(57)【要約】【課題】波長間隔が大きく離れた光が分離できるようにする。【解決手段】第２光導波路１０２の長さをＬMMI、主信号光の波長に対するセルフイメージ長をＬMainλ、主信号光以外の光に対する、セルフイメージ長をＬλk、（ｋ＝１，２・・・）とすると、「ＬMMI≒ＬMainλかつ、ＬMMI≠Ｌλk×Ｍ／Ｎ（Ｎ奇数、ＭとＮは正の整数で互いに素、Ｍ≦Ｎ）」とされている。なお、第１光導波路１０１に主信号光の波長の光を含む複数の波長の光が入力されたことにより、第１光導波路１０１で光の進行方向に対して生成する電界分布と、第２光導波路１０２に入射した電界分布の規格化重なり積分が０．５を超えて極大値をもつ位置を、セルフイメージを形成する中心位置と定義する。また、第２光導波路１０２の入射端からセルフイメージを形成する中心位置までの長さをセルフイメージ長と定義する。【選択図】  図１
2018194665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続して形成された第１光導波路、第２光導波路、および第３光導波路を備え、
前記第１光導波路の第１コアおよび前記第３光導波路の第３コアは、前記第２光導波路の第２コアより細くされ、
前記第２光導波路は、多モード光導波路とされ、
前記第１光導波路、前記第２光導波路、前記第３光導波路により１入力１出力のマルチモード干渉回路が構成され、
前記第１光導波路に主信号光の波長の光を含む複数の波長の光が入力されたことにより、前記第１光導波路で光の進行方向に対して生成する電界分布と、前記第２光導波路に入射した電界分布の規格化重なり積分が０．５を超えて極大値をもつ位置を、セルフイメージを形成する中心位置と定義し、
前記第２光導波路の入射端から前記セルフイメージを形成する中心位置までの長さをセルフイメージ長と定義し、
前記第２光導波路の長さをＬMMI、
前記主信号光の波長に対するセルフイメージ長をＬMainλ、
前記主信号光以外の光に対する、セルフイメージ長をＬλk、（ｋ＝１，２・・・）とし、
ＬMMI≒ＬMainλかつ、ＬMMI≠Ｌλk×Ｍ／Ｎ（Ｎ奇数、ＭとＮは正の整数で互いに素、Ｍ≦Ｎ）とする
ことを特徴とする波長分離素子。
【請求項２】
請求項１記載の波長分離素子において、
前記ＬMMIの範囲は、前記主信号光の波長に関し、前記第２光導波路の出射側の端面位置での電界分布と前記第２光導波路に入射した電界分布の規格化重なり積分が、前記セルフイメージを形成する中心位置での規格化重なり積分の５０％以上の範囲とされている
ことを特徴とする波長分離素子。
【請求項３】
請求項２記載の波長分離素子において、
前記ＬMMIの範囲は、前記第１光導波路に入力される主信号光以外の波長のすべてに関し、前記第２光導波路の出射側の端面位置での電界分布と前記第２光導波路に入射した電界分布の規格化重なり積分が、０．１以下の範囲とされている
ことを特徴とする波長分離素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長分離素子において、
光の進行方向に対する前記第３コアの両脇のクラッドに形成された溝と、
前記溝に挿入された光吸収材と
を更に備えることを特徴とする波長分離素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長分離素子において、
前記マルチモード干渉回路を複数備え、
複数の前記マルチモード干渉回路は、直列に接続されている
ことを特徴とする波長分離素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主信号光に対して不要な波長成分の光を分離する波長分離素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
導波路型素子は、小型、量産性、機械的安定性に優れ、ファイバを接続してモジュール化することで光通信に広く用いられている。この導波路型素子には、石英系導波路、Ｓｉ導波路、ＬｉＮｂＯ3導波路、化合物半導体導波路などがある。
【０００３】
一方、光回路構成の側面から考察すると、波長分波器（波長分離素子）としては、ＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）、ＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）などが代表的なものである。例えば、ＭＺＩ干渉計は、図１１に示すように、基板３０１の上に形成した第１光導波路３０２と第２光導波路３０３との光路長差ΔＬをつけて干渉させ、波長ごとに別ポートに出力させることにより、波長分離を実現している。
【０００４】
ＡＷＧでは、波長１．５５μｍ帯で主に２００ＧＨｚ（１．６ｎｍ）、１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）、５０ＧＨｚ（０．４ｎｍ）、２５ＧＨｚ（０．２ｎｍ）間隔などで波長分離されている。ＭＺＩでは、主に波長１．５５μｍ帯で８００ＧＨｚ（６．４ｎｍ）〜２５ＧＨｚ（０．２ｎｍ）間隔で波長分離が実現されている。ＡＷＧとＭＺＩは、主に石英系ガラス導波路で作製されて、単独もしくは両者を組み合わせることで、波長多重通信（ＷＤＭ）の波長合分波器として用いられてきた（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】肥田安弘  他、「石英系１．５％Δ導波路を用いた４００チャンネルＡＷＧ合分波器」、電子情報通信学会総合大会予稿集、Ｃ−３−４６、２１１頁、２００１年。
【非特許文献２】竹ノ内 弘和  他、「特集  光周波数・位相を操る光伝送技術の最新動向 ＰＰＬＮを用いた位相感応増幅」、O plus E、vol. 37, no. 8、６３６−６３９頁、２０１５年。
【非特許文献３】山田 泰文  他、「ＰＬＣプラットフォームを用いたＷＤＭ送受信モジュールの構成法」、電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会予稿集、SC-1-11、329頁、１９９５年。
【非特許文献４】河内  正夫、「プレーナ光波回路技術の現状と将来」、ＮＴＴ  Ｒ＆Ｄ、vol. 43、No. 11、１２７３−１２８０頁、１９９４年。
【非特許文献５】K. Okamoto, "Fundamental of Optical Waveguide second edition", Academic Press, pp. 46-50, 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これまでの導波路型デバイスでの波長分離は、波長間隔が狭い場合に適用されてきた。例えば、ＭＺＩで波長分離は、１５５０ｎｍと１３１０ｎｍのせいぜい２４０ｎｍの間隔であった。
【０００７】
ここで、近年、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）が、デジタルコヒーレント技術で用いられる多値信号を（従来の光増幅器に比較して）ＳＮ比の劣化が少なく増幅できるという利点から注目されている。例えば、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）を用いたＯＰＡがある。ＰＰＬＮでは、波長７８０ｎｍ近傍の光をポンプ光として入力して、波長１５６０ｎｍ近傍の信号光をパラメトリック効果により増幅する。この増幅においては、波長１５６０ｎｍの信号光と、波長変換（パラメトリック効果）に用いられなかった波長７８０ｎｍのポンプ光の残りが、混じり合って出力される。波長７８０ｎｍの光は、信号光に対して、ノイズ光となるので、除去する必要がある。
【０００８】
このように、近年、波長１５６０ｎｍに対して波長７８０ｎｍの光を分離するように、主信号光に対して、波長が離れた光成分を除去する必要が生じている。このため、波長間隔が大きく離れた光を分離する導波路型波長分離素子が求められている（非特許文献２，３）。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、波長間隔が大きく離れた光が分離できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る波長分離素子は、連続して形成された第１光導波路、第２光導波路、および第３光導波路を備え、第１光導波路の第１コアおよび第３光導波路の第３コアは、第２光導波路の第２コアより細くされ、第２光導波路は、多モード光導波路とされ、第１光導波路、第２光導波路、第３光導波路により１入力１出力のマルチモード干渉回路が構成され、第１光導波路に主信号光の波長の光を含む複数の波長の光が入力されたことにより、第１光導波路で光の進行方向に対して生成する電界分布と、第２光導波路に入射した電界分布の規格化重なり積分が０．５を超えて極大値をもつ位置を、セルフイメージを形成する中心位置と定義し、第２光導波路の入射端からセルフイメージを形成する中心位置までの長さをセルフイメージ長と定義し、第２光導波路の長さをＬMMI、主信号光の波長に対するセルフイメージ長をＬMainλ、主信号光以外の光に対する、セルフイメージ長をＬλk、（ｋ＝１，２・・・）とすると、「ＬMMI≒ＬMainλかつ、ＬMMI≠Ｌλk×Ｍ／Ｎ（Ｎ奇数、ＭとＮは正の整数で互いに素、Ｍ≦Ｎ）」とされている。
【００１１】
上記波長分離素子において、ＬMMIの範囲は、主信号光の波長に関し、第２光導波路の出射側の端面位置での電界分布と第２光導波路に入射した電界分布の規格化重なり積分が、セルフイメージを形成する中心位置での規格化重なり積分の５０％以上の範囲とされているとよりよい。
【００１２】
上記波長分離素子において、ＬMMIの範囲は、第１光導波路に入力される主信号光以外の波長のすべてに関し、第２光導波路の出射側の端面位置での電界分布と第２光導波路に入射した電界分布の規格化重なり積分が、０．１以下の範囲とされているとよりよい。
【００１３】
上記波長分離素子において、光の進行方向に対する第３コアの両脇のクラッドに形成された溝と、溝に挿入された光吸収材とをさらに備えるようにしてもよい。
【００１４】
上記波長分離素子において、マルチモード干渉回路を複数備え、複数のマルチモード干渉回路は、直列に接続されているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したことにより、本発明によれば、波長間隔が大きく離れた光が分離できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における波長分離素子の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、実施の形態における波長分離素子のマルチモード干渉回路における入射した光の電界振幅分布を、ビーム伝搬法（ＢＰＭ）により計算した結果を示す特性図である。
【図３】図３は、図２に示した計算結果の計算に用いた構成を示す構成図である。
【図４】図４は、実施の形態における波長分離素子における電界分布と入射電界分布の規格化重なり積分の計算結果を示す特性図である。
【図５】図５は、実施の形態における波長分離素子のマルチモード干渉回路における入射した波長１５６０ｎｍの光の電界振幅分布を、ＢＰＭにより計算した結果を示す特性図である。
【図６】図６は、実施の形態における波長分離素子のマルチモード干渉回路における入射した波長７８０ｎｍの光の電界振幅分布を、ＢＰＭにより計算した結果を示す特性図である。
【図７】図７は、図５に示した電界分布と、第２光導波路１０２に入射する電界分布の規格化重なり積分の計算結果を示す特性図である。
【図８】図８は、図６に示した電界分布と、第２光導波路１０２に入射する電界分布の規格化重なり積分の計算結果を示す特性図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態における他の波長分離素子の構成を示す構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態における他の波長分離素子の構成を示す構成図である。
【図１１】図１１は、ＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態における波長分離素子について図１を参照して説明する。この波長分離素子は、連続して形成された第１光導波路１０１、第２光導波路１０２、および第３光導波路１０３から構成されている。第１光導波路１０１、第２光導波路１０２、第３光導波路１０３により１入力１出力のマルチモード干渉回路が構成されている。
【００１８】
ここで、第１光導波路１０１の第１コア１１１および第３光導波路１０３の第３コア１１３は、断面視で第２光導波路１０２の第２コア１１２より細くされている。また、第２光導波路１０２は、多モード光導波路とされている。なお、第１コア１１１、第２コア１１２、第３コア１１３の周囲には、クラッド１０４が形成されている。
【００１９】
また、この波長分離素子は、第２光導波路１０２の長さをＬMMI、主信号光の波長に対するセルフイメージ長をＬMainλ、主信号光以外の光に対する、セルフイメージ長をＬλk、（ｋ＝１，２・・・）とすると、「ＬMMI≒ＬMainλかつ、ＬMMI≠Ｌλk×Ｍ／Ｎ（Ｎ奇数、ＭとＮは正の整数で互いに素、Ｍ≦Ｎ）」とされている。
【００２０】
ここで、まず、第１光導波路１０１に主信号光の波長の光を含む複数の波長の光が入力されたことにより、第１光導波路１０１で光の進行方向に対して生成する電界分布と、第２光導波路１０２に入射した電界分布の規格化重なり積分が０．５を超えて極大値をもつ位置を、セルフイメージを形成する中心位置と定義する。また、第２光導波路１０２の入射端からセルフイメージを形成する中心位置までの長さをセルフイメージ長と定義する。
【００２１】
なお、第１光導波路１０１、第２光導波路１０２、および第３光導波路１０３は、Ｓｉ基板上のコアとクラッドからなる石英系ガラス導波路である。この場合、例えば、第１コア１１１および第３コア１１３の断面サイズは２．０μｍ×２．０μｍである。また、例えば、第２コア１１２の厚さは２．０μｍ、幅は３０〜５０μｍである。また、クラッド１０４は、ガラスから構成され、第１コア１１１，第２コア１１２，第３コア１１３と、クラッド１０４との比屈折率差は１．５％である。これらのパラメータ・構成は、導波路種が変わると、適宜変更される。
【００２２】
上述した石英系ガラス導波路の場合、例えば、よく知られた火炎堆積法（ＦＨＤ）に反応性イオンエッチングを組み合わせた方法に作製することができる（非特許文献４参照）。なお、第１光導波路１０１、第２光導波路１０２、および第３光導波路１０３は、コアをＳｉから構成した光導波路、コアをＬｉＮｂＯ3から構成した光導波路であってもよい。
【００２３】
次に、上述した実施の形態における波長分離素子のマルチモード干渉回路における入射した光の電界振幅分布を、ビーム伝搬法（ＢＰＭ）により計算した結果について図２に示す。第１光導波路１０１は、第１コア１１１を断面サイズ２μｍ×２μｍとし、第２光導波路１０２は、第２コア１１２を断面サイズ５０μｍ×２μｍの幅広としている。コアとクラッドの比屈折率差は、１．５％である。なお、この計算において、第３光導波路１０３は、マルチモード干渉回路動作を詳しく説明するため、図３に示すように省いてある。図２において、色の違いは電界振幅分布を表し、黒が電界振幅の小さな場所、白は電界振幅が大きな場所、灰色はその中間を表す。
【００２４】
上述した１×１マルチモード干渉回路では、第１光導波路１０１を通り、第２光導波路１０２に入射した光は、第２コア１１２とクラッド１０４との端面で反射して多重干渉を起こし、距離Ｌλ≒ｎeffＷ2／λの距離だけ進むと、入射した電界分布が同じ光軸上に再生される特徴がある。これをセルフイメージングという。距離Ｌλは、式を見てわかるように、おおよそ波長の逆数に比例し、波長が半分になると、おおよそ２倍の長さになることがわかる。
【００２５】
ここで、ｎeffは、第２光導波路１０２の実効屈折率、Ｗは、第２光導波路１０２の導波路幅、λは波長を表す。ｎeff＝１．４５、Ｗ＝５０μｍ、λ＝１．５６μｍを代入すると、Ｌλ＝２３２０μｍ（４桁目を四捨五入）が得られる。図２では、Ｌλ＝２６１０μｍとなっており、１２％程度長くなっているが、このずれには、電界分布がクラッド１０４に染み出す、グース・ヘンシェンシフト（Goos-HanshenShift）により、実効的な導波路幅が太くなる効果などが含まれている（非特許文献５参照）。
【００２６】
以下、光の進行方向をｚ軸として説明する。実際に計算をしてみると、セルフイメージングの位置は、図２からわかるように明確でない。光軸上の１点にモードフィールドが再生されているわけではなく、ある程度の幅をもっている。この幅は、第２光導波路１０２の導波路幅など、設計パラメータに依存して変化する。従って、光の進行方向に対して生成する電界分布と第２光導波路１０２の入射電界分布との重なり積分（規格化したもの、今後規格化重なり積分とよぶ）をとり、０．５を超えて、最初に規格化重なり積分が極大値をとる点をセルフイメージングの中心位置と定義する。
【００２７】
ここで、第２光導波路１０２（第２コア１１２）端からセルフイメージングの中心位置までの距離をＬλと、あらためて定義する。
【００２８】
次に、規格化重なり積分の定義について説明する。例えば、２つのモードの電界分布を一般化してベクトルであつかい、それぞれＥ1とＥ2とで表した場合、モードＥ1とモードＥ2との重なり積分（ＰＯＩ：Power Overlap Integral）は、以下の式（１）で表される。
【００２９】
【数１】
2018194665.tif 000003
【００３０】
Ｅ1＝Ｅ2のとき、ＰＯＩ＝１となるので、規格化されていることがわかる。規格化重なり積分の物理的な意味は、モードＥ1がモードＥ2にエネルギー換算で、どれだけ光学的に結合するかを表している。例えばモードＥ1を第２光導波路１０２のある位置Ａでの電界分布、モードＥ2を第２光導波路１０２の入射電界分布、とすると、規格化重なり積分は、位置Ａでの入射電界成分のエネルギー換算での成分比を表すことになる。
【００３１】
多くの場合、１入力１出力のマルチモード干渉回路は、第１光導波路１０１と第３光導波路１０３は同じ構造である。第２光導波路１０２の入射電界分布は、第１光導波路１０１の基本モードであるので、第３光導波路１０３の基本モードでもある。通常、第１光導波路１０１と第３光導波路１０３の構造は、通過する波長の光に対してシングルモードもしくは、疑似シングルモードで設計されているので、多くの場合シングルモード（基本モード）で光は伝搬することになる。従って、ＰＯＩは、その部分に出力導波路を接続した場合にどれだけ光が結合するか、すなわち、どれだけ光を取り出せるかを第１光導波路１０１への入射光のエネルギーに対する比率で表している。
【００３２】
先に、第２光導波路１０２の入射端からセルフイメージングの中心位置、すなわちセルフイメージング長をＬλと定義した。ここで、距離ｚ＝Ｌλ×Ｍ／Ｎ（ただし、ＭとＮは正の整数で互いに素、Ｍ≦Ｎ）の位置では、モードフィールドが、ｚ軸を中心としてＮ個再生されていることがわかる。ここで、ｚ軸は、第１光導波路１０１の中心と第３光導波路１０３の中心とを結び、第１光導波路１０１から第３光導波路１０３に向かう軸（光の進行方向）である。例えば、ｚ＝Ｌλ／２ではモードフィールド２個がｚ軸を中心に２個再生されている。また、ｚ＝Ｌλ／２を中心にして、電界振幅分布はおおよそ対称に分布している。対称からややずれているのは、光のエネルギーが伝搬と共に減衰しているからである。
【００３３】
次に、ｚ＝Ｌλ／３、ｚ＝２Ｌλ／３では、モードフィールド３個がｚ軸を中心に３個再生されている。さらに、ｚ＝Ｌλ／４、ｚ＝３Ｌλ／４では、モードフィールド４個がｚ軸を中心に４個再生されている。ｚ＝Ｌλ／５、Ｌ＝２Ｌλ／５、Ｌ＝３Ｌλ／５では、モードフィールド５個がｚ軸を中心に５個再生されている。ｚ＝４Ｌλ／５では、パワーが減っているために、モードフィールドが５個再生されていない。
【００３４】
このように、分母の整数Ｎが奇数のときは、ｚ軸上にモードフィールドが再生され、Ｎが偶数のときは、ｚ軸上にはモードフィールドは再生されない。
【００３５】
図４に、光の進行方向（ｚ軸）を水平軸にとり、生成する電界分布と入射電界分布の規格化重なり積分の計算結果を示した。重なり積分は、第２光導波路１０２に入射する電界分布で積分しており、入射する電界分布は、第１光導波路１０１の基本モードである。なおここで、対応する波長分離素子は、図３を用いて説明した構成である。
【００３６】
デバイスから取り出す信号光の波長に対しては、光強度の劣化の目安として一般的に、３ｄＢ劣化つまり５０％劣化を１つの判定基準として用いる。従って、セルフイメージを形成する中心位置での規格化重なり積分の５０％以上であれば、ある程度必要な強度の光を取り出せることになる。これに対応する図４のｚ軸の範囲は、２５３０μｍから２８１０μｍである。
【００３７】
また、信号光以外の不要な光の波長に対しては、消光比１０ｄＢが一般的に分離する一つの目安となる。ここでの消光比は、第１光導波路１０１に入力した不要な光に対する第３光導波路１０３から出射する不要な光のエネルギー比である。規格化重なり積分がその１０％以下すなわち０．１以下であれば、１０ｄＢ以上の光の分離ができることになる。
【００３８】
以上、マルチモード干渉回路に入射光を入れた場合のモードフィールドの再生について述べた。
【００３９】
続いて、波長分離素子における実際の設計について説明する。波長１５６０ｎｍにおいて、Ｗ＝５０μｍの場合、Ｌλ＝２０００μｍ以上とデバイスサイズが長くなるので、Ｗを狭くして、Ｌλを短くした。Ｗ＝３０μｍとして設計を行った。第２光導波路１０２の長さは、ＬMMI＝９８０μｍとしている。
【００４０】
以下では、第３光導波路１０３も備えた１入力１出力のマルチモード干渉回路（１×１マルチモード干渉回路）の電界分布特性をシミュレーションする。図５は、波長１５６０ｎｍにおけるＢＰＭによるシミュレーション結果を表している。図６は、波長７８０ｎｍにおけるＢＰＭによるシミュレーション結果を表している。図５、図６において、第１光導波路１０１および第３光導波路１０３の第１コア１１１，第３コア１１３のコア幅は２μｍ、すべてのコアのコア厚、比屈折率差は先の例と同じである。また、第１光導波路１０１の長さは１００μｍ、第３光導波路１０３の長さは１２０μｍである。
【００４１】
図５，図６において、色の黒い部分は、電界振幅が小さな所、色が白くなるにつれて、電界振幅が大きくなっていくことを示している。図５からわかるように、９８０μｍの長さのＬMMIに対して、波長１５６０ｎｍの光では、第３光導波路１０３を接続する部分に入射光の電界分布が再生されており、ＬMMI≒ＬMainλとなっている。第２光導波路１０２の出射端に再生された電界分布は、第３光導波路１０３に高効率で光学的に結合していることがわかる。
【００４２】
一方、図６からわかるように、波長７８０ｎｍの光では、電界分布は光の進行方向に関して対称に２個再生されており、Ｍ＝１、Ｎ＝２となっている。出射光を接続する第２光導波路１０２の出射端では、２個再生された電界分布は、第３光導波路１０３には、出射位置が異なるため結合していない。
【００４３】
従って、波長１５６０ｎｍの信号光と波長７８０ｎｍの不要な光がこの構成の１×１マルチモード干渉回路に入力した場合、波長１５６０ｎｍの信号光は透過し、波長７８０ｎｍの光は減衰する。すなわち、実施の形態における波長分離素子によれば、波長１５６０ｎｍの信号光から波長７８０ｎｍの不要な光を分離することができることがわかる。
【００４４】
図７、図８に、それぞれ図５、図６で計算した電界分布と、第２光導波路１０２に入射する電界分布（第１光導波路１０１の基本モードの電界分布）の規格化重なり積分の計算結果を示す。なお、図７と図８では、波長が異なるため、入射する電界分布も当然異なっている。
【００４５】
図７は、波長１５６０ｎｍについての規格化重なり積分の計算結果であるが、パワーで第１光導波路１０１の基本モードの成分がエネルギー換算で何％残っているかを表している。第１光導波路１０１の長さは１００μｍ、ＬMMI＝９８０μｍであるので、ｚ＝１０８０μｍで第３光導波路１０３が接続していることになる。そこでは、７２％の波長１５６０ｎｍの光が第３光導波路１０３に結合していることが分かる。ｄＢ表示に換算すると、おおよそ１．５ｄＢの損失で、信号光は伝搬したことがわかる。
【００４６】
図８は、波長７８０ｎｍについての規格化重なり積分の計算結果であるが、ｚ＝１０８０μｍで０．１０１％の波長７８０ｎｍの光が第３光導波路１０３に結合していることがわかる。ｄＢ表示に換算すると、消光比３０ｄＢで波長７８０ｎｍの光を分離できることがわかる。
【００４７】
上記のように、第２光導波路１０２長を適切に設計することにより、波長１５６０ｎｍの光を伝搬させ、波長７８０ｎｍの光を分離する波長分離素子を設計することができることがわかる。
【００４８】
上記を一般化する。繰り返しになるが、第２光導波路１０２内で生成する電界分布と第２光導波路１０２に入射した電界分布の規格化重なり積分が０．５を超えて極大値をもつ位置を、セルフイメージを形成する中心位置と定義する。また、第２光導波路１０２の入射端からセルフイメージを形成する中心位置までの長さをセルフイメージ長と定義する。
【００４９】
第２光導波路１０２の長さＬMMIが、主信号光の波長に対するセルフイメージ長ＬMainλに近い長さになるとき、主信号光が透過するようになる。また、除去したい複数の光の波長に対して光軸上にモードフィールドが存在しないすなわち、ｚ≠Ｌλk×Ｍ／Ｎ（Ｎ奇数、ＭとＮは正の整数で互いに素、Ｍ≦Ｎ）となるような、第２光導波路１０２長に設計すれば、主信号光以外の光を波長分離する素子となる。なお、Ｌλkは、信号光以外の波長λ１、λ２、・・・λｋ，の光に対するセルフイメージ長を表す。
【００５０】
さらに、主信号光の波長に関して、第２光導波路１０２の出射側の端面での電界分布と第２光導波路１０２に入射した電界分布の規格化重なり積分の値が、セルフイメージを形成する中心位置での規格化積分の値の５０％以上になるように、第２光導波路１０２の長さＬMMIの範囲を設定すれば、主信号光のパワーを十分に取り出すことができる。言い換えると、ＬMMIの範囲について、主信号光の波長に関し、第２光導波路１０２の出射側の端面位置での電界分布と第２光導波路１０２に入射した電界分布の規格化重なり積分が、セルフイメージを形成する中心位置での規格化重なり積分の５０％以上の範囲とされていればよい。
【００５１】
また、さらに第１光導波路１０１に入力される主信号光以外の波長すべてに関して、第２光導波路１０２の出射側の端面での電界分布と第２光導波路１０２に入射した電界分布の規格化重なり積分の値が０．１以下に収まるようにすれば、不要な光を１０ｄＢ以上の消光比で分離することができる。言い換えると、ＬMMIの範囲について、第１光導波路１０１に入力される主信号光以外の波長のすべてに関し、第２光導波路１０２の出射側の端面位置での電界分布と第２光導波路１０２に入射した電界分布の規格化重なり積分が、０．１以下の範囲とされていればよい。
【００５２】
次に、実施の形態における他の波長分離素子について説明する。波長分離素子は、図９に示すように、光の進行方向に対する第３コア１１３の両脇に光吸収材からなる光吸収部１１４を設けるようにしてもよい。例えば、光の進行方向に対する第３コア１１３の両脇のクラッド１０４に溝を形成し、この溝に光吸収材を挿入することで、光吸収部１１４とすればよい。
【００５３】
例えば、第２光導波路１０２の第３光導波路１０３が光学的に接続する端面で、ほとんどの光が第３光導波路１０３に結合せずに、導波路外へ出て行ってしまうが、迷光となり反射して第３光導波路１０３に再び戻る波長７８０ｎｍの光がある。これは、消光比を下げる一因となる。これに対し、光吸収部１１４を設けることで、迷光を光吸収部１１４で吸収することができる。一方、波長１５６０ｎｍの光は、ほとんどが第３光導波路１０３へ伝搬しているので、光吸収部１１４の影響はない。従って、光吸収部１１４を設けることで、波長１５６０ｎｍの光を前述同様の損失で伝搬させ、波長７８０ｎｍの光をより高い消光比で波長分離できるようになる。
【００５４】
また、マルチモード干渉回路を複数備え、複数のマルチモード干渉回路を、直列に接続してもよい。例えば、図１０に示すように、第２光導波路１０２の出射側に接続した第３光導波路１０３ａの出射側に、新たに第２光導波路１０２ａを接続し、第２光導波路１０２ａの出射側に第３光導波路１０３ｂを接続する。この例では、２つのマルチモード干渉回路を直列に接続している。この例では、入射側のマルチモード干渉回路の出射光導波路と、出射側のマルチモード干渉回路の入射光導波路を、第３光導波路１０３ａにより共通としている。他の構成は、図９を用いて説明した波長分離素子と同様である。
【００５５】
上述したように、２つのマルチモード干渉計を直列に接続すると、第２光導波路１０２ａが追加されるため、波長１５６０ｎｍの光は、１．５ｄＢほど透過損失が増える。しかしながら、波長７８０ｎｍの光は、もう一段１×１マルチモード干渉回路を通過するので、波長分離の消光比がさらに３０ｄＢ向上することが計算される。波長１５６０ｎｍの光に比較して、波長７８０ｎｍの光をさらに抑制したい場合に、上述した構成は有効である。
【００５６】
以上に説明したように、本発明では、マルチモード干渉回路の多モード光導波路である第２光導波路の長さをＬMMI、主信号光の波長に対するセルフイメージ長をＬMainλ、主信号光以外の光に対するセルフイメージ長をＬλk、（ｋ＝１，２・・・）とすると、ＬMMI≒ＬMainλかつ、ＬMMI≠Ｌλk×Ｍ／Ｎ（Ｎ奇数、ＭとＮは正の整数で互いに素、Ｍ≦Ｎ）とした。この結果、本発明によれば、波長間隔が大きく離れた光が分離できるようになる。
【００５７】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００５８】
１０１…第１光導波路、１０２…第２光導波路、１０３…第３光導波路、１０４…クラッド、１１１…第１コア、１１２…第２コア、１１３…第３コア。
【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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