(57)【要約】【課題】  出力の分岐比のばらつきを改善すると共に、損失を抑えたスターカプラを提供する。【解決手段】  主導波路４の一端には複数の入力側分岐導波路５が形成され、他端には複数の出力側分岐導波路６が形成される。入力側分岐導波路５を構成する曲線部の中の最小曲率半径が、出力側分岐導波路６を構成する曲線部の中の最小曲率半径より小さくなるように導波路形状が設定され、入力側分岐導波路５は低次のモードの光から高次のモードの光を励起する。また、出力側分岐導波路６は入力側分岐導波路５で励起された高次のモードの光を伝搬する。【選択図】        図１
2005250270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主導波路の両端がそれぞれ複数の分岐導波路に分割された光回路を有するスターカプラにおいて、
前記分岐導波路は、前記主導波路の一端に形成され、それぞれが曲線部を有する複数の入力側分岐導波路と、前記主導波路の他端に形成され、それぞれが曲線部を有する複数の出力側分岐導波路とから構成され、
前記入力側分岐導波路は低次のモードの光から高次のモードの光を励起する高次モード励起手段を備えると共に、前記出力側分岐導波路は前記入力側分岐導波路で励起された高次のモードの光を伝搬する高次モード伝搬手段を備えた
ことを特徴とするスターカプラ。
【請求項２】
前記高次モード励起手段および前記高次モード伝搬手段は、前記入力側分岐導波路を構成する曲線部の中の最小曲率半径が、前記出力側分岐導波路を構成する曲線部の中の最小曲率半径より小さくなるように導波路形状を設定したものである
ことを特徴とする請求項１記載のスターカプラ。
【請求項３】
前記入力側分岐導波路の延在方向の導波路長を、前記出力側分岐導波路の延在方向の導波路長より短くした
ことを特徴とする請求項２記載のスターカプラ。
【請求項４】
前記入力側分岐導波路および前記出力側分岐導波路は、前記主導波路の延在方向に対して対称に広がる形状で、
最も外側の入力側分岐導波路が前記入力側分岐導波路の中で最小曲率半径を有し、
最も外側の出力側分岐導波路が前記出力側分岐導波路の中で最小曲率半径を有する
ことを特徴とする請求項２記載のスターカプラ。
【請求項５】
前記高次モード励起手段および前記高次モード伝搬手段は、前記入力側分岐導波路を構成する曲線部の曲率不連続点が、前記出力側分岐導波路を構成する曲線部の曲率不連続点より多くなるように導波路形状を設定したものである
ことを特徴とする請求項１記載のスターカプラ。
【請求項６】
前記高次モード励起手段および前記高次モード伝搬手段は、前記入力側分岐導波路を構成する曲線部の最大曲率変化率が、前記出力側分岐導波路を構成する曲線部の最大曲率変化率より大きくなるように導波路形状を設定したものである
ことを特徴とする請求項１記載のスターカプラ。
【請求項７】
前記高次モード励起手段および前記高次モード伝搬手段は、前記入力側分岐導波路の最大比屈折率差より、前記出力側分岐導波路の最大比屈折率差を大きくする屈折率調整手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載のスターカプラ。
【請求項８】
前記入力側分岐導波路および前記出力側分岐導波路の少なくとも一方は、前記主導波路が複数に分割されて第１の分岐導波路が形成され、前記第１の分岐導波路が更に複数に分割されて第２の分岐導波路が形成され、以降、所定のチャネル数に達するまで分割されて分岐導波路が形成される
ことを特徴とする請求項１記載のスターカプラ。
【請求項９】
前記入力側分岐導波路の中で最も外側に配置される入力側分岐導波路と、前記出力側分岐導波路の中で最も外側に配置される出力側分岐導波路を比較して、
前記入力側分岐導波路を構成する曲線部の中の最小曲率半径を、前記出力側分岐導波路を構成する曲線部の中の最小曲率半径より小さくする構成か、
前記入力側分岐導波路を構成する曲線部の曲率不連続点を、前記出力側分岐導波路を構成する曲線部の曲率不連続点より多くする構成か、
前記入力側分岐導波路を構成する曲線部の最大曲率変化率を、前記出力側分岐導波路を構成する曲線部の最大曲率変化率より大きくする構成か、
前記入力側分岐導波路の最大比屈折率差より、前記出力側分岐導波路の最大比屈折率差を大きくする構成の中の少なくとも１つの構成を備えた
ことを特徴とする請求項８記載のスターカプラ。
【請求項１０】
少なくとも前記入力側分岐導波路は折り曲げ自在に構成され、
前記高次モード励起手段は、前記入力側分岐導波路を所定の形状に折り曲げる曲げ手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載のスターカプラ。
【請求項１１】
主導波路の一端に複数の入力側分岐導波路が形成され、他端に複数の出力側分岐導波路が形成されたスターカプラと、
前記複数の入力側分岐導波路にそれぞれ形成された入力ポートと対向して配置される複数の発光素子と、
前記複数の出力側分岐導波路にそれぞれ形成された出力ポートと対向して配置される複数の受光素子とを備え、
前記入力側分岐導波路は低次のモードの光から高次のモードの光を励起する高次モード励起手段を備えると共に、前記出力側分岐導波路は前記入力側分岐導波路で励起された高次のモードの光を伝搬する高次モード伝搬手段を備えた
ことを特徴とする光集積回路。
【請求項１２】
前記高次モード励起手段および前記高次モード伝搬手段は、前記入力側分岐導波路を構成する曲線部の中の最小曲率半径が、前記出力側分岐導波路を構成する曲線部の中の最小曲率半径より小さくなるように導波路形状を設定したものである
ことを特徴とする請求項１１記載の光集積回路。
【請求項１３】
前記高次モード励起手段および前記高次モード伝搬手段は、前記入力側分岐導波路を構成する曲線部の曲率不連続点が、前記出力側分岐導波路を構成する曲線部の曲率不連続点より多くなるように導波路形状を設定したものである
ことを特徴とする請求項１１記載の光集積回路。
【請求項１４】
前記高次モード励起手段および前記高次モード伝搬手段は、前記入力側分岐導波路を構成する曲線部の最大曲率変化率が、前記出力側分岐導波路を構成する曲線部の最大曲率変化率より大きくなるように導波路形状を設定したものである
ことを特徴とする請求項１１記載の光集積回路。
【請求項１５】
前記高次モード励起手段および前記高次モード伝搬手段は、前記入力側分岐導波路の最大比屈折率差より、前記出力側分岐導波路の最大比屈折率差を大きくする屈折率調整手段を備えた
ことを特徴とする請求項１１記載の光集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主導波路の一端に複数の入力側分岐導波路を備え、他端に複数の出力側分岐導波路を備えて、光信号を複数に分岐するスターカプラおよび光集積回路に関する。詳しくは、入力側分岐導波路で高次モードの光を励起し、出力側分岐導波路で高次モードの光を放射することなく伝搬できるようにすることで、各出力側分岐導波路への分岐比のばらつきを抑えると共に、各出力側分岐導波路での損失を抑えるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光導波路型マルチモード光スターカプラの分岐導波路は、始点から終端にかけて幅が一定であるものが使用されている。一般的に、スターカプラでは外側の入力ポートからの入光になるほど出力の分岐比が悪くなるという問題があった。
【０００３】
この分岐比のばらつきを改善するため、分岐導波路に始点から終端にかけてテーパを付与した導波路が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３２６９５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スターカプラでは分岐導波路に曲線部が存在し、この曲線部の曲率が損失に関係する。従来のスターカプラは入出力の分岐導波路が対称型でその最小曲率半径は曲線部での損失が少なくなるようできる限り大きくするように設計されている。
【０００６】
導波路にテーパを付与すると、導波路での損失はテーパ量と曲率に依存するため、片方のパラメータを変化させるとそれに合わせもう片方の最適値も変わる。このため、設計が困難になる。
【０００７】
また、入出力の分岐導波路が対称型であるため、両分岐導波路で導波モードが異なるとき、より高次のモードが伝搬される部分に合わせて曲率、テーパ量の設計が行われるため導波路長が長くなる。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決し、出力の分岐比のばらつきを改善すると共に、損失を抑えたスターカプラおよび光集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係るスターカプラは、主導波路の両端がそれぞれ複数の分岐導波路に分割された光回路を有するスターカプラにおいて、分岐導波路は、主導波路の一端に形成され、それぞれが曲線部を有する複数の入力側分岐導波路と、主導波路の他端に形成され、それぞれが曲線部を有する複数の出力側分岐導波路とから構成され、入力側分岐導波路は低次のモードの光から高次のモードの光を励起する高次モード励起手段を備えると共に、出力側分岐導波路は入力側分岐導波路で励起された高次のモードの光を伝搬する高次モード伝搬手段を備えたものである。
【００１０】
本発明に係る光集積回路は、主導波路の一端に複数の入力側分岐導波路が形成され、他端に複数の出力側分岐導波路が形成されたスターカプラと、複数の入力側分岐導波路にそれぞれ形成された入力ポートと対向して配置される複数の発光素子と、複数の出力側分岐導波路にそれぞれ形成された出力ポートと対向して配置される複数の受光素子とを備え、入力側分岐導波路は低次のモードの光から高次のモードの光を励起する高次モード励起手段を備えると共に、出力側分岐導波路は入力側分岐導波路で励起された高次のモードの光を伝搬する高次モード伝搬手段を備えたものである。
【００１１】
本発明に係るスターカプラおよび光集積回路によれば、入力側分岐導波路に入力された光は伝搬モードとして低次のモードから高次のモードが励起され、主導波路に入力する。
【００１２】
例えば、入力側分岐導波路を構成する曲線部の中の最小曲率半径が、出力側分岐導波路を構成する曲線部の中の最小曲率半径より小さくなるように導波路形状を設定することで、入力側分岐導波路に入力した低次のモードの光から高次のモードの光が励起される。
【００１３】
主導波路に入力した光は各出力側分岐導波路に分岐され、各出力側分岐導波路を伝搬される。例えば、出力側分岐導波路の曲線部の最小曲率半径が入力側より大きいことで、入力側分岐導波路で励起された高次モードの光が放射されることなく伝搬される。
【００１４】
また、出力側分岐導波路の比屈折率差を入力側分岐導波路より大きくすることでも、入力側分岐導波路で励起された高次モードの光が放射されることなく伝搬される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のスターカプラでは、入力側分岐導波路で高次モードの光を励起し、出力側分岐導波路で高次モードの光を放射することなく伝搬できるようにすることで、各出力側分岐導波路への分岐比のばらつきが抑えられる。また、各出力側分岐導波路での損失を抑えることができる。
【００１６】
これにより、入力側で励起されるモードに合わせて導波路長と分岐比と損失を最適化することが可能となる。従って、適用箇所に応じた特性の多分岐マルチモード光スターカプラを好収率に製造することが可能となる。
【００１７】
本発明の光集積回路では、上述したスターカプラを用いることで、マルチモード光通信システムの信頼性を向上させ安価なシステムの構築が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明のスターカプラおよび光集積回路の実施の形態について説明する。なお、以下に例示する実施の形態は具体的に説明するものであって本発明の実施態様や発明範囲を限定するものではない。
【００１９】
〈スターカプラの第１の実施の形態〉
図１は第１の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。第１の実施の形態のスターカプラ１ａは、コア２とこのコア２より屈折率が低いクラッド３を有する平面型光導波路で、コア２を構成する主導波路４と入力側分岐導波路５および出力側分岐導波路６によって光信号の結合および分岐が行える光回路が形成される。なお、図１ではスターカプラ１ａの縦横の比率等、各部の寸法の関係は正確ではない。
【００２０】
主導波路４は一様な幅を有し、一端に複数本の入力側分岐導波路５（１）〜５（６）が形成され、他端に複数本の出力側分岐導波路６（１）〜６（６）が形成される。なお、入力側分岐導波路５および出力側分岐導波路６の本数は任意であるが、第１の実施の形態のスターカプラ１ａではそれぞれ６本として説明する。
【００２１】
各入力側分岐導波路５（１）〜５（６）は一様な幅を有し、それぞれの端部に入力ポート５ａが形成され、各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）も一様な幅を有し、それぞれの端部に出力ポート６ａが形成される。
【００２２】
そして、各入力側分岐導波路５（１）〜５（６）は曲線部を有する曲がり導波路として構成され、主導波路４に集合する。また、各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）も曲線部を有する曲がり導波路として構成され、主導波路４から分岐する。
【００２３】
第１の実施の形態のスターカプラ１ａでは、各入力側分岐導波路５（１）〜５（６）と各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）は、それぞれ一様な曲率半径を有する円弧を組み合わせた曲がり導波路として構成される。
【００２４】
更に、入力側分岐導波路５（１）〜５（６）は光の伝搬モードとして高次のモードが励起される高次モード励起手段を備え、出力側分岐導波路６（１）〜６（６）は高次のモードの光が伝搬される高次モード伝搬手段を備える。
【００２５】
具体的には、第１の実施の形態のスターカプラ１ａでは、高次モード励起手段および高次モード伝搬手段として、入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６で曲率半径を異ならせ、入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６を非対称な形状とする。
【００２６】
すなわち、入力側分岐導波路５（１）〜５（６）を構成する円弧の曲率半径を、出力側分岐導波路６（１）〜６（６）を構成する円弧の曲率半径より小さく構成する。
【００２７】
これにより、入力側分岐導波路５（１）〜５（６）は曲率半径が小さい曲がり導波路となり、また、円弧を組み合わせている部分での不連続性が大きくなるので、各入力側分岐導波路５（１）〜５（６）では、入力ポート５ａから入力された光の伝搬モードとして低次のモードから高次のモードが励起される。
【００２８】
入力側分岐導波路５（１）〜５（６）の何れを伝搬される光であっても、主導波路４から各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）のそれぞれに分岐されるが、入力側分岐導波路５（１）〜５（６）で光の伝搬モードとして高次のモードが励起されると、各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）への分岐比のばらつきが抑えられる。
【００２９】
また、出力側分岐導波路６の曲率半径を入力側分岐導波路５の曲率半径より大きくすることで、入力側分岐導波路５で励起された高次モードの光が出力側分岐導波路６で放射されずに出力ポート６ａまで伝搬される。
【００３０】
次に、第１の実施の形態のスターカプラ１ａにおける入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６の形状の具体例について説明する。
【００３１】
主導波路４の延在方向をＸ軸、Ｘ軸に直交し、各分岐導波路の並ぶ方向をＹ軸とすると、各入力側分岐導波路５（１）〜５（６）の入力ポート５ａは、Ｙ軸方向に等間隔に一列に並んで配置される。同様に、各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）の出力ポート６ａは、入力ポート５ａと同じピッチでＹ軸方向に等間隔に一列に並んで配置される。
【００３２】
また、入力側分岐導波路５（１）〜５（３）と入力側分岐導波路５（４）〜５（６）はＸ軸を挟んで対称な形状で、出力側分岐導波路６（１）〜６（３）と出力側分岐導波路６（４）〜６（６）はＸ軸を挟んで対称な形状である。
【００３３】
すなわち、最も外側の入力側分岐導波路５（１）と入力側分岐導波路５（６）は同じ形状を有し、その内側の入力側分岐導波路５（２）と入力側分岐導波路５（５）は同じ形状を有し、最も内側の入力側分岐導波路５（３）と入力側分岐導波路５（４）は同じ形状を有する。
【００３４】
同様に、最も外側の出力側分岐導波路６（１）と出力側分岐導波路６（６）は同じ形状を有し、その内側の出力側分岐導波路６（２）と出力側分岐導波路６（５）は同じ形状を有し、最も内側の出力側分岐導波路６（３）と出力側分岐導波路６（４）は同じ形状を有する。
【００３５】
そして、入力側分岐導波路５および出力側分岐導波路６では、最も外側の分岐導波路がそれぞれ最小の曲率半径を有する円弧の組み合わせで構成され、内側の分岐導波路ほど大きな曲率半径を有する円弧の組み合わせで構成される。
【００３６】
上述したように、入力側分岐導波路５（１）〜５（３）と入力側分岐導波路５（４）〜５（６）は対称な形状であるので、外側に位置する分岐導波路と内側に位置する分岐導波路の曲率半径の関係を入力側分岐導波路５（１）〜５（３）を用いて説明する。
【００３７】
入力側分岐導波路５において、最も外側の入力側分岐導波路５（１）の半径をＲ１（１）、その内側の入力側分岐導波路５（２）の半径をＲ１（２）、最も内側の入力側分岐導波路５（３）の半径をＲ１（３）とすると、Ｒ１（１）＜Ｒ１（２）＜Ｒ１（３）となる。出力側分岐導波路６も同様の構成である。
【００３８】
次に、第１の実施の形態のスターカプラ１ａにおいて、入力側分岐導波路５の曲率半径を小さくし、出力側分岐導波路６の曲率半径を大きくする構成の具体例について説明する。
【００３９】
曲がり導波路で構成される入力側と出力側の分岐導波路で曲率半径を異ならせるには、例えば、入力側分岐導波路５のＸ軸方向の長さＬ１より、出力側分岐導波路６のＸ軸方向の長さＬ２を長くする。
【００４０】
上述したように、第１の実施の形態のスターカプラ１ａでは、入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６の本数が同じで、入力ポート５ａのピッチと出力ポート６ａのピッチも同じであるので、入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６は１対１で対応している。
【００４１】
これにより、Ｌ１＜Ｌ２とすると、入力側と出力側の分岐導波路で対応するチャネル同士、例えば最も外側の分岐導波路同士を比較した場合、入力側分岐導波路５（１）を構成する円弧の半径Ｒ１（１）より、出力側分岐導波路６（１）を構成する円弧の半径Ｒ２（１）が大きくなる。
【００４２】
同様に、入力側分岐導波路５（２）と、この入力側分岐導波路５（２）と対応する出力側分岐導波路６（２）を比較した場合、入力側分岐導波路５（２）を構成する円弧の半径より、出力側分岐導波路６（２）を構成する円弧の半径が大きくなる。
【００４３】
更に、最も内側の入力側分岐導波路５（３）と、この入力側分岐導波路５（３）と対応する出力側分岐導波路６（３）を比較した場合、入力側分岐導波路５（３）を構成する円弧の半径より、出力側分岐導波路６（３）を構成する円弧の半径が大きくなる。
【００４４】
入力側分岐導波路５（４）〜５（６）と出力側分岐導波路６（４）〜６（６）も同様の構成となる。
【００４５】
次に、第１の実施の形態のスターカプラ１ａにおける効果を実証するシミュレーション例について説明する。
【００４６】
図２は入力側分岐導波路における曲率半径と出力される光パワーの関係を示すシミュレーションである。図２（ａ）は曲率半径が大きい場合、図２（ｂ）は曲率半径が小さい場合を示し、それぞれシミュレーションを行った導波路形状と、光パワーのグラフを並べて図示している。
【００４７】
ここで、グラフでは図１で説明したような曲がり導波路として構成される入力側分岐導波路から出力される光のトータルパワーを実線で示し、基本モード（０次モード）のパワーを破線で示している。なお、入力側分岐導波路から出力される高次モードの光パワーは、トータルパワーと基本モードのパワーとの差で表される。
【００４８】
入力側分岐導波路から出力される光のトータルパワーを「１」とすると、図２（ａ）では、基本モードのパワーが約０．６であるので、残りの約０．４が高次モードのパワーとなる。
【００４９】
これに対して、図２（ａ）の例より曲率半径が小さい図２（ｂ）では、基本モードのパワーが約０．４であるので、残りの約０．６が高次モードのパワーとなる。従って、曲率半径が小さい曲がり導波路の方が高次モードの光が励起されていることが判る。
【００５０】
図２で説明したシミュレーションの結果から、図１で説明した第１の実施の形態のスターカプラ１ａでは、入力側分岐導波路５を構成する円弧の曲率半径を小さくしたので、高次モードの光が励起されることになる。
【００５１】
入力側分岐導波路５で高次モードの光が励起されると、主導波路４から各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）への分岐比のばらつきを抑えることができ、各出力ポート６ａから出力される光パワーのばらつきを抑えることができる。
【００５２】
図３は入力側分岐導波路と出力側分岐導波路の曲率半径と出力される光パワーの関係を示すシミュレーションである。図３（ａ）は入力側分岐導波路と出力側分岐導波路で曲率半径を同じとした対称型のスターカプラの場合、図３（ｂ）は図１に示すように入力側分岐導波路より出力側分岐導波路の曲率半径を大きくした非対称型のスターカプラの場合を示し、それぞれシミュレーションを行った導波路形状と、光パワーのグラフを並べて図示している。なお、図３では光の漏れを導波路形状の凹凸の度合いで示している。
【００５３】
ここで、シミュレーション対象のスターカプラは入力側分岐導波路および出力側分岐導波路とも４本とし、最も外側の入力側分岐導波路から光を入射する。そして、グラフでは入力された光のパワーを「１」とした場合において、各出力側分岐導波路の出力ポートから出力される光のパワーを示している。
【００５４】
図３（ａ）では、外側の出力側分岐導波路で光の漏れ（放射）があり、損失により光パワーが減少している。これに対して、入力側分岐導波路より出力側分岐導波路の曲率半径を大きくした図３（ｂ）では、出力側分岐導波路での光の放射が抑えられ、光パワーの減少が抑えられている。従って、入力側分岐導波路より出力側分岐導波路の曲率半径を大きくすると、出力側分岐導波路における放射による損失を抑えることができることが判る。
【００５５】
図３で説明したシミュレーションの結果から、図１で説明した第１の実施の形態のスターカプラ１ａでは、入力側分岐導波路５を構成する円弧の曲率半径より、出力側分岐導波路６を構成する円弧の曲率半径を大きくしたので、出力側分岐導波路６における放射による損失を抑えることができる。
【００５６】
これにより、入力ポート５ａから入射した光に対して各出力ポート６ａから出力される光パワーの減少を抑えることができる。
【００５７】
なお、図１に示すスターカプラ１ａでは内側の分岐導波路ほど曲率半径が大きくなる。このため、入力側分岐導波路５の中で最も内側に配置される入力側分岐導波路５（３）の半径Ｒ１（３）よりも、出力側分岐導波路６の中で最も外側に配置される出力側分岐導波路６（１）の半径Ｒ２（１）の方が小さい。
【００５８】
これに対して、入力側分岐導波路５（３）の半径Ｒ１（３）よりも、出力側分岐導波路６（１）の半径Ｒ２（１）の方が大きくなるように、Ｌ１とＬ２の関係等を設定してもよい。このような形状とすることで、出力側分岐導波路６における放射による損失をより抑えることができる。
【００５９】
また、入力側分岐導波路５において、内側の入力側分岐導波路でも曲率半径が小さくなるような形状とすることで、何れの入力側分岐導波路５から入射した光であっても分岐比のばらつきをより抑えることができる。
【００６０】
〈スターカプラの第２の実施の形態〉
図４は第２の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。第２の実施の形態のスターカプラ１ｂは、コア２を構成する入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６を曲がり導波路として構成すると共に、入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６でクラッド３に対する屈折率（比屈折率差と呼ばれる）を異ならせる屈折率調整手段を備える。
【００６１】
各入力側分岐導波路５（１）〜５（６）と各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）は、それぞれ一様な曲率半径を有する円弧を組み合わせた曲がり導波路として構成される。
【００６２】
そして、入力側分岐導波路５および出力側分岐導波路６では、最も外側の分岐導波路がそれぞれ最小の曲率半径を有する円弧の組み合わせで構成され、内側の分岐導波路ほど大きな曲率半径を有する円弧の組み合わせで構成される。
【００６３】
なお、入力側分岐導波路５のＸ軸方向の長さＬ１と、出力側分岐導波路６のＸ軸方向の長さＬ２は等しく、入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６は対称な形状で良い。
【００６４】
入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６で比屈折率差を異ならせる屈折率調整手段としては、例えば比屈折率差を変化させたい部分のコア２に電圧を印加する構成を備える。
【００６５】
このため、第２の実施の形態のスターカプラ１ｂでは、例えば出力側分岐導波路６を挟んで電極７を備える。そして、電気光学効果を利用して出力側分岐導波路６の比屈折率差を変化させ、入力側分岐導波路５の比屈折率差より大きくする。
【００６６】
ここで、上述したように、出力側分岐導波路６では最も外側の出力側分岐導波路６（１），６（６）が最小の曲率半径を有するので、最も外側の出力側分岐導波路６（１），６（６）で放射による損失が起こりやすい構成である。
【００６７】
このため、最も外側の出力側分岐導波路６（１），６（６）の最大比屈折率差Δｎｏｕｔが、最も外側の入力側分岐導波路５（１），５（６）の最大比屈折率差Δｎｉｎより大きくなるように構成する。ここで、最大比屈折率差とは、比屈折率差が一様でない場合を考慮したものである。
【００６８】
なお、図４では全ての出力側分岐導波路６に電圧が印加できるように電極７を備えているが、最も外側の出力側分岐導波路６（１），６（６）が放射による損失が起こりやすい構成であるので、外側に位置する出力側分岐導波路６に電圧を印加できるように電極７を備えても良い。
【００６９】
例えば、図４のように出力側分岐導波路６の本数が６本程度であれば、最も外側の出力側分岐導波路６（１），６（６）に電圧を印加できるように電極７を備えても良い。また、図示しないが出力側分岐導波路６の本数が多い場合は、外側の複数の出力側分岐導波路６に電圧を印加できるように電極７を備えても良い。
【００７０】
以上のように構成された第２の実施の形態のスターカプラ１ｂでは、出力側分岐導波路６の比屈折率差を入力側分岐導波路５の比屈折率差より大きくすることで、出力側分岐導波路６では光の閉じ込めが強くなる。
【００７１】
入力側分岐導波路５の曲率半径を小さくすると、高次モードの光が励起されるが、上述したように、出力側分岐導波路６で光の閉じ込めを強くすることで、入力側分岐導波路５で励起された高次モード光を、各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）で放射することなく伝搬することができる。
【００７２】
これにより、入力側分岐導波路５を曲率半径を小さくした曲がり導波路として構成することで、入力側分岐導波路５で高次モードの光を励起させ、主導波路４から各出力側分岐導波路６（１）〜６（６）への分岐比のばらつきを抑えることができる。
【００７３】
また、入力側分岐導波路５で励起された高次モードの光を出力側分岐導波路６で放射させずに伝搬することができ、損失を抑えることができる。
【００７４】
なお、入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６で比屈折率差を異ならせる構成としては、熱光学効果を利用して比屈折率差を変化させるため、比屈折率差を変化させる部分のコア２の温度制御を行う例えば薄膜ヒータを備える構成としても良い。
【００７５】
あるいは、コア２の一部にゲルマニア（ＧｅＯ2）等を添加する等により導波路材料を部分的に変える構成でも良い。
【００７６】
更に、図４では入力側分岐導波路５のＸ軸方向の長さＬ１と、出力側分岐導波路６のＸ軸方向の長さＬ２が等しい対称型のスターカプラとしたが、第１の実施の形態のスターカプラ１ａと同様に、入力側分岐導波路５の曲率半径を小さくし、出力側分岐導波路６の曲率半径を大きくするためＬ１＜Ｌ２とした非対称型のスターカプラでも良い。
【００７７】
〈スターカプラの第３の実施の形態〉
図５は第３の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。第３の実施の形態のスターカプラ１ｃは、一様な幅の主導波路４の一端に複数本の入力側分岐導波路５が形成され、他端に同数の出力側分岐導波路６が形成された構成である。そして、入力側分岐導波路５（１）〜５（６）と出力側分岐導波路６（１）〜６（６）を曲率半径を正弦波的に変化させたＳ字型導波路とした構成である。
【００７８】
入力側分岐導波路５および出力側分岐導波路６をＳ字型導波路とした場合も、Ｌ１＜Ｌ２とすることにより、入力側分岐導波路５を構成する曲線部の最小曲率半径Ｒｉｎが、出力側分岐導波路６を構成する曲線部の最小曲率半径Ｒｏｕｔより小さくなり、入力側の曲率の最大変化率が出力側より大きくなる。これにより、第１の実施の形態のスターカプラ２ａと同等に本発明の効果を得ることができる。
【００７９】
また、第２の実施の形態を応用して、入力側分岐導波路５の最大比屈折率差Δｎｉｎより出力側分岐導波路６の最大比屈折率差Δｎｏｕｔが大きくなるような構成としても、同等の効果を得ることができる。この場合、入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６が対称な形状でも良いし、出力側分岐導波路６の曲率半径が大きい形状でも良い。
【００８０】
更に、入力側分岐導波路５および出力側分岐導波路６を構成する曲線部は正弦波形状に限定されるものではなく、高次曲線等で置き換えることも可能である。
【００８１】
〈スターカプラの第４の実施の形態〉
図６は第４の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。第４の実施の形態のスターカプラ１ｄは、一様な幅の主導波路４の一端に複数本の入力側分岐導波路５が形成され、他端に同数の出力側分岐導波路６が形成された構成である。そして、入力ポート５ａと出力ポート６ａが等間隔で並んでいない場合やＹ軸方向に一列に並んでいない場合の形状を示す。
【００８２】
この場合、入力側と出力側の分岐導波路で対応するチャネル同士、例えば入力側分岐導波路５（１）を構成する曲線部の最小曲率半径Ｒｉｎが、出力側分岐導波路６（１）を構成する曲線部の最小曲率半径Ｒｏｕｔより小さくなるように、入力側分岐導波路５（１）のＸ軸方向の長さより、出力側分岐導波路６（１）のＸ軸方向の長さを長くする。
【００８３】
または、入力側分岐導波路５（１）の最大比屈折率差Δｎｉｎより出力側分岐導波路６（１）の最大比屈折率差Δｎｏｕｔが大きくなるような構成とする。更に、両者を組み合わせた構成とする。
【００８４】
これにより、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態と同様に本発明の効果を得ることができる。
【００８５】
〈スターカプラの第５の実施の形態〉
図７は第５の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。第５の実施の形態のスターカプラ１ｅは、一様な幅の主導波路４の両端に第１の分岐導波路が形成され、第１の分岐導波路が更に複数に分割されて第２の分岐導波路が形成され、その先についてもあるチャネル数に達するまで分割されて分岐導波路が形成される構成である。
【００８６】
すなわち、主導波路４の一端に第１の入力側分岐導波路５１が形成され、第１の入力側分岐導波路５１が更に複数に分割されて第２の入力側分岐導波路５２が形成され、その先についてもあるチャネル数に達するまで分割されて入力側分岐導波路５が形成される。
【００８７】
また、主導波路４の他端に第１の出力側分岐導波路６１が形成され、第１の出力側分岐導波路６１が更に複数に分割されて第２の出力側分岐導波路６２が形成され、その先についても入力側と同じチャネル数に達するまで分割されて出力側分岐導波路６が形成される。
【００８８】
以上の構成で、主導波路４を挟んで対称となる箇所の曲線部を比較し、それぞれの箇所あるいは一部の箇所において、上述した第１の実施の形態から第４の実施の形態の条件の少なくともいずれかを満たす構成とすることで、同等の効果を得ることができる。
【００８９】
図７（ａ）は４×４スターカプラであり、比較箇所Ａ同士および比較箇所Ｂ同士でそれぞれ入力側と出力側の分岐導波路の曲線部の曲率半径等の比較を行った場合に、入力側分岐導波路の最小曲率半径が出力側分岐導波路の最小曲率半径より小さくなるように構成される。以上の構成により、本発明の効果を得ることができる。
【００９０】
図７（ｂ）は同様の考えで作成した場合の１６×１６スターカプラのモデル図である。なお、図７では分岐導波路の分岐箇所での分岐数は２に固定しているが、他の分岐数で分岐を行っても良い。
【００９１】
〈スターカプラの第６の実施の形態〉
図８は第６の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。第６の実施の形態のスターカプラ１ｆは、一様な幅の主導波路４のどちらか一方の端部は複数の分岐導波路が形成され、もう一方の端部は第１の分岐導波路が形成され、第１の分岐導波路が更に複数に分割されて第２の分岐導波路が形成され、その先についてもあるチャネル数に達するまで分割されて分岐導波路が形成される構成である。
【００９２】
例えば、主導波路４の一端に第１の入力側分岐導波路５１が形成され、第１の入力側分岐導波路５１が更に複数に分割されて第２の入力側分岐導波路５２が形成されて入力側分岐導波路５が形成される。また、主導波路４の他端に複数本の出力側分岐導波路６が形成される。
【００９３】
以上の構成で、入力側分岐導波路と出力側分岐導波路の最も外側の導波路を比較した際に、入力側分岐導波路を構成する曲線部の最小曲率半径Ｒｉｎが、出力側分岐導波路を構成する曲線部の最小曲率半径Ｒｏｕｔより小さくなるような構成とする。
【００９４】
または、入力側分岐導波路の最大比屈折率差Δｎｉｎより出力側分岐導波路の最大比屈折率差Δｎｏｕｔが大きくなるような構成とする。
【００９５】
あるいは、入力側分岐導波路の曲率不連続点数が、出力側分岐導波路の曲率不連続点数より多くなるような構成とする。
【００９６】
または、入力側分岐導波路の最大曲率変化率が、出力側分岐導波路の最大曲率変化率より大きくなるような構成とする。
【００９７】
以上の条件の少なくとも１つを満たすように構成することにより、本発明の効果を得ることができる。
【００９８】
なお、第６の実施の形態のスターカプラ１ｆでは、入出力の分岐導波路の関係を逆にしても良いが、図８の構成とすると、入力側分岐導波路５における曲率不連続点数が、出力側より多くなるので好適である。
【００９９】
〈スターカプラの第７の実施の形態〉
図９は第７の実施の形態のスターカプラの構成例を示す斜視図である。第７の実施の形態のスターカプラ１ｇは、フィルム状のフレキシブルな材質で構成される。導波路形状は模式的に図示しているが、主導波路４の一端に複数本の入力側分岐導波路５が形成され、他端に同数の出力側分岐導波路６が形成される。
【０１００】
そして、入力側分岐導波路５および出力側分岐導波路６では、曲率半径を大きくしたり、曲率をなだらかに変化させて、入出力ポートでの損失が可能な限り小さくなるように構成する。
【０１０１】
スターカプラ１ｇの使用時には、入力側分岐導波路５が形成される部分に曲げ手段の一例であるローラ８を突き当てて、スターカプラ１ｇの入力側分岐導波路５が形成される部分を厚み方向に曲げる。図９（ａ）は１本のローラ８で曲げた例、図９（ｂ）は２本のローラ８で曲げた例を示す。
【０１０２】
スターカプラ１ｇの入力側分岐導波路５が形成される部分を厚み方向に曲げることでも、入力側分岐導波路５で高次モードの光を励起させ、主導波路４から各出力側分岐導波路６への分岐比のばらつきを抑えることができる。
【０１０３】
また、出力側分岐導波路６は曲率半径を大きくする等の構成により、高次モードの光を放射させずに伝搬することができ、損失を抑えることができる。
【０１０４】
更に、出力をモニタしながらローラ８の押し付け位置や押し付け力を調整したり、ローラ８の曲率を変更することで、最適な形状を探すことができる。
【０１０５】
なお、第７の実施の形態のスターカプラ１ｇの各導波路の構成としては、第１の実施の形態〜第６の実施の形態と組み合わせて効果を得ることも可能である。
【０１０６】
以上説明したように、本発明のスターカプラでは、主導波路４の一端に曲がり導波路から構成される複数の入力側分岐導波路５を備え、他端に曲がり導波路から構成される複数の出力側分岐導波路６を備える。
【０１０７】
そして、入力側分岐導波路５を構成する曲線部の最小曲率半径Ｒｉｎが、出力側分岐導波路６を構成する曲線部の最小曲率半径Ｒｏｕｔより小さくなるような構成とする。
【０１０８】
または、入力側分岐導波路５の最大比屈折率差Δｎｉｎより出力側分岐導波路６の最大比屈折率差Δｎｏｕｔが大きくなるような構成とする。
【０１０９】
あるいは、入力側分岐導波路５の曲率不連続点数が、出力側分岐導波路６の曲率不連続点数より多くなるような構成とする。
【０１１０】
または、入力側分岐導波路５の最大曲率変化率が、出力側分岐導波路６の最大曲率変化率より大きくなるような構成とする。
【０１１１】
以上の条件の少なくとも１つを満たすように構成することにより、本発明の効果を得ることができる。
【０１１２】
〈光集積回路の実施の形態〉
図１０は本実施の形態の光集積回路の構成例を示し、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側面図である。
【０１１３】
本実施の形態の光集積回路１１は、実装基板１２と図１等で説明した導波路構造を有するスターカプラ１３を備える。スターカプラ１３はコア２として本例では図１で説明した主導波路４と入力側分岐導波路５と出力側分岐導波路６を有する。
【０１１４】
スターカプラ１３は石英系材料や高分子有機化合物系材料等で構成され、両端部に傾斜端面１４を備える。この傾斜端面１４は例えば４５度の角度で傾斜している。各入力側分岐導波路５の入力ポート５ａは一方の傾斜端面１４に露出して、反射面を形成する。また、各出力側分岐導波路６の出力ポート６ａは他方の傾斜端面１４に露出して、反射面を形成する。
【０１１５】
実装基板１２は一方の面に発光素子として複数の面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）１５と受光素子として複数のフォトダイオード（ＰＤ）１６を備える。なお、本実施の形態では、入力側分岐導波路５の本数に合わせて６個の面発光半導体レーザ１５と、出力側分岐導波路６の本数に合わせて６個のフォトダイオード１６を備える。
【０１１６】
実装基板１２の一方の面にスターカプラ１３が取り付けられる。ここで、スターカプラ１３の一方の傾斜端面１４に露出する各入力側分岐導波路５の入力ポート５ａと各面発光半導体レーザ１５が対向し、他方の傾斜端面１４に露出する各出力側分岐導波路６の出力ポート６ａとフォトダイオード１６が対向する。
【０１１７】
次に、光集積回路１１の動作について説明する。複数の面発光半導体レーザ１５の中の１つから出射されたレーザ光は、この面発光半導体レーザ１５と対向した入力ポート５ａで反射して、入力側分岐導波路５に入力する。
【０１１８】
スターカプラ１３は、図１で説明した導波路構造を有することで、入力側分岐導波路５は曲率半径が小さい曲がり導波路として構成される。これにより、入力側分岐導波路５に入力した光の伝搬モードは、低次のモードから高次のモードが励起される。
【０１１９】
なお、半導体レーザから出射した光は低次モードが主であるので、面発光半導体レーザ１５の直近に入力ポート５ａが配置される構成では、入力側分岐導波路５に入射する光は低次モードが主である。
【０１２０】
このため、入力側分岐導波路５を曲率半径の小さい曲がり導波路として構成しても、入力側分岐導波路５では光が放射されることなく伝搬されて、高次モードが励起される。
【０１２１】
入力側分岐導波路５を伝搬された光は主導波路４に入力し、各出力側分岐導波路６に分岐される。入力側分岐導波路５からは高次モードを含む光が入力されるので、主導波路４から各出力側分岐導波路６への分岐比のばらつきが抑えられる。
【０１２２】
出力側分岐導波路６は図１で説明したように曲率半径の大きい曲がり導波路として構成される。これにより、各出力側分岐導波路６では、入力側分岐導波路５で励起された高次モードの光が放射されることなく伝搬される。各出力側分岐導波路６を伝搬される光は、それぞれ出力ポート６ａで反射し、フォトダイオード１６に入力する。
【０１２３】
以上のように、本実施の形態の光集積回路１１では、任意の面発光半導体レーザ１５と各フォトダイオード１６の間で１対Ｎの光送受信が行える。そして、どの入力側分岐導波路５から入力した光であっても、各出力側分岐導波路６への分岐比のばらつきが抑えられ、各出力側分岐導波路６では放射による損失が抑えられるので、信頼性を向上させることができる。
【０１２４】
なお、図１１の実施の形態ではスターカプラ１３として図１で説明した導波路構造を有するスターカプラを用いたが、図４〜図９で説明した他の実施の形態のスターカプラでも同様の効果を得ることができる。また、発光素子としてへき開面から発光する素子をパッケージした一般的な半導体レーザを用いる構成でも良い。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、スターカプラを伝達手段とする素子間インタコネクション等に適用して大容量かつ高速通信を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】第１の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。
【図２】入力側分岐導波路における曲率半径と出力される光パワーの関係を示すシミュレーションである。
【図３】入力側分岐導波路と出力側分岐導波路の曲率半径と出力される光パワーの関係を示すシミュレーションである。
【図４】第２の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。
【図５】第３の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。
【図６】第４の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。
【図７】第５の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。
【図８】第６の実施の形態のスターカプラの構成例を示す平面図である。
【図９】第７の実施の形態のスターカプラの構成例を示す斜視図である。
【図１０】本実施の形態の光集積回路の構成例を示し、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１ａ〜１ｇ・・・スターカプラ、２・・・コア、３・・・クラッド、４・・・主導波路、５（１）〜５（６）・・・入力側分岐導波路、５ａ・・・入力ポート、６（１）〜６（６）・・・出力側分岐導波路、６ａ・・・入力ポート、７・・・電極、８・・・ローラ、１１・・・光集積回路、１２・・・実装基板、１３・・・スターカプラ、１４・・・傾斜端面、１５・・・面発光半導体レーザ、１６・・・フォトダイオード
【図１】
2005250270.tif 000003
【図２】
2005250270.tif 000004
【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】
2005250270.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005250270.tif 000011
【図１０】
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