(57)【要約】【課題】全長を短く保ったまま、許容できる幅誤差を大きくすることができるマルチモード干渉光カプラ。【解決手段】第１入出力光導波路１１０、１２０と、相隣接する少なくとも２つの第２入出力光導波路１４０、１５０と、第１入出力光導波路１１０、１２０と第２入出力光導波路１４０、１５０との間に設けられマルチモード導波光を伝搬するマルチモード光導波路１３０と、を有するマルチモード干渉光カプラ１００を提供する。このマルチモード干渉光カプラ１００が有するマルチモード光導波路１３０は、第１入出力光導波路１１０、１２０が接続される第１マルチモード光導波路部１３１と、第２入出力光導波路１４０、１５０が接続され、マルチモード導波光の伝搬方向に垂直な方向の幅が第１マルチモード光導波路部１３１より狭い第２マルチモード光導波路部１３２と、から構成される。【選択図】図１
2008241937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入出力光導波路と、相隣接する少なくとも２つの第２入出力光導波路と、前記第１入出力光導波路と前記第２入出力光導波路との間に設けられマルチモード導波光を伝搬するマルチモード光導波路と、を有するマルチモード干渉光カプラであって、
前記マルチモード光導波路は、
前記第１入出力光導波路が接続される第１マルチモード光導波路部と、
前記第２入出力光導波路が接続され、前記マルチモード導波光の伝搬方向に垂直な方向の幅が前記第１マルチモード光導波路部より狭い第２マルチモード光導波路部と、
から構成されることを特徴とする、マルチモード干渉光カプラ。
【請求項２】
前記第１入出力光導波路は、前記マルチモード導波光の伝搬方向と平行な前記マルチモード光導波路の中心軸から、前記マルチモード光導波路の幅の約１／６の距離離隔して配置されることを特徴とする、請求項１に記載のマルチモード干渉光カプラ。
【請求項３】
前記伝搬方向と平行な前記第２マルチモード光導波路部の側面と、前記各第２入出力光導波路の外側面とが段差なく接合されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマルチモード干渉光カプラ。
【請求項４】
前記第１入出力光導波路及び前記第２入出力光導波路の少なくともいずれか一方は、前記マルチモード光導波路に接近するに従ってテーパ状に拡大する幅を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のマルチモード干渉光カプラ。
【請求項５】
前記第２入出力光導波路は、前記マルチモード導波光の伝搬方向と平行な前記マルチモード光導波路の中心軸から、前記マルチモード光導波路の幅の１／６〜１／５の距離だけ離隔して配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のマルチモード干渉光カプラ。
【請求項６】
前記第２マルチモード光導波路部の幅は、前記第１マルチモード光導波路部の幅の５０％〜６０％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のマルチモード干渉光カプラ。
【請求項７】
前記第２マルチモード光導波路部の長さは、前記マルチモード光導波路の長さの２％〜１０％であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のマルチモード干渉光カプラ。
【請求項８】
第１入出力光導波路と、相隣接する少なくとも２つの第２入出力光導波路と、前記第１入出力光導波路と前記第２入出力光導波路との間に設けられマルチモード導波光を伝搬するマルチモード光導波路と、を有し、前記マルチモード光導波路は、前記第１入出力光導波路が接続される第１マルチモード光導波路部と、前記第２入出力光導波路が接続され、前記第１マルチモード光導波路部より前記マルチモード導波光の伝搬方向に垂直な方向の幅が狭い第２マルチモード光導波路部と、から構成されるマルチモード干渉光カプラを２つ有し、
一の前記マルチモード干渉光カプラの前記第２入出力光導波路と、他の前記マルチモード干渉光カプラの前記第２入出力光導波路とが連結導波路で連結されることを特徴とする、マッハツェンダ型光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチモード干渉光カプラ及びマッハツェンダ型光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光エレクトロニクスが飛躍的に発展し、光を用いた光通信等の情報伝達技術が目覚しい発展を遂げている。この光エレクトロニクスでは、様々な光学素子が開発されている。中でも、伝搬する光を分離する光カプラや、光を結合する光スプリッタ等は、多様な用途を有し複雑化し多様化する光通信網をも支える光学素子として重要である。
【０００３】
この光カプラは、主に方向性結合器型、Ｘ分岐型、Ｙ分岐型、マルチモード干渉（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＭＭＩ）型に分類される。このうちＭＭＩ型の光カプラ（以下、「ＭＭＩ光カプラ」という。）は、構造が単純化でき、小型に形成可能であり、屈折率や伝搬する光の波長によって特性があまり変化しない等の利点を有しており、また、製造プロセスの寸法精度の偏差に対しても影響を受け難いという特性を有している。
【０００４】
また、光カプラを用いたマッハツェンダ型光変調器は、高屈折率性によって微小な導波路構造を有することができるが、マッハツェンダ型光変調器を製造する場合、微細な構造を形成するためには、製造プロセスに影響を受けやすい方向性結合器型等の光カプラを使用するよりも、ＭＭＩ光カプラが多く使用される。また、出力ポートを２つ用意できるので、波長チャープ効果の少ない変調光を出力するポートを選択可能であるという理由から、２×１型のＭＭＩ光カプラを使用するよりも、２×２型のＭＭＩ光カプラを使用する方が一般化している。
【０００５】
このようなＭＭＩ光カプラの更なる性能向上を図るために多くの開発が成されている。例えば、特許文献１には、ＭＭＩ光カプラによる過剰損失及び損失の波長特性を低減するために、シングルモード導波路のコアの幅をマルチモード光導波路に接近するほど拡大するテーパ状に形成する発明が開示されており、特許文献２には、ＭＭＩ光カプラの全長を短縮するために、マルチモード光導波路の中央部で導波路幅を狭く形成する発明が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１６２４５４号公報
【特許文献２】米国特許第５６８９５９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＭＩ光カプラを製造する場合、フォトリソグラフィやエッチング等による微細加工技術が使用され、製造プロセスの寸法精度の偏差により、最適な幅Ｗからの製造誤差（以下、「幅誤差」、「幅誤差ｄＷ」、「ｄＷ」等という。）が生じる。上述のようにＭＭＩ光カプラは他の種類の光カプラよりも優れた特性を有するが、この幅誤差ｄＷによる従来のＭＭＩ光カプラの特性の変化は、依然として大きいという問題があった。
【０００８】
上記特許文献１に記載のＭＭＩ光カプラによれば、シングルモード光導波路をテーパ状に形成することにより、この幅誤差ｄＷによる特性の変化を低減することができるが、幅誤差ｄＷによる影響を充分に低減するには至っていない。また、特許文献１に記載のＭＭＩ光カプラによれば、シングルモード光導波路をテーパ形状とするため、並設されたシングルモード光導波路間の間隙が狭くなる。この間隙は、ドライエッチング等によって掘り込むことにより形成するが、この間隙が狭いと、エッチングガスの進入が難しくなり、製造過程で使用する反応生成物の離脱も困難となる。その結果、エッチングレートが極端に悪くなり、間隙を２μｍ以下にすることは製造上困難であるという問題があった。
【０００９】
そこで、この間隙を２μｍ以上にすることも考えられるが、この場合、ＭＭＩ光カプラの幅Ｗをも大きくする必要があり、それに伴いＭＭＩ光カプラの最適な長さＬを長くする必要があるため、ＭＭＩ光カプラ全体の大きさが大きくなるという問題があった。
【００１０】
上述のように、ＭＭＩ光カプラの長さＬを短縮する方法が上記特許文献２には開示されているが、特許文献２に記載のＭＭＩ光カプラによっても充分な短縮効率は得られていなかった。また、２×２ＭＭＩ光カプラを構成した場合、光を分岐したときの分配比が１：１からずれてしまうという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、全長を短く保ったまま、許容できる幅誤差を大きくすることが可能な、新規かつ改良されたマルチモード干渉光カプラ及びマッハツェンダ型光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１入出力光導波路と、相隣接する少なくとも２つの第２入出力光導波路と、第１入出力光導波路と第２入出力光導波路との間に設けられマルチモード導波光を伝搬するマルチモード光導波路と、を有するマルチモード干渉光カプラであって、マルチモード光導波路は、第１入出力光導波路が接続される第１マルチモード光導波路部と、第２入出力光導波路が接続され、マルチモード導波光の伝搬方向に垂直な方向の幅が第１マルチモード光導波路部より狭い第２マルチモード光導波路部と、から構成されることを特徴とする、マルチモード干渉光カプラが提供される。かかる構成によれば、幅誤差の変化によるマルチモード干渉光カプラの特性の変化を低減することができる。
【００１３】
また、第１入出力光導波路は、マルチモード導波光の伝搬方向と平行なマルチモード光導波路の中心軸から、マルチモード光導波路の幅の約１／６の距離離隔して配置されてもよい。
【００１４】
また、伝搬方向と平行な第２マルチモード光導波路部の側面と、各第２入出力光導波路の外側面とが段差なく接合されてもよい。
【００１５】
また、第１入出力光導波路及び第２入出力光導波路の少なくともいずれか一方は、マルチモード光導波路に接近するに従ってテーパ状に拡大する幅を有してもよい。かかる構成によれば、テーパ状に拡大する幅により、マルチモード光導波路への入力光のスポットサイズを拡大することができ、その結果、励振された一次モードとの干渉の効率を大きくすることができ、損失を小さくすることができる。
【００１６】
また、第２入出力光導波路は、マルチモード導波光の伝搬方向と平行なマルチモード光導波路の中心軸から、マルチモード光導波路の幅の１／６〜１／５の距離だけ離隔して配置されてもよい。
【００１７】
また、第２マルチモード光導波路部の幅は、第１マルチモード光導波路部の幅の５０％〜６０％であってもよい。
【００１８】
また、第２マルチモード光導波路部の長さは、マルチモード光導波路の長さの２％〜１０％であってもよい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１入出力光導波路と、相隣接する少なくとも２つの第２入出力光導波路と、第１入出力光導波路と第２入出力光導波路との間に設けられマルチモード導波光を伝搬するマルチモード光導波路と、を有し、マルチモード光導波路は、第１入出力光導波路が接続される第１マルチモード光導波路部と、第２入出力光導波路が接続され、第１マルチモード光導波路部よりマルチモード導波光の伝搬方向に垂直な方向の幅が狭い第２マルチモード光導波路部と、から構成されるマルチモード干渉光カプラを２つ有し、一のマルチモード干渉光カプラの第２入出力光導波路と、他のマルチモード干渉光カプラの第２入出力光導波路とが連結導波路で連結されることを特徴とする、マッハツェンダ型光変調器が提供される。かかる構成によれば、幅誤差の変化によるマルチモード干渉光カプラの特性の変化を低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、全長を短く保ったまま、許容できる幅誤差を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
本願の一実施形態に係るＭＭＩ光カプラの説明をする前に、まず、図８を参照して、例えば特許文献１に記載の従来のＭＭＩ光カプラについて説明する。
【００２３】
＜従来のＭＭＩ光カプラ５００＞
図８は、従来のＭＭＩ光カプラ５００を説明するための説明図である。図８の（Ａ）は、従来のＭＭＩ光カプラ５００の構成を示し、（Ｂ）は、従来のＭＭＩ光カプラ５００の特性を示し、（Ｃ）は、従来のＭＭＩ光カプラ５００によって構成されたマッハツェンダ型光変調器７００を示し、（Ｄ）は、そのマッハツェンダ型光変調器７００の特性を示す。
【００２４】
尚、ＭＭＩ光カプラの特性は、ＭＭＩ光カプラによって光を分岐する場合の出力光の強度比や、製造時の幅誤差に対する出力光の強度の変化等によって判断され、この特性は、マッハツェンダ型光変調器を構成した場合のこの幅誤差による出力強度の変化等にも表れる。そこで、以下では、このＭＭＩ光カプラやマッハツェンダ型光変調器の特性を、単に「特性」という。
【００２５】
従来のＭＭＩ光カプラ５００は、図８の（Ａ）に示すように、シングルモード光導波路５１０、５２０、５４０、５５０と、マルチモード光導波路５３０と、を有する。マルチモード光導波路５３０は、シングルモード光導波路５１０、５２０と、シングルモード光導波路５４０、５５０との間に配置される。そして、シングルモード光導波路５１０、５２０、５４０、５５０は、それぞれマルチモード光導波路５３０に近づくに従ってテーパ状に拡大する幅を有する。
【００２６】
この従来のＭＭＩ光カプラ５００は、ｎ型ＩｎＰ等の化学物半導体等で形成された基板上に、順次積層された下部クラッド、光導波路及び上部クラッドによる三層構造を有するリッジ導波路（図示せず）として形成される。この下部クラッドは、ｎ型ＩｎＰ等で形成され、光導波路は、ＩｎＧａＡｓＰで形成され、上部クラッドは、ｐ型ＩｎＰで形成される。
【００２７】
ここで、この従来のＭＭＩ光カプラ５００を、１．５５μｍの波長の光を伝搬するとして以下のような寸法で形成した。
テーパ状のシングルモード光導波路５１０、５２０、５４０、５５０の幅が狭い端部の幅を１．８μｍとし、幅が広い端部の幅を２μｍとし、長さを５０μｍとした。マルチモード光導波路５３０の長さを２０５μｍとして、幅を１２μｍとした。この際、シングルモード光導波路５１０とシングルモード光導波路５２０との間隙、及び、シングルモード光導波路５４０とシングルモード光導波路５５０との間隙は２μｍとした。そして、下部クラッドの厚みを０．５μｍとし、光導波層の厚みを０．２μｍとし、上部クラッドの厚みを、２μｍとした。
【００２８】
このような構成を有する従来のＭＭＩ光カプラ５００の特性について、Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ（以下、「ＢＰＭ」という。）等のシミュレーション方法を使用してシミュレーションを行うことにより算出した結果を、図８の（Ｂ）に示す。横軸は、幅の誤差である幅誤差ｄＷを示し、縦軸は、入力光の強度を１とした場合の出力光強度を示す。尚、このシミュレーション方法と各軸については、以下で説明するグラフにおいて共通である。
【００２９】
図８の（Ｂ）は、従来のＭＭＩ光カプラ５００のシングルモード光導波路５１０に入力光６１０を入力した場合に、シングルモード光導波路５４０から出力される第１出力光６２０と、シングルモード光導波路５５０から出力される第２出力光６３０との幅誤差ｄＷに対する変化を示している。
【００３０】
図８の（Ｂ）から判るように、幅誤差ｄＷが−０．３μｍから−０．１μｍへと変化するにつれて、第１出力光６２０の強度は約０．３５から約０．４９へと増加している。そして、ｄＷが−０．１μｍと０μｍとの間では、第１出力光６２０の強度はほぼ一定の値となり、ｄＷが０μｍから０．３μｍへと変化するにつれて、第１出力光６２０は、約０．４９から約０．３近傍まで減少する。一方、第２出力光６３０の強度は、ｄＷ＝−０．３〜０．３μｍの間、第１出力光６２０の強度とほぼ同じ値となっている。
【００３１】
つまり、従来のＭＭＩ光カプラ５００は、第１出力光３２０と第２出力光３３０との強度比を、ｄＷの変化にかかわらず約１：１にすることができる。しかし、従来のＭＭＩ光カプラ５００によれば、｜ｄＷ｜が大きくなると、第１出力光６２０及び第２出力光６３０の強度は、急激に減少し、ｄＷ＝０．３μｍ近傍においては、約０．３まで減少してしまうことが判る。
【００３２】
次に、この従来のＭＭＩ光カプラ５００を２つ使用してマッハツェンダ型光変調器７００を構成した場合の出力光について説明する。マッハツェンダ型光変調器７００は、２つのＭＭＩ光カプラ５００と、２つの連結導波路とによって構成される。
【００３３】
連結導波路は、曲線導波路２１０と、直線導波路２２０と、曲線導波路２１０とによって構成される。そして、連結導波路の１つは、一方のＭＭＩ光カプラ５００のシングルモード光導波路５４０と、他方のＭＭＩ光カプラ５００のシングルモード光導波路５４０とを接続し、連結導波路の他の１つは、一方のＭＭＩ光カプラ５００のシングルモード光導波路５５０と、他方のＭＭＩ光カプラ５００のシングルモード光導波路５５０とを接続する。この各連結導波路については、本発明の一実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００に使用されるものと同様であるため、後述する。
【００３４】
このような構成を有する従来のマッハツェンダ型光変調器７００の特性について、ＢＰＭ等のシミュレーション方法によってシミュレーションを行うことにより算出した結果を、図８の（Ｄ）に示す。
【００３５】
図８の（Ｄ）は、従来のマッハツェンダ型光変調器７００の一方のシングルモード光導波路５１０に入力光６１０を入力した場合に、他方のシングルモード光導波路５１０から出力される第３出力光６４０と、シングルモード光導波路５２０から出力される第４出力光６５０との幅誤差ｄＷに対する変化を示している。
【００３６】
図８の（Ｄ）から判るように、第３出力光６４０の強度は、ｄＷの変化に対して０．１以下の小さな値に抑えられている。一方、第４出力光６５０の強度は、ｄＷ＝−０．３μｍにおいて０．５であったものが、ｄＷが増加するに従って増加し、ｄＷ＝−０．２３μｍで０．６を超え、ｄＷ＝０．１２μｍ付近まで０．６以上となっている。そして、この第４出力光６５０は、ｄＷが０．１２μｍ以上では０．６以下となっている。
【００３７】
ここで、一般的にマッハツェンダ型光変調器の製品品質を維持するためには、この第４出力光の強度が０．６〜０．７よりも大きいことが望まれる。そこで、以下ではこの強度を約０．６〜０．７よりも大きくするために、誤差として許容しうる幅誤差ｄＷの範囲を「許容幅誤差」という。つまり、許容幅誤差が大きければ大きいほど、製造プロセスの偏差により発生する幅誤差ｄＷによる製品品質のバラツキを抑えることができることを意味する。
【００３８】
従来のＭＭＩ光カプラ５００によるマッハツェンダ型光変調器７００の許容幅誤差は、図８の（Ｄ）に示すように、約−０．２〜０．１μｍの約０．３μｍとなる。そこで、本願出願人は、この許容幅誤差を更に広くして幅誤差ｄＷの変化に対するＭＭＩ光カプラの特性の変化を抑えることにより、ＭＭＩ光カプラの更なる品質の向上が図れることに着目した。
【００３９】
ここで、このような２×２ＭＭＩ光カプラ及びマッハツェンダ型光変調器の最適な寸法は、一般的には、マルチモード光導波路の長さをＬとし、その幅をＷとした場合、
Ｌ＝２ｎＷ２／（３λ）      …（式１）
で表される。このｎは導波路の屈折率を意味し、λは伝搬する光の波長を意味する。
【００４０】
そして、ＭＭＩ光カプラの特性の変化は、例えば、ｄＬ／Ｌの値が所定の値以上になることで表され、このｄＬ／Ｌは、
ｄＬ／Ｌ＝（２×ｄＷ）／Ｗ      …（式２）
で表される。即ち、ｄＷが大きくなると、ｄＬ／Ｌも大きくなり所定の値以上になった場合には、ＭＭＩ光カプラの特性の変化は大きくなり、製品品質の劣化を招いてしまう。このｄＬ／Ｌが所定の値以上となり特性の変化が大きくない幅誤差ｄＷの範囲が、許容幅誤差となる。
【００４１】
このｄＷによる特性の変化を抑えるために、許容幅誤差を大きくするのではなくｄＷを小さくこともできるが、そのためには、製造プロセスの精度を上げる必要がある。しかし、数μｍ単位での加工精度をより向上させることは容易ではない。そこで、Ｗを大きくしてｄＷによる影響を小さくすることにより、製品品質を低下させない程度の許容できる幅誤差ｄＷを大きくすることもできるが、Ｗを大きくすると（式１）より最適なＬが大きくなり、ＭＭＩ光カプラ全体の大きさが大きくなってしまう。
【００４２】
そこで、本願出願人は、上記のように製品品質の向上を図り、かつ、上記の問題点を解決すべく鋭意研究を行った結果、以下のような本願発明に想到した。以下で、本発明の一実施形態に係るＭＭＩ光カプラについて詳細に説明する。
【００４３】
＜本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００＞
本実施形態に係るＭＭＩ光カプラは、様々な用途で効果を発揮するが、特にマッハツェンダ型光変調器に適用した場合にその効果を発揮する。従って、以下では、まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラの構成を説明し、その後、ＭＭＩ光カプラの特性、及びこのＭＭＩ光カプラを使用したマッハツェンダ型光変調器の構成及び特性について説明する。
【００４４】
（ＭＭＩ光カプラ１００）
図１は、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００の構成を示す説明図である。図２は、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００の構成を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線における断面図である。そして、図３は、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００の構成を示す平面図である。尚、図１においては、ＭＭＩ光カプラ１００に入出力される光の導波路を、ＭＭＩ光カプラ１００と一体に構成して基板１０上に形成した場合の例を示した。図３においては、ＭＭＩ光カプラ１００のみを図示した。
【００４５】
図１では、ＭＭＩ光カプラ１００をマッハツェンダ型光変調器に使用する場合において、伝搬する光を分岐する用途に使用されたＭＭＩ光カプラ１００を示している。以下では、光が図１中のｘ軸負の方向から正の方向に伝搬する場合について説明するが、かかる例に限定されず、光は、図１中のｘ軸正の方向から負の方向へと伝搬してもよいことは、言うまでもない。つまり、図１に示す下記の構成において、マルチモード光導波路１３０の部材をｙ軸に関して反転させて、シングルモード光導波路１１０、１２０をＭＭＩ光カプラ１００の出力導波路として使用し、光導波路１４０、１５０の少なくともいずれかを入力導波路として使用することも可能である。
【００４６】
本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００は、例えば、図１、２に示すように、ｎ型ＩｎＰ等の化合物半導体等で形成された基板１０上に形成される。ＭＭＩ光カプラ１００は、下部クラッド２０Ａ、光導波層２０Ｂ及び上部クラッド２０Ｃによる三層構造を有するリッジ導波路２０として形成される。この下部クラッド２０Ａの厚み（図２中のｚ軸方向の厚み）をＤＡとし、光導波層２０Ｂの厚みをＤＢとし、上部クラッド２０Ｃの厚みをＤＣとする。
【００４７】
ここで、下部クラッド２０Ａは、例えば、基板１０と同じくｎ型ＩｎＰ等の化合物半導体で形成されてもよく、基板１０と一体に形成されてもよい。また、光導波層２０Ｂは、例えば、ＩｎＧａＡｓＰで形成されてもよく、上部クラッド２０Ｃは、例えば、ｐ型ＩｎＰ等の化合物半導体で形成されてもよい。
【００４８】
尚、このＭＭＩ光カプラ１００は、基板１０の上に、下部クラッド２０Ａ、光導波層２０Ｂ、及び上部クラッド２０Ｃを順次積層してリッジ導波路２０を形成した後、下部クラッド２０Ａ、光導波層２０Ｂ及び上部クラッド２０Ｃをドライエッチング等を行うことにより形成される。
【００４９】
このような三層構造を有するＭＭＩ光カプラ１００は、基板１０上に以下のような構成で形成される。つまり、ＭＭＩ光カプラ１００は、シングルモード光導波路１１０、１２０と、マルチモード光導波路１３０と、光導波路１４０、１５０と、を有する。
【００５０】
シングルモード光導波路１１０、１２０は、シングルモード導波光を伝搬する第１入出力光導波路の一例であり、外部からの光をマルチモード光導波路１３０に入力するか、又はマルチモード光導波路１３０からの光を外部に出力する。
【００５１】
このシングルモード光導波路１１０、１２０は、基板１０と平行な面である光導波層２０Ｂ内において光が伝搬する方向（以下、「伝搬方向」という。）に略平行にマルチモード光導波路１３０の端部に接続され、マルチモード光導波路１３０の中心軸１３３を挟んで互いに対称に形成される。尚、以下では、シングルモード光導波路１１０に光が入力されるとして説明する。
【００５２】
シングルモード光導波路１１０、１２０は、例えば、マルチモード光導波路１３０（第１マルチモード光導波路部１３１）に近づくに従って、伝搬方向と直交する方向（以下、「幅方向」という。）の幅（ｙ軸方向の長さ）がテーパ状に拡大するように形成されてもよい。そして、例えば、シングルモード光導波路１１０は、伝搬方向に平行な中心軸１１１に対して対称的な形状で形成されてもよく、シングルモード光導波路１２０は、伝搬方向に平行な中心軸１２１に対して対称的な形状で形成されてもよい。尚、以下では、各部材の幅方向（ｙ軸方向）の長さを単に「幅」といい、各部材の伝搬方向（ｘ軸方向）の長さを単に「長さ」という。
【００５３】
この場合、図３に示すように、シングルモード光導波路１１０、１２０の幅が狭い端部の幅をＷｓｓ１とし、幅が広い端部の幅をＷｓｌ１とする。そして、シングルモード光導波路１１０、１２０の長さをＬｓ１とする。この幅が広い端部の幅Ｗｓｌ１を広くすることにより、ＭＭＩ光カプラ１００の特性を向上させることができる。
【００５４】
このシングルモード光導波路１１０、１２０は、例えば、それぞれ、光の伝搬方向に対して平行なマルチモード光導波路１３０の中心軸１３３から、マルチモード光導波路１３０の幅（図１中、ｙ軸方向の長さ）の約１／６の距離だけ離隔した位置の近傍でマルチモード光導波路１３０に接続されてもよい。
【００５５】
つまり、マルチモード光導波路１３０の幅をＷｍとした場合、中心軸１３３からシングルモード光導波路１１０、１２０の中心軸１１１、１２１までの距離Ｐ１は、（１／６）×Ｗｍとなる。この位置にシングルモード光導波路１１０、１２０を接続することにより、マルチモード光導波路１３０の伝搬方向の長さＬが最適な値からずれた場合に、光の出力方向が最適な場合から大きくずれてしまうことを防ぐことができ、ＭＭＩ光カプラ１００は、伝搬方向へ光を出力する特性を保持することができる。
【００５６】
ここで、シングルモード光導波路１１０とシングルモード光導波路１２０との間隙をＷｇ１とすると、Ｗｇ１は、例えば、２μｍ以上に設定されてもよい。このように間隙Ｗｇ１を設定することにより、ドライエッチング等による製造プロセスの精度に起因する製品品質への影響を抑えることができる。
【００５７】
ＭＭＩ光カプラ１００は、第１入出力光導波路として、図１に示すように２つのシングルモード光導波路１１０、１２０を備える場合について説明したが、１つのシングルモード光導波路１１０を備えてもよく、３つ以上のシングルモード光導波路を備えてもよい。複数のシングルモード光導波路を備える場合、各第１入出力光導波路は、幅方向に並設される。
【００５８】
マルチモード光導波路１３０は、入力されたシングルモード導波光を干渉させることでマルチモード導波光に励振し、このマルチモード導波光を伝搬する。マルチモード光導波路１３０は、シングルモード光導波路１１０、１２０と、光導波路１４０、１５０との間に配置される。
【００５９】
マルチモード光導波路１３０の幅は、光導波路１４０、１５０が接続された端部（ｘ軸正方向側の端部）で絞られている。つまり、マルチモード光導波路１３０は、シングルモード光導波路１１０、１２０が接続される第１マルチモード光導波路部１３１と、光導波路１４０、１５０が接続され第１マルチモード光導波路部１３１よりも幅が狭い第２マルチモード光導波路部１３２と、によって構成される。
【００６０】
この第１マルチモード光導波路部１３１の幅をＷｍとし、第２マルチモード光導波路部１３２の幅をＷｍ２とする。この場合、マルチモード光導波路１３０の幅とは、第１マルチモード光導波路部１３１の幅Ｗｍを意味する。
【００６１】
第１マルチモード光導波路部１３１は、入力されたシングルモード導波光を干渉させることでマルチモード導波光に励振し、このマルチモード導波光を伝搬する導波路である。この第１マルチモード光導波路部１３１には、シングルモード光導波路１１０、１２０が接続される。
【００６２】
第１マルチモード光導波路部１３１は、幅方向に第２マルチモード光導波路部１３２よりも広い幅で形成され、伝搬方向に第２マルチモード光導波路部１３２よりも長く形成される。この第１マルチモード光導波路部１３１の長さをＬｍ１とし、幅をＷｍとする。
【００６３】
第２マルチモード光導波路部１３２は、伝搬する光を第１マルチモード光導波路部１３１とは異なる干渉状態で干渉させることでマルチモード導波光のモードの間隙を広げて、マルチモード導波光を伝搬する導波路である。この第２マルチモード光導波路部１３２は、第１マルチモード光導波路部１３１と光導波路１４０、１５０との間を接続する。
【００６４】
第２マルチモード光導波路部１３２は、幅方向に第１マルチモード光導波路部１３１よりも狭い幅で形成され、伝搬方向に第１マルチモード光導波路部１３１よりも短く形成される。つまり、第２マルチモード光導波路部１３２の幅をＷｍ２とし、長さをＬｍ２とすると、Ｗｍ２＜Ｗｍ、Ｌｍ２＜Ｌｍ１となる。
【００６５】
この幅Ｗｍ２は、例えば、マルチモード光導波路１３０の幅Ｗｍの５０〜６０％であることが好ましい。このＷｍ２をＷｍの５０％よりも小さくすると、マッハツェンダ型光変調器を構成した場合の出力強度が全体的に低下してしまう。また、Ｗｍ２を６０％よりも大きくすると、許容幅誤差が狭くなり、幅誤差ｄＷの変化による特性の変化が大きくなる。
【００６６】
そして、長さＬｍ２は、例えば、マルチモード光導波路１３０の長さＬの２％〜１０％であることが好ましい。このＬｍ２がＬの２％未満であると、許容幅誤差が狭くなり、幅誤差ｄＷの変化による特性の変化が大きくなる。また、Ｌｍ２をＬの１０％を超過すると、マッハツェンダ型光変調器を構成した場合の出力強度が全体的に低下して特性が劣化してしまう。
【００６７】
尚、第１マルチモード光導波路部１３１は、第２マルチモード光導波路部１３２に近づくに従って、幅が狭くなるテーパ状の部位を有していてもよい。但し、このテーパ状の部位の長さが短いほど、ＭＭＩ光カプラ１００の特性は良い傾向にあり、この長さが５μｍ以上では特性は劣化する。よって、このテーパ状の部位の伝搬方向の長さは、例えば、５μｍ未満とすることが好ましい。
【００６８】
このように、マルチモード光導波路１３０は、幅の広い第１マルチモード光導波路部１３１と、幅の狭い第２マルチモード光導波路部１３２と、によって構成されるため、これらの外側面（ｘ軸方向に平行な側面）に段差が形成されている。従来では、このように段差が形成されると、ＭＭＩ光カプラの特性が悪くなることが知られており、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００では、このような特性の悪化を招くことなく、更なる特性の向上をさせることに成功している。
【００６９】
光導波路１４０、１５０は、シングルモード導波光を伝搬する第２入出力光導波路の一例であり、マルチモード光導波路１３０からの光を外部に出力するか、又は外部からの光をマルチモード光導波路１３０に入力する。
【００７０】
尚、ここでは、上記のように光導波路１４０、１５０から光が外部に出力されるとする。この光導波路１４０、１５０は、幅方向に互いに隣接して並設され、伝搬方向と略平行に第２マルチモード光導波路部１３２の端部に接続される。
【００７１】
また、光導波路１４０、１５０は、例えば、マルチモード光導波路１３０の第２マルチモード光導波路部１３２に近づくに従って幅がテーパ状に拡大するように形成されてもよい。そして、例えば、光導波路１４０は、伝搬方向に平行な中心軸１４１に対して対称的な形状で形成されてもよく、光導波路１５０は、伝搬方向に平行な中心軸１５１に対して対称的な形状で形成されてもよい。
【００７２】
ここで、図３に示すように、光導波路１４０、１５０の幅が狭い端部の幅をＷｓｓ２とし、幅が広い端部の幅をＷｓｌ２とする。そして、光導波路１４０、１５０の長さをＬｓ２とする。
【００７３】
光導波路１４０、１５０の接続位置は、第２マルチモード光導波路部１３２の幅Ｗｍ２と、接続端における光導波路１４０、１５０の幅Ｗｓｌ２とに依存する。しかし、この光導波路１４０、１５０は、例えば、それぞれ、マルチモード光導波路１３０の中心軸１３３から、マルチモード光導波路１３０の幅（図１中、ｙ軸方向の長さ）の１／６〜１／５の距離だけ離隔した位置の近傍において、第２マルチモード光導波路部１３２に接続されることが好ましい。
【００７４】
つまり、マルチモード光導波路１３０の中心軸１３３から光導波路１４０、１５０の中心軸１４１、１５１までの距離をＰ２とした場合、Ｐ２は、例えば、マルチモード光導波路１３０の幅Ｗｍの１／６〜１／５とすることが好ましい。Ｐ２がＷｍの１／５を超えると、このＭＭＩ光カプラ１００でマッハツェンダ光変調器を構成する場合に、許容幅誤差が狭くなり、幅誤差ｄＷの変化による特性の変化が大きくなる。また、Ｐ２を１／６より小さく設定すると、光導波路１４０と光導波路１５０との間の間隙Ｗｇ２が小さくなり、ドライエッチング等の製造プロセスの精度による製品品質への影響を抑えることができなくなる。この影響を抑えるために、この間隙Ｗｇ２を、例えば、２μｍ以上に設定することが好ましい。
【００７５】
例えば図３に示したように、光導波路１４０の幅方向の外側面１４０ａは、段差を有さずに第２マルチモード光導波路部１３２の幅方向の一方の側面１３２ａと連続して形成される。そして、光導波路１５０の幅方向の外側面１５０ｂは、段差を有さずに第２マルチモード光導波路部１３２の幅方向の一方の側面１３２ｂと連続して形成される。
【００７６】
このように、光導波路１４０、１５０を第２マルチモード光導波路部１３２の側面１３２ａ、１３２ｂに対して段差を有さず連続して形成することにより、このＭＭＩ光カプラでマッハツェンダ光変調器を構成したときの特性を向上させることができる。つまり、このように構成したＭＭＩ光カプラ１００によってマッハツェンダ光変調器を構成すると、マルチモード光導波路１３０の幅誤差ｄＷが増減した際の、出力光の強度差を低減することができる。
【００７７】
しかし、本発明は係る例に限定されず、光導波路１４０の外側面１４０ａと、第２マルチモード光導波路部１３２の側面１３２ａとの間は、連続して形成されずに段差が形成されてもよく、光導波路１５０の外側面１５０ｂと、第２マルチモード光導波路部１３２の側面１３２ｂとの間は、連続して形成されずに段差が形成されてもよい。
【００７８】
尚、図１に示して上述したように、シングルモード光導波路１１０、１２０、及び光導波路１４０、１５０は、それぞれマルチモード光導波路１３０に近づくに従って幅が拡大するテーパ状に形成された場合について説明した。シングルモード光導波路１１０、１２０、及び光導波路１４０、１５０をこのような形状で形成することにより、マルチモード光導波路１３０の始点（例えば、シングルモード光導波路１１０、１２０が接続された端部）において、マルチモード導波光に励振する光の幅が、マルチモード光導波路１３０の幅に対して広くなる。これにより、低次のモードだけを励振することができ、幅誤差によるモード間の位相差変化を小さくすることができる。その結果、上記（式２）におけるＭＭＩ光カプラ１００の特性の変化の許容値であるｄＬ／Ｌの比を大きくすることができ、幅誤差に対するＭＭＩ光カプラ１００の特性の変化を抑えることができる。
【００７９】
以上、ＭＭＩ光カプラ１００の構成について説明した。このＭＭＩ光カプラ１００を使用してマッハツェンダ型光変調器等を構成する場合等においては、シングルモード光導波路１１０、１２０、及び光導波路１４０、１５０に入出力される光の導波路を、例えば、同一の基板１０上に形成することができる。この光の導波路の例として、図１には、曲線導波路２１０を示す。
【００８０】
曲線導波路２１０は、図１に示すように、例えば、光導波路１４０又は光導波路１５０に接続されて一体に形成されてもよい。このように、入出力される光の導波路を、各シングルモード光導波路１１０、１２０、及び光導波路１４０、１５０等と一体に形成することで、テーパ形状を有する各シングルモード光導波路１１０、１２０、及び光導波路１４０、１５０を、入出力される光の導波路の一部として構成することができ、光学素子全体の大きさを小さくすることができる。しかし、本発明は係る例に限定されず、曲線導波路２１０は、光導波路１４０又は光導波路１５０と別体に形成されてもよい。
【００８１】
図１においては、伝搬する光の入力光３１０が、シングルモード光導波路１１０に入力される場合について説明した。この場合、光は、第１マルチモード光導波路部１３１において干渉して２つのモードの光に分離される。そして、分離された光は、第２マルチモード光導波路部１３２において第１マルチモード光導波路部１３１とは違う干渉状態となり、それにより分離された２つの光のモードの間隙は、広げられる。この分離光の間隙が広がることにより、光導波路１４０と光導波路１５０との間隙Ｗｇ２が確保されて、分離された２つの光は、光導波路１４０と光導波路１５０とに分岐して出力される。これらの光は、それぞれ光導波路１４０を介して曲線導波路２１０から第１出力光３２０として、及び、光導波路１５０を介して曲線導波路２１０から第２出力光３３０として、出力される。
【００８２】
ここで、この伝搬する光の入力光３１０は、シングルモード光導波路１１０に入力されるとしたが、かかる例に限られず、例えば、伝搬する光が、それぞれの曲線導波路２１０を介して光導波路１４０と、光導波路１５０と、に入力されてもよい。この場合、光は、マルチモード光導波路１３０において結合され、シングルモード光導波路１１０から出力される。
【００８３】
（本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００の特性）
以上、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００の構成について説明した。以下では、図４を参照して、このような構成を有するＭＭＩ光カプラ１００に光通信等で使用される約１．５５μｍの波長の光を伝搬する場合の、ＭＭＩ光カプラ１００の特性について説明する。但し、以下に示すＭＭＩ光カプラ１００の各構成の寸法は、この場合の一例であり、他の波長の光を伝搬する場合等においては、以下の寸法を適宜変更することもできることはいうまでもない。
【００８４】
図４は、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００の特性を説明するための説明図である。そして、図４の（Ａ）は、ＭＭＩ光カプラ１００の寸法を示し、（Ｂ）は、幅誤差ｄＷに対するＭＭＩ光カプラ１００の第１出力光３２０、第２出力光３３０の変化をＢＰＭ等で計算した結果を示す。そして、（Ｃ）は、ＭＭＩ光カプラ１００によって構成したマッハツェンダ型光変調器４００の構成及び寸法を示し、（Ｄ）は、幅誤差ｄＷに対するマッハツェンダ型光変調器４００の第３出力光３４０、第４出力光３５０の変化をＢＰＭ等で計算した結果を示すグラフである。
【００８５】
まず、この場合の、ＭＭＩ光カプラ１００の各構成の寸法の一例を、図４の（Ａ）を参照して説明する。基板１０及び下部クラッド２０Ａをｎ型ＩｎＰにより形成し、下部クラッド２０Ａの厚みを０．５μｍとした。光導波層２０ＢをＩｎＧａＡｓＰにより形成し、厚みを０．２μｍとした。そして上部クラッド２０Ｃをｐ型ＩｎＰにより形成し、厚みを２μｍとした。
【００８６】
この場合、基板１０、下部クラッド２０Ａ、上部クラッド２０Ｃの屈折率は３．１７となり、光導波層２０Ｂの屈折率は３．３２となる。また、基板１０上のＭＭＩ光カプラ１００等の導波路が形成されていない表面には、例えばポリイミド等の屈折率１．５程度の高分子層が形成されてもよい。この場合、等価屈折率法で２次元化すると、導波路部分の屈折率を３．２に、その他の部分の屈折率を１．５にすることができる。
【００８７】
図４の（Ａ）に示すように、シングルモード光導波路１１０、１２０の幅が狭い端部の幅Ｗｓｓ１を１．８μｍとし、幅が広い端部の幅Ｗｓｌ１を２．６μｍとし、長さＬｓ１を５０μｍとした。そして、シングルモード光導波路１１０とシングルモード光導波路１２０との間隙Ｗｇ１を２μｍとした。
【００８８】
マルチモード光導波路１３０の長さＬを２１０μｍとし、幅Ｗｍを１２μｍとした。そして、第１マルチモード光導波路部１３１の長さＬｍ１を２００μｍとして、第２マルチモード光導波路部１３２の長さＬｍ２を１０μｍとした。この際、Ｌｍ２はＬの約４．８％となる。そして、第２マルチモード光導波路部１３２の幅Ｗｍ２を６．８μｍとした。このＷｍ２はＷｍの約５７％となる。
【００８９】
光導波路１４０、１５０の幅が狭い端部の幅Ｗｓｓ２を１．８μｍとし、幅が広い端部の幅Ｗｓｌ２を２．４μｍとし、長さＬｓ２を５０μｍとした。そして、光導波路１４０と光導波路１５０との間隙Ｗｇ２を２μｍとした。
【００９０】
シングルモード光導波路１１０、１２０、及び光導波路１４０、１５０の幅が狭い端部の幅Ｗｓｓ１、Ｗｓｓ２を１．８μｍとしたのは、この位置を伝搬する光をシングルモードにするためである。
【００９１】
上記のような寸法によって構成したＭＭＩ光カプラ１００に入力光３１０を入力した場合に、光導波路１４０から出力される第１出力光３２０と、光導波路１５０から出力される第２出力光３３０との幅誤差ｄＷに対する変化について、図４の（Ｂ）を参照して説明する。
【００９２】
図４の（Ｂ）から判るように、幅誤差ｄＷが−０．３μｍから０μｍへと変化するにつれて、第１出力光３２０の強度は約０．４から約０．４７へと増加している。そして、ｄＷが０μｍから０．３μｍへと変化するにつれて、第１出力光３２０は、約０．４７から０．４近傍まで減少する。一方、第２出力光３３０の強度は、ｄＷ＝−０．３〜０．３μｍの間、第１出力光３２０の強度とほぼ同じ値となっている。
【００９３】
つまり、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００は、第１出力光３２０と第２出力光３３０との強度比を、ｄＷの変化にかかわらず約１：１にすることができる。そして、ＭＭＩ光カプラ１００によれば、ｄＷの大きさ｜ｄＷ｜が大きくなった場合でも、第１出力光３２０及び第２出力光３３０の強度は、約０．４以上の高い値に維持されている。
【００９４】
次に、図４の（Ｃ）に示すように、上記のＭＭＩ光カプラ１００を２つ使用してマッハツェンダ型光変調器４００を構成したときの出力光について説明する。このマッハツェンダ型光変調器４００は、２つのＭＭＩ光カプラ１００に加えて、２つの連結導波路を有する。
【００９５】
連結導波路の１つは、一方のＭＭＩ光カプラ１００の光導波路１４０と、他方のＭＭＩ光カプラ１００の光導波路１４０とを接続し、連結導波路の他の１つは、一方のＭＭＩ光カプラ１００の光導波路１５０と、他方のＭＭＩ光カプラ１００の光導波路１５０とを接続する。
【００９６】
この連結導波路は、例えば、曲線導波路２１０及び直線導波路２２０によって構成されてもよい。この場合、曲線導波路２１０及び直線導波路２２０は、例えば、基板上にＭＭＩ光カプラ１００と共に一体に形成されてもよい。
【００９７】
そして、曲線導波路２１０及び直線導波路２２０の幅は、１．８μｍとした。これは、伝搬する光をシングルモードにするためである。そして曲線導波路２１０の長さを１００μｍとし、直線導波路２２０の長さを３００μｍとすることで、各ＭＭＩ光カプラ１００の間の光路の長さを５００μｍとした。そして、各直線導波路２２０の間の距離は、１５μｍとした。曲線導波路２１０及び直線導波路２２０の導波層の屈折率は３．２であり、その外側の屈折率は１．５である。
【００９８】
次に、このような構成を有する本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器４００の特性について、ＢＰＭ等のシミュレーション方法によってシミュレーションを行うことにより算出した結果を、図４の（Ｄ）に示す。
【００９９】
図４の（Ｄ）は、マッハツェンダ型光変調器４００の一方のシングルモード光導波路１１０に入力光３１０を入力した場合に、他方のシングルモード光導波路１１０から出力される第３出力光３４０と、シングルモード光導波路１２０から出力される第４出力光３５０との幅誤差ｄＷに対する変化を示している。
【０１００】
この場合、シングルモード光導波路１１０から入力された入力光３１０は、一方のＭＭＩ光カプラ１００で分岐され、分岐された光は、曲線導波路２１０、直線導波路２２０を介して他方のＭＭＩ光カプラ１００に伝搬する。そして、伝搬する光は、他方のＭＭＩ光カプラ１００で結合されて、シングルモード光導波路１１０又はシングルモード光導波路１２０から出力される。
【０１０１】
図４の（Ｄ）から判るように、第３出力光３４０の強度は、ｄＷの変化に対して０．１以下の小さな値に抑えられている。一方、第４出力光３５０の強度は、ｄＷ＝−０．３μｍにおいても０．６以上であったものが、ｄＷが増加するに従って更に増加してから減少し、ｄＷ＝０．２８μｍ付近まで０．６以上となっている。そして、この第４出力光３５０は、ｄＷが０．２８μｍ以上では０．６以下となっている。つまり、ＭＭＩ光カプラ１００によれば、許容幅誤差は、約−０．３〜０．２８μｍの約０．６μｍとなることが判る。
【０１０２】
（ＭＭＩ光カプラの特性比較）
幅誤差ｄＷに対する出力光の強度の変化について、このＭＭＩ光カプラ１００と、前述した従来のＭＭＩ光カプラ５００とを比較すると、従来のＭＭＩ光カプラ５００によれば｜ｄＷ｜を大きくした場合、第１出力光６２０及び第２出力光６３０は、約０．３まで低下してしまうのに対して、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００によれば｜ｄＷ｜を大きくしても第１出力光３２０及び第２出力光３３０の強度を約０．４以上の高い値に維持することができることが判る。
【０１０３】
更に、従来のマッハツェンダ型光変調器７００では許容幅誤差は、約−０．２〜０．１μｍの約０．３μｍに過ぎないが、本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器４００によれば、この許容幅誤差を従来の許容幅誤差の約２倍の約−０．３〜０．２８μｍの約０．６μｍにまで拡大することができることが判る。換言すれば、本実施形態によれば、許容幅誤差を８０％以上も増加させることができる。
【０１０４】
そして、このように広い許容幅誤差を、従来のマッハツェンダ型光変調器７００によって達成するためには、マルチモード光導波路５３０の幅を広げる必要があり、それに伴い長さを約４００μｍまで長くする必要がある。本実施形態に係るマルチモード光導波路１３０の長さＬは２１０μｍであるので、本実施形態によれば長さを約半分に短縮することができる。
【０１０５】
（本実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００によれば、作製時に生じる誤差、特に幅誤差ｄＷによって出力光の強度の分配特性が変化してしまうことを防ぐことができる。さらに、本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器４００によれば、許容することができる幅誤差ｄＷを約２倍近くまで広げることができる。つまり、実用上充分な約±０．３μｍの許容幅誤差を確保することができる。換言すれば、ＭＭＩ光カプラ１００の長さを、この許容幅誤差の範囲を有する従来のＭＭＩ光カプラ５００に対して約半分の長さにまで短縮することができる。
【０１０６】
この様に、出力強度を幅誤差ｄＷに対して変動することなく高い値に維持することができるので、製品としての均一性を向上することができる。更に製品品質を向上することにより、その後の使用上での微調整等の必要性を低減することができるため、使用上の便宜を向上することができる。つまり、同様の特性を有するＭＭＩ光カプラを作製する際に、作製装置等に要求される精度を低減することができるため、ＭＭＩ光カプラの作製を容易にすることができる。
【０１０７】
（各部材の寸法による許容幅誤差の変化）
以上、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００及びマッハツェンダ型光変調器４００の構成及び効果等について説明した。以下では、このＭＭＩ光カプラ１００の各部材の寸法による特性の変化、つまり、ＭＭＩ光カプラ１００の各部材の寸法を変更した場合に、そのＭＭＩ光カプラ１００を使用してマッハツェンダ型光変調器４００を構成した場合の許容幅誤差の変化について説明する。
【０１０８】
そこで、以下では、上記の寸法を有する本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００を基本に、一部の構成部材の寸法のみを変更した場合について説明する。従って、以下では、変更した寸法のみを示し、他の寸法については上記のＭＭＩ光カプラ１００の寸法と同様である。
【０１０９】
（第２マルチモード光導波路部１３２の幅Ｗｍ２）
まず、図５を参照して、第２マルチモード光導波路部１３２の幅Ｗｍ２を変化させた場合の許容幅誤差の変化について説明する。図５は、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００における第２マルチモード光導波路部１３２の幅Ｗｍ２の変化に対する特性の変化を示す図面である。
【０１１０】
（Ａ）は、Ｗｍ２＝７．３μｍにした場合のＭＭＩ光カプラ１００を示し、この場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を（Ｂ）のグラフに示す。また、（Ｃ）は、Ｗｍ２＝７．２μｍにした場合のＭＭＩ光カプラ１００を示し、この場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を（Ｄ）のグラフに示す。（Ｅ）は、Ｗｍ２＝６．０μｍにした場合のＭＭＩ光カプラ１００を示し、この場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を（Ｆ）のグラフに示す。
【０１１１】
尚、（Ｃ）に示すように、Ｗｍ２＝７．２μｍの場合、光導波路１４０、１５０の外側面１４０ａ、１５０ｂがそれぞれ、第２マルチモード光導波路部１３２の側面１３２ａ、１３２ｂと連続して形成されるように、光導波路１４０、１５０の幅が広い端部の幅Ｗｓｌ２を２．６μｍとした。そして、（Ｅ）に示すように、Ｗｍ２＝６．０μｍの場合、光導波路１４０と光導波路１５０との間隙Ｗｇ２を２μｍ確保するために、光導波路１４０、１５０の幅が広い端部の幅Ｗｓｌ２を２．０μｍとした。
【０１１２】
（Ｂ）に示すように、Ｗｍ２＝７．３μｍのときの許容幅誤差は、約−０．２２〜０．２６μｍとなる。このＷｍ２＝７．３μｍは、マルチモード光導波路１３０の幅Ｗｍの約６１％にあたり、光導波路１４０、１５０の中心軸１４１、１５１とマルチモード光導波路１３０の中心軸１３３との間の距離Ｐ２は、マルチモード光導波路１３０の幅Ｗｍの約１／５．５倍となる。この許容幅誤差は、従来のＭＭＩ光カプラの許容幅誤差（約−０．２〜０．１μｍ）よりも広くなっている。Ｗｍ２をＷｍの６０％より長くすると、許容幅誤差は、狭くなり従来の許容幅誤差に近づく。
【０１１３】
（Ｄ）に示すように、Ｗｍ２＝７．２μｍのときの許容幅誤差は、約−０．２４〜０．１８μｍとなる。この場合、距離Ｐ２は、Ｗｍの約１／５．２倍となる。この許容幅誤差も、従来の許容幅誤差（約−０．２〜０．１μｍ）よりも広くなっている。更に距離Ｐ２を大きくすると、許容幅誤差は、従来の許容幅誤差に近づく。従って、Ｐ２をＷｍの約１／５倍よりも大きくすると、許容幅誤差は狭くなり従来の許容幅誤差に近づく。
【０１１４】
（Ｅ）に示すように、Ｗｍ２＝６．０μｍの場合、幅誤差ｄＷの変化によって第４出力光３５０の強度は波立つような変化をし、許容幅誤差は−０．２近傍のみとなる。このＷｍ２はＷｍの約５０％にあたり、距離Ｐ２は幅Ｗｍの約１／６倍となる。この距離Ｐ２をより小さくすると、第４出力光３５０の強度は更に多く波立つこととなる。この様に出力光の強度が波立つように変化すると、作製誤差による出力変動が不確定になり製品品質が低下する恐れがある。
【０１１５】
以上から判るように、本実施形態においては、光導波路１４０、１５０の中心軸１４１、１５１とマルチモード光導波路１３０の中心軸１３３との間の距離Ｐ２を、マルチモード光導波路１３０の幅Ｗｍの約１／６〜１／５倍にすることにより、出力強度の波立ちを抑えつつ、許容幅誤差を広くすることができ、ＭＭＩ光カプラ１００の特性を向上させることができる。そして、第２マルチモード光導波路部１３２の幅Ｗｍ２を、マルチモード光導波路１３０の幅Ｗｍの約５０％〜６０％にすることにより、出力強度の波立ちを抑えつつ、許容幅誤差を広くすることができ、ＭＭＩ光カプラ１００の特性を向上させることができる。
【０１１６】
（第２マルチモード光導波路部１３２の長さＬｍ２）
次に、図６を参照して、図６の（Ａ）に示すように第２マルチモード光導波路部１３２の長さＬｍ２を変化させた場合の許容幅誤差の変化について説明する。図６は、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００における第２マルチモード光導波路部１３２の長さＬｍ２の変化に対する特性の変化を示す図面である。
【０１１７】
（Ｂ）は、Ｌｍ２＝５μｍにした場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を示したグラフで、（Ｃ）は、Ｌｍ２＝１０μｍにした場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を示したグラフで、（Ｄ）は、Ｌｍ２＝１５μｍにした場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を示したグラフである。尚、マルチモード光導波路１３０の長さＬを２１０μｍに固定しているため、Ｌｍ２によって第１マルチモード光導波路部１３１の長さＬｍ１は変化する。
【０１１８】
（Ｃ）に示すＬｍ２＝１０μｍの場合は、上述したＭＭＩ光カプラ１００の場合であり、その許容幅誤差は、約−０．３〜０．２８μｍであった。それに対して（Ｂ）に示すように、Ｌｍ２を短くし５μｍとしたときの許容幅誤差は狭くなり約−０．２８〜０．２５μｍとなる。しかし、この許容幅誤差もＭＭＩ光カプラ５００の許容幅誤差（約−０．２〜０．１μｍ）より広くなっている。この場合Ｌｍ２は、Ｌの約２．３％にあたる。更に、このＬｍ２を短くした場合、許容幅誤差は更に狭くなる。
【０１１９】
そして、（Ｄ）に示すように、Ｌｍ２を１０μｍよりも長くして１５μｍとした場合、第４出力光３５０の強度は減少して０．６近傍で波立つように変化した。この場合Ｌｍ２は、Ｌの約７．１％にあたる。更に、このＬｍ２を長くした場合、第４出力光３５０の強度は減少する。特に、Ｌｍ２をＬの約１０％以上にした場合、第４出力光３５０の強度が更に減少し、必要な強度を得ることができなくなる。
【０１２０】
以上から判るように、本実施形態においては、第２マルチモード光導波路部１３２の長さＬｍ２をマルチモード光導波路１３０の長さＬの約２〜１０％にすることにより、許容幅誤差を広くすることができ、ＭＭＩ光カプラ１００の特性を向上させることができる。
【０１２１】
（シングルモード光導波路１１０、１２０の幅が狭い端部の幅Ｗｓｌ１）
図７を参照して、図７の（Ａ）に示すようにシングルモード光導波路１１０、１２０の幅が狭い端部の幅Ｗｓｌ１を変化させた場合の許容幅誤差の変化について説明する。図７は、本実施形態に係るＭＭＩ光カプラ１００におけるシングルモード光導波路１１０、１２０の幅が狭い端部の幅Ｗｓｌ１の変化に対する特性の変化を示す図面である。
【０１２２】
（Ｂ）は、Ｗｓｌ１＝２μｍとした場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を示したグラフで、（Ｃ）は、Ｗｓｌ１＝２．３μｍとした場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を示したグラフで、（Ｄ）は、Ｗｓｌ１＝２．６μｍとした場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を示したグラフで、（Ｅ）は、Ｗｓｌ１＝２．９μｍとした場合の第３出力光３４０及び第４出力光３５０の強度を示したグラフである。
【０１２３】
（Ｂ）に示すように、Ｗｓｌ１＝２μｍのときの許容幅誤差は約−０．２７〜０．２６μｍとなり、（Ｃ）に示すように、Ｗｓｌ１＝２．３μｍのときの許容幅誤差は約−０．２９〜０．２７μｍとなり、（Ｄ）に示すように、Ｗｓｌ１＝２．６μｍのときの許容幅誤差は約−０．３〜０．２８μｍとなり、（Ｅ）に示すように、Ｗｓｌ１＝２．９μｍのときの許容幅誤差は約−０．３〜０．２７μｍとなる。
【０１２４】
従って、許容幅誤差のＷｓｌ１依存性はそれほど大きくはないが、Ｗｓｌ１＝２．６μｍとすることにより許容幅誤差を更に広くすることができることが判る。そして、Ｗｓｌ１を長くすることによって、第４出力光３５０の全体の強度が大きくなることが判る。
【０１２５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２６】
例えば、上記実施形態では、ＭＭＩ光カプラ１００は、第２入出力光導波路として、図１に示すように２つの光導波路１４０、１５０を備えるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ＭＭＩ光カプラ１００は、３つ以上の第２入出力光導波路を備えてもよい。複数の第２入出力光導波路が備えられる場合、各第２入出力光導波路は、幅方向に並設されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るＭＭＩ光カプラの構成を示す説明図である。
【図２】同実施形態に係るＭＭＩ光カプラの構成を示す断面図である。
【図３】同実施形態に係るＭＭＩ光カプラの構成を示す平面図である。
【図４】同実施形態に係るＭＭＩ光カプラの特性を説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係るＭＭＩ光カプラにおける第２マルチモード光導波路の幅の変化に対する特性の変化を示す図面である。
【図６】同実施形態に係るＭＭＩ光カプラにおける第２マルチモード光導波路部の長さの変化に対する特性の変化を示す図面である。
【図７】同実施形態に係るＭＭＩ光カプラにおけるシングルモード光導波路の幅が狭い端部の幅の変化に対する特性の変化を示す図面である。
【図８】従来のＭＭＩ光カプラを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０                  基板
２０                  リッジ導波路
２０Ａ                下部クラッド
２０Ｂ                光導波層
２０Ｃ                上部クラッド
１００                ＭＭＩ光カプラ
１１０、１２０        シングルモード光導波路
１１１、１２１        中心軸
１３０                マルチモード光導波路
１３１                第１マルチモード光導波路部
１３２                第２マルチモード光導波路部
１３２ａ、１３２ｂ    側面
１３３                中心軸
１４０、１５０        光導波路
１４０ａ、１５０ｂ    外側面
１４１、１５１        中心軸
２１０                曲線導波路
２２０                直線導波路
３１０                入力光
３２０                第１出力光
３３０                第２出力光
３４０                第３出力光
３５０                第４出力光
４００                マッハツェンダ型光変調器
５００                ＭＭＩ光カプラ
５１０、５２０        シングルモード光導波路
５３０                マルチモード光導波路
５４０、５５０        シングルモード光導波路
６１０                入力光
６２０                第１出力光
６３０                第２出力光
６４０                第３出力光
６５０                第４出力光
７００                マッハツェンダ型光変調器
【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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