(57)【要約】【課題】本発明は、良好な光合波特性あるいは光分波特性を有する光導波素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による光導波素子は、入力端面に接続された、少なくとも１つ以上の入力光導波路１ａと、出力端面に接続された、少なくとも１つ以上でありかつ入力光導波路１ａと同時に１つとはならない出力光導波路３ａ，３ｂとを備え、光合波および光分波の少なくとも一方の機能を有する多モード干渉型の光導波素子であって、入力光導波路１ａは、入力端面の中央よりも端部側に位置し、かつ入力端面との接続位置が中央に対しさらに端部側に逃げるように傾斜して入力端面と接続することを特徴とする。【選択図】図１
2015025980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端面に接続された、少なくとも１つ以上の入力光導波路と、
出力端面に接続された、少なくとも１つ以上でありかつ前記入力光導波路と同時に１つとはならない出力光導波路と、
を備え、光合波および光分波の少なくとも一方の機能を有する多モード干渉型の光導波素子であって、
前記入力光導波路は、前記入力端面の中央よりも端部側に位置し、かつ前記入力端面との接続位置が前記中央に対しさらに前記端部側に逃げるように傾斜して前記入力端面と接続することを特徴とする、光導波素子。
【請求項２】
入力端面に接続され、かつ異なる周波数の光がそれぞれ入力される複数の入力光導波路と、
出力端面に接続された、少なくとも１つ以上の出力光導波路と、
最も長波長ではない光が入力された前記入力光導波路と前記入力端面との間に接続して設けられた延伸部と、
を備え、光合波および光分波の少なくとも一方の機能を有する多モード干渉型の光導波素子であって、
前記延伸部は、当該延伸部に接続された前記入力光導波路よりも幅が広く、かつ当該延伸部に接続された前記入力光導波路に入力された光の波長と前記最も長波長との差に応じた長さを有し、
各前記入力光導波路は、前記入力端面の中央よりも端部側に位置し、かつ前記入力端面または前記延伸部との接続位置が前記中央に対しさらに前記端部側に逃げるように傾斜して前記入力端面または前記延伸部と接続することを特徴とする、光導波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波素子に関し、より特定的には、光ファイバ通信において光集積素子に用いられる光合分波器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信需要の飛躍的な増加に伴い、波長が異なる複数の信号光を多重化して１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システムが実用化されている。
【０００３】
例えば、近年では、波長１．３μｍ帯において４波長を合波することによって伝送速度１００Ｇｂｉｔ／ｓの通信を行う方式（100Gbit Ethernet（登録商標））が規格化され、普及が進んでいる。このような通信方式では、光送受信モジュールが多波長を合分波する機能を有することが求められ、光合波器や光分波器を含む光導波素子として、光合分波素子のモジュール集積技術の開発が活発に行われている。
【０００４】
また、位相変調光通信方式に用いられる波長可変光源では、アレイ化したＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feedback Laser Diode）と、温度調整や電流注入による屈折率制御との併用、あるいは複数の反射ピークを有する特殊なＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラーペアによる波長選択によって、通信で用いる全波長帯域をカバーすることが可能な波長可変ＬＤも開発されている。
【０００５】
さらに、波長可変ＬＤ（Laser Diode）と、電界吸収（Electro Absorption:EA）型光変調器やマッハツェンダ（Mach Zehnder:MZ）型光変調器などの外部変調器とを同一基板上に集積した光集積素子についても開発が行われている。
【０００６】
上記の光集積素子に用いられる光合分波部には、波長依存性が比較的少なくモノリシック集積化に適した多モード干渉（Multi Mode Interference:MMI）型の光合分波素子が広く用いられている。
【０００７】
光合分波素子としては、波長に依存しない一定の透過効率で光強度を合分波する光強度合分波素子と、特定の複数の波長の光を光強度合分波器よりも高い透過効率で合分波する光波長合分波素子とがある。
【０００８】
従来、長方形型の光合分波素子の入力端面に対して、予め定められた入力波長に応じた形状を有する延伸部を設けることによって、光合分波素子の合波特性の波長依存性を改善する光波長合分波素子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４２０８３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の長方形型の光合分波素子では、異なる波長の光信号が入力光導波路から光合分波部（光合分波素子のうち入力光導波路および出力光導波路を除く部分、以下、ＭＭＩ部という）に入力したときに、入力した光の波長が長波長であるほど光の伝搬方向の手前側で光が収束するため、入力波長が最適な波長から大きく異なるとＭＭＩ部の出力端面から出力光導波路への光の結合が劣化し、透過特性が悪化するという問題があった。
【００１１】
また、光合分波素子の製造ばらつきが要因となって、光の収束位置がばらつき、出力端面から出力光導波路への光の結合が劣化し、透過特性が悪化するという問題があった。
【００１２】
このような問題の対策として、特許文献１では、入力光導波路とＭＭＩ部との間において、入力光導波路よりも幅が広くかつＭＭＩ部よりも幅が狭い延伸部を設け、入力光導波路ごとに入力波長を決めておくことが提案されている（例えば、特許文献１の図４参照）。しかし、このような場合であっても、光合分波器の製造ばらつきによって波長合分波特性の最適波長がずれて透過特性が劣化するという問題がある。
【００１３】
また、製造ばらつきが小さい光合分波器が得られた場合であっても、入力光の波長差（入力光の波長と最適な波長との差）が小さい場合は明白な透過特性が得られるが、入力光の波長差が大きくなるとそれに応じて延伸部の長さを長くする必要があるため、ＭＭＩ部に入力する光に対して延伸部での多モード干渉による望ましくない影響が生じて、透過特性が劣化するという問題がある。
【００１４】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、良好な光合波特性あるいは光分波特性を有する光導波素子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】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明による光導波素子は、入力端面に接続された、少なくとも１つ以上の入力光導波路と、出力端面に接続された、少なくとも１つ以上でありかつ入力光導波路と同時に１つとはならない出力光導波路とを備え、光合波および光分波の少なくとも一方の機能を有する多モード干渉型の光導波素子であって、入力光導波路は、入力端面の中央よりも端部側に位置し、かつ入力端面との接続位置が中央に対しさらに端部側に逃げるように傾斜して入力端面と接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、入力端面に接続された、少なくとも１つ以上の入力光導波路と、出力端面に接続された、少なくとも１つ以上でありかつ入力光導波路と同時に１つとはならない出力光導波路とを備え、光合波および光分波の少なくとも一方の機能を有する多モード干渉型の光導波素子であって、入力光導波路は、入力端面の中央よりも端部側に位置し、かつ入力端面との接続位置が中央に対しさらに端部側に逃げるように傾斜して入力端面と接続するため、良好な光合波特性あるいは光分波特性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１による光分波器の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による光分波器の断面の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による光分波器における光強度分布の計算結果を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による光分波器における光強度分布の計算結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による光分波器の出力端面近傍における光強度分布を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１による光分波器の出力端面近傍における光強度分布を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１による光分波器の結合効率のＭＭＩ部の長さの依存性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１による光分波器の結合効率のＭＭＩ部の長さの依存性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１による光分波器の結合効率の波長依存性を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による光合波器の構成の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による光合波器の構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による光合波器の構成の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３による光合波器の構成の一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態３による光分波器の結合効率の波長依存性を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態３による光分波器の結合効率の波長依存性を示す図である。
【図１６】従来の光分波器の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
【００１９】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１では、光ファイバ通信において、単一モード半導体レーザを含む光集積素子に用いられる１入力２出力の光分波器について説明する。ここで、１入力２出力の光分波器とは、１つの入力光導波路と２つの出力光導波路とを備える光分波器のことをいう。
【００２０】
図１６は、従来の光分波器の構成の一例を示す図である。
【００２１】
図１６に示すように、光分波器は、１つの入力光導波路１ａと、２つの出力光導波路３ａ，３ｂと、長方形型のＭＭＩ部５とを備えている。このようなＭＭＩ部５を備える光分波器のことを、特にＭＭＩ型（多モード干渉型）光分波器ともいう。
【００２２】
図１は、本実施の形態１による光分波器の構成の一例を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態１による光分波器は、図１６に示す従来の光分波器と比較して、入力光導波路１ａが傾斜してＭＭＩ部５の入力端面に接続していることを特徴としている。その他の構成は、図１６に示す従来の光分波器と同様である。
【００２４】
入力光導波路１ａは、ＭＭＩ部５の入力端面および出力端面の中央を通る中心線６から遠ざかるように、傾斜角度θで傾斜して入力端面に接続される。
【００２５】
長方形型のＭＭＩ部５は、当該ＭＭＩ部５の出力端面における２箇所で収束光が得られるように構成されている。
【００２６】
すなわち、本実施の形態１による光分波器は、入力端面に接続された、少なくとも１つ以上の入力光導波路１ａと、出力端面に接続された、少なくとも１つ以上でありかつ入力光導波路１ａと同時に１つとはならない出力光導波路３ａ，３ｂとを備え、光分波の機能を有する多モード干渉型の光分波器（光導波素子）であって、入力光導波路１ａは、入力端面の中央よりも端部側に位置し、かつ入力端面との接続位置が中央に対しさらに端部側に逃げるように傾斜して入力端面と接続することを特徴としている。
【００２７】
図２は、光分波器の断面の一例を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面の一例を示す図である。本実施の形態１による光分波器は、例えばＩｎＧａＡｓＰ系の半導体光回路の一部として作製される。
【００２８】
図２に示すように、ＩｎＰ基板１１上に、フォトルミネッセンス（Photoluminescence）の波長が１．３０μｍとなる組成のＩｎＧａＡｓＰ層１２（厚さ０．２μｍ）と、ＩｎＰ層１３（厚さ１．５μｍ）とを順にエピタキシャル成長させる。次いで、エピタキシャル成長後の半導体ウエハ上に、図３に示す形状を得るためのマスク層を公知の露光プロセスによって形成後、公知のドライエッチングプロセスによって深さ４．０μｍエッチングする。その後、マスク層を除去し、半導体部を覆うＳｉＯ２などの誘電体層１４（厚さ０．６μｍ以上）をスパッタ法など公知の方法によって成膜する。
【００２９】
図２の構成を有するＭＭＩ部５を備える、図１に示す光分波器の各構成要素の詳細は次の通りである。すなわち、入力光導波路１ａおよび出力光導波路３ａ，３ｂの幅は、１．８μｍである。また、使用波長（光ファイバ通信で用いる光の波長）が１．５５μｍの場合、ＭＭＩ部５の入力端面および出力端面の幅Ｗ＝１２μｍ、ＭＭＩ部５の長さＬ＝６１０μｍである。また、入力光導波路接続位置２ａおよび出力光導波路接続位置４ａ，４ｂは、ＭＭＩ部５の入力端面および出力端面のＷ／４である。また、入力光導波路１ａの傾斜角度θは、ＭＭＩ部５の端部に向かって２．８７°である。
【００３０】
次に、本実施の形態１による光分波器の動作について説明する。
【００３１】
図３は、入力光導波路１ａが傾斜していない光分波器（図１６）における光強度分布のシミュレーション計算結果を示す図である。また、図４は、入力光導波路１ａが傾斜している光分波器（図１）における光強度分布のシミュレーション計算結果を示す図である。図３，４中の長方形の白抜き実線は、ＭＭＩ部５の外形を示している。また、図３（ｂ）および図４（ｂ）の各々は、図３（ａ）および図４（ａ）の右側（ＭＭＩ部５の出力端面近傍）の拡大図である。なお、図３，４に示す光分波器には、波長１．５５μｍのＴＥ（Transverse Electric）偏光が入力しているものとする。
【００３２】
図３，４では、ＭＭＩ部５の出力端面近傍における収束光の強度分布をみるために、実際にはＭＭＩ部５の出力端面を設けず、ＭＭＩ部５の幅が一定の状態で光が伝搬した場合の結果を示している。
【００３３】
また、図３，４に示す２本の白色破線は、強度分布から読み取った収束光の光強度が維持されている領域の開始位置および終了位置を示している。当該開始位置と終了位置とを白色両矢印で示した範囲は、収束光の強度分布が平坦な領域である。実際には、収束光の強度分布の中央付近をＭＭＩ部５の長さの設計値とする。図３，４では、ＭＭＩ部５の出力端面付近において、出力光が２箇所に収束されていることが示されている。
【００３４】
図５は、図３に示す出力光の収束状態を模式的に示した図である。また、図６は、図４に示す出力光の収束状態を模式的に示した図である。図５，６では、ＭＭＩ部５の長さが十分長いと仮定した場合について示している。
【００３５】
図５に示すように、入力光の鏡像である光の収束状態（光の収束領域１５ａ，１５ｂ）が出力端面近傍に出現している。出力端面の光伝搬方向の位置は、出力光導波路３ａ，３ｂの接続部分と、光の収束状態の中央付近で光強度分布が最も高い位置Ｂとが一致する場合において、出力光導波路３ａ，３ｂへの光結合が最大になり、この位置が出力端面の最適な位置となる（図５中の位置Ｂを通る紙面上下方向の破線で示す位置）。
【００３６】
しかし、実際には、様々なばらつき要因によって、光の収束状態と出力端面の位置とのずれが生じ得る。図５では、出力端面の最適な位置から光の収束状態が、ＢからＡまたはＣのように遠ざかるにつれて光強度分布が減少することに伴い、出力光導波路３ａ，３ｂへの光結合が減少する。詳細は、図７にて後述する。
【００３７】
一方、図６に示すように、入力光導波路１ａが傾斜してＭＭＩ部５の入力端面に接続されているため、出力端面近傍に出現する入力光の鏡像である光の収束状態がＭＭＩ部５の側面側（外側）に向かって傾斜している（図６中のＡＢ間）。このような光がＭＭＩ部５の内部を伝搬すると、ＭＭＩ部５の側面からの光の反射の寄与を反映して、図６に示すようにＡ，Ｂ，Ｃの順で伝搬しながら光強度分布に小さい曲がり（湾曲）が生じるようになる。光強度分布は、図５と同様、位置Ｂで最大となり、位置Ａ，Ｃでは減少する。
【００３８】
ＭＭＩ部５の幅方向に関する光強度分布の位置と出力光導波路の位置とのずれは、位置Ｂの方が位置Ａ，Ｃよりも大きくなるように調整されており、出力光導波路３ａ，３ｂが位置Ｂの位置で出力端面に接続される場合の光結合が位置Ａ，Ｃよりも減少する。従って、図５の場合よりも図６の場合の方が、光結合（あるいは挿入損失）の出力光導波路接続位置４ａ，４ｂ（あるいはＭＭＩ部５の長さ）依存性が平坦になる。
【００３９】
図７は、図３，４と同一シミュレーション条件で計算した透過効率（結合効率）のＭＭＩ部５の長さの依存性の結果を示す図である。横軸のＭＭＩ長はＭＭＩ部５の長さを示し、縦軸の挿入損失は透過効率を示している。
【００４０】
図７では、２つの出力光導波路の透過効率を示している。また、透過効率が最大となる条件から０．３ｄＢだけ透過効率が減少するＭＭＩ部５の長さの範囲を長方形のハッチングで示している。当該範囲は、入力光導波路１ａを２．８７°傾斜させた図１に示す光分波器では９．５μｍ、入力光導波路１ａを傾斜させていない図１６に示す光分波器では７．７μｍとなり、入力光導波路１ａを２．８７°傾斜させた図１に示す光分波器の方が透過効率のＭＭＩ部５の長さの依存性が小さくなっていることが分かる。この結果は、入力光導波路１ａを２．８７°傾斜させた図１に示す光分波器の方が、ＭＭＩ部５の構造ばらつき（製造ばらつき）に対する耐性が優れていることを示している。
【００４１】
次に、入力光導波路１ａの最適な傾斜角度について説明する。
【００４２】
図８は、入力光導波路１ａをＭＭＩ部５の外側に向けて傾斜させたときの角度を正、内側に向けて傾斜させたときの角度を負とし、入力光導波路１ａの傾斜角度を−２．８７°〜＋５．７４°の範囲で変化させた光分波器における透過効率のＭＭＩ部５の長さの依存性を示す図である。横軸のＭＭＩ長はＭＭＩ部５の長さを示し、縦軸の挿入損失は透過効率を示している。
【００４３】
図８に示すように、上記で説明した透過効率のＭＭＩ部５の長さの依存性の平坦化は、正の角度すなわちＭＭＩ部５の外側に向けて傾斜している場合にのみ生じることが分かる。また、入力光導波路１ａの傾斜角度が大きくなるほど透過効率のＭＭＩ部５の長さの依存性がより平坦化されるが、半面、透過効率の最大値が減少してしまうというトレードオフの関係がある。従って、光分波器の設計時には、透過効率の目標仕様を満たす範囲内で、入力光導波路１ａをＭＭＩ部５の外側に向けて傾斜させる角度を決定すればよい。
【００４４】
図９は、ＭＭＩ部５の長さを６１０μｍに固定した場合における、図１６および図１に示す光分波器の透過効率の波長依存性を示す図である。横軸は波長を示し、縦軸の挿入損失は透過効率を示している。なお、図１に示す入力光導波路１ａの傾斜角度は２．８７°に固定している。
【００４５】
図９に示すように、入力光導波路１ａが傾斜している場合（図１）は、透過効率の減少が透過効率の最大値から０．３ｄＢ以内である波長範囲が２０ｎｍ以上あり、入力光導波路１ａが傾斜していない場合（図１６）よりも透過効率の波長依存性が平坦となっていることが分かる。
【００４６】
以上のことから、本実施の形態１によれば、１入力２出力のＭＭＩ型の光分波器において、入力光導波路１ａをＭＭＩ部５の外側に向けて傾斜させてＭＭＩ部５の入力端面に接続することによって、ＭＭＩ部５の構造ばらつきに対して透過効率が平坦であり、波長依存性の小さい光分波器を得ることができる。すなわち、本実施の形態１による光分波器に適用可能な波長範囲を、従来よりも広帯域化することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態１では、傾斜させてＭＭＩ部に接続する入力光導波路が１つの場合について説明したが、２つであっても同様の効果が得られる。すなわち、各入力光導波路からの入力光の分波特性が、製造ばらつきに対して透過効率が平坦であり、波長依存性の小さい光分波器を得ることができる。
【００４８】
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２では、光ファイバ通信において、単一モード半導体レーザを含む光集積素子に用いられる２入力１出力または２入力２出力の光合波器について説明する。
【００４９】
図１０，１１は、本実施の形態２による光合波器の構成の一例を示す図である。図１０は２入力１出力の光合波器を、図１１は２入力２出力の光合波器を示している。以下では、特に図１０に示す光合波器について説明する。
【００５０】
図１０に示すように、本実施の形態２による光合波器は、２つの入力光導波路１ａ，１ｂと、１つの出力光導波路３ａと、長方形型のＭＭＩ部５とを備えている。
【００５１】
入力光導波路１ａ，１ｂは、ＭＭＩ部５の入力端面および出力端面の中央を通る中心線６から遠ざかるように、傾斜角度θで傾斜してＭＭＩ部５の入力端面に接続される。
【００５２】
長方形型のＭＭＩ部５は、当該ＭＭＩ部５の出力端面における２箇所で収束光が得られるように構成されている。
【００５３】
すなわち、本実施の形態２による光合波器は、入力端面に接続された、少なくとも１つ以上の入力光導波路１ａ，１ｂと、出力端面に接続された、少なくとも１つ以上でありかつ入力光導波路１ａ，１ｂと同時に１つとはならない出力光導波路３ａとを備え、光合波の機能を有する多モード干渉型の光合波器（光導波素子）であって、入力光導波路１ａ，１ｂは、入力端面の中央よりも端部側に位置し、かつ入力端面との接続位置が中央に対しさらに端部側に逃げるように傾斜して入力端面と接続することを特徴とする。
【００５４】
図１０に示す光合波器の各構成要素の詳細は次の通りである。すなわち、入力光導波路１ａ，１ｂおよび出力光導波路３ａの幅は、１．８μｍである。また、使用波長（光ファイバ通信で用いる光の波長）が１．５５μｍの場合、ＭＭＩ部５の入力端面および出力端面の幅Ｗ＝１２μｍ、ＭＭＩ部５の長さＬ＝６１０μｍである。また、入力光導波路接続位置２ａ，２ｂおよび出力光導波路接続位置４ａは、ＭＭＩ部５の入力端面および出力端面のＷ／４である。また、入力光導波路１ａ，１ｂの傾斜角度θは、ＭＭＩ部５の外側に向かって２．８７°である。なお、本実施の形態２による光合波器の断面（エピタキシャル構造）は、実施の形態１（図２）と同様である。また、図１１に示す光合波路器の各構成要素についても同様である。
【００５５】
次に、本実施の形態２による光合波器（図１０）の動作について説明する。
【００５６】
図１０に示す光合波器の光合波特性は、実施の形態１による光分波器（図１）の光分波特性と同様の特性を示す。
【００５７】
例えば、図１０に示す光合波器の光合波特性は、入力光導波路１ａから出力光導波路３ａへの透過効率と、入力光導波路１ｂから出力光導波路３ａへの透過効率とから求めることができる。このことは、図１０に示す光合波器および図１に示す光分波器の形状の対称性から、図１０における入力光導波路１ｂから出力光導波路３ａへの透過効率は、図１における入力光導波路１ａから出力光導波路３ｂへの透過効率と同じである。すなわち、所定の傾斜角度を有する入力光導波路を備える構造において、光分波器として用いるとＭＭＩ部５の構造ばらつきに対して透過効率が平坦な光分波器が得られ、光合波器として用いるとＭＭＩ部５の構造ばらつきに対して透過効率が平坦な光合波器が得られる。
【００５８】
なお、上記では２入力１出力の光合波器（図１０）について説明したが、２入力２出力の光合波器（図１１）であっても同様の光合波特性を有する出力が２箇所得られ、各々の出力の透過効率特性にはほとんど差がない。
【００５９】
以上のことから、本実施の形態２によれば、２入力１出力あるいは２入力２出力のＭＭＩ型の光合波器において、２つの入力光導波路１ａ，１ｂをＭＭＩ部５の外側に向けて傾斜させてＭＭＩ部５の入力端面に接続することによって、ＭＭＩ部５の構造ばらつきに対して透過効率が平坦であり、波長依存性の小さい光合波器を得ることができる。すなわち、本実施の形態２による光合波器に適用可能な波長範囲を、従来よりも広帯域化することができる。
【００６０】
＜実施の形態３＞
本発明の実施の形態３では、光ファイバ通信において、単一モード半導体レーザを含む光集積素子に用いられる２入力１出力または２入力２出力の光合波器について説明する。
【００６１】
図１２，１３は、本実施の形態３による光合波器の構成の一例を示す図である。図１２は２入力１出力の光合波器を、図１３は２入力２出力の光合波器を示している。以下では、特に図１３に示す光合波器について説明する。
【００６２】
図１３に示すように、本実施の形態３による光合波器は、２つの入力光導波路１ａ，１ｂと、２つの出力光導波路３ａ，３ｂと、長方形型のＭＭＩ部５と、入力光導波路１ｂとＭＭＩ部５との間に設けられた延伸部７とを備えている。
【００６３】
入力光導波路１ａ，１ｂは、ＭＭＩ部５の入力端面および出力端面の中央を通る中心線６から遠ざかるように、傾斜角度θで傾斜してＭＭＩ部５の入力端面に接続される。
【００６４】
長方形型のＭＭＩ部５は、当該ＭＭＩ部５の出力端面における２箇所で収束光が得られるように構成されている。
【００６５】
すなわち、本実施の形態３による光合波器は、入力端面に接続され、かつ異なる周波数の光がそれぞれ入力される複数の入力光導波路１ａ，１ｂと、出力端面に接続された、少なくとも１つ以上の出力光導波路３ａと、最も長波長ではない光が入力された入力光導波路１ａ，１ｂと入力端面との間に接続して設けられた延伸部７とを備え、光合波の機能を有する多モード干渉型の光合波器（光導波素子）であって、延伸部７は、当該延伸部７に接続された入力光導波路１ａ，１ｂよりも幅が広く、かつ当該延伸部７に接続された入力光導波路１ａ，１ｂに入力された光の波長と最も長波長との差に応じた長さを有し、各入力光導波路１ａ，１ｂは、入力端面の中央よりも端部側に位置し、かつ入力端面または延伸部７との接続位置が中央に対しさらに端部側に逃げるように傾斜して入力端面または延伸部７と接続することを特徴とする。
【００６６】
入力光導波路１ａに入力される波長λ１の光と、入力光導波路１ｂに入力される波長λ２の光とは、予め設計された異なる波長帯の中に含まれており、ＭＭＩ部５の出力端面までの伝搬距離が短い波長λ１の方が波長λ２よりも長波長となるようにする。
【００６７】
延伸部７の長さΔＬは、波長λ１および波長差Δλ（＝λ１−λ２）に応じて決められており、ＭＭＩ部５の長さＬに対して次式（１）から求められる。
ΔＬ＝（Δλ／λ１）×Ｌ  ・・・（１）
延伸部７の幅は、入力光が多モード伝搬できるように選択されていればよく、例えば、図１２に示すようにＭＭＩ部５の入力端面幅の１／２とする。このような延伸部７を設けることによって、ＭＭＩ部５の出力端面近傍において、異なる波長の入力光による出力光の伝搬方向における収束位置が概ね一致するようになる。
【００６８】
図１３に示す光合波器の各構成要素の詳細は次の通りである。すなわち、入力光導波路１ａ，１ｂおよび出力光導波路３ａ，３ｂの幅は、１．８μｍである。また、使用波長（光ファイバ通信で用いる光の波長）が１．５５μｍの場合、ＭＭＩ部５の入力端面および出力端面の幅Ｗ＝１２μｍ、ＭＭＩ部５の長さＬ＝６１０μｍである。また、入力光導波路接続位置２ａ，２ｂおよび出力光導波路接続位置４ａ，４ｂは、ＭＭＩ部５の入力端面および出力端面のＷ／４である。また、入力光導波路１ａ，１ｂの傾斜角度θは、ＭＭＩ部５の外側に向かって２．８７°である。また、入力光導波路１ａに入力する入力光の波長λ１＝１．５５μｍであり、入力光導波路１ｂに入力する入力光の波長λ２＝１．５３μｍである。また、延伸部７の長さΔＬ＝７．８μｍである。なお、本実施の形態３による光合波器の断面（エピタキシャル構造）は、実施の形態１（図２）と同様である。また、図１２に示す光合波路器の各構成要素についても同様である。
【００６９】
次に、本実施の形態３による光合波器（図１３）の動作について説明する。
【００７０】
図１４は、入力光導波路１ａ，１ｂが傾斜していない光合波器の透過効率の波長依存性のシミュレーション計算結果を示す図である。また、図１５は、入力光導波路１ａ，１ｂが傾斜している光合波器の透過効率の波長依存性のシミュレーション計算結果を示す図である。横軸は波長を示し、縦軸の挿入損失は透過効率を示している。
【００７１】
図１４に示すように、実施の形態１（図９）よりも波長依存性が顕著に小さくなっているが、これは延伸部７を設けることによって出力光の収束位置の波長依存性を補正したためである。
【００７２】
また、図１４と図１５とを比較すると、図１４の方が透過効率の波長依存性が平坦になっている。これは、実施の形態１，２と同様、入力光導波路１ａ，１ｂを傾斜させてＭＭＩ部５に接続したため、出力端面近傍において出力光の収束状態が維持される長さが増大した効果によるものと考えられる。
【００７３】
以上のことから、本実施の形態３によれば、入力光導波路１ａ，１ｂをＭＭＩ部５の外側に向けて傾斜させてＭＭＩ部５の入力端面に接続し、入力光導波路１ｂとＭＭＩ部５との間に延伸部７を設けることによって、異なる波長の入力光に対して透過効率の波長依存性が特に優れた（透過効率の波長依存性が小さい）光合波器を得ることができる。すなわち、本実施の形態３による光合波器に適用可能な波長範囲を、実施の形態２よりもさらに広帯域化することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態３では光合波の機能を有する光合波器について説明したが、光分波の機能を有する光分波器としても適用可能である。
【００７５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ，１ｂ  入力光導波路、２ａ，２ｂ  入力光導波路接続位置、３ａ，３ｂ  出力光導波路、４ａ，４ｂ  出力光導波路接続位置、５  ＭＭＩ部、６  中心線、７  延伸部、１１  ＩＰ基板、１２  ＩｎＧａＡｓＰ層、１３  ＩｎＰ層、１４  誘電体層、１５ａ，１５ｂ  光の収束領域。
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図４】
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