(57)【要約】【課題】温度無依存化を達成する。【解決手段】等価屈折率の温度依存性が互いに異なる第１部分光導波路１２Ａ１〜６と第２部分光導波路１２Ｂ１〜６とが直列に接続された第１〜第６光導波路１２１〜１２６を備えた光導波路アレイ１４と、光導波路アレイの一端に接続された入力側平面導波路１６と、光導波路アレイの他端に接続された出力側平面導波路１８と、入力側平面導波路に接続された入力用光導波路２０と、出力側平面導波路に接続された出力用光導波路２２ａ〜２２ｃとが、Ｓｉを用いて、屈折率差が４０％以上のクラッドＣＬに形成されていて、第１〜第６光導波路において、（１）光導波路番号ｉが順次増大する毎に、光路長が一定値Δｌずつ増加し、（２）光導波路番号ｉ順次増大する毎に、全幾何学的長さが一定値ΔＬずつ増加し、（３）光導波路番号ｉ順次増大する毎に、前記第２部分光導波路の幾何学的長さが一定値ΔＬａずつ増加する。【選択図】図１
2011180421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等価屈折率の温度依存性が互いに異なる第１部分光導波路と第２部分光導波路とが直列に接続されてそれぞれ形成された第１〜第Ｎ光導波路（ただし、Ｎは整数）を備えた光導波路アレイと、
前記光導波路アレイの一端に接続された入力側平面導波路と、
前記光導波路アレイの他端に接続された出力側平面導波路と、
前記入力側平面導波路に接続された入力用光導波路と、
前記出力側平面導波路に接続された複数の出力用光導波路とが、Ｓｉを用いて、該Ｓｉとの屈折率差が４０％以上のクラッドに形成されていて、
前記第１〜第Ｎ光導波路において、
（１）光導波路番号ｉ（ｉは１＜ｉ≦Ｎを満たす整数）が順次に増大する毎に、光路長が一定値Δｌずつ増加し、
（２）光導波路番号ｉが順次に増大する毎に、全幾何学的長さが一定値ΔＬずつ増加し、
（３）光導波路番号ｉが順次に増大する毎に、前記第２部分光導波路の幾何学的長さが一定値ΔＬａずつ増加する
ことを特徴とする光合分波素子
【請求項２】
前記第２部分光導波路は、光伝播方向に直交する矩形状断面の幅方向の寸法が、前記第１部分光導波路の光伝播方向に直交する矩形状断面の幅方向の寸法よりも大きい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】
前記第１〜第Ｎ光導波路は、前記入力側平面導波路から前記出力側平面導波路までの間に、前記第１部分光導波路、前記第２部分光導波路及び前記第１部分光導波路がこの順序で接続されて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光合分波素子。
【請求項４】
前記第１〜第Ｎ光導波路は、前記入力側平面導波路から前記出力側平面導波路までの間に、前記第２部分光導波路、前記第１部分光導波路及び前記第２部分光導波路がこの順序で接続されて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光合分波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の波長の光を合波及び分波する光合分波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光素子の小型化と量産化を目的として、Ｓｉ（シリコン）を光導波路材料として用いる技術が注目されている。Ｓｉ製の光素子の一つとして、光合分波素子が知られている。これは、光加入者系通信システムなどにおいて用いられ、異なった波長の光を一本の光ファイバに合波し、及び光ファイバから異なった波長の光を分離して取り出す目的で使用される。
【０００３】
光合分波素子としては、様々な構造のものが存在するが、波長合分波特性が良好で小型化が可能なアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いた光合分波素子が近年注目されている。
【０００４】
ところで、一般にＳｉ製の光合分波素子は、温度依存性が大きいため、光合分波素子の周囲の温度が変化すると、素子の波長合分波特性が変化してしまうという問題がある。
【０００５】
Ｓｉ製の光合分波素子の温度依存性を解消するための一つの方法として、ポリマークラッドを用いる技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、この方法では、単結晶Ｓｉとポリマーとを組み合わせて光合分波素子を作成する必要があるために、製造工程が複雑となるという別の問題が発生する。
【０００６】
また、ポリマーを使用せずに光導波路の構造を工夫することにより、Ｓｉ製の光素子の温度無依存化を図った技術が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．１７，ｐｐ１４６２７−１４６３３，Ａｕｇｕｓｔ  １７，２００９
【非特許文献２】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．５，ｐｐ５９９−６０１，Ｍａｒｃｈ  １，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献２の技術はマッハツェンダ干渉計に関する技術であり、アレイ導波路回折格子を用いた光合分波素子に関するものではなかった。
【０００９】
発明者は、鋭意検討の結果、光導波路の幅を異ならせることにより、当該光導波路の等価屈折率の温度依存性を変化させることができることに着眼し、幅の異なる２種類の光導波路を用いてアレイ導波路回折格子を形成することで、上述した問題点を解決できることに想到した。
【００１０】
従って、この発明の目的は、光導波路の構造を工夫することにより温度無依存化を達成した、Ｓｉ製でＡＷＧ型の光合分波素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的の達成を図るために、この発明の光合分波素子は、等価屈折率の温度依存性が互いに異なる第１部分光導波路と第２部分光導波路とが直列に接続されてそれぞれ形成された第１〜第Ｎ光導波路（ただし、Ｎは整数）を有する光導波路アレイと、光導波路アレイの一端に接続された入力側平面導波路と、光導波路アレイの他端に接続された出力側平面導波路と、入力側平面導波路に接続された入力用光導波路と、出力側平面導波路に接続された複数の出力用光導波路とが、Ｓｉを用いて、Ｓｉとの屈折率差が４０％以上のクラッドに形成されている。
【００１２】
そして、第１〜第Ｎ光導波路において、
（１）光導波路番号ｉ（ｉは１＜ｉ≦Ｎを満たす整数）が順次に増大する毎に、光路長が一定値Δｌずつ増加し、
（２）光導波路番号ｉが順次に増大する毎に、全幾何学的長さ（経路長）が一定値ΔＬずつ増加し、
（３）光導波路番号ｉが順次に増大する毎に、第２部分光導波路の幾何学的長さ（経路長）が一定値ΔＬａずつ増加することを特徴とする。
【００１３】
このように、光導波路アレイを、等価屈折率の温度依存性の異なった第１部分光導波路と第２部分光導波路とで構成し、第１及び第２部分光導波路の経路長を調整することにより、素子全体としての等価屈折率の温度依存性を従来よりも相殺することができる。その結果、従来以上に温度依存性を低減した光合分波素子が得られる。
【００１４】
ここで、第２部分光導波路は、光伝播方向に直交する矩形状断面の幅方向の寸法が、第１部分光導波路の光伝播方向に直交する矩形状断面の幅方向の寸法よりも大きいことが好ましい。
【００１５】
このように第２部分光導波路の断面寸法、特に導波路幅を第１部分光導波路よりも大きくすることにより、製造工程に大きな変更を加えることなく、温度無依存な光合分波素子を製造することができる。
【００１６】
上述の光合分波素子において、第１〜第Ｎ光導波路は、入力側平面導波路から出力側平面導波路までの間に、第１部分光導波路、第２部分光導波路及び第１部分光導波路がこの順序で接続されて形成されていることが好ましい。
【００１７】
また、上述の光合分波素子において、第１〜第Ｎ光導波路は、入力側平面導波路から出力側平面導波路までの間に、第２部分光導波路、第１部分光導波路及び第２部分光導波路がこの順序で接続されて形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、光導波路の構造を工夫することにより温度無依存化を達成したか、又は従来よりも温度依存性を低減した、Ｓｉ製でＡＷＧ型の光合分波素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１の光合分波素子の構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は、図１をＡ−Ａ線に沿って切断した切断端面図である。（Ｂ）は、図１をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。
【図３】実施形態１の変形例の光合分波素子の構造を概略的に示す斜視図である。
【図４】実施形態２の光合分波素子の構造を概略的に示す斜視図である。
【図５】実施形態２の変形例の光合分波素子の構造を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図において各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２１】
（実施形態１）
図１及び図２を参照して、実施形態１の光合分波素子について説明する。図１は、光合分波素子の構造を概略的に示す斜視図である。図２（Ａ）は、図１に示す光合分波素子をＡ−Ａ線に沿って切断した切断端面図である。図２（Ｂ）は、図１に示す光合分波素子をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。
【００２２】
光合分波素子１０は、平行平板状の基板Ｓの第１主面Ｓａ側に形成された構造体であって、後述する入力用光導波路２０から入力された複数の波長が合波された光を、分波した上で、波長ごとに規定された出力用光導波路２２ａ〜２２ｃから出力する機能を有する。
【００２３】
基板Ｓは、この実施形態に示す例では矩形状の平行平板であり、好ましくは例えば、単結晶Ｓｉ製とする。基板Ｓの第１主面Ｓａ上には、クラッドＣＬとしてのＳｉＯ２膜が形成されている。このクラッドＣＬは、屈折率差が４０％以上のものであって、この実施形態では、光合分波素子１０を構成する材料である単結晶Ｓｉに比較して、４０％以上屈折率が小さい。
【００２４】
光合分波素子１０は、このクラッドＣＬの表面に形成されたＳｉ製の光導波路構造体として構成されている。より詳細には、光合分波素子１０は、第１〜第Ｎ光導波路（ただし、Ｎは整数）を有する光導波路アレイ１４を備えている。この実施形態では、以下、Ｎを６とした例につき説明する。従って、第１及び第２部分光導波路もそれぞれ６本ずつ設けられている。よって、光導波路番号をｉとすると、ｉは、１＜ｉ≦Ｎとなり、従って、この実施形態では、光導波路アレイ１４は、第１部分光導波路１２Ａ１〜６と第２部分光導波路１２Ｂ１〜６とが直列に接続されてそれぞれ形成されてかつ並列に設けられている第１〜第６光導波路１２１〜１２６を有している。
【００２５】
さらに光合分波素子１０は、光導波路アレイ１４の一端に接続された入力側平面導波路１６と、光導波路アレイ１４の他端に接続された出力側平面導波路１８と、入力側平面導波路１６に接続された入力用光導波路２０と、出力側平面導波路１８に接続された複数の、例えば３本の出力用光導波路２２ａ〜２２ｃとを備えている。
【００２６】
なお、光導波路アレイ１４を構成する第１〜第６光導波路１２１〜１２６の光路長は、光導波路アレイ１４により波長分離に必要な位相差を生み出すために、光導波路番号ｉが１ずつ増大するごとに一定値Δｌずつ増加している。なお、Δｌについては後述する。
【００２７】
ここで、第１〜第６光導波路１２１〜１２６を構成する第１部分光導波路１２Ａ１〜６と第２部分光導波路１２Ｂ１〜６とは、光伝播方向に直交する断面寸法が異なっている。より詳細には、光導波路の横断面形状を矩形状とする構成例では、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の幅ＷＢが、第１部分光導波路１２Ａ１〜６の幅ＷＡよりも大きい（ＷＢ＞ＷＡ）、すなわち、第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の方が光伝播方向に垂直かつ基板Ｓの第１主面Ｓａに平行な方向の長さが長く形成されている。その結果、第１部分光導波路１２Ａ１〜６と第２部分光導波路１２Ｂ１〜６とでは、等価屈折率の温度依存性に違いが生じる。なお、この点については後述する。
【００２８】
光導波路アレイ１４は、大きく３つの領域に分類される。すなわち、入力側の第１接続領域１４Ａ、中間の幅広導波路アレイ領域１４Ｂ、及び、出力側の第２接続領域１４Ｃである。図１に示す構成例では、第１接続領域１４Ａは、入力側平面導波路１６から境界Ｌ１までの間の領域である。領域１４Ａに続く、幅広導波路アレイ領域１４Ｂは、境界Ｌ１から境界Ｌ２までの間の領域であり、幅広の第２部分光導波路１２Ｂ１〜６を含む領域である。領域１４Ｂに続く、第２接続領域１４Ｃは、境界Ｌ２から出力側平面導波路１８までの間の領域である。
【００２９】
幅広導波路アレイ領域１４Ｂは、標準幅の第１部分光導波路１２Ａ１〜６の各々と、第１部分光導波路１２Ａ１〜６よりも幅広の第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の各々とがそれぞれ直列に接続されている領域である。この実施形態では、第１部分光導波路１２Ａ１〜６と第２部分光導波路１２Ｂ１〜６との間の接続は、光の損失を防ぐために、光伝播方向に沿って徐々に幅が変化するテーパ光導波路Ｔｐを介在させて行っている。これらのテーパ光導波路Ｔｐは、互いに同形であり、好ましくは、例えばテーパ角を３．６°以下の角度とする。なお、ここで、テーパ角とは、テーパ光導波路Ｔｐにおいて、テーパ状に延在する２つの斜辺がなす角度のことを示す。
【００３０】
幅広導波路アレイ領域１４Ｂにおいて、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の幾何学的な長さ（経路長）、つまり境界Ｌ１及びＬ２間の長さはそれぞれ等しい。つまり、幅広導波路アレイ領域１４Ｂにおいて、第１部分光導波路１２Ａｉと第２部分光導波路１２Ｂｉ（ただしｉは１〜６）とを足し合わせた幾何学的な長さはｉによらず等しい。
【００３１】
また、この実施形態では、光導波路中の幅広導波路アレイ領域１４Ｂにおいて、第１〜第６光導波路１２１〜１２６は、光導波路番号ｉが増加するとともに、第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の幾何学的長さが一定値ΔＬａずつ増加するように構成されている。つまり、ｉ番目の第２部分光導波路１２Ｂｉの長さＬ（１２Ｂｉ）には、その前後の第２部分光導波路１２Ｂｉ−１又は１２Ｂｉ＋１との間において、以下に示す関係が成り立っている。
Ｌ（１２Ｂ２）＝Ｌ（１２Ｂ１）＋ΔＬａ、Ｌ（１２Ｂ３）＝Ｌ（１２Ｂ２）＋ΔＬａ、Ｌ（１２Ｂ４）＝Ｌ（１２Ｂ３）＋ΔＬａ、Ｌ（１２Ｂ５）＝（１２Ｂ４）＋ΔＬａ及びＬ（１２Ｂ６）＝Ｌ（１２Ｂ５）＋ΔＬａ
なお、第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の幾何学的長さの増分ΔＬａについては後述する。
【００３２】
第１接続領域１４Ａにおける第１〜第６光導波路１２１〜１２６の幾何学的長さと、第２接続領域１４Ｃにおける第１〜第６光導波路１２１〜１２６の幾何学的長さとを、それぞれ加え合わせた長さは、光導波路番号ｉが順次に増加する毎に、一定値ΔＬずつ増加するように構成されている。
【００３３】
ところで、幅広導波路アレイ領域１４Ｂでは第１〜第６光導波路１２１〜１２６の幾何学的長さは等しいことから、光導波路アレイ１４全体として見た場合、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の全幾何学的長さ（全経路長）は、光導波路番号ｉが順次に増加するごとに、一定値ΔＬずつ増加することとなる。
【００３４】
ここで、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の全幾何学的長さ、すなわち、入力側平面導波路１６と出力側平面導波路１８との間の幾何学的長さをＬ（１２１〜１２６）と表すと、ｉ番目と（ｉ＋１）番目又は（ｉ−１）番目の光導波路間において、Ｌ（１２ｉ）には、以下に示す関係が成り立つ。
【００３５】
Ｌ（１２２）＝Ｌ（１２１）＋ΔＬ、Ｌ（１２３）＝Ｌ（１２２）＋ΔＬ、Ｌ（１２４）＝Ｌ（１２３）＋ΔＬ、Ｌ（１２５）＝（１２４）＋ΔＬ及びＬ（１２６）＝Ｌ（１２５）＋ΔＬ
なお、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の幾何学的長さの増分ΔＬについては後述する。
【００３６】
入力側平面導波路１６は、光導波路アレイ１４の第１接続領域１４Ａ側の端部に接続されており、入力用光導波路２０から異なる波長の光が混合された混合光が入力される。入力側平面導波路１６は、平面導波路部１６ａと、複数のテーパ型導波路部１６ｂ１〜６とで構成されている。
【００３７】
テーパ型光導波路部１６ｂ１〜６は、平面導波路部１６ａの一端面１６Ｒに等角度間隔で放射状に接続されている。テーパ型光導波路部１６ｂ１〜６は、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の第１部分光導波路１２Ａ１〜６にそれぞれ接続されている。テーパ型光導波路部１６ｂ１〜６は互いに同形であり、テーパ角を好ましくは例えば約２°程度とする。
【００３８】
入力用光導波路２０から平面導波路部１６ａの他端面１６Ｌに入力された光を、各テーパ型光導波路部１６ｂ１〜６に等分配するために、テーパ型光導波路部１６ｂ１〜６が設けられている平面導波路部１６ａの一端面１６Ｒは、入力用光導波路２０と平面導波路部１６ａとの接続点を円の中心とする円周に沿って設けられている。
【００３９】
出力側平面導波路１８は、光導波路アレイ１４の第２接続領域１４Ｃ側の端部に接続されている。出力側平面導波路１８は、他端面１８Ｌに、例えば３本の出力用光導波路２２ａ〜２２ｃが設けられており、これらの出力用光導波路２２ａ〜２２ｃのそれぞれから波長分離された光が出力される点を除いて入力側平面導波路１６と同様に構成されている。なお、出力用光導波路を設ける本数は、分離する波長の数に応じて任意好適な本数とすることができる。
【００４０】
すなわち、出力側平面導波路１８は、平面導波路部１８ａと、平面導波路部１８ａの一端面１８Ｒに接続された複数のテーパ型導波路部１８ｂ１〜６とを備えている。テーパ型光導波路部１８ｂ１〜６は、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の第１部分光導波路１２Ａ１〜６にそれぞれ接続されている。
【００４１】
続いて、図１を参照して、光合分波素子１０の動作について簡単に説明する。
【００４２】
第１波長の第１光Ｌｔ１と第１波長とは異なる第２波長の第２光Ｌｔ２との混合光は、入力用光導波路２０を伝播して、入力側平面導波路１６に入力される。入力側平面導波路１６に入力された混合光は、平面導波路部１６ａを伝播して、各テーパ型光導波路部１６ｂ１〜６に等分配される。混合光は、テーパ型光導波路部１６ｂ１〜６から第１〜第６光導波路１２１〜１２６へと伝播し、光路長がそれぞれ異なる第１〜第６光導波路１２１〜１２６を伝播する過程で、波長分離に必要な位相差が導入される。第１〜第６光導波路１２１〜１２６を伝播することで位相差が導入された混合光は、出力側平面導波路１８中において、波長によって異なる伝播経路を辿り、波長により異なる出力用光導波路２２ａ〜２２ｃからそれぞれ出力される。図１に示した例では、第１波長の第１光Ｌｔ１が、出力用光導波路２２ａから出力され、第２波長の第２光Ｌｔ２が、出力用光導波路２２ｂから出力される。
【００４３】
なお、この光合分波素子１０は、従来品に比べて、温度変化に対する光の合波及び分波の波長安定性が高まっている。以下、この点について説明する。
【００４４】
一般に、ＡＷＧを用いた光合分波素子１０の光出力Ｐは、下記（１）式により表される。
Ｐ＝｜Σｑｅｘｐ｛（２ｊπ／λ）［ｑｎｓｄ（ｓｉｎＱｉｎ−ｓｉｎＱｏｕｔ）＋ｑΔｌ］｝｜２・・・（１）
ここで、ｑは、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の光導波路番号を示す。λは、光の波長を示す。ｎｓは、入力側平面導波路１６及び出力側平面導波路１８の等価屈折率を示す。ｄは、入力側平面導波路１６の一端面１６Ｒにおけるテーパ型光導波路部１６ｂ１〜６の取付け間隔、及び、出力側平面導波路１８の一端面１８Ｒにおけるテーパ型光導波路部１８ｂ１〜６の取付け間隔を示す。Ｑｉｎは、入力用光導波路２０の入力側平面導波路１６における取付け位置をｘｉｎとしたときに、ａｔａｎ（ｘｉｎ／Ｌｓ）で表される角度である。Ｑｏｕｔは、出力用光導波路２２ｂの出力側平面導波路１８における取付け位置をそれぞれｘｏｕｔとしたときに、ａｔａｎ（ｘｏｕｔ／Ｌｓ）で表される角度である。なお、Ｌｓは、入力側平面導波路１６及び出力側平面導波路１８の光軸方向に沿って測った長さである。Δｌは、異なる波長の光の合分波を実現するために必要な、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の光路長差である。
【００４５】
ところで、（１）式において、光路長差Δｌは、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の全幾何学的長さの増分ΔＬと、第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の幾何学的長さの増分ΔＬａとを用いて、下記（２）式のように表すことができる。
Δｌ＝ｎ（ΔＬ−ΔＬａ）＋ｎａΔＬａ・・・（２）
ここで、ｎは、導波路幅が標準幅ＷＡである第１部分光導波路１２Ａ１〜６の等価屈折率である。また、ｎａは、導波路幅が幅広幅ＷＢである第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の等価屈折率である。
【００４６】
よって、光合分波素子１０の温度依存性を解消するためには、（２）式で示されたΔｌの温度変化率を０とすればよい。すなわち、下記（３）式で表されるｄ（Δｌ）／ｄＴを０とすればよい。
ｄ（Δｌ）／ｄＴ＝（ｄｎ／ｄＴ）（ΔＬ−ΔＬａ）＋（ｄｎａ／ｄＴ）ΔＬａ・・・（３）
（２）式と（３）式とを連立して解くと、下記（４ａ）式及び（４ｂ）式が得られる。
【００４７】
ΔＬａ＝（Δｌ／ｎ）／［ｎａ／ｎ−（ｄｎａ／ｄＴ）／（ｄｎ／ｄＴ）］・・・（４ａ）
ΔＬ＝（Δｌ／ｎ）＋（１−ｎａ／ｎ）ΔＬａ・・・（４ｂ）
これら（４ａ）式及び（４ｂ）式が光合分波素子１０を温度無依存とするための最終結果である。
【００４８】
ここで、（４ａ）式及び（４ｂ）式を用いて、光合分波素子１０の具体的な寸法の一例を求める。図１に示した光合分波素子１０において、第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の幅ＷＢを１０００ｎｍ及び厚みを３００ｎｍとし、及び第１部分光導波路１２Ａ１〜６の幅ＷＡを４００ｎｍ及び厚みを３００ｎｍとする。このとき、ｎ＝２．４５であり、及びｎａ＝２．９５である。また、（ｄｎ／ｄＴ）＝２．１６×１０−４／Ｋであり、及び（ｄｎａ／ｄＴ）＝１．９５×１０−４／Ｋである。
【００４９】
これらの値を（４ａ）式及び（４ｂ）式に入力すると、（Δｌ／ｎ）＝１に対して、ΔＬａ＝３．３３及びΔＬ＝０．３３４が得られる。つまり、合分波機能を得るために必要な光路長差（Δｌ／ｎ）に対して、幅広の第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の幾何学的長さの増分ΔＬａを３．３３倍とし、及び第１〜第６光導波路１２１〜１２６の全幾何学的長さの増分ΔＬを０．３３４倍とすることにより、光合分波素子１０の温度依存性を解消することができる。
【００５０】
つまり、光合分波素子１０の温度依存性を解消するためには、第１〜第６光導波路１２１〜１２６において、導波路幅が幅広の第２部分光導波路１２Ｂ１〜６の幾何学的長さを、導波路番号とともにΔＬａずつ長くしていくと共に、第１〜第６光導波路１２１〜１２６の幾何学的全長もΔＬずつ長くする必要がある。
【００５１】
（変形例）
図３を参照して、変形例の光合分波素子３０について説明する。光合分波素子３０は、第１〜第６光導波路１２１〜１２６がヘヤピン状に２つ折に折り畳まれている点が、実施形態１の光合分波素子１０と異なっている。従って、光合分波素子３０において、光合分波素子１０と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略する。
【００５２】
光合分波素子３０は、第１〜第６光導波路１２１〜１２６が、中心線Ｃを中心にしてヘアピン状に折り畳まれている。ここで、図３において、中心線Ｃの左側の領域をＡＬと称し、中心線Ｃの右側の領域をＡＲと称する。
【００５３】
上述のように、第１〜第６光導波路１２１〜１２６は、この順序で、ΔＬずつ導波路の幾何学的長さが大きくなっていく。そのために、第１〜第６光導波路１２１〜１２６は、長さが最も短い第１光導波路１２１をヘヤピンの最も内側に配置して、長さが最も長い第６光導波路１２６をヘヤピンの最も外側に配置している。
【００５４】
第１〜第６光導波路１２１〜１２６をヘヤピン型形状としたために、光合分波素子３０では、導波路幅が幅広の第２部分光導波路１２Ｂ１〜６を２つの部分に分割して配置している。すなわち、光合分波素子３０は、ヘヤピンの左側領域ＡＬに左側第２部分導波路１２ＬＢ１〜６を備え、及び、ヘヤピンの右側領域ＡＲに右側第２部分導波路１２ＲＢ１〜６を備えている。そして、左側第２部分導波路１２ＬＢ１〜６と右側第２部分導波路１２ＲＢ１〜６とは、それぞれ、標準幅の第１部分光導波路としてのヘヤピン型接続導波路ＨＰ１〜６で接続されている。ここで、左側及び右側第２部分導波路１２ＬＢ１〜６及び１２ＲＢ１〜６との幾何学的長さの和は、光導波路番号ｉとともに、上述のように、ΔＬａずつ増加していく。
【００５５】
このように、変形例の光合分波素子３０によれば、光合分波素子１０よりも小型化を達成しつつ、波長合分波特性を温度無依存化できる。
【００５６】
（実施形態２）
続いて、図４を参照して、実施形態２の光合分波素子について説明する。図４は、実施形態２の光合分波素子４０の構造を概略的に示す平面図である。
【００５７】
実施形態２の光合分波素子４０は、第２部分光導波路４２Ｂ１〜６が入力側平面導波路４６及び出力側平面導波路４８に接続されている点が実施形態１の光合分波素子１０と異なっている。よって、図４において、図１と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略する。
【００５８】
より詳細には、光合分波素子４０は、第１部分光導波路４２Ａ１〜６と第２部分光導波路４２Ｂ１〜６とが接続された第１〜第６光導波路４２１〜４２６を備えた光導波路アレイ４４と、光導波路アレイ４４の一端に接続された入力側平面導波路４６と、光導波路アレイ４４の他端に接続された出力側平面導波路４８と、入力側平面導波路４６に接続された入力用光導波路５０と、出力側平面導波路４８に接続された複数の出力用光導波路５２ａ〜５２ｃとを備えている。
【００５９】
第１〜第６光導波路４２１〜４２６は、入力側平面導波路４６から出力側平面導波路４８にかけて、導波路幅が幅広の第２部分光導波路４２Ｂ１〜６と、導波路幅が標準幅の第１部分光導波路４２Ａ１〜６と、第２部分光導波路４２Ｂ１〜６がこの順序で直列に接続されている。
【００６０】
第１部分光導波路４２Ａ１〜６と第２部分光導波路４２Ｂ１〜６との間の接続部は、導波路幅の階段状の変化を防ぐために、実施形態１と同様のテーパ導波路Ｔｐで接続されている。
【００６１】
また、光導波路アレイ４４において、第１〜第６光導波路４２１〜４２６の光路長は、実施形態１の場合と同様に、光導波路番号ｉとともに、Δｌずつ長くなっている。また、第２部分光導波路４２Ｂ１〜６の幾何学的長さは、実施形態１の場合と同様に、光導波路番号ｉとともに、ΔＬａずつ長くなっている。また、第１〜第６光導波路４２１〜４２６の幾何学的長さも実施形態１の場合と同様に、光導波路番号ｉとともに、ΔＬずつ長くなっている。
【００６２】
このように、実施形態２の光合分波素子４０は、光合分波素子１０と同様に、温度無依存で複数波長の光の合分波を行うことができる。
【００６３】
さらに、入力側平面導波路４６及び出力側平面導波路４８に接続された第２部分光導波路４２Ｂ１〜６を長くすることができるので、分離すべき光の波長の波長間隔が狭い場合でも、十分な分解能で異なる波長の光の合分波を行うことができる。
【００６４】
（変形例）
続いて、図５を参照して、光合分波素子４０の変形例について説明する。図５は、変形例の光合分波素子６０の構造を概略的に示す平面図である。
【００６５】
光合分波素子６０は、第２部分光導波路６２Ｂ１〜６が、チャネル型光導波路ではなく、入力側平面導波路６６及び出力側平面導波路６８に接続された平面型導波路となっている点が光合分波素子４０と異なっている。
【００６６】
より詳細には、光合分波素子６０において、入力側平面導波路６６の一端面６６Ｒには、入力用光導波路５０が接続されている。ここで、一端面６６Ｒにおける入力用光導波路５０との接続点をＣと称する。そして、入力側平面導波路６６の他端面６６Ｌには、平面型の幅広導波路としての第２部分光導波路６２Ｂ１〜６が接続されている。そして、第２部分光導波路６２Ｂ１〜６の光出力端面には、テーパ型光導波路Ｔｐがそれぞれ接続されている。
【００６７】
第２部分光導波路６２Ｂ１〜６は、この順序で、接続点Ｃからの長さが長くなるように、階段状に形成されている。この階段状に形成された第２部分光導波路６２Ｂ１〜６により、温度無依存化を達成するために必要な長さの差分ΔＬａを形成する。
【００６８】
また、入力側平面導波路６６に接続された第２部分光導波路６２Ｂ１〜６と出力側平面導波路６８に接続された第２部分光導波路６２Ｂ１〜６とを接続している第１部分光導波路６２Ａ１〜６は、光合分波素子４０と同様に、この順序で幾何学的長さが増加する。
【００６９】
この変形例の光合分波素子６０においても、温度無依存で、光の合分波を行うことができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０，３０，４０，６０  光合分波素子
１２１〜１２６，４２１〜４２６  第１〜第６光導波路
１２Ａ１〜６，４２Ａ１〜６，６２Ａ１〜６  第１部分光導波路
１２Ｂ１〜６，４２Ｂ１〜６，６２Ｂ１〜６    第２部分光導波路
１２ＬＢ１〜６  左側第２部分導波路
１２ＲＢ１〜６  右側第２部分導波路
１４，４４  光導波路アレイ
１４Ａ  第１接続領域
１４Ｂ  幅広導波路アレイ領域
１４Ｃ  第２接続領域
１６，４６，６６  入力側平面導波路
１６ａ，１８ａ  平面導波路部
１６ｂ１〜６，１８ｂ１〜６  テーパ型光導波路部
１６Ｒ，１８Ｒ，６６Ｒ  一端面
１６Ｌ，１８Ｌ，６６Ｌ  他端面
１８，４８，６８  出力側平面導波路
２０，５０  入力用光導波路
２２ａ〜２２ｃ，５２ａ〜５２ｃ  出力用光導波路
【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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