(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に構成された石英系材料の光導波路型デバイスにおいて、
２本のアーム導波路と、前記２本のアーム導波路をそれぞれのみを横切るように構成され、λ／４波長板を挿入可能な２つの溝とを有する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であって、前記２本のアーム導波路に対して垂直よりも傾けて、当該垂直より傾けた方向で前記２つの溝の一部が相対するよう配置された、ＰＢＳと、
λ／２波長板を挿入できる溝を備えた第１の導波路と、溝の無い第２の導波路とを有する偏波ローテータと、
各々が、２つの光分岐器および２つの光結合器の間に４本の導波路を含み、前記４本の導波路の内側の２本が交差するよう構成された、２つの９０度ハイブリッドを有するミキサと
を備え、
前記ＰＢＳ、前記偏波ローテータおよび前記ミキサは、この順に縦続して、それぞれの間を光学的に接続する２つの折り返し導波路部を介して、概ねＳ字または逆Ｓ字状に配置され、前記ＰＢＳ、前記偏波ローテータおよび前記ミキサの各々の前記導波路は、少なくとも一部で相互に平行となるように構成されており、
前記平行な方向をＹ軸、前記Ｙ軸に垂直な方向をＸ軸とするとき、前記偏波ローテータにおいて、前記第１の導波路を横切る前記溝の前記第２の導波路側の端部と、前記第２の導波路との、Ｘ軸上の溝―導波路間間隔ｄは、
０．２５  ＜  ｄ  （ｍｍ）
の範囲にあることを特徴とする光導波路型デバイス。
【請求項２】
前記シリコン基板のＸ軸方向の長さをＸ0、
前記９０度ハイブリッドのＸ軸方向の長さの最小値をＸ1min、
前記９０度ハイブリッドの前記偏波ローテータ側の一方と、前記偏波ローテータとの間を接続する前記第２の導波路の前記折り返し導波路部の、折り返しの両端部間のＸ軸方向の距離をＸ4min、
前記ＰＢＳの前記第１の導波路を横切る前記溝の前記第２の導波路側の前記端部と、前記ＰＢＳの出力側との間を接続する前記第１の導波路の前記折り返し導波路部の、折り返しの両端部間のＸ軸方向の距離をＸ3min、
前記ＰＢＳの前記偏波ローテータ側の前記アーム導波路から、もう一方のアーム導波路上を横切る前記溝の遠い端部までのＸ軸方向の距離をＸ2minとし、
Ｘtotal＝Ｘ1min×２＋Ｘ4min＋Ｘ3min＋Ｘ2min
とするとき、前記溝―導波路間間隔ｄは、０．２５＜ｄ＜Ｘ0−Ｘtotal（ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光導波路型デバイス。
【請求項３】
前記シリコン基板のＸ軸方向の長さをＸ0とすると、前記溝―導波路間間隔ｄは、０．２５＜ｄ  ＜Ｘ0−１０．５（ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路型デバイス。
【請求項４】
前記ＰＢＳ、前記偏波ローテータおよび前記ミキサは、デジタルコヒーレント通信用光受信器の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光導波路型デバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、光導波路型デバイスの基板に挿入された薄膜素子を持つ光回路およびそれを用いて実現する光デバイスに関する。
【技術分野】
【０００２】
スマートフォン・携帯型タブレット端末などの爆発的普及や、映像配信サービスの開始を背景として、光ネットワークの伝送容量増大への要求が日増しに高まっている。光通信技術はこの要求に対応してさらに発展することが求められており、光通信システムで使用される部品の小型化、低コスト化を実現する技術が益々重要となっている。光通信システム用の部品を実現するのに重要な役割を果たしてきた技術として、導波路型デバイスが挙げられる。導波路型デバイスでは、光の干渉原理を応用することによって、光信号の分岐結合器、波長合分波器、インターリーブフィルタ、光スイッチ、可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）などさまざまな基本的機能が実現されている。これらデバイスは導波路型の構造を持つことから、回路設計に柔軟性があり、大規模化かつ高集積化が容易であるという特徴を持つ。さらに、導波路型デバイスはＬＳＩなどの半導体部品製造プロセスを流用して製造されるため、量産性に優れたデバイスとしても大きく期待されている。導波路部分の材料としては、半導体や高分子材料などさまざまなものが実用化されている。特に、シリコン基板上に作製された石英系光導波路は、低損失であって安定性および光ファイバとの整合性に優れるといった特徴を持っており、実用化が最も進んだ導波路型デバイスの一つである。
【０００３】
上述の光ネットワークの伝送容量増大の要求に応えるため、デジタルコヒーレント光伝送技術が普及してきている。導波路型デバイスを用いて構成される光通信用部品の中で、デジタルコヒーレント光伝送に用いられる光送受信器がとりわけ着目される。この光送受信器は、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）された光信号において、１波長当たりの伝送レートが１００Ｇｂ／ｓの高速動作を実現するに至っている。
【０００４】
デジタルコヒーレント光伝送技術において主に用いられる光信号変調方式は、位相変調である。具体的には、位相シフトキーイング（ＰＳＫ：Phase Shift Keying）、または、強度変調と組み合わせられた位相変調方式である直角位相振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）方式が用いられている。さらにデジタルコヒーレント光伝送技術では、位相変調に加えて、位相変調された複数の光信号を直交する２つの光偏波によって多重化する偏波多重方式を組み合わせることによって、上述の高速の伝送レートを実現している。
【０００５】
デジタルコヒーレント光伝送システムにおける光受信器は、そのフロントエンドに光信号のままで信号処理を行う光干渉回路を備えている。光干渉回路から得られた干渉光を受光素子（ＰＤ：Photo Detector）によって検出して電気信号に変換し、受信信号が得られる。光干渉回路からの受信信号は、さらに後続のデジタル信号処理を経て、偏波多重された位相変調信号の復調が実現される。
【０００６】
上述の光干渉回路には光導波路型デバイスが広く用いられており、信号光の光強度を調整するＶＯＡ、信号光の偏波を分離する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）、信号光または局発光の偏波を回転する偏波ローテータ（偏波回転器）、信号光および局発光の間の干渉によって位相差を検波する９０度ハイブリッドなどの基本的な機能要素から構成される。取り分け、石英系光導波路を用いた光導波路型デバイスは一般に平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）とも呼ばれる。今後のさらなるデジタルコヒーレント光伝送システムの普及および大容量化を実現するにあたって、ＰＬＣを含む光受信器は鍵になる部品となっている。
【０００７】
図１は、ＰＬＣによって構成された従来技術の光受信器における光干渉回路の構成を示した図であって、光干渉回路が構成されたシリコン基板の基板面を見た上面図である。ここではその詳細な動作説明は省略するが、図１では光干渉回路の異なる機能を実現する光導波路型デバイスの各機能要素の外形に概ねしたがって描かれている。光受信器１００は、主な機能要素として、ＶＯＡ１５、ＰＢＳ１２、偏波ローテータ１３、９０度ハイブリッド１６ａ、１６ｂなどを備えている。さらに、信号光の入力導波路１１、局部光の入力導波路１４、干渉光の出力導波路１８ａ、１８ｂ、信号光モニタ導波路１７なども備えている。ＰＬＣで構成され、図１に示したような異なる機能を実現する各機能要素の組み合わせを含む光干渉回路では、小型化が非常に重要な技術課題となっている。
【０００８】
ＰＬＣにおいてＰＢＳまたは偏波ローテータを実現するために、光導波路を横切るように、光波長板を光干渉回路内に挿入する構成を用いることができる。光波長板は、これを通過する光信号の偏波に応じて、光信号に位相差を生じさせる素子であり、例えばポリイミドフィルムを用いて作製されたものが広く知られている。
【０００９】
図１を再び参照すれば、ＰＢＳ１２および偏波ローテータ１３では、光導波路を横切るようにして光波長板を挿入するための溝３が形成されている。それぞれの光導波路を伝搬する光が光波長板を通過するように、この溝３の内部に光波長板が挿入される。このような基板面上に溝を備えた構成によって、光波長板を透過した光偏波に回転を生じさせることが可能となる。例えば、ＰＢＳ１２を構成するためには、２本の光導波路によって構成されるマッハ・ツェンダー光干渉回路で、各光導波路にそれぞれλ／４波長板を互いの複屈折光学軸が直交するように挿入すれば良い。また、偏波ローテータ１３を実現するためには、対象となる光導波路中に複屈折光学軸が４５度となるような向きでλ／２波長板をすれば良い（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第２６１４３６５号公報  明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】S. Tsunashima, et. al., “Silica-based, compact and variable-optical-attenuator integrated coherent receiver with stable optoelectronic coupling system”, November 19, 2012/Vol. 20, No. 24/OPTICS EXPRESS 27174
【非特許文献２】Implementation Agreement for Integrated Dual Polarization Intradyne Coherent, IA # OIF-DPC-RX-01.2 Receivers, November 14, 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述の光波長板を溝内に挿入する構成の光導波路型デバイスにおいては、デバイスの小型化において、以下に述べるような問題があった。ＰＬＣにおいて光波長板を挿入するための溝は、例えば特許文献１にも記載されているように、ダイシング装置を用いた機械加工によって形成されていた。図１の下方には、光受信器１００の基板面および溝３の長手方向に対して垂直な断面を見たときの溝３近傍の構造を示している。溝３は、光干渉回路の最上面から、光導波路が形成されるコア層およびクラッド層を含む導波路層２を越えて、シリコン基板１にまで達するように、所定の値まで切断深さを調整しながら加工されていた。しかしながらこのような機械加工による方法では、ダイシングブレードの大きさによって決まる溝加工を行うための作業エリア内（ワークサイズ）には、他の回路を構成することができない。ダイシング装置自体の加工精度、加工作業に必要なワークサイズを考慮すると、溝の周辺では、１ｍｍ×５ｍｍ程度の面積にわたって回路配置の禁止領域が必要となってしまう。
【００１３】
ダイシングブレードは光導波路に対して非常に大きく、作業エリアと各機能要素とのレイアウトの干渉のため、異なる大きさの多数の溝を基板上に形成することはできなかった。基板上に形成した溝のために、本来溝が不要な光導波路が切断されてしまえば、その溝で無駄な光損失を生じてしまう。結局、溝加工を行うための作業エリア内には、波長板挿入が必要な光導波路を除いて、他の機能要素の回路を近接して柔軟に配置することができなかった。このような状況下ではまず溝の配置が優先され、図１に示したように単一の共通の溝を形成し、これに合わせて単一の溝内の異なる部分を利用して異なる機能の光回路を構成していた。
【００１４】
図１の溝３の他の形成方法として、レーザ加工を利用することもできる。しかしながら、レーザ加工ではガラス（ＳｉＯ2）を熱で溶かして溝を形成するため、加工された部分の熱収縮によって応力が発生したり、溝内面が荒れたりするなどの問題が生じ得る。波長板挿入部における光損失を最小限に留める形状に加工することが難しく、加工によって生じる光導波路部分の歪による光学特性劣化も懸念される。ダイシングおよびレーザのいずれの機械加工手段によっても、その加工精度やワークサイズの点から光回路の小型化の制約となっていた。結局、機械加工によって形成される光導波路への薄膜挿入溝はその加工形状による制約から、溝から１ｍｍ以上離れた位置に、溝のない隣接する導波路が配置されることが通常で、そのため光回路の小型化を制約する要因となっていた。
【００１５】
光干渉回路の基板上に溝を形成する技術としては、ドライエッチングまたはウェットエッチングによるウェハプロセスを用いることもできる。これらのエッチング方法は、加工精度および形状制御のいずれの点でも、光波長レベルでの制御が可能なため、溝形成の方法として有望である。しかしながら、光波長板などの薄膜を挿入する深い溝を形成するのに適した加工方法である必要がある。具体的には、加工形状については溝の深さ方向への垂直性が求められ、光導波路と溝の境界面の粗さを抑えおよび溝開口の加工トレランスが精緻な技術が必要である。引用文献１記載された光干渉回路の構成例では、水平方向と深さ方向との間でエッチングされる比率（選択比）の差のため、十分な精度で深い溝を加工する時には溝の長さおよび幅のサイズを一定値以上の大きさにする必要があった。光導波路を作製する一般的なエッチング技術では、基板面に垂直な深さ方向のエッチング速度は、基板面に平行な水平方向のエッチング速度に比べて遅い。このため、光波長板を挿入するのに十分な深い垂直な溝を形成するには、溝の幅または長さを、光波長板を挿入するために本来必要なサイズよりも大きくする必要があった。結局、光波長板を溝内に挿入するための小さな溝を形成することは、光導波路を作製する一般的なドライエッチングまたはウェットエッチングでは難しかった。
【００１６】
したがって特許文献１に記載されているように、例えば隣接する光導波路間の距離を５００μｍ以下に近づけて配置しようとする場合には、複数の光導波路に渡って１つの連続した溝を配置するなどの工夫が必要となる。特に光回路の小型化が必要な場合、損失を止むを得ないものとして許容して本来溝を必要としない光導波路にまで渡って溝を形成するか、溝を避けるようなレイアウト上の工夫をしながら光回路を配置する必要があり、回路の小型化、回路設計の柔軟性および光学的な性能上での大きな制約があった。
【００１７】
近年、ディープエッチングと呼ばれる深さ方向のエッチング速度を向上させたシリコン深堀り技術が実現されている。このようなエッチング技術の向上によって光導波路ごとに別個の溝を作ることが可能になった。溝を複数の光導波路に配置する必要がある場合でも、最小の溝面積で光導波路ごとに溝の配置が可能となったため、従来と比べ光導波路同士をさらに近接して配置することができるようになった。しかしながら、溝が形成された光導波路と溝の無い光導波路とを近接して構成する場合、溝の無い（溝が横切らない）光導波路において、隣接する溝によって解放される基板水平方向の応力の分布の影響を受け、溝の無い光導波路を伝搬する光の偏波状態が変化してしまう問題が生じることになった。特に、その溝の無い光導波路が単一偏波の光を伝搬する回路を構成する場合に、その回路の偏波消光比が劣化してしまう問題が生じることとなった。
【００１８】
また、特許文献１に開示された応力解放溝を用いた偏波制御光導波路デバイスなどのように、溝の形成によって解放される応力の不均衡を無くすために、ダミーの溝を配置する場合がある。隣接する光導波路に対して導波路回路パターンの対称性を保つため、ダミーの溝および薄膜素子を挿入するための溝を同時に形成しようとしても、小型化が要請されると、溝の配置そのものが困難となり得る。上述のように、薄膜素子を挿入するための溝によって応力が解放されることで、溝の無い隣接する光導波路の偏波保持性が損なわれることが新たな技術的課題となっている。
【００１９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、デジタルコヒーレント通信に用いられる小型光受信器を構成するときの、薄膜素子を挿入するための溝と、隣接する溝の無い光導波路との距離の範囲を明らかにする。特定の回路配置の条件で、所定の大きさの基板上でＰＬＣ回路を用いて光受信器を実現するときの、薄膜素子を挿入する溝と隣接する導波路との距離の最適範囲を明らかにし、指標を与える。光波長板などの薄膜素子を挿入する溝を有する光干渉回路の小型化を実現する溝の構成を提案し、より集積度の高い光干渉回路、光導波路型デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シリコン基板上に構成された石英系材料の光導波路型デバイスにおいて、２本のアーム導波路と、前記２本のアーム導波路をそれぞれのみを横切るように構成され、λ／４波長板を挿入可能な２つの溝とを有する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であって、前記２本のアーム導波路に対して垂直よりも傾けて、当該垂直より傾けた方向で前記２つの溝の一部が相対するよう配置された、ＰＢＳと、λ／２波長板を挿入できる溝を備えた第１の導波路と、溝の無い第２の導波路とを有する偏波ローテータと、各々が、２つの光分岐器および２つの光結合器の間に４本の導波路を含み、前記４本の導波路の内側の２本が交差するよう構成された、２つの９０度ハイブリッドを有するミキサとを備え、前記ＰＢＳ、前記偏波ローテータおよび前記ミキサは、この順に縦続して、それぞれの間を光学的に接続する２つの折り返し導波路部を介して、概ねＳ字または逆Ｓ字状に配置され、前記ＰＢＳ、前記偏波ローテータおよび前記ミキサの各々の前記導波路は、少なくとも一部で相互に平行となるように構成されており、前記平行な方向をＹ軸、前記Ｙ軸に垂直な方向をＸ軸とするとき、前記偏波ローテータにおいて、前記第１の導波路を横切る前記溝の前記第２の導波路側の端部と、前記第２の導波路との、Ｘ軸上の溝―導波路間間隔ｄは、０．２５＜ｄ（ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする光導波路型デバイスである。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１の光導波路型デバイスであって、前記シリコン基板のＸ軸方向の長さをＸ0、前記９０度ハイブリッドのＸ軸方向の長さの最小値をＸ1min、前記９０度ハイブリッドの前記偏波ローテータ側の一方と、前記偏波ローテータとの間を接続する前記第２の導波路の前記折り返し導波路部の、折り返しの両端部間のＸ軸方向の距離をＸ4min、前記ＰＢＳの前記第１の導波路を横切る前記溝の前記第２の導波路側の前記端部と、前記ＰＢＳの出力側との間を接続する前記第１の導波路の前記折り返し導波路部の、折り返しの両端部間のＸ軸方向の距離をＸ3min、前記ＰＢＳの前記偏波ローテータ側の前記アーム導波路から、もう一方のアーム導波路上を横切る前記溝の遠い端部までのＸ軸方向の距離をＸ2minとし、Ｘtotal＝Ｘ1min×２＋Ｘ4min＋Ｘ3min＋Ｘ2minとするとき、前記溝―導波路間間隔ｄは、０．２５＜ｄ＜Ｘ0−Ｘtotal（ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１または２の光導波路型デバイスであって、前記シリコン基板のＸ軸方向の長さをＸ0とすると、前記溝―導波路間間隔ｄは、０．２５＜ｄ  ＜Ｘ0−１０．５（ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかの光導波路型デバイスであって、前記ＰＢＳ、前記偏波ローテータおよび前記ミキサは、デジタルコヒーレント通信用光受信器の一部を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によって光波長板などの薄膜素子を挿入する溝を有する光干渉回路の小型化を実現することができる。特定の回路配置の条件で、所定の大きさの基板上でＰＬＣ回路を用いて光受信器を実現するときの、薄膜素子を挿入する溝と隣接する導波路との距離の指標を与える。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、ＰＬＣによって構成された従来技術の光受信器における光干渉回路の構成を示した図である。
【図２】図２は、本発明の光導波路型デバイスの実施例の構成を示す図である。
【図３】図３は、溝の端部および隣接する導波路間の距離と、ＰＥＲ劣化量の関係を示す図である。
【図４】図４は、９０度ハイブリッド回路における交差角度を説明する図である。
【図５】図５は、９０度ハイブリッド回路の交差角度と導波路間距離Ｇの関係を示した図である。
【図６】図６は、９０度ハイブリッド回路における導波路交差角度Θと交差により生じる損失との関係を示す図である。
【図７】図７は、本発明のデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器おける機能要素に関連する最小値の定義を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の光導波路型デバイスは、溝の形成のために近年のウェハプロセス技術の進展に伴って可能となったディープエッチング技術を用いる。これまで光導波路型デバイスで使用されてきたウェットエッチングまたはドライエッチング技術は、基板面に水平方向のエッチング速度に比べて垂直方向のエッチング速度（深さ方向の選択比）が非常に小さいものであった。近年では、基板面の垂直方向、すなわち深さ方向に選択比の高いエッチングプロセスが開発されており、ボッシュプロセスとしてシリコン基板に広く適用されている。本発明の光導波路型デバイスでは導波路の構成材料であるＳｉＯ2に対して深さ方向の選択比が大きいディープエッチング技術を使用して、薄膜素子を挿入するための溝を形成する。ディープエッチング技術によって、薄膜素子を適切に挿入できる必要最小限の開口部のサイズと、十分な垂直深さを確保した溝を形成することができる。
【００２７】
本発明の光導波路型デバイスでは、少なくとも１つの溝は、薄膜素子を挿入する対応する１本の導波路のみを横切り、この対応する１本の導波路に隣接する他の導波路を横切らないよう構成される。この溝は、概ね矩形状をしており、溝内に薄膜素子を安定して保持・固定できるように、挿入される薄膜素子のサイズに適合した最小のものとすることができる。
【００２８】
通常、ＰＬＣで作製される光回路は、異なる機能を実現する複数の機能要素からなっている。本発明の薄膜素子を挿入するための溝を用いることで、溝が必要な機能要素において導波路ごとに必要な溝を形成することが可能となる。さらに、溝が必要な機能要素の小型化が可能となるのに加え、溝が不要な機能要素との距離を短くすることで、光回路全体の小型化も実現できる。従来技術のような複数の導波路に渡って形成されていた大きな溝３（図１）は、溝によって解放される応力の分布による影響が広い領域に及んでいた。本発明では、必要最小限の開口部のサイズを持ち導波路毎に構成された溝を使用することで、溝によって解放される応力分布の影響を受ける領域自体が縮小される。したがって、光回路全体で、溝によって解放される応力分布の影響を受けない領域も最小化できる。光回路の異なる機能要素間で、溝と、薄膜素子を挿入する溝が無い隣接する導波路との距離を規定すれば、いずれの導波路を伝搬する光に対しても、偏波保持性を維持し偏波消光比が劣化することなしに、所望の偏波特性を得ることが可能となる。
【００２９】
本発明の溝を有する光導波路型デバイスでは、デジタルコヒーレント通信に用いられる光受信器を効果的に構成することができる。本発明の光導波路型デバイスは、少なくとも偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、偏波ローテータ（偏波回転器）、および２つの９０度ハイブリッドが、この順に縦続して、それぞれの間を光学的に接続する２つの折り返し導波路部を介して、概略Ｓ字状または逆Ｓ字状に配置されている。２つの９０度ハイブリッドは、ミキサ回路を構成する。各構成要素内に含まれる導波路は、要素内においても要素間においても、概ね平行となるように配置されている。したがって、ＰＢＳにおける信号光の伝搬方向と、偏波ローテータにおける信号光の伝搬方向とは、平行で正反対となる。また、偏波ローテータにおける信号光の伝搬方向と、２つの９０度ハイブリッドそれぞれにおける信号光および局発光（局部発振光）の伝搬方向も、平行で正反対となる。
【００３０】
ＰＢＳにおいては、平行に配置された２つの導波路の各々に、それぞれの導波路のみを横切る溝が形成されている。また、偏波ローテータにおいては、２本の導波路の内の一方の導波路のみに薄膜素子を挿入するための溝を形成し、他方の導波路は溝を持っていない。以下の検討では、偏波ローテータにおける一方の導波路の溝の端部から、溝のない隣接する導波路までの距離（後述する「溝―隣接導波路間距離ｄ」）について、一定の基板サイズの条件下で、溝によって解放される基板水平方向の応力分布の影響と小型化の要請との両方を考慮した最適範囲を求める。最初に、本発明の光導波路型デバイスとして最も好適なデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器の構成を以下に説明する。下の実施例では、シリコン基板上に形成した石英系材料の単一モード光導波路を使用した光導波路型デバイスを例として説明する。これは、この構成がＰＬＣに現在広く利用されており集積化が容易であって、さらに石英系光ファイバとの整合性に優れ、低損失な光デバイスを提供できるためである。以下の説明において、導波路と記載したものはＰＬＣ回路上に形成された光導波路を意味するものとする。
【００３１】
図２は、本発明の光導波路型デバイスの実施例の構成を示す図である。図２の光導波路型デバイスは、ＰＬＣによって構成されたデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器（光干渉回路）２００である。光受信器２００は、信号光入力導波路３０、局発（局部発振）光の入力導波路３２、干渉光の出力導波路３３ａ、３３ｂ、信号光モニタ導波路３４を備える。また、光受信器２００は、信号光が伝搬する順に、ＶＯＡ３１、ＰＢＳ２１、偏波ローテータ２２、および２つの９０度ハイブリッド回路２９ａ、２９ｂを備える。ＰＢＳ２１および偏波ローテータ２２は、薄膜素子である波長板を各々の導波路を横切るように各溝に挿入して実現される。
【００３２】
ＰＢＳ２１は、マッハ・ツェンダー干渉計の２つのアーム導波路２３、２４上にそれぞれ形成された溝２５、２６の中に、２つのλ／４波長板を互いの複屈折軸が直交するような向きで挿入して構成される。ＰＢＳ２１は、入力された信号光を２つの偏波に分離するよう動作する。また偏波ローテータ２２は、２つの導波路２８ａ、２８ｂの内の一方の導波路２８ａに形成された溝２７の中に、λ／２波長板を挿入して構成される。偏波ローテータ２２は、ＰＢＳ２１の後段側に配置され、一方の光の偏波を９０度回転させる。偏波ローテータ２２において隣接して配置される溝のある導波路２８ａおよび溝の無い導波路２８ｂとの距離は、溝２７の端部から溝の無い導波路２８ｂまでの距離３５として後述する。
【００３３】
薄膜素子が挿入される溝２５、２６、２７は、ＳｉＯ2の深堀りエッチングのために最適化されたディープエッチング技術を使用して形成された。各々の機能に応じて挿入される波長板のサイズに応じて、溝のサイズを設計した。ＰＢＳ２１の溝２５、２６については、それぞれ長さを１ｍｍとして、長さ０．７５ｍｍのλ／４波長板を挿入した。また、偏波ローテータ２２の溝２７についてはその長さを１．５ｍｍとして、長さ１．０ｍｍのλ／２波長板を挿入した。いずれの波長板も、組み立て時の作業の容易性を考慮して、最小でも概ね０．７５ｍｍ程度の長さとしている。
【００３４】
図２では、導波路のレイアウトは概ね実際のデバイスのイメージに近いが、導波路に対する溝の幅や長さなどは実際の構成とは異なる点に留意されたい。実際の寸法関係で記載すると、溝および波長板などは視認できなくなるので、溝の幅、波長板の厚さを相対的に拡大して誇張して描いてある。
【００３５】
波長板として用いた薄膜素子はポリイミドフィルムで構成されており、厚さ１０μｍ程度のものを使用した。挿入する薄膜素子の厚さに応じて、溝の幅は１５〜３０μｍ程度とした。溝内に挿入された薄膜素子を、石英ガラスに近い屈折率を持つ樹脂を溝内の薄膜素子との隙間に充填して、接着固定することにより、溝が横切る導波路の過剰損失を最小限に抑えた。溝の深さは１００μｍ以上３００μｍ以下とし、導波路部分のエッチング断面は基板面に対して垂直方向に垂直性を保ち、かつその表面は平滑である。薄膜素子は、組み立て時の扱いやすさを考慮して、基板表面よりも上方に５００μｍ程度はみ出る高さを持つ。
【００３６】
本発明の光導波路型デバイスの溝を作製するディープエッチングプロセスは、導波路部分のＳｉＯ2に対して深堀りエッチングを行うのに最適化されたプロセスである。したがって、導波路部分以外のエッチング断面、特にＳｉＯ2の導波路部分を越えてシリコン基板部に達した溝のエッチング断面においては、基板面に対する厳密な垂直性は必ずしも必要ない。信号光に対して位相変化を生じさせるＳｉＯ2の導波路部分のエッチング断面で垂直性が確保されていれば、ＳｉＯ2の溝で十分に薄膜素子を保持できる。したがって、溝の奥深くにあるシリコン基板のエッチング断面については垂直状態からやや外れていても許容できる。
【００３７】
再び図２を参照すれば、本発明の光導波路型デバイスでは、ＰＢＳ２１、偏波ローテータ２２および９０度ハイブリッド回路２９の３種類の各機能要素が、この順に縦続して配置され、機能要素同士を接続するための折り返し導波路２８ａ、２８ｂを介して光学的に接続されている。すなわち、それぞれの機能要素同士の間は連続的になめらかに導波路で接続され、光導波路型デバイス全体を見たときに、概ねＳ字状または逆Ｓ字状となっている。本発明の光導波路型デバイスでは、基本原則として、折り返し曲線導波路の半径を放射損失が発生しない最小値（２ｍｍ）として、機能要素を互いにできる限り近接して配置することになる。図２に示したデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器の光干渉回路では、各機能要素のいずれの導波路もその少なくとも一部は平行となるよう構成されている。３つの機能要素は、この平行な導波路方向（Ｙ軸方向）に概ね垂直な方向（Ｘ軸方向）に並んで配置された構成となる。以下の説明では、３種類の機能要素が配置されるＸ軸方向、すなわち３種類の各機能要素に共通の導波路方向（Ｙ軸）に垂直な方向を、機能要素の配置方向と呼ぶ。
【００３８】
以下では、図２のデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器において、各機能要素がどのように光回路のチップ全体のサイズに影響を与えるかについて検討する。先にも述べたように、図２に示したレイアウトは概ね実際のデバイスのイメージに近いが、溝の幅、波長板の厚さを相対的に拡大して誇張して描いてある。各機能要素において、光回路を小型化する際の光学特性上の制限と、隣接する溝によって解放される基板水平方向の応力の分布の影響の問題と合わせて、さらに検討する。
【００３９】
２つの溝２５、２６を含むＰＢＳ２１では、上述の通り、溝２５および溝２６の各長さが、ＰＢＳ２１全体のサイズを支配的に決定する。それぞれの溝に対応する２本のアーム導波路２３、２４に概ね垂直な方向で、２つの溝２５、２６の一部が相対して配置されている。マッハ・ツェンダー干渉計のアーム部分に相当する２本のアーム導波路２３、２４の間隔を５００μｍ以下になるように近接させて配置することができる。これによって、図２のデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器において、機能要素の配置方向（Ｘ軸）に関するサイズを最小にして、光受信器回路の全体のサイズを縮小することが可能である。従来技術で問題となった、溝の通過を避けるための光回路のレイアウト制限や、溝の通過を許容することによる望まない損失の発生を解消することができる。ＰＢＳ２１の場合は、２つの導波路のそれぞれに対して対称に溝が形成されるため、隣接する溝によって解放される基板水平方向の応力の分布は問題とならない。
【００４０】
偏波ローテータ２２では、ＰＢＳ２１によって分離された一方の偏波の信号光が伝搬する導波路２８ａ側のみに、薄膜素子が挿入される溝２７が形成される。他方の偏波の信号光が伝搬する導波路２８ｂは溝を持っていない。したがって、図２のデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器において、偏波ローテータ２２の機能要素の配置方向（Ｘ軸）に関するサイズは、溝２７の長さに加えて、溝２７の端部と、溝の無い隣接する導波路２８ｂとの間の距離３５によって決定される。以後簡単のため、偏波ローテータ２２において導波路２８ａを横切る溝２７の一端から、導波路２８ａに最も隣接し溝の無い導波路２８ｂまでの距離３５を、溝―隣接導波路間距離ｄと定義する。
【００４１】
溝―隣接導波路間距離３５の最小値ｄminは、溝の無い導波路を伝搬する光の偏波状態が溝による応力解放によって変化してしまう問題を避けるため、ＰＥＲの実測値に基づいて以下のように決定される。
【００４２】
図３は、溝の端部と隣接する導波路との距離と、ＰＥＲ劣化量の関係を示す図である。図２に示したように、一方の導波路２８ａに対して垂直よりやや傾けて（９８°）構成した状態の溝２７の端部から、隣接する溝の無い導波路２８ｂまでの距離ｄを変えたときの、溝の無い導波路２８ｂにおける偏波消光比（ＰＥＲ：Polarization-Extinction Ratio）の劣化量を示す。すなわち、溝が存在しない場合のＰＥＲ値を基準としたＰＥＲ劣化量（ｄＢ）を示している。同一基板上に溝と被測定導波路の複数のペアを作成した２サンプルについて実測した。
【００４３】
図３に示したように、溝―隣接導波路間距離３５が概ね２５０μｍまではＰＥＲ劣化量は０であり、溝と導波路を１００μｍまで近接すると数ｄＢ以上のＰＥＲ劣化が生じている。したがって、溝―隣接導波路間距離３５の最小値ｄminを２５０μｍとすれば、図２の偏波ローテータ２２における消光比劣化を抑えて、溝の無い導波路の偏波保持性が損なわれることのない光回路を構成できる。
【００４４】
一方で、偏波ローテータ２２における溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxは、図２のデジタルコヒーレント通信用光受信器の回路配列方向に並んだ３つの機能要素において、各要素内の各最小距離（サイズ）または機能要素間の最小距離から決定される。
【００４５】
溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxは、図２のデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器を実際に作製するチップサイズに制限が無ければ、機能要素の配置方向（Ｘ軸方向）にも制限は無い。チップサイズに制限が無ければ回路レイアウトの自由度が高く、一般的に最大値を一意に決定することができない。しかしながら、本発明の光導波路型デバイスの薄膜素子のための溝は、光回路を小型化しようとする場合に最大の効果を発揮し、特に、図２に示したようなデジタルコヒーレント通信における光受信器へ適用するのが好ましい。
【００４６】
デジタルコヒーレント光伝送用の光受信器では、標準化団体（例えばＯＩＦ：The Optical Internetworking Forum））の仕様によって決定される形態・サイズのパッケージ内に収納するため、基板の最大サイズをいくつかの固定値に決定できる。各機能要素における最小値の合計値を累積的に求めれば、上述の基板サイズ固定値から、最小値の合計値を差し引いて、偏波ローテータ２２における溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxが求められる。そこで以下では、図２のデジタルコヒーレント通信用光受信器の小型化を制限する要因となる、各機能要素における最小長さ、最小距離等をさらに検討して決定し、溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxを求めてみる。
【００４７】
図２に示したデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器２００おいて、偏波ローテータ２２の溝２７と隣接する導波路２８ｂの溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxを制限する要因は、第１に、受信器２００の最上部にある９０度ハイブリッド回路２９ａ、２９ｂの各々の内側２本の導波路の交差部の構成にある。交差部で生じる損失を考慮して９０度ハイブリッド回路の構成が決定される。
【００４８】
図４は、９０度ハイブリッド回路における交差角度を説明する図である。９０度ハイブリッド回路の交差角度とは、２つの光分岐手段と２つの光結合手段との間に配置された４本の導波路の内で、内側にある２本の導波路が交差する角度を言う。図４に示すように回路レイアウト上で、各々の導波路４１、４２において信号光または局発光が伝搬する方向をＹ軸とし、９０度ハイブリッドの４本の導波路に垂直な方向をＸ軸（図２のＸ軸方向に対応）とする。Ｘ軸方向について９０度ハイブリッド回路を最小とするのは、２本の導波路４１、４２がそれぞれ２つの円弧を連続的に接続するような形状を持ち、かつ、その円弧の接続点と２本の導波路の交点４３が一致する場合である。図４では、交差部を中心として２本の導波路４１、４２がＹ軸と平行となるまでの部分を描いている。２本の導波路の接線のなす交差角度をΘ、２本の導波路の円弧部の半径をｒとすると、交差する２つの導波路４１、４２の導波路間距離Ｇは次式で表される。
Ｇ＝ ２ｒ×ｓｉｎ（Θ／４）                        式（１）
式（１）は、１つの９０度ハイブリッド回路のＸ軸方向の長さ、すなわち、図２において機能要素の配置（Ｘ軸）方向の長さを決定する指標となる。
【００４９】
図５は、９０度ハイブリッド回路における交差角度と導波路間距離Ｇの関係を示した図である。ここで、導波路の円弧部の半径をｒとして、現在のＰＬＣ回路で通常用いられる最小値である２ｍｍを用いた。図５からわかるように、交差角度Θが大きくなるほど、９０度ハイブリッド回路内の導波路間距離Ｇが大きくなる。９０度ハイブリッド回路の小型化を考慮すれば、当然、交差角度として最大の９０度を用いることはなく、できる限り交差角度を小さくすれば良い。実際には、交差角度に９０度ハイブリッド回路の光学特性上から決定される最小値が存在し、これにより隣接する導波路間距離Ｇに上限値および下限値が決定される。
【００５０】
交差角度の適切な範囲は、図４の２本の導波路４１、４２の交差角度が小さくなると損失が増加する現象から規定される。一般的に、９０度ハイブリッド回路の２本の導波路４１、４２の交差角度が浅くなりゼロに近づくと、一方の導波路の光信号が交差する他方導波路側に漏えいし、挿入損失の増加を招く。実際の回路においては、挿入損失は高次モード（放射モード）や結合モード（交差する導波路への漏えい）を励振することで発生する。高次モードや結合モードの励振状態は交差部（交差エッジ部）の形状にも大きく依存することから、ビーム伝搬法(ＢＰＭ：beam propagation method)などの解析手法で定量的に予測することが難しく、実使用状態におけるテスト回路の測定結果から求めることが一般的である。
【００５１】
図６は、９０度ハイブリッド回路における導波路交差角度Θと交差により生じる損失の関係を示す図である。図６より、交差角度Θを小さく（浅く）するに従って損失が増加し、損失が０．５ｄＢとなる１５°より交差角度Θが小さい領域では、急激に光損失が上昇することがわかる。交差角度Θが１５°のときの２本の導波路４１、４２の導波路間距離Ｇは図５から概ね２５０μｍである。一方、図６から、交差による損失が十分に小さく損失の減少量が飽和する、交差角度Θの最大値として５０°を決定した。これ以上交差角を大きくしても損失は減少しないため、大きくする意味がないからである。図６において交差角度５０°の場合の２本の導波路４１、４２の導波路間距離Ｇは、図５から８７０μｍと求められる。したがって、９０度ハイブリッド回路における内側の２本の導波路間距離Ｇは、２５０μｍから８７０μｍとなる。
【００５２】
図７は、本発明のデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器おける機能要素に関連する最小値の定義を示した図である。１つの９０度ハイブリッドは４本の導波路を含むため、上で求めた導波路間距離Ｇの最小値２５０μｍを３倍した長さ７５０μｍが、概ね９０度ハイブリッドおけるＸ軸方向（図２の機能要素の配置方向）の最小値Ｘ1minとなる。したがって、２つの９０度ハイブリッド２９ａ、２９ｂがＸ軸方向に並んだハイブリッド回路２９のＸ軸方向の最小値は、Ｘ1min×２＝１．５ｍｍとなる。９０度ハイブリッドの周辺部には、基板端部や隣接する機能要素との間である程度のマージンが必要となるが、次に述べる最小値Ｘ4minとＸ1minとの間の重複分をこのマージンに割り当てれば、９０度ハイブリッド回路２９においてＸ1min＝×２＝１．５ｍｍの値は概ね妥当である。以下では、図７の定義に従って、さらに各機能要素に関連する最小値を求める。
【００５３】
図７を再び参照すると、９０度ハイブリッド回路２９の最小値Ｘ1minと一部重複し、溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxを決定する第２の要因は、偏波ローテータ２２と、下側の９０度ハイブリッド２９ｂとを接続する導波路２８ｂの折り返し部７１の前後の部分の間隔Ｘ4minである。Ｘ4minは、導波路２８ｂの曲率半径の２倍となる。先にも図４で交差部の導波路間距離Ｇを求めたときに述べたように、本発明ではＰＬＣ回路おいて一般的な曲率半径ｒの最小値２ｍｍを使用する。したがって、ｒを２倍してＸ4min＝４ｍｍとなる。既に述べた９０度ハイブリッド回路２９の最小値Ｘ1minと、Ｘ4minは、一部が重複している。先に述べたように、この重複部分を９０度ハイブリッドの周辺部等のためのマージンに割り当てることができる。尚、導波路の構造・材料によって、曲率半径ｒをさらに小さくできる場合には、Ｘ4min＝２ｒとすれば良い。
【００５４】
Ｘ軸上で、溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxを決定する第３の要因は、偏波ローテータ２２と、ＰＢＳ２１との間を接続する導波路２８ａの折り返し部７２の前後の部分の間隔Ｘ3minである。ここでは図７に示したように、Ｘ3minを、溝２７の上端部からＰＢＳ２１の最近傍部の導波路２８ａまでの距離とする。Ｘ3minは、溝２７の導波路２８ａ上側へのはみ出し部分を除けば、Ｘ4minと同様に導波路２８ａの曲率半径ｒの最小値の２倍となる。ここでもＰＬＣ回路おいて一般的な曲率半径ｒの最小値２ｍｍを使用する。したがって、ｒを２倍してＸ3min＝４ｍｍとなる。次に述べるＰＢＳ２１に関する最小値Ｘ2minとＸ3minは、一部が重複しているが、この重複分は、溝２７の導波路２８ａ上側へのはみ出し部分に割り当てる。尚、導波路の構造・材料によって、曲率半径ｒをさらに小さくできる場合には、Ｘ3min＝２ｒとすれば良い。
【００５５】
Ｘ軸上で、さらに溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxを決定する第４の要因は、ＰＢＳ２１のＸ軸上でのサイズであって、図７に示したように、ＰＢＳ２１の上側の導波路２３と、溝２６の下端部までの間隔Ｘ2minとなる。ＰＢＳ２１の２本の導波路間隔は、２つの溝２５、２６をＸ軸方向で重ねて一部が相対するように配置することで５００μｍまで近づけることができる。また、溝２５、２６は、それぞれ、溝内に挿入する波長板の取り扱いやすさを考慮すると最短で１ｍｍの長さとなる。溝２６は、２本のアーム導波路２３、２４の間の領域に入っているので、Ｘ2minは１〜１．５ｍｍとなるが、前述のＸ2minとＸ3minの重複部分も加味して、Ｘ2minは１ｍｍとした。尚、ＰＢＳ２１では両方の導波路にそれぞれ溝が挿入されるため、溝によって解放される応力の影響は、対称に相互の導波路に及ぶ。したがって、１つの溝と他方の導波路との距離は、偏波ローテータ２２の最小値２５０μｍよりもさらに近接させることができる。
【００５６】
上述のＸ軸方向についての各機能要素内または機能要素間の最小値Ｘ1min、Ｘ4min、Ｘ3min、Ｘ2minが求まれば、基板の長さＸ0からこれらの最小値の合計Ｘtotalを差し引いて、偏波ローテータ２２における溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxを決定できる。
Ｘtotal＝Ｘ1min×２＋Ｘ4min＋Ｘ3min＋Ｘ2min    式（２）
ｄmax＝Ｘ0−Ｘtotal                               式（３）
【００５７】
式（３）に、Ｘ1min＝１．５ｍｍ、Ｘ4min＝４ｍｍ、Ｘ3min＝４ｍｍ、Ｘ2min＝１ｍｍの各値を代入すると、溝―隣接導波路間距離３５の最大値ｄmaxは、次式で求められる。
ｄmax＝Ｘ0−１０．５（ｍｍ）                    式（４）
【００５８】
図２において、デジタルコヒーレント光伝送用の光受信器を作製する基板のＸ軸方向の長さＸ0は、ＯＩＦ仕様（非特許文献２）のＴｙｐｅ１のパッケージでは長辺のサイズが２７ｍｍ、Ｔｙｐｅ２のパッケージでは１６ｍｍと規定されている。例えば、Ｔｙｐｅ２パッケージのサイズに適合させて、Ｔｙｐｅ２パッケージ内に図２の受信器２００を収納する場合には、基板サイズＸ0を１５ｍｍとすると、偏波ローテータ２２における溝―隣接導波路間距離３５の取り得る最大値ｄmaxは、１５−１０．５＝４．５ｍｍとなる。この最大値ｄmaxは、本発明の構成の溝を利用して、上述の各機能要素内、機能要素間の最小値Ｘ1min、Ｘ4min、Ｘ3min、Ｘ2minが同時に生じた場合の値であり、本発明の溝とともに図２の機能要素の配置に従うデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器２００で成立する。結局、図３から求められた溝―隣接導波路間距離３５の最小値と、式（４）を合わせると、機能要素の配置方向（Ｘ軸）に関して基板のサイズをＸ0（ｍｍ）としたとき、偏波ローテータ２２における溝―隣接導波路間距離３５すなわちｄの範囲は以下の通りとなる。
０．２５  ＜  ｄ  ＜  Ｘ0  −１０．５  （ｍｍ）        式（５）
【００５９】
したがって本発明は、基板上に構成された光導波路型デバイスにおいて、２本のアーム導波路２３、２４と、前記２本のアーム導波路をそれぞれのみを横切るように構成され、λ／４波長板を挿入可能な２つの溝２５、２６とを有する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１であって、前記２本のアーム導波路に垂直な方向で前記２つの溝の一部が相対するよう配置された、ＰＢＳと、λ／２波長板を挿入できる溝２７を備えた第１の導波路２８ａと、溝の無い第２の導波路２８ｂとを有する偏波ローテータ２２と、各々が、２つの光分岐器および２つの光結合器の間に４本の導波路を含み、前記４本の導波路の内側の２本が交差するよう構成された、２つの９０度ハイブリッド２９ａ、２９ｂを有するミキサとを備え、前記ＰＢＳ、前記偏波ローテータおよび前記ミキサは、この順に縦続して、それぞれの間を光学的に接続する２つの折り返し導波路部７１、７２を介して、概ねＳ字または逆Ｓ字状に配置されており、前記ＰＢＳ、前記偏波ローテータおよび前記ミキサの各々の前記導波路は、少なくとも一部で相互に平行となるように構成されており、前記平行な方向をＹ軸、前記Ｙ軸に垂直な方向をＸ軸とするとき、前記偏波ローテータにおいて、前記第１の導波路を横切る前記溝の前記第２の導波路側の端部と、前記第２の導波路との、Ｘ軸上の溝―導波路間間隔ｄは、０．２５＜ｄ（ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする光導波路型デバイスとして実施できる。
【００６０】
上述の検討では、偏波ローテータ２２における溝２７は、ＰＢＳ側にある導波路２８ａ上にあるものとして説明したが、９０度ハイブリッド側にある導波路２８ｂ上に溝が形成され、導波路２８ａが溝の無い導波路として構成しても良い。この場合には、Ｘ3minとＸ4minを入れ替えて考えれば、図７で定義された機能要素の最小値に関する式（２）〜式（４）の関係が同様に成り立つ。
【００６１】
本発明の光導波路型デバイスでは光回路サイズが小さくなったことに伴って、導波路と薄膜を挿入する溝との境界面で発生する光反射が光受信器としての性能に影響を及ぼす可能性がある。光反射減衰量を十分抑制するため、図２に示したように、各溝２５、２６、２７の導波路と溝の境界面の角度が９８度となるように溝を構成した。溝の向きを直角よりも所定の角度を付けることで、ＰＢＳ２１では、隣り合う溝２５、２６を導波路に垂直な軸上で一部が相対するように配置し、各溝はそれぞれが横切る対応する導波路のみを横切るようにレイアウトできる。１つの溝は、１つの導波路のみを横切る様に構成される。言い換えると、本発明における溝は、対応する導波路のみを横切り、近接して配置されている他の導波路を横切らない。
【００６２】
本発明の光導波路型デバイスは、従来技術の光導波路設計技術を用いたままで、ディープエッチング技術を使用しながら溝の形状を変更するだけで、光回路のサイズの縮小を可能とする。光干渉回路の光学特性、すなわち挿入損失、ＰＢＳにおける偏波消光比、９０度ハイブリッドにおける位相誤差、同相信号除去比などは、従来技術による光回路の場合と全く同等の性能を得ることが可能である。
【００６３】
上述のように、本発明の光導波路型デバイスでは、上述の特徴的な溝の構成を備えることによって、溝の構成に関する回路設計の柔軟性および光学的な性能上での大きな制約を解消し、光回路のサイズの大幅な小型化を実現する。さらに偏波ローテータにおいて、溝と、隣接する溝の無い導波路との間の距離を最小値ｄminの２５０μｍ以上とすることによって、ＰＥＲの劣化が抑えられ、溝の無い導波路における偏波保持性が損なわれることもない。また本発明の光導波路型デバイスは、所定の基板長さＸ0の条件の下、偏波ローテータにおける、溝と、隣接する溝の無い導波路との間の距離の最大値ｄmaxの範囲内で、本発明に特有の溝を持つデジタルコヒーレント光伝送用の光受信器を構成できる。特定の回路配置の条件で、所定の大きさの基板上でＰＬＣ回路を用いて光受信器を実現するときの、薄膜素子を挿入する溝と隣接する導波路との間の距離の指標が与えられる。
【００６４】
上述の溝―導波路間間隔ｄの最大値ｄmaxの検討では、現時点のＰＬＣ回路で実施されている光導波路の円弧部の最小の曲率半径ｒの値を２ｍｍと仮定して、最大値を決定した。しかしながら、光導波路の構成・材料によっては、将来的により小さい曲率半径を実現できる場合もある。その場合には、Ｘ軸方向についての各機能要素内または機能要素間の最小値Ｘ1min、Ｘ4min、Ｘ3minはこのより小さい曲率半径ｒの値に基づいて、変更され得る。したがって、そのような場合には、変更された最小値Ｘ1min、Ｘ4min、Ｘ3minによって、式（２）〜（４）を修正可能となり、溝―導波路間間隔ｄの最大値ｄmaxはさらに大きく設定できる。
【００６５】
上述の実施例では、シリコン基板上に構成された石英系ガラス導波路型デバイスを例として説明したが、本発明は、導波路を構成する他の材料、例えば高分子、半導体、シリコン、イオン拡散型のニオブ酸リチウムなどを用いた光導波路型デバイスに対しても適用可能である。ＳｉＯ2以外の各々の導波路材料においても、基板の水平方向に対して垂直な深さ方向に選択比の高いディープエッチング技術を利用することは可能である。ディープエッチング技術を利用して、溝を必要とする導波路に対して、対応する溝を１対１に構成することで、溝の構成に関する回路設計の柔軟性および光学的な性能に対する制約を解消し、光回路の小型化を実現できる。本発明の光導波路型デバイスは、光干渉回路を含むデジタルコヒーレント光伝送に用いられる光送受信器に非常に有効である。
【００６６】
以上、詳細に説明してきたように、本発明の光導波路型デバイスにより、光波長板などの薄膜素子を挿入する溝を有する光干渉回路の小型化を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。特に、光通信システムの光導波路型デバイスに利用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１  基板
２  導波路層
３、２５、２６、２７  溝
１１、１４、３０、３２  入力導波路
１２、２１  ＰＢＳ
１３、２２  偏波ローテータ
１５、３１  ＶＯＡ
１６ａ、１６ｂ、２９、２９ａ、２９ｂ  ９０度ハイブリッド回路
１７、３４  信号光モニタ導波路
１８ａ、１８ｂ、３３ａ、３３ｂ  出力導波路
２３、２４  アーム導波路
２８ａ、２８ｂ  導波路
３５  溝―導波路間距離
７１、７２  折り返し導波路
１００、２００  光受信器
【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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