(57)【要約】【課題】  多重化された異なる波長の複数の信号波の全てを同じ出力ポートに伝送することができ、かつ、複数の出力ポートのうちから１の出力ポートを選択し、選択された１の出力ポートからその複数の信号波の全てを出力することができるＯＢＯ平面導波路素子を提供する。【解決手段】  複数の信号波が入射されるＯＢＯ平面導波路素子１において、複数の光導波路１０３のそれぞれの横断面の形状は、複数の光導波路１０３を含む平面内であって、光導波路１０３の長手方向に対して垂直な所定の方向において、複数の信号波のそれぞれの光学的ブロッホ振動（ＯＢＯ)の振幅の全てが等しくなるように、構成されている。また、ＯＢＯ平面導波路素子１は、複数の光導波路１０３の前述の所定の方向の屈折率の単位長さあたりの相違量を変更することが可能な制御部をさらに備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重化された異なる波長の複数の信号波が入射される平面導波路であって、
低屈折率層と、前記低屈折率層上において、互いに平行に並ぶように設けられ、前記低屈折率層よりも屈折率が高い複数の光導波路とを備え、
前記複数の光導波路のそれぞれの横断面の形状は、前記複数の信号波の全てのＯＢＯ（Optical Bloch Oscillatons，光学的ブロッホ振動）の振幅が等しくなるように、構成されている、平面導波路素子。
【請求項２】
前記複数の光導波路のそれぞれの屈折率を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記屈折率を制御することによって、前記複数の信号波を出射する出力ポートを選択する、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数の光導波路を含む面内の方向であって前記複数の光導波路の長手方向に垂直な方向における前記低屈折率層の温度分布を制御することによって、前記複数の光導波路のそれぞれの前記屈折率を制御する、請求項２に記載の平面導波路素子。
【請求項４】
前記制御部は、前記複数の光導波路のそれぞれの電位を制御することによって、前記複数の光導波路のそれぞれの前記屈折率を制御する、請求項２に記載の平面導波路素子。
【請求項５】
前記複数の光導波路のそれぞれは、その断面において、最も広い部分の幅に対する最も狭い部分の幅の比率が１０％以上かつ９０％以下である、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項６】
前記複数の光導波路のそれぞれは、その横断面において、組成が上部から下部にかけて異なる材料によって形成された、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項７】
前記組成が上部から下部にかけて異なる材料が、ＡｌＧａＡｓ(アルミニウムガリウム砒素)であり、Ａｌの割合が前記上部から下部にかけて異なる、請求項６に記載の平面導波路素子。
【請求項８】
前記組成が上部から下部にかけて異なる材料が、ＳｉＯX(酸化珪素)であり、酸素の割合が前記上部から下部にかけて異なる、請求項６に記載の平面導波路素子。
【請求項９】
前記組成が上部から下部にかけて異なる材料が、ＩｎＧａＡｓＰ(インジウムガリウム砒素リン)である、請求項６に記載の平面導波路素子。
【請求項１０】
前記複数の光導波路は、平面視において、前記複数の光導波路のうちの隣り合う光導波路同士の平均的な間隔の全てがほぼ同一である、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項１１】
前記複数の光導波路は、平面視において、その複数の光導波路のうちの隣り合う光導波路同士の平均的な間隔が単調に増加または減少する、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項１２】
前記複数の光導波路上に前記複数の光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する他の低屈折率層をさらに備えた、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項１３】
前記複数の光導波路のそれぞれの横断面の形状は上下対称である、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項１４】
前記複数の光導波路のそれぞれは、横断面において、中部の屈折率が上部および下部のそれぞれの屈折率よりも大きい、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項１５】
前記平面導波路素子に請求項１〜１４のうちいずれかに記載の平面導波路素子が用いられた、波長多重光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重化された波長が異なる複数の信号波を伝送する平面導波路素子および波長多重光通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長多重（以下、「ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）」という。）光通信は、波長帯域１．５５μｍの信号波および波長帯域１．３μｍの信号波等の波長の異なる複数の信号波が、多重化された状態で、１本の光ファイバー伝送路で一括して伝送される通式方式である。波長多重通信によれば、大容量かつ高速の光通信を行なうことができる。
【０００３】
ＷＤＭ光通信においては、多重化された波長が異なる複数の信号波を分波し、複数の信号波を波長毎に別個の出力ポートから出力することができる分波素子、および、異なる波長の複数の信号波を分波せずに多重化されたままの状態で１つの出力ポートから出力することができるデバイスが必要とされている。
【０００４】
このようなデバイスとしては、光学的ブロッホ振動（以下、「ＯＢＯ（Optical Bloch Oscillations）」という。）を利用して、前述の機能を実現する手法が提案されている。たとえば、次に示す非特許文献１〜３に開示されているような手法である。
【非特許文献１】R.Morandotti, U.Peschel, and J.S.Aitchison, ”Experimental Observation of linear Nonlinear Optical Bloch Oscillations”, Physicasal Review Letters, Vol.８３, No.２３, ４７５６-４７５９ （１９９９）
【非特許文献２】T.Pertsch, P.Dannberg, W.Elflein, and A.Brauer, “Optical Bloch Oscillations in Temperature Tuned Waveguide Arrays”, Physical Review letters, Vol.８３, No.２３, ４７５２-４７５５ （１９９９）
【非特許文献３】U.Peschel, T.Pertsch, and F.Lederer “Optical Bloch Oscillations in Waveguide Arrays”, Optics Letters, Vol.２３, No.２１, １７０１-１７０４ （１９９８）  次に、非特許文献２に記載のＯＢＯが利用された平面導波路素子（以下、「ＯＢＯ平面導波路素子」という。）を図３１および図３２を用いて説明する。
【０００５】
図３１および図３２に示すように、従来のＯＢＯ平面導波路素子３００は、基板３０１を備えている。基板３０１の上には、伝播する信号波が光導波路の下面から漏れることを防止する低屈折率層３０２が設けられている。低屈折率層３０２の上には、光が伝播するための一条の光導波路３０３が複数互いに平行に並んで設けられている。光導波路３０３は、その一方端に信号波が入射される入力ポート３０４が設けられ、その他方端に信号波が出射される出力ポート３０５が設けられている。基板３０１の両側端には、低屈折率層３０２の温度分布を制御するためのヒータ３０６およびヒートシンク３０７が設けられている。
【０００６】
なお、図３１において、点線の矢印３０８は、ＯＢＯの発生によって変化した、平面導波路素子内を伝播する信号波の道筋を示している。また、図３１および図３２においては、光導波路３０３が並ぶ方向、すなわち基板３０１の主表面に平行な面内の方向であって、光導波路３０３の長手方向に対して垂直な方向をＸ軸方向、光導波路３０３の長手方向をＹ軸方向、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０００７】
次に、前述のＯＢＯ平面導波路素子３００の光導波路３０３の製造方法を説明する。光導波路３０３の製造方法においては、まず、低屈折率層３０２上に、光導波路３０３となる材料を堆積させる。次に、その堆積された材料上にレジストを塗布する。その後、電子線描画またはフォトリソグラフィによってレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、その堆積された材料のエッチングを行なう。それにより、光導波路３０３に相当する凸型パターンが形成される。この複数の光導波路３０３のそれぞれの断面形状は長方形である。
【０００８】
次に、基板３０１の一方の側端面にヒータ３０６が設けられ、基板３０１の他方の側端面にヒートシンク３０７が設けられる。このヒータ３０６は、印加される電圧が変更されることによって、その温度が調節される。このヒータ３０６の温度調整によって、低屈折率層３０２のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差が制御される。それにより、複数の光導波路３０３の屈折率のＸ軸方向の単位長さあたりの相違量、すなわち複数の光導波路３０３の屈折率のＸ軸方向の分布の勾配を制御することができる。
【０００９】
前述のヒータ３０６およびヒートシンク３０７の制御によって、複数の光導波路３０３の屈折率のＸ軸方向の分布が勾配を有している場合には、ＯＢＯ平面導波路素子３００内に入射した信号波が隣接する光導波路３０３と結合する。その結果、Ｘ軸方向にＯＢＯが発生し、図３１に示すように、矢印３０８で示される信号波の道筋は、より高い平均屈折率を有する光導波路３０３側へ移動する。このＯＢＯの振幅の大きさは、信号波の波長、複数の光導波路３０３の屈折率のＸ軸方向の単位長さあたりの相違量、および光導波路３０３同士の間隔によって異なる。
【００１０】
多重化された波長が異なる複数の信号波は、互いのＯＢＯの振幅が異なるため、複数の光導波路３０３の屈折率のＸ軸方向の分布が勾配を有しているＯＢＯ平面導波路素子３００内を伝播するときに、分波される。たとえば、図３１においては、波長λ1，λ2，λ3，・・・，λkの信号波がＯＢＯ平面導波路素子に入射したときの光の道筋のそれぞれが、矢印３０８によって示されている。
【００１１】
前述のようなＯＢＯ平面導波路素子によれば、複数の信号波がＯＢＯによって分波されて進行する道筋の先端のそれぞれに出力ポート３０５が設けられていれば、多重化された信号波のそれぞれを単一の信号波として複数の出力ポート３０５のそれぞれから出射させることが可能となる。
【００１２】
また、ヒータ３０６の温度調整によって、複数の光導波路３０３の屈折率のＸ軸方向の単位長さあたりの相違量を変化させれば、複数の信号波のそれぞれのＯＢＯの振幅を制御することができる。それにより、複数の信号波の個々の信号波の出力ポート３０５の位置を予め自在に指定することができる。そのため、ＯＢＯ平面導波路素子３００は、有用な分波素子として期待されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前述のようなＯＢＯ平面導波路素子は、多重化された異なる波長の複数の信号波を、分波してはいけない場合にも分波してしまう。
【００１４】
たとえば、ＯＢＯ平面導波路素子の光導波路となる凸型パターンの断面形状が従来のように長方形である場合には、光導波路同士の間隔が上部から下部にかけて一定である。この場合、ＯＢＯ平面導波路素子内を伝播する多重化された異なる波長の複数の信号波は、個々の信号波ごとにＯＢＯの振幅が異なるため、分波される。その結果、多重化された異なる波長の複数の信号波は、全て同じ出力ポートから出射される必要がある場合においても、分波されてしまう。そのため、前述のＯＢＯ平面導波路素子は、ＷＤＭ光通信において用いられる場合、以下のような問題を有している。
【００１５】
光パスに対する波長の割当て方式がＶＷＰ（Virtual Wavelength Path）方式の場合には、基地局と基地局との間、および、基地局とエンドユーザとの間で信号波を伝送するときに、使用されていない波長帯域が光パスとして割り当てられる。そのため、ノードにおいて、伝送される信号波の波長が変換される。その結果、信号波を受信するユーザの受信装置は、どのような波長の信号波が基地局において出力されたのかが分からない。また、前述のように、多重化された波長の異なる複数の信号波がＯＢＯ平面導波路素子内で分波される。したがって、ユーザの受信装置は、複数の信号波のうち一つの信号波しか受信できないという問題が生じる。
【００１６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、多重化された異なる波長の複数の信号波の全てのＯＢＯの振幅を等しくすることによって、複数の信号波の全てを同一の出力ポートから出射させることができるＯＢＯ平面導波路素子を提供することである。
【００１７】
また、他の目的は、多重化された異なる波長の複数の信号波の出力ポートを自在に指定することが可能なＯＢＯ平面導波路素子および波長多重光通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の平面導波路素子は、多重化された異なる波長の複数の信号波が入射される。また、平面導波路素子は、低屈折率層と、低屈折率層上において、互いに平行に並ぶように設けられ、低屈折率層よりも屈折率が高い複数の光導波路とを備えている。また、複数の光導波路のそれぞれの横断面の形状は、複数の信号波の全てのＯＢＯ（Optical Bloch Oscillations，光学的ブロッホ振動）の振幅が等しくなるように、構成されている。この構成によれば、多重化された異なる波長の複数の信号波を全て同じ出力ポートから出射することができる。
【００１９】
また、平面導波路素子は、複数の光導波路のそれぞれの屈折率を制御する制御部をさらに備えており、その制御部が、その屈折率を制御することによって、複数の信号波を出射する出力ポートを選択することが望ましい。この構成によれば、多重化された異なる波長の複数の信号波の出力ポートを自在に指定することが可能となる。
【００２０】
また、制御部は、複数の光導波路を含む面内の方向であって複数の光導波路の長手方向に垂直な方向における低屈折率層の温度分布を制御することによって、複数の光導波路のそれぞれの屈折率を制御するものであってもよい。この構成によれば、簡単な方法で、多重化された異なる波長の複数の信号波の出力ポートを変更することが可能となる。
【００２１】
また、制御部は、複数の光導波路のそれぞれの電位を制御することによって、複数の光導路のそれぞれの屈折率を制御するものであってもよい。この構成によれば、低屈折率層の温度分布の制御によって複数の光導波路のそれぞれの屈折率を制御する場合に比較して、複数の光導波路のそれぞれの屈折率をより急速に変更することができる。
【００２２】
複数の光導波路のそれぞれは、その断面において、最も広い部分の幅に対する最も狭い部分の幅の比率が、１０％以上かつ９０％以下であることが望ましい。
【００２３】
また、複数の光導波路のそれぞれは、その横断面において、組成が上部から下部にかけて異なる材料によって形成されていてもよい。この構成であれば、通常のエッチング技術によって、上部から下部にかけて、複数の光導波路のそれぞれの各部位の幅を容易に異ならせることができる。
【００２４】
また、組成が上部から下部にかけて異なる材料は、ＡｌＧａＡｓ(アルミニウムガリウム砒素)であり、Ａｌの割合が上部から下部にかけて異なっていてもよい。この構成によれば、アルミニウムの割合を変化させるだけで光導波路の幅を容易に異ならせることができる。
【００２５】
また、組成が上部から下部にかけて異なる材料は、ＳｉＯX(酸化珪素)であり、酸素の割合が上部から下部にかけて異なっていてもよい。酸素の割合を変化させるだけで光導波路の幅を容易に異ならせることができる。
【００２６】
また、組成が上部から下部にかけて異なる材料は、ＩｎＧａＡｓＰ(インジウムガリウム砒素リン)であってもよい。
【００２７】
また、複数の光導波路は、平面視において、その複数の光導波路のうちの隣り合う光導波路同士の平均的な間隔の全てがほぼ同一であってもよい。この構成であれば、平面導波路素子の製造が容易である。
【００２８】
また、複数の光導波路は、平面視において、その複数の光導波路のうちの隣り合う光導波路同士の平均的な間隔が単調に増加または減少するものであってもよい。この構成によれば、出力ポートを指定するための制御部がなくても、出力ポートを指定することができる。
【００２９】
また、平面導波路素子は、複数の光導波路の上に複数の光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する他の低屈折率層をさらに備えていてもよい。
【００３０】
また、複数の光導波路のそれぞれの横断面の形状は上下対称であることが望ましい。この構成によれば、光導波路内を通過する複数の信号波の強度分布の上下の差を低減することができる。
【００３１】
また、複数の光導波路のそれぞれは、横断面において、中部の屈折率が上部および下部のそれぞれの屈折率よりも大きいことが望ましい。この構成によれば、光導波路の上面および下面のそれぞれにおいて、光導波路から低屈折率層へ信号波が漏れ出すことが抑制される。
【００３２】
なお、前述の平面導波路素子は、波長多重光通信装置において用いられるものであってもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の平面導波路素子においては、ＯＢＯ平面導波路素子の光導波路となる凸部分の断面形状は、従来のように長方形ではなく、上部から下部にかけて、その幅が一定でない形状である。そのため、複数の光導波路同士の結合モードは、波長によらず同一となり、ＯＢＯの振幅は等しくなる。その結果、多重化された複数の信号波は、分波せずに、ＯＢＯ平面導波路素子内を伝播することが可能となる。したがって、多重化された異なる波長の複数の信号波を全て同じ出力ポートに伝送することができる。さらに、ＯＢＯ平面導波路素子が、複数の光導波路のそれぞれの屈折率を制御することができる手段を有する場合には、多重化された異なる波長の複数の信号波を出射する出力ポートを自在に指定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の平面導波路素子を詳細に説明する。なお、実施の形態２以降の実施の形態のそれぞれにおいては、実施の形態１の平面導波路素子の各部位と対応する部位のそれぞれには、実施の形態１の平面導波路素子の参照符号と最下位の数字が同一の参照符号が付され、特に説明がない限り、対応する部位同士は、同一の構造および機能を有するため、それらの部位の説明は繰り返さない。
【００３５】
（実施の形態１）
まず、図１および図２を用いて、本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子を説明する。図１に示すように、ＯＢＯ平面導波路素子１は、基板１０１を備えている。基板１０１の上には、伝播する信号波が光導波路の下部から漏れることを防止する低屈折率層１０２が設けられている。低屈折率層１０２の上には、信号波としての光が伝播するための一条の光導波路１０３が複数互いに平行に並んで設けられている。光導波路１０３は、その一方端に信号波を入射させる入力ポート１０４が設けられ、その他方端に信号波を出射させる出力ポート１０５が設けられている。また、低屈折率層１０２の温度分布を制御するために、基板１０１の一方の側端部には、ヒータ１０６が設けられており、基板１０１の他方端にはヒートシンク１０７が設けられている。
【００３６】
なお、図１において、点線の矢印１０８は、ＯＢＯが発生することによって変化した、平面導波路素子内を伝播する信号波の道筋を示している。また、図１および図２においては、光導波路１０３が並ぶ方向、すなわち複数の光導波路１０３を含む面内の方向であって光導波路１０３の長手方向に垂直な方向をＸ軸方向、光導波路１０３の長手方向をＹ軸方向、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００３７】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１と従来のＯＢＯ平面導波路素子３００とは、基本構造が同一である。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１は、図２に示すように、光導波路１０３の横断面において、光導波路１０３となる凸部分が、その幅が基板１０１から離れるにつれて小さくなるテーパ状であることが、従来のＯＢＯ平面導波路素子３００と異なる。
【００３８】
また、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１は、従来のＯＢＯ平面導波路素子３００と同様に、前述のヒータ１０６の温度調整によって、低屈折率層１０２のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差、すなわち、低屈折率層１０２のＸ軸方向の温度分布をグラフ化したときのその温度分布の勾配を制御することができる。そのため、ＯＢＯ平面導波路素子１によれば、複数の光導波路１０３のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率の相違量、すなわち、複数の光導波路１０３のＸ軸方向の屈折率の分布をグラフ化したときのその屈折率の分布の勾配を制御することができる。
【００３９】
また、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１は、互いに隣接する２つの光導波路１０３同士の関係において、図２に示すように、上部同士の間隔がＬ１であり、中間部同士の間隔がＬ２であり、かつ、下部同士の間隔がＬ３であるとすると、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３の関係を有している。
【００４０】
次に、図３〜図５を用いて、前述のテーパ状の光導波路１０３を有するＯＢＯ平面導波路素子１の製造方法を説明する。
【００４１】
まず、厚さ６００μｍの珪素（Ｓｉ）からなる基板１０１の上に、厚さ３μｍの二酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる低屈折率層１０２を形成する。次に、低屈折率層１０２の上に厚さ０.３μｍの珪素（Ｓｉ）膜１１０を堆積させる。珪素（Ｓｉ）膜１１０の一部は、最終的には光導波路１０３として機能する。ただし、低屈折率層１０２の厚さは、信号波が低屈折率層１０２から基板１０１へ漏れ出さない程度の厚さであれば、前述の値に限定されない。
【００４２】
次に、珪素（Ｓｉ）膜１１０の上に厚さ０.３μｍのレジスト膜１０９を塗布する。それにより、図３に示す構造が得られる。その後、図４に示すように、電子線直接描画法またはフォトリソグラフィ法を用いて、レジスト膜１０９を加工することによりレジストパターン１１１を形成する。本実施の形態においては、電子線のドーズ量が０．１［ｎＡ］でありかつ電子線のドーズ時間が４［μｓｅｃ］である条件で行なわれる電子線直接描画法が用いられる。それにより、テーパ型のレジストパターン１１１が得られる。また、フォトリソグラフィ法によっても、転写時間が１０［ｓｅｃ］であれば、テーパ型のレジストパターン１１１が得られる。
【００４３】
レジストパターン１１１が前述のようにテーパ型であれば、レジストパターン１１１をエッチングマスクとしてエッチングすることによって得られるパターンの形状も同様にテーパ型になる。したがって、テーパ型のレジストパターン１１１をマスクとして、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）エッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法が用いられて、珪素（Ｓｉ）膜１１０がエッチングされれば、図５に示すテーパ型の光導波路１０３が得られる。
【００４４】
次に、前述の光導波路１０３の動作について詳細に説明する。まず、ヒータ１０６およびヒートシンク１０７の機能によって、ＯＢＯ平面導波路素子１において、低屈折率層１０２のＸ軸方向の温度分布に変化が生じる。つまり、低屈折率層１０２は、Ｘ軸方向において、ヒータ１０６に近づくにつれて徐々に温度が高くなる。次に、信号の強度ピークが所定の一つの入力ポートに位置するように、多重化された異なる波長の複数の信号波がＯＢＯ平面導波路素子１中へ入射される。それにより、複数の信号波のそれぞれは、隣接する光導波路１０３と結合する。その結果、Ｘ軸方向においてＯＢＯが発生し、伝播中の複数の信号波のそれぞれが、より高い平均屈折率を有する光導波路１０３の方へ移動する。ＯＢＯは、信号波の波長が大きくなるか、または、光導波路１０３の幅が小さくなるにつれて、その振幅が大きくなる。また、ＯＢＯは、複数の光導波路１０３のＸ軸方向の屈折率の単位長さあたりの相違量、すなわち複数の光導波路１０３のＸ軸方向の屈折率の分布の勾配が大きくなるにつれて、その振幅が小さくなる性質を有する。
【００４５】
そのため、本実施の形態においては、信号波の波長および光導波路１０３同士の間隔に依存する前述のＯＢＯの振幅の性質を考慮して、入射された多重化された異なる波長の複数の信号波のＯＢＯの全ての振幅が波長によらず等しくなるように、ＯＢＯ平面導波路素子１の光導波路１０３同士の上部から下部にかけての各部位のそれぞれの間隔が調整されている。
【００４６】
より詳細には、まず、本実施の形態においては、波長λ1，λ2，λ3，・・・，λkの多重化された複数の信号波を伝送する場合に、各波長毎に同じ振幅でＯＢＯを発生させるような光導波路同士の間隔が、ＢＰＭ（Beam Propagation Method）またはＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain Method）によって求められる。こうして得られた複数の間隔の値の全てが、形成される光導波路１０３同士の間隔の範囲内に含まれ、かつ、図２の条件Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３を満足するように、複数の光導波路１０３は設計されている。本実施の形態においては、Ｌ１＝０．５μｍとしている。
【００４７】
さらに、光導波路１０３は、その上面が接触する材料とその下面が接触する材料とが異なるために、光導波路１０３の上部と光導波路１０３の上部に接触する材料と間の屈折率の差と光導波路１０３の下部と光導波路１０３の下部に接触する材料との間の屈折率の差とが非対称となる。そのため、多重化された異なる波長の複数の信号波のうち波長が比較的大きい信号波は光導波路１０３同士の間隔が大きな凸部分の上部側で隣接する光導波路１０３と結合し、一方、多重化された異なる波長の複数の信号波のうち波長が比較的小さい信号波は光導波路１０３同士の間隔が小さな凸部分の下部側で隣接する光導波路１０３と結合する。その結果、複数の信号波のＯＢＯの振幅の全てが等しくなる。したがって、前述ＯＢＯ平面導波路素子１内を伝播する複数の信号波は、矢印１０８で示されるように、分散することなく、同じ出力ポート１０５に伝送される。
【００４８】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子においては、光導波路１０３の最も広い部分の幅がＷwであり、かつ、光導波路１０３の最も狭い部分の幅がＷnであるものとしたときに、Ｗn／Ｗw＝５０％という条件が成立するような光導波路１０３が形成されている。ただし、Ｗwに対するＷnの比率が１０％〜９０％の範囲内であり、かつ、複数の信号波のＯＢＯの振幅の大きさの全てが波長によらず同じ値になるような光導波路１０３であれば、Ｗn／Ｗwの値は、他の値であってもよい。
【００４９】
また、半導体材料は高温になるにつれて屈折率が高くなる。そのため、前述のヒータ１０６およびヒートシンク１０７を用いて、低屈折率層１０２のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差を調整することによって、複数の光導波路１０３のＸ軸方向の単位長さあたりの屈折率の相違量を制御することができる。したがって、分散せず伝播する信号波のＯＢＯ振幅の大きさを調整することができるとともに、多重化された異なる波長の複数の信号波の出力ポートを自在に指定することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、低屈折率層１０２の下に基板１０１が設けられているＯＢＯ平面導波路素子が用いられているが、基板１０１が設けられることなく、光導波路の下に低屈折率層のみが設けられたＯＢＯ平面導波路素子が用いられても、前述の本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子によって得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、テーパ型の光導波路１０３の材料は、信号波を伝播させることができ、かつ、低屈折率層に比べて屈折率が高い材料であれば、珪素に限定されず、他の組成、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒソリン）、ＧａＡｓ（ガリウムヒソ）、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒソ）、またはＩｎＰ（インジウムリン）であってもよい。一方、低屈折率層の材料は、光導波路と比較して屈折率が低い材料であれば、二酸化珪素に限定されず、他の材料、たとえば、Ａｌ2０3（酸化アルミニウム）、ＩｎＰ、またはＡｌＧａＡｓであってもよい。
【００５２】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す図であり、図７は光導波路の拡大図であり、図８〜図１０は、光導波路の製造方法を説明するための図である。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、実施の形態１の平面導波路素子と比較すると、光導波路１２３の断面形状が逆テーパ型、すなわち台形の上下が逆であることが異なるとともに、基板１２１、低屈折率層１２２および光導波路１２３の組成が異なる。一方、本実施の形態の基板１２１、低屈折率層１２２、ヒータ１２６、およびヒートシンク１２７の構造および機能は、実施の形態１の基板１０１、低屈折率層１０２、ヒータ１０６、およびヒートシンク１０７の構造および機能と全く同様である。
【００５３】
次に、図７を参照して、前述のＯＢＯ平面導波路素子２の構成について説明する。光導波路１２３の断面形状は、実施の形態１の光導波路１０３の断面形状とは異なり、図７に示すように、隣接する光導波路１２３同士の関係において、上部同士の間隔がＬ４であり、中部同士の間隔がＬ５であり、かつ、下部同士の間隔がＬ６であるとすると、Ｌ４＜Ｌ５＜Ｌ６＝０.５μｍの関係が成立する。
【００５４】
次に、図８〜図１０を参照して、前述のＯＢＯ平面導波路素子２の光導波路１２３の製造方法を説明する。
【００５５】
本実施の形態の平面導波路素子２の製造方法においては、まず、厚さ３６０μｍのガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる基板１２１が準備される。次に、基板１２１の上に厚さ３μｍのアルミニウムの組成比率が高いアルミニウムガリウム砒素（以下ＡｌＧａＡｓ）からなる低屈折率層１２２を堆積する。その後、低屈折率層１２２の上に光導波路１２３となるＡｌＧａＡｓ膜１３０を堆積させる。ＡｌＧａＡｓ１３０のエッチング速度は、ＡｌＧａＡｓ１３０のうちのＡｌの組成比率が高いほど大きく、ＡｌＧａＡｓ１３０うちのＡｌの組成比率が低いほど小さい。
【００５６】
したがって、本実施の形態の逆テーパ型の光導波路１２３を形成する場合には、凸部分の上部から中部および中部から下部にかけて、ＡｌＧａＡｓのうちのＡｌの割合が、図８の左側のグラフに示すように、徐々に増加するように、ＡｌＧａＡｓ１３０が堆積される。それにより得られたデバイスをＯＢＯ平面導波路素子２の母体材料３とする。ただし、低屈折率層１２２の厚さは、下側の基板１２１に信号波が侵入しない程度のものであれば、前述の値に限定されない。
【００５７】
前述の母体材料３上に厚さ０.３μｍのレジスト膜１２９を塗布する。それにより、図８に示す構造が得られる。次に、電子線直接描画法またはフォトリソグラフィ法を用いて、レジスト膜１２９を露光および現像することにより、図９に示すように、光導波路１２３を形成するためのレジストパターン１３１を形成する。本実施の形態においては、電子線直接描画法が使用される。また、ドーズ量が０.１［ｎＡ］であり、かつ、ドーズ時間が６[μｓｅｃ］である条件で電子線直接描画法を用いることによって、レジストパターン１３１が得られる。また、フォトリソグラフィ法によっても、転写時間が１５［ｓｅｃ］であれば、レジストパターン１３１が得られる。
【００５８】
次に、レジストパターン１３１をマスクとして、ＩＣＰエッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いて、ＡｌＧａＡｓ１３０をエッチングする。それにより、図１０に示すように、前述のＡｌＧａＡｓ１３０のうちのＡｌの割合に応じて、横方向にエッチングされる速度が異なるため、逆テーパ型光導波路１２３が形成される。
【００５９】
次に、前述の光導波路１２３の動作について詳細に説明する。ＯＢＯ平面導波路素子２の中へ入射された信号波がＯＢＯを発生させる原理およびＯＢＯの振幅の性質は、実施の形態１のものと同様である。そのため、実施の形態１と同様の考え方で、ＯＢＯ平面導波路素子２の光導波路１２３同士の上部から下部にかけての各部位の間隔のそれぞれが決定されている。こうして得られた複数の間隔の値の全てが、形成される光導波路１２３同士の間隔の範囲内に含まれ、かつ、図７の条件Ｌ４＜Ｌ５＜Ｌ６を満足するように、複数の光導波路１２３は設計されている。本実施の形態においては、Ｌ６＝０．５μｍとしている。
【００６０】
さらに、光導波路１２３はその上面が接触する材料とその下面が接触する材料とが異なるために、光導波路１２３の上部と光導波路１２３の上部に接触する材料との間の屈折率の差と光導波路１２３の下部と光導波路１２３の下部に接触する材料との間の屈折率の差とが非対称となる。そのため、多重化された異なる波長の複数の信号波のうちの波長が大きな信号波は光導波路１２３同士の間隔が大きい凸部の下部側において隣接する光導波路１２３と結合し、一方、多重化された異なる波長の複数の信号波のうちの波長が小さな信号波は光導波路１２３同士の間隔が小さい凸部分の上部側において隣接する光導波路１２３と結合する。
【００６１】
それにより、多重化された異なる波長の複数の信号波の全ては、ＯＢＯの振幅が等しくなる。その結果、前述のＯＢＯ平面導波路素子２内を伝播する複数の信号波は、矢印１２８で示されるように、分散せず同じ出力ポート１２５に伝送される。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子２は、光導波路１２３のうち最も広い部分の幅をＷWとし、光導波路１２３のうち最も狭い部分の幅をＷnとし、実施の形態１の光導波路１２３と同様にしてＷn／ＷWの値が与えられる。
【００６２】
なお、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、低屈折率層１２２の下側に基板１２１が設けられているが、低屈折率層１２２の下側に基板１２１が設けられていないＯＢＯ平面導波路素子が用いられてもよい。また、逆テーパ型の光導波路１２３の材料は、信号波が伝播され、低屈折率層１２２に比較して屈折率が高く、かつ、各部位の組成を異ならせることよって、各部位のエッチングスピードを変化させることができる材料であれば、ＡｌＧａＡｓに限定されず、他の材料、例えばＳｉＯX（酸化珪素）またはＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン）であってもよい。
【００６３】
さらに、上記の製造方法は、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の製造方法のみならず、実施の形態１に示すテーパ型の光導波路１０３を有するＯＢＯ平面導波路素子の製造方法にも適用することができる。
【００６４】
また、本実施の形態においては、ＩＣＰエッチングなどのドライエッチングが用いられているが、Ａｌの組成比率に応じて光導波路の各部位のエッチングレートが異ならせることができる方法であれば、エッチング方法は、ドライエッチングに限定されず、ウェットエッチングであってもよい。なお、ウェットエッチングが用いられる場合には、光導波路のエッチングダメージを低減することができるため、光導波路の損失を低減することが可能となる。
【００６５】
（実施の形態３）
図１１は本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子の構造図であり、図１２は光導波路の拡大図であり、図１３〜図１５は光導波路の製造方法を説明するための図である。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と比較して、光導波路１４３の断面形状（階段型）が異なるとともに、光導波路１４３の組成が異なる。一方、本実施の形態の基板１４１、低屈折率層１４２、ヒータ１４６、およびヒートシンク１４７の構造および機能は、実施の形態１の基板１０１、低屈折率層１０２、ヒータ１０６、およびヒートシンク１０７の構造および機能と全く同様である。
【００６６】
まず、図５を参照して、前述のＯＢＯ平面導波路素子４の構造について説明する。光導波路１４３の断面形状は、実施の形態１および２のＯＢＯ平面導波路素子４と異なり、図１１に示すように、隣接する光導波路１４３同士の間隔が上部から下部にかけて順にl1、l2、l3、l4、l5であるとすると、l1＝０.５μｍ＞ｌ2＞l3＞ｌ4＞ｌ5という条件が満足されるような階段型である。
【００６７】
次に、図１３〜図１５を参照して、前述のＯＢＯ平面導波路素子４の光導波路の製造方法を説明する。
【００６８】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の製造方法においては、まず、低屈折率層１４２上に光導波路１４３となる酸化シリコン（ＳｉＯX）１５０を堆積させる。一般に、シリコン酸化膜１５０のエッチング速度は、シリコン酸化膜１５０内の酸素の組成比率が高いほど大きく、シリコン酸化膜１５０の組成比率が低い場合には小さい。したがって、本実施の形態のような階段型の光導波路１４３を製造する場合には、シリコン酸化膜１５０内の酸素の割合が、図１３の左側のグラフに示すように、凸部分の上部から下部にかけて、段階的に小さくなるように、シリコン酸化膜１５０が堆積される。その結果、得られたデバイスをＯＢＯ平面導波路素子４の母体材料５とする。
【００６９】
次に、実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の製造方法と同様に、図１４に示すように、母体材料５上にレジストパターン１５１を形成する。その後、レジストパターン１５１をマスクとして、バッファードフッ酸によりシリコン酸化膜１５０をウェットエッチングする。その結果、シリコン酸化膜１５０の酸素の割合に応じて、シリコン酸化膜１５０の横方向のエッチング速度が異なるため、図１５に示すように、階段型の光導波路１４３が形成される。
【００７０】
次に、光導波路１４３の動作について詳細に説明する。ＯＢＯ平面導波路素子４中において入射される信号波がＯＢＯを発生させる原理およびＯＢＯの振幅の性質は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子のものと同様である。そのため、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と同様の考え方により、ＯＢＯ平面導波路素子４の光導波路１４３同士の上部から下部にかけての各部位の間隔のそれぞれが決定される。こうして得られた複数の間隔の値の全てが、形成される光導波路１４３同士の複数の間隔に含まれ、かつ、図１２の条件l1＞ｌ2＞l3＞ｌ4＞ｌ5を満足するように、複数の光導波路１４３は設計されている。
【００７１】
さらに、光導波路１４３はその上面が接触する材料とその下面が接触する材料とが異なるために、光導波路１４３の上部と光導波路１４３の上部に接触する材料との間の屈折率の差と光導波路１４３の下部と光導波路１４３の下部に接触する材料との間の屈折率の差とが非対称となる。そのため、多重化された異なる波長の複数の信号波のうち波長が大きい信号波は光導波路１４３同士の間隔が大きい凸部分の上部側で隣接する光導波路１４３と結合し、一方、多重化された異なる波長の複数の信号波のうち波長が小さい信号波は光導波路１４３同士の間隔が小さい凸部分の下部側で隣接する光導波路１４３と結合する。そのため、多重化された異なる波長の複数の信号波の全てのＯＢＯの振幅が等しくなる。その結果、前述のＯＢＯ平面導波路素子４内を伝播する多重化された異なる波長の複数の信号波の全ては、矢印１４８で示されるように、分散せず同じ出力ポート１４５に伝送される。本実施の形態においては、光導波路１４３の最も広い部分の幅をＷWとし、光導波路１４３の最も狭い部分の幅をＷnとして、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と同様にしてＷn／ＷWの値が与えられる。
【００７２】
なお、本実施の形態において、５段階型の光導波路が用いられているが、段数は５段に限定されず、いかなる段数の光導波路が用いられてもよい。さらに、各段の高さについても、いかなる段差であってもよい。
【００７３】
また、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子においては、基板１４１の上に低屈折率層１４２が設けられている例が示されているが、低屈折率層１４２の下側に基板が設けられていないＯＢＯ平面導波路素子が用いられてもよい。さらに、階段型の光導波路１４３の材料は、信号波が伝播され、低屈折率層１４２に比べて屈折率が高く、かつ、含有する組成を各部位ごとに相違させることによって、光導波路１４３の各部位のエッチングスピードを制御することができるような材料であれば、シリコン酸化膜に限定されず、他の材料、たとえば、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）、またはＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン）であってもよい。
【００７４】
さらに、本実施の形態で使用されるエッチング方法は、ウェットエッチングに限定されず、ＩＣＰエッチングなどのドライエッチングであってもよい。
【００７５】
（実施の形態４）
図１６は本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子の構造図であり、図１７は光導波路の拡大図であり、図１８〜図２０は光導波路の製造方法を説明するための図である。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と比較して、光導波路１６３の断面形状および組成が異なっている。一方、本実施の形態の基板１６１、低屈折率層１６２、ヒータ１６６、およびヒートシンク１６７の構造および機能は、実施の形態１の基板１０１、低屈折率層１０２、ヒータ１０６、およびヒートシンク１０７の構造および機能と全く同様である。
【００７６】
まず、図１７を参照して、前述のＯＢＯ平面導波路素子６の構造について説明する。光導波路１６３の断面形状は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子とは異なり、図１７に示すように、隣接する光導波路１６３同士の関係において、上部同士の間隔がＬ７であり、中部同士の間隔がＬ８であり、下部同士の間隔がＬ９であるとすると、Ｌ７＞Ｌ８＜Ｌ９の関係が成立し、かつ凸部分の断面形状が上下対称となっている。さらに、光導波路１６３は、上部の屈折率および下部の屈折率よりも中部の屈折率が高くなっている。
【００７７】
次に、図１８〜図２０を参照して、前述のＯＢＯ平面導波路素子６の光導波路の製造方法を説明する。
【００７８】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の製造方法においては、まず、低屈折率層１６２上に、光導波路１６３となる酸化シリコン膜（ＳｉＯX）１７０を堆積させる。一般に、シリコン酸化膜１７０の酸素の組成比率が増加すれば、光導波路１６３の屈折率が低くなる。また、本実施の形態のような光導波路１６３を製造する場合、シリコン酸化膜１７０のうちの酸素の割合は、図１８の左側のグラフに示すように、凸部分の上部から中部にかけて徐々に小さくなり、中部から下部にかけて徐々に大きくなる。また、前述の製法により得られたデバイスをＯＢＯ平面導波路素子６の母体材料７とする。
【００７９】
次に、実施の形態２と同様に、図１９に示すように、母体材料７上にレジストパターン１７１を形成する。その後、レジストパターン１７１をマスクとして、バッファードフッ酸を用いて、シリコン酸化膜１７０をウェットエッチングする。シリコン酸化膜１７０の各部位の酸素の割合に応じて、シリコン酸化膜１７０の横方向にエッチングされる速度が異なるため、図２０に示すような光導波路１６３が形成される。
【００８０】
次に、上記光導波路１６３の動作について詳細に説明する。ＯＢＯ平面導波路素子６内へ入射された信号波がＯＢＯを発生させる原理およびＯＢＯの振幅の性質は、実施の形態１のものと同様である。そのため、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と同様の手法により、ＯＢＯ平面導波路素子６の光導波路１６３の上部から下部にかけての各部位の間隔のそれぞれを決定することができる。こうして得られた複数の間隔の値の全てが、形成される光導波路１６３同士の間隔の範囲内に含まれ、かつ、図１７の条件Ｌ７＞Ｌ８＜Ｌ９を満足するように、複数の光導波路１６３は設計されている。本実施の形態においては、Ｌ７＝０．５μｍまたはＬ９＝０．５μｍとしている。
【００８１】
さらに、複数の光導波路１６３はその上面が接触する材料とその下面が接触する材料が異なるために、光導波路１６３の上部と光導波路１６３の上部に接触する材料との屈折率の間の差と光導波路１６３の下部と光導波路１６３の下部に接触する材料との間の屈折率の差とが非対称となる。そのため、多重化された異なる波長の複数の信号波のうち波長が大きい信号波は光導波路１６３同士の間隔が大きい凸部分の上部側および下部側で隣接する光導波路１６３と結合し、一方、多重化された異なる波長の複数の信号波のうち波長が小さい信号波は光導波路１６３同士の間隔が小さい凸部分の中部側で隣接する光導波路１６３と結合する。その結果、多重化された異なる波長の複数の信号波の全ては、ＯＢＯの振幅が等しくなる。したがって、前述のＯＢＯ平面導波路素子６内を伝播する複数の信号波は、矢印１６８で示されるように、分散せず同じ出力ポート１６５に伝送される。また、本実施の形態においては、光導波路１６３の最も広い部分の幅をＷWとし、最も狭い部分の幅をＷnとして、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と同様にしてＷn／ＷWの値が与えられる。
【００８２】
さらに、本実施の形態の光導波路１６３の断面形状は上下で対称であり、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と比較して、伝播中の信号波の強度分布における上部と下部との差は小さい。
【００８３】
また、光導波路１６３の中部の組成は、上部および下部よりも高い屈折率の組成であるため、光導波路１６３内に信号波を閉じ込める作用が強くなる。その結果、光導波路１６３の上面および下面からの信号波の漏れ出しが抑制される。したがって、信号波の伝播損失を低減させることが可能になる。
【００８４】
なお、本実施の形態において、低屈折率層１６２の下に基板１６１が設けられたＯＢＯ平面導波路素子が用いられているが、低屈折率層１６２の下に基板１６１が設けられていないＯＢＯ平面導波路素子が用いられてもよい。また、光導波路１６３の材料は、信号波を伝播することが可能であり、低屈折率層材料に比べて屈折率が高く、含有する組成を各部位ごとに変化させることによってエッチングスピードを制御することができ、かつ、光導波路１６３の中部に近づくにつれて屈折率が高くなる材料であれば、シリコン酸化膜に限定されず、他の材料、たとえば、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）、またはＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン）であってもよい。また、本実施の形態で使用されるエッチング方法は、ウェットエッチングに限定されず、ＩＣＰエッチングなどのドライエッチングであってもよい。
【００８５】
（実施の形態５）
図２１は、本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子の構造図であり、図２２は、光導波路の拡大図であり、図２３〜図２５は、光導波路の製造方法を説明するための図である。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、実施の形態１と比較して、光導波路１８３の断面形状、ならびに、基板１８１、低屈折率層１８２、および光導波路１８３の組成が異なる。ただし、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子においては、基板１８１および低屈折率層１８２のそれぞれの組成は、実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子の基板１４１および低屈折率層１４２の組成と同様である。また、本実施の形態の基板１８１、低屈折率層１８２、ヒータ１８６、およびヒートシンク１８７の構造および機能は、実施の形態１の基板１０１、低屈折率層１０２、ヒータ１０６、およびヒートシンク１０７の構造および機能と全く同様である。
【００８６】
次に、図２２を参照して、前述のＯＢＯ平面導波路素子８の構成について説明する。ＯＢＯ平面導波路素子８の光導波路１８３の断面形状は、図２２に示すように、隣接する光導波路１８３同士の関係において、上部同士の間隔がＬ１０であり、中部同士の間隔がＬ１１であり、下部同士の間隔がＬ１２であるとすると、凸部分の断面形状が上下対称であり、かつ、Ｌ１０＜Ｌ１１＞Ｌ１２の関係が成立するような形状である。
【００８７】
次に、図２３〜図２５を参照して、ＯＢＯ平面導波路素子８の光導波路１８３の製造方法を説明する。
【００８８】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波素子の製造方法においては、まず、低屈折率層１８２の上に、光導波路１８３となるアルミニウムガリウム砒素（以下ＡｌＧａＡｓ）１９０を堆積させる。本実施の形態においては、図２３の左側のグラフに示すように、凸部分の上部から中部にかけてＡｌの割合が徐々に増加するとともに、中部から下部にかけてＡｌの割合が徐々に減少するように、ＡｌＧａＡｓ１９０を堆積させる。それにより得られた図２３に示すデバイスをＯＢＯ平面導波路素子８の母体材料９とする。
【００８９】
次に、図２４に示すように、実施の形態２と同様の手法により、前述の母体材料９上にレジストパターン１９１を形成する。次に、レジストパターン１９１をマスクとして、ＩＣＰエッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いて、ＡｌＧａＡｓ１９０をエッチングする。このとき、ＡｌＧａＡｓ１９０の中のＡｌの割合に応じて、ＡｌＧａＡｓ１９０の各部の横方向にエッチングされる速度が異なるため、図２５に示すような光導波路１８３が形成される。
【００９０】
次に、光導波路１８３の動作について詳細に説明する。ＯＢＯ平面導波路素子８内へ入射される信号波がＯＢＯを発生する原理およびＯＢＯの振幅の性質は、実施の形態１のものと同様である。そのため、実施の形態１と同様の手法によって、ＯＢＯ平面導波路素子２の光導波路１８３の上部から下部にかけての各部位の間隔のそれぞれが決定される。
【００９１】
こうして得られた複数の間隔の値の全てが、形成される光導波路１８３同士の間隔の範囲内に含まれ、かつ、図２２の条件Ｌ１０＜Ｌ１１＞Ｌ１２を満足するように、複数の光導波路１８３は設計されている。本実施の形態においては、Ｌ１１＝０．５μｍとしている。
【００９２】
さらに、光導波路１８３はその上面が接触する材料とその下面で接触する材料とが異なるために、光導波路１８３の上部と光導波路１８３の上部に接触する材料との間の屈折率の差と光導波路１８３の下部と光導波路１８３の下部に接触する材料との間の屈折率の差とが非対称となる。そのため、多重化された異なる波長の複数の信号波のうち波長が大きな信号波は光導波路１８３同士の間隔が大きな凸部分の中部において隣接する光導波路１８３と結合し、一方、多重化された異なる波長の複数の信号波のうち波長が小さな信号波は光導波路１８３同士の間隔が小さい凸部分の上部および下部において隣接する光導波路１８３と結合する。その結果、多重化された異なる波長の複数の信号波の全てのＯＢＯの振幅が等しくなる。したがって、ＯＢＯ平面導波路素子８内を伝播する複数の信号波は、矢印１８８で示されるように、分散せず同じ出力ポート１８５に伝送される。また、本実施の形態においては、光導波路１８３の最も広い部分の幅をＷWとし、最も狭い部分の幅をＷnとして、実施の形態１と同様にしてＷn／ＷW値が与えられる。
【００９３】
さらに、本実施の形態の光導波路１８３の断面形状は上下対称であるため、伝播中の信号波の強度分布における上部と下部との間の差は、実施の形態１の光導波路１８３のものと比較して小さい。そのため、光導波路１８３の上面および下面のそれぞれからの信号波が漏れ出す量が低減される。したがって、信号波の伝播損失を低減することができる。
【００９４】
なお、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、低屈折率層１８２の下に基板１８１が設けられているが、低屈折率層１８２の下に基板１８１を設けられていないＯＢＯ平面導波路素子が用いられても、前述の効果と同様の効果を得ることができる。また、光導波路１８３は、信号波を伝播することができ、低屈折率層１８２に比較して、屈折率が高く、含有する組成を各部位ごとに異ならせることによって各部位のエッチングスピードを制御することができるものであれば、ＡｌＧａＡｓに限定されず、他の材料、たとえば、ＳｉＯX（酸化珪素）またはＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン）であってもよい。
【００９５】
（実施の形態６）
図２６は、本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す図であり、図２７は、光導波路の拡大図である。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１０は、図２６に示すように、基板２０１と、低屈折率層２０２と、光導波路２０３と、光導波路２０３の上面上に設けられた導電性材料２０６と、光導波路２０３に印加される電圧（光導波路の電位）を制御するための可変抵抗２０７と、光導波路２０３に電圧を印加する電圧電源装置２０８とを備えている。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１０は、前述の部分の以外の部分の材料および形状は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と同様である。
【００９６】
図２６を参照して、前述のＯＢＯ平面導波路素子１０の構成をより具体的に説明する。
本実施のＯＢＯ平面導波路素子は、図２６に示すように、光導波路２０３の上には導電性材料２０６が積層されている。光導波路２０３の導電性材料２０６は電極として機能する。また、光導波路２０３同士の間のそれぞれに可変抵抗２０７が設けられている。さらに、基板２０１の両側端部の近傍のそれぞれに位置する光導波路２０３のうち、一方に電圧電源装置２０８のプラス端子が接続され、他方にマイナス端子が接続されている。それにより、可変抵抗２０７の直列回路が形成されている。これによって、光導波路２０３に印加される電圧のそれぞれの大きさが調整されている。
【００９７】
次に、前述の光導波路２０３の動作について詳細に説明する。電圧電源装置２０８と可変抵抗２０７とを用いて、信号の強度ピークが所定の一つの入力ポートに位置するように、低屈折率層２０２上のＯＢＯ平面導波路素子１０内へ、信号波が入射される。なお、複数の光導波路２０３は、電圧電源装置２０８と可変抵抗２０７とによって印加される電圧が複数の光導波路２０３のそれぞれごとに異なるため、その長手方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）において、屈折率が除々に大きくなっている。したがって、信号波は、隣接する光導波路２０３と結合する。その結果、Ｘ軸方向にＯＢＯが発生し、伝播中の信号波は、平均屈折率が高い光導波路２０３側へ移動する。ＯＢＯの振幅の性質は実施の形態１のＯＢＯの振幅の性質と同様である。そのため、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と同様に、ＯＢＯ平面導波路素子２の光導波路２０３同士の上部から下部にかけての各部位のそれぞれの間隔が決定されている。
【００９８】
また、上記の電圧電源装置２０８と可変抵抗２０７とによって、複数の光導波路２０３のそれぞれに印加する電圧（光導波路の電位）を調整することによって、複数の光導波路２０３のＸ軸方向の屈折率の分布の勾配を制御することができる。ここで、光導波路２０３は半導体材料で形成されており、使用される半導体の導電型がｐ型かｎ型かによって電源の極性方向が異なる。また、光導波路２０３に電圧が印加された場合には、光導波路２０３は、その内部のキャリア濃度が変化することによって、その屈折率が変化する。キャリア濃度が低下するにつれて半導体材料の屈折率が高くなる性質を考慮して、複数の光導波路２０３のそれぞれに印加される複数の電圧の値のそれぞれを調整する。
【００９９】
つまり、複数の光導波路２０３に印加される複数の電圧のそれぞれの値を調整することによって、複数の光導波路２０３のＸ軸方向の屈折率の単位長さあたりの相違量、すなわち複数の光導波路２０３のＸ軸方向の屈折率の分布の勾配を制御することができる。そのため、分散せず伝播する複数の信号波のＯＢＯ振幅の大きさを調整することができる。その結果、複数の信号波の出力ポートを自在に指定することができる。
【０１００】
さらに、本実施の形態においては、ＯＢＯ振幅の制御が印加電圧の制御によって実施されるため、実施の形態１のような温度制御を用いるＯＢＯ平面導波路素子と比較して、複数の光導波路２０３のＸ軸方向の屈折率の単位長さあたりの相違量を変化させる速度が大きくなる。
【０１０１】
なお、本実施の形態では実施の形態１のテーパ形状の光導波路１０３を用いているが、多重化された異なる波長の複数の信号波が波長によらず伝播中に分散しない形状であれば、光導波路の形状は、実施の形態１の光導波路１０３の形状に限定されず、実施の形態２〜５の光導波路の形状のうちのいずれかであってもよい。また、本実施の形態においては、低屈折率層２０２の下に基板２０１が設けられているが、低屈折率層２０２の下に基板２０１が設けられていないＯＢＯ平面導波路素子が用いられてもよい。
【０１０２】
（実施の形態７）
図２８は本発明の実施の形態７のＯＢＯ平面導波路素子の構造図であり、図２９は光導波路の拡大図である。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１１は、複数の光導波路２１３の配置以外においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と同様である。すなわち、本実施の形態の基板２１１、低屈折率層２１２、ヒータ２１６、およびヒートシンク２１７の構造および機能は、実施の形態１の基板１０１、低屈折率層１０２、ヒータ１０６、およびヒートシンク１０７の構造および機能と全く同様である。
【０１０３】
次に、図２８および図２９を参照して、前述ＯＢＯ平面導波路素子１１の構成について説明する。
【０１０４】
光導波路２１３のパターンは、図２９に示すように、Ｘ軸方向において、隣接する光導波路２１３同士の間隔Ａ１、Ａ２、・・・、Ａｎが単調に減少するパターン、つまり、光導波路２１３同士の間隔がチャープ型であるパターンである。したがって、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、前述の各実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子のように、ヒータ２１６およびヒートシンク２１７を用いた低屈折率層２１２の温度調整が行なわれなくても、低屈折率層２１２および複数の光導波路２１３は、Ｘ軸方向において、その平均屈折率が除々に大きくなっている。
【０１０５】
次に、上記光導波路２１３の動作について詳細に説明する。
【０１０６】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子においては、信号の強度ピークが所定の一つの入力ポートに位置するように、信号波が入力ポートに入射される。それにより、入射された信号波は隣接する光導波路２１３と結合する。その結果、Ｘ方向にＯＢＯが発生し、伝播中の信号波は低屈折率層２１２および複数の光導波路２１３の平均屈折率が高い側に位置する光導波路２１３同士の間隔が小さい側へ移動する。このＯＢＯは、信号波の波長が小さくかつ光導波路２１３同士の間隔の変化量が大きくなるにしたがって、その振幅が小さくなる。言い換えれば、ＯＢＯは、複数の光導波路の平均屈折率のＸ軸方向の分布の勾配が小さくなるにつれて、すなわち、光導波路２１３同士の間隔の変化量が小さくなるにつれて、その振幅が大きくなる性質を有する。
【０１０７】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子と同様に、ＯＢＯ平面導波路素子１１の光導波路２１３同士の上部から下部にかけての各部位のそれぞれの間隔が設計されている。また、本実施の形態においても、前述のヒータ２１６およびヒートシンク２１７によって、複数の信号波の出力ポートを自在に指定することができる。
【０１０８】
このとき、本実施の形態のように、複数の光導波路２１３がチャープ型のパターンであれば、ヒータ２１６とヒートシンク２１７とによる制御が行なわれない場合においても、低屈折率層２１２および複数の光導波路２１３の平均屈折率が、Ｘ軸方向において、除々に大きくなるため、複数の光導波路の全てが等しい間隔で並んでいるパターンを有する前述の各実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子に比較して、制御部となるヒータ２１６の消費電力を低減することができる。
【０１０９】
また、ヒータ２１６を用いて複数の光導波路２１３のＸ軸方向の平均屈折率を除々に大きくさせる必要がない場合もある。この場合には、ヒータ２１６を用いないときにＯＢＯ平面導波路素子１１内を伝播する信号波が出力される出力ポート２１５が、主に使用される出力ポートになるように、光導波路２１３のチャープ型のパターンが形成されていれば、ヒータ２１６の電力を消費することなく、目標とする出力ポート２１５に信号波を伝送することができる。その結果、ＯＢＯ平面導波路素子の消費電力を低下させることができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態においては、実施の形態１において用いられたテーパ形状の光導波路が用いられているが、多重化された異なる波長の信号波が波長によらず伝播中に分散しない光導波路の形状であれば、光導波路の形状は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の光導波路の形状に限定されず、実施の形態２〜５のＯＢＯ平面導波路素子の光導波路の形状であってもよい。
【０１１１】
さらに、本実施の形態においては、複数の光導波路２１３の屈折率のＸ軸方向の単位長さあたり相違量を制御する制御部として、ヒータおよびヒートシンクが用いられているが、複数の光導波路２１３の屈折率のＸ軸方向の単位長さあたり相違量を外部から制御することが可能なものであれば、実施の形態６のように可変抵抗と電圧電源装置が制御部として用いられてもよい。
【０１１２】
また、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子は、低屈折率層２１２の下に基板２１１が設けられているが、低屈折率層２１２の下の基板２１１が設けられていないＯＢＯ平面導波路素子が用いられてもよい。
【０１１３】
（実施の形態８）
本実施の形態においては、図３０を用いて、ＷＤＭ光通信の基地局で使用される波長多重光通信装置２２０について説明する。本実施の形態においては、多重化された異なる波長の複数の信号波を伝送する平面導波路素子２２１は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と同様のものである。
【０１１４】
本実施の形態の波長多重光通信装置２２０は、平面導波素子２２１と、平面導波素子２２１へ多重化された異なる波長の複数の信号波を入力する１の入力用光ファイバー２２２と、平面導波素子２２１から多重化された異なる波長の複数の信号波が出力される複数の出力用光ファイバー２２３と、複数の出力用光ファイバー２２３のうちのいずれに多重化された異なる波長の複数の信号波を出力させるかを制御する制御部２２４とを備えている。
【０１１５】
本実施の形態においては、光パスに対する波長の割り当て方法がＶＷＰ方式であり、かつ、複数の波長がλ1，λ2，λ3，・・・，λkである場合には、実施の形態１の光導波路の断面形状は、複数の信号波の全てのＯＢＯの振幅が等しくなるように、波長λ1，λ2，λ3，・・・，λkのそれぞれに大きさに対応するように形成される。そのため、波長λ1，λ2，λ3，・・・，λkの複数の信号波のうちの全ての信号波または所定の信号波を用いて、多数の情報を同時に伝送する場合においても、個々の波長の信号波に組み込まれた個々の情報のそれぞれをユーザ２２５に確実に伝送することができる。さらに、信号波が出力される出力ポートを変更する場合においても、外部の制御部２２４からＯＢＯ平面導波路素子に制御信号を送信することによって、容易に出力ポートの変更を行なうことができる。
【０１１６】
また、本実施の形態では、波長多重光通信装置２２０において、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１が用いられているが、多重化された異なる波長の複数の信号波がそれぞれの波長によらず同じ出力ポートに伝送され、かつ、複数の信号が出射される出力ポートを自在に指定することができるデバイスであれば、実施の形態２〜７に示すようなＯＢＯ平面導波路が用いられてもよい。
【０１１７】
また、前述の各実施の形態の平面導波路素子は、光導波路上に光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する他の低屈折率層をさらに備えていてもよい。この場合、低屈折率層と他の低屈折率層とは、同じ屈折率であってもよいとともに、異なる屈折率であってもよい。さらに、低屈折率層と他の低屈折率層とは、上下対称に設けられていてもよいとともに、上下非対称に設けられていてもよい。また、制御部は、低屈折率層のＸ軸方向の屈折率の分布の勾配と他の低屈折率層のＸ軸方向の屈折率の分布の勾配とが、上下対称になるように制御を行なうものであってもよいとともに、上下非対称になるように制御を行なうものであってもよい。この結果、様々な光導波路特性に対応することが可能となる。
【０１１８】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれていることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の構成を示す全体図である。
【図２】実施の形態１の光導波路１０３の断面形状を示す拡大図である。
【図３】実施の形態１の光導波路１０３の製造方法を説明するための図であって、レジスト膜にパターンを形成する前段階の状態を示す図である。
【図４】実施の形態１の光導波路１０３の製造方法を説明するための図であって、レジストマスクを用いてエッチングが実行される前段階の状態を示す図である。
【図５】実施の形態１の光導波路１０３の製造方法を説明するための図であって、光導波路１０３が完成した状態を示す図である。
【図６】実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子２の構成を示す全体図である。
【図７】実施の形態２の光導波路１２３の断面形状を示す拡大図である。
【図８】実施の形態２の光導波路１０３の製造方法を説明するための図であって、レジスト膜にパターンを形成する前の状態を示す図である。
【図９】実施の形態２の光導波路１０３の製造方法を説明するための図であって、レジストマスクを用いてエッチングが実行される前の状態を示す図である。
【図１０】実施の形態２の光導波路１０３の製造方法を説明するための図であって、光導波路１２３が完成した状態を示す図である。
【図１１】実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子４の構成を示す全体図である。
【図１２】実施の形態３の光導波路１４３の断面形状を示す拡大図である。
【図１３】実施の形態３で用いる光導波路１４３の製造方法を説明するための図であって、レジスト膜にパターンを形成する前の状態を示す図である。
【図１４】実施の形態３で用いる光導波路１４３の製造方法を説明するための図であって、レジストマスクを用いてエッチングが実行される前の状態を示す図である。
【図１５】実施の形態３で用いる光導波路１４３の製造方法を説明するための図であって、光導波路１４３が完成した状態を示す図である。
【図１６】実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子６の構成を示す全体図である。
【図１７】実施の形態４の光導波路１６３の断面形状を示す拡大図である。
【図１８】実施の形態４で用いる光導波路１６３の製造方法を説明するための図であって、レジスト膜にパターンを形成する前の状態を示す図である。
【図１９】実施の形態４で用いる光導波路１６３の製造方法を説明するための図であって、レジストマスクを用いてエッチングが実行される前の状態を示す図である。
【図２０】実施の形態４で用いる光導波路１６３の製造方法を説明するための図であって、光導波路１６３が完成した状態を示す図である。
【図２１】実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子８の構成を示す全体図である。
【図２２】実施の形態５の光導波路１８３の断面形状を示す拡大図である。
【図２３】実施の形態５で用いる光導波路１８３の製造方法を説明するための図であって、レジスト膜にパターンを形成する前の状態を示す図である。
【図２４】実施の形態５で用いる光導波路１８３の製造方法を説明するための図であって、レジストマスクのエッチングが実行される前の状態を示す図である。
【図２５】実施の形態５の光導波路１８３が完成した状態を示す図である。
【図２６】実施の形態６であるＯＢＯ平面導波路素子１０の構成を示す全体図である。
【図２７】実施の形態６の光導波路２０３の断面形状を示す拡大図である。
【図２８】実施の形態７であるＯＢＯ平面導波路素子１１の構成を示す全体図である。
【図２９】実施の形態７の光導波路２１３のパターンの断面の拡大図である。
【図３０】実施の形態８で用いる波長多重光通信装置２２０の構成図である。
【図３１】従来のＯＢＯ平面導波路素子３００の構成を示す全体図である。
【図３２】従来用いられている光導波路３０３の断面形状を示す拡大図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１，２，４，６，８，１０，１１，３００  ＯＢＯ平面導波路素子、１０１，１２１，１４１，１６１，１８１，２０１，２１１，３０１  基板、１０２，１２２，１４２，１６２，１８２，２０２，２１２，３０２  低屈折率層、１０３，１２３，１４３，１６３，１８３，２０３，２１３，３０３  光導波路、１０４，１２４，１４４，１６４，１８４，２０４，２１４，３０４  入力ポート、１０５，１２５，１４５，１６５，１８５，２０５，２１５，３０５  出力ポート、１０６，１２６，１４６，１６６，１８６，２１６，３０６  ヒータ、１０７，１２７，１４７，１６７，１８７，２１７，３０７  ヒートシンク、１０８，１２８，１４８，１６８，１８８，２０８，２１８，３０８  信号波の伝播経路を示す矢印、１０９，１２９，１４９，１６９，１８９  レジスト、１１１，１３１，１５１，１７１，１９１  テーパ型レジストマスクのレジストパターン、３，５，７，９  ＯＢＯ平面導波路素子の母体材料、１１０  光導波路材料となる珪素（Ｓｉ）、１３０，１９０  光導波路材料となるアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）、１５０，１７０  光導波路材料となる酸化シリコン（ＳｉＯX）、２０６  導電性材料、２０７  可変抵抗、２０８  電圧電源装置、２２０  波長多重光通信装置、２２１  平面導波路素子、２２２  入力用の光ファイバー、２２３  出力用の光ファイバー、２２４  制御部、２２５  ユーザ。
【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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