(57)【要約】【課題】  性能を落とさずに低価格な光分波器・光合分波器を提供すること。【解決手段】  光分波器１００ａは、波長の異なる第１波長の第０次モードと第１次モードの位相差と第２波長の第０次モードと第１次モードの位相差間の差がπの整数倍となる光路長を有するマルチモード導波路１０２ａと、マルチモード導波路１０２ａの入力側においてマルチモード導波路１０２ａの中心線から軸ズレして光学的に結合した入力導波路１０５ａと、マルチモード導波路１０２ａの出力側において異なる位置に光学的に結合した２個の出力導波路１０３ａ，１０４ａとで構成される。２個の出力導波路１０３ａ，１０４ａは、消光比が最大となる位置に配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の波長の光が波長多重されている入射光を分波するための光分波器であって、
前記第１および第２の波長の光のマルチモード伝播が可能で、内部でのモード干渉によって、前記第１の波長の光量と、前記第２の波長の光量とを分離させるマルチモード伝播部と、
前記マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するような前記マルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる入射部と、
前記第１および第２の波長の光量分離が発生し、かつ遮断したい波長の光量に対する取り出したい波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる前記マルチモード伝搬部の出力端面上の位置から、それぞれの光を出射させる第１および第２の出射部とを備える、光分波器。
【請求項２】
取り出したい波長の光量を遮断したい波長の光量で割ったときの商に対する自然対数を１０倍した値が前記消光比であるとした場合、前記消光比が最大となる位置では、前記消光比が３０ｄＢ以上となっている、請求項１に記載の光分波器。
【請求項３】
前記マルチモード伝搬部の屈折率は、２．０以下である、請求項１に記載の光分波器。
【請求項４】
前記マルチモード伝搬部の幅は、１５μｍ以上である、請求項１に記載の光分波器。
【請求項５】
前記第１の出射部の位置は、前記第２の波長の光量が最小となる位置であり、
前記第２の出射部の位置は、前記第１の波長の光量が最小となる位置である、請求項１に記載の光分波器。
【請求項６】
前記マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、前記第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および前記第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長であることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
【請求項７】
前記マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、各波長のそれぞれの出力端で、前記第１の波長の光量または前記第２の波長の光量の内、少なくともいずれか一方の光量が極値となるような光路長であることを特徴とする、請求項６に記載の光分波器。
【請求項８】
前記マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、前記位相差θ１と前記位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であることを特徴とする、請求項７に記載の光分波器。
【請求項９】
前記マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、各波長のそれぞれの出力端で、前記第１の波長の光量と前記第２の波長の光量とが互いに反転している極値となるような光路長であることを特徴とする、請求項８に記載の光分波器。
【請求項１０】
前記マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、前記第１の波長の出力端および前記第２の波長の出力端での消光比が３０ｄＢ以上となるような光路長であることを特徴とする、請求項６に記載の光分波器。
【請求項１１】
前記マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、前記位相差θ１と前記位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であることを特徴とする、請求項６に記載の光分波器。
【請求項１２】
前記マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、前記入力位置は、前記光軸から軸ズレしていることを特徴とする、請求項６に記載の光分波器。
【請求項１３】
前記マルチモード伝播部は、二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であり、前記入力位置は、前記二個のシングルモード導波路の一方の入力端であることを特徴とする、請求項６に記載の光分波器。
【請求項１４】
前記マルチモード伝播部は、
前記第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および前記第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する第１の光路長部と、
前記第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および前記第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する第２の光路長部とであり、
前記第１の光路長部の出力側からは、前記第１の波長の光が取り出され、
前記第２の光路長部の出力側からは、前記第２の波長の光が取り出され、
前記第１の光路長部の光路長と前記第２の光路長部の光路長とは、相異なることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
【請求項１５】
前記第１の光路長部の伝搬方向における光路長は、前記位相差θ１と前記位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であり、
前記第２の光路長部の伝搬方向における光路長は、前記位相差θ１と前記位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であることを特徴とする、請求項１４に記載の光分波器。
【請求項１６】
前記マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、前記入力位置は、前記光軸から軸ズレしていることを特徴とする、請求項１４に記載の光分波器。
【請求項１７】
前記マルチモード伝播部は、長さの異なる二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であることを特徴とする、請求項１４に記載の光分波器。
【請求項１８】
前記マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、
前記第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および前記第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長であり、
前記マルチモード伝搬部は、
前記第１の波長または前記第２の波長の内、短い波長の方のマルチモードのみが伝播可能な第１のマルチモード領域部と、
前記第１のマルチモード領域部の光進行方向後部に存在し、前記第１の波長および前記第２の波長のマルチモードが伝搬可能な第２のマルチモード領域部とである、請求項１に記載の光分波器。
【請求項１９】
前記マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、前記位相差θ１と前記位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であることを特徴とする、請求項１８に記載の光分波器。
【請求項２０】
前記マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、前記マルチモード導波路の入力側を矩形に欠くことによって、幅が狭くなっている前記第１のマルチモード領域部および幅が広くなっている前記第２のマルチモード領域部を形成することを特徴とする、請求項１８に記載の光分波器。
【請求項２１】
前記入力位置は、前記第１のマルチモード領域部の光軸中心と前記第２のマルチモード領域部の光軸中心とからずれていることを特徴とする、請求項２０に記載の光分波器。
【請求項２２】
前記第１のマルチモード領域部は、二個の前段マルチモード領域用シングルモード導波路で構成され、
前記第２のマルチモード領域部は、二個の後段マルチモード領域用シングルモード導波路で構成され、
前記二個の前段マルチモード領域用シングルモード導波路が配置されている間隔は、前記二個の後段マルチモード領域用シングルモード導波路が配置されている間隔よりも狭いことを特徴とする、請求項１８に記載の光分波器。
【請求項２３】
前記第１のマルチモード領域部の中心軸と前記第２のマルチモード領域部の中心軸とは、軸ズレしていることを特徴とする、請求項１８に記載の光分波器。
【請求項２４】
前記マルチモード伝播部は、前記第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および前記第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長であり、かつ、光軸方向に幅が変化していることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
【請求項２５】
前記マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、前記位相差θ１と前記位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であることを特徴とする、請求項２４に記載の光分波器。
【請求項２６】
前記マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であることを特徴とする、請求項２４に記載の光分波器。
【請求項２７】
前記マルチモード伝播部は、二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であることを特徴とする、請求項２４に記載の光分波器。
【請求項２８】
さらに、前記第１の出射部の出力端に配置されており、前記マルチモード伝播部と同特性を有する第１の後段マルチモード伝播部と、
前記第２の出射部の出力端に配置されており、前記マルチモード伝播部と同特性を有する第２の後段マルチモード伝播部と、
前記第１の後段マルチモード伝播部によって分離される前記第１の波長の光を出射するための第１の後段出射部と、
前記第２の後段マルチモード伝播部によって分離される前記第２の波長の光を出射するための第２の後段出射部とを備える、請求項１に記載の光分波器。
【請求項２９】
前記マルチモード伝播部は、電気光学材料で作製されており、
前記マルチモード伝播部に外部電界を印加する外部電界制御部をさらに備える、請求項１に記載の光分波器。
【請求項３０】
前記外部電界制御部は、
前記マルチモード伝播部の表面に設けられた一対の電極と、
前記一対の電極間電圧を制御する外部電圧制御部とを含む、請求項２９に記載の光分波器。
【請求項３１】
前記マルチモード伝播部は、温度依存性を有する熱光学材料で作製されており、
前記マルチモード伝播部の温度を制御する外部温度制御部をさらに備える、請求項１に記載の光分波器。
【請求項３２】
前記外部温度制御部は、
前記マルチモード伝播部の表面に設けられた熱伝導部と、
前記熱伝導部を加熱および／または冷却して温度を制御する温度制御部とを含む、請求項３１に記載の光分波器。
【請求項３３】
前記外部温度制御部は、
前記マルチモード伝播部の表面に設けられたペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子に電流を流して温度を制御する温度制御部とを含む、請求項３１に記載の光分波器。
【請求項３４】
前記入射部は、前記マルチモード伝播部の入力側において光学的に結合している導波路であり、
各前記出射部は、前記マルチモード伝播部の出力側において光学的に結合している導波路であることを特徴とする、請求項１に記載の光分波器。
【請求項３５】
第１および第２の波長の光を送受信するための光デバイスであって、
前記第１の波長の光および前記第２の波長の光のマルチモード伝播が可能で、内部でのモード干渉によって、前記第１の波長の光量と、前記第２の波長の光量とを分離させるマルチモード伝播部と、
前記マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するような前記マルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる入射部と、
前記第１および第２の波長の光量分離が発生し、かつ遮断したい波長の光量に対する取り出したい波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる前記マルチモード伝搬部の出力端面上の位置から、それぞれの光を出射させる第１および第２の出射部と、
前記第１の出射部の出力端に設けられており、前記第１の波長の光を受光および／または発光するための第１の光素子と、
前記第２の出射部の出力端に設けられており、前記第２の波長の光を受光および／または発光するための第２の光素子とを備える、光デバイス。
【請求項３６】
前記第２の光素子は、
前記第２の波長の光を発光する発光部と、
前記第２の波長の光を受光する第２の受光部とを含む、請求項３５に記載の光デバイス。
【請求項３７】
互いに異なるｎ（ｎは自然数）種類の波長の光が波長多重されている入射光を分波するための光分波器であって、
前記入射光に含まれるｎ種類の波長のマルチモード伝播が可能で、内部での各波長のモード干渉によって、各波長の光量を分離させるマルチモード伝播部と、
前記マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するような前記マルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる入射部と、
前記ｎ種類の波長の光量分離が発生し、かつ遮断したい波長の光量に対する取り出したい波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる前記マルチモード伝搬部の出力端面上の位置から、それぞれの光を出射させるｎ個の出射部とを備える、光分波器。
【請求項３８】
前記マルチモード伝播部は、第ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ−１）波長λk の第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ）次モードと第ｉ＋１次モードとの位相差θk 、および第ｋ＋１波長λk+1 の第ｉ次モードと第ｉ＋１次モードとの位相差θk+1 について、伝搬方向において位相差θk と位相差θk+1 との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有することを特徴とする、請求項３７に記載の光分波器。
【請求項３９】
前記マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、前記マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、前記入力位置は、前記光軸から軸ズレしていることを特徴とする、請求項３８に記載の光分波器。
【請求項４０】
前記マルチモード伝播路は、ｎ個のシングルモード導波路で構成され、前記ｎ個のシングルモード導波路の内、両端のシングルモード導波路位置の対称軸が光軸中心であることを特徴とする、請求項３８に記載の光分波器。
【請求項４１】
前記ｎ個のシングルモード導波路の間隔が等間隔であることを特徴とする、請求項４０に記載の光分波器。
【請求項４２】
前記ｎ種類の波長の間隔が等間隔であることを特徴とする、請求項３７に記載の光分波器。
【請求項４３】
第１および第２の波長の光を合分波するための光合分波器であって、
前記第１および第２の波長の光のマルチモード伝播が可能で、内部でのモード干渉によって、前記第１の波長の光量と、前記第２の波長の光量とを分離させるマルチモード伝播部と、
前記マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するような前記マルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる入射部と、
前記第１および第２の波長の光量分離が発生し、かつ遮断したい波長の光量に対する取り出したい波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる前記マルチモード伝搬部の出力端面上の位置から、それぞれの光を出射させる第１および第２の出射部とを備える、光合分波器。
【請求項４４】
互いに異なるｎ（ｎは自然数）種類の波長の光を合分波するための光合分波器であって、
前記ｎ種類の波長のマルチモード伝播が可能で、内部での各波長のモード干渉によって、各波長の光量を分離させるマルチモード伝播部と、
前記マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するような前記マルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる入射部と、
前記ｎ種類の波長の光量分離が発生し、かつ遮断したい波長の光量に対する取り出したい波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる前記マルチモード伝搬部の出力端面上の位置から、それぞれの光を出射させるｎ個の出射部とを備える、光合分波器。
【請求項４５】
波長多重されているｎ（ｎは自然数）種類の波長の光を調整するための光デバイスであって、
ｎ種類の波長の光を分波する分波部と、
ｎ種類の波長の光を合波する合波部と、
前記分波部が分波する各波長の光を調整し、前記合波部へ入射させるｎ個の調整部とを備え、
前記分波部は、前記入射光に含まれるｎ種類の波長のマルチモード伝播が可能で、内部での各波長のモード干渉によって、各波長の光量を分離させる分波用マルチモード伝播部を含み、
前記合波部は、合波すべきｎ種類の波長のマルチモード伝播が可能で、内部での各波長のモード干渉によって、各波長の光量を結合させる合波用マルチモード伝播部を含み、
前記分波用マルチモード伝播部および前記合波用マルチモード伝播部は、第ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ−１）波長λk の第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ）次モードと第ｉ＋１次モードとの位相差θk 、および第ｋ＋１波長λk+1 の第ｉ次モードと第ｉ＋１次モードとの位相差θk+1 について、伝搬方向において位相差θk と位相差θk+1 との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有することを特徴とする、光デバイス。
【請求項４６】
各前記調整器は、各波長の光のゲイン、位相または偏光状態の内、少なくとも一つを調整することを特徴とする、請求項４５に記載の光デバイス。
【請求項４７】
さらに、外部制御部を備え、
前記外部制御部は、各前記調整器と通信可能で、各波長の光のゲイン、位相または偏光状態の内、少なくとも一つを外部から動的に調整することを特徴とする、請求項４５に記載の光デバイス。
【請求項４８】
さらに、
外部制御部と、
前記合波用マルチモード伝播部の出力をモニターするモニター部とを備え、
前記外部制御部は、各前記調整器およびモニター部と通信可能で、前記合波用マルチモード伝播部の出力状態をフィードバックして、各波長の光のゲイン、位相または偏光状態の内、少なくとも一つを外部から動的に調整することを特徴とする、請求項４５に記載の光デバイス。
【請求項４９】
波長多重されている二つの波長の光の内、一つの波長の光を取り出して、再度合波するアドドロップ機能を有する光デバイスであって、
二つの波長の光を分波する分波器と、
二つの波長の光を合波する合波器と、
前記分波器の出力側に接続されており、多重光に含まれる第１の波長の光を前記合波器に中継する中継導波路と、
前記分波器の出力側に接続されており、多重光に含まれる第２の波長の光を外部へ誘導するドロップ導波路と、
前記ドロップ導波路が外部に誘導した第２の波長の光を、再び内部に誘導して前記合波器に中継するためのアド導波路とを備え、
前記分波器は、前記第１の波長の光および前記第２の波長の光のマルチモード伝播が可能で、内部でのモード干渉によって、前記第１の波長の光量と、前記第２の波長の光量とを分離させる分波用マルチモード伝播部を含み、
前記合波器は、前記第１の波長の光および前記第２の波長の光のマルチモード伝播が可能で、内部でのモード干渉によって、前記第１の波長の光量と、前記第２の波長の光量とを結合させる合波用マルチモード伝播部を含み、
前記分波用マルチモード伝播部および前記合波用マルチモード伝播部は、前記第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および前記第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有することを特徴とする、光デバイス。
【請求項５０】
互いに異なる２ｎ（ｎは自然数）種類の波長（λ1 ，…，λ2n）の光が波長多重されている入射光を二つの波長群に分波するための光分波器であって、
前記入射光に含まれる２ｎ種類の波長のマルチモード伝播が可能で、内部での各波長のモード干渉によって、前記二つの波長群の光量を二つに分離させるマルチモード伝播部と、
前記マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するような前記マルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる入射部と、
前記二つの波長群の光量分離が発生する位置から、それぞれ光を出射させる２個の出射部とを備え、
前記二つの波長群の内、一つは、奇数番の波長の光が波長多重されており、もう一つは、偶数番の波長の光が波長多重されていることを特徴とする、光分波器。
【請求項５１】
前記マルチモード伝播部は、第２ｋ−１（ｋ＝１，２，…，ｎ）波長λ2k-1の０次モードと１次モードとの位相差θ2k-1、および第２ｋ波長λ2kの０次モードと１次モードとの位相差θ2kについて、伝搬方向において前記位相差θ2k-1と位相差θ2kとの差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有することを特徴とする、請求項５０に記載の光分波器。
【請求項５２】
前記マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、前記入力位置は、前記光軸から軸ズレしていることを特徴とする、請求項５１に記載の光分波器。
【請求項５３】
前記マルチモード伝播部は、長さの異なる二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であることを特徴とする、請求項５１に記載の光分波器。
【請求項５４】
前記マルチモード伝播部は、
第２ｋ−１（ｋ＝１，２，…，ｎ）波長λ2k-1の０次モードと１次モードとの位相差θ2k-1、および第２ｋ波長λ2kの０次モードと１次モードとの位相差θ2kについて、伝搬方向において前記位相差θ2k-1と位相差θ2kとの差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する第１の光路長部と、
第２ｋ−１（ｋ＝１，２，…，ｎ）波長λ2k-1の０次モードと１次モードとの位相差θ2k-1、および第２ｋ波長λ2kの０次モードと１次モードとの位相差θ2kについて、伝搬方向において前記位相差θ2k-1と位相差θ2kとの差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する第２の光路長部とを含み、
前記第１の光路長部の出力側からは、奇数番の波長群が取り出され、
前記第２の光路長部の出力側からは、偶数番の波長群が取り出され、
前記第１の光路長部の光路長と前記第２の光路長部の光路長とは、相異なることを特徴とする、請求項５０に記載の光分波器。
【請求項５５】
前記マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、前記入力位置は、前記光軸から軸ズレしていることを特徴とする、請求項５４に記載の光分波器。
【請求項５６】
前記マルチモード伝播部は、長さの異なる二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であることを特徴とする、請求項５４に記載の光分波器。
【請求項５７】
前記２ｎ種類の波長の間隔が等間隔であることを特徴とする、請求項５０に記載の光分波器。
【請求項５８】
前記マルチモード伝播部の屈折率と波長との関係が、少なくとも２ｎ種類の波長領域において線形であることを特徴とする、請求項５０に記載の光分波器。
【請求項５９】
ｎは、ｎ＝４ｋ（ｋ自然数）となるような数であって、
さらに、前記奇数番の波長群を導波するための前記出力導波路の出力端に光学的に結合しており、前記マルチモード伝播部と同特性を有する第１の後段マルチモード伝播部と、
前記偶数番の波長群を導波するための前記出力導波路の出力端に光学的に結合しており、前記マルチモード伝播部と同特性を有する第２の後段マルチモード伝播部と、
前記第１の後段マルチモード伝播部によって分離される第４ｋ−３番の波長群を出射する第１の後段出射部と、
前記第１の後段マルチモード伝播部によって分離される第４ｋ−１番の波長群を出射する第２の後段出射部と、
前記第２の後段マルチモード伝播部によって分離される第４ｋ−２番の波長群を出射する第３の後段出射部と、
前記第２の後段マルチモード伝播部によって分離される第４ｋ番の波長群を出射する第４の後段出射部とを備える、請求項５０に記載の光分波器。
【請求項６０】
第１および第２の波長の光が波長多重されている入射光を分波するための光分波器であって、
内部でのモード干渉によって、前記第１の波長から所定波長だけずれた第３の波長の光量と、前記第２の波長から所定波長だけずれた第４の波長の光量とを分離させる第１のマルチモード伝搬部と、
前記第１のマルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するような前記第１のマルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる入射部と、
前記第３および第４の波長の光量分離が発生し、かつ前記第３の波長の光量に対する第４の波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる前記第１のマルチモード伝搬部の出力端面上の位置に設けられた第１の出射部と、
前記第３および第４の波長の光量分離が発生し、かつ前記第４の波長の光量に対する第３の波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる前記第１のマルチモード伝搬部の出力端面上の位置に設けられた第２の出射部と、
内部でのモード干渉によって、前記第１の波長から前記第３の波長とは逆の方向に所定波長だけずれた第５の波長の光量と、前記第２の波長から前記第４の波長とは逆の方向に所定波長だけずれた第６の波長の光量とを分離させる第２および第３のマルチモード伝搬部と、
前記第５および第６の波長の光量分離が発生し、かつ前記第５の波長の光量に対する第６の波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる前記第２のマルチモード伝搬部の出力端面上の位置に設けられた第３の出射部と、
前記第５および第６の波長の光量分離が発生し、かつ前記第６の波長の光量に対する第５の波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる前記第３のマルチモード伝搬部の出力端面上の位置に設けられた第４の出射部とを備える、光分波器。
【請求項６１】
前記第３および第５の波長は、前記第１の波長を中心にして対称であり、
前記第４および第６の波長は、前記第２の波長を中心にして対称である、請求項６０に記載の光分波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重通信に用いられる光分波器および光合分波器ならびにそれらを用いた光デバイスに関し、より特定的には、マルチモード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を利用した光分波器および光合分波器ならびにそれらを用いた光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野においては、通信容量を拡大するために、複数の信号を異なる波長の光信号に乗せて多重し、一本の光ファイバで伝送する波長分割多重伝送（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：以下、ＷＤＭと略称する）方式と呼ばれる方式が検討されている。ＷＤＭ方式においては、異なる波長の光を分波する光分波器、および異なる波長の光を合波する光合波器が重要な役割を果たす。
【０００３】
従来より、シリコン基板上にＹ分岐部を有する光導波路と、当該Ｙ分岐部を横断するように形成された溝と、当該溝中に挿入された誘電体多層膜フィルターとで構成される導波路型のＷＤＭ用光分波器および光合波器があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来、２個の入出力端と、２個の２次元光導波路と、長さの異なる長い複数の３次元光導波路とで構成されるアレー導波路回折格子（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ：以下、ＡＷＧと略称する）を用いた導波路型のＷＤＭ用光分波器および光合波器も存在する（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
その他、２個のＭＭＩ型カプラと、２本の並行シングルモードとで構成された２波用の合分波器を直列接続して複数波長の光を分波および合波する光合分波器も存在する（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
また、多モード干渉型光カプラの入射端に、波長の異なる２波長の光を伝搬するための入射光導波路を接続し、当該２波長の光が出射端上の相異なる位置に集光されるように、当該多モード干渉型光カプラの幅および長さを設定する光合分波器も存在する（例えば、特許文献４，非特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開昭６３−３３７０７号公報（第１−４頁、第３図）
【特許文献２】特開平２−２４４１０５号公報（第１‐６頁、第１図）
【特許文献３】特開２００２−２８６９５２号公報（第２‐１０頁、第１６図）
【特許文献４】特開平８−２０１６４８号公報（第２−５頁、第１１図）
【非特許文献１】エフ．ロットマン，エイ．ネイヤー，ダブル．メーベンカンプ，アンド  イー．フォーゲス，「インテグレイデッド−オプティック  ウエブレングス  マルチプレクサーズ  オン  リチウム  ニオベイト  ベイスド  オン  ツーモード  インターフェアレンス」，ジャーナル  オブ  ライトウェイブ  テクノロジー，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．６，１９８８年６月（Ｆ．Ｒｏｔｔｍａｎｎ，Ａ．Ｎｅｙｅｒ，Ｗ．Ｍｅｖｅｎｋａｍｐ，ａｎｄ  Ｅ．Ｖｏｇｅｓ，“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ−Ｏｐｔｉｃ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ  ｏｎ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｔｗｏ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ  １９８８．）
【非特許文献２】エム．アール．ペイアム，シー．エフ．ヤンツ，アール．アイ．マクドナルド，ジェイ．エヌ．ブロートン，「コンパクト  プランナー  ９８０／１５５０−ｎｍ  ウエブレングス  マルチ／ディマルチプレクサー  ベイスド  オン  マルチモード  インターフェアレンス」，アイイーイーイー  フォトニックス  テクノロジー  レタース，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１０，１９９５年１０月（Ｍ．Ｒ．Ｐａｉａｍ，Ｃ．Ｆ．Ｊａｎｚ，Ｒ．Ｉ．ＭａｃＤｏｎａｌｄ，Ｊ．Ｎ．Ｂｒｏｕｇｈｔｏｎ，“Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｐｌａｎａｒ  ９８０／１５５０−ｎｍ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ”，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９５．）
【非特許文献３】ケイ．シー．リン  アンド  ダブル．ワイ．リー，「ガイディッド−ウェイブ  １．３／１．５５μｍ  ウエブレングス  ディビジョン  マルチプレクサー  ベイスド  オン  マルチモード  インターフェアレンス」，アイイーイーイー  エレクトロニックス  レターズ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１４，１９９６年７月４日（Ｋ．Ｃ．Ｌｉｎ  ａｎｄ  Ｗ．Ｙ．Ｌｅｅ，“Ｇｕｉｄｅｄ−ｗａｖｅ  １．３／１．５５μｍ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ”，ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１４，４ｔｈ  Ｊｕｌｙ  １９９６．）
【非特許文献４】バオジュン  リー，グォーチェン  リー，エンケ  リュー，ズイミン  チャン，ジー  チン，アンド  シュン  ウォン，「ローパス  １×２  マルチモード  インターフェアレンス  ウエブレングス  デマルチプレクサー  イン  シリコン−ゲルマニュウム  アロイ」，アイイーイーイー  フォトニクス  テクノロジー  レターズ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．５，１９９９年５月（Ｂａｏｊｕｎ  Ｌｉ，Ｇｕｏｚｈｅｎｇ  Ｌｉ，Ｅｎｋｅ  Ｌｉｕ，Ｚｕｉｍｉｎ  Ｊｉａｎｇ，Ｊｉｅ  Ｑｉｎ，ａｎｄ  Ｘｕｎ  Ｗａｎｇ，“Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ１×２Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｅｍｕｌｉｐｌｅｘｅｒ  ｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  Ａｌｌｏｙ”，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．５，Ｍａｙ  １９９９．）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の光分波器および光合波器には、導波路だけでなく、誘電体多層膜フィルタという別部品が必要となる。さらに、当該光分波器および光合波器の製造工程には、導波路中に溝を作製する工程と、当該溝に誘電体多層膜フィルタを精度良く挿入する工程とが必要である。また、当該光分波器および光合波器は、誘電多層膜フィルタにおいて、異なる波長の光を反射または透過させることによって、光を分離または合波する。したがって、分離されたの光を受光する部品（たとえば、フォトダイオード等）、および合波光を発光する部品（たとえば、レーザーダイオード等）を光分波器および光合波器の両端に置く必要がある。そのため、光分波器または光合波器と電気回路とをモジュール化する場合、導波路の光回路を隔てて電気回路を形成せねばならず、当該モジュールが複雑な構造となる。
【０００８】
また、特許文献２に記載の光分波器および光合波器は、８波以上の高密度ＷＤＭ用に開発されているため、精度が良いが、高価である。そのため、２〜４波長程度の低密度ＷＤＭ用として、当該光分波器および光合波器を使用するのは、特許文献１に記載の光合分波器を使用する場合に比べコスト高となる。
【０００９】
また、特許文献３に記載の光分波器および光合波器は、２個のＭＭＩ型カプラと２本の並行シングルモードとで構成された２波用の光分波・合波器を直列接続して複数波長の光を分波および合波する構成であるので、構造が複雑となり、かつ光路長を大きくとる必要があるので、小型化が困難であった。また、光路長を長くすることによって、光のロスも多く発生する。
【００１０】
また、非特許文献１に記載の光分波器において、マルチモード導波路の入力側と出力側とには、Ｙ字状の入力導波路と出力導波路とが接続されている。また、特許文献４、および非特許文献２〜４に記載の光分波器において、マルチモード導波路の入力側と出力側とには、平行に入力導波路と出力導波路とが接続されている。これら二種類の光分波器および光合波器は、入力導波路および出力導波路の形状が相違している。しかし、両者とも、入射位置に平行なＢＡＲ位置および対角方向のＣＲＯＳＳ位置であって、かつ２波長がそれぞれ集光（出力）する位置に出射位置（出射導波路接続位置）を設け、各波長の出力が最大となるようにマルチモード導波路形状を決定している点で共通する。
【００１１】
このため、各波長の出射位置において、各波長の光量は最大となるが、所望の波長の光量とその他の波長の光量との比を示す消光比が最大になるとは限らない。これは、出射端での光量分布は波長の基本モード幅で決まるので、長波長ほど、光量の最大・最小位置は、外側へ移動することに起因する。つまり、各出射位置において、取り出したい所望の波長の光量最大位置と遮断したいその他の波長の最小光量位置とは一致しないので、上記従来の光分波器における出射位置において、消光比が最大とならない。
【００１２】
本明細書において消光比とは、ある一つの出力位置において、遮断したい波長の光量に対する取り出したい波長の光量の大きさを示す比のことをいう。なお、非特許文献２〜４には、異なる出力位置における同一波長の光量の比を示す「光量の比（ｃｏｎｔｒａｓｔやｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ）」という概念が提起されている。非特許文献２〜４で定義されている光量の比は、異なる出力位置における同一波長の光量比を示す概念であるので、本明細書における消光比のように、同一の出力位置における相異なる波長の光量比を示す概念とは明らかに相違するものである。
【００１３】
同一の出力位置からの異波長の各光量の比を重要視するか、あるいは、同一波長の異なる出力位置における光量の比を重要視するかは、用途によって異なる。単に、一方向の２波長を分離するだけの用途であるならば、非特許文献２〜４に記載のように、同一波長の異なる出力位置における光量の比を重要視してもよい。しかし、双方向通信のように、現実的には、光分波器の出力側には、受光だけでなく送信用の何らかの装置（デバイス）が設けられるのが大半である。したがって、一方向の２波長を分離するだけの用途に限定されるような従来の光分波器は、現実的でない。従来の光分波器を用いた場合、所望の波長以外の波長が送信のための装置に侵入して、誤動作や性能低下を引き起こすこととなる。特に、ＷＤＭの双方向伝送の場合、レーザなどの送信発光部へ、送信波長と異なる波長が進入した場合、致命的な問題が発生する。したがって、同一波長の異なる出力位置における光量の比よりも、同一出力位置における異波長の各光量の比の方が重要である。
【００１４】
しかし、マルチモード導波路出力端上の出力位置の波長依存性はマルチモード導波路幅に大きく依存する。特許文献４、および、非特許文献１〜４のようにマルチモード導波路幅が５〜１２．６μｍと小さい場合、波長の基本モード幅も小さくなる。したがって、出射端での光量分布は、各出力位置において取り出したい波長の光量最大位置と遮断したい波長の最小光量位置とが接近した分布となる。よって、所望の波長の光量最大位置でも十分な消光比が得られていたので、消光比が最大となる位置に関する議論はなかった。
【００１５】
また、特許文献４、および、非特許文献１〜４の場合は、ＷＤＭの送受信モジュールのようなレーザなどの送信発光部へ、送信波長と異なる波長の進入を想定していないので、消光比を問題とすることはなかった。しかし、本願のようにマルチモード導波路幅が、２０μｍ程度以上となると、所望波長の光量最大位置と消光比の最大位置との差が顕著に現れ、上記問題が無視できなくなってきた。
【００１６】
それゆえに、本発明の目的は、２〜４波長程度の低密度ＷＤＭ用に構造がシンプルであって、低価格化が可能な光分波器、光合波器および光合分波器を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明のさらなる目的は、所望の波長のみを分波し、その他の波長を遮断する光分波器、光合波器および光合分波器を提供することである。
【００１８】
また、本発明の目的は、これらの光分波器、光合波器および光合分波器を用いた光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明は、以下のような特徴を有する。本発明は、第１および第２の波長の光が波長多重されている入射光を分波するための光分波器である。本発明の光分波器は、マルチモード伝播部と、入射部と、第１および第２の出射部とを備える。マルチモード伝播部は、第１および第２の波長の光のマルチモード伝播が可能で、内部でのモード干渉によって、第１の波長の光量と、第２の波長の光量とを分離させる。入射部は、マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するようなマルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる。第１および第２の出射部は、第１および第２の波長の光量分離が発生し、かつ遮断したい波長の光量に対する取り出したい波長の光量の大きさを示す消光比が最大となるマルチモード伝搬部の出力端面上の位置から、それぞれの光を出射させる。
【００２０】
取り出したい波長の光量を遮断したい波長の光量で割ったときの商に対する自然対数を１０倍した値が消光比であるとした場合、消光比が最大となる位置では、消光比が３０ｄＢ以上となっている。好ましくは、マルチモード伝搬部の屈折率は、２．０以下であるとよい。具体的には、第１の出射部の位置は、第２の波長の光量が最小となる位置であり、第２の出射部の位置は、第１の波長の光量が最小となる位置である。
【００２１】
好ましくは、マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長であるとよい。
【００２２】
さらに、マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、各波長のそれぞれの出力端で、第１の波長の光量または第２の波長の光量の内、少なくともいずれか一方の光量が極値となるような光路長であるとよい。また、マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であるとよい。また、マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、各波長のそれぞれの出力端で、第１の波長の光量と第２の波長の光量とが互いに反転している極値となるような光路長であるとよい。また、マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、第１の波長の出力端および第２の波長の出力端での消光比が３０ｄＢ以上となるような光路長であるとよい。また、マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であるとよい。
【００２３】
一実施形態において、マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、入力位置は、光軸から軸ズレしている。また、マルチモード伝播部は、二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であり、入力位置は、二個のシングルモード導波路の一方の入力端である。
【００２４】
また、一実施形態において、マルチモード伝播部は、第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する第１の光路長部と、第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する第２の光路長部とである。このとき、第１の光路長部の出力側からは、第１の波長の光が取り出され、第２の光路長部の出力側からは、第２の波長の光が取り出され、第１の光路長部の光路長と第２の光路長部の光路長とは、相異なっている。この場合、好ましくは、第１の光路長部の伝搬方向における光路長は、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であり、第２の光路長部の伝搬方向における光路長は、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であるとよい。また、マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、入力位置は、光軸から軸ズレしていてもよい。また、マルチモード伝播部は、長さの異なる二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であってもよい。
【００２５】
また、一実施形態において、マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長であり、マルチモード伝搬部は、第１の波長または第２の波長の内、短い波長の方のマルチモードのみが伝播可能な第１のマルチモード領域部と、第１のマルチモード領域部の光進行方向後部に存在し、第１の波長および第２の波長のマルチモードが伝搬可能な第２のマルチモード領域部とである。このとき、マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であるとよい。また、マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、マルチモード導波路の入力側を矩形に欠くことによって、幅が狭くなっている第１のマルチモード領域部および幅が広くなっている第２のマルチモード領域部を形成してもよい。また、入力位置は、第１のマルチモード領域部の光軸中心と第２のマルチモード領域部の光軸中心とからずれていてもよい。
【００２６】
また、マルチモード領域部は、二個の前段マルチモード領域用シングルモード導波路で構成され、第２のマルチモード領域部は、二個の後段マルチモード領域用シングルモード導波路で構成され、二個の前段マルチモード領域用シングルモード導波路が配置されている間隔は、二個の後段マルチモード領域用シングルモード導波路が配置されている間隔よりも狭くてもよい。
【００２７】
また、第１のマルチモード領域部の中心軸と第２のマルチモード領域部の中心軸とは、軸ズレしていてもよい。
【００２８】
また、一実施形態において、マルチモード伝播部は、第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長であり、かつ、光軸方向に幅が変化しているとよい。このとき、マルチモード伝播部の伝搬方向における光路長は、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長であるとよい。また、マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であるとよい。また、マルチモード伝播部は、二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であってもよい。
【００２９】
また、一実施形態において、さらに、第１の出射部の出力端に配置されており、マルチモード伝播部と同特性を有する第１の後段マルチモード伝播部と、第２の出射部の出力端に配置されており、マルチモード伝播部と同特性を有する第２の後段マルチモード伝播部と、第１の後段マルチモード伝播部によって分離される第１の波長の光を出射するための第１の後段出射部と、第２の後段マルチモード伝播部によって分離される第２の波長の光を出射するための第２の後段出射部とを備えるとよい。
【００３０】
たとえば、マルチモード伝播部は、電気光学材料で作製されており、マルチモード伝播部に外部電界を印加する外部電界制御部をさらに備えるとよい。この場合、外部電界制御部は、マルチモード伝播部の表面に設けられた一対の電極と、一対の電極間電圧を制御する外部電圧制御部とを含むとよい。
【００３１】
たとえば、マルチモード伝播部は、温度依存性を有する熱光学材料で作製されており、マルチモード伝播部の温度を制御する外部温度制御部をさらに備えるとよい。この場合、外部温度制御部は、マルチモード伝播部の表面に設けられた熱伝導部と、熱伝導部を加熱および／または冷却して温度を制御する温度制御部とを含むとよい。また、外部温度制御部は、マルチモード伝播部の表面に設けられたペルチェ素子と、ペルチェ素子に電流を流して温度を制御する温度制御部とを含むとよい。
【００３２】
好ましくは、入射部は、マルチモード伝播部の入力側において光学的に結合している導波路であり、各出射部は、マルチモード伝播部の出力側において光学的に結合している導波路であるとよい。
【００３３】
また、本発明は、第１および第２の波長の光を送受信するための光デバイスである。本発明の光デバイスは、マルチモード伝播部と、入射部と、第１の光素子と、第２の光素子とを備える。マルチモード伝播部は、第１の波長の光および第２の波長の光のマルチモード伝播が可能で、内部でのモード干渉によって、第１の波長の光量と、第２の波長の光量とを分離させる。入射部は、マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するようなマルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる。第１および第２の出射部は、第１および第２の波長の光量分離が発生し、かつ遮断したい波長の光量に対する取り出したい波長の光量の大きさを示す消光比が最大となるマルチモード伝搬部の出力端面上の位置から、それぞれの光を出射させる。第１の光素子は、第１の出射部の出力端に設けられており、第１の波長の光を受光および／または発光する。第２の光素子は、第２の出射部の出力端に設けられており、第２の波長の光を受光および／または発光する。
【００３４】
一実施形態では、第２の光素子は、第２の波長の光を発光する発光部と、第２の波長の光を受光する第２の受光部とを含む。
【００３５】
また、本発明は、互いに異なるｎ（ｎは自然数）種類の波長の光が波長多重されている入射光を分波するための光分波器である。本発明の光分波器は、マルチモード伝播部と、入射部と、ｎ個の出射部とを備える。マルチモード伝搬部は、入射光に含まれるｎ種類の波長のマルチモード伝播が可能で、内部での各波長のモード干渉によって、各波長の光量を分離させる。入射部と、マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するようなマルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる。ｎ個の出射部は、ｎ種類の波長の光量分離が発生し、かつ遮断したい波長の光量に対する取り出したい波長の光量の大きさを示す消光比が最大となるマルチモード伝搬部の出力端面上の位置から、それぞれの光を出射させる。
【００３６】
好ましくは、マルチモード伝播部は、第ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ−１）波長λk の第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ）次モードと第ｉ＋１次モードとの位相差θk 、および第ｋ＋１波長λk+1 の第ｉ次モードと第ｉ＋１次モードとの位相差θk+1 について、伝搬方向において位相差θk と位相差θk+1 との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有するとよい。
【００３７】
一実施形態では、マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、入力位置は、光軸から軸ズレしていてもよい。
【００３８】
また、マルチモード伝播路は、ｎ個のシングルモード導波路で構成され、ｎ個のシングルモード導波路の内、両端のシングルモード導波路位置の対称軸が光軸中心であってもよい。また、ｎ個のシングルモード導波路の間隔が等間隔であってもよい。また、ｎ種類の波長の間隔が等間隔であるとよい。
【００３９】
本発明は、第１および第２の波長の光を合分波するための光合分波器である。また、本発明は、互いに異なるｎ（ｎは自然数）種類の波長の光を合分波するための光合分波器である。この光合分波器は、本発明の光分波器を光合波器として使用することによって実現される。
【００４０】
本発明は、波長多重されているｎ（ｎは自然数）種類の波長の光を調整するための光デバイスである。この光デバイスは、ｎ種類の波長の光を分波する分波部と、ｎ種類の波長の光を合波する合波部と、分波部が分波する各波長の光を調整し、合波部へ入射させるｎ個の調整部とを備え、分波部は、入射光に含まれるｎ種類の波長のマルチモード伝播が可能で、内部での各波長のモード干渉によって、各波長の光量を分離させる分波用マルチモード伝播部を含み、合波部は、合波すべきｎ種類の波長のマルチモード伝播が可能で、内部での各波長のモード干渉によって、各波長の光量を結合させる合波用マルチモード伝播部を含む。このとき、分波用マルチモード伝播部および合波用マルチモード伝播部は、第ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ−１）波長λk の第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ）次モードと第ｉ＋１次モードとの位相差θk 、および第ｋ＋１波長λk+1 の第ｉ次モードと第ｉ＋１次モードとの位相差θk+1 について、伝搬方向において位相差θk と位相差θk+1 との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する。
【００４１】
好ましくは、各調整器は、各波長の光のゲイン、位相または偏光状態の内、少なくとも一つを調整するとよい。
【００４２】
さらに、外部制御部を備え、外部制御部は、各調整器と通信可能で、各波長の光のゲイン、位相または偏光状態の内、少なくとも一つを外部から動的に調整するとよい。
【００４３】
また、外部制御部と、合波用マルチモード伝播部の出力をモニターするモニター部とを備え、外部制御部は、各調整器およびモニター部と通信可能で、合波用マルチモード伝播部の出力状態をフィードバックして、各波長の光のゲイン、位相または偏光状態の内、少なくとも一つを外部から動的に調整するとよい。
【００４４】
本発明は、波長多重されている二つの波長の光の内、一つの波長の光を取り出して、再度合波するアドドロップ機能を有する光デバイスである。この光デバイスは、二つの波長の光を分波する分波器と、二つの波長の光を合波する合波器と、分波器の出力側に接続されており、多重光に含まれる第１の波長の光を合波器に中継する中継導波路と、分波器の出力側に接続されており、多重光に含まれる第２の波長の光を外部へ誘導するドロップ導波路と、ドロップ導波路が外部に誘導した第２の波長の光を、再び内部に誘導して合波器に中継するためのアド導波路とを備え、分波器は、第１の波長の光および第２の波長の光のマルチモード伝播が可能で、内部でのモード干渉によって、第１の波長の光量と、第２の波長の光量とを分離させる分波用マルチモード伝播部を含む。合波器は、第１の波長の光および第２の波長の光のマルチモード伝播が可能で、内部でのモード干渉によって、第１の波長の光量と、第２の波長の光量とを結合させる合波用マルチモード伝播部を含む。分波用マルチモード伝播部および合波用マルチモード伝播部は、第１の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ１、および第２の波長の０次モードと１次モードとの位相差θ２について、伝搬方向において位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する。
【００４５】
本発明は、互いに異なる２ｎ（ｎは自然数）種類の波長（λ1 ，…，λ2n）の光が波長多重されている入射光を二つの波長群に分波するための光分波器である。この光分波器は、入射光に含まれる２ｎ種類の波長のマルチモード伝播が可能で、内部での各波長のモード干渉によって、二つの波長群の光量を二つに分離させるマルチモード伝播部と、マルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するようなマルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる入射部と、二つの波長群の光量分離が発生する位置から、それぞれ光を出射させる２個の出射部とを備える。二つの波長群の内、一つは、奇数番の波長の光が波長多重されており、もう一つは、偶数番の波長の光が波長多重されている。
【００４６】
好ましくは、マルチモード伝播部は、第２ｋ−１（ｋ＝１，２，…，ｎ）波長λ2k-1の０次モードと１次モードとの位相差θ2k-1、および第２ｋ波長λ2kの０次モードと１次モードとの位相差θ2kについて、伝搬方向において位相差θ2k-1と位相差θ2kとの差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有するとよい。
【００４７】
また、好ましくは、マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、入力位置は、光軸から軸ズレしているとよい。
【００４８】
また、マルチモード伝播部は、長さの異なる二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であってもよい。
【００４９】
また、マルチモード伝播部は、第２ｋ−１（ｋ＝１，２，…，ｎ）波長λ2k-1の０次モードと１次モードとの位相差θ2k-1、および第２ｋ波長λ2kの０次モードと１次モードとの位相差θ2kについて、伝搬方向において位相差θ2k-1と位相差θ2kとの差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する第１の光路長部と、第２ｋ−１（ｋ＝１，２，…，ｎ）波長λ2k-1の０次モードと１次モードとの位相差θ2k-1、および第２ｋ波長（λ2k）の０次モードと１次モードとの位相差θ2kについて、伝搬方向において位相差θ2k-1と位相差θ2kとの差がπの整数倍±π／２の範囲内となるような光路長を有する第２の光路長部とを含む。第１の光路長部の出力側からは、奇数番の波長群が取り出され、第２の光路長部の出力側からは、偶数番の波長群が取り出され、第１の光路長部の光路長と第２の光路長部の光路長とは、相異なっていてもよい。
【００５０】
また、マルチモード伝播部は、一個のマルチモード導波路で構成され、当該マルチモード導波路の中心線が光軸中心であり、入力位置は、光軸から軸ズレしていてもよい。
【００５１】
また、マルチモード伝播部は、長さの異なる二個のシングルモード導波路で構成され、当該二個のシングルモード導波路の対称軸が光軸中心であってもよい。
【００５２】
好ましくは、２ｎ種類の波長の間隔が等間隔であるとよい。
【００５３】
好ましくは、マルチモード伝播部の屈折率と波長との関係が、少なくともｎ種類の波長領域において線形であるとよい。
【００５４】
また、ｎ＝４ｋ（ｋ自然数）となるような数であって、さらに、奇数番の波長群を導波するための出力導波路の出力端に光学的に結合しており、マルチモード伝播部と同特性を有する第１の後段マルチモード伝播部と、偶数番の波長群を導波するための出力導波路の出力端に光学的に結合しており、マルチモード伝播部と同特性を有する第２の後段マルチモード伝播部と、第１の後段マルチモード伝播部によって分離される第４ｋ−３番の波長群を出射する第１の後段出射部と、第１の後段マルチモード伝播部によって分離される第４ｋ−１番の波長群を出射する第２の後段出射部と、第２の後段マルチモード伝播部によって分離される第４ｋ−２番の波長群を出射する第３の後段出射部と、第２の後段マルチモード伝播部によって分離される第４ｋ番の波長群を出射する第４の後段出射部とを備えてもよい。
【００５５】
本発明は、第１および第２の波長の光が波長多重されている入射光を分波するための光分波器である。この光分波器は、内部でのモード干渉によって、第１の波長から所定波長だけずれた第３の波長の光量と、第２の波長から所定波長だけずれた第４の波長の光量とを分離させる第１のマルチモード伝搬部と、第１のマルチモード伝播部の内部で光量分離が発生するような第１のマルチモード伝播部の入力位置に光を入射させる入射部と、第３および第４の波長の光量分離が発生し、かつ第３の波長の光量に対する第４の波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる第１のマルチモード伝搬部の出力端面上の位置に設けられた第１の出射部と、第３および第４の波長の光量分離が発生し、かつ第４の波長の光量に対する第３の波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる第１のマルチモード伝搬部の出力端面上の位置に設けられた第２の出射部と、内部でのモード干渉によって、第１の波長から第３の波長とは逆の方向に所定波長だけずれた第５の波長の光量と、第２の波長から第４の波長とは逆の方向に所定波長だけずれた第６の波長の光量とを分離させる第２および第３のマルチモード伝搬部と、第５および第６の波長の光量分離が発生し、かつ第５の波長の光量に対する第６の波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる第２のマルチモード伝搬部の出力端面上の位置に設けられた第３の出射部と、第５および第６の波長の光量分離が発生し、かつ第６の波長の光量に対する第５の波長の光量の大きさを示す消光比が最大となる第３のマルチモード伝搬部の出力端面上の位置に設けられた第４の出射部とを備える。
【００５６】
好ましくは、第３および第５の波長は、第１の波長を中心にして対称であり、第４および第６の波長は、第２の波長を中心にして対称であるとよい。
【発明の効果】
【００５７】
本発明によれば、マルチモード伝播部内部のモード干渉によって、内部で光量分布を変化させ、各波長の光量を分離させることによって、各波長の光を出射させるので、誘電体多層膜フィルタのような部品を使用せずとも、導波路で構成されるマルチモード伝播部を用いる簡単な構造で低価格な光分波器・光合分波器を提供することが可能となる。さらに、消光比が最大となる位置から第１および第２の波長の光が出力されることとなるので、不要な波長を遮断し、所望の波長の光のみを分波することができる光分波器・光合分波器が提供されることとなる。
【００５８】
マルチモード伝搬部の屈折率を２．０以下、あるいは、幅を１５μｍ以上とすることによって、取り出したい波長の光量が最大になる位置と、消光比が最大になる位置とが離れた分布となるので、十分な消光比を得ることができる位置を特定することができる。したがって、不要な波長を遮断し、所望の波長の光のみを分波することができる光分波器・光合分波器が提供し易くなる。
【００５９】
光路長をπの整数倍±π／２の範囲内となるようにすることによって、マルチモード伝播部において０次モードと１次モードとがモード干渉し、光量が光進行横方向に上下交互に移動する。モード干渉の波長分散、すなわち、光量変化の伝播定数の波長依存性により、二つの波長間で位相差がπの整数倍±π／２の範囲内となる光路長では、二つの波長の光量分布がマルチモード伝播部の中心線に対して大体対称となる。この光量が大体分離された位置から、各波長を出射すれば、容易に波長を分離することが可能となる。したがって、誘電体多層膜フィルターのような余計な部品も必要なく、導波路で構成されるマルチモード伝播部のみの簡単な構成で光分波器・光合分波器を実現することができる。
【００６０】
また、第１の波長の光量または第２の波長の光量の内、少なくともいずれか一方の光量が極値となるような光路長にすることによって、各波長のそれぞれの出力端で、第１の波長の光量または第２の波長の光量の内、少なくともいずれか一方の光量が極値となるので、各出力での消光比を高めることが可能となる。
【００６１】
また、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍となるような光路長にすることによって、光路長がπの整数倍となるので、各波長の出力側で光量が完全に分離されることとなり、より精度の良い光分波が可能となる。
【００６２】
また、第１の波長の光量と第２の波長の光量とが互いに反転している極値となるような光路長にすることによって、第１の波長の出力端で、第１の波長の光量が極大となり、第２の波長の光量が極小となる。また、第２の波長の出力端で、第１の波長の光量が極小となり、第２の波長の光量が極大となる。したがって、より高い消光比を得ることが可能となる。
【００６３】
第１の波長の出力端および第２の波長の出力端での消光比が３０ｄＢ以上となるような光路長であれば、実用的に問題がない。
【００６４】
光路長をπの整数倍とすることによって、各波長の出力側で光量が完全に分離されることとなり、より精度の良い光分波が可能となる。
【００６５】
マルチモード伝播部が一個のマルチモード導波路で構成することで、光分波器が簡単な構成となる。
【００６６】
マルチモード伝播部が二個のシングルモード導波路で構成することで、光分波器の構成が簡単となる。
【００６７】
光路長の異なる第１の光路長部と第２の光路長部とを設けることによって、光量が分離しているから光を出射させることができることとなるので、より小さな光路長で光を出射させることができ、光分波器の小型化を図ることが可能となる。
【００６８】
第１のマルチモード領域部で短い波長の方のモード干渉を先に発生させることによって、最終的な光量変動位相差に必要な光路長を小さくすることができる。したがって、光分波器の小型化を図ることが可能となる。
【００６９】
マルチモード導波路の入力側を矩形に欠くことによって、幅が狭くなっている領域で、短い方の波長のモード干渉を進めておくことができるので、より光分波器の小型化が可能となる。
【００７０】
第１のマルチモード領域部の光軸中心と第２のマルチモード領域部の光軸中心とをずらすことによって、最終的な光量変動位相差に必要な光路長を小さくすることが可能となる。
【００７１】
二個の前段マルチモード領域用シングルモード導波路で、短い方の波長のモード干渉を進めておくことによって、より光分波器の小型化を図ることが可能となる。
【００７２】
第１のマルチモード領域部の中心軸と第２のマルチモード領域部の中心軸とが、軸ズレしていることによって、最終的な光量変動位相差に必要な光路長を小さくすることが可能となる。
【００７３】
マルチモード伝播部は、位相差θ１と位相差θ２との差がπの整数倍±π／２となるような光路長であり、かつ、光軸方向に幅が変化していることによって、短い波長の方のマルチモード干渉を先に進めておくことができるので、より光分波器の小型化を図ることが可能となる。
【００７４】
二段にマルチモード伝播部を設けることによって、より各波長を分離することができるので、消光比をより高めることが可能となる。
【００７５】
外部電界制御部によって、マルチモード伝播部の屈折率等を動的に変化させることができるので、消光比を動的に制御することができる光分波器が提供されることとなる。
【００７６】
また、外部電界制御部によって、簡単な構成で、消光比を動的に制御することができる光分波器が提供されることとなる。
【００７７】
外部温度制御部によって、マルチモード伝播部の屈折率等を動的に変化させることができるので、消光比を動的に制御することができる光分波器が提供されることとなる。
【００７８】
温度制御部によって、簡単な構成で、消光比を動的に制御することができる光分波器が提供されることとなる。
【００７９】
入射部および出射部に導波路を用いることで、簡単な構成の光分波器が提供されることとなる。
【００８０】
光回路と電気回路とを一体化することによって、光分波を行って受信すると共に、光を送信することができる光デバイスが提供されることとなる。
【００８１】
中心波長から所定波長だけずれた波長を分波するマルチモード伝搬部を二段構成にすることによって、より消光比の高い光分波器が提供されることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光分波器１００ａの構成の概要を示す図である。なお、図１では、伝搬する光の振る舞いが分かるように、導波路中を伝播する光の導波モード（以下、単に、モードという）を模式的に示している。
【００８４】
図１において、実線で示す波線は、波長１．３０μｍのモードを示す。点線で示す波線は、波長１．５５μｍのモードを示す。図面上、何次のモードを示すかは、波線の形および引き出し線を用いた記載によって明確にする。なお、実線および点線が記載されている導波路上における位置は、当該位置でのモードを正確に示しているものではない。したがって、図面に記載した実線および点線が、導波路上のどの位置でのモードを示すものであるのかが分かるように、図面上では、どの位置での導波モードを示すものであるかも明記する。たとえば、図１において、マルチモード導波路１０２ａの入射端での波長１．３０μｍの０次モードについては、図面上、「１．３０μｍ光入射端０次モード」と記す。特に断らない限り、その他の実施形態においても、上記のようにして記載する。
【００８５】
図１において、光分波器１００ａは、シングルモード入力導波路１０１ａと、マルチモード導波路１０２ａと、第１のシングルモード出力導波路１０３ａと、第２のシングルモード出力導波路１０４ａと、基板１０６ａと、基板１０６ａに穿孔されているＶ溝１０５ａ，１１５ａ，１２５ａとを備える。
【００８６】
マルチモード導波路１０２ａは、波長１．３０μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ１、および波長１．５５μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ２について、位相差θ１と位相差θ２との差が、ほぼπの整数倍となる光路長を有する。なお、ここでの光路長は、光の伝搬方向における光路長のことを示し、たとえば、図１においては、マルチモード導波路１０２ａの長手方向の長さのことをいう。この光路長の根拠については、後で詳しく説明する。
【００８７】
シングルモード入力導波路１０１ａは、マルチモード導波路１０２ａの光軸を示す中心線（以下、同様）１１２ａから軸ズレした位置で、マルチモード導波路１０２ａの入力側と光学的に結合している。
【００８８】
第１のシングルモード出力導波路１０３ａと第２のシングルモード出力導波路１０４ａとは、マルチモード導波路１０２ａの中心線１１２ａを中心として反対側の位置で、マルチモード導波路１０２ａの出力側と光学的に結合している。第１のシングルモード出力導波路１０３ａおよび第２のシングルモード出力導波路１０４ａは、波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの各波長が、それぞれ第２のシングルモード出力導波路１０４ａおよび第１のシングルモード導波路１０３ａと結合しない距離まで各波長の光を誘導するように、基板１０６ａ上に配置されている。
【００８９】
基板１０６ａは、シングルモード入力導波路１０１ａ、マルチモード導波路１０２ａ、第１のシングルモード出力導波路１０３ａおよび第２のシングルモード出力導波路１０４ａを固定するための基板である。
【００９０】
Ｖ溝１０５ａは、シングルモード入力光ファイバ７をシングルモード入力導波路１０１の入力端に接続するために、基板１０６ａに穿孔された位置決め用の溝である。Ｖ溝１１５ａは、第１のシングルモード出力光ファイバ８を第１のシングルモード出力導波路３の出力端に接続するために、基板１０６ａに穿孔された位置決め用の溝である。Ｖ溝１２５ａは、第２のシングルモード出力光ファイバ９を第２のシングルモード出力導波路１０４ａの出力端に接続するために、基板６に穿孔された位置決め用の溝である。
【００９１】
以下、マルチモードであると特に断らなかった場合、導波路および光ファイバは、シングルモードであるとする。したがって、シングルモード入力導波路１０１ａ、第１のシングルモード出力導波路１０３ａ、第２のシングルモード出力導波路１０４ａ、シングルモード入力光ファイバ７、第１のシングルモード出力光ファイバ８、および第２のシングルモード出力光ファイバ９は、単に、入力導波路１０１ａ、第１の出力導波路１０３ａ、第２の出力導波路１０４ａ、入力光ファイバ７、第１の出力光ファイバ８、および第２の出力光ファイバ９と呼ぶことにする。
【００９２】
図２Ａおよび図２Ｂは、光分波器１００ａにおいて、１．３０μｍの光と１．５５μｍの光とが分離する様子を示すＢＰＭ（Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）によるシミュレーション結果である。以下、図１，図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら、光分波器１００ａにおける光の振る舞いを簡単に説明する。
【００９３】
ただし、図２Ａおよび図２ＢのＢＰＭのシミュレーションに使用した導波路寸法は、マルチモード導波路長Ｌｍ：約６５５０μｍ、マルチモード導波路幅Ｗｍ：約１９．５μｍ、入力導波路軸ズレ量ｘ：約５．７μｍ、出力導波路間隔：約１０μｍ、導波路クラッド屈折率：約１．５００、コア屈折率：約１．５０５である。
【００９４】
図２Ａは、波長１．３０μｍの光の振る舞いを示す図である。マルチモード導波路中心線から軸ズレした位置に接続されている入力導波路１０１ａから入射した波長１．３０μｍのシングルモードは、マルチモード導波路１０２ａにおいて、マルチモード導波路１０２ａに固有の０次モードと１次モードとに展開される。０次モードと１次モードとのモード分散、すなわち０次モードの伝播定数と１次モードの伝播定数とが異なるために生じるモード干渉によって、波長１．３０μｍの光の光量が、特定の伝播定数に従い、マルチモード導波路１０２ａ中を右方向かつ上下交互に移動しながら、波長１．３０μｍの光が伝播する。その後、波長１．３０μｍの光は、第１の出力導波路１０３ａに入射して、第１の出力導波路１０３ａ中を伝播していく。
【００９５】
図２Ｂは、波長１．５５μｍの光の振る舞いを示す図である。波長１．５５μｍの光についても同様に、マルチモード導波路１０２ａにおいて０次モードと１次モードとに展開され、モード分散によって、光量がマルチモード導波路２中を右方向かつ上下交互に移動しながら、波長λ１．５５μｍの光が伝搬する。その後、波長１．５５μｍの光は、第２の出力導波路１０４ａに入射して、第２の出力導波路１０４ａ中を伝播していく。
【００９６】
波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの各モード分散の波長分散、すなわち、各波長の各モードの伝播定数の波長特性のため、各波長の光量移動の伝播定数も異なる。したがって、波長１．３０μｍの光量移動と波長１．５５μｍの光量移動との位相差が逆相（すなわち、πの整数倍）になる光路長で、波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの光量が、上下に分かれて共に極大となる。マルチモード導波路１０２ａの長さは、上記光路長と一致するので、図２に示したように、波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光とが、上下方向に分離されることとなる。
【００９７】
したがって、光分岐器１００ａのように、波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光とが分離する（マルチモード出力端上の接続位置：Ｘ１）各位置の近傍に、波長１．３０μｍの光を誘導する第１の出力導波路１０３ａとおよび波長１．５５μｍの光を誘導する第２の出力導波路１０４ａ（マルチモード出力端上の接続位置：Ｘ２）とを設けるようにマルチモード導波路１０２ａの光路長を決定すると、導波路のみの簡単な構成で容易に波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光とを分波できることとなる。
【００９８】
次に、マルチモード導波路１０２ａの光路長の求め方について詳細に説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、マルチモード導波路１０２ａ中を伝搬する各波長の詳細な光量を示すＢＰＭによるシミュレーション結果を示す図である。図３（ａ）は、波長１．３０μｍの光の光量分布を示す図である。図３（ｂ）は、波長１．５５μｍの光の光量分布を示す図である。
【００９９】
ただし、図３（ａ）および図３（ｂ）のＢＰＭのシミュレーションに使用した導波路寸法は、マルチモード導波路長Ｌｍ：約１０，０００μｍ、マルチモード導波路幅Ｗｍ：約１９．５μｍ、入力導波路軸ズレ量ｘ：約５．７μｍ、ｐ１：約４．６μｍ、ｐ２：約５．１μｍ、導波路クラッド屈折率：約１．５００、コア屈折率：約１．５０５である。
【０１００】
図４は、光量移動位相差をほぼπの整数倍とした根拠を説明するための図である。なお、図３（ａ）および図３（ｂ）では、最適な光路長を考察するために、マルチモード導波路１０２ａの長さを最適な光路長よりも長くしてシュミレーション結果を出力している。以下、図１，図３（ａ）および図３（ｂ）を参照しながら、この波長分離のメカニズムを詳細に説明し、マルチモード導波路１０２ａの光路長の求め方について説明する。
【０１０１】
図１のようにマルチモード導波路１０２ａの中心線１１２ａから軸ズレした状態で、波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍのシングルモードを（マルチモード入力端上の入力位置Ｘに）入力すると、各波長毎の０次モードと１次モードとは、相互に干渉し合う。マルチモード導波路１０２ａを伝搬する各波長の光量は、図３（ａ）に示すように、このモード干渉によって、１．３０μｍの波長の光量は、マルチモード導波路出力端位置Ｐ１を通り、中心線１１２ａに平行な１．３０μｍの第１光量変動線、および中心線１１２ａに対するＰ１ａの対称点であるＰ１ｂを通り、中心線１１２ａに平行な１．３０μｍの第２光量変動線の二直線上において、光量の極大と極小とが交互に現れ、かつ二直線上の光量変動は相互に逆相関関係に現れる。したがって、あたかも１．３０μｍの波長の光量が上記二直線上を交互に移動しながら伝搬するかのように見える。
【０１０２】
同様に、図３（ｂ）に示すように、１．５５μｍの波長の光量は、マルチモード導波路出位置Ｐ２を通り、中心線１１２ａに平行な１．５５μｍの第２の光量変動線、および中心線１１２ａに対するＰ２ａの対称点であるＰ２ｂを通り、中心線１１２ａに平行な１．５５μｍの第１の光量変動直線の二直線上において、光量の極大と極小とが交互に現れ、かつ二直線上の光量変動は相互に逆相関関係に現れる。したがって、あたかも１．５５μｍの波長の光量が上記二直線上を交互に移動しながら伝搬するかのように見える。ここで、Ｐ１ａ≠Ｐ２ｂ、Ｐ２ａ≠Ｐ１ｂとなるのは、波長によって、マルチモード導波路の横方向の広がり分布が異なり、長い波長の方が広がりが大きいからである。
【０１０３】
波長１．３０μｍの０次モードの伝播定数をβi0とし、波長１．３０μｍの１次モードの伝播定数をβi1とし、波長１．５５μｍの０次モードの伝播定数をβj0とし、波長１．５５μｍの１次モードの伝播定数をβj1とすると、第１変動線上のモード加算条件およびモード打消条件は、表１に示すように、各モードの伝播定数差（βi0−βi1，βj0−βj1）によって各モードの位相差（θ１＝（βi0−βi1）×Ｌim，θ２＝（βj0−βj1）×Ｌjm）がπの整数倍毎に現れる。
【０１０４】
【表１】
2004191944.tif 000003
【０１０５】
波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光との分波には、「マルチモード導波路１０２ａの出力端において、各波長の光量の極値が反転している」といった光量極値反転条件をほぼ満足しなければならない。
【０１０６】
次に、具体的に、マルチモード導波路１０２ａの光路長を求める。「光量極値反転条件」を満足する光路長Ｌは、（式１）の連立方程式および（式２）から求められる。
【０１０７】
【数１】
2004191944.tif 000004
【数２】
2004191944.tif 000005
【０１０８】
したがって、光量極値反転条件を満足するマルチモード導波路長Ｌは（式３）のようになる。
【０１０９】
【数３】
2004191944.tif 000006
【０１１０】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、ｍ＝３の場合の例である。１．３０μｍと１．５５μｍの光量極値の位相差が反転（πの整数倍となる）する光路長Ｌ（図３上のＬ1 ）は、（式４）となる。
【０１１１】
【数４】
2004191944.tif 000007
【０１１２】
このとき、１．３０μｍの第１の光量変動線上のＰ１において、１．３０μｍの光量は極大となり、１．５５μｍの第１の光量変動線上において、１．５５μｍの光量は極小となる。一方、第２の光量変動線上のＰ２において、１．３０μｍの光量は極小となり、１．５５μｍの光量は極大となる。
【０１１３】
上記で説明したように、光量極値反転条件を満足する光路長Ｌにおいて、各波長は、それぞれ、１．３０μｍの第１の光路長変動線および１．５５μｍの第２の光量変動線の上にあるので、マルチモード導波路の光路長をＬとし、Ｘ１≒Ｐ１ａ、Ｘ２≒Ｐ２ｂとすれば、波長の分離ができることとなる。
【０１１４】
このように、第１の実施形態では、波長１．３０μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ１、および波長１．５５μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ２について、位相差θ１と位相差θ２との差が、πの整数倍となるような光路長を有するマルチモード導波路１０２ａを設け、マルチモード導波路１０２ａの中心線１１２ａから軸ズレした位置に入力導波路を結合し、中心線１１２ａに対して相対する方向に第１の出力導波路１０３ａと第２の出力導波路１０４ａとを設けることによって、波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光とを分波することが可能となる。第１の実施形態に係る光分波器は、マルチモード光導波路を用いた単純な構成であるので、低価格に提供されることが可能となる。
【０１１５】
また、分波性能も従来のものと比べ劣るものではない。
【０１１６】
また、第１の実施形態では、光量極値反転条件を完全に満足させることによって消光比を高めることができるので、より高性能な光分波を行うことが可能となる。
【０１１７】
なお、各波長のモード伝播定数βは、マルチモード導波路の形状や材料屈折率などで決まるので、マルチモード導波路の形状や材料屈折率を最適化すれば、光量極値反転条件を満足する光路長Ｌが得られることとなる。
【０１１８】
マルチモード導波路の形状最適化方法としては、「光軸に沿った直方体の３辺の３変数を最適化する」や、「Ｌ1 までの直方体での光波が分離する方向に対向する側面間隔を光軸に沿って変化させる」などが挙げられる。
【０１１９】
また、材料屈折率の最適化方法としては、「屈折率の波長分散が最適な材料を使用する」や、「マルチモード導波路内に屈折率分布をつける」などが挙げられる。
【０１２０】
当然、材料屈折率の波長分散が大きい方が、各波長間で伝搬定数の差が大きくなるので、より短い光路長Ｌを可能にする。
【０１２１】
なお、光量極値反転条件を満足しなくても、図３に示すＬ2 やＬ3 を光路長としてもよい。すなわち、長さＬ2 は、光量極値の位相差がπの整数倍となる長さＬ1 の近傍における光路長である。長さＬ3 は、光量極値の位相差がπの整数倍の近傍となる光路長である。図４に示すように、長さＬ1 の近傍範囲である長さＬ2 は、光量が極大値の半分（３ｄＢダウン）となる範囲であり、πの整数倍の光量変動位相差に対して、±π／２となる範囲である。また、長さＬ3 の近傍の範囲は、光量が極大値の半分（３ｄＢダウン）となる範囲で、πの整数倍の光量変動位相差に対して、±π／２となる範囲である。
【０１２２】
なお、光量極値反転条件を完全に満足していなくても、各波長のそれぞれの出力端で、少なくともいずれか一方の波長の光量が極値となるような光路長をマルチモード導波路が有していれば、ある程度の消光比を得ることが可能となる。
【０１２３】
なお、上記では説明を簡単にするために最大モード次数を１次までとしたが、実際には２次や３次などの高次モードが少なからず存在し、詳細なモード変化は複雑である。しかし、基本的には、各波長のモード分散には波長分散が存在するため、各波長のモード分散による光量移動の位相差をほぼπの整数倍となるようにマルチモード導波路形状を決めることで、異なる位置で各波長の光量を最大にすることができる。したがって、高次モードが存在したとしても、波長分離が可能である。
【０１２４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態における光分波器の構成は、第１の実施形態における光分波器と同様であるので、図１を援用する。上記第１の実施形態では、マルチモード導波路１０２ａの光路長の設定の仕方を中心に説明した。第２の実施形態では、マルチモード導波路１０２ａが第１の実施形態に基づいて設定された光路長を有する場合に、不要な波長を遮断して、所望の波長のみを得ることができる光分波器を提案する。そのため、第２の実施形態では、マルチモード導波路１０２ａの出力端面における第１および第２の出力導波路１０３ａ，１０４ａの接続位置について説明する。
【０１２５】
図５は、マルチモード導波路１０２ａにおける出力位置での光量分布を示す図である。図５において、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した出力位置と同一の符号を用いている出力位置は、同一の出力位置であるとする。また、図５における出力位置は、マルチモード導波路の出力端面における位置を示す。図５に示すように、波長の長い１．５５μｍの方が波長の短い１．３０μｍに比べて、極値が中心線から遠い位置にくることとなる。透過ロスだけを考えるのであれば、上記のように第１の出力導波路をＰ１ａに、第２の出力導波路をＰ２ａに接続すればよいが、Ｐ１ａやＰ２ａでは、除去したい波長が極小とならないために、取り出したい波長以外の波長が出力されることとなってしまう。この場合、消光比は３０ｄＢ以下となり、十分な消光比であるとは言えない。
【０１２６】
そこで、第２の実施形態に係る光分波器では、第１の出力導波路を１．５５μｍの光量が極小となるＱ２ａに、第２の出力導波路を１．３０μｍの光量が極小となるＱ１ａに、それぞれ接続する。これにより、第１の出力導波路の接続端において、１．３０μｍの光量の減少比以上に１．５５μｍの光量の減少比が大きくなるので、１ｄＢ以下の透過ロスを維持しながら、３０ｄＢ以上の十分な消光比を得ることができる。同様に、第２の出力導波路の接続端において、１．５５μｍの光量の減少比以上に１．５５μｍの光量の減少比が大きくなるので、１ｄＢ以下の透過ロスを維持しながら、最大の消光比を得ることができる。ここで、消光比は、（式５）のように、取り出したい波長の光量を遮断したい波長の光量で割ったときの商に対する自然対数を１０倍した値で決められている。（式５）のように消光比を定義した場合、最大の消光比を得ることができるマルチモード導波路１０２ａにおける出力端面の位置では、消光比は、３０ｄＢ以上となっている。
【０１２７】
【数５】
2004191944.tif 000008
【０１２８】
このように、第２の実施形態では、遮断したい波長の極小位置に各波長を取り出したい出力導波路を接続する、すなわち、消光比が最大となる位置に出力導波路を接続することで、取り出したい波長のみを分波する光分波器が提供されることとなる。
【０１２９】
たとえば、表２における（１）に示すように、除去したい波長の極小位置に取り出したい波長の出力導波路を設けた場合、消光比は、５０ｄＢ以上となる。一方、取り出したい波長の極大位置に出力導波路を設けた（２）の場合、消光比は、２５ｄＢ程度となる。このように、除去したい波長の極小位置に取り出したい波長の出力導波路を設けることによって、大幅に消光比が向上し、取り出したい波長のみを分波する光分波器が提供されることとなる。
【０１３０】
【表２】
2004191944.tif 000009
【０１３１】
表２において、小文字のｘは、入力導波路がマルチモード導波路の中心軸からどの程度ずれているかの距離を示す。小文字のｘ１は、入力導波路がマルチモード導波路の中心軸からどの程度ずれているかの距離を示す。小文字のｘ２は、第２の出力導波路がマルチモード導波路の中心軸からどの程度ずれているかの距離を示す。その他の記号の説明は、表中に記してある。透過ロスとは、取り出したい波長のロスのことをいう。遮断ロスとは、遮断したい波長のロスのことをいう。
【０１３２】
なお、入出力導波路を、上記のようにマルチモード導波路出力端上の各波長の極値点に配置する以外に、マルチモード導波路の中心線にミラー対称に配置して、各入出力導波路の中心線からの軸ズレ距離を等しくする方法もある。しかし、単にミラー対称に配置する方法では、表２における（３）〜（６）に示すように、出力端での各波長の光量分布を把握して、極値を選ばないと十分な消光比が得られないことがわかる。
【０１３３】
表２から、透過ロスの変動は微小であることが分かるので、上記第２の実施形態のように、消光比を律則する遮断ロスを最大にする各波長の極小点に出力導波路を接続する構成がベストであることが理解できる。
【０１３４】
上記のように、消光比が最大となる位置に出力導波路を設けることは、特に、屈折率が２．０以下、あるいは、幅が１５μｍ以上のマルチモード導波路を用いる場合に有効である。屈折率が２．０よりも大きい半導体材料で構成されたマルチモード導波路を用いる場合、デバイス自体が超小型化されて幅が５〜１２．６μｍ程度となり、波長の基本モード幅も小さくなる。したがって、屈折率が２．０よりも大きい場合の光量分布は、各出力位置において取り出したい波長の光量最大位置と遮断したい波長の最小光量位置とが接近した分布となり、所望の波長の最大光量位置で十分な消光比が得られる。一方、屈折率が２．０以下のマルチモード導波路を用いると、デバイス自体が比較的大きくなり、幅が１５μｍ以上となり、各出力位置において取り出したい波長の光量最大位置と遮断したい波長の最小光量位置とが離れた分布となり、遮断したい波長の最小光量位置を選択することで、十分な消光比を得られる所から、光を出射させることができる。
【０１３５】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る光分波器１００ｂの構成の概要を示す図である。図６において、図１に示した第１の実施形態に係る光分波器１００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１３６】
図６において、光分波器１００ｂは、入力導波路１０１ａと、異光路長マルチモード導波路１０２ｂと、第１の出力導波路１０３ａと、第２の出力導波路１０４ａと、これらを固定する基板１０６ｂと、Ｖ溝１０５ａ，１１５ａ，１２５ａとを備える。
【０１３７】
異光路長マルチモード導波路１０２ｂは、直方体型の第１の光路長部１１２ｂと、直方体型の第２の光路長部１２２ｂとを含む。第１の光路長部１１２ｂの光路長は、第２の光路長部１２２ｂの光路長よりも長い。
【０１３８】
第１の光路長部１１２ｂは、波長１．３０μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ１、および波長１．５５μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ２について、位相差θ１と位相差θ２の差がほぼπの整数倍となる光路長を有する。第１の光路長部１１２ｂの出射端からは、波長１．３０μｍの光が出力される。
【０１３９】
第２の光路長部１２２ｂは、波長１．３０μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ１、および波長１．５５μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ２について、位相差θ１と位相差θ２の差がほぼπの整数倍となる光路長を有する。第２の光路長部１２２ｂの出射端からは、波長１．５５μｍの光が出力される。
【０１４０】
第１の実施形態で説明したように、異光路長マルチモード導波路１０２ｂの中心線１３２ｂから軸ズレしている入力導波路１０１ａからの波長１．３０μｍの光および波長１．５５μｍの光は、異なる伝播定数で光量移動しながら、異光路長マルチモード導波路１０２ｂ内を伝播する。
【０１４１】
第１の実施形態に係る光分波器１００ａでは、波長１．３０μｍの光の出射端と波長１．５５μｍの出射端とを、マルチモード導波路１０２ａの出射同一面上に形成したため、光路長が５，０００μｍ以上と大きくなる。
【０１４２】
ところが、第２の実施形態に係る光分波器１００ｂでは、波長１．３０μｍの光の出射端と波長１．５５μｍの出射端とを、同一面上に形成せず、波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光との光量移動の位相差が逆相となる光路長、すなわち波長１．３０μｍの出射端を光量がマルチモード導波路の上半分側で最大となる光路長位置に設け、波長１．５５μｍの出射端をマルチモード導波路の下半分側で最大となる任意の光路長位置に設ける。このようにして、異光路長マルチモード導波路１０２ｂを形成する。
【０１４３】
これにより、第１の実施形態のように各波長の出射面が同一である必要がなくなるので、異光路長マルチモード導波路１０２ｂの光路長を５，０００μｍ以下にすることが可能となる。したがって、光分波器の小型化が可能となる。
【０１４４】
なお、第３の実施形態では、波長１．３０μｍの光の光量がマルチモード導波路の上半分側で最大となるようにし、波長１．５５μｍの光の光量がマルチモード導波路の下半分側で最大となるようにしたが、別に、この上下関係が逆であっても、何ら問題ない。
【０１４５】
また、第３の実施形態においても、第２の実施形態の場合と同様、遮断したい波長のロスが最大となる位置に、すなわち、消光比が最大となる位置に、出力導波路を設けるようにしてもよい。
【０１４６】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る光分波器１００ｃの構成の概要を示す図である。図７において、図１に示した第１の実施形態に係る光分波器１００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１４７】
図７において、光分波器１００ｃは、入力導波路１０１ａと、多段型マルチモード導波路１０２ｃと、第１の出力導波路１０３ａと、第２の出力導波路１０４ａと、これらを固定する基板１０６ｃと、Ｖ溝１０５ａ，１１５ａ，１２５ａとを備える。
【０１４８】
多段型マルチモード導波路１０２ｃは、第１のマルチモード領域部１１２ｃと、第２のマルチモード領域部１２２ｃとを含む。第１のマルチモード領域部１１２ｃの中心線１３２ｃと、第２のマルチモード領域部１２２ｃの中心線１４２ｃとは、一致していない。
【０１４９】
第１のマルチモード領域部１１２ｃは、波長１．３０μｍの光について、０次モードおよび１次モードを固有モードとして存在させることができ、波長１．５５μｍの光について、０次モードのみを固有モードとして存在させることができる。第２マルチモード領域部１２２ｃは、波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの光について、それぞれ０次モードおよび１次モードを固有モードとして存在させることができる。
【０１５０】
多段型マルチモード導波路１０２ｃの全長は、波長１．３０μｍの０次モードと１次モードとのモード分散による横方向の光量移動と、波長１．５５μｍの０次モードと１次モードとのモード分散による横方向の光量移動との位相差がほぼπの整数倍になるように決められている。
【０１５１】
また、波長が長い方が高次モードの発生にはより大きな導波路幅を要し、逆に波長が短い方がより小さな導波路幅でよいので、第１のマルチモード領域部１１２ｃの幅は、第２のマルチモード領域部１２２ｃの幅よりも小さい。本発明のようにモード干渉で波長分離する場合、出力側では、全ての波長でマルチモードが必要なので、各波長でマルチモードを発生する位置を変えるには多段型マルチモード導波路１０２ｃの幅を光伝播方向に広げるのが有効である。
【０１５２】
次に、第４の実施形態に係る光分波器１００ｃでの光の振舞いについて説明する。幅が小さい方の第１のマルチモード領域部１１２ｃの中心線１３２ｃから軸ズレした位置の入力導波路１０１ａから入射した波長１．３０μｍのシングルモードは、第１のマルチモード領域部１１２ｃにおいて、第１のマルチモード領域部１１２ｃに固有の０次モードと１次モードとに展開される。光伝播に連れて、０次モードと１次モードとのモード分散により、波長１．３０μｍの光は、横方向に光量移動を伴いながら伝播する。
【０１５３】
一方、波長１．５５μｍの光は、第１のマルチモード領域部１１２ｃにおいて、０次モードのみしか存在できないので、モード分散することなく、すなわち、横方向に光量移動することなく、第１のマルチモード領域部１１２ｃ中を伝播する。すなわち、第１のマルチモード領域部１１２ｃの出射端においては、波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光との間で光量移動の位相差φが生じる。
【０１５４】
続いて、幅が大きい方の第２のマルチモード領域部１２２ｃの中心線１４２ｃから軸ズレした位置から入射した波長１．３０μｍの０次モードおよび１次モードは、第２のマルチモード領域部１２２ｃにおいて、第２のマルチモード領域部１２２ｃに固有の０次モードと１次モードとに展開される。光伝播に連れて、０次モードと１次モードとのモード分散により、波長１．３０μｍの光は、横方向に新たな伝播定数で光量移動を伴いながら伝播する。
【０１５５】
一方、第２のマルチモード領域部１２２ｃの中心線１４２ｃから軸ズレした位置から入射した波長１．５５μｍの０次モードは、第２のマルチモード領域部１２２ｃにおいて、第２のマルチモード領域２２ｃに固有の０次モードと１次モードとに展開される。光伝播に連れて、０次モードと１次モードとのモード分散により、波長１．５５μｍの光は、横方向に光量移動を伴いながら伝播する。第１のマルチモード領域部１１２ｃにおいて、各波長の光量移動の位相差がすでにφだけ生じているので、第２のマルチモード領域部１２２ｃでの光量移動の位相差は、π−φだけで良い。
【０１５６】
このように、各波長の光量移動の位相差は、第１のマルチモード領域部１１２ｃでは波長１．３０μｍのモード分散のみで決まり、第２のマルチモード領域部１２２ｃでは波長１．３０μｍと波長１．５５μｍとのモード分散の波長分散（モード分散の差）で決まる。したがって、当然、第１のマルチモード領域部１１２ｃでの光量移動の位相差の方が、第２のマルチモード領域部１２２ｃでの光量移動の位相差に比べて大きい。それゆえ、第４の実施形態に係る光分波器１００ｃでは、第１のマルチモード領域部１１２ｃで大きな位相差を稼ぐことができるので、多段型マルチモード導波路１０２ｃの全長を短くすることが可能となる。その結果、第１の実施形態に係る光分波器１００ａよりも小型な光分波器を提供することが可能となる。
【０１５７】
また、第１のマルチモード領域部１１２ｃの幅を第２のマルチモード領域部１２２ｃの幅より狭くすることによって、第１のマルチモード領域部１１２ｃでより大きな位相差を稼ぐことが可能となる。
【０１５８】
なお、図７に示したように、第１のマルチモード領域部１１２ｃおよび第２のマルチモード領域部１２２ｃの幅を変えることによって、伝播特性を変える他、徐々に入力側から出力側に向かって幅を大きくしていって、伝搬特性を変え、短い波長の方の光量変動位相差を稼ぐようにしてもよい。
【０１５９】
なお、第４の実施形態においても、第２の実施形態の場合と同様、遮断したい波長のロスが最大となる位置に、すなわち、消光比が最大となる位置に、出力導波路を設けるようにしてもよい。
【０１６０】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係る光分波器１００ｄの構成の概要を示す図である。図８において、図１に示した第１の実施形態に係る光分波器１００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１６１】
光分波器１００ｄは、シングルモード導波路でマルチモード伝播部を形成した光分波器であって、第１の実施形態に係る光分波器１００ａと同様の効果を有する。光分波器１００ｄは、入力導波路１０１ａと、マルチモード伝播部１０２ｄと、第１の出力導波路１０３ａと、第２の出力導波路１０４ａと、これらを固定する基板１０６ｄと、Ｖ溝１０５ａ，１１５ａ，１２５ａとを備える。
【０１６２】
マルチモード伝播部１０２ｄは、第１のシングルモード導波路１１２ｄと、第２のシングルモード導波路１２２ｄとを含む。
【０１６３】
第１のシングルモード導波路１１２ｄと第２のシングルモード導波路１２２ｄとは、マルチモード伝播部１０２ｄの中心線１３２ｄを中心にして、２０μｍ以下の間隔で並行に配列している。このように配列されることによって、マルチモード伝播部１０２ｄでは、波長１．３０μｍの０次モードおよび１次モード、ならびに波長１．５５μｍの０次モードおよび１次モードが存在可能となる。マルチモード伝播部１０２ｄ（すなわち、第１のシングルモード導波路１１２ｄおよび第２のシングルモード導波路１２２ｄ）は、波長１．３０μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ１、波長１．５５μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ２について、位相差θ１と位相差θ２との差がほぼπの整数倍となる光路長を有する。
【０１６４】
第１のシングルモード導波路１１２ｄの入力端は、入力導波路１０１ａの出力端と光学的に結合する。第１のシングルモード導波路１１２ｄの出力端は、第１の出力導波路１０３ａの入力端と光学的に結合する。第２のシングルモード導波路１２２ｄの入力端は、開放端となっている。第２のシングルモード導波路１２２ｄの出力端は、第２の出力導波路１０４ａの入力端と光学的に結合する。
【０１６５】
このように、第５の実施形態では、モード結合が可能な距離にシングルモード導波路を２本並行に並べてマルチモード伝播部１０２ｄを形成する。シングルモード導波路を２本並行に並べることによって、マルチモード伝播部１０２ｄでは、モード干渉が発生し、モード分散により各波長の光の光量が第１のシングルモード導波路１１２ｄと第２のシングルモード導波路１２２ｄとを交互に移動しながら伝播する。この光量移動の波長分散を利用して、波長１．３０μｍの光の光量最大位置と波長１．５５μｍの光の光量最大位置とが、第１のシングルモード導波路１１２ｄと第２のシングルモード導波路１２２ｄとに分かれる光路長をマルチモード伝播部１０２ｄの長さとし、第１の出力導波路１０３ａと第２の出力導波路１０４ａとで、モードが結合しない距離まで各波長の光を誘導すれば、波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光とを分離することがで可能となる。
【０１６６】
なお、マルチモード伝播部１０２ｄに対して、入力導波路１０１ａのモードと結合しない距離にダミーシングルモード導波路をつないでも良い。図９は、ダミーシングルモード導波路をつないだ光分波器１０１ｄの構成の概要を示す図である。図９に示すように、ダミーシングルモード導波路１１１ｄは、入力導波路１０１ａのモードと結合できない距離に配置されている。
【０１６７】
なお、第５の実施形態においても、第２の実施形態の場合と同様、遮断したい波長のロスが最大となる位置に、すなわち、消光比が最大となる位置に、出力導波路を設けるようにしてもよい。
【０１６８】
（第６の実施形態）
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る光分波器１００ｅの構成の概要を示す図である。図１０において、図１に示した第１の実施形態に係る光分波器１００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１６９】
図１０において、光分波器１００ｅは、入力導波路１０１ａと、多段マルチモード伝播部１０２ｅと、第１の出力導波路１０３ａと、第２の出力導波路１０４ａと、これらを固定する基板１０６ｅと、Ｖ溝１０５ａ，１１５ａ，１２５ａとを備える。多段マルチモード伝播部１０２ｅは、第１のマルチモード領域部１５２ｅと、第２のマルチモード領域部１６２ｅとを含む。第１のマルチモード領域部１５２ｅは、第１のシングルモード導波路１１２ｅと、第２のシングルモード導波路１２２ｅと有する。第２のマルチモード領域部１６２ｅは、第３のシングルモード導波路１３２ｅと、第４のシングルモード導波路１４２ｅとを含む。
【０１７０】
第１のシングルモード導波路１１２ｅと第２のシングルモード導波路１２２ｅとは、入力側から２０μｍ以下の間隔で並行配列しており、第１のマルチモード領域部１５２ｅを構成する。なお、厳密には、第２のシングルモード導波路１２２ｅの出力側で第４のシングルモード導波路１４２ｅへの接続のため湾曲しているので、その部分では、並行配列となっていない。
【０１７１】
第３のシングルモード導波路１３２ｅと第４のシングルモード導波路１４２ｅとは、２０μｍ以下の間隔であり、かつ第１のシングルモード導波路１３２ｅと第２のシングルモード導波路１４２ｅとの間隔よりも大きい間隔で並行配列しており、第２のマルチモード領域部１６２ｅを構成する。なお、厳密には、第４のシングルモード導波路１４２ｅの入力側で第２のシングルモード導波路１２２ｅとの接続のため湾曲しているので、その部分では、並行配列となっていない。
【０１７２】
第１のシングルモード導波路１１２ｅと第３のシングルモード導波路１３２ｅとは、一端同士で直線に光学的結合している。第２のシングルモード導波路１２２ｅと第４のシングルモード導波路１４２ｅとは、一端同士で滑らかに光学的結合している。第２のシングルモード導波路１２２ｅの他端は、開口端となっている。
【０１７３】
第１のシングルモード導波路１１２ｅの入力端は、入力導波路１０１ａの出力端と光学的に結合する。第３のシングルモード導波路１３２ｅの出力端は、第１の出力導波路１０３ａの入力端と光学的に結合する。第４のシングルモード導波路１４２ｅの出力端は、第２の出力導波路１０４ａの入力端と光学的に結合する。
【０１７４】
多段型マルチモード伝播部１０２ｅの光路長は、波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの光の０次モードと１次モードとのモード分散による各波長の横方向の光量移動の位相差がほぼπの整数倍になるように決められる。
【０１７５】
２本の並行シングルモード導波路で構成される多段型マルチモード伝播部１０２ｅでの各波長のモード分散は、並行シングルモード導波路における間隔の大きさできまる。第５の実施形態では、第１のマルチモード領域部１５２ｅで波長１．３０μｍの光量位相差を大きく稼ぐこととなるので、第２のマルチモード領域部１６２ｅの光路長を短くすることができる。したがって、多段型マルチモード伝播部１０２ｅ全体の長さを短くすることができ、小型の光分波器を提供することが可能となる。
【０１７６】
なお、第６の実施形態においても、第２の実施形態の場合と同様、遮断したい波長のロスが最大となる位置に、すなわち、消光比が最大となる位置に、出力導波路を設けるようにしてもよい。
【０１７７】
（第７の実施形態）
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る光分波器１００ｆの構成の概要を示す図である。図１１において、図１に示した第１の実施形態に係る光分波器１００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１７８】
図１１において、光分波器１００ｆは、入力導波路１０１ａと、マルチモード導波路１０２ｆと、第１〜第ｎの出力導波路１０３ｆ（＃１）〜１０３ｆ（＃ｎ）と、これらを固定する基板１０６ｆと、基板１０６ｆに穿孔されているＶ溝１０５ａ，１０５ｆ（＃１）〜１０５ｆ（＃ｎ）とを備える。なお、図１１において、第１〜第ｎの出力導波路１０３ｆ（＃１）〜１０３ｆ（＃ｎ）、およびＶ溝１０５ｆ（＃１）〜１０５ｆ（＃ｎ）の参照符号については、一部省略している。
【０１７９】
マルチモード導波路１０２ｆは、波長λ1 ，…，λn （ｎは自然数、以下同様）について、ｎ種類のマルチモード（０次モードからｎ−１次モード）が伝播可能で、第ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ−１、以下同様）波長λk のｉ（ｉ＝０，１，・・・，ｋ−２）次モードとｉ＋１次モードとの位相差θk 、および第ｋ＋１波長λk+1 のｉ次モードとｉ＋１次モードとの位相差θk+1 について、位相差θk と位相差θk+1 との差が、ほぼπの整数倍となる光路長を有する。
【０１８０】
入力導波路１０１ａは、マルチモード導波路１０２ｆの中心線１１２ｆから軸ズレして、マルチモード導波路１０２ｆの入力側に光学的に結合している。各出力導波路１０３ｆ（＃１）〜１０３ｆ（＃ｎ）は、マルチモード導波路１０２ｆの出力側において、異なる位置に光学的に結合している。
【０１８１】
次に、光分波器１００ｆにおける光の振る舞いについて説明する。入力導波路１０１ａから入射した各第ｋ波長λk のシングルモードは、マルチモード導波路１０２ｆにおいて、当該マルチモード導波路１０２ｆに固有の０次モード〜ｎ−１次モードそれぞれに展開される。光伝播するに従って、０次モード〜ｎ−１次モードのモード分散により、当該第ｋ波長λk の光量は、特定の伝播定数でｎ個の並行直線上を順番に移動しながら伝播する。
【０１８２】
同様に、第ｋ＋１波長λk+1 も、マルチモード導波路１０２ｆにおいて、当該マルチモード導波路１０２ｆに固有の０次モード〜ｎ−１次モードそれぞれに展開される。光伝播するに従って、０次モード〜ｎ−１次モードのモード分散により、当該第ｋ＋１波長λk+1 の光量は、特定の伝播定数でｎ個の並行直線上を順番に移動しながら伝播する。なお、上記各直線は、第ｋの出力導波路１０３ｆ（＃ｋ）とマルチモード導波路１０２ｆとの結合位置を通る直線である。
【０１８３】
第ｋ波長λk と第ｋ＋１波長λk+1 との各モード分散の波長分散、すなわち、各波長の各モードの伝播定数の波長特性のため、各波長の光量移動の伝播定数も異なる。第ｋ波長λｋの光量移動と第ｋ＋１波長λk+1 の光量移動との位相差が逆相（πの整数倍）になる光路長で、第ｋ波長λk と第ｋ＋１波長λk+1 との光量は、上記ｎ個の並行直線上の異なる直線上に分離する。
【０１８４】
このように、第７の実施形態では、上記光路長をマルチモード導波路１０２ｆの長さとし、第ｋ波長λk と第ｋ＋１波長λk+1 とが分離した各位置近傍に、第ｋ波長λk を誘導する出力導波路１０３ｆ（＃ｋ）と、第ｋ＋１波長λk+1 を誘導する出力導波路１０３ｆ（＃ｋ＋１）とを設けることによって、導波路のみの簡単な構成で容易にｎ種類の波長λ1 ，…，λn を分波することができる。
【０１８５】
なお、第１の実施形態における光分波器１００ａのマルチモード導波路１０２ａを、第５の実施形態で示した２本の並行なシングルモード導波路１１２ｄ，１２２ｄに置換えたのと同様にして、上記マルチモード導波路１０２ｆをｎ本の並行なシングルモード導波路に置き換えても良い。図１２は、第７の実施形態に係る光分波器１００ｆのマルチモード導波路１０２ｆをｎ本のシングルモード導波路１２２ｆ（＃１）〜（＃ｎ）に置き換えた光分波器１０１ｆの構成の概要を示す図である。図１２において、高次マルチモード伝播部１１２ｆを構成するシングルモード導波路１２２ｆ（＃１）〜（＃ｎ）以外の構成部分については、図１１に示した光分波器１００ｆと同様である。
【０１８６】
なお、第７の実施形態においても、第２の実施形態の場合と同様、遮断したい波長のロスが最大となる位置に、すなわち、消光比が最大となる位置に、出力導波路を設けるようにしてもよい。
【０１８７】
（第８の実施形態）
図１３は、本発明の第８の実施形態に係る光分波器１００ｇの構成の概要を示す図である。図１３において、図１に示した第１の実施形態に係る光分波器１００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１８８】
図１３において、光分波器１００ｇは、入力導波路１０１ａと、第１のマルチモード導波路１０２ｇと、第１の中継導波路１０３ｇと、第２の中継導波路１０４ｇと、第２のマルチモード導波路１０５ｇと、第３のマルチモード導波路１０７ｇと、第１の出力導波路１０８ｇと、第２の出力導波路１０９ｇと、これらを固定するための基板１０６ｇと、Ｖ溝１０５ａ，１１５ａ，１２５ａとを備える。
【０１８９】
第１のマルチモード導波路１０２ｇ、第２のマルチモード導波路１０５ｇおよび第３のマルチモード導波路１０７ｇの機能および光路長は、第１の実施形態におけるマルチモード導波路１０２ａと同様である。
【０１９０】
第１の中継導波路１０３ｇは、第１のマルチモード導波路１０２ｇと第２のマルチモード導波路１０５ｇとの間を中継する導波路である。第１の中継導波路１０３ｇの入力端は、第１のマルチモード導波路１０２ｇにおける波長１．３０μｍの出力端に光学的に結合している。この出力端の位置については、第１の実施形態におけるマルチモード導波路１０２ａと同様である。一方、第１の中継導波路１０３ｇの出力端は、第２のマルチモード導波路１０５ｇの中心線１１５ｇから軸ズレした位置に光学的に結合している。
【０１９１】
第２の中継導波路１０４ｇは、第１のマルチモード導波路１０２ｇと第３のマルチモード導波路１０７ｇとの間を中継する導波路である。第２の中継導波路１０４ｇの入力端は、第１のマルチモード導波路１０２ｇにおける波長１．５５μｍの出力端に光学的に結合している。この出力端の位置については、第１の実施形態におけるマルチモード導波路１０２ａと同様である。一方、第２の中継導波路１０４ｇの出力端は、第３のマルチモード導波路１０７ｇの中心線１１７ｇから軸ズレした位置に光学的に結合している。
【０１９２】
第１の出力導波路１０８ｇは、第２のマルチモード導波路１０５ｇからの波長１．３０μｍ波長光を第１の出力光ファイバ８に中継するための導波路である。第１の出力導波路１０８ｇの入力端は、第２のマルチモード導波路１０５ｇにおける波長１．３０μｍの出力端に光学的に結合している。この出力端の位置については、第１の実施形態におけるマルチモード導波路１０２ａと同様である。
【０１９３】
第２の出力導波路１０９ｇは、第３のマルチモード導波路１０７ｇからの１．５５μ波長光を第２の出力光ファイバ９に中継するための導波路である。第２の出力導波路１０９ｇの入力端は、第３のマルチモード導波路１０７ｇにおける波長１．５５μｍの出力端に光学的に結合している。この出力端の位置については、第１の実施形態におけるマルチモード導波路１０２ａと同様である。
【０１９４】
このように、第７の実施形態では、第１のマルチモード導波路１０２ｇの出力をさらに第２および第３のマルチモード導波路１０５ｇ、１０７ｇに入力する多段型分波器構成となっている。これにより、第２および第３のマルチモード導波路１０５ｇ、１０７ｇで、さらに消光比を高めることができる。したがって、第１の実施形態に係る光分波器１００ａよりも、波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの消光比をより高めることができる光分波器を提供することが可能となる。
【０１９５】
なお、マルチモード導波路を２段よりも３段にした方がより高い消光比が得られるが、全体の光路長が長くなり、ロス増加となるので、ロスと消光比とのどちらを重視するかの用途に応じて、マルチモード導波路の段数を決めると良い。
【０１９６】
なお、第２のマルチモード導波路１０５ｇからの波長１．５５μｍの出力光、および第３のマルチモード導波路１０７ｇからの波長１．３０μｍの出力光は必要ないので、図１３における光分波器１００ｇのように、これらの光の出力導波路を省略している。
【０１９７】
なお、消光比を高める目的であるならば、第２のマルチモード導波路１０５ｇに代えて、第１の中継導波路１０３ｇに１．３０μｍ近傍の光のみを通すフィルタを接続し、第１の出力光ファイバ８と結合させ、第３のマルチモード導波路１０７ｇに代えて、１．５５μｍ近傍の光のみを通すフィルタを接続し、第２の出力光ファイバと結合させてもよい。
【０１９８】
なお、上記第１〜第８の実施形態における光分岐器では、マルチモード伝播部でのモード分散および波長分散を固定している。すなわち、マルチモード伝播部の屈折率が一定であるとしている。しかし、屈折率を変化することができるようなマルチモード伝播部を用いても良い。
【０１９９】
図１４は、電気光学効果を利用してマルチモード伝播部の屈折率を変化させる光分波器１０１ａの構成の概要を示す図である。図１４に示す光分波器１０１ａでは、マルチモード導波路１１２ａのコア材料として電気光学効果を有する材料を使用し、マルチモード導波路１１２ａの上側の表裏面に二つの電極１１１（図１４では、表側の電極１１１のみ図示）を設けて、外部の電圧制御部１１２から電極１１１に印加する電圧を制御する。これにより、マルチモード導波路１１２ａの屈折率をリアルタイムで任意に変化させることができるので、波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの消光比を動的に制御することが可能となる。なお、マルチモード導波路１１２ａ上の電極形状や設置位置を変化させることでマルチモード導波路１１２ａの屈折率分布も動的に変化する。電極１１１の取り付け位置としては、図１４のように、マルチモード導波路１１２ａの上側の表裏面に一対設けるのに限定されるわけではなく、下側の表裏面に一対設けたり、表面の上下に一対設けるなどしてもよく、マルチモード導波路１１２ａの屈折率を変化させることができる位置であれば、どのような位置であってもよい。
【０２００】
図１５は、熱光学効果を利用してマルチモード伝播部の屈折率を変化させる光分波器１０２ａの構成の概要を示す図である。図１５に示す光分波器１０２ａでは、マルチモード導波路１２２ａのコア材料として熱光学効果を有する材料を使用し、マルチモード導波路１２２ａの上側表面に一つの熱伝導部１２１を設けて、外部の温度制御部１２２から熱を伝えて、熱伝導部１２１がマルチモード導波路１２２ａに伝える熱の温度を制御する。これにより、マルチモード導波路１２２ａの屈折率をリアルタイムで任意に変化させることができるので、波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの消光比を動的に制御することが可能となる。なお、熱制御の仕方として、マルチモード導波路１２２ａにペルチェ素子を設け、ペルチェ素子へ流す電流によりマルチモード導波路１２２ａの温度を制御することも可能である。なお、マルチモード導波路１２２ａ上の熱伝導部１２１の形状やペルチェ素子の形状、設置位置を変化させることでマルチモード導波路１２２ａの屈折率分布も動的に変化する。この位置は、図１５に示すように、マルチモード導波路２２の上側表面のみに限定されるものではなく、上側裏面や、下側表面または裏面や、上下を含む全面など、マルチモード導波路１２２ａの屈折率を変化させることができる位置であれば、どのような位置であってもよい。
【０２０１】
なお、マルチモード導波路を複数の並行シングルモード導波路に置き換える場合も、シングルモード導波路のコア材を電気光学効果や熱光学効果を有する材料にすれば、図１４や図１５を用いて説明したのと同様のことが言える。
【０２０２】
なお、第８の実施形態においても、第２の実施形態の場合と同様、遮断したい波長のロスが最大となる位置に、すなわち、消光比が最大となる位置に、出力導波路を設けるようにしてもよい。
【０２０３】
なお、第３〜第６および第８の実施形態で示した光分波器の原理をｎ種類の波長の分波に用いることで、小型化を図ることも可能である。
【０２０４】
次に、本発明の光合波器の実施形態について説明する。なお、光合波器の構成は、光分波器の入出力関係を逆にした構成となる。光合波器における光の振る舞いも、光の可逆性から、光分波器における光の振る舞いの逆になる。したがって、以下の第８〜第１２の実施形態では、光合波器の構成の概要を示す図を示し、説明を簡単にする。
【０２０５】
（第９の実施形態）
図１６は、本発明の第９の実施形態に係る光合波器２００ａの構成の概要を示す図である。光合波器２００ａは、第１の実施形態に係る光分波器１００ａの構成を逆にした光合波器である。
【０２０６】
図１６において、光合波器２００ａは、第１の入力導波路２０１ａと、第２の導波路２０２ａと、マルチモード導波路２０３ａと、出力導波路２０４ａと、これらを固定する基板２０６ａと、第１の入力光ファイバ２８を固定するためのＶ溝２０５ａと、第２の入力光ファイバ２９を固定するためのＶ溝２１５ａと、出力光ファイバ２７を固定するためのＶ溝２２５ａとを備える。
【０２０７】
マルチモード導波路２０３ａは、光分波器１００ａにおけるマルチモード導波路１０２ａと同様、波長１．３０μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ１、および波長１．５５μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ２について、位相差θ１と位相差θ２との差が、ほぼπの整数倍となる光路長を有する。
【０２０８】
第１の入力導波路２０１ａと第２の入力導波路２０２ａとは、マルチモード導波路２０３ａの中心線２１３ａを中心に対称な位置に配置されている。出力導波路２０４ａは、マルチモード導波路２０３ａの中心線２１３ａから軸ズレした位置に配置されている。これらの配置関係は、光分波器１００ａの入出力導波路の配置位置が逆になっているだけである。
【０２０９】
第１の入力光ファイバ２８から第１の入力導波路２０１ａに入力される波長１．３０μｍの光は、マルチモード導波路２０３ａで０次モードと１次モードとに展開される。第２の入力光ファイバ２９から第２の入力導波路２０２ａに入力される波長１．５５μｍの光は、マルチモード導波路２０３ａで０次モードと１次モードとに展開される。マルチモード導波路２０３ａにおけるモード干渉によって、波長１．３０μｍの光の光量と波長１．５５μｍの光の光量とがマルチモード導波路２０３ａの出力端（出力導波路２０４ａの入力端）で共に極大となり、合波された光が出力導波路２０４ａを介して、出力光ファイバ２０７ｃに入力される。
【０２１０】
このように、第９の実施形態に係る光合波器では、波長１．３０μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ１、および波長１．５５μｍの０次モードと１次モードとの位相差θ２について、位相差θ１と位相差θ２との差が、πの整数倍となるような光路長を有するマルチモード導波路２０３ａを設け、マルチモード導波路２０３ａの中心線２１３ａから軸ズレした位置に出力導波路２０４ａを結合し、中心線２１３ａを中心に入力導波路２０１ａおよび２０２ａを設けることによって、波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光とを合波することが可能となる。第１の実施形態に係る光分波器は、マルチモード光導波路を用いた単純な構成であるので、低価格に提供することが可能となる。
【０２１１】
また、上記のことより、第１の実施形態で示した光分波器１００ａは、光合波器としても機能することが分かるので、本発明に係る光分波器は、複数の波長の合波および／または合波を行うことができる光合分波器としても用いることができる。このことは、以下の実施形態においても同様である。
【０２１２】
なお、合波器の場合、消光比というスペックが無いので、透過ロスで性能が決まる。したがって、２個の入力導波路の接続位置は、光量極値反転条件を完全に満たすように、各波長の極大点とするのがベストである。
【０２１３】
（第１０の実施形態）
図１７は、本発明の第１０の実施形態に係る光合波器２００ｂの構成の概要を示す図である。図１７において、第９の実施形態に係る光合波器２００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付す。光合波器２００ｂは、第３の実施形態に係る光分波器１００ｂの構成を逆にした光合波器である。
【０２１４】
図１７において、光合波器２００ｂは、第１の入力導波路２０１ａと、第２の導波路２０２ａと、異光路長マルチモード導波路２０３ｂと、出力導波路２０４ａと、これらを固定する基板２０６ｂと、Ｖ溝２０５ａ，２１５ａ，２２５ａとを備える。
【０２１５】
異光路長マルチモード導波路２０３ｂは、第１の光路長部２１３ｂと、第２の光路長部２２３ｂとを含む。第１の光路長部２１３ｂは、第３の実施形態の光分波器１００ｂにおける第１の光路長部１１２ｂと同様の特性を有し、第１の入力導波路２０１ａからの波長１．３０μｍの光をモード干渉させて、異光路長マルチモード導波路２０３ｂの出力端（中心線２３３ｂから軸ズレした位置）で当該光の光量を極大とさせる。
【０２１６】
第２の光路長部２２３ｂは、第３の実施形態の光分波器１００ｂにおける第２の光路長部１２２ｂと同様の特性を有し、第２の入力導波路２０２ａからの波長１．５５μｍの光をモード干渉させて、異光路長マルチモード導波路２０３ｂの出力端（中心線２３３ｂから軸ズレした位置）で当該光の光量を極大とさせる。
【０２１７】
このように、第１０の実施形態では、異光路長マルチモード導波路２０３ｂを用いるので、第３の実施形態で説明したように、異光路長マルチモード導波路２０３ｂの光路長を５，０００μｍ以下にすることが可能となる。これにより、光合波器の小型化が可能となる。
【０２１８】
なお、第１０の実施形態においても、第３の実施形態の場合と同様（図８および図９参照）、異光路長マルチモード導波路２０３ｂを並行に配置された二個のシングルモード導波路によって構成するようにしてもよい。
【０２１９】
（第１１の実施形態）
図１８は、本発明の第１１の実施形態に係る光合波器２００ｃの構成の概要を示す図である。図１８において、第８の実施形態に係る光合波器２００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付す。光合波器２００ｃは、第３の実施形態に係る光分波器１００ｃの構成を逆にした光合波器である。
【０２２０】
光合波器２００ｃは、第１の入力導波路２０１ａと、第２の入力導波路２０２ａと、多段型マルチモード導波路２０３ｃと、出力導波路２０４ａと、これらを固定する基板２０６ｃと、Ｖ溝２０５ａ，２１５ａ，２２５ａとを備える。
【０２２１】
多段型マルチモード導波路２０３ｃは、第１のマルチモード領域部２１３ｃと、第２のマルチモード領域部２２３ｃとを含む。第１のマルチモード領域部２１３ｃは、第３の実施形態の光分波器１００ｃにおける多段型マルチモード導波路１０２ｃの第２のマルチモード領域部１２２ｃと同様の特性を有する。すなわち、第１のマルチモード領域部２１３ｃは、第２の入力導波路２０２ａからの波長１．５５μｍの光をモード干渉させ、第２のマルチモード領域２２３ｃとの境界面で光量が極大となるようにする。
【０２２２】
第２のマルチモード領域部２２３ｃは、第３の実施形態の光分波器１００ｃにおける多段型マルチモード導波路１０２ｃの第１のマルチモード領域部１１２ｃと同様の特性を有する。すなわち、第２のマルチモード領域部２２３ｃは、波長１．３０μｍの光のみをモード干渉させ、出力端面（出力導波路２０４ａの入力端）で光量が極大となるようにする。
【０２２３】
このように、第１１の実施形態では、多段型マルチモード導波路２０３ｃを用いることによって、第４の実施形態の場合と同様、光合波器の小型化を図ることが可能となる。
【０２２４】
なお、第１１の実施形態においても、第４の実施形態の場合と同様（図１０参照）、多段型マルチモード導波路２０３ｃを並行に配置された二個のシングルモード導波路によって構成するようにしてもよい。
【０２２５】
（第１２の実施形態）
図１９は、本発明の第１２の実施形態に係る光合波器２００ｆの構成の概要を示す図である。図１９において、第８の実施形態に係る光合波器２００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付す。光合波器２００ｆは、第７の実施形態に係る光分波器１００ｆの構成を逆にした光合波器である。
【０２２６】
光合波器２００ｆは、ｎ個の入力導波路２０１ｆと、高次マルチモード導波路２０３ｆと、出力導波路２０４ａと、これらを固定する基板２０６ｆと、ｎ個のＶ溝２０５ｆと、Ｖ溝２２５ａとを備える。なお、入力導波路２０１ｆ、Ｖ溝２０５ｆの参照符号については、図面を見やすくするため、全てに付していない。
【０２２７】
高次マルチモード導波路２０３ｆは、第７の実施形態の光分波器１００ｆにおけるマルチモード導波路１０２ｆと同様の特性を有する。
【０２２８】
このように、第１２の実施形態では、第１〜第ｎ入力光ファイバから入力されるｎ種類の波長λ1 ，…，λn を合波できる光合波器を提供することが可能となる。
【０２２９】
なお、高次マルチモード伝播部は、シングルモード導波路で構成されたカプラーであってもよい。図２０は、高次マルチモード伝播部２１３ｆをｎ個のシングルモード導波路２２３ｆで構成した光分波器２０１ｆの構成の概要を示す図である。動作原理は、図１２に示した光分波器１０１ｆにおける光の振る舞いを逆にすれば説明できる。
【０２３０】
なお、図１９および図２０で示した光合波器の他、光分波器の場合と同様、図１６〜図１８に示した光合波器の原理をｎ波長用に用いてもよい。その場合、マルチモード導波路は、シングルモード導波路で構成されたカプラーであってもよいことは、いうまでもない。
【０２３１】
なお、上記に示したｎ波長用の光分波器は、光合分波器としても機能することはいうまでもない。
【０２３２】
また、図１３に示した光分波器を光合波器に応用してもよい。この場合、マルチモード導波路の一つの入力端に第１の前段マルチモード導波路を設け、他方の入力端に第２の前段マルチモード導波路を設けるようにすればよい。
【０２３３】
なお、図２１に示すように、光合波器２１０ａのマルチモード導波路２１３ａを電気光学効果を有する材料にして、電圧制御部１１２および電極１１１によって、マルチモード導波路２１３ａの屈折率を変化させ、動的に合波比を制御するようにしてもよい。電圧制御部１１２および電極１１１については、図１４を用いて説明したものと同様である。
【０２３４】
また、図２２に示すように、光合波器２２０ａのマルチモード導波路２２３ａを熱光学効果を有する材料にして、温度制御部１２２および熱伝導部１２１によって、マルチモード導波路２２３ａの屈折率を変化させ、動的に合波比を制御するようにしてもよい。温度制御部１２２および熱伝導部１２１については、図１５を用いて説明したものと同様である。
【０２３５】
次に、上記実施形態で説明した光分波器および光合波器を用いた光デバイスの実施形態について説明する。
【０２３６】
（第１３の実施形態）
図２３は、本発明の第１３の実施形態に係るＷＤＭゲイン調整器３００ａの構成の概要を示す図である。図２３において、ＷＤＭゲイン調整器３００ａは、図１１に示す光分波器１００ｆと同構成の分波部３０１ａと図１９に示す光合波器２００ｆと同構成の合波部３０２ａと、ｎ個のゲイン調整部３０３ａと、これらを固定する基板３０６ａと、Ｖ溝１０５ａ，２０６ｆとを備える。図２３には、主要部における各波長の光量を示す。図２３において、光分波器１００ｆ、および光合波器２００ｆと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付す。
【０２３７】
分波部３０１ａは、入力導波路１０１ａと、マルチモード導波路１０２ｆと、ｎ個の入力側中継導波路３１１ａとを含む。合波部３０２ａは、ｎ個の出力側中継導波路３１２ａと、マルチモード導波路２０３ｆと、出力導波路２０４ａとを含む。
【０２３８】
各ゲイン調整部３０３ａは、分波部３０１ａの入力側中継導波路３１１ａからの各波長の光の光量が一定となるようにゲイン調整して、出力側中継導波路３１２ａに供給する。
【０２３９】
このように、ＷＤＭ伝送しているｎ種類の波長を全て分波し、各波長毎にゲイン調整した後合波して、再びＷＤＭ伝送に戻すことにより、伝送中にばらついた各波長のゲインを調整して光信号を整えることが可能となる。
【０２４０】
なお、外部制御部を設けて、ゲイン調整器を制御して、動的な調整を行うようにしてもよい。
【０２４１】
なお、波長毎のゲインのばらつきは光信号の伝送条件で異なるので、分波部３０１ａにおいて各波長のゲインをモニターし、各波長毎に所望のゲインとなるように各ゲイン調整部３０３ａを動的に制御することにより、常に安定した光信号に補正することが可能となる。
【０２４２】
なお、各波長のゲインをモニターする場所は、合波部３０６ａでも良く、この場合は、合波部３０６ａの出力が所望のゲインとなるまで補正値をゲイン調整部３０３ａにフィードバックするような構成となる。この場合、外部制御部とモニター部とを設けて、外部制御部がゲイン調整部３０３ａを制御するようにすればよい。
【０２４３】
なお、ゲイン調整器の他、ゲイン、各波長の位相または偏光状態の内、少なくとも一つを調整するような調整器を設けても良い。
【０２４４】
なお、分波部３０１ａのマルチモード導波路１０２ｆ、および合波部３０６ａのマルチモード導波路２０３ｆをｎ個の並行シングルモード導波路で形成しても良い。
【０２４５】
（第１４の実施形態）
図２４は、本発明の第１４の実施形態に係るＷＤＭ用アド・ドロップ３００ｂの構成の概要を示す図である。図２４において、図１に示した光分波器１００ａおよび図１５に示した光合波器２００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付す。
【０２４６】
図２４において、ＷＤＭ用アド・ドロップ３００ｂは、第１の入力導波路１０１ａと、分波側マルチモード導波路３０１ｂと、中継導波路３０２ｂと、合波側マルチモード導波路３０３ｂと、ドロップ導波路３０４ｂと、アド導波路３０５ｂと、出力導波路２０４ａと、これらを固定する基板３０６ｂと、Ｖ溝１０５ａ，２２５ａｃと、ドロップ光ファイバ３７を固定するためのＶ溝３０７ｂと、アド光ファイバ３８を固定するためのＶ溝３０８ｂとを備える。
【０２４７】
分波側マルチモード導波路３０１ｂは、第１の実施形態の光分波器１００ａにおけるマルチモード導波路１０２ａと同一の特性を有する。合波側マルチモード導波路３０３ｂは、第８の実施形態の光合波器２００ａにおけるマルチモード導波路２０３ａと同一の特性を有する。また、第２の実施形態に係る光分波器を用いれば、所望の波長以外の波長を最大限遮断して、分波することができるので、出力先の装置に悪影響を与えることが防止される。
【０２４８】
中継導波路３０２ｂは、分波側マルチモード導波路３０１ｂから出力される波長１．３０μｍの光を合波側マルチモード導波路３０３ｂに中継するための導波路である。ドロップ導波路３０４ｂは、分波側マルチモード導波路３０１ｂから出力される波長１．５５μｍの光をドロップ光ファイバ３７に入力するための導波路である。ドロップ光ファイバ３７は、波長１．５５μｍの光を外部に導くための光ファイバである。アド光ファイバ３８は、外部からの光をＷＤＭ用アド・ドロップ３００ｂ内部に導くための光ファイバである。アド導波路３０５ｂは、アド光ファイバ３８から出力される波長１．５５μｍの光を合波側マルチモード導波路３０３ｂに中継するための導波路である。
【０２４９】
ＷＤＭ用アド・ドロップ３００ｂでは、ＷＤＭ伝送している波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの内、波長１．５５μｍのみドロップ導波路３０４ｂを介して外部に誘導し、外部にて波長１．５５μｍを受光したり、変調したりした後、アド導波路３０５ｂおよび合波側マルチモード導波路３０３ｂを介して再度波長１．３０μｍに合波してＷＤＭ伝送に戻すことで、必要な場所で必要な信号を授受することが可能となる。
【０２５０】
なお、ここでは、ドロップする光の波長を１．５５μｍとしたが、１．３０μｍでもよい。
【０２５１】
なお、入力光ファイバ７と出力光ファイバ２７は、ループ状につながった構成でも良い。
【０２５２】
なお、分波側マルチモード導波路３０１ｂ、および合波側マルチモード導波路３０３ｂを２個の並行シングルモード導波路で形成しても良い。
【０２５３】
（第１５の実施形態）
図２５は、本発明の第１５の実施形態に係るＷＤＭ用送受信モジュール３００ｃの構成の概要を示す図である。図２５において、第１の実施形態に係る光分波器１００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付す。
【０２５４】
図２５において、ＷＤＭ用送受信モジュール３００ｃは、第１の導波路３０１ｃと、図１に示した光分波器１００ａにおけるマルチモード導波路１０２ａと同様の特性を有するマルチモード導波路３０２ｃと、第２の導波路３０３ｃと、第３の導波路３０４ｃと、第２の導波路３０３ｃの出力端に結合された波長１．３０μｍ用フォトダイオード３０５ｃと、第３の導波路３０４ｃの出力端に結合された波長１．５５μｍ用レーザダイオード３０７ｃと、１．５５μｍ用フォトダイオード３０８ｃと、これらを固定する基板３０６ｃと、入出力光ファイバ４７を固定するためのＶ溝１０５ａとを備える。
【０２５５】
波長１．３０μｍの光を受信専用とし、波長１．５５μｍの光を送受信用として使用すると、入出力光ファイバ４７から入射した波長１．３０μｍの光と波長１．５５μｍの光とは、それぞれ分波される。波長１．３０μｍの光は、第２の導波路３０３ｃを介して、１．３０μｍ用フォトダイオード３０５ｃに受光される。波長１．５５μｍの光は、第３の導波路３０４ｃを介して、１．５５μｍ用フォトダイオード３０８ｃに受光される。一方、波長１．５５μｍ用レーザーダイオード３０８ｃから第３の導波路３０４ｃに入射した波長１．５５μｍの光は、マルチモード導波路３０２ｃが合波器（正確には、当該実施形態の場合、電気回路部側から第２の導波路へ入射する波長が無いので第３の導波路３０４ｃから第１の導波路３０１ｃへスルーする偏向器）として機能して、入出力光ファイバ４７へ入力される。
【０２５６】
このように、第１５の実施形態では、波長１．３０μｍおよび波長１．５５μｍの光を受信し、かつ波長１．５５μｍの光を送信する光デバイスを提供することが可能となる。
【０２５７】
なお、第２の実施形態に係る光分波器を用いれば、所望の波長以外の波長を最大限遮断して、分波することができるので、出力先の装置に悪影響を与えることが防止される。この場合、マルチモード導波路３０２ｃは、波長１．３０μｍの光を遮断して波長１．５５μｍの光を第３の導波路３０４ｃに入力するので、レーザーダイオード３０７ｃには、波長１．３０μｍの光は入力されない。よって、レーザーダイオード３０７ｃが誤動作することが防止できる。
【０２５８】
なお、波長１．３０μｍを送受信用に使用する場合は、波長１．３０μｍ用レーザーダイオードを第２の導波路３０３ｃに結合すればよい。
【０２５９】
なお、ここでは、波長１．３０μｍ用フォトダイオード３０５ｃと波長１．５５μｍ用レーザーダイオード３０７ｃおよびフォトダイオード３０８ｃなどの全ての電気部品がマルチモード導波路３０２ｃや光ファイバなどの全ての光部品から完全に分離した構成なので、ＷＤＭ用送受信モジュールは、電気信号処理回路を電気部品として一体化した電気回路部と、光部品を一体化した光回路部とを集約することとなる。
【０２６０】
（第１６の実施形態）
図２６は、本発明の第１６の実施形態に係るＷＤＭ用インターリーバ３００ｄの構成の概要を示す図である。図２６において、第１の実施形態の光分波器１００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付す。図２６において、ＷＤＭ用インターリーバ３００ｄは、入力導波路１０１ａと、マルチモード導波路３０１ｄと、第１の出力導波路１０３ａと、第２の出力導波路１０４ａと、これらを固定する基板１０６ａと、Ｖ溝１０５ａ，１１５ａ，１２５ａとを備える。
【０２６１】
マルチモード導波路３０１ｄは、２ｎ（ｎ＝１，２，…）種類の等間隔の波長λ1 ，  …  λ2nのマルチモードが伝播可能で、第２ｋ−１（ｋ＝１，２，…）波長λ2k-1（以下、奇数番多重波長光という）の０次モードと１次モードとの位相差θ2k-1、および第２ｋ波長λ2k（以下、偶数番多重波長光という）の０次モードと１次モードとの位相差θ2kについて、位相差θ2k-1と位相差θ2kとの間の差がほぼπの整数倍となる光路長を有し、使用波長領域において波長と線形関係にある屈折率材料で構成されている。
【０２６２】
入力導波路１０１ａ、第１の出力導波路１０３ａおよび第２の出力導波路１０４ａのマルチモード導波路３０１ｄへの結合位置については、第１の実施形態の場合と同様である。
【０２６３】
次に、ＷＤＭ用インターリーバ３００ｄにおける光の振舞いについて説明する。マルチモード導波路の中心線１１２ａから軸ズレした入力導波路１０１ａから入射した２ｎ種類の波長λ1 ，  …  λ2nの奇数番波長のシングルモードは、マルチモード導波路３０１ｄにおいて、マルチモード導波路３０１ｄに固有の０次モードと１次モードとに展開される。そして、モード分散により、奇数番多重波長光の光量は、ある伝播定数で２本の並行直線上を順番に移動しながら伝播する。
【０２６４】
同様に、偶数番波長のシングルモードも、マルチモード導波路３０１ｄにおいて、マルチモード導波路３０１ｄに固有の０次モードと１次モードとに展開される。そして、モード分散により、偶数番多重波長光の光量は、ある伝播定数で上記２本の並行直線上を順番に移動しながら伝播する。
【０２６５】
奇数番多重波長光と偶数番多重波長光の各波長のモード分散の波長分散により、奇数番多重波長光と偶数番多重波長光の光量移動の伝播定数が異なるため、奇数番多重波長光の光量移動と偶数番多重波長光の光量移動との位相差が逆相（ほぼπの整数倍）になる光路長で奇数番多重波長光と偶数番多重波長光との光量は、上記２本の並行直線上の異なる直線上に分離する。
【０２６６】
このように、奇数番多重波長光と偶数番多重波長光との光量が分離する光路長をマルチモード導波路３０１の光路長とし、奇数番多重波長光と奇数番多重波長光とが分離した各位置近傍にそれぞれ第１の出力導波路１０３ａおよび第２の出力導波路１０４ａを設けると、導波路のみの簡単な構成で容易に奇数番多重波長光と偶数番多重波長光とを分波することが可能となる。
【０２６７】
なお、光分波器１００ｄのように（図８参照）、マルチモード導波路を２本の並行シングルモード導波路で形成しても良い。
【０２６８】
また、マルチモード導波路３０１ｄの長さを短くするために、第１の実施形態に対しての第３の実施形態または第４の実施形態のように、奇数番多重波長光と偶数番多重波長光との出射端に差をつけて、異なる光路長で奇数番多重波長光と偶数番多重波長光との光量移動の位相差をほぼπの整数倍にしたり、マルチモード導波路３０１ｄを入射側から幅の異なる第１のマルチモード領域と第２のマルチモード領域とで構成することも可能である。
【０２６９】
（第１７の実施形態）
図２７は、本発明の第１７の実施形態に係るＷＤＭ用インターリーバ３００ｅの構成の概要を示す図である。図２７において、第１の実施形態に係る光分波器１００ａと同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付す。
【０２７０】
図２７において、ＷＤＭ用インターリーバ３００ｅは、入力導波路１０１ａと、第１段マルチモード導波路３０１ｅと、第１の中継導波路３０２ｅと、第２の中継導波路３０３ｅと、第１の第２段マルチモード導波路３０４ｅと、第２の第２段マルチモード導波路３０７ｅと、第１の出力導波路３０８ｅと、第２の出力導波路３０９ｅと、第３の出力導波路３１０ｅと、第４の出力導波路３１１ｅと、これらを固定する基板３０６ｅと、Ｖ溝１０５ａと、第１の出力光ファイバ５６を固定するＶ溝３０５ｅと、第２の出力光ファイバ５７を固定するＶ溝３１５ｅと、第３の出力光ファイバ５８を固定するＶ溝３２５ｅと、第４の出力光ファイバ５９を固定するＶ溝３３５ｅとを備える。
【０２７１】
第１段マルチモード導波路３０１ｅは、図２６に示した光分波器３００ｄのマルチモード導波路３０１ｄと同一の特性を有し、第２ｋ−１（ｋ＝１，２，…）波長λ2k-1（以下、奇数番多重波長光という）と第２ｋ波長λ2k（以下、偶数番多重波長光という）との光量移動の位相差がほぼπの整数倍となる光路長を有する第１のインターリーバである。
【０２７２】
第１の第２段マルチモード導波路３０４ｅは、第４ｋ−３波長λ4k-3（以下、第４ｋ−３番多重波長光という）と第４ｋ−１波長λ4k-1（以下、第４ｋ−１多重波長光という）との光量移動の位相差がほぼπの整数倍となる光路長を有する第２のインターリーバである。
【０２７３】
第２の第２段マルチモード導波路３０７ｅは、第４ｋ−２波長λ4k-2（以下、第４ｋ−３番多重波長光という）と第４ｋ波長λ4k（以下、第４ｋ番多重波長光という）との光量移動の位相差がほぼπの整数倍となる光路長を有する第３のインターリーバである。
【０２７４】
ただし、第１のインターリーバ、第２のインターリーバおよび第３のインターリーバを構成するそれぞれのマルチモード導波路３０１ｅ，３０４ｅ，３０７ｅの屈折率は、波長使用波長領域において波長にほぼ線形である。
【０２７５】
第１の中継導波路３０２ｅは、第１段マルチモード導波路３０１ｅからの奇数番多重波長光を第１の第２段マルチモード導波路３０４ｅに中継するための導波路である。第２の中継導波路３０３ｅは、第１段マルチモード導波路３０１ｅからの偶数番多重波長光を第２の第２段マルチモード導波路３０７ｅに中継するための導波路である。
【０２７６】
第１の出力導波路３０８ｅは、第４ｋ−３番多重波長光を第１の出力光ファイバ５６に供給するための導波路である。第２の出力導波路３０９ｅは、第４ｋ−１番多重波長光を第２の出力光ファイバ５７に供給するための導波路である。第３の出力導波路３１０ｅは、第４ｋ−２番多重波長光を第３の出力光ファイバ５８に供給するための導波路である。第４の出力導波路３１１ｅは、第４ｋ番波長光を第４の出力光ファイバ５９に供給するための導波路である。
【０２７７】
上記第１６の実施形態で説明したように、４ｎ（ｎ＝１，２，…）種類の等波長間隔の波長（λ1 ，  …  λ4n）は、第１段マルチモード導波路３０１ｅにおいて奇数番多重波長光と偶数番多重波長光とに分波される。それぞれの波長の光は、第１の第２段マルチモード導波路３０４ｅと第２の第２段マルチモード導波路３０７ｅとへ入力する。
【０２７８】
第１の第２段マルチモード導波路３０４へ入力された奇数番多重波長光は、第４ｋ−３番多重波長光と第４ｋ−１番多重波長光とに分波される。第２の第２段マルチモード導波路３０７ｅへ入力された偶数番多重波長光は、第４ｋ−２番多重波長光と第４ｋ番多重波長光とに分波される。
【０２７９】
このように、ＷＤＭ用インターリーバ３００ｅは、最終的に４ｎ（ｎ＝１，２，…）種類の等間隔の波長λ1 ，  …  λ4nを、それぞれ波長が等間隔に存在する４種類の波長群に分割する。
【０２８０】
なお、各マルチモード導波路３０１ｅ，３０４ｅ，３０７ｅの屈折率は、波長使用波長領域において波長にほぼ線形なので、マルチモード導波路３０４ｅの光路長とマルチモード導波路３０５ｅの光路長とは等しい。
【０２８１】
なお、各マルチモード導波路３０１ｅ，３０４ｅ，３０７ｅは、それぞれ２個の並行シングルモード導波路で形成しても良い。
【０２８２】
なお、上記第１６の実施形態および第１７の実施形態に記載のインターリーバは、全てマルチモード導波路でのモード分散と波長分散とを固定、すなわち、屈折率が一定であるとしたが、インターリーバのマルチモード導波路の材料を電気光学効果を有する材料にしたり、熱光学効果を有する材料にしたりして、動的に分波比（インターリーバの場合、奇数番波長と偶数番波長の光量比）を制御するようにしてもよい。この場合の制御構成は、図１４，１５で示した光分波器と１０１ａ，１０２ａと同様である。上記電気光学効果を有する材料や熱光学効果を有する材料は、屈折率変化時においても屈折率は使用波長領域において波長に線形である必要がある。
【０２８３】
なお、上記第１３〜第１７の実施形態で用いたマルチモード導波路を小型化するために、第３、第４、および第６の実施形態で用いたマルチモード導波路１０２ｂ，１０２ｃや、マルチモード伝播部１０２ｅを用いてもよいことは、いうまでもない。
【０２８４】
（第１８の実施形態）
本発明の第１８の実施形態に係る光分波器の構成は、第８の実施形態と同様であるので、第１８の実施形態においても図１３を援用することとする。つまり、第１７の実施形態に係る光分波器は、入力導波路１０１ａと、第１のマルチモード導波路１０２ｇと、第１の中継導波路１０３ｇと、第２の中継導波路１０４ｇと、第２のマルチモード導波路１０５ｇと、第３のマルチモード導波路１０７ｇと、第１の出力導波路１０８ｇと、第２の出力導波路１０９ｇと、これらを固定するための基板１０６ｇと、Ｖ溝１０５ａ，１１５ａ，１２５ａとを備える。
【０２８５】
第１８の実施形態に係る光分波器は、分波する第１の中心波長を１．３０μｍとし、分波する第２の中心波長を１．５５μｍとし、各中心波長を中心に１００ｎｍの広い波長帯域幅に渡って２５ｄＢ以上の消光比を実現することができる。以下、第１のマルチモード導波路１０２ｇを第１段分波部と呼び、第２および第３のマルチモード導波路１０５ｇおよび１０７ｇをそれぞれ第２段分波部と呼ぶ。以下、このような消光比の広帯域化を実現するためのメカニズムについて説明する。
【０２８６】
図２８は、第１段分波部における透過ロスおよび遮断ロスの波長特性を示す図である。図２８において、縦軸は、ロスの大きさを示している。縦軸の上方向ほど、ロスが小さい。縦軸の下方向ほど、ロスが大きいとする。なお、透過ロスとは、取り出したい波長のロスのことをいう。遮断ロスとは、透過させたくない波長のロスのことをいう。図２８において、実線は、第１段分波部における第１の出力端（１．３０μｍの波長を出力するための出力端であって、取り出したい波長の出力最大位置ではなく、遮断したい波長の出力最小位置）での透過・遮断ロスの波長特性を示す。波線は、第１段分波部における第２の出力端（１．５５μｍの波長を出力するための出力端であって、取り出したい波長の出力最大位置ではなく、遮断したい波長の出力最小位置）での透過・遮断ロスの波長特性を示す。
【０２８７】
図２８に示すように、第１の出力端では、中心波長１．５５μｍよりも少しマイナス側にずれた波長１．５１μｍ付近のロスが５８ｄＢ程度と最も大きい（すなわち、波長１．５１μｍ付近の遮断ロスが最小である）。さらに、第１の出力端では、中心波長１．３０μｍ付近のロスが０．７ｄＢ程度と十分に小さい（すなわち、波長１．３０μｍ付近の透過ロスが十分に小さい）。したがって、第１の出力端では、中心波長が十分に透過され、中心波長から少しずれた波長１．５１μｍが最も遮断されることとなる。なお、透過ロスと遮断ロスとの差が、消光比ということになる。
【０２８８】
一方、図２８に示すように、第２の出力端では、中心波長１．３０μｍよりも少しマイナス側にずれた波長１．２６μｍ付近のロスが５６ｄＢ程度と最も大きい（すなわち、波長１．２６μｍ付近の遮断ロスが最小である）。さらに、第１の出力端では、中心波長１．５５μｍ付近のロスが０．３ｄＢ程度と十分に小さい（すなわち、波長１．５５μｍ付近の透過ロスが十分に小さい）。したがって、第２の出力端では、中心波長が十分に透過され、中心波長から少しずれた波長１．２６μｍが最も遮断されることとなる。
【０２８９】
図２９は、第２段分波部における透過ロスおよび遮断ロスの波長特性を示す図である。図２９において、縦軸は、ロスの大きさを示している。縦軸の上方向ほど、ロスが小さい。縦軸の下方向ほど、ロスが大きいとする。図２９において、実線は、第２段分波部における第１の出力端（１．３０μｍの波長を出力するための出力端であって、取り出したい波長の出力最大位置ではなく、遮断したい波長の出力最小位置）での透過・遮断ロスの波長特性を示す。波線は、第２段分波部における第２の出力端（１．５５μｍの波長を出力するための出力端であって、取り出したい波長の出力最大位置ではなく、遮断したい波長の出力最小位置）での透過・遮断ロスの波長特性を示す。なお、第２段分波部は、マルチモード導波路１０５ｇ，１０７ｇによって構成されるが、各マルチモード導波路は、図２９に示すような同一の波長特性を有しているものとする。
【０２９０】
図２９に示すように、第１の出力端では、中心波長１．５５μｍよりも少しプラス側にずれた波長１．５９μｍ付近のロスが５８ｄＢ程度と最も大きい（すなわち、波長１．５９μｍ付近の遮断ロスが最大である）。さらに、第１の出力端では、中心波長１．３０μｍ付近のロスが０．７ｄＢ程度と十分に小さい（すなわち、波長１．３０μｍ付近の透過ロスが十分に小さい）。したがって、第１の出力端では、中心波長が十分に透過され、中心波長から少しずれた波長１．５９μｍが最も遮断されることとなる。
【０２９１】
一方、図２９に示すように、第２の出力端では、中心波長１．３０μｍよりも少しプラス側にずれた波長１．３４μｍ付近のロスが５６ｄＢ程度と最も大きい（すなわち、波長１．３４μｍ付近の遮断ロスが最大である）。さらに、第１の出力端では、中心波長１．５５μｍ付近のロスが０．３ｄＢ程度と十分に小さい（すなわち、波長１．５５μｍ付近の透過ロスが十分に小さい）。したがって、第２の出力端では、中心波長が十分に透過され、中心波長から少しずれた波長１．３４μｍが最も遮断されることとなる。
【０２９２】
図３０は、第１８の実施形態に係る光分波器全体における透過ロスおよび遮断ロスの波長特性を示す図である。図３０において、縦軸は、ロスの大きさを示している。縦軸の上方向ほど、ロスが小さい。縦軸の下方向ほど、ロスが大きいとする。図３０において、実線は、第１の出力導波路１０８ｇの出力端での透過・遮断ロスの波長特性を示す。波線は、第２の出力導波路１０９ｇの出力端での透過・遮断ロスの波長特性を示す。
【０２９３】
図３０に示すように、第１の出力導波路１０８ｇの出力端では、波長１．５５μｍを中心として、１．５０μｍから１．６０μｍまでの間、ロスが十分大きくなっている。すなわち、波長１．５０μｍから１．６０μｍまでの光の遮断ロスが、十分に大きくなっている。さらに、第１の出力導波路１０８ｇの出力端では、波長１．３０μｍを中心として、１．２５μｍから１．３５μｍまでの間、ロスが十分に小さくなっている。すなわち、波長１．２５μｍから１．３５μｍまでの光の透過ロスが、十分に小さくなっている。
【０２９４】
一方、図３０に示すように、第２の出力導波路１０９ｇの出力端では、波長１．３０μｍを中心として、１．２５μｍから１．３５μｍまでの間、ロスが十分大きくなっている。すなわち、波長１．２５μｍから１．３５μｍまでの光の遮断ロスが、十分に大きくなっている。さらに、第２の出力導波路１０８ｇの出力端では、波長１．５５μｍを中心として、１．５０μｍから１．６０μｍまでの間、ロスが十分に小さくなっている。すなわち、波長１．５０μｍから１．６０μｍまでの光の透過ロスが、十分に小さくなっている。
【０２９５】
このように、分波したい波長の前後に中心周波数を対称にずらして、多段に光分波器を接続すれば、広い波長帯域に渡って、２５ｄＢ以上の消光比を得ることができる。一段の分波器だけの場合、中心波長については、５０ｄＢ以上の消光比を得ることができるが、消光比が高い範囲は、２０ｎｍの狭い波長帯域となる。したがって、消光比が高い範囲を広くするためには、本実施形態は有効である。
【０２９６】
なお、中心波長の異なるマルチモード導波路を２段よりも３段にした方がより広帯域で高い消光比を得ることができる。しかし、この場合、全体の光路長が長くなくなるので、透過ロス増加につながる。したがって、マルチモード導波路の段数は、透過ロス増加と消光比の向上とのどちらを重視すべきか、用途に応じて決めるとよい。たとえば、消光比の向上を重視する場合、第２のマルチモード導波路１０５ｇと第３のマルチモード導波路１０７ｇとに、それぞれ、中心波長が１．３０μｍと１．５５μｍとのマルチモード導波路で構成される分波部を更に接続すれば、２段では最大消光比とならなかった分波したい第１の波長と第２の波長とに対して、消光比を最大にすることができる。
【０２９７】
なお、第８の実施形態に係る光分波器は、第１のマルチモード導波路１０２ｇの出力をさらに第２および第３のマルチモード導波路１０５ｇ，１０７ｇに入力する多段型分波器構成となっている。第８の実施形態に係る光分波器は、第１７の実施形態に係る光分波器と異なり、第１段分波部と第２段分波部とが同一の透過ロスおよび遮断ロスを有していることとした。そのため、分波したい第１の波長１．３０μｍおよび第２の波長１．５５μｍを中心にした狭帯域波長の消光比をより高める目的には有用である。
【０２９８】
なお、第２のマルチモード導波路１０５ｇからの波長１．５５μｍの出力光、および第３のマルチモード導波路１０７ｇからの波長１．３０μｍの出力光は必要ないので、第８の実施形態と同様、第１８の実施形態でも、これらの光の出力導波路が省略されている。
【０２９９】
なお、第１８の実施形態における光分波器では、マルチモード伝播部でのモード分散および波長分散が固定されている。すなわち、マルチモード伝播部の屈折率は一定であるとしている。しかし、屈折率を変化することができるようなマルチモード伝播部が用いられてもよい。
【０３００】
以上述べたことから明らかなように、本発明は、従来と同性能を維持しつつ、誘電体多層膜フィルターを必要とせず、導波路のみの簡単な構成で分波器・合波器を実現することができるという効果を有するものである。
【０３０１】
なお、上記全ての実施形態では、シングルモード光ファイバを用いて、光を入出射することとしたが、マルチモード光ファイバを用いて、光を入出射するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０３０２】
本発明にかかる光分波器および光合分波器ならびにそれらを用いた光デバイスは、簡単な構造でかつ低価格であり、光通信等の分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０３０３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光分波器１００ａの構成の概要を示す図。
【図２Ａ】光分波器１００ａにおいて、１．３０μｍの光が分離する様子を示すＢＰＭ（Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）によるシミュレーション結果を示す図
【図２Ｂ】光分波器１００ａにおいて、１．５５μｍの光とが分離する様子を示すＢＰＭ（Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）によるシミュレーション結果を示す図
【図３】（ａ）は、マルチモード導波路１０２ａ中を伝搬する各波長の詳細な光量を示すＢＰＭによるシミュレーション結果を示す図、（ｂ）は、マルチモード導波路１０２ａ中を伝搬する各波長の詳細な光量を示すＢＰＭによるシミュレーション結果を示す図
【図４】光量移動位相差をほぼπの整数倍とした根拠を説明するための図
【図５】マルチモード導波路出力端での光量分布を示す図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光分波器１００ｂの構成の概要を示す図
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光分波器１００ｃの構成の概要を示す図
【図８】本発明の第５の実施形態に係る光分波器１００ｄの構成の概要を示す図
【図９】ダミーシングルモード導波路をつないだ光分波器１０１ｄの構成の概要を示す図
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る光分波器１００ｅの構成の概要を示す図
【図１１】本発明の第７の実施形態に係る光分波器１００ｆの構成の概要を示す図
【図１２】第７の実施形態に係る光分波器１００ｆのマルチモード導波路１０２ｆをｎ本のシングルモード導波路１２２ｆ（＃１）〜（＃ｎ）に置き換えた光分波器１０１ｆの構成の概要を示す図
【図１３】本発明の第８の実施形態に係る光分波器１００ｇの構成の概要を示す図
【図１４】電気光学効果を利用してマルチモード伝播部の屈折率を変化させる光分波器１０１ａの構成の概要を示す図
【図１５】熱光学効果を利用してマルチモード伝播部の屈折率を変化させる光分波器１０２ａの構成の概要を示す図
【図１６】本発明の第９の実施形態に係る光合波器２００ａの構成の概要を示す図
【図１７】本発明の第１０の実施形態に係る光合波器２００ｂの構成の概要を示す図
【図１８】本発明の第１１の実施形態に係る光合波器２００ｃの構成の概要を示す図
【図１９】本発明の第１２の実施形態に係る光合波器２００ｆの構成の概要を示す図
【図２０】高次マルチモード伝播部２１３ｆをｎ個のシングルモード導波路２２３ｆで構成した光合波器２０１ｆの構成の概要を示す図
【図２１】電気光学効果を利用してマルチモード伝播部の屈折率を変化させる光合波器２１０ａの構成の概要を示す図
【図２２】熱光学効果を利用してマルチモード伝播部の屈折率を変化させる光合波器２０２ａの構成の概要を示す図
【図２３】本発明の第１３の実施形態に係るＷＤＭゲイン調整器３００ａの構成の概要を示す図
【図２４】本発明の第１４の実施形態に係るＷＤＭ用アド・ドロップ３００ｂの構成の概要を示す図
【図２５】本発明の第１５の実施形態に係るＷＤＭ用送受信モジュール３００ｃの構成の概要を示す図
【図２６】本発明の第１６の実施形態に係るＷＤＭ用インターリーバ３００ｄの構成の概要を示す図
【図２７】本発明の第１７の実施形態に係るＷＤＭ用インターリーバ３００ｅの構成の概要を示す図
【図２８】第１段分波部における透過ロスおよび遮断ロスの波長特性を示す図
【図２９】第２段分波部における透過ロスおよび遮断ロスの波長特性を示す図
【図３０】第１８の実施形態に係る光分波器全体における透過ロスおよび遮断ロスの波長特性を示す図
【符号の説明】
【０３０４】
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１０１ｄ，１００ｅ，１００ｆ，１０１ｆ，１０１ｇ，１０１ａ  光分波器
１０１ａ，２０１ｆ  入力導波路
１０２ａ，１０２ｆ，１１２ａ，１２２ａ，２０３ａ，２１３ａ，２２３ａ，３０２ｃ、３０１ｄ  マルチモード導波路
１０３ａ，１０８ｇ  第１の出力導波路
１０４ａ，１０９ｇ  第２の出力導波路
１１２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１４２ｃ，１３２ｄ，１１２ｆ，１１２ｇ，１１５ｇ，１１７ｇ，２１３ａ，２３３ｂ  中心線
７  入力用光ファイバ
８  第１の出力用光ファイバ
９  第２の出力用光ファイバ
１０２ｂ，２０３ｂ  異光路長マルチモード導波路
１１２ｂ，２１３ｂ  第１の光路長部
１２２ｂ，２２３ｂ  第２の光路長部
１０２ｃ  多段型マルチモード導波路
１１２ｃ  第１のマルチモード領域部
１２２ｃ  第２のマルチモード領域部
１０２ｄ  マルチモード伝播部
１１２ｄ，１１２ｅ  第１のシングルモード導波路
１２２ｄ，１２２ｅ  第２のシングルモード導波路
１１１ｄ  ダミーシングルモード導波路
１０２ｅ，２０３ｃ  多段型マルチモード伝播部
１５２ｅ，２１３ｃ  第１のマルチモード領域部
１６２ｅ，２２３ｃ  第２のマルチモード領域部
１３２ｅ  第３のシングルモード導波路
１４２ｅ  第４のシングルモード導波路
１０３ｆ，２０４ａ  出力導波路
１１２ｆ，２１３ｆ  高次マルチモード伝播部
１２２ｆ，２３３ｆ  シングルモード導波路
１０２ｇ  第１のマルチモード導波路
１０５ｇ  第２のマルチモード導波路
１０７ｇ  第３のマルチモード導波路
１０３ｇ  第１の中継導波路
１０４ｇ  第２の中継導波路
１１１  電極
１１２  電圧制御部
１２１  熱伝導部
１２２  温度制御部
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｆ，２０１ｆ，２１０ａ，２２０ａ  光合波器
２０１ａ  第１の入力導波路
２０２ａ  第２の入力導波路
２０３ｆ  高次マルチモード導波路
３００ａ  ＷＤＭ用ゲイン調整器
３０３ａ  ゲイン調整部
３００ｂ  ＷＤＭ用アドドロップ
３０１ｂ  分波側マルチモード導波路
３０３ｂ  合波側マルチモード導波路
３０２ｂ  中継導波路
３０４ｂ  ドロップ導波路
３０５ｂ  アド導波路
３００ｃ  ＷＤＭ用送受信モジュール
３０５ｃ，３０８ｃ  フォトダイオード
３０７ｃ  レーザーダイオード
３００ｄ，３００ｅ  ＷＤＭ用インターリーバ
３０１ｅ  第１段マルチモード導波路
３０４ｅ  第１の第２段マルチモード導波路
３０７ｅ  第２の第２段マルチモード導波路
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【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１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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