導波路を伝搬するモードが２つ以上の場合の、一般的な設計手法を説明してきた。以下には、主導波路においては基本モードおよび１次モードのみが伝搬可能であり、且つ、副導波路においては基本モードのみが伝搬可能なモードスプリッタについて説明する。
【００５１】
主導波路に２つのモードが、副導波路に１つのモードのみが伝搬できる形態のモードスプリッタは、設計条件が絞られているため、最も設計が容易であり、高性能に動作するモードスプリッタが得ることが可能となる。また、実際の回路に最も応用することが容易な形態ともなる。
【００５２】
一般に、高性能なモードスプリッタを実現するためには、主導波路および副導波路を伝搬可能なモードの有効屈折率を適切に設定することが重要である（図４の説明部分を参照）。この、主導波路に２つのモードが、副導波路に１つのモードのみが伝搬できる形態のモードスプリッタにおいて、主導波路の１次モードが副導波路に低損失かつ効率的に断熱遷移することが重要である。このためには、副導波路の有効屈折率を、主導波路の基本モードと１次モードの有効屈折率の和の３０％〜７０％とするのが好ましく、４５％〜５５％とするのが最適である。但し、２０％〜８０％の間とする場合でも、モードスプリッタとしての動作は可能である。
【００５３】
様々な光回路においては、その回路上の導波路で基本モードのみが伝搬することを前提として回路設計が行われることが多くある。このような光回路において、その光回路中もしくはその光回路外で発生した高次モードの光がこの光回路を伝搬することによって、予期せぬ光回路の性能劣化が発生することがある。
【００５４】
図１２は、本発明にかかるモードスプリッタをアレイ導波路回折格子３７に応用した例を示す図である。アレイ導波路回折格子３７等の波長合分波器などにおいては、高次モードの発生により透過特性の形状に歪が生じるほか、中心波長のばらつきが生じる。このような場合に、アレイ導波路３１の両端にあるスラブ導波路３０、３２に接続された入力導波路３３または出力導波路３４に、本発明にかかるモードスプリッタ３６を挿入することで、前述した高次モードに起因する問題が解消可能となる。例えば、図１２に示すように、入力導波路３３に本発明にかかるモードスプリッタ３６を挿入することで高次モードに起因する問題が解消できる。
【００５５】
図１３は、本発明にかかるモードスプリッタをアレイ導波路回折格子３７に応用した別の例を示す図である。図１３に示すように、アレイ導波路回折格子３１の出力側導波路３４に本発明にかかるモードスプリッタ２０を挿入することにより、アレイ導波路回折格子３７の出力側に伝播する高次モードが基本モードに結合することにより発生するクロストーク劣化や、中心波長のズレ等が解消できる。詳細は、実施例３において後述する。
【００５６】
上述した透過特性の形状の歪や、クロストーク劣化等のような、光回路等における高次モードの影響による問題は、高次モードを遮断することでも、回避することもできる。しかしながら、高次モードを遮断する場合には、高次モードの光が発散して回路中においてコントロールができない漏れ光となる。したがって、結果的には回路性能の劣化を引き起こしてしまう。一方、本発明にかかるモードスプリッタを使用する場合には、高次モードを副導波路へ伝搬光として取り出すことができる。したがって、高次モードは漏れ光とならず、適切に終端処理等の処理が可能となる。また、光回路の外へ取り出すことによって、高次モードが発生しかたどうかのモニターを行うことも可能となる。
【００５７】
図１４は、本発明にかかるモードスプリッタを波長Add/Drop回路に応用した例を模式的に示す図である。本発明にかかるモードスプリッタを用いて、特定の波長の信号光のみを導波路から取り出したり、加えたりすることが可能な波長Add/Drop回路を実現できる。図１４に示す波長Add/Drop回路は、波長依存モード変換素子４４とモードスプリッタ４５とを連結した構成となっている。入力端４１に入力される複数の波長の信号光（λ１〜λ５）のうち、特定の波長の信号光のみを高次モードに変換可能な波長依存モード変換素子４４によって、その特定の波長の信号光のみをモード変換ができる。例えば、波長λ３の信号光のみ高次モードに変換し、モードスプリッタ４５により分離することで、特定波長λ３の信号光のみを分離して出力端４２から取り出すことが可能となる。逆に、全ての信号光の入出力方向を逆転させることで、特定波長の信号光のみを合波することが可能となる。
【００５８】
図１５は、本発明にかかるモードスプリッタを波長Add/Drop回路に応用したもう一つの例を模式的に示す図である。前述した図１４の構成とは異なり、モードスプリッタ４５と反射型波長依存モード変換素子４６が接続された構成となっている。反射型波長依存モード変換素子４６を用いることにより、波長分離器が実現可能となる。すなわち、入力端４７に入力される複数の波長の信号光（λ１〜λ５）のうち、特定の波長の信号光のみを高次モードに変換可能な反射型波長依存モード変換素子４６によって、その特定の波長の信号光のみをモード変換ができる。例えば、波長λ３の信号のみ反射させ高次モードに変換して、その後モードスプリッタ４５により分離することで、特定波長λ３の信号のみを分離して出力端４８から取り出し可能となる。同様に、図１５の構成において、入出力方向を逆転することにより、特性の波長の信号光のみ合波することが可能となる。図１４および図１５に示した回路を多階層的に連結することにより、多波長Add/Drop器の実現も可能となる。詳細は、実施例４において後述する。
【００５９】
図１４および図１５において説明した２つの応用例におけるモード変換素子については、波長依存モード変換素子４４として、長周期グレーティングを用いることができる。また、反射型波長依存モード変換素子４６として、スラントグレーティングを用いることができる。
【００６０】
さらに、本発明のモードスプリッタを用いることにより、波長依存性のない光タップ回路の作製が可能である。前述した特定の波長にのみに作用するモード変換素子とは異なり、波長依存性のないモード変換が可能であり、導波路のオフセット接続を用いて、容易に実現ができる。
【００６１】
図１６（ａ）は、本発明にかかるモードスプリッタを光タップ回路に応用した例を示す図である。図１６（ｂ）には、主導波路２１における導波路オフセット５０の拡大図が示されている。本モードスプリッタの主導波路２１の入力側は、導波路の軸をずらした導波路オフセット５０が備えられている。導波路の中心軸のずれ量は、図１６（ｂ）の拡大図に示したように、オフセット長５１として定義される。主導波路２１に導波路オフセット５０を採用することによって、主導波路２１を伝搬する光の一部が、基本モードから高次モードに変換される。但し、導波路オフセット５０を用いることで、非常に波長依存性の少ないモード変換が可能となる。これにより、主導波路２１を伝搬する光の一部を、副導波路２２に取り出すことが可能となる。取り出す光の割合、すなわち光タップ回路のタップ量は、導波路の軸ずらし量（オフセット長５１）により調整が可能である。したがって、オフセット長５１を所望のタップ量となるようにオフセット５０を構成することで、簡単にタップ量を調整ができるという利点がある。詳細は、実施例５において、後述する。
【００６２】
図１７は、本発明にかかるモードスプリッタを光タップ回路に応用したもう一つの例を示す図である。図１７に示すように、対称Ｙ分岐回路の入力導波路部分に本発明のモードスプリッタを挿入することによって、分岐比のバラツキを抑制することができる。入力導波路において高次モードが発生した場合、たとえ基本モードが等しい強度で分岐されたとしても高次モードが非対称に分岐される。したがって、結果的には分岐比が非対称となってしまう。しかし、本発明にかかるモードスプリッタを使用することによって、高次モードが除去され、高次モードの影響が排除され、分岐比バラツキが抑制される。詳細は、実施例６において後述する。
【００６３】
以上、本発明にかかるモードスプリッタの実施の形態について概観したが、次に、さらに詳細な実施例について説明する。以下に述べる各実施例においては、次の作製条件により回路作製が行われた。
【００６４】
回路作製は石英ガラス系平面型光波回路に代表される作成方法によって行われた。Ｓｉ基板上に火炎堆積法によりホウ素およびリンを含んだ石英ガラスを下部クラッドとして堆積した後、ゲルマニウム添加ガラスをコア層として堆積した。次に、フォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術により、導波路をパターニングした。その後、同様に火炎堆積法により上部クラッドとして、石英系ガラスを堆積した。以上の工程により、石英系ガラスによる埋め込み型導波路を作製した。
【００６５】
［実施例１］
以下、図面を参照しながら実施例について説明する。なお、以下の実施例における具体的な数値や作製方法は、実施の一例であり、特にこれらに限定するものではない。
【００６６】
図１８は、作製した本発明にかかるモードスプリッタの基本構成を示す図である。作製したモードスプリッタの構成は、主導波路２１の幅が８．５μｍ、主導波路２１と副導波路２２の一定ギャップは１．５μｍ、導波路のコアとクラッドの比屈折率差は０．７５％である。
【００６７】
また、副導波路２２の出力部は半径Ｒが１０ｍｍの曲率の曲線導波路を用いた。同時に、図１に示した従来型のモードスプリッタも作製した。本発明のモードスプリッタは、ギャップやテーパ部等の効果により、従来型のものに比べて過剰損質を２ｄＢ程度少なくすることができた。この差異の原因は、前述したように、従来型のモードスプリッタでは分岐部分の作製が困難であり、良好な導波路分岐部分が作製できなかったことにある。従来型のモードスプリッタの導波路分岐部分においては、上部クラッドのクラッド材の埋め込みが良好になされていなかった。副導波路２２の出力部の導波路幅、およびテーパ部のテーパ角（図１８を参照）を変化させ、モードスプリッタの挿入損失およびクロストークを測定した。この結果を、図１９および図２０に示す。ここにおいて、クロストークとは主導波路２１を伝搬する基本モードが副導波路２２側に出力されてしまう比率をいう。
【００６８】
図１９は、副導波路幅を変化させた際の１５５０ｎｍの波長における挿入損失およびクロストークの関係を示す図である。実際には、実験の簡便さを考慮して、テーパ長を２ｍｍに固定して、副導波路幅とテーパ角を同時に変化させている。副導波路幅とテーパ角を変化させても、挿入損失は大きく変化せず、常に低損失なモードスプリッタが実現できている。しかしながら、クロストークを３０ｄＢ以上得るためには、副導波路の幅として、４μｍ以下が最適であることが分かる。
【００６９】
図２０は、テーパ部のテーパ角を変化させた場合の挿入損失とクロストークの関係を示す図である。実際には、実験の簡便さを考慮して、副導波路幅を３．５μｍと固定して、テーパ長とテーパ角を同時に変化させている。クロストークを３０ｄＢ以上得るためには、テーパ角を０．２５度以下とするのが最適であることが分かる。
【００７０】
図２１は、挿入損失の波長依存性を示す図である。テーパ長を１ｍｍ、主導波路の幅を７μｍ、副導波路の幅３μｍの構成で作製した。このときのテーパ角は、０．１７度である。１４００〜１７００ｎｍと非常に広帯域な波長範囲において、３０ｄＢ以上の高いクロストークと低損失性を併せ持つモードスプリッタが実現できることが分かる。
【００７１】
また、テーパ部の先端は導波路幅が非常に小さくなっているため、本モードスプリッタを基板上に多数作製すると、チップによって最先端部の形状がばらついてしまう場合がある。このような場合、図２２に示すように、新たな過剰損失が発生しない程度に副導波路２２の先端部２８を主導波路に垂直な面で切断し、台形状にすることにより、導波路形状の安定化が図れる。
【００７２】
図２３は、テーパ部と出力部導波路の間に５００μｍの直線導波路を備えた光回路のクロストークの波長依存性を示す図である。ギャップ幅を１．５μｍ、副導波幅を３μｍ、主導波路幅を７μｍ、テーパ長を１ｍｍ、テーパ角を０．１７度の構成で作成した。図２３からわかるように、１６００ｎｍの波長帯においてはクロストークの大幅な改善が見られる。図１１において説明した、テーパ部１３の後に直線部１４を挿入した効果が確認できる。
【００７３】
［実施例２］
実施例１と同様な作製方法によって、光終端部をさらに設けたモードスプリッタを作製した。モードスプリッタにより副導波路へ分岐された光は、不必要な光となる場合が多い。このような場合に、副導波路を伝搬する光を適切に終端処理をする必要がある。
【００７４】
図２４は、光終端部を設けたモードスプリッタの説明図である。図２４（ａ）に示すように、モードスプリッタの副導波路２２の終端部の先端には、終端処理部２９が接続されている。図２４（ｂ）に示すように、終端処理部２９は、副導波路２２の終端部に溝加工を施し、この加工された溝の中にカーボンを溶かしたシリコーン接着剤を塗布し固化させたもので構成されている。終端処理部２９の加工溝は、副導波路２２に平行な辺の長さが３００μｍ、副導波路２２と垂直な辺の長さが２００μｍとして（深さ＊＊μｍ）構成した。この終端処理部２９によって、副導波路２２からの漏れ光により発生する雑音が解消でき、主導波路２１出力からのクロストークの減少が確認できた。光終端部２９がない場合のクロストークは、−３０〜−４０ｄＢであったのに対して、光終端部２９を設けた場合には−６０ｄＢ以下となった。遮光剤として、カーボン以外の材料を使用することも可能である。他に、波長カットフィルタの挿入や導波路先端を三角状に加工する等の方法によっても、同様のクロストーク減少が可能である。
【００７５】
［実施例３］
図２５は、本発明にかかるモードスプリッタをアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）に適用した光回路の実施例を示す図である。アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）は、基板上に形成されたアレイ導波路３１の両端に、入力側スラブ導波路３０および出力側スラブ導波路３２がそれぞれ接続された構成となっている。入力側スラブ導波路３０には、入力導波路３３が接続され、出力側スラブ導波路３２には、出力導波路３４が接続されている。この光回路の入力導波路３３に、本発明のモードスプリッタを配置した。
【００７６】
作製した回路は、導波路のコアとクラッドの比屈折率差が１．５％、ＡＷＧの導波路幅が５μｍ、モードスプリッタの主導波路の幅は５μｍ、副導波路の幅は２μｍ、ギャップは１．５μｍ、テーパ長は１ｍｍ、出力部の半径Ｒは２０ｍｍである。ＡＷＧは中心波長が約１５５０ｎｍ付近、チャネル間隔１００ＧＨｚ、チャネル数１６ｃｈの条件で作製した。
【００７７】
図２５に示したように、本アレイ導波路回折格子においては、モードスプリッタの効果を確かめるために、ＡＷＧの入力導波路３３として、モードスプリッタが有る入力導波路とモードスプリッタが無い入力導波路とを両方備える構成となっている。尚、図２５においては、入力側に２つの入力導波路が、出力側に３つの出力導波路がある構成として記載されているが、本発明にかかるモードスプリッタは、他の入出力導波路数の構成においても適応可能なのはいうまでもない。
【００７８】
図２６は、本アレイ導波路回折格子の透過スペクトル特性をモードスプリッタの有無で比較した特性を示す。図２６に示すように、モードスプリッタを有する入力導波路から入射された光は、ＡＷＧに要求される理想的な動作である平坦な透過特性が得られた。しかしながら、モードスプリッタの無い入力導波路から光が入射された場合には、入力導波路の高次モードの影響のために、通過帯域における透過率特性が平坦ではなく、図２６に示すように透過率特性の形状の長波長側に右下がりの傾きが発生した。特に、光回路に光を入射するための光ファイバと入力導波路３３の位置関係により、透過率特性の形状（透過スペクトル）が変化し、透過率の減少、透過スペクトルの設計特性からのズレ、中心波長のズレなどの透過特性の大きな劣化も観測された。しかし、モードスプリッタ付の入力導波路から信号を入射した場合には、このような透過特性の劣化は認められなかった。
【００７９】
更に、図１３に示したように、出力側にモードスプリッタを備えた場合でも、ＡＷＧ出力の高次モードによる性能劣化を抑制することができた。
【００８０】
このように、本発明にかかるモードスプリッタをＡＷＧの入力導波路あるいは出力導波路に挿入することにより、ＡＷＧの透過率特性の形状劣化を防ぐことが可能である。
【００８１】
［実施例４］
図２７は、本発明にかかるモードスプリッタを光Drop回路に応用した例を示す図である。光 Drop 回路は、特定の波長の光のみを取り出すことのできる回路である。図２７に示すように、本光Drop回路は、入力端Ａと出力端Ｃを有する主導波路２１と出力端Ｂを持つ副導波路２２、および主導波路２１の副導波路２２との結合部分よりも出力端Ｃ側に設けられたスラントグレーティング５５から構成されている。光信号は主導波路２１の入力端Ａより入力され、出力端Ｃより出力される。但し、取り出したい特定の波長の信号は出力端Ｂより出力される。
【００８２】
図２７に示すように、主導波路２１と副導波路２２との結合部分、すなわち本発明にかかるモードスプリッタより出力端Ｃ側には、１９３ｎｍの紫外レーザを用いて作製されたスラントグレーティング５５を設けている。スラントグレーティング５５は、特定の波長の光のみを後方（入力端Ａ側）に反射する。同時に、反射された光は基底モードから高次モードに変換される。したがって、反射され高次モードに変換された特定の波長の光は、本発明のモードスプリッタの作用により副導波路２２に分岐され、出力端Ｂからのみ出力される。
【００８３】
本光Drop回路は導波路のコアとクラッドの比屈折率差０．７５％、導波路幅７μｍ、ギャップ２μｍ、テーパ長１ｍｍの条件で作成された。スラントグレーティングの反射波長は１５４７．５ｎｍ付近に設定した。
【００８４】
図２８および図２９は、上述した光Drop回路の各入出力端間の透過特性を示す図である。図２８は、入力端Ａから出力端Ｂへの信号路の透過特性であり、所望の波長の光（波長が１５４７．５ｎｍ）のみが遮断されていることがわかる。また、図２９は、入力端Ａから出力端Ｂへの信号路の透過特性であり、主導波路の信号路を遮断された光は出力端Ｂに出力されていることが分かる。このように、本発明にかかるモードスプリッタを使用することにより、特定の波長の信号のみを取りだすことのできる光 Drop 回路が作製できる。
【００８５】
図３０は、本発明にかかるモードスプリッタを２つ使用したAdd/Drop 回路の実施例を示す図である。本Add/Drop 回路は、図３０に示すように、入力端Ｉｎと出力端Ｏｕｔを有する主導波路２１、主導波路２１の中間点に設けられた１つのスラントグレーティング５５、およびスラントグレーティング５５からみて入力端Ｉｎ側、出力端Ｏｕｔ側の双方に対称に配置された２つの副導波路２２ａ、２２ｂから構成される。一つのスラントグレーティング５５に対して、向かい合わせに本発明にかかるモードスプリッタを配置することで、Ｉｎ−Ｏｕｔ間の信号路から、特定の波長の信号を Drop 端子側に取り出し、Add 端子から加えることが可能であることを確認した。
【００８６】
図３１は、本発明にかかるモードスプリッタを用いて多波長の Add/Drop 回路を構成した例を示す図である。本Add/Drop 回路は、入力端Ｉｎと出力端Ｏｕｔを有する主導波路２１と、多階層構造的につぎつぎと結合する６つの副導波路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆから構成されている。主導波路２１は、その入力端Ｉｎと出力端Ｏｕｔの中間点に３つのスラントグレーティング５５ａ、５５ｂ、５５ｃを配置している。第１の階層の副導波路２２ａ、２２ｂは、スラントグレーティング５５ａ、５５ｂ、５５ｃに対して向かい合わせに配置され、それぞれ主導波路２１と結合してモードスプリッタを形成している。副導波路２２ａの出力端Ｄｒｏｐ（λ１）および副導波路２２ｂの入力端Ａｄｄ（λ１）には、それぞれスラントグレーティング５５ｄ、５５ｅおよびスラントグレーティング５５ｆ、５５ｇが配置されている。さらに第２の階層の副導波路２２ｃ、２２ｄは、第１の階層の副導波路２２ａ、２２ｂとそれぞれ結合してモードスプリッタを形成している。副導波路２２ｃの出力端Ｄｒｏｐ（λ２）および副導波路２２ｄの入力端Ａｄｄ（λ２）には、それぞれスラントグレーティング５５ｈおよびスラントグレーティング５５ｉが配置されている。さらに、第３の階層の副導波路２２ｅ、２２ｆは、第２の階層の副導波路２２ｃ、２２ｄとそれぞれ結合してモードスプリッタを形成しており、それぞれは出力端Ｄｒｏｐ（λ３）および入力端Ａｄｄ（λ３）を有する。
【００８７】
スラントグレーティング５５ａ、５５ｂ、５５ｃは、それぞれλ１、λ２、λ３のいずれかの波長の信号のみを反射する。配置の順番は問わない。スラントグレーティング５５ｄ、５５ｅは、それぞれλ２、λ３のいずれかの波長の信号を反射する。配置の順番は問わない。同様に、スラントグレーティング５５ｆ、５５ｇは、それぞれλ２、λ３のいずれかの波長の信号を反射する。これも配置の順番は問わない。スラントグレーティング５５ｈ、５５ｉは、λ３の波長の信号を反射する。
【００８８】
ここで、本Add/Drop 回路の動作を説明する。主導波路２１の入力端Ｉｎより、λ１、λ２、λ３の波長の信号を含む複数の信号が入力された状態を考える。波長λ１、λ２、λ３の信号は、それぞれ、スラントグレーティング５５ａ、５５ｂ、５５ｃのいずれかによって、反射され基本モードから高次モードへ変換されて、副導波路２２ａに結合する。波長λ１の信号は出力端Ｄｒｏｐ（λ１）より出力されるが、波長λ２、λ３の信号は、それぞれスラントグレーティング５５ｄ、５５ｅによって、さらに反射されモード変換される。これらのλ２、λ３の信号は、副導波路２２ｃに結合し、波長λ２の信号は出力端Ｄｒｏｐ（λ２）より出力されるが、波長λ３の信号は、スラントグレーティング５５ｈによって反射されモード変換される。そして最後に、波長λ３の信号は、副導波路２２ｅの出力端Ｄｒｏｐ（λ３）より出力される。このように、順次特定の波長の信号を各Ｄｒｏｐ端子より、取り出すことができる。Ａｄｄ端子の動作も同様である。以上説明したように、モードスプリッタを多階層構造的に多重化して構成することで、１波長だけではなく、多波長の Add/Drop 回路の実現も可能であることを確認した。
【００８９】
［実施例５］
図３２は、本発明にかかるモードスプリッタを使用した光タップ回路を示す図である。本光タップ回路の基本的な構成は、図１８に示した実施例１のモードスプリッタと同じであり、入力端と出力端を有する主導波路２１と副導波路２２から構成されている。光回路の作製方法は実施例１と同様である。また、モードスプリッタの導波路幅等の各パラメータも実施例１と同一の設計である。
【００９０】
本実施例に特徴的な構成は、図３２（ａ）に示すように、主導波路２１の入力端側に導波路のオフセット接続部分５０を配置したことである。導波路オフセット接続部分５０により、主導波路２１に入力される一部の光を高次モードに変換し、副導波路２２の出力端から取り出す。主導波路２１の出力端と副導波路２２の出力端への信号光の分岐比は、図３２（ｂ）に示すオフセット長５１により決定できる。
【００９１】
図３３は、図３２に示す光タップ回路のオフセット長に対する、主導波路の損失（ｌｏｓｓ）および分岐比（ｒａｔｉｏ）の特性を示す図である。オフセット長を増加するにしたがって、分岐比が大きくなることが分かる。すなわち、オフセット長を変化させることによって、簡単にタップ量を制御することが可能であり、光信号の一部を所望のレベルだけ取り出すことができる。
【００９２】
図３４は、図３２に示す光タップ回路の主導波路と副導波路の透過スペクトルを示す。オフセット長を４μｍとした場合である。主導波路２１の入出力間の透過特性、および主導波路２１の入力端から副導波路２２の出力端までの透過特性の波長依存性を示している。図３４のように、主導波路、副導波路とも非常にフラットな透過特性が得られ、波長依存性の無いタップ回路が実現できることが分かる。
【００９３】
［実施例６］
図３５は、本発明にかかるモードスプリッタを使用した対称Ｙ分岐回路実施例を示す図である。実施例１に示したモードスプリッタの主導波路の出力側から、テーパ導波路部２９を経て連続的に対称Ｙ分岐部分が形成される構成となっている。すなわち、入力導波路２３を有する主導波路２４は、副導波路２５とモードスプリッタを構成している。一方、主導波路２４は、連続的にテーパ導波路部２９に接続され、さらに出力導波路Ａ２６と出力導波路Ｂ２７に接続されて対称Ｙ分岐部を形成している。本対称Ｙ分岐部分が備えられた光回路は、実施例１と同様な方法により作製された。
【００９４】
図３６は、図３５に示す構成のモードスプリッタを備えた対称Ｙ分岐回路、および通常の対称Ｙ分岐回路のみからなる回路の分岐比特性の比較を示す図である。コアとクラッドの比屈折率差１％、主導波路幅および対称Ｙ分岐部の導波路幅は６μｍ、副導波路幅３μｍ、モードスプリッタのギャップ２μｍである。対称Ｙ分岐部分は、主導波路と２本の対称Ｙ分岐導波路をテーパ導波路で接続した。同一の回路パターンを３０回路作製した。同様に、モードスプリッタを持たない通常の対称Ｙ分岐導波路のみの回路も３０回路作製して、両者で分岐比のバラつきを比較評価した。
【００９５】
通常の対称Ｙ分岐回路のみで構成された場合では、分岐回路の前段の回路において発生した高次モードによって、対称Ｙ分岐回路の出力導波路Ａ２６と出力導波路Ｂ２７への分岐比にバラつきが生じる。しかしながら、本発明にかかるモードスプリッタが備えられた場合では、対称Ｙ分岐回路の前段の回路で発生した高次モードがモードスプリッタによって除去されるため、対称Ｙ分岐回路における分岐比のバラつきが抑制されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】従来のモードスプリッタの構成図である。
【図２】従来のモードスプリッタの分岐部分の説明図である。
【図３】本発明にかかるモードスプリッタの概念図である。
【図４】本発明にかかるモードスプリッタの動作原理の概念図である。
【図５】本発明にかかるモードスプリッタの動作概念図である。
【図６】本発明にかかるモードスプリッタにおける基底モードおよび１次モードの伝搬の様子を説明する図である。
【図７】本発明にかかるモードスプリッタのテーパ部、ギャップの説明図である。
【図８】テーパ角に対する透過損失の関係の計算値を示す図である。
【図９】テーパ角に対する透過損失の関係の計算値を示す図である。
【図１０】非線形なテーパ部の形状の例を示す図である。
【図１１】副導波路に直線導波路を備えたモードスプリッタを示す図である。
【図１２】入力導波路に本発明にかかるモードスプリッタが備えられたアレイ導波路回折格子を示す図である。
【図１３】出力導波路に本発明にかかるモードスプリッタが備えられたアレイ導波路回折格子を示す図である。
【図１４】波長依存モード変換素子を用いた光ドロップ回路の動作説明図である。
【図１５】反射型波長依存モード変換素子を用いた光ドロップ回路の動作説明図である。
【図１６】本発明にかかるモードスプリッタを用いた光タップ回路構成図である。
【図１７】本発明にかかるモードスプリッタ付の対称Ｙ分岐回路の構成図である。
【図１８】本発明にかかるモードスプリッタ出力部の曲線導波路を示す図である。
【図１９】本発明にかかるモードスプリッタの出力導波路幅に対する挿入損失およびクロストークの関係を示す図である。
【図２０】本発明にかかるモードスプリッタのテーパ角に対する挿入損失およびクロストークの関係を示す図である。
【図２１】本発明にかかるモードスプリッタの挿入損失およびクロストークの波長依存性を示す図である。
【図２２】テーパ部の先端拡大図である。
【図２３】直線導波路の有無によるクロストークの波長依存性の比較図である。
【図２４】副導波路端に設けられた遮光剤の挿入例の説明図である。
【図２５】作製した入力側にモードスプリッタを挿入したアレイ導波路回折格子の構成を示す図である。
【図２６】入力側に挿入したモードスプリッタの有無による、アレイ導波路回折格子の透過スペクトル特性の比較を示す図である。
【図２７】スラントグレーティングを用いた光ドロップ回路の概念図である。
【図２８】作製した光ドロップ回路の透過特性を示す図である。
【図２９】作製した光ドロップ回路の透過特性を示す図である。
【図３０】スラントグレーティングによる多波長Add/Drop回路構成図である。
【図３１】スラントグレーティングによる多波長Add/Drop回路構成図である。
【図３２】モードスプリッタを用いた光タップ回路構成図である。
【図３３】作製した光タップ回路における分岐比および挿入損失のオフセット依存性を示す図である。
【図３４】作製した光タップ回路の透過スペクトルを示す図である。
【図３５】本発明にかかるモードスプリッタ付の対称Ｙ分岐回路の構成図である。
【図３６】モードスプリッタの有無による対称Ｙ分岐回路の分岐比のバラツキを比較する図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  入力導波路
２、２ａ、２ｂ、２６、２７、３４  出力導波路
３、１０、１１、２１  主導波路
４、９、１２、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２５  副導波路
５、１３  テーパ部
６、１５  出力部導波路
７  ギャップ
８  テーパ角
２３、３３  入力導波路
２８  先端部
２９  終端処理部
３０  入力スラブ導波路
３１  アレイ導波路
３２  出力スラブ導波路
５５、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ、５５ｆ、５５ｇ、５５ｈ、５５ｉ  スラントグレーティング
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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