(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光結合部を形成するために互いに近接して長手方向に延びるコアとその中心線とを有する２つの直線光導波路、並びに、少なくとも一方の前記直線光導波路のコアに連結されたコアを有するテーパ光導波路を有し、前記テーパ光導波路のコアの幅は、前記少なくとも一方の直線光導波路に向かって狭まり、前記テーパ光導波路の形状は、前記少なくとも一方の直線光導波路のコアの中心線に対して非対称である方向性光結合器において、前記直線光導波路のコアの幅Ｗ２ａ及び前記２つの直線導波路のコア間の距離ＬＬを計算する方法であって、
最初に、前記方向性光結合器から出力される或る波長の光の互いに垂直な偏波成分の位相が同じになるように、前記或る波長における前記コアの幅Ｗ２ａ及び前記距離ＬＬを試行錯誤により決定し、
前記或る波長における前記コアの幅Ｗ２ａ及び前記距離ＬＬと、次式（１）〜式（４）
0004636439.tif 000006
0004636439.tif 000007
0004636439.tif 000008
0004636439.tif 000009
とから、Ｖパラメータ値Ｖ及び結合係数Ｋを計算し、
計算されたＶパラメータ値Ｖを式（１）に代入することにより、別の波長における前記コアの幅Ｗ２ａを計算し、次いで、計算された結合係数Ｋと、計算された前記別の波長における前記コアの幅Ｗ２ａを式（２）に代入し、式（２）〜式（４）より、前記別の波長における前記距離ＬＬを計算し、
ここで、λは伝搬する光の波長、ｎ1はコアの屈折率、Δは比屈折率差、βは、２本の直線光導波路のうち１つが単独で存在する場合のモードの伝搬定数、ｋ0＝２π／λ、ｎ3は２本の直線導波路のコア間に介在するクラッドの屈折率であることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記Ｖパラメータ値Ｖは、０．８２であり、前記結合係数Ｋは、０．００９２[μｍ-1]であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光結合器に関し、更に詳細には、方向性光結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている代表的な方向性光結合器を図８に示す。図８は、従来の方向性光結合器の概略的な平面図である。図８に示す方向性光結合器５０は、図８の面と平行に配置された基板５１と、基板５１の上に積層された第１の光導波路５２及び第２の光導波路５４を有している。第１の光導波路５２及び第２の光導波路５４はそれぞれ、光の伝搬方向５０ａと垂直な方向に互いに近接して配置された直線部分５６を有し、この直線部分５６により、光結合部を構成している。第１の光導波路５２は、第１の入射ポート５８と、第２の出射ポート６０とを有し、第２の光導波路５４は、第３の出射ポート６２と、第４の入射ポート６４とを有している。また、方向性光結合器５０の結合長さＬを、直線部分５６の長さとする。
【０００３】
第１の入射ポート５８から光を伝搬させると、光の強度の大きい箇所が光の伝搬方向５０ａに沿って一定の干渉周期で交互に第１の光導波路５２と第２の光導波路５４に発生する。例えば、光の強度の大きい箇所が第２の光導波路５４になる所定の結合長さにおいては、大部分の光は、第３の出射ポート６２に伝搬され、一部分の光は、クロストークとして第２の出射ポート６０に漏れる。従って、方向性光結合器では、結合長さＬを調整することで、第２出射ポート６０と第３出射ポート６２へ出力する光の分岐比を選択することができる。また、光は、基板に対して平行な偏波成分ＴＥと、基板に対して垂直な偏波成分ＴＭとを有している。
【０００４】
図９は、各偏波成分のクロストークを示すグラフである。図９のグラフにおいて、横軸は、結合長さの半分であり、縦軸は、過剰損失である。図９は、第１の入射ポート５８から伝搬した光のほとんどが第３の出射ポート６２へ出力される状態を示している。この場合、第２の出射ポート６０では、出力される光がクロストーク成分となるため、過剰損失が大きい（負のデシベル値における絶対値が大きい）方が好ましく、第３の出射ポート６２では、過剰損失が小さい（デシベル値が０に近い）方が好ましい。図９から分かるように、第３の出射ポート６２における偏波成分ＴＥ、ＴＭの過剰損失は、結合長さが変化してもほぼ変わらない。これに対して、第２の出射ポート６０における偏波成分ＴＥ、ＴＭの過剰損失（クロストーク）は、第２の出射ポート６０へ極わずかな光が伝搬してくるため、偏波成分による位相ずれの影響を大きく受けることになる。例えば、一方の偏波成分ＴＥの過剰損失を最小にする結合長さを選択するとき、他方の偏波成分ＴＭの過剰損失は最小にならない。従って、第２の出射ポート６０における偏波成分ＴＥ、ＴＭの過剰損失を両方とも、−２５ｄＢよりも小さくすることはできない。
【０００５】
特許文献１には、過剰損失の偏波による変動を緩和するために、互いに近接した直線光導波路の幅が異なっている方向性結合器が開示されている。また、幅が狭い方の直線光導波路の両側には、入射ポート及び出射ポートにおける光導波路の幅を共通にするためのテーパ光導波路が、直線光導波路と同軸に設けられている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３０８３３８号公報（図１）
【非特許文献１】國分泰雄、光波光学、共立出版株式会社、1999年、p.50、p.239
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したクロストークをできるだけ小さくすることが望ましい。クロストークを小さくするためには、各偏波成分ＴＥ、ＴＭの位相を変化させ、互いに近づけることが考えられる。
また、特許文献１に開示されている方向性光結合器は、互いに近接した直線光導波路の幅が異なり、方向性光結合器として非対称であるので、第１の入射ポート５８から光を入射したときに第３の出射ポート６２へ全て光を伝搬させる０：１００％分岐比をとる回路を得ることが難しい。この文献のような直線光導波路の幅が異なる方向性結合器は、数１０％の分岐を広帯域で歩留まりよく得るために使用されるものである。詳細には、結合長さに対する各出力ポートの強度遷移曲線（sine曲線）の振幅を小さくし、振幅の上端と下端を利用しているので、偏波依存性があっても影響が少なくなる。従って、直線光導波路の幅が異なる構造は、偏波の影響を受けにくいだけであり、偏波成分に応じて異なる干渉長の長さ自体を調整するものではない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、伝搬光の偏波成分の位相特性を変化させることができる方向性光結合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による方向性光結合器は、光結合部を形成するために互いに近接して長手方向に延びるコアとその中心線とを有する２つの直線光導波路と、少なくとも一方の直線光導波路のコアに連結されたコアを有するテーパ光導波路と、を有し、テーパ光導波路のコアの幅は、少なくとも一方の直線光導波路に向かって狭まり、テーパ光導波路の形状は、少なくとも一方の直線光導波路のコアの中心線に対して非対称であることを特徴としている。
【００１０】
このように構成された本発明による方向性光結合器によれば、テーパ光導波路を通って伝搬してきた光は、光結合部を形成するために互いに近接した２つの直線導波路の一方の直線光導波路に入り、その後、所定の干渉周期に従って、２つの直線導波路を交互に乗り移りながら伝搬する。光は、互いに垂直な２つの偏波成分を有している。光結合部を形成するために互いに近接して長手方向に延びるコアとその中心線とを有する２つの直線光導波路と、直線光導波路のコアの中心線に対して非対称な形状のテーパ光導波路とを有する構造にすること、及び、２つの直線導波路のコアの幅を調整し且つ２つの直線光導波路のコア間の距離を調整することによって、光の２つの偏波成分の間の位相を変化させ、それにより、伝搬光の偏波成分の位相特性を変化させることができる。その結果、偏波による過剰損失の変動を緩和することができる。
【００１１】
本発明による方向性光結合器において、好ましくは、直線光導波路のコアの幅及び２つの直線導波路のコア間の距離は、Ｖパラメータ及び結合係数により決定される。
【００１２】
このように構成された方向性光結合器では、伝搬光の波長を変えたとき、２つの直線導波路のコアの幅及び２つの直線光導波路のコア間の距離を容易に決定することができる。
【００１３】
この方向性光結合器において、テーパ光導波路の境界線の少なくとも一部分は直線であってもよいし、曲線であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の方向性光結合器により、伝搬光の偏波成分の位相特性を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明による方向性光結合器の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明による第１の実施形態である方向性光結合器の概略的な平面図である。
【００１６】
図１に示すように、方向性光結合器１は、光結合部を形成するために互いに近接して長手方向１ａに延びる２つの直線光導波路２、３と、２つの直線光導波路２、３の両側にテーパ光導波路４、５、６、７を介して接続された４つの入出力光導波路である曲線光導波路８、９、１０、１１とを有し、これらの光導波路２〜１１は、図１の面と平行に配置された基板１２の上に積層されている。詳細には、各光導波路２〜１１はそれぞれ、コア２ａ〜１１ａと、その周りに配置されたクラッド１３とを有しており、コア２ａ〜１１ａとクラッド１３は、Ｓｉ又はガラス基板等の基板１２の上にポリマー等を積層することによって形成されている。第１の直線光導波路２のコア２ａの一方の端部２ｂは、テーパ光導波路４のコア４ａを介して第１の曲線光導波路８のコア８ａに連結され、他方の端部２ｃは、テーパ光導波路５のコア５ａを介して第２の曲線光導波路９のコア９ａに連結されている。同様に、第２の直線光導波路３のコア３ａの端部３ｃは、テーパ光導波路６のコア６ａを介して第３の曲線光導波路１０のコア１０ａに連結され、他方の端部３ｂは、テーパ光導波路７のコア７ａを介して第４の曲線光導波路１１のコア１１ａに接続されている。第１の曲線光導波路８は、第１の入射ポート８ｐを有し、第２の曲線光導波路９及び第３の曲線光導波路１０はそれぞれ、第２の出射ポート９ｐ及び第３の出射ポート１０ｐを有している。また、本実施形態において、光結合部の結合長さＬは、直線光導波路２、３の長さとする。なお、第１の曲線光導波路８及び第４の曲線光導波路１１は、長手方向１ａにおいて同じ側にある。
【００１７】
本実施形態の方向性結合器１は、長手方向１ａに延びる軸線１ｃ及びそれと垂直に幅方向１ｂに延びる軸線１ｄに対して対称に形成されている。従って、以下、図２を参照して、第１の曲線光導波路８、テーパ導波路４及び第１の直線光導波路２について説明し、その他の光導波路の説明を省略する。
【００１８】
図２は、テーパ光導波路４及びその周囲の概略的な拡大平面図である。図２に示すように、テーパ光導波路４のコア４ａの幅は、直線光導波路２に向かって狭まっている。即ち、直線光導波路２のコア２ａの幅は、曲線光導波路８のコアの幅８ａよりも狭くなっている。なお、本実施形態では、直線光導波路２、３のコア２ａ、３ａの幅Ｗ２ａ、Ｗ３ａは等しく、曲線光導波路８〜１１のコア８ａ〜１１ａの幅は等しい。
【００１９】
また、第１の直線光導波路２のコア２ａは、その中心線２ｄと、第２の直線光導波路３側の境界線２ｅと、それと反対側の境界線２ｆとを有している。また、テーパ光導波路４のコア４ａは、第１の直線光導波路２の境界線２ｅ、２ｆのそれぞれと接続された境界線４ｅ、４ｆを有し、曲線光導波路８のコア８ａは、テーパ光導波路４の境界線４ｅ、４ｆのそれぞれと接続された境界線８ｅ、８ｆを有している。
【００２０】
直線光導波路２の境界線２ｅ、２ｆは直線である。また、テーパ光導波路４のコア４ａは、直線光導波路２のコア２ａの中心線２ｄに対して非対称な平面形状を有している。具体的には、テーパ光導波路４の境界線４ｅ、４ｆは直線であり、境界線４ｅは、直線光導波路２の境界線２ｅと同一直線上に配置され、境界線４ｆは、境界線２ｆと一定の角度をなして接続されている。
【００２１】
また、直線光導波路２のコア２ａとテーパ光導波路４のコア４ａとの間に仮想の第１の仕切り線、即ち、光学的な接続面１４を設け、テーパ光導波路４のコア４ａと曲線光導波路８のコア８ａとの間に仮想の第２の仕切り線、即ち、光学的な接続面１６を設け、第１の仕切り線１４の中点１４ａと第２の仕切り線１６の中点１６ａを結ぶ直線をテーパ光導波路４のコア４ａの中心線４ｄとする。テーパ光導波路４のコア４ａの中心線４ｄは、直線光導波路２のコア２ａの中心線２ｄと一定の角度をなして接続される。また、曲線光導波路８とテーパ光導波路４の光学的な接続面１６において、波面を整合させるために、曲線光導波路８のコア８ａの中心線８ｄの接線の傾きとテーパ光導波路４のコア４ａの中心線４ｄの傾きとが一致していることが好ましい。
【００２２】
第２の直線光導波路３、第４の曲線光導波路１１、及びそれらの間のテーパ光導波路７はそれぞれ、軸線１ｃに対して第１の直線光導波路２、第１の曲線光導波路８、及びテーパ光導波路４と対称に形成されている。第１の直線光導波路２のコア２ａと第２の直線光導波路３のコア３ａとの間の幅方向１ｂの距離ＬＬ、及び、テーパ光導波路４のコア４ａとテーパ光導波路７のコア７ａとの間の幅方向１ｂの距離ＬＴは、軸線１ｃの方向に一定である。
【００２３】
第１の直線光導波路２のコア２ａのコア幅Ｗ２ａ及び第１の直線光導波路２のコア２ａと第２の直線光導波路３のコア３ａとの間の幅方向１ｂの距離ＬＬを決定する第１の方法は、伝搬光の偏波成分の所望の位相特性を得るように、コア幅Ｗ２ａ及び距離ＬＬを試行錯誤により決定する方法である。例えば、波長１５５０ｎｍの光を方向性結合器に伝搬させたときの偏波成分の位相が同じになるように、コア幅Ｗ２ａ及び距離ＬＬをそれぞれ、３μｍ、３．５μｍに決定した。
【００２４】
コア幅Ｗ２ａ及び距離ＬＬを決定する第２の方法は、光導波路パラメータを規格化したＶパラメータ及び結合係数Ｋを用いて算出する方法である。ＶパラメータＶは、式（１）で表わされ、結合係数Ｋは、式（２）で表される。
0004636439.tif 000002
0004636439.tif 000003
式（１）及び式（２）におけるλは伝搬する光の波長、ｎ1はコア２ａの屈折率、Ｗ２ａは直線光導波路２のコア２ａの幅、Δは比屈折率差、βは光結合部の２本の直線光導波路２、３のうち一つが単独で存在する場合のモードの伝搬定数、距離ＬＬは、コア２ａとコア３ａとの間の距離である。また、式(２)におけるκ及びγは、ｋ0＝２π／λとすると、
0004636439.tif 000004
0004636439.tif 000005
で表され、ここで、ｎ3は２本の直線導波路２、３のコア２ａ、３ａの間に介在する材料（クラッド）１３の屈折率である。
【００２５】
第２の方法の一例を具体的に説明する。まず、所定の波長λにおける幅Ｗ２ａ及び距離ＬＬを試行錯誤により決定する。
次いで、各光導波路パラメータ、即ち、所定の波長λ、コア幅Ｗ２ａ、コアの屈折率ｎ1、及び比屈折率差Δを式（１）に代入してＶパラメータを計算する。例えば、波長λが１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）の場合、Ｗ２ａ＝３μｍ、ｎ1＝１．５２７、Δ＝０．００４（０．４％）を式（１）に代入し、Ｖパラメータ値０．８２を得る。次いで、異なる波長におけるコア幅Ｗ２ａを計算するために、得られたＶパラメータ値、コアの屈折率ｎ1及び比屈折率差Δを式（１）に代入する。例えば、方向性結合器に伝搬する光の波長λが１．３１μｍ（１３１０ｎｍ）の場合、Ｖパラメータ値０．８２と、波長１．３１μｍ（１３１０ｎｍ）におけるコアの屈折率ｎ1、比屈折率差Δを式（１）に代入することにより、コア幅Ｗ２ａ＝２．５μｍを計算する。
【００２６】
また、各光導波路パラメータ、即ち、所定の波長におけるコア幅Ｗ２ａ及び距離ＬＬ、伝搬定数β、コアの屈折率ｎ1、及びクラッド１３の屈折率ｎ3を式（２）〜式（４）に代入して、結合係数Ｋを計算する。例えば、波長λが１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）の場合、Ｗ２ａ＝３μｍ、ＬＬ＝３．５μｍ、β＝６．１７μｍ-1、ｎ1＝１．５２７、ｎ3＝１．５２１を式（２）〜式（４）に代入し、結合係数Ｋ＝０．００９２を得る。次いで、異なる波長における距離ＬＬを計算するために、得られた結合係数Ｋ、先に計算されたコア幅Ｗ２ａ、伝搬定数β、コアの屈折率ｎ1、及びクラッド１３の屈折率ｎ3を式（２）〜式（４）に代入する。例えば、方向性結合器に伝搬する光の波長λが１．３１μｍ（１３１０ｎｍ）の場合、結合係数Ｋ＝０．００９２μｍ-1、Ｗ２ａ＝３μｍ、β、ｎ1、ｎ3は前と同じ値を式（２）〜式（４）に代入することにより、距離ＬＬを計算する。
【００２７】
予めＶパラメータ値Ｖ及び結合係数Ｋが分かっていれば、試行錯誤によりコア幅Ｗ２ａ及び距離ＬＬを決定することを省略することができる。
【００２８】
次に、本発明の第１の実施形態による方向性光結合器の動作を説明する。
第１の曲線光導波路８に光を入射すると、テーパ光導波路４を介して直線導波路２に伝搬される。次いで、光は、所定の干渉周期に従って、２つの直線導波路２、３を交互に乗り移りながら長手方向に伝搬し、第２の曲線光導波路９及び／又は第３の曲線光導波路１０から出射される。
【００２９】
テーパ光導波路４の平面形状が直線光導波路２のコア２ａの中心線２ｄに対して非対称構造をなしている又は、テーパ光導波路４のコア４ａの中心線４ｄと直線光導波路２のコア２ａの中心線２ｄとが一定の角度をなしている構造を有し、且つ、試行錯誤により又はＶパラメータ及び結合係数Ｋにより得られる直線導波路２の形状を有する方向性光結合器では、光がテーパ光導波路４から直線光導波路２に入ることにより、基板１２に対して平行な偏波成分ＴＥと、基板１２に対して垂直な偏波成分ＴＭとの間の位相が変化する。例えば、偏波成分ＴＥ、ＴＭ間の位相が近づけられる。それにより、伝搬光の偏波成分の位相特性を変化させることができる。
その結果、例えば、第１の曲線光導波路８から第３の曲線光導波路１０に光を伝搬させる場合、第２の曲線光導波路９の出口における偏波成分ＴＥ、ＴＭの位相を一致させることができ、それにより、クロストークを低減させることができる。
【００３０】
また、試行錯誤により得られたコア幅Ｗ２ａ及び距離ＬＬを有する方向性光結合器の位相特性においても、かかるコア幅Ｗ２ａ及び距離ＬＬと規格化されたＶパラメータ値及び結合係数Ｋとを使用することによって計算されたコア幅Ｗ２ａ及び距離ＬＬを有する方向性光結合器の位相特性においても、第２の曲線光導波路９の出口における偏波成分ＴＥ、ＴＭの位相を一致させることができた。かくして、方向性光結合器に伝搬する光の波長に応じた光結合部の形状を、規格化されたＶパラメータ値及び結合係数Ｋを使用することによって決定することができる。
【００３１】
また、曲線光導波路８とテーパ光導波路４の光学的な接続面１６では、曲線光導波路８のコア８ａの中心線８ｄの傾きとテーパ光導波路４のコア４ａの中心線４ｄの傾きを一致させ、それにより、波面を整合させるので、曲線光導波路８からテーパ光導波路４へ光が伝搬する際に発生する損失を抑えることができる。
【００３２】
次に、本発明による方向性光結合器の第２及び第３の実施形態を説明する。第２及び第３の実施形態は、主として、テーパ光導波路２の平面形状が異なること以外、第１の実施形態と同様であるので、異なる部分だけを説明し、その他の説明を省略する。
【００３３】
図３は、本発明による第２の実施形態のテーパ光導波路及びその周囲を示す平面図である。図３に示すように、テーパ光導波路２０は、コア２０ａと、直線光導波路２の境界線２ｅ、２ｆのそれぞれと接続された境界線２０ｅ、２０ｆとを有している。テーパ光導波路２０のコア２０ａは、直線光導波路２のコア２ａの中心線２ｄに対して非対称な平面形状を有している。具体的には、テーパ光導波路２０の境界線２０ｅ、２０ｆは直線であり、境界線２０ｅ、２０ｆはそれぞれ、直線光導波路２の境界線２ｅ、２ｆと一定の角度をなして接続されている。テーパ光導波路２０の境界線２０ｅは、第１の曲線光導波路８に向かって軸線１ｃへ近づくように接続されていてもよいし、軸線１ｃから遠ざかるように接続されていてもよい。安定した分岐比を実現する場合、図３に示すように、軸線１ｃから遠ざかるように接続するのが好ましい。
【００３４】
また、直線光導波路２のコア２ａとテーパ導波路２０のコア２０ａとの間に仮想の第１の仕切り線１４を設け、テーパ導波路２０のコア２０ａと曲線導波路８のコア８ａとの間に仮想の第２の仕切り線１６を設け、第１の仕切り線１４の中点１４ａと第２の仕切り線１６の中点１６ａを結ぶ直線をテーパ光導波路２０のコア２０ａの中心線２０ｄとする。テーパ光導波路２０のコア２０ａの中心線２０ｄは、直線光導波路２のコア２ａの中心線２ｄと一定の角度をなして接続される。
【００３５】
第２の直線光導波路３、第４の曲線光導波路１１、及びそれらの間のテーパ光導波路２１はそれぞれ、軸線１ｃに対して第１の直線光導波路２、第１の曲線光導波路８、及びテーパ光導波路２１と対称に形成されている。第１の直線光導波路２のコア２ａと第２の直線光導波路３のコア３ａとの間の幅方向１ｂの距離ＬＬは軸線１ｃの方向に一定である。テーパ光導波路２０のコア２０ａとテーパ光導波路２１のコア２１ａとの間の幅方向１ｂの距離ＬＴは、狭すぎると干渉長がバラツキやすい傾向にあるので、安定した干渉長を得る観点では、距離ＬＴは、距離ＬＬに対して同等程度以上であることが好ましい。また、安定した分岐比を得るために、距離ＬＴは、第１の曲線光導波路８及び第４の曲線光導波路１１に向かって大きくなっていることが好ましい。
【００３６】
図４は、本発明による第３の実施形態のテーパ光導波路及びその周囲を示す平面図である。図３に示すように、テーパ光導波路３０は、コア３０ａと、直線光導波路２の境界線２ｅ、２ｆのそれぞれと接続された境界線３０ｅ、３０ｆとを有している。テーパ光導波路３０のコア３０ａは、直線光導波路２のコア２ａの中心線２ｄに対して非対称な平面形状を有している。具体的には、テーパ光導波路３０の境界線３０ｅ、３０ｆは、同じ向きに湾曲した曲線である。
【００３７】
また、直線光導波路２のコア２ａとテーパ導波路３０のコア３０ａとの間に仮想の第１の仕切り線１４を設け、テーパ光導波路３０のコア３０ａと曲線導波路８のコア８ａとの間に仮想の第２の仕切り線１６を設け、第１の仕切り線１４の中点１４ａと第２の仕切り線１６の中点１６ａとの間のテーパ光導波路３０の幅中心を結ぶ曲線をテーパ光導波路３０のコア３０ａの中心線３０ｄとする。テーパ光導波路３０のコア３０ａの中心線３０ｄの中点１４ａにおける接線３０ｄ’は、直線光導波路２のコア２ａの中心線２ｄと一定の角度をなしている。
【００３８】
第２の直線光導波路３、第４の曲線光導波路１１、及びそれらの間のテーパ光導波路３０はそれぞれ、軸線１ｃに対して第１の直線光導波路２、第１の曲線光導波路８、及びテーパ光導波路３１と対称に形成されている。
【００３９】
図５は、本発明の第１の実施形態による方向性光結合器における偏波成分によるクロストークの違いを示すグラフである。図５のグラフにおいて、横軸は、結合長さの半分の長さであり、縦軸は、過剰損失である。図５は、大部分の光が第１の入射ポート８ｐから第３の出射ポート１０ｐに伝搬されている状態を示している。図５から分かるように、第３の出射ポート１０ｐにおける偏波成分ＴＥ、ＴＭの過剰損失は、結合長さが変化してもほぼ変わらない。これに対して、第２の出射ポート９ｐにおける偏波成分ＴＥ、ＴＭの過剰損失（クロストーク）は、結合長さの変化により変化するが、両者の位相はほぼ一致している。従って、偏波成分ＴＥの過剰損失を最小にする結合長さを選択すれば、偏波成分ＴＭの過剰損失も最小になり、両方の偏波成分ＴＥ、ＴＭについて、第２の出射ポート９ｐにおける過剰損失を−２５ｄＢよりも小さくすることができた。
【００４０】
次に、テーパ光導波路が直線光導波路のコアの中心線に対して対称である方向性光結合器を、本発明による方向性光結合器の比較例として説明する。図６は、比較例の方向性光結合器のテーパ光導波路及びその周囲の概略的な拡大平面図である。比較例の方向性光結合器４０は、図１及び図２に示した方向性光結合器１と比較して、直線光導波路２、３のコア２ａ、３ａの中心線２ｄ（コア３ａの中心線の符号は省略）に対して対称なテーパ光導波路４’〜７’(５’及び６’は図示せず)を採用したこと以外、方向性光結合器１と同様の構造を有している。テーパ導波路４’のコア４ａ’とテーパ光導波路７’のコア７ａ’との間の幅方向１ｂの距離ＬＴは、第１の曲線光導波路８及び第４の曲線光導波路１１に向かって小さくなっている。
【００４１】
図７は、図６に示した比較例の方向性光結合器における偏波成分によるクロストークの違いを示したグラフである。図５と同様、図７の横軸は、結合長さの半分の長さであり、縦軸は、過剰損失であり、大部分の光が第１の入射ポート８ｐから第３の出射ポート１０ｐに伝搬している状態を示している。クロストークは、第２の出射ポート９ｐへ伝搬する光量を示す。図７から分かるように、比較例の方向性光結合器４０の第２の出射ポート９ｐにおける偏波成分ＴＥ、ＴＭは、その位相調整を十分に試みても、結合長さが異なってしまう。
このように、テーパ光導波路４’〜７’が直線光導波路２、３のコア２ａ、３ａの中心線２ｄ（コア３ａの中心線の符号は省略）に対して対称である構造では、テーパ導波路４’のコア４ａ’とテーパ光導波路７’のコア７ａ’との間の幅方向１ｂの距離ＬＴを確保する必要がある。従って、第１の直線光導波路２のコア２ａと第２の直線光導波路３のコア３ａとの間の幅方向１ｂの距離ＬＬは、所望の位相特性を得るためにＶパラメータ及び結合係数Ｋから算出される距離ＬＬよりも大きくなる。その結果、クロストークに偏波依存性がでてしまう。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
上記実施形態では、各テーパ光導波路４〜７の平面形状が同じである場合を説明したが、光の偏波成分の調整に応じて、それらの平面形状を変えてもよい。
また、上記第２の実施形態では、距離ＬＴが、第１の曲線光導波路８及び第４の曲線光導波路１１に向かって大きくなっていたけれども、安定した分岐比が得られれば、小さくなっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態である方向性光結合器の概略的な平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である方向性光結合器の部分拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である方向性光結合器の部分拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である方向性光結合器の部分拡大図である。
【図５】本発明による方向性光結合器における各偏波成分のクロストークを示すグラフである。
【図６】比較例の方向性光結合器の部分拡大図である。
【図７】比較例の方向性光結合器における各偏波成分のクロストークを示すグラフである。
【図８】従来技術の方向性光結合器の概略的な平面図である。
【図９】従来技術の方向性光結合器における各偏波成分のクロストークを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１      方向性光結合器
２、３  直線光導波路
２ａ、３ａ  コア
２ｄ    中心線
５、６、７、８、２０、３０  テーパ光導波路
５ａ、６ａ、７ａ、８ａ、２０ａ、３０ａ  コア
５ｅ、５ｆ、２０ｅ、２０ｆ、３０ｅ、３０ｆ  境界線
【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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