(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された光導波路であり、
光結合器と該光結合器につながる２本の光導波路からなる光路長差付与部とが交互に従属接続された導波路型光回路において、
該導波路型光回路の最初の光結合器に入力導波路が接続され、
該導波路型光回路の最後の光結合器に出力導波路が接続されており、
該導波路型光回路がＮ＋１個（Ｎは３以上の整数）の光結合器とＮ個の光路長差付与部とより構成されるラティス・フィルタ、もしくはラティス・フィルタがＭ台（Ｍは２以上の整数）つながれた多段ラティス・フィルタ、もしくは２個の光結合器と１個の光長路差付与部より構成されるマッハツェンダ干渉計がＭ台つながれた多段マッハツェンダ干渉計、もしくはラティス・フィルタとマッハツェンダ干渉計がＭ台つながれた多段光フィルタのいずれかであり、
該光結合器の少なくとも二つが平行にレイアウトされ、残りの光結合器の長さ方向は、該平行にレイアウトされた二つ以上の光結合器の長さ方向に対してθ（０＜θ≦π／２）の傾きをなし、
前記傾きをなす光結合器の入力側および出力側に接続される光導波路が、円弧からなる光導波路を含み、かつ該円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向が入力側と出力側で逆になるようにレイアウトされ、
前記光路長差付与部の各々について、該光路長差付与部を構成する２本の光導波路各々の前記円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計が、該円弧の曲率半径をＲとしたとき、それぞれ（θ＋π）・Ｒである
ことを特徴とする導波路型光信号処理器。
【請求項２】
前記θの傾きをなす光結合器がラティス・フィルタのｋ個目（２≦ｋ≦Ｎ）の光結合器であり、
該ｋ個目の光結合器を挟むｋ−１個目とｋ個目の２つの光路長差付与部の相対的な光路長差が互いに逆符号であり、
該ｋ個目の光結合器につながるｋ−１個目とｋ個目の光路長差付与部を構成する２本の光導波路が夫々円弧からなる光導波路を含み、該ｋ−１個目の光路長差付与部が含む円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向と、該ｋ個目の光路長差付与部が含む円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向が逆になるようレイアウトされていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光信号処理器。
【請求項３】
前記光結合器の長さをＬ、光導波路の曲率半径をＲとしたとき、ｔａｎθが０より大きく、かつ２・Ｒ／Ｌより小さくなるよう前記θが設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の導波路型光信号処理器。
【請求項４】
前記光結合器が、Ｌ＋１個（Ｌは自然数）の光結合器と隣接する光結合器に挟まれたＬ個の光路長差付与部によって構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導波路型光信号処理器。
【請求項５】
前記導波路型光回路が石英系ガラス光導波路で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導波路型光信号処理器。
【請求項６】
前記導波路型光信号処理器を内部に有する筐体と、該筐体に保持され、前記導波路型光信号処理器に信号の入出力を行う光ファイバを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の導波路型光信号処理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムや光信号処理の分野で用いられる導波路型光信号処理器に関し、より詳しくは、光結合器と光路長差付与部とより構成される導波路型光信号処理器に関する。さらに詳細には、小型に集積し得る導波路型光信号処理器の回路レイアウトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデータ通信容量の増大に伴い、光通信システムの大容量化、高度化、高機能化が求められている。この要求に対応し、多くの波長に信号をのせて、伝送容量を飛躍的に拡大させる波長分割多重伝送システムの普及が進んでいる。この波長分割多重伝送システムには、送信機側で複数の波長の光信号を合波したり、受信機側で１本の光ファイバ中の複数の光信号を異なるポートに分波する光波長合分波器、群遅延の分散を等化するための分散等化器、減衰した光信号を増幅する光アンプの等化器が広く使用されている。
【０００３】
様々な導波路型光回路構成の中でも、ラティス・フィルタ型回路構成は低損失で任意の波長特性を実現できることから、多く用いられている。ラティス・フィルタを用いた導波路型光信号処理器の例として、インタリーブ・フィルタ（文献１）や分散等化器（文献２）などが報告されている。また、ラティス・フィルタを複数台つないだ多段ラティス・フィルタ型導波路型光信号処理器の例として、１台のラティス・フィルタに２台のラティス・フィルタをつないだ光波長合分波器（文献３）、多数のラティス・フィルタを直列接続、並列接続した光波長合分波器（文献４）、１台のラティス・フィルタに２台のラティス・フィルタをつないだ波長分散補償器（文献５）などが報告されている。また、ラティス・フィルタ回路構成において、光路長差付与部が１つの構成であるマッハツェンダ干渉計回路を多段につないだ多段マッハツェンダ干渉計回路構成を用いた利得等化器（文献６）なども報告されている。
文献１：Ｍ． Ｏｇｕｍａ ｅｔ ａｌ．， “Ｃｏｍｐａｃｔｌｙ ｆｏｌｄｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ−ｔｙｐｅｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ ｆｉｌｔｅｒ ｗｉｔｈｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｃｏｕｐｌｅｒｓ，” Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００２， Ｍａｒｃｈ２００２， ７０−７２
文献２：Ｋ． Ｔａｋｉｇｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ．， “Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｓｌｏｐｅ ｅｑｕａｌｉｓｅｒｏｎ ｐｌａｎａｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ４０ Ｇｂｉｔ／ｓ ｂａｓｅｄ ＷＤＭｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，” Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００１，Ｖｏｌ．３７， １４６９−１４７０
文献３：Ｍ． Ｏｇｕｍａ ｅｔ ａｌ．， “Ｆｏｕｒ−ｃｈａｎｎｅｌ ｆｌａｔｔｏｐ ａｎｄｌｏｗ−ｌｏｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒｗｉｄｅ ｐａｓｓｂａｎｄ ＷＤＭａｃｃｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ，” ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ， Ａｐｒｉｌ ２００１，Ｖｏｌ．３７， ｐｐ．５１４−５１５
文献４：Ｙ． Ｉｎｏｕｅ ｅｔ ａｌ．， “Ｌｏｗ−ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ４−ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏａｒｓｅＷＤＭ ｆｉｌｔｅｒ ｕｓｉｎｇｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ ｐｌａｎａｒ−ｌｉｇｈｔｗａｖｅ−ｃｉｒｃｕｉｔ，” Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００２， Ｍａｒｃｈ２００２， ｐｐ．７５−７６
文献５：Ｍ． Ｏｇｕｍａ ｅｔ ａｌ．， “Ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ ｆｉｌｔｅｒ，” Ｏｐｔｉｃａｌ ＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００３， Ｍａｒｃｈ ２００３，ｐｐ．７１０−７１１
文献６：Ｋ． Ｓｕｚｕｋｉ， “ＰＬＣ−ｂａｓｅｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｇａｉｎ ｅｑｕａｌｉｓｅｒｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｃ−ａｎｄ Ｌ−ｂａｎｄｅｑｕａｌｉｓｉｎｇ ｒａｎｇｅ，” ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ａｕｇｕｓｔ ２００２， Ｖｏｌ．３８，１０３０−１０３１
【０００４】
以下では、導波路型光回路構成の中でも、最近特に注目されているラティス・フィルタ構成を用いたインタリーブ・フィルタを詳細に説明する。インタリーブ・フィルタは信号光を奇数チャネルと偶数チャネルとに分波する機能を持ち、アレイ導波路格子型合分波器（ＡＷＧ）等のチャネル数を容易に倍増できる。さらに、ＡＷＧ等の光波長合分器とインタリーブ・フィルタとを組み合わせることにより、透過帯域が平坦になり、クロストークも抑えられる。インタリーブ・フィルタはこれらの利点を有するため、近年ますますその需要が高まっている。また、最近では波長分割多重伝送システムのチャネル間隔の高密度化が進んでおり、それに伴いチャネル間隔の狭いインタリーブ・フィルタが求められている。
【０００５】
（従来技術の第１例）
従来のラティス・フィルタの一例を次に述べる。このラティス・フィルタは、Ｎ＋１個の光結合器と、これらの光結合器につながる２本の光導波路からなるＮ個の光路長差付与部とが交互に従属接続され、最初の光結合器に入力導波路が接続され、最後の光結合器に出力導波路が接続された回路構成である。数Ｎが４個の場合のラティス・フィルタを図３６に示す。図３６の従来のラティス・フィルタの回路は、Ｎ＋１＝５個の光結合器２０１〜２０５と、Ｎ＝４個の光路長差付与部２１１〜２１４と、最初の光結合器２０１に接続された入力導波路２２１、２２２と、最後の光結合器２０５に接続された出力導波路２３１、２３２とより構成される。光路長差付与部２１１は、光路長の異なる光導波路２１１Ａ、２１１Ｂによって構成されている。同じようにして、光路長差付与部２１２、２１３、２１４は、光導波路２１２Ａ、２１２Ｂ、光導波路２１３Ａ、２１３Ｂ、光導波路２１４Ａ、２１４Ｂによってそれぞれ構成されている。
【０００６】
しかし、従来のラティス・フィルタの回路レイアウトでは、回路サイズが大きく、それに伴い収率が低いという問題があった。また、最近では、狭チャネル間隔化が進み、光路長差付与部の光路長差が極めて長くなっている。さらに、製造誤差に対する安定性の高い光結合器（文献１）が使用されているが、従来の方向性結合器などの光結合器に比べて長さが長くなっている。これらの要因により、従来の回路レイアウトでは、ますます回路サイズが大きくなった。たとえば、従来の曲率半径が５ｍｍの石英系光導波路を用いた場合、光路長差付与部の数Ｎが４個のラティス・フィルタは回路長が長くなり、４インチウエハに収容するのが困難となった。
【０００７】
このように、段数の多いラティス・フィルタ、光路長差付与部の光路長差の大きいラティス・フィルタ、そして、長さの長い光結合器を用いるには、回路サイズを小型化できる回路レイアウトが必要とされていた。
【０００８】
（従来技術の第２例）
回路サイズを小型化するため、図３７に示す回路レイアウトが発明された（文献７の図３）。図３７に示す回路レイアウトでは、入力導波路２２１、２２２から入射した光は、光結合器２０１を経て、反時計回りに光路長差付与部の光導波路２１１Ａ、２１１Ｂ、光結合器２０２、光路長差付与部の光導波路２１２Ａ、２１２Ｂ、光結合器２０３、光路長差付与部の光導波路２１３Ａ、２１３Ｂ、光結合器２０４、光路長差付与部の光導波路２１４Ａ、２１４Ｂ、光結合器２０５を通り、光結合器２０５に接続された出力導波路２３１、２３２へと伝搬する。図３７では、光結合器２０５から出力端までの光導波路を点線で示した。
【０００９】
光結合器２０１〜２０５と、光路長差付与部の光導波路２１１Ａ、２１１Ｂ〜２１４Ａ、２１４Ｂとは、基板２４０に形成されている。
【００１０】
出力導波路２３１、２３２へ伝搬した光は、反時計回りに２７０度回転し、変曲点２５０に到達する。光は、変曲点２５０から今度は時計回りに、これまでと同じ距離だけ伝搬して、最後に出力端面より出射される。このような回路レイアウトにより、従来技術の第１例に比べて回路サイズが小型化された。
【００１１】
このような従来技術の第２例は次の文献７に記載されている。
文献７：特開２００３−１４９６０号公報（図３、図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
先に述べた従来技術の第２例で説明した発明により、回路サイズが小型化されたが、さらに次の問題があった。回路に入射された光は、反時計回りに回路の内側に向かって伝搬して、最後の光結合器２０５から出力導波路２３１、２３２へと伝搬した。
【００１３】
しかし、その後さらに２７０度回転し、変曲点２５０を経て、変曲点２５０からさらにまた、これまでと同じ道のりを伝搬しなければならなかった。ラティス・フィルタの最後の光結合器２０５に接続された光導波路２３１、２３２から光を出力端面に取り出すまでの光導波路が必要になる分（点線で示した部分）、回路の伝搬長が長くなるという問題があった。光導波路の導波路長が長くなれば、伝搬損失が増大し、また光導波路を余分に有する分、回路サイズも大きくなった。さらに、出力導波路２３１、２３２は、光路長差付与部に沿って巻かれているため、光路長差付与部の光路長差が大きいラティス・フィルタほど、光導波路の長さが長くなった。
【００１４】
本発明は、前記の課題を解決し、従来の回路レイアウトに比べて光導波路の伝搬長を短縮できる回路レイアウトを可能にし、光導波路の伝搬長を短縮することにより伝搬損失が低減でき、回路サイズをさらに小型化することができる導波路型光信号処理器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、基板上に形成された光導波路であり、光結合器と該光結合器につながる２本の光導波路からなる光路長差付与部とが交互に従属接続された導波路型光回路において、該導波路型光回路の最初の光結合器に入力導波路が接続され、該導波路型光回路の最後の光結合器に出力導波路が接続されており、該導波路型光回路がＮ＋１個（Ｎは３以上の整数）の光結合器とＮ個の光路長差付与部とより構成されるラティス・フィルタ、もしくはラティス・フィルタがＭ台（Ｍは２以上の整数）つながれた多段ラティス・フィルタ、もしくは２個の光結合器と１個の光長路差付与部より構成されるマッハツェンダ干渉計がＭ台つながれた多段マッハツェンダ干渉計、もしくはラティス・フィルタとマッハツェンダ干渉計がＭ台つながれた多段光フィルタのいずれかであり、該光結合器の少なくとも二つが平行にレイアウトされ、残りの光結合器の長さ方向は、該平行にレイアウトされた二つ以上の光結合器の長さ方向に対してθ（０＜θ≦π／２）の傾きをなし、前記傾きをなす光結合器の入力側および出力側に接続される光導波路が、円弧からなる光導波路を含み、かつ該円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向が入力側と出力側で逆になるようにレイアウトされ、前記光路長差付与部の各々について、該光路長差付与部を構成する２本の光導波路各々の前記円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計が、該円弧の曲率半径をＲとしたとき、それぞれ（θ＋π）・Ｒであることを特徴とする導波路型光信号処理器である。
請求項２の発明は、請求項１記載の導波路型光信号処理器において、前記θの傾きをなす光結合器がラティス・フィルタのｋ個目（２≦ｋ≦Ｎ）の光結合器であり、該ｋ個目の光結合器を挟むｋ−１個目とｋ個目の２つの光路長差付与部の相対的な光路長差が互いに逆符号であり、該ｋ個目の光結合器につながるｋ−１個目とｋ個目の光路長差付与部を構成する２本の光導波路が夫々円弧からなる光導波路を含み、該ｋ−１個目の光路長差付与部が含む円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向と、該ｋ個目の光路長差付与部が含む円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向が逆になるようレイアウトされていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の導波路型光信号処理器において、前記光結合器の長さをＬ、光導波路の曲率半径をＲとしたとき、ｔａｎθが０より大きく、かつ２・Ｒ／Ｌより小さくなるよう前記θが設定されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導波路型光信号処理器において、前記光結合器が、Ｌ＋１個（Ｌは自然数）の光結合器と隣接する光結合器に挟まれたＬ個の光路長差付与部によって構成されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導波路型光信号処理器において、前記導波路型光回路が石英系ガラス光導波路で構成されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導波路型光信号処理器において、前記導波路型光信号処理器を内部に有する筐体と、該筐体に保持され、前記導波路型光信号処理器に信号の入出力を行う光ファイバを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の導波路型光信号処理器によれば、導波路型光回路を構成する光結合器の少なくとも二つを平行にレイアウトし、残りの光結合器は、平行にレイアウトされた二つ以上の光結合器に対しθの傾きを与えることにより、従来技術に比べて小型に集積し得る導波路型光信号処理器の回路レイアウトを実現できる。
また、平行にレイアウトされた二つ以上の光結合器に対して傾きを有する光結合器に接続される、一方の光導波路と他方の光導波路とがそれぞれ円弧からなる光導波路を含み、一方の光導波路が含む円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向と、他方の光導波路が含む円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向とが逆になるようレイアウトすることにより、回路を小型にレイアウトすることができる。
さらに、本発明によれば、従来の回路レイアウトに比べて光導波路の伝搬長を短縮できるため、伝搬損失が低減でき、回路サイズをさらに小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
つぎに、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
以下の実施の形態では、平面光導波路を用い、光導波路としてはシリコン基板上に形成した石英系光導波路を使用した導波路型光信号処理器について説明する。これは、平面光導波路が集積性に優れ、導波路型光信号処理器の大規模化や作製費用の低コスト化に優れるためである。さらに、この組み合わせの光導波路が低損失で安定であり、しかも石英系光ファイバとの整合性に優れているためである。しかし、本発明はこれらの組み合わせに限定されるものではない。また、導波路型光信号処理器の説明は、一般的に広く用いられているラティス・フィルタ、多段ラティス・フィルタ、多段マッハツェンダ干渉計を例に取りあげて説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、他のフィルタ構成に関しても同様に適応可能である。
【００１９】
［実施の形態１］
図１に本発明の実施の形態１における導波路型光信号処理器の回路構成図を示す。本回路は、光結合器１１〜１４と、光結合器１１〜１４に挟まれたそれぞれ２本の光導波路２１Ａ、２１Ｂ〜２３Ａ、２３Ｂより構成される光路長差付与部２１〜２３と、入力導波路３１、３２と、出力導波路３３、３４とより構成されている。２本の光導波路からなる光路長差付与部の光路長差は、一方の光導波路（図では下側の光路）に対する他方の光導波路（図では上側の光路）の相対的な光路長差を表している。たとえば、光路長差付与部２１の光路長差は、
光導波路２１Ａの光路−光導波路２１Ｂの光路
である。光路長差付与部２１〜２３の光路長差はΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３であり、光路長差ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３はそれぞれ負、負、正に設定されている。
【００２０】
図２は、図１に示した回路構成に本発明を適用した場合の導波路型光信号処理器の回路レイアウトである。本回路は、４個の光結合器１１〜１４と、３個の光路長差付与部２１〜２３とがシリコン基板１に形成されたラティス・フィルタである。４個の光結合器１１〜１４のうち、光結合器１１、１２、１４は平行にレイアウトされ、残りの光結合器１３の長さ方向は、平行にレイアウトされた光結合器１１、１２、１４の長さ方向に対し、θ（θ≠０）の傾きをなしている。ただし、光結合器１３の傾きθは、０＜θ≦π／２となる値を取るように設定する。ラティス・フィルタをこのようにレイアウトすることにより、従来のレイアウトに比べて導波路の伝搬長を短縮でき、回路サイズを小型化できる。
【００２１】
本実施の形態のレイアウトをさらに詳しく説明すると、平行にレイアウトされた複数の光結合器に対し、θの傾きをなす光結合器はラティス・フィルタのｋ＝３個目の光結合器１３であり、この光結合器１３を挟むｋ−１＝２個目とｋ＝３個目の光路長差付与部２２、２３の相対的な光路長差ΔＬ２、ΔＬ３は互いに逆符号である（図１）。また、ｋ＝３個目の光結合器１３につながるｋ−１＝２個目とｋ＝３個目の光路長差付与部２２、２３を構成する２本の光導波路２２Ａ、２２Ｂ、２３Ａ、２３Ｂがそれぞれ円弧からなる部分を含み、ｋ−１＝２個目の光路長差付与部２２が含む円弧からなる光導波路２２Ａ、２２Ｂを伝搬する光の回転方向と、ｋ＝３個目の光路長差付与部２３が含む円弧からなる光導波路２３Ａ、２３Ｂを伝搬する光の回転方向とが逆になるよう、レイアウトされている。
【００２２】
図３に本発明の特徴である回路レイアウトの詳細図を示す。ただし、２本の光導波路の間隔をＳ、光結合器１３の長さをＬ、光路長差付与部２２の一方の光導波路２２Ｂと光結合器１４に接続された出力導波路３４との縦方向の間隔をＤ１、光路長差付与部２３の一方の光導波路２３Ａと光路長差付与部２１の一方の光導波路２１Ａの縦方向の間隔をＤ２、光路長差付与部２３を構成する２本の光導波路２３Ａ、２３Ｂが含む円弧部分の曲率半径をＲ１、光路長差付与部２２を構成する２本の光導波路２２Ａ、２２Ｂが含む円弧部分の曲率半径をＲ２とした。また、図３では円弧からなる光導波路を見やすくするため、円弧の部分を太線で表した。
【００２３】
入力導波路３１もしくは入力導波路３２より光を入力すると、光は光結合器１１、光路長差付与部２１、光結合器１２を経て、光路長差付与部２２へと伝搬してくる。光路長差付与部２２では、円弧からなる光導波路２２Ａ、２２Ｂを伝搬する光は、反時計回りに回転する。つぎに、光は光結合器１３を経て、光路長差付与部２３へと伝搬する。光路長差付与部２３では、円弧からなる部分を伝搬する光は、光路長差付与部２２での回転方向とは逆の、時計回りに回転する。
【００２４】
つぎに、各種パラメータ設定について説明する。光導波路が光路長差付与部で交差しないためには、Ｄ１とＤ２とが正になるようにすればよい。Ｄ１＞０、Ｄ２＞０の条件より、次の２つの式を満たすよう、パラメータを設定すればよい。
ｔａｎθ＜（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｌ＋（Ｒ１−Ｒ２）／Ｌｃｏｓθ−Ｓ（１／ｃｏｓθ−１）／Ｌ
…（１）
ｔａｎθ＜（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｌ−（Ｒ１−Ｒ２）／Ｌｃｏｓθ−Ｓ（１／ｃｏｓθ−１）／Ｌ
…（２）
【００２５】
回路の曲率半径を一定値Ｒに設定したとすれば、数式（１）と数式（２）との第２項は０となる。また、通常Ｓ＜＜Ｌなので、ｃｏｓθが小さい値を取らない限り、数式（１）と数式（２）との第３項は無視することができる。したがって、ｔａｎθは０より大きく、かつ概ね２・Ｒ／Ｌより小さい値を取るように設定すればよい。なお、図３の構成では、光路長差付与部２２、２３を構成する光導波路２２Ａ、２２Ｂ、２３Ａ、２３Ｂが含む円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計は、それぞれ（θ＋π）・Ｒに設定されている。
【００２６】
さらに、光路長差付与部の光路長差について詳細に説明する。先の図３に示すように、光路長差付与部２３に横方向の光路長ΔＸ３を光導波路２３Ａに与えるとすれば、光路長差は、
ΔＬ３＝２Ｓ（１＋ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）／（１＋ｃｏｓθ）＋２ΔＸ３      …（３）
より求めることができる。数式（３）より、本発明の回路レイアウトは、傾きθの光結合器１３に光路長差付与部を構成する２本の光導波路がつながっているため、従来技術のレイアウトとは異なり、光路長差は傾きθに依存する。そして、光路長ΔＸ３の長さを調整することで、容易に光路長差を設定できる。
【００２７】
もちろん、前記の条件は、光結合器１３の傾きθを設定する際の目安であり、その他自由に設定することができる。Ｓ≒ＬやＳ＞＞Ｌとなるパラメータを用いてもよいし、ｃｏｓθが０に近い値をとってもよい。もし、Ｄ＝Ｓに設定したい場合は、
２Ｓ＝（Ｓ＋２Ｒ）ｃｏｓθ−Ｌｓｉｎθ      …（４）
を満たすようにパラメータを決めればよい。また、Ｄ≒Ｓであっても構わない。
【００２８】
前記の記述は、導波路型光回路を図３に示したレイアウトにした特定の場合について述べており、これ以外の構成を取ったとしても、平行にレイアウトされた二つ以上の光結合器に対し、θの傾きになすようにすれば、導波路型光回路を小型にレイアウトすることができる。また、たとえば、ｃｏｓθが０に限りなく近い値のとき、すなわち、傾きθがπ／２に近い値の場合や、数式（１）や数式（２）を満たさないパラメータを用いる場合、図３の光路長差付与部２３に示す２Ｓの長さの直線導波路（長さΔＸ３の直線導波路に対して垂直方向の光導波路）の長さを長くし、同様の直線導波路を光路長差付与部２３の光導波路２３Ｂに設ければよい。そうすれば、光結合器１３の長さＬに合わせて直線導波路の長さを調整することで、光路長差付与部２２の光導波路２２Ｂと出力導波路３４とが交差しないようにすることができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、２本の光導波路の間隔を一定値Ｓに設定したが、たとえば、光路長差付与部２３では間隔をＳ１、光路長差付与部２２では間隔をＳ２というように、異なる場所では異なる値になるよう導波路間隔を設定してもよい。さらに、光路長差付与部２３が含む円弧の曲率半径Ｒ１と、光路長差付与部２２が含む円弧の曲率半径Ｒ２とを同一値Ｒに設定したが、それらが異なる値でも構わない。また、光路長差付与部が含む円弧の曲率半径は場所ごとに異なる値をとってもよい。たとえば、光路長差付与部２３を構成する光導波路２３Ａと光導波路２３Ｂの含む円弧の曲率半径が異なる値であってもよいし、たとえば、光導波路２３Ａの含む円弧の曲率半径は一定値でなく、異なる曲率半径を有する円弧を複数用いてもよい。
【００３０】
本実施の形態による導波路型光信号処理器に用いた光結合器の構成を図４に示す。この長さＬの光結合器は、入力導波路４０１、４０２と、近接した２本の光導波路４１Ａ、４１Ｂからなる方向性結合器４１と、出力導波路４０３、４０４とより構成されている。この光結合器では、入力導波路４０１と入力導波路４０２との間隔、出力導波路４０３と出力導波路４０４との間隔はＳに設定してある。この光結合器では、方向性結合器４１の近接した２本の光導波路４１Ａと光導波路４１Ｂとで光が結合もしくは分岐される。
【００３１】
つぎに、作製した導波路型光信号処理器の設計例を示す。本実施の形態では、Ｌ＜＜Ｒとなる値を用いた。２本の光導波路の間隔Ｓ＝５０μｍ、光結合器１３の長さＬ＝２ｍｍ、光導波路の曲率半径Ｒ＝１２ｍｍ、光結合器１３の傾きθ＝１．４８ｒａｄに設定し、ｔａｎθ＝１１は２Ｒ・Ｌ＝１２より小さい値となった。なお、本実施の形態では、光路長差付与部２２、２３を構成する光導波路２２Ａ、２２Ｂ、２３Ａ、２３Ｂが含む円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計はそれぞれ（１．４８＋π）・Ｒになった。ここで、単位光路長差をΔＬ、用いる波長の中心波長をλｃとすると、光路長差付与部２１〜２３の光路長差は、
ΔＬ１＝−２ΔＬ−０．５λｃ
ΔＬ２＝−２ΔＬ
ΔＬ３＝ΔＬ
にそれぞれ設定し、光結合器１１〜１４の分岐比は、
ｒ１＝０．１、ｒ２＝０．４、ｒ３＝０．１、ｒ４＝０．５
にそれぞれ設定した。
【００３２】
前記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて、石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．４５％、光導波路のコア断面は７×７μｍ２になるよう作製した。
【００３３】
この導波路型光信号処理器が作製されたチップをダイシングにより切り出し、その透過特性を評価した。図５に、入力導波路３１より光を入力し、出力導波路３３より出力された透過率の波長依存性（出力１）と、出力導波路３４より出力された透過率の波長依存性（出力２）とを示す。本実施の形態による回路レイアウトを採用することにより、波形に劣化が生じないことが確認できた。
【００３４】
以上、説明したように、本実施の形態のレイアウトを適用することにより、従来のレイアウトに比べて光導波路の伝搬長を短縮できたので、伝搬損失が低減でき、さらに、回路サイズも従来レイアウトに比べて小型化できた。
【００３５】
［実施の形態２］
図６に本発明の実施の形態２における導波路型光信号処理器の回路構成図を示す。本回路は、光結合器１１Ａ〜１５Ａと、光結合器１１Ａ〜１５Ａに挟まれたそれぞれ２本の光導波路２１Ａ、２１Ｂ〜２４Ａ、２４Ｂより構成される光路長差付与部２１〜２４と、入力導波路３１、３２と、出力導波路３３、３４とより構成されている。２本の光導波路からなる光路長差付与部の光路長差は、実施の形態１と同じように、一方の光導波路（図では下側の光路）に対する他方の光導波路（図では上側の光路）の相対的な光路長差を表している。光路長差付与部２１〜２４の光路長差はΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３、ΔＬ４であり、光路長差ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３、ΔＬ４はそれぞれ負、負、正、正に設定されている。
【００３６】
図７は、図６に示した回路構成に本発明を適用した場合の導波路型光信号処理器の回路レイアウトである。本回路は、５個の光結合器１１Ａ〜１５Ａと、４個の光路長差付与部２１〜２４とがシリコン基板１に形成されたラティス・フィルタである。５個の光結合器１１Ａ〜１５Ａのうち、光結合器１１Ａ、１２Ａ、１４Ａ、１５Ａは平行にレイアウトされ、残りの光結合器１３Ａの長さ方向は、平行にレイアウトされた４つの光結合器１１Ａ、１２Ａ、１４Ａ、１５Ａの長さ方向に対し、θ（θ≠０）の傾きをなしている。ただし、光結合器１３Ａの傾きθは、０＜θ≦π／２となる値を取るように設定する。ラティス・フィルタをこのようにレイアウトすることにより、従来のレイアウトに比べて、導波路の伝搬長を短縮でき、回路サイズを小型化できる。
【００３７】
本実施の形態のレイアウトをさらに詳しく説明すると、平行にレイアウトされた複数の光結合器に対して、θの傾きをなす光結合器はラティス・フィルタのｋ＝３個目の光結合器１３Ａであり、この光結合器１３Ａを挟むｋ−１＝２個目とｋ＝３個目の光路長差付与部２２、２３の相対的な光路長差ΔＬ２、ΔＬ３は互いに逆符号である（図６）。また、ｋ＝３個目の光結合器１３Ａにつながるｋ−１＝２個目とｋ＝３個目の光路長差付与部２２、２３を構成する２本の光導波路２２Ａ、２２Ｂ、２３Ａ、２３Ｂがそれぞれ円弧からなる部分を含み、ｋ−１＝２個目の光路長差付与部２２が含む円弧からなる光導波路２２Ａ、２２Ｂを伝搬する光の回転方向と、ｋ＝３個目の光路長差付与部２３が含む円弧からなる光導波路２３Ａ、２３Ｂを伝搬する光の回転方向とが逆になるよう、レイアウトされている。
【００３８】
図８に導波路型光信号処理器に用いた光結合器の構成を示す。この長さＬの光結合器は入力導波路４０１、４０２と、近接した２本の光導波路４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、４２Ｂからなる２個の方向性結合器４１、４２と、隣接する方向性結合器４１、４２に挟まれた１個の微小光路長差付与部４０１０と、出力導波路４０３、４０４とより構成されている。微小光路長差付与部４０１０は、光導波路４０１１、４０１２で構成されている。そして、入力導波路４０１と入力導波路４０２との間隔、出力導波路４０３と出力導波路４０４との間隔はＳに設定してある。
【００３９】
つぎに、作製した導波路型光信号処理器の設計例を示す。本実施の形態では、Ｌ≒Ｒとなる値を用いた。２本の光導波路の間隔Ｓ＝１００μｍ、光結合器１３Ａの長さＬ＝４．５ｍｍ、光導波路の曲率半径Ｒ＝５ｍｍ、光結合器１３の傾きθ＝１．１３ｒａｄに設定し、ｔａｎθ＝２．１は２Ｒ・Ｌ＝２．２より小さい値となった。なお、本実施の形態では、光路長差付与部２２、２３を構成する光導波路２２Ａ、２２Ｂ、２３Ａ、２３Ｂが含む円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計はそれぞれ（１．１３＋π）・Ｒになった。ここで、単位光路長差をΔＬ、用いる波長の中心波長をλｃとすると、光路長差付与部２１〜２４の光路長差は、
ΔＬ１＝−２ΔＬ
ΔＬ２＝−２ΔＬ−０．５λｃ
ΔＬ３＝２ΔＬ
ΔＬ４＝ΔＬ
にそれぞれ設定し、光結合器１１Ａ〜１５Ａの分岐比は、
ｒ１＝０．２、ｒ２＝０．６、ｒ３＝０．１、ｒ４＝０．１、ｒ５＝０．５
にそれぞれ設定した。
【００４０】
前記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて、石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．７５％、光導波路のコア断面は６×６μｍ２になるよう作製した。
【００４１】
この導波路型光信号処理器が作製されたチップをダイシングにより切り出し、その透過特性を評価した。図９に、入力導波路３１より光を入力し、出力導波路３３より出力された透過率の波長依存性（出力１）と、出力導波路３４より出力された透過率の波長依存性（出力２）を示す。本実施の形態による回路レイアウトを採用することにより、波形に劣化が生じないことが確認できた。
【００４２】
本実施の形態のラティス・フィルタは、図３６、３７に示した従来技術と等価の回路構成である。本実施の形態の回路レイアウトを適用することにより、従来のレイアウトと比較して、光導波路の伝搬長を大幅に短縮できたことが明らかである。また、光導波路の伝搬長が短くなったので、伝搬損失が低減でき、さらに回路サイズも従来レイアウトに比べて小型化できたことが明瞭に分かる。
【００４３】
［実施の形態３］
図１０に本発明の実施の形態３における導波路型光信号処理器の回路構成図を示す。本回路は、光結合器１１Ｂ〜１４Ｂと、光結合器１１Ｂ〜１４Ｂに挟まれたそれぞれ２本の光導波路２１Ａ、２１Ｂ〜２３Ａ、２３Ｂより構成される光路長差付与部２１〜２３と、入力導波路３１、３２と、出力導波路３３、３４とより構成されている。２本の光導波路からなる光路長差付与部の光路長差は、一方の光導波路（図では下側の光路）に対する他方の光導波路（図では上側の光路）の相対的な光路長差を表している。光路長差付与部２１〜２３の光路長差ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３は、それぞれ負、負、正に設定されている。
【００４４】
図１１は図１０に示した回路構成に本発明を適用した場合の導波路型光信号処理器の回路レイアウトである。本回路は、４個の光結合器１１Ｂ〜１４Ｂと、３個の光路長差付与部２１〜２３とより構成されるラティス・フィルタである。４個の光結合器１１Ｂ〜１４Ｂのうち、光結合器１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂは平行にレイアウトされ、残りの光結合器１３Ｂの長さ方向は、平行にレイアウトされた３つの光結合器１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂの長さ方向に対し、θ（θ≠０）の傾きをなしている。ただし、光結合器１３Ｂの傾きθは、０＜θ≦π／２となる値を取るように設定する。ラティス・フィルタをこのようにレイアウトすることにより、従来のレイアウトに比べて導波路の伝搬長を短縮でき、回路サイズを小型化できる。
【００４５】
本実施の形態のレイアウトをさらに詳しく説明すると、平行にレイアウトされた複数の光結合器に対し、θの傾きをなす光結合器はラティス・フィルタのｋ＝３個目の光結合器１３Ｂであり、この光結合器１３Ｂを挟むｋ−１＝２個目とｋ＝３個目の光路長差付与部２２、２３の相対的な光路長差ΔＬ２、ΔＬ３は互いに逆符号である（図１０）。また、ｋ＝３個目の光結合器１３Ｂにつながるｋ−１＝２個目と、ｋ＝３個目の光路長差付与部２２、２３を構成する２本の光導波路がそれぞれ円弧からなる部分を含み、ｋ−１＝２個目の光路長差付与部２２が含む円弧からなる光導波路２２Ａ、２２Ｂを伝搬する光の回転方向と、ｋ＝３個目の光路長差付与部２３が含む円弧からなる光導波路２３Ａ、２３Ｂを伝搬する光の回転方向が逆になるようレイアウトされている。
【００４６】
本実施の形態による導波路型光信号処理器に用いた光結合器の構成を図１２示す。この長さＬの光結合器は、入力導波路４０１、４０２と、近接した２本の光導波路４１Ａ、４１Ｂ〜４４Ａ、４４Ｂからなる４個の方向性結合器４１〜４４と、隣接する方向性結合器４１〜４４に挟まれた３個の微小光路長差付与部４０１０〜４０３０と、出力導波路４０３、４０４とより構成されている。微小光路長差付与部４０１０〜４０３０は、光導波路４０１１、４０１２〜４０３１、４０３２で構成されている。この光結合器では、入力導波路４０１と入力導波路４０２との間隔、出力導波路４０３と出力導波路４０４との間隔はＳに設定してある。
【００４７】
つぎに、作製した導波路型光信号処理器の設計例を示す。本実施の形態では、Ｌ＞＞Ｒとなる値を用いた。２本の光導波路の間隔Ｓ＝２５０μｍ、光結合器１３Ｂの長さＬ＝１５ｍｍ、光導波路の曲率半径Ｒ＝２ｍｍ、光結合器１３Ｂの角度θ＝０．２１ｒａｄに設定し、ｔａｎθ＝０．２は２Ｒ・Ｌ＝０．３より小さい値となった。なお、本実施の形態では、光路長差付与部２２、２３を構成する光導波路２２Ａ、２２Ｂ、２３Ａ、２３Ｂが含む円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計はそれぞれ（０．２１＋π）・Ｒになった。ここで、単位光路長差をΔＬ、用いる波長の中心波長をλｃとすると、光路長差付与部２１〜２３の光路長差は、
ΔＬ１＝−２ΔＬ−Ｏ．５λｃ
ΔＬ２＝−２ΔＬ
ΔＬ３＝ΔＬ
にそれぞれ設定し、光結合器１１Ｂ〜１４Ｂの分岐比は、
ｒ１＝０．１、ｒ２＝０．４、ｒ３＝０．１、ｒ４＝０．５
にそれぞれ設定した。
【００４８】
前記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて、石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２になるよう作製した。
【００４９】
この導波路型光信号処理器が作製されたチップをダイシングにより切り出し、その透過特性を評価した。図１３に、入力導波路３１より光を入力し、出力導波路３３より出力された透過率の波長依存性（出力１）と、出力導波路３４より出力された透過率の波長依存性（出力２）とを示す。本実施の形態の回路レイアウトを採用することにより、波形に劣化が生じないことが確認できた。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態のレイアウトを適用することにより、従来のレイアウトに比べて光導波路の伝搬長を短縮できたので、伝搬損失が低減でき、さらに、回路サイズも従来レイアウトに比べて小型化できた。
【００５１】
［実施の形態４］
図１４に本発明の実施の形態４における導波路型光信号処理器の回路構成図を示す。本回路は、３台のラティス・フィルタ（Ｍ＝３）つないだ多段ラティス・フィルタであり、ｍ＝１台目の導波路型光回路１１１の２本の出力導波路にそれぞれ第１（ｍ＋１台目）および第２（ｍ＋２台目）導波路型光回路１１２、１１３が接続されている。図１５は、図１４に示した回路構成に本発明を適用した場合の導波路型光信号処理器の回路レイアウトである。
【００５２】
ｍ＝１台目の導波路型光回路１１１の２本の入力導波路を本回路の入力導波路１１１Ｂ、１１１Ｃとして用い、ｍ＋１＝２台目の導波路型光回路１１２の入力導波路を本回路の入力導波路１１１Ａとして用い、ｍ＋２＝３台目の導波路型光回路１１３の入力導波路を本回路の入力導波路１１１Ｄとして用いた。また、２台目の導波路型光回路１１２の２本の出力導波路を本回路の出力導波路１１２Ａ、１１２Ｂとして用い、３台目の導波路型光回路１１３の２本の出力導波路を本回路の出力導波路１１３Ａ、１１３Ｂとして用いた。そして、本回路で用いた導波路型光回路１１１〜１１３は、実施の形態３で説明したラティス・フィルタを用いている。
【００５３】
このように、本発明のレイアウトの導波路型光回路を、本実施の形態のように多段に接続した場合も、従来のレイアウトに比べて、導波路の伝搬長を短縮でき、回路サイズを小型化できる。
【００５４】
実施の形態３で示した設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて、石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２になるよう作製した。
【００５５】
この導波路型光信号処理器が作製されたチップをダイシングにより切り出し、その透過特性を評価した。図１６に、入力導波路１１１Ｂより光を入力し、出力導波路１１２Ｂより出力された透過率の波長依存性（出力１）と、出力導波路１１３Ａより出力された透過率の波長依存性（出力２）とを示す。本実施の形態の回路レイアウトを採用することにより、波形に劣化が生じないことが確認できた。また、図１７に示すレイアウトの場合にも、同じ透過波形が得られることを確認した。もちろん、図１５や図１７に示すレイアウトは本発明の適用例であり、ここで説明した以外の構成をとっても構わない。
【００５６】
従来技術の回路レイアウト（文献７の図１３に類する構成）で本実施の形態の導波路型光信号処理器に相当する光回路をレイアウトした場合、光路長差付与部の光路長差が長いため、回路の横方向の長さが８０ｍｍを超え、４インチウエハで作製するのは困難であった。もちろん、（文献７の図３に類する構成）に示す従来技術の回路レイアウトで個々のラティス・フィルタをレイアウトし、それらを３台つなぐことにより、４インチウエハで作製することもできるが、そうすると、今度は個々のラティス・フィルタでそれぞれ伝搬長が増えるため、伝搬損失が増し、回路サイズが大きくなった。
【００５７】
それに対し、図１５に示す本実施の形態の回路レイアウトでは、チャネル間隔が狭く、ラティス・フィルタを３台つないだ狭チャネル多段ラティス・フィルタでも、チップサイズが７５×１５ｍｍ２となったため、４インチウエハ上に容易に収容できた。
【００５８】
以上、説明したように、本実施の形態のレイアウトを適用することにより、従来のレイアウトに比べて光導波路の伝搬長を短縮できたので、伝搬損失が低減でき、さらに、回路サイズも従来レイアウトに比べて小型化できた。また、チャネル間隔が狭く、ラティス・フィルタを多段につないだ狭チャネル多段ラティス・フィルタでも、従来技術に比べて回路サイズを小型にすることができた。
【００５９】
［実施の形態５］
図１８に本発明の実施の形態５における導波路型光信号処理器の回路構成図を示す。本回路は、光結合器１１〜１５と、光結合器１１〜１５に挟まれたそれぞれ２本の光導波路２１Ａ、２１Ｂ〜２４Ａ、２４Ｂにより構成される光路長差付与部２１〜２４と、入力導波路３１、３２と、出力導波路３３、３４とより構成されている。２本の光導波路からなる光路長差付与部の光路長差は、一方の光導波路（図では下側の光路）に対する他方の光導波路（図では上側の光路）の相対的な光路長差を表している。光路長差付与部２１〜２４の光路長差ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３、ΔＬ４はそれぞれ負、正、負、正に設定されている。
【００６０】
図１９は図１８に示した回路構成に本発明を適用した場合の導波路型光信号処理器の回路レイアウトである。本回路は、５個の光結合器１１〜１５と、４個の光路長差付与部２１〜２４とより構成されるラティス・フィルタであり、５個の光結合器のうち光結合器１１、１３、１５は平行にレイアウトされ、残りの光結合器１２、１４の長さ方向は、平行にレイアウトされた３つの光結合器１１、１３、１５の長さ方向に対し、θ（θ≠０）の傾きをなしている。ただし、光結合器１２、１４の傾きθは、０＜θ≦π／２となる値を取るように設定し、それぞれθ１、θ２とする。
【００６１】
ラティス・フィルタをこのようにレイアウトすることにより、従来のレイアウトに比べて、導波路の伝搬長を短縮でき、回路サイズを小型化できる。
【００６２】
本実施の形態のレイアウトをさらに詳しく説明すると、平行にレイアウトされた複数の光結合器に対し、θ１とθ２の傾きをなす光結合器はラティス・フィルタのｋ＝２個目の光結合器１２とｋ＝４個目の光結合器１４である。光結合器１２を挟むｋ−１＝１個目とｋ＝２個目の光路長差付与部２１、２２の相対的な光路長差ΔＬ１、ΔＬ２は互いに逆符号であり、光結合器１４を挟むｋ−１＝３個目とｋ＝４個目の光路長差付与部２３、２４の相対的な光路長差ΔＬ３、ΔＬ４は互いに逆符号である（図１８）。
【００６３】
また、ｋ＝２個目の光結合器１２につながるｋ−１＝１個目とｋ＝２個目の光路長差付与部２１、２２を構成する２本の光導波路２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ円弧からなる部分を含み、ｋ−１＝１個目の光路長差付与部２１が含む円弧からなる光導波路２１Ａ、２１Ｂを伝搬する光の回転方向と、ｋ＝２個目の光路長差付与部２２が含む円弧からなる光導波路２２Ａ、２２Ｂを伝搬する光の回転方向とが逆になるようレイアウトされている。
【００６４】
また、ｋ＝４個目の光結合器１４につながるｋ−１＝３個目とｋ＝４個目の光路長差付与部２３、２４を構成する２本の光導波路２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ円弧からなる部分を含み、ｋ−１＝３個目の光路長差付与部２３が含む円弧からなる光導波路２３Ａ、２３Ｂを伝搬する光の回転方向と、ｋ＝４個目の光路長差付与部２４が含む円弧からなる光導波路２４Ａ、２４Ｂを伝搬する光の回転方向とが逆になるようレイアウトされている。
【００６５】
本実施の形態では、個々の光結合器として図４に示した光結合器を用いた。また、光結合器１２の長さはＬ１、光結合器１４の長さはＬ２とした。
【００６６】
つぎに、作製した導波路型光信号処理器の設計例を示す。本実施形態では、Ｌ≒Ｒとなる値を用いた。２本の光導波路の間隔Ｓ＝２５０μｍ、光結合器１２、１４の長さＬ１＝３ｍｍ、Ｌ２＝２ｍｍ、光導波路の曲率半径Ｒ＝２ｍｍ、光結合器１２、１４の角度はそれぞれθ１＝０．８０ｒａｄ、θ２＝１．００ｒａｄに設定し、ｔａｎθ１＝１．０は２Ｒ・Ｌ＝１．３より小さく、ｔａｎθ２＝１．６は２Ｒ・Ｌ＝２．０より小さい値となった。なお、本実施の形態では、光路長差付与部２１、２２を構成する光導波路２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂが含む円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計はそれぞれ（０．８０＋π）・Ｒになり、光路長差付与部２３、２４を構成する光導波路２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａ、２４Ｂが含む円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計はそれぞれ（１．００＋π）・Ｒになった。ここで、単位光路長差をΔＬ、用いる波長の中心波長をλｃとすると、光路長差付与部２１〜２４の光路長差は、
ΔＬ１＝−２ΔＬ−Ｏ．５λｃ
ΔＬ２＝−２ΔＬ
ΔＬ３＝２ΔＬ＋０．５λｃ
ΔＬ４＝ΔＬ＋０．５λｃ
にそれぞれ設定し、光結合器１１〜１５の分岐比は、
ｒ１＝０．４、ｒ２＝０．３、ｒ３＝０．１、ｒ４＝０．７、ｒ５＝０．５
にそれぞれ設定した。
【００６７】
前記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて、石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２になるよう作製した。
【００６８】
この導波路型光信号処理器が作製されたチップをダイシングにより切り出し、その透過特性を評価した。図２０に、入力導波路３１より光を入力し、出力導波路３３より出力された透過率の波長依存性（出力１）と、出力導波路３４より出力された透過率の波長依存性（出力２）とを示す。本実施の形態の回路レイアウトを採用することにより、波形に劣化が生じないことが確認できた。
【００６９】
以上、説明したように、本実施の形態のレイアウトを適用することにより、従来のレイアウトに比べて光導波路の伝搬長を短縮できたので、伝搬損失が低減でき、さらに、回路サイズも従来レイアウトに比べて小型化できた。
【００７０】
本実施の形態では、光路長差付与部が４個で光結合器が５個のラティス・フィルタを用い、５個の光結合器のうち３個の光結合器１１、１３、１５が平行で、２個の光結合器１２、１４がそれに対してθ１、θ２の角度で傾くようレイアウトしたが、例えば２個の光結合器１２、１４を平行にし、３個の光結合器１１、１３、１５をθ１、θ２、θ３の角度に傾けてレイアウトしても良い。また、光路長差付与部が３個で光結合器が４個のラティス・フィルタに適用してもよいし、光路長差付与部が５個以上で光結合器が６個以上のラティス・フィルタに適用してもよい。
【００７１】
［実施の形態６］
図２１に本発明の実施の形態６における導波路型光信号処理器の回路構成図を示す。本回路は、光結合器１１Ａ〜１３Ａと、光結合器１１Ａ〜１３Ａに挟まれたそれぞれ２本の光導波路２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂより構成される光路長差付与部２１、２２と、入力導波路３１、３２と、出力導波路３３、３４とより構成されている。２本の光導波路からなる光路長差付与部の光路長差は、一方の光導波路（図では下側の光路）に対する他方の光導波路（図では上側の光路）の相対的な光路長差を表している。光路長差付与部２１、２２の光路長差ΔＬ１、ΔＬ２はそれぞれ正、正に設定されている。
【００７２】
図２２は図２１に示した回路構成に本発明を適用した場合の導波路型光信号処理器の回路レイアウトである。本回路は３個の光結合器と２個の光路長差付与部とより構成されるラティス・フィルタであり、３個の光結合器のうち光結合器１２Ａ、１３Ａは平行にレイアウトされ、残りの光結合器１１Ａの長さ方向は、平行にレイアウトされた２つの光結合器１２Ａ、１３Ａの長さ方向に対し、θ（θ≠０）の傾きをなしている。ただし、光結合器１１Ａの傾きθは、０＜θ≦π／２となる値を取るように設定する。ラティス・フィルタをこのようにレイアウトすることにより、従来のレイアウトに比べて導波路の伝搬長を短縮でき、回路サイズを小型化できる。
【００７３】
本実施の形態のレイアウトをさらに詳しく説明すると、平行にレイアウトされた複数の光結合器に対し、θの傾きをなす光結合器はラティス・フィルタの１個目の光結合器１１Ａである。この光結合器１１Ａにつながる１個目の光路長差付与部２１を構成する２本の光導波路２１Ａ、２１Ｂが円弧からなる部分を含み、かつ、この光結合器１１Ａにつながる入力導波路３１、３２を構成する光導波路が円弧からなる部分を含み、１個目の光路長差付与部２１が含む円弧からなる光導波路２１Ａ、２１Ｂを伝搬する光の回転方向と、入力導波路３１、３２が含む円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向とが逆になるようレイアウトされている。
【００７４】
本実施の形態では、個々の光結合器として図８に示した光結合器を用いた。光結合器１１Ａの長さはＬとした。
【００７５】
つぎに、作製した導波路型光信号処理器の設計例を示す。本実施の形態では、Ｌ≒Ｒとなる値を用いた。２本の光導波路の間隔Ｓ＝５００μｍ、光結合器１１Ａの長さＬ＝６ｍｍ、光導波路の曲率半径Ｒ＝５ｍｍ、光結合器１１Ａの角度θ＝０．９０ｒａｄに設定し、ｔａｎθ＝１．３は２Ｒ・Ｌ＝１．７より小さい値となった。なお、本実施の形態では、光路長差付与部２１を構成する光導波路２１Ａ、２１Ｂが含む円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計はそれぞれ（０．９０＋π）・Ｒになった。ここで、単位光路長差をΔＬ、用いる波長の中心波長をλｃとすると、光路長差付与部２１、２２の光路長差は、
ΔＬ１＝ΔＬ
ΔＬ２＝２ΔＬ＋０．５λｃ
にそれぞれ設定し、光結合器１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの分岐比は、
ｒ１＝０．５、ｒ２＝０．８、ｒ３＝０．１
にそれぞれ設定した。
【００７６】
前記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて、石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．７５％、光導波路のコア断面は６×６μｍ２になるよう作製した。
【００７７】
この導波路型光信号処理器が作製されたチップをダイシングにより切り出し、その透過特性を評価した。図２３に、入力導波路３１より光を入力し、出力導波路３３より出力された透過率の波長依存性（出力１）と、出力導波路３４より出力された透過率の波長依存性（出力２）とを示す。本実施の形態の回路レイアウトを採用することにより、波形に劣化が生じないことが確認できた。
【００７８】
以上、説明したように、本実施の形態のレイアウトを適用することにより、従来のレイアウトに比べて、光導波路の伝搬長を短縮できたので、伝搬損失が低減でき、さらに、回路サイズも従来レイアウトに比べて小型化できた。
【００７９】
本実施の形態では、光路長差付与部が２個のラティス・フィルタを用いたが、光路長差付与部の数が３個以上であってもよい。また、本実施の形態では、平行にレイアウトされた複数の光結合器に対し、θの傾きをなす光結合器はラティス・フィルタの１個目の光結合器であったが、それがＮ＋１個目の光結合器であってもよい。
【００８０】
［実施の形態７］
図２４に本発明の実施の形態７における導波路型光信号処理器の回路構成図を示す。本回路は、３台のラティス・フィルタ１２１〜１２３（Ｍ＝３）をつないだ多段ラティス・フィルタであり、ｍ＝１台目のラティス・フィルタに第１（ｍ＋１台目）および第２（ｍ＋２台目）ラティス・フィルタが接続されている。
【００８１】
１台目のラティス・フィルタ１２１は、光結合器１１Ａ１〜１３Ａ１と、これらの光結合器１１Ａ１〜１３Ａ１に挟まれたそれぞれ２本の光導波路より構成される光路長差付与部２１１、２２１と、光結合器１１Ａ１に接続された入力導波路３２、３３とより構成される。
【００８２】
第１（ｍ＋１台目）のラティス・フィルタ１２２は、光結合器１１Ａ２〜１３Ａ２と、光結合器１１Ａ２〜１３Ａ２に挟まれたそれぞれ２本の光導波路より構成される光路長差付与部部２１２、２２２と、光結合器１１Ａ２に接続された入力導波路３１と、光結合器１３Ａ２に接続された出力導波路３５、３６とより構成される。
【００８３】
第２（ｍ＋２台目）のラティス・フィルタ１２３は、光結合器１１Ａ３〜１３Ａ３と、光結合器１１Ａ３〜１３Ａ３に挟まれたそれぞれ２本の光導波路より構成される光路長差付与部２１３、２２３と、光結合器１１Ａ３に接続された入力導波路３４と、光結合器１３Ａ３に接続された出力導波路３７、３８とより構成される。
【００８４】
ラティス・フィルタ１２１の光路長差付与部２１１は光導波路２１Ａ１、２１Ｂ１で構成され、光路長差付与部２２１は光導波路２２Ａ１、２２Ｂ１で構成されている。
【００８５】
ラティス・フィルタ１２２の光路長差付与部２１２は光導波路２１Ａ２、２１Ｂ２で構成され、光路長差付与部２２２は光導波路２２Ａ２、２２Ｂ２で構成されている。
【００８６】
ラティス・フィルタ１２３の光路長差付与部２１３は光導波路２１Ａ３、２１Ｂ３で構成され、光路長差付与部２２３は光導波路２２Ａ３、２２Ｂ３で構成されている。
【００８７】
１台目のラティス・フィルタ１２１のＮ＋１個目の光結合器１３Ａ１と第１（ｍ＋１台目）のラティス・フィルタ１２２の１個目の光結合器１１Ａ２を光導波路１２１１でつないでおり、ｍ＝１台目のラティス・フィルタ１２１のＮ＋１個目の光結合器１３Ａ１と第２（ｍ＋２台目）のラティス・フィルタ１２３の１個目の光結合器１１Ａ３を光導波路１２１２でつないでいる。
【００８８】
２本の光導波路からなる光路長差付与部の光路長差は、一方の光導波路（図では下側の光路）に対する他方の光導波路（図では上側の光路）の相対的な光路長差を表している。光路長差付与部２１１、２２１、２１２、２２２、２１３、２２３の光路長差ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３、ΔＬ４、ΔＬ５、ΔＬ６はそれぞれ負、負、正、正、正、正に設定されている。
【００８９】
図２５は図２４に示した回路構成に本発明を適用した場合の導波路型光信号処理器の回路レイアウトである。本回路は９個の光結合器と６個の光路長差付与部とより構成される多段ラティス・フィルタであり、９個の光結合器のうち光結合器１１Ａ１、１２Ａ１、１２Ａ２、１３Ａ２、１２Ａ３、１３Ａ３は平行にレイアウトされ、残りの光結合器１３Ａ１、１１Ａ２、１１Ａ３の長さ方向は、平行にレイアウトされた６つの光結合器の長さ方向に対し、θ（θ≠０）の傾きをなしている。ただし、光結合器の傾きθは、０＜θ≦π／２となる値を取るように設定し、それぞれθ１、θ２、θ３とする。
【００９０】
ラティス・フィルタをこのようにレイアウトすることにより、従来のレイアウトに比べて導波路の伝搬長を短縮でき、回路サイズを小型化できる。
【００９１】
本実施の形態のレイアウトをさらに詳しく説明すると、本実施の形態の導波路型光回路を構成するｍ＝１台目の光回路（導波路型光回路１２１）のＮ＋１＝３個目の光結合器１３Ａ１に接続された出力導波路１２１１、１２１２に、それぞれ第１（ｍ＋１台目）光回路（導波路型光回路１２２）と第２（ｍ＋２台目）光回路（導波路型光回路１２３）とが接続されている。
【００９２】
ｍ＝１台目の光回路と第１（ｍ＋１台目）光回路とをつなぐ光導波路１２１１と、この光導波路１２１１につながる第１（ｍ＋１台目）光回路の１個目の光結合器１１Ａ２と、ｍ＝１台目の光回路と第２（ｍ＋２台目）光回路とをつなぐ光導波路１２１２と、光導波路１２１２につながる第２（ｍ＋２台目）光回路の１個目の光結合器１１Ａ３と、第１（ｍ＋１台目）光回路と第２（ｍ＋２台目）光回路につながるｍ＝１台目の光回路のＮ＋１＝３個目の光結合器１３Ａ１と、第１（ｍ＋１台目）光回路と第２（ｍ＋２台目）光回路の１個目の光結合器１１Ａ２、１１Ａ３とｍ＝１台目の光回路のＮ＋１＝３個目の光結合器１３Ａ１につながるその他の光導波路を一つの光結合器とみなしたとき（図２６）、この光結合器が、平行にレイアウトされた光結合器１１Ａ１、１２Ａ１、１２Ａ２、１３Ａ２、１２Ａ３、１３Ａ３に対し、Θ（０＜Θ≦π／２）の傾きをなしている。
【００９３】
Θの傾きをなす光結合器につながるｍ＝１台目の光回路のＮ＝２個目の光路長差付与部２２１を構成する２本の光導波路２２Ａ１、２２Ｂ１が円弧からなる光導波路を含み、かつ、Θの傾きをなす光結合器につながる第１（ｍ＋１台目）の光回路と第２（ｍ＋２台目）の光回路の１個目の光路長差付与部２１２、２１３を構成する２本の光導波路がそれぞれ円弧からなる光導波路を含む。そして、ｍ＝１台目の光回路のＮ＝２個目の光路長差付与部２２１が含む円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向と、第１（ｍ＋１台目）の光回路と第２（ｍ＋２台目）の光回路の１個目の光路長差付与部２１２、２１３がそれぞれ含む円弧からなる光導波路を伝搬する光の回転方向とが逆になるようレイアウトされている。
【００９４】
本実施の形態では、個々の光結合器として図８に示した光結合器を用いた。また、図２６に示す、傾きΘをなす光結合器の長さは、入力導波路と出力導波路とを含めてＬとした。
【００９５】
つぎに、作製した導波路型光信号処理器の設計例を示す。２本の光導波路の間隔Ｓ＝１００μｍ、傾きΘをなす光結合器（図２６）の長さＬ＝１０ｍｍ、光導波路の曲率半径Ｒ＝５ｍｍ、傾きΘをなす光結合器の角度Θ＝０．７７ｒａｄに設定し、ｔａｎΘ＝０．９７は２Ｒ・Ｌ＝１．００より小さい値となった。なお、本実施の形態では、光路長差付与部２２１、２１２、２１３を構成する光導波路２２Ａ１、２２Ｂ１、２１Ａ２、２１Ｂ２、２１Ａ３、２１Ｂ３が含む円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計はそれぞれ（０．７７＋π）・Ｒになった。ここで、単位光路長差をΔＬ、用いる波長の中心波長をλｃとすると、光路長差付与部２１１、２２１、２１２、２２２、２１３、２２３の光路長差は、
ΔＬ１＝−２ΔＬ−０．５λｃ
ΔＬ２＝−ΔＬ
ΔＬ３＝ΔＬ
ΔＬ４＝２ΔＬ＋０．５λｃ
ΔＬ５＝ΔＬ
ΔＬ６＝２ΔＬ＋０．５λｃ
にそれぞれ設定し、光結合器１１Ａ１〜１３Ａ１、１１Ａ２〜１３Ａ２、１１Ａ３〜１３Ａ３の分岐比は、
ｒ１＝０．１、ｒ２＝０．８、ｒ３＝０．５
ｒ４＝０．５、ｒ５＝０．８、ｒ６＝０．１
ｒ７＝０．５、ｒ８＝０．８、ｒ９＝０．１
にそれぞれ設定した。そして、導波路型光回路１２１の中心波長と導波路型光回路１２２、１２３の中心波長とが互いに１チャネル分異なるように設定した。
【００９６】
前記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．７５％、光導波路のコア断面は６×６μｍ２になるよう作製した。
【００９７】
この導波路型光信号処理器が作製されたチップをダイシングにより切り出し、その透過特性を評価した。図２７に入力導波路３３より光を入力し、出力導波路３６より出力された透過率の波長依存性（出力１）と、出力導波路３８より出力された透過率の波長依存性（出力２）とを示す。本実施の形態の回路レイアウトを採用することにより、波形に劣化が生じないことが確認できた。
【００９８】
以上、説明したように、本発明のレイアウトを適用することにより、従来のレイアウトに比べて光導波路の伝搬長を短縮できたので、伝搬損失が低減でき、さらに、回路サイズも従来レイアウトに比べて小型化できた。
【００９９】
本実施の形態では、光路長差付与部が２個のラティス・フィルタを３台用い、１台目のラティス・フィルタの出力に２台のラティス・フィルタを並列接続したが、マッハツェンダ干渉計を複数台並列接続しても構わないし、前段の１台目の光回路と後段の２台目と３台目の光路長差付与部の数は異なっていてもよく、ラティス・フィルタとマッハツェンダ干渉計を組み合わせて複数台並列接続してもよい。また、ラティス・フィルタの光路長差付与部の数は３個以上であっても構わないし、４台以上を接続して多段ラティス・フィルタや多段光フィルタを構成してもよい。
【０１００】
［実施の形態８］
図２８に本発明の実施の形態８における導波路型光信号処理器の回路構成図を示す。本回路は、３台のマッハツェンダ干渉計（Ｍ＝３）をつないだ多段マッハツェンダ干渉計である。
【０１０１】
１台目のマッハツェンダ干渉計は、光結合器１１Ａ、１２Ａと、光結合器１１Ａ、１２Ａに挟まれた２本の光導波路２１Ａ、２１Ｂより構成される光路長差付与部２１と、光結合器１１Ａに接続された入力導波路３１、３２と、光結合器１２Ａに接続された出力導波路３４Ａとより構成される。
【０１０２】
２台目のマッハツェンダ干渉計は、光結合器１３Ａ、１４Ａと、光結合器１３Ａ、１４Ａに挟まれた２本の光導波路２２Ａ、２２Ｂより構成される光路長差付与部２２と、光結合器１３Ａに接続された入力導波路３１Ａと、光結合器１４Ａに接続された出力導波路３３Ａとより構成される。
【０１０３】
３台目のマッハツェンダ干渉計は、光結合器１５Ａ、１６Ａと、光結合器１５Ａ、１６Ａに挟まれた２本の光導波路２３Ａ、２３Ｂより構成される光路長差付与部２３と、光結合器１５Ａに接続された入力導波路３１Ｂと、光結合器１６Ａに接続された出力導波路３３、３４とより構成される。
【０１０４】
本実施の形態では、途中、入力導波路３１Ｂと出力導波路３３Ａとは交差し、交差導波路３０１となっている。そして、１台目のマッハツェンダ干渉計の光結合器１２Ａと２台目のマッハツェンダ干渉計の光結合器１３Ａとを光導波路３０２でつないでおり、２台目のマッハツェンダ干渉計の光結合器１４Ａと３台目のマッハツェンダ干渉計の光結合器１５Ａとを光導波路３０３でつないでいる。
【０１０５】
２本の光導波路からなる光路長差付与部の光路長差は、一方の光導波路（図では下側の光路）に対する他方の光導波路（図では上側の光路）の相対的な光路長差を表しており、光路長差付与部２１〜２３の光路長差ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３はそれぞれ負、正、正に設定されている。
【０１０６】
図２９は図２８に示した回路構成に本発明を適用した場合の導波路型光信号処理器の回路レイアウトである。本回路は６個の光結合器１１Ａ〜１６Ａと３個の光路長差付与部２１〜２３とより構成される多段マッハツェンダ干渉計であり、６個の光結合器１１Ａ〜１６Ａのうち光結合器１１Ａ、１４Ａ、１５Ａ、１６Ａは平行にレイアウトされ、残りの光結合器１２Ａ、１３Ａの長さ方向は、平行にレイアウトされた４つの光結合器１１Ａ、１４Ａ、１５Ａ、１６Ａの長さ方向に対し、θ（θ≠０）の傾きをなしている。ただし、光結合器１２Ａ、１３Ａの傾きθは、０＜θ≦π／２となる値を取るように設定し、それぞれθ１、θ２とする。
【０１０７】
ラティス・フィルタをこのようにレイアウトすることにより、従来のレイアウトに比べて、導波路の伝搬長を短縮でき、回路サイズを小型化できる。
【０１０８】
本発明のレイアウトをさらに詳しく説明すると、本実施の形態の導波路型光回路を構成するｍ＝１台目の光回路の２個目の光結合器に接続された出力導波路にｍ＋１＝２台目の光回路が接続されている。
【０１０９】
そして、導波路型光回路を構成するｍ＝１台目の光回路とｍ＋１＝２台目の光回路をつなぐ光導波路３０２と、この光導波路３０２につながるｍ＝１台目の光回路の２個目の光結合器１２Ａと、この光導波路３０２につながるｍ＋１＝２台目の光回路の１個目の光結合器１３Ａと、ｍ＝１台目の光回路の２個目の光結合器１２Ａとｍ＋１＝２台目の光回路の１個目の光結合器１３Ａにつながる光導波路を一つの光結合器とみなしたとき（図３０）、この光結合器が、平行にレイアウトされた４つの光結合器１１Ａ、１４Ａ、１５Ａ、１６Ａに対し、Θ（０＜Θ≦π／２）の傾きをなしている（図２９）。
【０１１０】
このΘの傾きをなす光結合器につながるｍ＝１台目とｍ＋１＝２台目の光回路の光路長差付与部２１Ａと２２Ａとを構成する２本の光導波路２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ円弧からなる部分を含み、このｍ＝１台目の光回路の光路長差付与部２１が含む円弧からなる光導波路２１Ａ、２１Ｂを伝搬する光の回転方向と、このｍ＋１＝２台目の光回路の光路長差付与部２２が含む円弧からなる部分を伝搬する光の回転方向が逆になるようレイアウトされている。
【０１１１】
本実施の形態では、個々の光結合器として図８に示した光結合器を用いた。また、図３０に示す傾きΘをなす光結合器の長さは、入力と出力導波路を含めてＬとした。
【０１１２】
つぎに、作製した導波路型光信号処理器の設計例を示す。２本の光導波路の間隔Ｓ＝２５０μｍ、傾きΘをなす光結合器の長さＬ＝１０ｍｍ、光導波路の曲率半径Ｒ＝２ｍｍ、傾きΘをなす光結合器の角度Θ＝０．３１ｒａｄに設定し、ｔａｎΘ＝０．３は２Ｒ・Ｌ＝０．４より小さい値となった。なお、本実施の形態では、光路長差付与部２１、２２を構成する光導波路２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂが含む円弧からなる光導波路の円弧部分の長さの合計はそれぞれ（０．３１＋π）・Ｒになった。ここで、単位光路長差をΔＬ、用いる波長の中心波長をλｃとすると、光路長差付与部２１〜２３の光路長差は、
ΔＬ１＝−ΔＬ、ΔＬ２＝ΔＬ、ΔＬ３＝ΔＬ
にそれぞれ設定し、光結合器１１Ａ〜１６Ａの分岐比は、
ｒ１＝０．５、ｒ２＝０．５、ｒ３＝０．５
ｒ４＝０．５、ｒ５＝０．５、ｒ６＝０．５
にそれぞれ設定した。
【０１１３】
前記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて、石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２になるよう作製した。
【０１１４】
この導波路型光信号処理器が作製されたチップをダイシングにより切り出し、その透過特性を評価した。図３１に、入力導波路３１より光を入力し、出力導波路３４より出力された透過率の波長依存性を示す。本実施の形態の回路レイアウトを採用することにより、波形に劣化が生じないことが確認できた。
【０１１５】
以上、説明したように、本実施の形態のレイアウトを適用することにより、従来のレイアウトに比べて光導波路の伝搬長を短縮できたので、伝搬損失が低減でき、さらに、回路サイズも従来レイアウトに比べて小型化できた。
【０１１６】
本実施の形態では光路長差付与部が１個のマッハツェンダ干渉計を３台用い、１台目のマッハツェンダ干渉計の出力に２台目のマッハツェンダ干渉計を直列接続し、２台目のマッハツェンダ干渉計の出力に３台目のマッハツェンダ干渉計を直列接続したが、ラティス・フィルタを複数台直列接続してもよいし、ラティス・フィルタとマッハツェンダ干渉計を組み合わせて複数台直列接続してもよい。また、直列接続と並列接続を併用して回路を構成し、本実施の形態の回路レイアウトを適用してもよい。
【０１１７】
以上に述べた本発明の実施の形態１〜８で説明した導波路型光信号処理器は、本発明の構成例の一つであり、これらの構成に限定されるものではない。たとえば、図３２に示したように回路をレイアウトしてもよい。また、各実施の形態で説明した構成を複数組み合わせてもよい。たとえば、図３３は、４つの光結合器１１〜１４と３つの光路長差付与部２１〜２３とより構成されるラティス・フィルタであり、そのｋ＝２個目の光結合器１２とｋ＝４個目の光結合器１４とが平行にレイアウトされており、その１個目の光結合器１１が、平行にレイアウトされた二つの光結合器１２、１４に対し、θ１の傾きをなしている（例えば実施の形態６）と同時に、そのｋ＝３個目の光結合器１３が、平行にレイアウトされた二つの光結合器１２、１４に対し、θ２の傾きをなしている（例えば実施の形態１）。
【０１１８】
また、以上に述べた各実施の形態では、図３４に示すように、導波路型光信号処理器をシリコン基板１上に形成された石英系光導波路を用いて作製した。すなわち、シリコン基板１上に火炎堆積法でＳｉＯ２を主体にした下部クラッドガラススート２、ＳｉＯ２にＧｅＯ２を添加したコアガラススート３を堆積した（図３４（ａ））。その後、１０００℃以上の高温でガラス透明化を行った。このときに、下部クラッドガラス層２Ａとコアガラス３Ａとが、設計した厚さとなるように、ガラスの堆積を行った（図３４（ｂ））。
【０１１９】
引き続き、フォトリソグラフィ技術を用いて、コアガラス３Ａ上にエッチングマスク４を形成し（図３４（ｃ））、反応性イオンエッチングによってコアガラス３Ａのパターン化を行った（図３４（ｄ））。
【０１２０】
エッチングマスク４を除去した後、上部クラッドガラス５を再度火炎堆積法で形成した。上部クラッドガラス５にはＢ２Ｏ３やＰ２Ｏ５などのドーパントを添加してガラス転移温度を下げ、それぞれのコアガラス３Ａとコアガラス３Ａの狭い隙間にも上部クラッドガラス５が入り込むようにした（図３４（ｅ））。
【０１２１】
こうして、各実施の形態の導波路型光信号処理器を作製した。
【０１２２】
ところで、各実施の形態で述べた導波路型光信号処理器のチップを用いて、次のように光モジュールを組み立てた。図３５に示すように、光モジュールは、熱伝導性の良い筐体１５１の内部にペルチェ保持板１５２を固定ネジ１５３で固定し、図示を省略しているが、ペルチェ保持板１５２を掘削して作製した、凹部にペルチェ素子と温度センサ（熱伝対）とをその近傍に配置している。ペルチェ素子および温度センサの直上に、ＰＬＣチップ１５４が来るように配置している。ＰＬＣチップ１５４の端部には、ガラス板１５５を接着剤で接着し、ファイバ１５６を保持しているファイバブロック１５７と光結合するように接着している。
【０１２３】
ファイバ１５６は、筐体１５１の縁に設けた凹部に断熱性弾性接着剤１５８で接着してあり、さらに、ファイバコード１５９を有するファイバブーツ１６０を筐体１５１に埋め込むように保持している。ＰＬＣチップ１５４はペルチェ保持板１５２に断熱性弾性接着剤１５８で接着されている。
【０１２４】
最後に、これらを被うように蓋をかぶせてネジ止めし、本発明の光モジュールを組み立てた。なお、蓋とネジ止め部とは図示を省略している。本発明の回路は異なるチップとして作製する場合もあるが、それらをチップ間で直接接続することにより、一つのチップにしてもよいし、複数チップ間で光を結合させ、光モジュールを形成してもよい。また、それぞれのチップごとに別々の光モジュールを作製し、光モジュール間をファイバで結合してもよい。さらに、一つの筐体内部に前記の２つ以上のチップをそれぞれペルチェ保持板の上に保持させた光モジュールを作製してもよい。
【０１２５】
また、本発明の導波路型光信号処理器の構成は光導波路の種類、形状、材料、屈折率、作製法によらない。たとえば、その導波路材料がポリイミド、シリコン、半導体、ＬｉＮｂＯ３などであってもよいし、基板材質が石英などであってもよい。また、たとえば、その製造方法が、スピンコート法、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオン拡散法、イオンビーム直接描画法などであっても本発明は適用可能である。また、本発明の各実施の形態では正方形の光導波路を用いたが、長方形、多角形、円形など任意の形状を用いることができる。たとえば、光導波路のコア幅を部分的に変え、屈折率を他の部分と異なる値にすることができる。また、光導波路に応力を付与し、屈折率の値を変化させることもできる。さらに、本回路は石英系光導波路を用いたが、異なる材料を透過するようにしてもよい。たとえば、光導波路中にシリコン樹脂などの材料を含んでもよいし、ポリイミド波長板を含んでもよい。また、各種温度補償法や偏波依存性低減法を適用してよい。
【０１２６】
以上、各実施の形態では、ある入力導波路より光を入力し、ある出力導波路より出力される透過特性を示したが、もちろん、任意の入力導波路もしくは出力導波路から光を入力し、任意の入力導波路もしくは出力導波路より光を出力してもよい。また、たとえば、各実施の形態では左側の光導波路を入力導波路とし、右側を出力導波路としたが、右側の光導波路を入力導波路とし、左側を出力導波路としてもよい。さらに、実施形態４、７、８では多段回路構成を説明したが、これらは多段回路構成の一例である。任意の導波路同士を互いにつないで多段回路を構成し、本発明の回路レイアウトを適用してもよいし、台数も３台にかぎらず、２台を多段に接続してもよいし、４台以上を多段に接続してもよい。そして、任意の入力もしくは出力導波路より光を入力し、任意の入力導波路もしくは出力導波路より光を出力してもよい。
【０１２７】
以上、各実施の形態では、導波路型光回路をインタリーブ・フィルタとして用いた場合の設計例を示したが、任意の機能を有するラティス・フィルタ、多段ラティス・フィルタ、多段マッハツェンダ干渉計、多段光フィルタに適用することができる。たとえば、インタリーブ・フィルタ以外に、分散等化器、光波長合分波器、波長分散補償器、偏波モード分散補償器、光スイッチ等の機能を有することができる。また、本発明は、光結合器と、２本の光導波路からなる光路長差付与部とが交互に従属接続される導波路型光信号処理器であるが、たとえば、トランスバーサル型回路構成、リング付ラティス・フィルタ構成、リング付マッハツェンダ干渉計構成など、これ以外の構成の導波路型光回路にも本発明の回路レイアウトを適用することができ、同様の効果が得られる。
【０１２８】
また、レーザ照射などの光照射法や薄膜ヒータなどによる局所加熱法などを用いて、光導波路の屈折率を局所的に変化させ、光学的な光路長差や光結合器の結合特性などを調整することもできる。そして、光照射領域や加熱処理領域の形状は任意であるし、光照射方法、光照射条件、加熱処理方法、加熱処理条件なども任意である。また、これらの手法に限らず、たとえば、電気光学効果、磁気光学効果などを用いてもよい。
【０１２９】
さらに、平面型光導波路に限らず、たとえば、積層光導波路を用いて光導波路を構成してもよいし、複数種類の光導波路を組み合わせて構成してもよい。また、光導波路にグレーティングが形成されていてもよいし、光導波路が途中で分割、分断されていてもよい。さらに、導波路型光回路の近傍に、本回路とは異なる光導波路が形成されていてもよい。また、光導波路近傍にマーカが形成されていてもよいし、基板表面に薄膜ヒータとそれにつながる電気配線とがパターン化されていてもよい。
【０１３０】
以上、各実施の形態で用いた光結合器はひとつの例であり、その他の光結合器を用いてもよい。さらに、光結合器として、本発明の実施の形態でも述べた方向性結合器以外にも、マルチモード干渉カプラ、可変カプラ、Ｘ分岐カプラ、Ｙ分岐カプラなど任意の種類のものを用いることができるし、また、それらを組み合わせることもできる。さらにまた、前記の光結合器に与えた結合率や光路長差付与部の光路長差の値も一つの例である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施の形態１における導波路型光信号処理器を示す回路構成図である。
【図２】実施の形態１における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図３】実施の形態１の導波路型光信号処理器の回路レイアウトの詳細を説明する模式図である。
【図４】実施の形態１における導波路型光信号処理器に用いた光結合器を示す模式図である。
【図５】実施の形態１における導波路型光信号処理器の透過特性を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２における導波路型光信号処理器を示す回路構成図である。
【図７】実施の形態２における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図８】実施の形態２における導波路型光信号処理器に用いた光結合器を示す模式図である。
【図９】実施の形態２における導波路型光信号処理器の透過特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における導波路型光信号処理器を示す回路構成図である。
【図１１】実施の形態３における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図１２】実施の形態３における導波路型光信号処理器に用いた光結合器を示す模式図である。
【図１３】実施の形態３における導波路型光信号処理器の透過特性を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４における導波路型光信号処理器を示す回路構成図である。
【図１５】実施の形態４における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図１６】実施の形態４における導波路型光信号処理器の透過特性を示す図である。
【図１７】実施の形態４における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図１８】本発明の実施の形態５における導波路型光信号処理器を示す回路構成図である。
【図１９】実施の形態５における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図２０】実施の形態５における導波路型光信号処理器の透過特性を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態６における導波路型光信号処理器を示す回路構成図である。
【図２２】実施の形態６における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図２３】実施の形態６における導波路型光信号処理器の透過特性を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態７における導波路型光信号処理器を示す回路構成図である。
【図２５】実施の形態７における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図２６】実施の形態７における導波路型光信号処理器の光結合器を示す模式図である。
【図２７】実施の形態７における導波路型光信号処理器の透過特性を示す図である。
【図２８】本発明の実施の形態８における導波路型光信号処理器を示す回路構成図である。
【図２９】実施の形態８における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図３０】実施の形態８における導波路型光信号処理器の光結合器を示す模式図である。
【図３１】実施の形態８における導波路型光信号処理器の透過特性を示す図である。
【図３２】本発明のその他の実施の形態における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す図である。
【図３３】本発明のその他の実施の形態における導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す図である。
【図３４】本発明による導波路型光信号処理器の作製工程を説明する模式図である。
【図３５】本発明の導波路型光信号処理器を用いた光モジュールの模式図である。
【図３６】従来の導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【図３７】従来の導波路型光信号処理器の回路レイアウトを示す模式図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１  シリコン基板
２  下部クラッドガラススート
２Ａ  下部クラッドガラス層
３  コアガラススート
３Ａ  コアガラス
４  エッチングマスク
５  上部クラッドガラス
１１〜１５、１１Ａ〜１６Ａ、１１Ｂ〜１４Ｂ  光結合器
１１Ａ１〜１３Ａ１、１１Ａ２〜１３Ａ２、１１Ａ３〜１３Ａ３  光結合器
２１〜２４、２１１、２２１、２１２、２２２、２１３、２２３  光路長差付与部
２１Ａ、２１Ｂ〜２４Ａ、２４Ｂ、３０２、３０３  光導波路
４０１１、４０１２〜４０３１、４０３２  光導波路
４１Ａ、４１Ｂ、〜、４４Ａ、４４Ｂ  光導波路
３０１  交差導波路
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３２、４０１、４０２  入力導波路
３３、３３Ａ、３４Ａ、３４、４０３、４０４  出力導波路
４０１０〜４０３０  微小光路長差付与部
４１〜４４  方向性結合器
１１１〜１１３  導波路型光回路
１２１〜１２３  ラティス・フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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