(57)【要約】      （修正有）【課題】製造が容易で、複数の波長又は偏光を有する光信号を操作することが可能な多モード干渉デバイスを提供する。【解決手段】多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスが、基板層と、光信号を伝搬する基板層上に堆積されたコア層と、光信号を導波するコア層上に堆積されたクラッディング層とを備える。コア層は、異なる波長を有する複数の光信号を伝播するのに適するコアセクションを含む。コアセクションは、複数の光信号の位相を固有の大きさでシフトさせるシフトセグメントを含む。シフトセグメントは、異なる有効屈折率を有するセクション２１５と、傾斜セクション２２５と、湾曲セクションと、幅、厚さ、又は有効屈折率が変化する導波路との少なくとも１つ又は組合せを含む。【選択図】図２Ａ
2015069205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多モード干渉デバイスであって、
基板層と、
前記基板層上に堆積され、光信号を伝搬するコア層と、
前記コア層上に堆積され、前記光信号を導波するクラッディング層と
を備え、
前記コア層は、異なる波長を有する複数の光信号を伝播するのに適するコアセクションを含み、
前記コアセクションは、前記複数の光信号の位相を固有の大きさでシフトさせるシフトセグメントを含み、
前記シフトセグメントは、異なる有効屈折率を有するセクションと、傾斜セクションと、湾曲セクションと、幅、厚さ、又は、有効屈折率が変化する導波路のうちの少なくとも１つ又はそれらの組合せを含む、
多モード干渉デバイス。
【請求項２】
該多モード干渉デバイスは、予め設定された動作に応じて前記光信号を操作し、前記シフトの位相シフト構造部分の組合せは前記予め設定された動作について最適化される、
請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項３】
前記予め設定された動作は、前記複数の光信号を分割すること、又は、前記複数の光信号を合成することを含む、
請求項２に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項４】
前記シフトセグメントは、第１の部分及び第２の部分を有する傾斜セクションを含み、前記傾斜セクションの前記第２の部分の少なくとも一部は、前記コアセクション内の有効屈折率を変更するパッチによって修正される、
請求項２に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項５】
前記複数の光信号は、第１の波長を有する第１の信号及び第２の波長を有する第２の信号を含み、前記シフトセグメントの前記第１の部分は、前記第１の信号に−π／２位相シフトを付加し、前記シフトセグメントの前記第２の部分は、前記第２の信号に−π／２位相シフトを付加する、
請求項４に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項６】
第１の波長を有する第１の信号及び第２の波長を有する第２の信号を含む前記複数の光信号を受容する入力セクションと、
前記第１の信号及び前記第２の信号を別々に出力する複数の出力ポートを有する出力セクションと
を更に備える、
請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項７】
前記入力セクションは１×２の多モード干渉カプラーを含み、前記出力セクションは２×２の多モード干渉カプラーを含む、
請求項６に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項８】
前記シフトセグメントは、前記入力セクションに平行に配列された第１のシフトセグメント及び前記出力セクションに平行に配列された第２のシフトセグメントを含み、前記第２のシフトセグメントは、前記第１のシフトセグメントに対して傾斜し、前記シフトセグメントの一部は、材料のパッチを含み、前記材料は、前記パッチを境界付ける材料と異なる有効屈折率を有する、
請求項６に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項９】
前記コア層は、第１の均一なセクション及び第２の均一なセクションを含み、
前記第１の均一なセクションと、前記第２の均一なセクションと、前記多モード干渉デバイスの前記コアセクションとは、それぞれ、２つの側部縁及び２つの端部縁を有し、
前記セクションは、対応する側部縁によって接続され、
前記セクションの前記端部縁は、多モード干渉デバイスの縁を形成し、
前記コアセクションは、材料を有するパッチを含み、前記材料は、前記パッチを境界付けるエリアの材料と異なる有効屈折率を有し、
前記パッチは側部縁及び端部縁を有し、前記パッチの前記側部縁はテーパーが付けられる、
請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項１０】
前記コアセクションは、材料の幅、厚さ、又は、有効屈折率が互いに異なる複数の導波路を含む、
請求項１に記載の多モード干渉デバイス。
【請求項１１】
多モード干渉デバイスを用いて、予め設定された動作に応じて、光信号を操作する方法であって、
位相シフト構造部分の組合せを決定することであって、前記予め設定された動作に応じて異なる波長を有する複数の光信号を異なるように操作することと、
基板と、クラッディング層と、前記複数の光信号を伝搬するのに、いずれの地点でも適したコアセクションを含むコア層とを有する前記多モード干渉デバイスを作製することと、
を含み、前記コアセクションは、位相シフト構造部分の前記組合せを含む、
光信号を操作する方法。
【請求項１２】
前記位相シフト構造部分は、異なる有効屈折率を有するセクションと、傾斜セクションと、湾曲セクションと、幅又は厚さが変化する導波路とからなる群から選択される、
請求項１１に記載の光信号を操作する方法。
【請求項１３】
前記多モード干渉デバイスは、複数のコア層及びクラッディング層を有し、前記上側コア層の一部は、有効屈折率の差を生成するようにエッチングされる、
請求項１１に記載の光信号を操作する方法。
【請求項１４】
前記コア層は、インジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）材料を含み、前記基板及び前記クラッディング層は、インジウムリン（ＩｎＰ）材料を含む、
請求項１１に記載の光信号を操作する方法。
【請求項１５】
前記コア層及び前記基板はＳｉ材料を含み、前記クラッディング層は二酸化シリコンを含む、
請求項１１に記載の光信号を操作する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、光デバイスに関し、より詳細には、光信号を伝搬し操作する多モード干渉（ＭＭＩ：multi-mode interference）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信では、種々の波長及び偏光を有する光信号は、単一光搬送波内で多重化され得る。電気通信ネットワークは柔軟性及び構成可能性に益々焦点を合わせつつあり、それには光通信用のフォトニック集積回路（ＰＩＣ：photonic integrated circuit）の機能を高めること、及びコンパクトなデバイスが必要とされる。多モード干渉（ＭＭＩ）に基づく光デバイスは、広い帯域幅を有し、偏光の影響を受けにくく、作製公差が大きい。
【０００３】
幾つかの応用形態の場合に、光信号を操作するＭＭＩデバイスの長さを最小化することが望ましい。例えば、１つのＭＭＩデバイスでは、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙのようなインジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）コアが、インジウムリン（ＩｎＰ）基板と上側クラッディングとの間に挟持される。
【０００４】
コアは高い屈折率を有するので、光信号はコア内に極めて集中する。クラッディングは相対的に低い屈折率を有し、デバイスの深部を通って光信号を導波する。ＭＭＩデバイスの長さＬは、短い波長のビート長及び長い波長のビート長の連続した多数の繰返しを必要とする。ビート長は、
【数１】
2015069205.tif 000003
として規定され、式中、β０及びβ１は、第１の最小次数モードの伝搬定数である。
【０００５】
２つの異なる波長λ１及びλ２を分割するために、ＭＭＩ導波路の自己イメージング理論（self imaging theory）は、ＭＭＩセクションの長さＬＭＭＩが、式（１）を満たすことを要求する。式中、ｍは正整数である。
【０００６】
【数２】
2015069205.tif 000004
【０００７】
ＬＭＭＩが、式（１）を満たすとき、各波長に対応する２つのイメージは、ＭＭＩ導波路の幅（ＷＭ）に沿って異なる位置で形成され、したがって、波長の分離を可能にする。ここで、Ｌπは、式（２）によって近似され得る多モード領域の波長依存ビート長である。
【０００８】
【数３】
2015069205.tif 000005
【０００９】
式（２）において、ｎｅｆｆは、有効屈折率であり、一般に同様に波長依存性がある。式（１）は、所与の波長間隔Δλについて、式（３）であることを示す。
【００１０】
【数４】
2015069205.tif 000006
【００１１】
８μｍの典型的なＭＭＩ幅及び４．５ｎｍのΔλの場合、典型的な１．３０４５８／１．３０９４１μｍ波長コンバイナーについての対応するＭＭＩ長は、数十ミリメートルである。しかしながら、４０／１００Ｇイーサネット（登録商標）の場合の波長間隔は通常２０ｎｍ以下である。小さなデバイス内で類似の波長でレーザ発振している光信号を合成及び分離するのは難しい。
【００１２】
例えば、Yao他による非特許文献１において、１つのＭＭＩ利用波長スプリッター／コンバイナーが記述されている。しかしながら、そのデバイスを動作させるために、波長間隔は非常に大きくなければならない（例えば、１．３μｍ及び１．５５μｍ）。別の光マニピュレーターがJiao他の非特許文献２によって記述されている。しかし、そのマニピュレーターによって用いられる方法は、フォトニック結晶にしか適用されず、そのようなマニピュレーターは製造するのが難しい。
【００１３】
別のＭＭＩコンバイナーが特許文献１に記載されている。しかし、そのＭＭＩコンバイナーは、２４０ｎｍの大きな波長間隔のために動作するように設計されている（例えば、１．５５μｍまたは１．３１μｍ波長動作）。特許文献２に記載されている別の方法は外部制御信号を用いて光信号を多重化又は分離化するが、応用形態の中には適していないものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６，５８０，８４４号
【特許文献２】米国特許第７，３４９，６２８号
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Chen Yao et al., "An ultracompact multimode interference wavelength splitter employing asymmetrical multi-section structures", ＯＳＡ，２０１２年７月，Optics Express vol.20, No.16, p.18248-18253
【非特許文献２】Yang Jiao, "Systematic Photonic Crystal Device Design: Global and Local Optimization and Sensitivity Analysis", IEEE, ２００６年３月，IEEE J. Quantum Electronics, Vol.42, No.3, p.266-279
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
光デバイスの長さを短くし、作製が複雑にならないようにしながら、複数の波長又は偏光を有する光信号を操作することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の種々の実施形態は、異なる波長を有する光信号を伝搬する多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスのコアセクションの構造の変動が伝搬信号に異なるように影響を及ぼすという認識に基づく。構造のこれらの変動は、コアセクションの有効屈折率を変動させる変更並びにコアセクションの幅、厚さ、材料、及び形状の変動を含む。
【００１８】
コアセクションの構造のこれらの変動は、伝搬する光信号の位相を操作するために使用され、また、本明細書で位相シフト構造部分と呼ばれ得る。位相シフト構造部分の１つ又は組合せが、ＭＭＩの種々の分割／合成動作を達成するために選択され得ることが更に認識された。
【００１９】
したがって、一実施形態は、基板層と、光信号を伝搬する前記基板層上に堆積されたコア層と、前記光信号を導波する前記コア層上に堆積されたクラッディング層とを備える、多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスを開示する。前記コア層は、異なる波長を有する複数の光信号を伝播するのに適するコアセクションを含む。該コアセクションは、前記複数の光信号の位相を（波長ごとに）固有の大きさで（位相）シフトさせるシフトセグメントを含む。前記シフトセグメントは、異なる有効屈折率を有するセクションと、傾斜セクションと、湾曲セクションと、幅、厚さ、又は有効屈折率の変動を有する導波路との少なくとも１つ又は組合せを含む。
【００２０】
別の実施形態は、多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスによって予め設定された動作に応じて光信号を操作する方法を開示する。本方法は、前記予め設定された動作に応じて異なる波長を有する複数の光信号を異なるように操作する位相シフト構造部分の組合せを決定することと、基板と、クラッディング層と、前記複数の光信号を伝搬するのにいずれの地点でも適したコアセクションを含むコア層と、を有する、前記ＭＭＩデバイスを作製することとを含み、前記コアセクションは、位相シフト構造部分の前記組合せを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による、例示的な多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスの等角図である。
【図１Ｂ】本発明の幾つかの実施形態によるＭＭＩデバイスの機能図である。
【図２Ａ】一実施形態によるＭＭＩデバイスの上面略図である。
【図２Ｂ】一実施形態によるＭＭＩデバイスの断面略図である。
【図２Ｃ】異なる実施形態によるＭＭＩデバイスの変形形態を示す図である。
【図２Ｄ】異なる実施形態によるＭＭＩデバイスの変形形態を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるＭＭＩデバイスの上面図である。
【図３Ｂ】本発明の別の実施形態によるＭＭＩデバイスの上面図である。
【図４】異なる有効屈折率を有するパッチを有するＭＭＩデバイスの上面図である。
【図５】本発明の一実施形態による複数の導波路を含むコアセクションを有する実施形態を示す図である。
【図６】複数の出力ポートを有するＭＭＩデバイスの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１Ａは、本発明の一実施形態による光信号を操作する例示的な多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスの等角図を示す。この例では、ＭＭＩデバイスは、異なる波長を有する２つの光信号を分割するためのスプリッターである。しかし、種々の実施形態によって使用される原理は、任意の数の光信号を分割又は合成することに容易に拡張される。
【００２３】
以下に記載されるとともに図面に示されるように、そのＭＭＩデバイスは、基板層と、コア層と、クラッディング層とを有するエピタキシャル成長構造として実現することができる。例えば、一実施形態では、ＭＭＩデバイスはインジウムリン（ＩｎＰ）／インジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）構造であり、その構造は、ＩｎＰ基板と、例えば、ＩｎＰに６０％格子整合したＡｓ組成を有するＩｎＧａＡｓＰコア層と、ＩｎＰクラッディング層とを含む。別の実施形態では、そのＭＭＩデバイスは、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）／アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）を含む。他の変形形態が可能であり、本発明の実施形態の範囲内にある。
【００２４】
例えば、図１ＡのＭＭＩデバイスは、例えばＩｎＰ層１からなる基板層と、基板層上に成長又は別様に堆積して光信号を伝搬する例えばＩｎＧａＡｓＰ層２からなるコア層と、コア層上に成長又は別様に堆積して光信号を導波する例えばＩｎＰ層３からなるクラッディング層とを備える。
【００２５】
ＭＭＩデバイスは、第１の波長を有する第１の信号及び第２の波長を有する第２の信号を含む複数の光信号を受容するための入力セクションを含み得る。例えば、入力セクションは、光信号１２を入力するための入力導波路１１を含み得る。ＭＭＩデバイスはまた、第１の信号及び第２の信号を別々に出力するための複数の出力ポートを有する出力セクションを含み得る。例えば、出力セクションは、２つの信号を出力するための出力導波路１３及び１４を含み得る。一実施形態では、光信号１２は、異なる波長の２つの信号を含む。例えば、光信号は第１の波長λ１を有する第１の信号と、第２の波長λ２を有する第２の信号とを含む。この実施形態では、予め設定された動作は、光信号を第１の信号及び第２の信号に分割することを含む。
【００２６】
ＭＭＩデバイスのコア層２は、幾つかのセクション２１、２２、及び２３を含み得る。これらのセクションは、均一及び不均一であり得る。コアセクション２２は、不均一であり、異なる波長の光信号を操作するために位相シフト構造部分の組合せを含むシフトセグメントを有し得る。例えば、変位セグメントは、異なる有効屈折率を有するセクションと、傾斜セクション（傾斜形状部分）と、湾曲セクション（曲線形状部分）と、幅又は厚さの変動を有する導波路（導波路部分）のうちの少なくとも１つ又はそれらの組合せを含み得る。均一のセクション２１及び２３は、小さな波長依存性を有し得る。セクション２１は、１×Ｎ（Ｎ＝１又は２）ビームスプリッターであり、セクション２３は２×２ビームスプリッターである。
【００２７】
当該予め設定された動作は実施形態によって異なる。例えば、一実施形態では、予め設定された動作は、複数の信号を合成して１つの信号にすることを含む。別の実施形態では、予め設定された動作は、信号の波長に基づいて複数の信号を合成又は分割することを含む。また、種々の実施形態において、信号の波長及び／又は偏光は異なる可能性がある。
【００２８】
本発明の種々の実施形態は、異なる波長を有する光信号を伝搬する多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスのコアセクションの有効屈折率の変更（change）、又は、コアセクションの幅、厚さ、材料、及び、形状の変更（variation）によって、異なる波長の光信号が異なるように影響を受けるという認識に基づく。コアセクションの構造のこれらの変更は、伝搬する光信号の位相を操作するために用いられ、また、本明細書で位相シフト構造部分と呼ばれ得る。位相シフト構造部分の１つ又は組合せが、ＭＭＩの種々の分割または合成動作を達成するために選択され得ることが更に認識される。
【００２９】
図１Ｂは、本発明の幾つかの実施形態による図１ＡのＭＭＩデバイスの機能図を示す。ＭＭＩデバイスは、入力セクション１１０と、シフトセグメント１２０を有するコアセクションと、出力セクション１３０とを含む。第１の波長を有する第１の信号１１２及び第２の波長を有する第２の信号１１４を含む光信号は、入力セクション１１０に入るように結合され、シフトセグメント１２０を使用して、例えば等しい位相及び等しいパワーを有する出力セクション１３０の２つのアーム１３２及び１３４に分割される。幾つかの変形形態では、入力セクションは、１×２のＭＭＩカプラーを含む、すなわち、入力信号は２つの出力に分割され、出力セクションは、２×２のＭＭＩカプラー、すなわち、２つの入力信号及び２つの出力信号を有するカプラーを含み、各入力信号は、２つの出力に分割される。
【００３０】
位相シフト（phase shift）１２０セクションは、例えば、上側アーム内で第１の信号１１２に余分の−π／２位相シフト１２２を、また、下側アーム内で第２の信号１１４に余分の−π／２位相シフト１２４を付加するように設計される。両方のアームからの電界が出力セクションで結合されると、クロスアーム１４２からやって来る１つの出力の電界（例えば、下側アームからの上側出力の電界又は上側アームからの下側出力の電界）は、バーアーム１４４からの電界（例えば、上側アームからの上側出力の電界又は下側アームからの下側出力の電界）と比較して余分の−π／２位相シフトを有する。
【００３１】
異なる位相を有する電界間の干渉は、第１の信号を上側出力アーム１３２に入るようにさせ、一方、第２の信号は、下側出力アーム１３４に入るように強制される。したがって、異なる波長を有する２つの光信号の結合は、第１の波長を有する第１の信号１５２及び第２の波長を有する第２の信号１５４に分割される。
【００３２】
位相シフトセグメントは、種々の技法を使用して実装され得る。例えば、一実施形態では、シフトセグメントは、多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスの不均一コアセクション内の有効屈折率の変化に基づいて光信号の第１の成分及び第２の成分の位相をシフトさせる。例えば、有効屈折率の変化は、コアセクションの材料の幅、厚さ、材料を変更することによって実装され得る。これらの実施形態の幾つかの変形形態では、有効屈折率の変化は、コアセクションの形状の変更と組合される。例えば、幾つかの実施形態では、コアセクションの形状は、傾斜セクション又は湾曲セクションを含むように修正される。
【００３３】
幾つかの実施形態は、予め設定された動作に応じて異なる波長を有する複数の光信号を異なるように操作する位相シフト構造部分の組合せを決定する。次に、ＭＭＩデバイスは、位相シフト構造部分の組合せを含むコアセクションを有するように作製される。
【００３４】
図２Ａ及び図２Ｂは、一実施形態によるＭＭＩデバイスの略図である。図２Ａは、ＭＭＩデバイスの上面を示す。図２Ｂは、縁（edge）２３４に沿う断面を示す。この実施形態では、シフトセグメントは、パッチによって部分的に修正された傾斜セクションを含む。例えば、シフトセグメントは、入力セクション１１０と平行に配列された第１のシフトセグメント２１０及び出力セクション１３０と平行に配列された第２のシフトセグメント２２０を含む。この実施形態では、第１のシフトセグメント及び第２のシフトセグメントは、互いに対して傾斜し（２２５）、シフトセグメントの一部はパッチ２１５を含む。通常、パッチ２１５は、コア層からエッチングされる、及び／又は、コア層の少なくとも他の部分と異なる屈折率を有する材料を含む。代替的に、クラッディング層２７９の厚さは変更され得る、又は、局所的有効屈折率を異ならせる多くの変形形態が存在する。パッチ２１５と組合せた傾斜２２５は、位相シフト構造効果を生成し、上述した機能をもたらす。
【００３５】
種々の実施形態では、ＭＭＩデバイスのセクションの平行配置構成及び傾斜配置構成は、セクションの側部縁及び端部縁を所定の方向にすることによって達成される。例えば、ＭＭＩデバイスの各セクションは、２つの側部縁、例えば縁２３６及び２３８並びに２つの端部縁、例えば縁２３２及び２３４を含む。
【００３６】
上記セクションは、通常、対応する側部縁によって接続され、セクションの端部縁は、ＭＭＩデバイスの縁を形成し得る。したがって、セクションは、第１のシフトセグメントの端部縁が入力セクションの端部縁と１８０°の角度（平角）を形成し、第２のシフトセグメントの端部縁が出力セクションの端部縁と平角を形成するように配列される。対照的に、第１のシフトセグメントの端部縁は、第２のシフトセグメントの側部縁と鋭角又は鈍角を形成する、すなわち、これらのセクションは傾斜する。
【００３７】
種々の実施形態では、シフトセグメントの縁は、ＭＭＩの入力縁／出力縁と平行角度を形成しない、すなわち、その縁は、光結合効率を改善するために、斜めにされ得るか又はテーパーを付けられ得る。
【００３８】
種々の実施形態では、シフトセグメントは、ＭＭＩデバイスのコアセクションに統合され、それが、ＭＭＩデバイスの長さを減少させる。シフトセクション及びシフトセクションの上側部分のパッチの材料並びに寸法は、シフトセグメントの上側部分内で第１の波長を有する第１の信号に余分のθ−π／２位相シフトを、また、シフトセグメントの下側部分内で第２の波長を有する第２の信号に余分のθ−π／２位相シフトを付加するように選択される。定位相θは、傾斜角度を調整することによって０に設定され得る。通常、調整することは、ＭＭＩデバイスを作製する設計段階で行われる。付加的に又は代替的に、傾斜角度を調整することは、電界又は熱を加えることによって屈折率を局所的に変更させることによって行われ得る。
【００３９】
この実施形態の一変形形態は、以下の幾何学的パラメーターを有する。これらのパラメーターは、例示のために設けられる。入力導波路２４０はＷｉｎｐｕｔ＝２．５μｍの幅２４５を有する。多モードＭＭＩデバイスは、４つのセクションＳ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４を含む。Ｓ１セクション及びＳ４セクション、すなわち、入力セクション及び出力セクションは、不均一屈折率部分を含まず、一方、Ｓ２セクション及びＳ３セクションの上側部分、すなわち、シフトセグメントの第１の部分及び第２の部分はエッチングされる。Ｓ２セクション及びＳ３セクションは、２つの波長に応じて、予め設定された角度、通常、−２度〜２度だけ、角度の付いた傾斜２２５によって接合される。ＭＭＩデバイスは、ＷＭＭＩ＝６μｍの幅２５０及びＬ＝１４９０μｍの全長を有する。パッチ領域は、Ｗｐ＝３．６５μｍの幅２５５及び全部でＳ２＋Ｓ３＝１１７１μｍの長さを有する。Ｓ２及びＳ３の特定の選択は、性能に強い影響を及ぼさないが、通常、Ｓ２はＳ３に等しい。Ｓ１セクション及びＳ４セクションの長さは、それぞれ、１００μｍ及び１１９μｍである。上側出力アーム２６０及び下側出力アーム２６２はともに、２．５μｍの幅２６４を有し、１μｍのギャップ２６３を有した状態で配置される。
【００４０】
デバイス、すなわち、０．５μｍの厚さ２７４を有する導波路コア２７３としてのＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙ（ｙ＝０．４）及び１μｍ厚のＩｎＰクラッディング層が、インジウムリン（ＩｎＰ）基板２７０上に構築される。また、導波路のコアセクション２７５が０．２μｍの厚さ２７６だけエッチングされることを図２Ｂが示すとしても、他の実施形態は、異なる材料組成又は異なるクラッディング層厚を有するコアセクション又は層を使用する。
【００４１】
図２Ｃは、ＩｎＧａＡｓＰコア層２７３、ＩｎＰエッチストッパ層２８０、及びＩｎＧａＡｓＰ上側コア層２８１がＩｎＰ基板２７０の上部に堆積される変形形態を示す。この場合、パッチエリア２８２は、ＩｎＰエッチストッパ層２８０までＩｎＧａＡｓＰ上側コア層２８１をエッチングすることによって生成される。したがって、ＩｎＧａＡｓＰ上側コア層厚２７６は、エッチングプロセスの変更（variation）によって影響を受けず、製造再現性が増加する。ＩｎＰクラッディングは、上側クラッディング層及びエッチングされたパッチ２８２を被覆する。
【００４２】
図２Ｄは、Ｓｉ基板２９０上に構築されたＭＭＩデバイスの実施形態を示し、Ｓｉコア層２９４は、二酸化シリコンＳｉＯ２クラッディング層２９２によって囲まれる。不均一なコアセクションが、ステップ２９６を使用して形成される。
【００４３】
図３Ａは、パッチの前縁３０１及び端部縁３０２がテーパーを付けられるか又は傾けられる実施形態を示す。真直ぐな縁と比較した利益は、モード伝搬がよりスムーズであり、伝搬効率がより高いことである。
【００４４】
この実施形態では、コア層は、第１の均一なセクション３１０と、第２の均一なセクション３３０と、コアセクション３２０とを含む。ＭＭＩデバイスの第１の均一なセクションと、第２の均一なセクションと、コアセクションとのそれぞれは、２つの側部縁及び２つの端部縁を有する。上記セクションは、対応する側部縁、例えば縁３１１によって接続される。上記セクションの端部縁はＭＭＩデバイスの縁を形成する。コアセクションは、ある材料を有するパッチを含み、当該材料は、前記パッチを境界付けるエリアの材料と異なる有効屈折率を有する。当該パッチは側部縁及び端部縁を有し、パッチの側部縁はテーパーを付けられる。パッチ３１５の形状の他の変形形態が可能である。コアセクションはまた傾斜３１５を含み得る。
【００４５】
図３Ｂは、均一な有効屈折率を有する実施形態を示し、信号の操作は傾斜２２５によって実施される。この実施形態の幾つかの変形形態は、波長スプリッター／コンバイナーを形成するためにＭＭＩデバイスのパラメーターを選択する。この構造の利益は、作製が比較的簡単であることである。
【００４６】
図４は、パッチ４１０を含むＭＭＩデバイスのコアセクション４００を有する実施形態を示す。パッチ４１０は、コアセクションの周囲領域４２０と異なる有効屈折率を有する。図４の実施形態では、コアセクション４００は湾曲している。代替の実施形態では、コアセクションは異なる形状を有し得る。
【００４７】
図５は、複数の導波路を含むコアセクションを有する実施形態を示す。この複数の導波路は、導波路を構成する材料の幅、厚さ、又は、有効屈折率の少なくとも１つが、互いに異なる。例えば、図５の実施形態は、２つの導波路５１０及び５２０を含む。導波路５１０は、導波路５２０の有効屈折率とは異なる有効屈折率を有し得る。導波路の幅５１２及び５２２は、有効屈折率の差を更に増加させるために同様に異なり得る。位相シフトセクション５００は、傾斜導波路及び／又は湾曲導波路を含み得る。
【００４８】
図６は、３つ以上の出力ポート６２０が存在する変形形態を示す。位相シフトセクション６００は、周囲エリアと比較して異なる有効屈折率を有するエリア６１０を含む。位相シフトセクション６００は、傾斜周縁及び／又は湾曲周縁を含み得る。エリア６１０の形状が変更し得る。
【００４９】
以上のように、本発明に係る上述した実施の形態によれば、波長（λ１，λ２）により異なる位相シフトを与えるシフトセグメント（例えば、図１Ｂの１２０の部分、図２Ａ及び図３Ｂの２１０＋２２０の部分）を有し、シフトセグメントは、ＭＭＩ内でほぼ２つのビームに分かれて並行して伝搬する部分（１２０の上下アーム）間に大きな有効屈折率差を与える構造である。シフトセグメントは、異なる有効屈折率のセクション（２１５）と、傾斜セクション（２２５）と、湾曲セクションと、幅、厚さ、有効屈折率の異なる導波路部分、または、それらの組み合わせからなる。シフトセグメントの有効屈折率差は波長依存性を有し、２つの伝搬ビーム間の位相差が波長によりπだけ異なるように調整されている。このように、ＭＭＩ内部に、有効屈折率の異なる２つの光伝搬領域と、当該伝搬光に位相差を付与する傾斜接合とを設けることにより、２つの伝搬ビーム間の有効屈折率差とその波長依存性を大きくする構成としたので、近接した２波長で位相差がπ異なる（すなわち２波長を合分波する）構造を、製造が容易な小型の素子で実現できる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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