(57)【要約】【課題】  波長多重化された信号光を、ＭＭＩを用いて複数の信号光として一様に分岐する光分岐器を提供する。【解決手段】  それぞれ異なる波長を持つ複数の信号光成分を多重化してなる波長多重信号光を入射させて伝送可能であり、当該信号光成分をそれぞれＮ（Ｎ＝２，３，４・・・）個の信号光成分として一様に分岐することによりＮ個の波長多重信号光を出射可能な光分岐器であって、波長多重信号光を伝送可能な光伝送路を備える。光伝送路は、信号光成分ごとに、伝送方向に直交する幅方向に励起されたマルチモードの伝送方向に沿ったモード分散によりＮ個の出射光を生成可能であり、光伝送路は、各信号光成分の波長のうち、最短波長をλ１と、最長波長をλｎとしたとき、λｋ≧（λ１＋λｎ）／２を満足する波長λｋを持つ信号光成分に対して最適化された形状を有する。【選択図】  図１
2005331793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる波長を持つ複数の信号光成分を多重化してなる波長多重信号光を入射させて伝送可能であり、当該信号光成分をそれぞれＮ（Ｎ＝２，３，４・・・）個の信号光成分として一様に分岐することによりＮ個の波長多重信号光を出射可能な光分岐器であって、
前記波長多重信号光を伝送可能な光伝送路を備え、
前記光伝送路は、前記信号光成分ごとに、伝送方向に直交する幅方向に励起されたマルチモードの伝送方向に沿ったモード分散によりＮ個の出射光を生成可能であり、
前記光伝送路は、各前記信号光成分の波長のうち、最短波長をλ１と、最長波長をλｎとしたとき、λｋ≧（λ１＋λｎ）／２を満足する波長λｋを持つ信号光成分に対して最適化された形状を有することを特徴とする、光分岐器。
【請求項２】
前記光伝送路は、λｋ≧λｎを満足する波長λｋを持つ信号光成分に対して最適化された形状を有する、請求項１に記載の光分岐器。
【請求項３】
前記光伝送路は、出射側において、Ｎ個の出射光を分岐可能な前記幅方向の大きさを有する、請求項１に記載の光分岐器。
【請求項４】
さらに、前記波長多重信号光を、前記光導波路の前記幅方向の中心位置に入射させるための入力光伝送路と、
前記Ｎ個の出射光を、前記光導波路の前記幅方向の中心位置に対称に出射させるための出力光伝送路とを備える、請求項１に記載の光分岐器。
【請求項５】
前記光伝送路は、シート形状を有し、前記伝送方向及び前記幅方向に直交する厚さ方向において、前記信号光成分ごとに基本モードのみを励起する、請求項１に記載の光分岐器。
【請求項６】
前記光伝送路は、シート形状を有し、前記伝送方向及び前記幅方向に直交する厚さ方向において屈折率が変化する、請求項１に記載の光分岐器。
【請求項７】
前記光伝送路は、前記厚さ方向の中心付近で屈折率の極大部分を有し、当該極大部分から離れるに従って屈折率がほぼ放物線状に低下する屈折率分布を有する、請求項６に記載の光分岐器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いられる光分岐器及び光結合器に関し、より特定的には、光伝送路を備え、光伝送路を伝送される伝送光をマルチモード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を利用した光分岐器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野において、通信容量を拡大するために複数の信号をそれぞれ異なる波長の信号光に対応させて多重化し、光ファイバ等の単一の光伝送路で伝送する波長分割多重伝送（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：以下、ＷＤＭという）が、研究されている。また、光伝送系のコストダウンを図る目的で、一本の光ファイバを複数の需用者で共有するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）も検討されている。ＷＤＭ方式を用いたＰＯＮにおいて、異なる波長の伝送光を一様に分岐する光分岐器は、重要な役割を果たす。
【０００３】
光分岐器として、古典的なＹ分岐を利用したデバイスと、ＭＭＩを利用したデバイスとが知られている。前者のＹ分岐を利用したデバイスは、波長分散がなく波長依存性を持たないため、ＷＤＭ方式の光分岐器に適している。しかしながら、Ｙ分岐を用いたデバイスは、高精度のＹ字状の構造を形成する必要があるため、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や火炎堆積法等の高コストで難易度の高い製造プロセスが必須となる。また、Ｙ分岐を用いたデバイスは、四分岐以上の多分岐を実現するため、Ｙ字構造を多段に設けた多段型の構造を必要とする。したがって、Ｙ分岐を用いたデバイスを用いて多分岐の光分岐器を製造する場合、歩留まりの低下は避けられず、コストアップがさらに助長されるという問題があった。
【０００４】
一方、後者のＭＭＩを利用したデバイスは、高精度が求められる形状を形成する必要がない。また、ＭＭＩを利用したデバイスは、多分岐の光分岐器であってもＭＭＩを利用することにより多段型の構造を採用する必要がない。したがって、ＭＭＩを用いたデバイスを用いて多分岐の光分岐器を製造する場合、モールド法などの安価な製造プロセスで十分対応でき、コストダウンが可能である。
【０００５】
このようなＭＭＩを利用した光分岐器として、特許文献１及び特許文献２は、単一の波長を持つ信号光を、入射光として入射させ、伝送方向に直交する一方向においてマルチモード干渉を生じさせて所望の数に分岐し、複数の出射光として出射する光伝送路を備える光分岐器を提案している。特許文献１及び特許文献２に記載された光分岐器の光伝送路は、伝送光が所望の数に分岐するように最適化された形状を持つ。
【０００６】
また、特許文献３は、波長多重化された信号光を、入射光として入射させ、伝送方向に直交する一方向において波長ごとにマルチモード干渉を生じさせて、波長に応じて異なる位置から出射光として出射する光伝送路を備える光分波器を提案している。
【特許文献１】特開２００３−５０３３０（第１図）
【特許文献２】特開平１−１５６７０３（第１図）
【特許文献３】特開平８−２０１６４８（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に記載された光分岐器は、特定の単一波長の信号光に対してのみ最適化された形状の光導波路を提案している。したがって、特許文献１及び特許文献２に記載された光分岐器は、設計波長以外の波長の信号光成分を含む波長多重信号光を入射させる適用については一切言及されていない。
【０００８】
また、特許文献３に記載された光分波器は、波長多重信号光を、波長に応じて分波するデバイスであるため、波長多重信号光を入射させて一様に分岐させることはできないという問題があった。
【０００９】
このように、従来、波長多重信号光をＭＭＩを用いて複数の波長多重信号光として一様に分岐する光分岐器は提案されていない。
【００１０】
本発明の目的は、波長多重信号光をＭＭＩを用いて複数の信号光として一様に分岐する光分岐器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、以下の光分岐器により達成される。それぞれ異なる波長を持つ複数の信号光成分を多重化してなる波長多重信号光を入射させて伝送可能であり、当該信号光成分をそれぞれＮ（Ｎ＝２，３，４・・・）個の信号光成分として一様に分岐することによりＮ個の波長多重信号光を出射可能な光分岐器であって、波長多重信号光を伝送可能な光伝送路を備え、光伝送路は、信号光成分ごとに、伝送方向に直交する幅方向に励起されたマルチモードの伝送方向に沿ったモード分散によりＮ個の出射光を生成可能であり、光伝送路は、各信号光成分の波長のうち、最短波長をλ１と、最長波長をλｎとしたとき、λｋ≧（λ１＋λｎ）／２を満足する波長λｋを持つ信号光成分に対して最適化された形状を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、以上の構成を備えているので、複数の信号光成分を含む波長多重信号光を、一様にＮ個に分岐することができ、波長範囲が広帯域化される。
【００１３】
好ましくは、光伝送路は、λｋ≧λｎを満足する波長λｋを持つ信号光成分に対して最適化された形状を有する。また、好ましくは、光伝送路は、出射側において、Ｎ個の出射光を分岐可能な幅方向の大きさを有する。また、好ましくは、波長多重信号光を、光導波路の幅方向の中心位置に入射させるための入力光伝送路と、Ｎ個の出射光を、光導波路の幅方向の中心位置に対称に出射させるための出力光伝送路とを備える。
【００１４】
好ましくは、光伝送路は、シート形状を有し、伝送方向及び幅方向に直交する厚さ方向において、信号光成分ごとに基本モードのみを励起する。本発明は、以上の構成を備えているので、光伝送路の厚さ方向にモード分散を抑制させることができるので、出力側との結合ロスを小さくすることができる。
【００１５】
好ましくは、光伝送路は、シート形状を有し、伝送方向及び幅方向に直交する厚さ方向において屈折率が変化する。本発明は、以上の構成を備えているので、光伝送路の厚さ方向にモード分散を抑制させることがないので、出力側との結合ロスを小さくすることができる。
【００１６】
好ましくはさらに、光伝送路は、厚さ方向の中心付近で屈折率の極大部分を有し、当該極大部分から離れるに従って屈折率がほぼ放物線状に低下する屈折率分布を有する。本発明は、以上の構成を備えているので、光伝送路の厚さ方向にモード分散を抑制させる効果を特に高めることができ、出力側との結合ロスを極めて小さくすることができる。また、本発明は、以上の構成を備えているので、光伝送路と入出力側の構成との間の調整が容易になり生産性の高い光分岐器を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、広い波長範囲に対して波長多重化された信号光をＭＭＩを用いて複数の信号光として一様に分岐する光分岐器及び、それぞれ波長多重化された複数の信号光をＭＭＩによって一つの信号光として結合する光結合器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光二分岐器の概略構成図である。実施の形態１に係る光二分岐器は、スラブ導波路３と、入力シングルモードファイバ４と、２個の出力シングルモードファイバ５，６とを備える。なお、図１において、スラブ導波路３を基準に３次元直交座標系を定義する。図１中、紙面上の左右の方向をｚ方向とする。また、紙面上の上下の方向をｙ方向と、ｚ方向及びｙ方向に直交する方向をｘ方向とする。また、スラブ導波路３において、ｚ方向を伝送方向と、ｙ方向を厚さ方向と、ｘ方向を幅方向と呼ぶ。
【００１９】
スラブ導波路３は、コア１とクラッド２とを含む。コア１は、均質な媒質から構成され、所定の幅（ｘ方向の大きさ、スラブ幅W）と、長さ（ｚ方向の大きさ、スラブ長Ｌ）と、厚さ（ｙ方向の大きさ、膜厚Ｄ）とを持つシート状をなす。
【００２０】
スラブ導波路３のコア１は、それぞれ異なる波長を持つｎ個（ｎ＝２，３，４・・・）の信号光成分を多重化してなる波長多重信号光を伝送することができる。スラブ導波路３のスラブ長Ｌとスラブ幅Ｗは、伝送可能な波長多重信号光に含まれる信号光成分の波長λ１、λ２・・・λｎ−１、λｎ（ただし、λ１＜λ２＜・・・＜λｎ−１＜λｎ）のうち、最も長い波長λｎを持つ信号光成分がＭＭＩにより最適に２分岐されて出射する所定の大きさを有している。スラブ長Ｌとスラブ幅Ｗの最適化については、後で詳述する。
【００２１】
スラブ導波路３のコア１は、伝送可能な波長多重信号光に含まれる信号光成分のすべてに対して、基本モードのみ存在可能な膜厚Ｄを有する。したがって、波長多重信号光は、すべての信号光成分に対して、幅方向にマルチモードで厚さ方向にシングルモードで伝送される。
【００２２】
スラブ導波路３のクラッド２は、コア１よりも屈折率が低い同一材料からなり、コア１の周囲を囲むように配置される。なお、図１において、クラッド２のうち、幅方向の端部に形成される部分は図示を省略している。
【００２３】
なお、クラッド２は、コア１の周囲をすべて同一材料で形成しても、形成しなくてもいずれでもよい。ただし、スラブ導波路３のコア１と幅方向のクラッド２の屈折率差に波長依存性が有ると、ＭＭＩに関与するモードの状態（モード数）が変化し、ＭＭＩ型光二分岐の波長依存性も大きくなる。したがって、実施の形態１に係るスラブ導波路３のように、コア１と幅方向のクラッド２との屈折率差はほぼ一定となる同質系の材料を使用する方がよい。
【００２４】
入力シングルモードファイバ４、２個の出力シングルモードファイバ５及び６は、いずれも、ステップインデックス型の光ファイバである。入力シングルモードファイバ４は、スラブ導波路３の伝送方向の一方端面に接続されている。入力シングルモードファイバ４は、一方端面の幅方向の中心位置に接続されている。２個の出力シングルモードファイバ５及び６は、スラブ導波路３の伝送方向の他方端面に接続されている。出力シングルモードファイバ５及び６は、他方端面の幅方向の中心に対してそれぞれ所定の間隔を隔てた対称な位置に接続されている。なお、出力シングルモードファイバ５及び６は、コア１より大きな径を有するので、スラブ導波路３は、出射側において出力シングルモードファイバ５及び６を並べて配置するスラブ幅が必要である。すなわち、実施の形態１に係る光二分岐器は、出力シングルモードファイバ５及び６が隣接して配置されるスラブ幅Ｗが最小値になる。ｎ個の信号光成分を含む波長多重光７が入力シングルモードファイバ４から、スラブ導波路３のコア１の幅方向中心に入射され、コア１の内部を伝送される。
【００２５】
波長多重光７に含まれる信号光成分は、それぞれ、幅方向にマルチモードで伝送され、厚さ方向はシングルモードで伝送される。各信号光成分は、スラブ導波路３のコア１のスラブ長Ｌとスラブ幅Ｗの所定の大きさに基づいて、各信号光成分がＭＭＩによりコア１の出射側の端部で幅方向に所定の間隔で２個の出射光に対応する像を形成する。また、各信号光成分は、厚さ方向にシングルモードで伝送されるので、厚さ方向にはモード分散は発生せず、出射側の端部においてＭＭＩのような強度分布が発生しない。
【００２６】
出射側の端部に形成された信号光の像は、出射光として、出力シングルモードファイバ５及び６に接続され、それぞれ異なる波長λ１、λ２・・・λｎ−１、λｎ（ただし、λ１＜λ２＜・・・＜λｎ−１＜λｎ）を持つｎ個の信号光成分を含む２個の波長多重光８及び９として出力シングルモードファイバ５及び６の内部を伝送される。以上のようにして、波長多重信号光は、２個の波長多重信号光として一様に二分岐され出射される。
【００２７】
以上のように、実施の形態１に係る光二分岐器は、λ１、λ２・・・λｎ−１、λｎ（ただし、λ１＜λ２＜・・・＜λｎ−１＜λｎ）を持つｎ個の信号光成分を含む波長多重信号光を、一様に二分岐することができる。これは、スラブ導波路３のスラブ長Ｌとスラブ幅Ｗが、伝送可能な信号光成分の波長のうち、最も長い波長λｎについて最適化されていることによる。実施の形態１に係る光二分岐器は、最も長い波長λｎについて最適化されているが、波長λｎを持つ信号光成分だけではなく、他の信号光成分についても良好に二分岐することができ、波長範囲が広帯域化されている。
【００２８】
次に、ＭＭＩを用いた光分岐器において、波長範囲を広帯域化する原理について説明する。ＭＭＩを用いた光分岐器は、透過ロスを指標として波長特性を評価することができる。ここで、透過ロスとは、スラブ導波路のコアを伝送する信号光の内、出力シングルモードファイバのような出力側の伝送路に結合しないで、損失されてしまう信号光の強度を意味する。透過ロスは、スラブ導波路のコア内での分岐ロスと、スラブ導波路で分岐した光と出力シングルモードファイバの結合ロスを主たる原因とする。従って、透過ロスの波長特性は、分岐ロスの波長特性と、結合ロスの波長特性とによってほぼ決定される。
【００２９】
分岐ロスは、スラブ導波路の形状により決定される。以下、スラブ導波路の形状に起因する波長依存性を計算する。一般に、マルチモードで信号光を伝送するスラブ導波路において、一方端面の幅方向の中心に入射させた信号光をＭＭＩにより他方端面の幅方向中心に対して対称な位置にＮ個に分岐して出力するための条件は、近似的に以下の（式１）で表すことができる。
【数１】
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【００３０】
ただし、（式１）において、スラブ長をＬと、コアを伝送される信号光の波長に対する屈折率をｎと、コアを伝送される信号光の波長をλと、幅方向の基本モード幅を Ｗ0と、かっこ内を正にする任意の整数をｐとしている。ここで、基本モード幅 Ｗ0は、スラブ導波路をマルチモードで伝送される信号光の内、基本モード幅に対応し、スラブ導波路のスラブ幅Ｗにほぼ等しい値を持つ。
【００３１】
スラブ長Ｌが（式１）を満足する場合、スラブ導波路の幅方向の中心に入射した信号光は、幅方向の中心に関して対称に Ｗ0／Ｎの間隔でＮ個に分岐され、スラブ導波路から出射する。スラブ導波路は、よりコンパクトに形成する方が望ましいので、一般的にｐ＝０が使用される。実施の形態１に係る光分岐器のように、二分岐（Ｎ＝２）の場合、スラブ導波路のスラブ長Ｌは、ｐ＝０として（式２）で表される。
【数２】
2005331793.tif 000004
【００３２】
スラブ導波路のスラブ長Ｌの波長特性は、（式２）を、波長λで微分した式で表される。（式２）を波長λで微分することにより、（式３）を得る。
【数３】
2005331793.tif 000005
【００３３】
波長範囲として１．３μｍ〜１．５５μｍを考えた場合、この波長範囲に対応するスラブ導波路のコアの屈折率変化は、０．０２程度である。したがって、以下の（式４）に示すように、かっこ内の第１項は第２項より十分小さく、無視できる。
【数４】
2005331793.tif 000006
【００３４】
（式４）の関係を利用して（式３）を変形し、以下の（式５）を得る。
【数５】
2005331793.tif 000007
（式５）から分かるように、スラブ導波路の波長特性は、スラブ導波路のコアの屈折率ｎと、基本モード幅Ｗ0とをパラメータとし、ほぼ波長λの自乗に反比例する。すなわち、分岐ロスを考えた場合、スラブ導波路は、波長λが短くなるほど分岐ロスが大きくなる波長特性を持つ。
【００３５】
なお、（式５）から分かるように、スラブ導波路の波長特性は、コアの屈折率ｎと、基本モード幅Ｗ0をパラメータとしている。したがって、これらのパラメータを最適化することにより、波長依存性を低減することができる。すなわち、スラブ導波路の波長依存性は、コアの屈折率ｎを小さくすること、及び基本モード幅 Ｗ0に対応するスラブ導波路のスラブ幅Ｗを小さくすることにより低減可能である。
【００３６】
コアの材料は、スラブ導波路の信頼性やコストなどを考慮すると、汎用的なガラスや樹脂に限定される。このため、スラブ導波路の波長特性を改善するために、コアの屈折率ｎを小さくして波長依存性を低減することは現実的でない。実際には、スラブ導波路は、スラブ幅Ｗを小さくすることにより波長特性を改善して、波長依存性を低減させている。スラブ幅Ｗの最適化については、後述する。
【００３７】
一方、スラブ導波路３で分岐した信号光と、出力シングルモードファイバ５及び６との間の結合ロスを考える。通常、マルチモードで伝送される信号光は、波長λが長くなるほどモードの広がりが大きくなる。したがって、マルチモードで伝送される信号光は、波長λが長くなるほど結合ロスが大きくなる。すなわち、結合ロスを考えた場合、スラブ導波路と波長λとは、波長λが長くなるほど結合ロスが大きくなる関係を持つ。
【００３８】
以上の通り、ＭＭＩを用いた光分岐器の透過ロスの波長特性は、波長λが短くなるほどロスが大きくなる分岐ロスに起因する波長特性と、波長λが長くなるほどロスが大きくなる結合ロスに起因する波長特性とを加算した特性を示すことになる。
【００３９】
このように、分岐ロスと結合ロスとは波長λに対して逆の相関を持つので、両者が相殺するようにスラブ導波路の形状を決定することにより、スラブ導波路のスラブ長Ｌの最適化を図ることができる。
【００４０】
以下、図２〜図４を参照しながら、具体的に透過ロスの波長特性を用いたスラブ長Ｌの最適化を説明する。図２及び図３は、ＭＭＩを用いた光二分岐器において、スラブ導波路のスラブ幅Ｗを変化させた場合の波長特性を示すグラフである。図２は、波長λ＝１．７μｍでスラブ長Ｌを最適化した場合の波長特性を示す。なお、コアの屈折率ｎをほぼ１．５とすると、波長λ＝１．７μｍで最適化されたスラブ長は、約２９２μｍに相当する。図３は、波長λ＝１．３μｍでスラブ長Ｌを最適化した場合の波長特性を示す。なお、コアの屈折率ｎをほぼ１．５とすると、波長λ＝１．３μｍで最適化されたスラブ長は、約３３３μｍに相当する。
【００４１】
図２及び図３において、グラフの横軸は、波長λである。また、グラフの縦軸は、２分岐の透過ロスに相当し、スラブ導波路のコアの内部を伝送する信号光の強度と、出力シングルモードファイバに結合され伝送された信号光の強度と間の比を信号利得としてｄＢを単位に表した量である。したがって、０ｄＢであれば、透過ロスが全くなく、スラブ導波路のコアの内部を伝送する信号光が、そのまま出力シングルモードファイバに結合していることに対応する。また、図２及び図３において、スラブ幅Ｗは、ＭＭＩを発生させる最小幅である１５μｍから５μｍピッチで３０μｍまで変化させている。
【００４２】
図２において、波長λ＝１．７μｍでスラブ長Ｌを最適化した場合、スラブ幅Ｗが大きくなるほど、短波長側で波長依存性が顕著になり、全体として波長特性が平坦になる範囲が狭くなっていることが分かる。すなわち、波長λ＝１．７μｍでスラブ長Ｌを最適化した場合、スラブ幅Ｗが大きくなるほど、分岐ロスの影響が大きくなっている。ただし、スラブ幅Ｗ＝１５μｍでは、分岐ロスの影響は小さい。
【００４３】
図３において、波長λ＝１．３μｍでスラブ長Ｌを最適化した場合、スラブ幅Ｗが大きくなるほど、長波長側で波長依存性が顕著になり、全体として波長特性が平坦になる範囲が狭くなっていることが分かる。すなわち、波長λ＝１．３μｍでスラブ長Ｌを最適化した場合、スラブ幅Ｗが大きくなるほど、結合ロスの影響が大きくなっている。
【００４４】
図２及び図３をまとめると、波長特性が平坦になる範囲が最も広いのは、スラブ幅Ｗ＝２０μｍの場合である。スラブ幅Ｗは小さいほど、透過ロスを低減することができるが、スラブ幅Ｗが小さくなりすぎると、結合ロスに基づく波長特性が顕著になるため、透過ロスが波長の増加に対して単調に増加するように線形的になる。このように、スラブ幅Ｗが小さくなりすぎると、全波長領域に渡っての透過ロスの変化がかえって大きくなるので、スラブ幅Ｗは小さ過ぎる（Ｗ＝１５μｍ）よりも、短波長側での透過ロスが長波長側での透過ロスの増加程度に増える（Ｗ＝２０μｍ）方がロスの波長依存性が抑えられ、波長特性を平坦にすることができる。したがって、スラブ幅Ｗは、分岐に必要なモードが励起される最小幅よりも少し大きい値がよい。
【００４５】
図４は、ＭＭＩを用いた光二分岐器において、スラブ導波路のスラブ長Ｌを変化させた場合の波長特性を示すグラフである。図４において、スラブ幅Ｗを２０μｍとし、スラブ長Ｌを、１２００ｎｍから１００ｎｍピッチで１７００ｎｍまで及び１５５０ｎｍの各波長に対して最適化した場合の波長特性を示している。
【００４６】
図４において、グラフの横軸は、波長λである。また、グラフの縦軸は、２分岐の透過ロスに相当し、スラブ導波路のコアの内部を伝送する信号光の強度と、出力シングルモードファイバに結合され伝送された信号光の強度と間の比を信号利得としてｄＢを単位に表した量である。したがって、０ｄＢであれば、透過ロスが全くなく、スラブ導波路のコアの内部を伝送する信号光が、そのまま出力シングルモードファイバに結合していることに対応する。
【００４７】
図４より、スラブ長が長いほど、言い換えると、スラブ長Ｌを最適化する際の波長λが長いほど、透過ロスの波長特性が平坦化されることが分かる。これは、スラブ長Ｌを最適化する際の波長λが長いほど、結合ロスの波長特性（波長に対して結合ロスが正の相関を持ち、単調増加する）を分岐ロスの波長特性（短波長側での波長に対して分岐ロスが負の相関）が適当に補正するからである。特に、グラフ中、波長１５００ｎｍ〜１７００ｎｍに対して最適化されたスラブ長は、実用的な通信波長帯域である波長範囲１３００〜１５５０ｎｍにおいて透過ロスが平坦になっている。
【００４８】
図５は、スラブ導波路に信号光を入射端の幅方向の中心に入射させた時の電界分布のシミュレーション結果である。図５において、（ａ）は信号光の波長が、１．３μｍ（１３００ｎｍ）である場合に対応し、（ｂ）は信号光の波長が、１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）である場合に対応する。なお、図５のシミュレーションは、幅２０μｍ、長さ９００μｍのスラブ導波路に対して行っている。
【００４９】
最適化されたスラブ長Ｌの位置の切断面における電界分布は、出射端での電界分布に対応する。したがって、信号光の伝送方向の電界分布を調べることにより、スラブ長Ｌと透過ロスの波長特性との関係を明らかにすることができる。図５に示した電界分布のシミュレーション結果の内、出射端面の電界分布の分離具合が分岐ロスに関係し、分離した光の電界分布の広がりが結合ロスに関係する。
【００５０】
また、電界分布は励起されるモードの状態で決定されるので、スラブ幅Ｗを大きくした時の電界分布は波長λを短くした時の電界分布に対応する。したがって、この性質を利用すると、波長λを変化させることによりスラブ幅Ｗと波長特性の関係のメカニズムを推測することができる。
【００５１】
はじめに、スラブ幅Ｗと波長特性の関係について説明する。図５の（ａ）と（ｂ）とを比較した場合、（ａ）に記載した波長λ＝１．３μｍ（１３００ｎｍ）を伝送した場合の方が、（ｂ）に記載した波長λ＝１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）を伝送した場合よりも、等電位線が密になっており、電界分布の強弱が大きくなっている。これは、伝送される信号光の波長λが短い方が、より多くのモードが励振され易く、モード干渉時の強度のコントラストがつき易いからである。この関係をスラブ幅に置き換えると、スラブ幅Ｗが大きい方が、より多くのモードが励振され易く、モード干渉時の強度のコントラストが顕著になるという現象に対応する。
【００５２】
このように、スラブ幅Ｗが大きい（伝送される信号光の波長λが短い）場合、スラブ長Ｌの変化に対する電界強度の変化が大きくなるので、最適化された波長以外の波長では分岐ロスが大きく変化する。すなわち、スラブ幅Ｗが大きい（伝送される信号光の波長λが短い）場合、短い波長λに対して最適化したスラブ長Ｌは長波長側での分岐ロスが大きく、長い波長λに対して最適化したスラブ長Ｌは短波長側での分岐ロスが大きくなる。
【００５３】
また、スラブ幅Ｗが小さい（伝送される信号光の波長λが長い）場合、電界強度の変化が緩やかになるため、スラブ長Ｌの変化による電界強度の変化は小さい。また、一般に波長λが長い方が電界分布の範囲も大きくなるので、スラブ長Ｌの最適化波長に関係なく結合ロスが大きくなる。この結果、スラブ幅Ｗが小さい（伝送される信号光の波長λが長い）場合、透過ロスは結合ロスが主要因となり波長λに対して単調増加になる。
【００５４】
この性質を利用して、スラブ幅Ｗの大きさは、長波長側での結合ロスの増加とバランスする程度に短波長側で分岐ロスが生じるように設計することが可能である。このようなスラブ幅Ｗを採用することにより、長波長側での結合ロスと短波長側で分岐ロスとをキャンセルさせ波長特性を平坦化することができる。
【００５５】
次に、スラブ長Ｌと波長特性の関係について説明する。図５の（ａ）と（ｂ）とを比較した場合、（ａ）に記載した波長λ＝１．３μｍ（１３００ｎｍ）の信号光を伝送した場合の方が、（ｂ）に記載した波長λ＝１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）の信号光を伝送した場合より多くのモードが励振されるため、電界強度のコントラストが強い。また、（ａ）に記載した波長λ＝１．３μｍ（１３００ｎｍ）の信号光を伝送した場合の方が、（ｂ）に記載した波長λ＝１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）の信号光を伝送した場合より波長が短いため、分岐した信号光の分布における集中度が高く、分岐が持続する伝送方向の大きさが大きい。
【００５６】
図５において、波長λ＝１．７０μｍで最適化したスラブ長Ｌの位置で切断した時の出射端での電界分布は、（ａ）に記載した波長λ＝１．３μｍ（１３００ｎｍ）の信号光を伝送した場合と、（ｂ）に記載した波長λ＝１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）の信号光を伝送した場合との間で、強度、分布とも大きな差が見られない。したがって、波長λ＝１．７０μｍで最適化したスラブ長Ｌを持つスラブ導波路は、いずれの波長の信号光を伝送した場合であっても、透過ロスの波長特性は平坦である。
【００５７】
一方、波長λ＝１．３０μｍで最適化したスラブ長Ｌの位置で切断した時の出射端での電界分布は、波長λ＝１．３０μｍ（１３００ｎｍ）の信号光を伝送した場合、極大強度を含む集中した分布であるのに対して、波長λ＝１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）の信号光を伝送した場合、分岐がやや不鮮明になるほど電界分布が広がっている。このように、波長λ＝１．３０μｍで最適化したスラブ長Ｌを持つスラブ導波路は、透過ロスの波長特性が波長λ＝１．３０μｍの信号光を伝送した場合、低ロスであるが、波長λ＝１．５５μｍの信号光を伝送した場合、透過ロスが増大する。
【００５８】
図２〜図４を参照して説明した数値計算結果と、図５を参照して説明した電界分布シミュレーション結果とを用いて、スラブ導波路３のコア１の形状は、長波長の信号光成分に対して最適化することにより、一様に分岐する波長範囲を広帯域化できることを示した。
【００５９】
以上説明したように、実施の形態１に係る光二分岐器は、スラブ導波路３のスラブ長Ｌとスラブ幅Ｗが、伝送可能な信号光成分の波長のうち、最も長い波長λｎについて最適化されているので、波長λ１、λ２・・・λｎ−１、λｎ（ただし、λ１＜λ２＜・・・＜λｎ−１＜λｎ）を持つｎ個の信号光成分を含む波長多重信号光を、一様に二分岐することができ、波長範囲が広帯域化されている。
【００６０】
実施の形態１に係る光二分岐器は、スラブ導波路３のスラブ長Ｌとスラブ幅Ｗが、伝送可能な信号光成分の波長のうち、最も長い波長λｎについて最適化されているが、一般に長波長側であれば波長特性の改善を図ることが可能である。また、最適化する波長は、必ずしもスラブ導波路３のコア１内を伝送可能である必要はない。例えば、１．３μｍの信号光成分と１．５５μｍの信号光成分との２個を伝送可能なスラブ導波路において、実際には伝送されない１．５μｍや１．７μｍの波長を用いて最適化してもよい。いずれの場合であっても広帯域化の効果を得ることができる。
【００６１】
以上より、スラブ導波路３は、各信号光成分の波長のうち、最短波長をλ１と、最長波長をλｎとしたとき、λｋ≧（λ１＋λｎ）／２を満足する波長λｋを持つ信号光成分に対して最適化された形状を有していればよい。スラブ導波路３は、この波長λｋにより形状を最適化することにより広帯域化することが可能になる。なお、波長λｋは、スラブ導波路３のコア１内を実施に伝送される波長であってもなくてもいずれでもよい。
【００６２】
ただし、実施の形態１に係る光二分岐器のように、より長波長を用いて最適化した方がよいので、波長λｋはλｋ≧λｎを満足することが望ましい。波長λｋがλｎより大きいことにより、広帯域化の効果がより顕著になる。
【００６３】
なお、実施の形態１は、光二分岐器に適用した例であったが、分岐数は二分岐に限られない。実施の形態１において説明した方法は、ＭＭＩを利用することにより、一般にＮ（Ｎ＝２，３，４・・・）個に分岐する光分岐器に対して適用可能である。
【００６４】
なお、実施の形態１は、スラブ導波路のコアの幅方向の中心に多重信号光を入射させた例であったが、入射位置は幅方向の中心に限られない。実施の形態１において、信号光は、ＭＭＩを利用することにより、幅方向の中心から所定の距離だけ離れた位置に入射させてもよい。
【００６５】
なお、実施の形態１に係る光二分岐器は、スラブ導波路３のコア１と幅方向のクラッド２の屈折率差の波長依存性が小さい場合を説明したが、コア１とクラッド２との間の屈折率差の波長依存性が大きく存在していてもよい。ただし、スラブ導波路３のコア１と幅方向のクラッド２の屈折率差の波長依存性により、波長変化によって励振するモード数に変化が無いか、あるいは、モード数が増加する場合（言い換えれば、屈折差が小さくならない場合）は、屈折率差の波長依存性が小さい場合と同様の最適化法を用いて透過ロスの波長特性の改善が可能である。
【００６６】
しかしながら、スラブ導波路３のコア１と幅方向のクラッド２の屈折率差の波長依存性により、波長変化によってモード数が減少する場合（言い換えれば、屈折差が小さくなる場合）は、分岐時の電界分布が大きく変化するので透過ロスの波長特性の改善は不可能であるし、分岐自体も困難になる。
【００６７】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る光二分岐器の概略構成図である。実施の形態２に係る光二分岐器は、概略構成が実施の形態１に係る光二分岐器と同一であるため、以下の説明では相違する部分のみを記載し、共通の構成の説明を省略する。なお、図６において、図１で説明した実施の形態１に係る光二分岐器と同一の構成は、同一の符号を付してある。
【００６８】
実施の形態２に係る光二分岐器は、スラブ導波路１０が厚さ方向に屈折率分布を有し、波長多重光を厚さ方向にマルチモードで伝送する点と、入力側に入力マルチモードファイバ１１が配置され、出力側に出力マルチモードファイバ１２及び１３が配置されている点が、実施の形態１に係る光二分岐器と相違する。
【００６９】
スラブ導波路１０は、厚さ方向の中心付近で屈折率の極大部分を有し、当該極大部分から離れるに従って屈折率がほぼ放物線状に低下する屈折率分布を有する光伝送路である。スラブ導波路１０のスラブ長Ｌとスラブ幅Ｗは、スラブ導波路３と同様に、伝送可能な波長多重信号光に含まれる信号光成分の波長λ１、λ２・・・λｎ−１、λｎ（ただし、λ１＜λ２＜・・・＜λｎ−１＜λｎ）のうち、最も長い波長λｎを持つ信号光成分がＭＭＩにより最適に２分岐されて出射する所定の大きさを有している。
【００７０】
スラブ導波路１０内を伝送される波長多重信号光は、厚さ方向断面において中心付近の極大部分を対称軸とし蛇行しながら進行し、モード分散を発生させない。このため、スラブ導波路１０は、スラブ導波路３と同様に幅方向のモード分散のみを考慮すればよく、実施の形態１の議論と全く同様に取り扱うことができる。
【００７１】
実施の形態２に係る光二分岐器は、スラブ導波路１０のスラブ長Ｌとスラブ幅Ｗが、伝送可能な信号光成分の波長のうち、最も長い波長λｎについて最適化されているので、波長λ１、λ２・・・λｎ−１、λｎ（ただし、λ１＜λ２＜・・・＜λｎ−１＜λｎ）を持つｎ個の信号光成分を含む波長多重信号光を、一様に二分岐することができ、波長範囲が広帯域化されている。
【００７２】
また、実施の形態２に係るスラブ導波路１０は、厚さ方向の中心付近で屈折率の極大部分を有し、当該極大部分から離れるに従って屈折率がほぼ放物線状に低下する屈折率分布を有するので、入出力側にマルチモードファイバなどのマルチモード光伝送路を用いることができる。したがって、実施の形態２に係る光二分岐器は、シングルモードファイバを用いる場合よりも接続の調整が容易であり、生産性が高い。
【００７３】
なお、実施の形態２は、光二分岐器に適用した例であったが、分岐数は二分岐に限られない。実施の形態１において説明した方法は、ＭＭＩを利用することにより、一般にＮ（Ｎ＝２，３，４・・・）個に分岐する光分岐器に対して適用可能である。
【００７４】
なお、実施の形態２は、スラブ導波路のコアの幅方向の中心に多重信号光を入射させた例であったが、入射位置は幅方向の中心に限られない。実施の形態２において、信号光は、ＭＭＩを利用することにより、幅方向の中心から所定の距離だけ離れた位置に入射させてもよい。
【００７５】
なお、実施の形態１及び実施の形態２で説明した光分岐器は、入出力関係を逆に使用し
光結合器として用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、波長多重された信号光を伝送する光通信において光分岐器に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光二分岐器の概略構成図
【図２】ＭＭＩを用いた光二分岐器において、スラブ導波路のスラブ幅Ｗを変化させた場合の波長特性を示すグラフ
【図３】ＭＭＩを用いた光二分岐器において、スラブ導波路のスラブ幅Ｗを変化させた場合の波長特性を示すグラフ
【図４】ＭＭＩを用いた光二分岐器において、スラブ導波路のスラブ長Ｌを変化させた場合の波長特性を示すグラフ
【図５】スラブ導波路に信号光を入射端の幅方向の中心に入射させた時の電界分布のシミュレーション結果
【図６】本発明の実施の形態２に係る光二分岐器の概略構成図
【符号の説明】
【００７８】
１  コア
２  クラッド
３  スラブ導波路
４  入力シングルモードファイバ
５  出力シングルモードファイバ
６  出力シングルモードファイバ
７  波長多重光
８  波長多重光
９  波長多重光
１０  スラブ導波路
１１  入力マルチモードファイバ
１２  出力マルチモードファイバ
１３  出力マルチモードファイバ
【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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