(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本以上の並設された光入力導波路と、該光入力導波路の出射側に設けられたマルチモード光干渉導波路と、該マルチモード光干渉導波路の出射側に１本以上の並設された光出力導波路とを有し、前記マルチモード光干渉導波路は前記光入力導波路および前記光出力導波路よりも幅広と成しており、１本以上の各光入力導波路の出射端とマルチモード光干渉導波路の間には前記光入力導波路の幅よりも狭幅の、シングルモード条件を満たして高次モード光成分を除去する、狭幅直線導波路が介設され、当該狭幅直線導波路の一端は前記光入力導波路の出射端に直接接続され、当該狭幅直線導波路の他端は前記マルチモード光干渉導波路に直接接続され、当該狭幅直線導波路の一端と前記光入力導波路の出射端との接続面には接続し合う両導波路の幅差に相当する段差が形成されており、１本以上の各光出力導波路とマルチモード光干渉導波路の間にも前記光出力導波路の幅よりも狭幅の、シングルモード条件を満たして高次モード光成分を除去する、狭幅直線導波路が介設され、当該狭幅直線導波路の一端は前記光出力導波路に直接接続され、当該狭幅直線導波路の他端は前記マルチモード光干渉導波路に直接接続され、当該狭幅直線導波路の一端と前記光出力導波路との接続面には接続し合う両導波路の幅差に相当する段差が形成されていることを特徴とする導波路型光カプラ。
【請求項２】
光入力導波路と光出力導波路と狭幅直線導波路は、それぞれシングルモード条件を満たしていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光カプラ。
【請求項３】
光入力導波路は１本の第１の光入力導波路と１本の第２の光入力導波路を並設して成り、光出力導波路は１本の第１の光出力導波路と１本の第２の光出力導波路を並設して成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導波路型光カプラ。
【請求項４】
請求項３記載の導波路型光カプラを２つ直列に配列し、一方の導波路型光カプラを第１の導波路型光カプラとして他方の導波路型光カプラを第２の導波路型光カプラとし、前記第１の導波路型光カプラの第１の光出力導波路の出射側に前記第２の導波路型光カプラの第１の光入力導波路を接続して第１の連結導波路とし、前記第１の導波路型光カプラの第２の光出力導波路の出射側に前記第２の導波路型光カプラの第２の光入力導波路を接続して第２の連結導波路とし、該第２の連結導波路と前記第１の連結導波路の光路長を互いに異なる構成にしたことを特徴とする導波路型光カプラ。
【請求項５】
請求項３記載の導波路型光カプラを２つ直列に配列し、一方の導波路型光カプラを第１の導波路型光カプラとして他方の導波路型光カプラを第２の導波路型光カプラとし、前記第１の導波路型光カプラの第１の光出力導波路の出射側に前記第２の導波路型光カプラの第１の光入力導波路を接続して第１の連結導波路とし、前記第１の導波路型光カプラの第２の光出力導波路の出射側に前記第２の導波路型光カプラの第２の光入力導波路を接続して第２の連結導波路とし、前記第１の連結導波路と前記第２の連結導波路の少なくとも一方に連結導波路の屈折率を変化させる屈折率可変手段を設けたことを特徴とする導波路型光カプラ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の導波路型光カプラを複数配列して形成したことを特徴とする光合分波器。
【請求項７】
請求項４または請求項５記載の導波路型光カプラを複数並設して第１段の導波路型光カプラユニットを形成し、該第１段の導波路型光カプラユニットの後段に、前記導波路型光カプラを１つ以上並設してなる第２段の導波路型光カプラユニットを設け、前記第１段の導波路型光カプラユニットの１対ずつの導波路型光カプラの出力を前記第２段の導波路型光カプラユニットの導波路型光カプラにより合波または分波するという如く、前記導波路型光カプラを複数段に接続して前段の対の導波路型光カプラの光出力を後段の導波路型光カプラで合波または分波する機能を有する構成としたことを特徴とする光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に波長分割多重伝送等の光通信分野に用いられる導波路型光カプラおよび該導波路型光カプラを用いた光合分波器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来、図８に示すような導波路型光カプラが提案されている。この導波路型光カプラは、基板１０上に同図に示す導波路構成を形成したものである。
【０００３】
この導波路構成は、１本以上（ここでは２本）の並設された光入力導波路１と、該光入力導波路１の出射側に設けられたマルチモード光干渉導波路（ＭＭＩ：Multi-Mode Interference）２と、該マルチモード光干渉導波路２の出射側に１本以上（ここでは２本）並設された光出力導波路３とを有している。光入力導波路１は１本の第１の光入力導波路１ａと１本の第２の光入力導波路１ｂとを並設して成り、光出力導波路３は１本の第１の光出力導波路３ａと１本の第２の光出力導波路３ｂを並設して成る。
【０００４】
前記マルチモード光干渉導波路２は、前記光入力導波路１および光出力導波路３よりも幅広と成しており、マルチモード光干渉導波路２の形状は四角形状である。マルチモード光干渉導波路２は、その幅方向（同図におけるＸ方向）の両端側に光を閉じ込め、かつ、光入力導波路１（１ａ，１ｂ）から入射された光によって高次モードの光が励振され、該励振された光と入射光の光干渉効果を利用して合分波する機能を有する導波路である。
【０００５】
図８に示したような導波路型光カプラは、例えば以下のようにして作製される。すなわち、まず、シリコン等の基板１０上に、火炎加水分解堆積法を用いてアンダークラッド膜、コア膜を順に形成し、焼結、透明化する。その後、それぞれ、図８に示したような導波路構成の回路が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコア膜にパターンを転写し、コアの導波路構成を形成する。その後、コアを覆うオーバークラッド膜を形成し、該オーバークラッド膜を焼結、透明化して導波路型光カプラとする。
【０００６】
上記導波路型光カプラにおいては、例えば光入力導波路１ａまたは光入力導波路１ｂから入射した設定波長の光を、光出力導波路３ａ，３ｂからそれぞれ５０％の結合効率で出射するように設定されている。すなわち、導波路型光カプラの光入力導波路１ａから設定波長の光を入射すると、そのうち、５０％の強度の設定波長光が光出力導波路３ａから出射され、５０％の強度の設定波長光が光出力導波路３ｂから出射される。
【０００７】
上記導波路型光カプラは相反性を有する光回路であり、光出力導波路３ａ，３ｂから光を入射すると、この光はマルチモード光干渉導波路２で結合し、例えば光入力導波路１ａから出射する。
【０００８】
また、図１１に示すように、光入力導波路１ａ，１ｂとマルチモード光干渉導波路２との間と、マルチモード光干渉導波路２と前記光出力導波路３ａ，３ｂとの間に、マルチモード光干渉導波路２側に向かうにつれて拡幅するテーパ形状のテーパ導波路４０を形成した導波路型光カプラが特開２０００−１６２４５４に提案されている。なお、このテーパ導波路４０は、その高さ（コアの膜厚）は一定で幅のみマルチモード光干渉導波路２側に向かうにつれて拡幅している。
【０００９】
この提案の導波路型光カプラは、図８に示した導波路型光カプラとほぼ同様の機能を有し、さらに、この提案の導波路型光カプラは、テーパ導波路４０を設けることにより、マルチモード光干渉導波路２に入力する光のスポットサイズを拡大することができるので、導波路型光カプラの損失を小さくすることができる。
【００１０】
図１１に示す導波路型光カプラは、同図に示す導波路構成の回路が描かれたフォトマスクを用い、図８に示した導波路型光カプラとほぼ同様にして作製される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような導波路型光カプラにおいて、マルチモード光干渉導波路２に入射する光信号の入射モードが０次モードのみの場合は、この０次モードと、マルチモード光干渉導波路２により励起される高次モード（１次以上のモード）とが干渉し、結合する。この場合には、入射モードである０次モードと前記励起モードである高次モードとの結合効率にばらつきは生じない。
【００１２】
しかしながら、上記従来の導波路型光カプラにおいては、いずれも、光信号の入射条件によって、入射成分の主成分である０次モードと共に、この０次モード以外の高次モード（１次以上のモード）とがマルチモード光干渉導波路２に入射する。
【００１３】
そうすると、マルチモード光干渉導波路２内において、上記入射成分の０次モードおよび高次モードと、この０次モードおよび高次モードの励起モードであるそれぞれの高次モードとが干渉する。したがって、マルチモード光干渉導波路２により励起される高次モード（１次モード以上のモード）と入射モードとの結合効率にばらつきが生じてしまうといった問題があった。
【００１４】
例えば、図８に示した導波路型光カプラにおいては、光信号が光入力導波路１に入射するときに、図１０の（ａ）に示すように、光信号のビーム強度中心が光入力導波路１ａの幅方向中心からずれて入射すると、この軸ずれ成分が光入力導波路１ａにおいて高次（１次以上）の伝播モードを引き起こし、主要な信号成分である０次モードの光信号に干渉し、入射光信号の形を歪め、その状態で光入力導波路１ａからマルチモード光干渉導波路２に入射する。
【００１５】
そのため、図８に示した導波路型光カプラにおいて、マルチモード光干渉導波路２に入射する光のビームプロファイルが図１０の（ｂ）の特性線ａに示すようになり、光のビーム強度のピーク位置が光入力導波路１ａの幅方向中心位置からずれてしまった状態で光が光入力導波路１ａから出射される。そうなると、マルチモード光干渉導波路２に入射する光のビーム強度ピーク位置が設定位置（光入力導波路１ａの幅方向中心）からずれてしまい、上記結合効率のばらつきが生じてしまうのである。
【００１６】
なお、図１０の（ａ）は、上記軸ずれ成分（軸ずれ入射光）の入射位置を模式的に示し、同図の（ｂ）は、この軸ずれ成分がマルチモード光干渉導波路２に入射する際のビームプロファイル形状を模式的に示した図である。軸ずれが無い場合のビームプロファイル形状を同図の（ｂ）の特性線ｂに示す。また、同図の（ａ）に示すように、以下、導波路構成の外側方向への軸ずれを＋で示し、導波路構成の内側方向への軸ずれを−で示す。
【００１７】
また、図９は、図８に示した導波路型光カプラの光入力導波路１ａに入射する光信号の入射位置をＸ方向に変えて、光がマルチモード光干渉導波路２に入射する際のビームプロファイル形状を測定した結果を示している。横軸はＸ方向の長さを示し、縦軸は光の振幅を示す。また、横軸はマルチモード光干渉導波路２の幅方向（Ｘ方向）中心を０として示しており、光入力導波路１ａの出射端中心は１０μｍの位置である。
【００１８】
図９の特性線ａは軸ずれが無い光を入射した場合のビームプロファイル形状を示す。また、同図の特性線ｂは、Ｘ方向（光信号の進行方向に垂直で、かつ、導波路面に平行な方向）の軸ずれが−２μｍの光信号を入射した場合のビームプロファイル形状を示し、特性線ｃはＸ方向の軸ずれが＋２μｍの光信号を入射した場合のビームプロファイル形状を示す。
【００１９】
図９の特性線ａ〜ｃから明らかなように、軸ずれの無い光が光入力導波路１ａに入射された場合には、その光が光入力導波路１ａを伝播していき、マルチモード光干渉導波路２に入射するときの振幅ピークが光入力導波路１ａの出射端幅方向中心となる。
【００２０】
しかし、軸ずれを有する光が光入力導波路１ａに入射された場合には、その光が光入力導波路１ａを伝播していって、マルチモード光干渉導波路２に入射するときの振幅ピークは、光入力導波路１ａの出射端幅方向中心からずれ、設計通りの特性を実現できないだけでなく、上記振幅ピークの中心ずれ量に対応して結合効率のばらつきが発生してしまう。
【００２１】
なお、上記のような現象は、図１１に示した導波路型光カプラにおいても同様であり、図１１に示した導波路型光カプラのマルチモード光干渉導波路２への入射ビームプロファイル形状は、図１２の特性線ａ〜ｃに示すようになる。
【００２２】
同図の特性線ａは軸ずれが無い光を入射した場合のビームプロファイル形状を示す。また、同図の特性線ｂは、Ｘ方向（光信号の進行方向に垂直で、かつ、導波路面に平行な方向）の軸ずれが＋２μｍの光信号を入射した場合のビームプロファイル形状を示し、特性線ｃはＸ方向の軸ずれが−２μｍの光信号を入射した場合のビームプロファイル形状を示す。軸ずれがない光を入射した場合に比較すると、軸ずれありの光を入射した場合のビームプロファイルは、中心波長からのピークずれがあるだけでなく、そのピークパワーも小さくなっている。
【００２３】
そして、上記のような結合効率のばらつきは、例えば上記図８、図１１に示したような導波路型光カプラを複数接続して光合分波器を形成した場合に、光合分波器の光合分波性能の劣化を招いてしまう。
【００２４】
本発明は上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、光信号の光入力導波路への入射位置が多少ずれても、マルチモード光干渉導波路による結合効率を設定通りの安定した値とすることができる導波路型光カプラおよびこれを複数接続して成る光合分波器を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の導波路型光カプラは、１本以上の並設された光入力導波路と、該光入力導波路の出射側に設けられたマルチモード光干渉導波路と、該マルチモード光干渉導波路の出射側に１本以上の並設された光出力導波路とを有し、前記マルチモード光干渉導波路は前記光入力導波路および前記光出力導波路よりも幅広と成しており、１本以上の各光入力導波路の出射端とマルチモード光干渉導波路の間には前記光入力導波路の幅よりも狭幅の、シングルモード条件を満たして高次モード光成分を除去する、狭幅直線導波路が介設され、当該狭幅直線導波路の一端は前記光入力導波路の出射端に直接接続され、当該狭幅直線導波路の他端は前記マルチモード光干渉導波路に直接接続され、当該狭幅直線導波路の一端と前記光入力導波路の出射端との接続面には接続し合う両導波路の幅差に相当する段差が形成されており、１本以上の各光出力導波路とマルチモード光干渉導波路の間にも前記光出力導波路の幅よりも狭幅の、シングルモード条件を満たして高次モード光成分を除去する、狭幅直線導波路が介設され、当該狭幅直線導波路の一端は前記光出力導波路に直接接続され、当該狭幅直線導波路の他端は前記マルチモード光干渉導波路に直接接続され、当該狭幅直線導波路の一端と前記光出力導波路との接続面には接続し合う両導波路の幅差に相当する段差が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２６】
さらに、第２の発明の導波路型光カプラは、上記第１の発明の構成に加え、前記光入力導波路と光出力導波路と狭幅直線導波路は、それぞれシングルモード条件を満たしている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２７】
さらに、第３の発明の導波路型光カプラは、上記第１又は第２の発明の構成に加え、前記光入力導波路は１本の第１の光入力導波路と１本の第２の光入力導波路を並設して成り、光出力導波路は１本の第１の光出力導波路と１本の第２の光出力導波路を並設して成る構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２８】
さらに、第４の発明の導波路型光カプラは、上記第３の発明の導波路型光カプラを２つ直列に配列し、一方の導波路型光カプラを第１の導波路型光カプラとして他方の導波路型光カプラを第２の導波路型光カプラとし、前記第１の導波路型光カプラの第１の光出力導波路の出射側に前記第２の導波路型光カプラの第１の光入力導波路を接続して第１の連結導波路とし、前記第１の導波路型光カプラの第２の光出力導波路の出射側に前記第２の導波路型光カプラの第２の光入力導波路を接続して第２の連結導波路とし、該第２の連結導波路と前記第１の連結導波路の光路長を互いに異なる構成として課題を解決する手段としている。
【００２９】
さらに、第５の発明の導波路型光カプラは、上記第３の発明の導波路型光カプラを２つ直列に配列し、一方の導波路型光カプラを第１の導波路型光カプラとして他方の導波路型光カプラを第２の導波路型光カプラとし、前記第１の導波路型光カプラの第１の光出力導波路の出射側に前記第２の導波路型光カプラの第１の光入力導波路を接続して第１の連結導波路とし、前記第１の導波路型光カプラの第２の光出力導波路の出射側に前記第２の導波路型光カプラの第２の光入力導波路を接続して第２の連結導波路とし、前記第１の連結導波路と前記第２の連結導波路の少なくとも一方に連結導波路の屈折率を変化させる屈折率可変手段を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３０】
さらに、第６の発明の光合分波器は、上記第１乃至第５のいずれか一つの発明の導波路型光カプラを複数配列して形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３１】
さらに、第７の発明の光合分波器は、上記第４又は第５の発明の導波路型光カプラを複数並設して第１段の導波路型光カプラユニットを形成し、該第１段の導波路型光カプラユニットの後段に、前記導波路型光カプラを１つ以上並設してなる第２段の導波路型光カプラユニットを設け、前記第１段の導波路型光カプラユニットの１対ずつの導波路型光カプラの出力を前記第２段の導波路型光カプラユニットの導波路型光カプラにより合波または分波するという如く、前記導波路型光カプラを複数段に接続して前段の対の導波路型光カプラの光出力を後段の導波路型光カプラで合波または分波する機能を有する構成とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３２】
上記構成の本発明の導波路型光カプラは、マルチモード光干渉導波路の入射側に設けた１本以上の光入力導波路とマルチモード光干渉導波路の間と、マルチモード光干渉導波路の出射側に設けた１本以上の光出力導波路とマルチモード光干渉導波路の間に狭幅直線導波路を介設し、該狭幅直線導波路を対応する光入力導波路および光出力導波路の幅よりも狭幅と成したものである。
【００３３】
本発明の導波路型光カプラにおいて、光入力導波路の出射側に狭幅直線導波路を設けると、前記狭幅直線導波路によって、光入力導波路を伝播してきた光の余分な高次モード成分を除去してビームプロファイルの歪みを取り除き、光強度中心を狭幅直線導波路の幅方向中心に移動させて狭幅直線導波路から出射することができる。
【００３４】
すなわち、本発明の導波路型光カプラにおいて、光入力導波路の出射側に狭幅直線導波路を設け、この狭幅直線導波路の幅方向中心位置をマルチモード光干渉導波路の設定位置に形成することにより、光のパワー中心をマルチモード光干渉導波路の前記設定位置に合わせて入射させることができ、かつ、その光のビームプロファイルはほとんど歪みの無いものとすることができる。
【００３５】
したがって、本発明の導波路型光カプラは、光信号の光入力導波路への入射位置が多少ずれても、マルチモード光干渉導波路による結合効率を設定通りの安定した値とすることができる。
【００３６】
また、本発明の導波路型光カプラは相反性を有する光回路であるため、上記狭幅直線導波路を光出力導波路の入射側に設け、光出力導波路側から光を入射する場合も同様の効果を奏することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には、本発明に係る導波路型光カプラの第１実施形態例が示されている。
【００３８】
同図に示すように、本第１実施形態例の導波路型光カプラは図８に示した従来の導波路型光カプラとほぼ同様に構成されており、本第１実施形態例が従来例と異なる特徴的なことは、１本以上（ここでは２本）の光入力導波路１ａ，１ｂとマルチモード光干渉導波路２の間と、１本以上（ここでは２本）の光出力導波路３ａ，３ｂとマルチモード光干渉導波路２の間に、狭幅直線導波路５が介設されていることである。これらの狭幅直線導波路５は対応する光入力導波路１ａ，１ｂまたは光出力導波路３ａ，３ｂの幅よりも狭幅と成している。
【００３９】
なお、本第１実施形態例において、図１に示す導波路構成を形成するコアの膜厚は６．５μｍ、比屈折率差Δは０．８％である。また、光入力導波路１ａ，１ｂおよび光出力導波路３ａ，３ｂは、いずれも幅６．５μｍに形成されており、シングルモード条件を満たしている。マルチモード光干渉導波路２は幅６０．０μｍ、長さ５５６０．０μｍである。また、光入力導波路１ａ，１ｂおよび光出力導波路３ａ，３ｂの曲線部は、それぞれ曲率半径５ｍｍの円弧で構成している。
【００４０】
狭幅直線導波路５は幅３．５μｍ、長さ５００μｍに形成されている。この狭幅直線導波路５の幅と長さは、光入力導波路１ａ，１ｂを伝播してきた光の強度中心を狭幅直線導波路５の幅中心に導くことができるだけの幅と長さである。狭幅直線導波路５もシングルモード条件を満たしている。
【００４１】
また、本第１実施形態例の導波路型光カプラも従来例とほぼ同様の作製方法により作製されている。本第１実施形態例の導波路型光カプラの作製方法が従来例の導波路型光カプラの作製方法と異なることは、コア膜の焼結、透明化後に、図１に示したような導波路構成の回路が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコア膜にパターンを転写し、コアの導波路構成を形成することである。
【００４２】
本第１実施形態例において、コアを形成するコア膜はＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５−ＧｅＯ２系、アンダークラッド膜とオーバークラッド膜は、共にＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系により形成されている。
【００４３】
なお、本発明者は、上記実施形態例の構成を決定するに際し、まず、光パワー中心（光強度中心）が光入力導波路１の導波路中心からずれてしまった状態を模擬的に実験するため、図３に示すように、入力導波路１と同様の構成を有する基本導波路１１を形成し、この基本導波路１１の出射側に、基本導波路１１よりも狭幅の狭幅直線導波路５を形成した。
【００４４】
そして、基本導波路１１の入射端に、導波路構成の外側（図の上側）に故意に＋２μｍ軸ずれを有する光を入射させてビーム伝搬法（BPM）によるシミュレーションを行い、光ビーム中心が設定位置からどれだけずれるかを求めた。
【００４５】
なお、上記モードフィールドの計算に用いたパラメータの値は、基本導波路１１に入射する信号光波長＝１．５５μｍ、比屈折率差Δ＝０．８０％、基本導波路１１の膜厚＝６．５μｍ、基本導波路１１の幅Ｗ＝６．５μｍ、狭幅直線導波路５の長さ＝５００．０μｍ、３０．０μｍ、２０．０μｍ、１０．０μｍ、狭幅直線導波路５の幅＝３．５μｍ、４．０μｍ、４．５μｍ、５．０μｍ、５．５μｍとした。
【００４６】
また、狭幅直線導波路５を設けない構成においても同様に上記シミュレーションを行なった。
【００４７】
その結果、狭幅直線導波路５の幅が大きくなると、次第に光ビーム中心（光ビームの強度中心）が設定位置から離れてしまい、また、狭幅直線導波路５の長さが短くなると、同様に、次第に光ビーム中心が設定位置から離れてしまうことがわかった。そして、その逆に、狭幅直線導波路５の幅を十分に狭く、かつ、その長さを十分に長くすると、光強度中心を狭幅直線導波路５の幅方向中心に移動させて出射させることができることがわかった。
【００４８】
例えば、図４に示すように、狭幅直線導波路５の長さを５００μｍとした場合、その幅を約４．０μｍ以下にすることにより、光強度中心のずれ量を約０．１μｍ以下にすることができる。なお、同図において、狭幅直線導波路の幅６．５μｍは狭幅直線導波路５を設けない場合を示す。
【００４９】
また、図５に示すように、狭幅直線導波路５の幅を３．５μｍとした場合、その長さを３０μｍ以上にすることにより、光強度中心のずれ量を約０．１μｍ以下にすることができる。なお、同図において、狭幅直線導波路５の長さ０は狭幅直線導波路５を設けない場合を示す。
【００５０】
本発明者は、上記検討結果に基づき、本第１実施形態例の導波路構成を前記の如く決定したものであり、例えば光入力導波路１ａに信号光を入射すると、その光は光入力導波路１ａを伝播してその出射側の狭幅直線導波路５を伝播する。狭幅直線導波路５は、光入力導波路を伝播してきた光の余分な高次モード成分を除去し、ビームプロファイルの歪みを取り除き、光強度中心（振幅中心）を狭幅直線導波路の幅方向中心に移動させて出射する。
【００５１】
したがって、図２の特性線ａ〜ｃに示すように、たとえ軸ずれを有する光が光入力導波路１ａに入射されても、軸ずれの無い光が光入力導波路１ａに入射された場合と同様に、マルチモード光干渉導波路２の設定位置（同図における１０μｍの位置）に光強度中心を入射することができる。
【００５２】
なお、同図の特性線ａ〜ｃは、本第１実施形態例の構成を持つ導波路型光カプラを実際に作製して、光入力導波路１ａから光を入射した場合に測定された、マルチモード光干渉導波路２への入射ビームプロファイル形状を示すものである。特性線ａは軸ずれが無い光を入射した場合のビームプロファイル形状を示し、特性線ｂ、ｃはそれぞれ、前記Ｘ方向の軸ずれが−２μｍ、＋２μｍの光信号を入射した場合のビームプロファイル形状を示す。
【００５３】
以上のように、本第１実施形態例の導波路型光カプラは、たとえ軸ずれを有する光が光入力導波路１ａに入射されても、マルチモード光干渉導波路２の設定位置に光のパワー中心を入射することができるので、光信号の光入力導波路１への入射位置が多少ずれても、マルチモード光干渉導波路２による結合効率を設定通りの安定した値とすることができる。
【００５４】
また、本第１実施形態例の導波路型光カプラは相反性を有する光回路であるため、光出力導波路３側から光を入射した場合も同様の効果を奏することができる。
【００５５】
図６には、本発明に係る導波路型光カプラの第２実施形態例の要部構成図が平面図により示されている。本第２実施形態例の導波路型光カプラは、上記第１実施形態例の導波路型光カプラを２つ直列に配列して形成したマッハツェンダ干渉計型の導波路型光カプラである。
【００５６】
以下、本第２実施形態例の導波路型光カプラについて詳細に説明する。本第２実施形態例の導波路型光カプラは、２つ直列に配列した導波路型光カプラ７ａ，７ｂのうち、一方の導波路型光カプラを第１の導波路型光カプラ７ａとして他方の導波路型光カプラを第２の導波路型光カプラ７ｂとしている。
【００５７】
そして、第１の導波路型光カプラ７ａの第１の光出力導波路３ａの出射側に第２の導波路型光カプラ７ｂの第１の光入力導波路１ａを接続して第１の連結導波路８ａとし、第１の導波路型光カプラ７ａの第２の光出力導波路３ｂの出射側に第２の導波路型光カプラ７ｂの第２の光入力導波路１ｂを接続して第２の連結導波路８ｂとし、該第２の連結導波路８ｂと前記第１の連結導波路８ａの光路長を互いに異なるようにしている。
【００５８】
本第２実施形態例は以上のように構成されており、本第２実施形態例では、２つの導波路型光カプラ７ａ，７ｂのそれぞれのマルチモード光干渉導波路２に挟まれた第２の連結導波路８ｂと前記第１の連結導波路８ａの光路長を互いに異なる構成にしているので、周知のマッハツェンダ干渉型光学素子と同様に、連結導波路部８ａ，８ｂを伝播する光に位相差をつけ、光の干渉作用を生じさせ、異なる波長の光信号を合分波することができる。なお、この合分波する光の波長間隔は、連結導波路部８ａと連結導波路部８ｂの光路長の差によって決定される。
【００５９】
本第２実施形態例の導波路型光カプラは、上記第１実施形態例の導波路型光カプラを直列に配列して上記の如く接続して形成したものであるから、各マルチモード光干渉導波路２による結合効率を設計通りの値にすることができ、設計通りの光合分波機能を果たすことができる優れたマッハツェンダ干渉計型の導波路型光カプラとすることができる。
【００６０】
図７には、本発明に係る光合分波器の第１実施形態例が示されている。本実施形態例の光合分波器は、上記第２実施形態例の導波路型光カプラと同様に構成された導波路型光カプラ７Ａ，７Ｂ，７Ｃを設けて形成されている。
【００６１】
本第１実施形態例の光合分波器は、導波路型光カプラ７Ａ，７Ｂを複数（ここでは２つ）並設して第１段の導波路型光カプラユニット９Ａを形成し、該第１段の導波路型光カプラユニット９Ａの後段に、前記導波路型光カプラ７Ｃを１つ以上（ここでは１つ）並設してなる第２段の導波路型光カプラユニット９Ｂを設けている。
【００６２】
そして、本第１実施形態例の光合分波器は、前記第１段の導波路型光カプラユニット９Ａの１対（ここでは、導波路型光カプラ７Ａの出力と導波路型光カプラ７Ｂ）ずつの光出力を第２段の導波路型光カプラユニット９Ｂの導波路型光カプラ７Ｃにより合波するという如く、導波路型光カプラ７Ａ，７Ｂ，７Ｃを複数段（ここでは２段）に接続して前段の対の導波路型光カプラの光出力を後段の導波路型光カプラで合波する構成とした。
【００６３】
本第１実施形態例の光合分波器は、以上のように構成されており、例えば図７に示すように、導波路型光カプラ７Ａの第１の光入力導波路１ａから波長λ１の光を入射し、導波路型光カプラ７Ａの第２の光入力導波路１ｂから波長λ２の光を入射すると、波長λ１の光と波長λ２の光が導波路型光カプラ７Ａで合波されてその第２の光出力導波路３ｂから出射される。
【００６４】
また、導波路型光カプラ７Ｂの第１の光入力導波路１ａから波長λ３の光を入射し、導波路型光カプラ７Ｂの第２の光入力導波路１ｂから波長λ４の光を入射すると、波長λ３の光と波長λ４の光が導波路型光カプラ７Ｂで合波されてその第１の光出力導波路３ａから出射される。
【００６５】
そして、前記導波路型光カプラ７Ａの第２の光出力導波路３ｂから出射された波長λ１の光と波長λ２の光は、導波路型光カプラ７Ｃの第１の光入力導波路１ａから導波路型光カプラ７Ｃに入射し、前記導波路型光カプラ７Ｂの第１の光出力導波路３ａから出射された波長λ３の光と波長λ４の光は、導波路型光カプラ７Ｃの第２の光入力導波路１ｂから導波路型光カプラ７Ｃに入射し、導波路型光カプラ７Ｃによって合波されて、導波路型光カプラ７Ｃの第２の光出力導波路３ｂから出射される。
【００６６】
また、本実施形態例の光合分波器は、相反性を有する回路であり、図７とは逆に、導波路型光カプラ７Ｃの第２の出入力導波路３ｂから波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を入射すると、これらの光は導波路型光カプラ７Ｃにより分波され、波長λ１とλ２の光は導波路型光カプラ７Ｃの第１の光入力導波路１ａから出射され、導波路型光カプラ７Ａの第２の光出力導波路３ｂに入射する。また、波長λ３とλ４の光は導波路型光カプラ７Ｃの第２の光入力導波路１ｂから出射され、導波路型光カプラ７Ｂの第１の光出力導波路３ａに入射する。
【００６７】
そして、波長λ１の光と波長λ２の光は導波路型光カプラ７Ａで分波されてそれぞれ、導波路型光カプラ７Ａの第１、第２の光入力導波路１ａ，１ｂから出射される。また、波長λ３の光と波長λ４の光は導波路型光カプラ７Ｂで分波されてそれぞれ、導波路型光カプラ７Ｂの第１、第２の光入力導波路１ａ，１ｂから出射される。
【００６８】
本第１実施形態例の光合分波器は、上記第１実施形態例と同様の導波路型光カプラ７Ａ，７Ｂ，７Ｃを複数段接続して形成したものであるから、各導波路型光カプラ７Ａ，７Ｂ，７Ｃの各マルチモード光干渉導波路２による結合効率を設計通りの値にすることができ、設計通りの光合分波機能を果たすことができる優れた光合分波器とすることができる。
【００６９】
なお、本発明は上記各実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。上記各実施形態例の導波路型光カプラは、光入力導波路１は１本の第１の光入力導波路１ａと１本の第２の光入力導波路１ｂを並設し、光出力導波路３は１本の第１の光出力導波路３ａと１本の第２の光出力導波路３ｂを並設したが、光入力導波路１や光出力導波路３の本数は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、光入力導波路１、光出力導波路３は、それぞれ、１本以上の適宜の数並設されるものである。
【００７０】
さらに、上記実施形態例の光合分波器は、図６に示した実施形態例と同様のマッハツェンダ干渉計型の導波路型光カプラを複数段接続したモジュールとしたが、本発明の光合分波器は必ずしもマッハツェンダ干渉計型の導波路型光カプラを複数段接続して形成するとは限らず、第１、第２実施形態例の導波路型光カプラを複数並設したり直列に接続したりして形成してもよい。
【００７１】
さらに、本発明において、導波路型光カプラのマルチモード光干渉導波路による結合効率は上記各実施形態例のように５０％とするとは限らず、適宜設定されるものである。
【００７２】
さらに、上記実施形態例では、導波路型光カプラを石英系光導波路により形成したが、本発明の導波路型光カプラは必ずしも石英系光導波路により形成するとは限らない。すなわち、本発明の導波路型光カプラは、ＩｎＰ等の半導体導波路やポリイミド導波路等、適宜の光導波路構成材料により形成されるものであり、これらの光導波路構成材料により形成した場合も上記各実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００７３】
さらに、本発明の導波路型光カプラおよび導波路型光カプラを用いた光合分波器の作製方法や寸法構造、ドープするドーパントの種類等は特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の導波路型光カプラによれば、光入力導波路の出射側に狭幅直線導波路を設け、この狭幅直線導波路の幅方向中心位置をマルチモード光干渉導波路の設定位置に形成することにより、マルチモード光干渉導波路に入射する光のパワー中心を前記設定位置に合わせて入射させることができ、かつ、その光のビームプロファイルは歪みの無いものとすることができる。
【００７５】
したがって、本発明の導波路型光カプラは、光信号の光入力導波路への入射位置が多少ずれても、マルチモード光干渉導波路による結合効率を設定通りの安定した値とすることができる。
【００７６】
また、本発明の導波路型光カプラは相反性を有する光回路であるため、上記狭幅直線導波路を光出力導波路の入射側に設けて光出力導波路側から光を入射する場合も同様の効果を奏することができる。
【００７７】
さらに、本発明において、光入力導波路と光出力導波路と狭幅直線導波路は、それぞれシングルモード条件を満たしている構成によれば、光の伝送を的確に行なうことができる。
【００７８】
さらに、光入力導波路は１本の第１の光入力導波路と１本の第２の光入力導波路を並設して成り、光出力導波路は１本の第１の光出力導波路と１本の第２の光出力導波路を並設して成る本発明の導波路型光カプラによれば、例えば光入力導波路から入射された光を設定結合効率で分岐して２本の光出力導波路から出射したり、２本の光出力導波路から入射した光を設定結合効率で合波して１本の光入力導波路から出射したりする機能を正確に発揮できる導波路型光カプラとすることができる。
【００７９】
さらに、本発明において、光入力導波路と光出力導波路を２本ずつ並設した導波路型光カプラを２つ直列に配列して成る導波路型光カプラによれば、直列接続した導波路型光カプラのそれぞれのマルチモード光干渉導波路による結合効率を設計通りの値にすることができ、設計通りの光合分波機能を果たすことができる優れたマッハツェンダ干渉計型の導波路型光カプラとすることができる。
【００８０】
さらに、本発明において、光入力導波路と光出力導波路を２本ずつ並設した導波路型光カプラを２つ直列に配列して成り、かつ、直列接続した導波路型光カプラの第１の連結導波路と第２の連結導波路の少なくとも一方に連結導波路の屈折率を変化させる屈折率可変手段を設けた導波路型光カプラによれば、直列接続した導波路型光カプラのそれぞれのマルチモード光干渉導波路による結合効率を設計通りの値にすることができると共に、設計通りの光スイッチング機能を果たすことができる優れたマッハツェンダ干渉計型の導波路型光カプラとすることができる。
【００８１】
さらに、本発明の光合分波器によれば、上記本発明の導波路型光カプラを複数配列して形成したものであるから、それぞれのマルチモード光干渉導波路による結合効率を設計通りの値にすることができ、設計通りの光合分波機能や光合分岐機能を発揮できる光合分波器とすることができる。
【００８２】
さらに、本発明の光合分波器において、マッハツェンダ干渉計型の導波路型光カプラを複数段に接続して前段の対の導波路型光カプラの光出力を後段の導波路型光カプラで合波または分波する機能を有する構成の光合分波器によれば、設計通りに効率的に光合分波機能を果たすことができる優れた光合分波器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る導波路型光カプラの第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図２】  上記第１実施形態例の導波路型光カプラにおけるマルチモード光干渉導波路の入射端での光ビームプロファイル測定結果を示すグラフである。
【図３】  上記第１実施形態例における狭幅直線導波路の作用をＢＰＭシミュレーションにより検証するために用いた光回路パターンの説明図である。
【図４】  図３の回路の狭幅直線導波路幅と、光入力導波路に軸ずれ光を入射したときの狭幅直線導波路からの出射光の設定値からのずれ量との関係を示すグラフである。
【図５】  図３の回路の狭幅直線導波路長と、光入力導波路に軸ずれ光を入射したときの狭幅直線導波路からの出射光の設定値からのずれ量との関係を示すグラフである。
【図６】  本発明に係る導波路型光カプラの第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図７】  本発明に係る光合分波器の第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図８】  従来の導波路型光カプラの一例を示す説明図である。
【図９】  従来の導波路型光カプラにおけるマルチモード光干渉導波路の入射端での光ビームプロファイル測定結果を示すグラフである。
【図１０】  従来の導波路型光カプラにおける入射光の軸ずれの有無によって異なるビームプロファイル形状を示す説明図である。
【図１１】  従来の導波路型光カプラの別の例を示す説明図である。
【図１２】  図１１に示した導波路型光カプラにおけるマルチモード光干渉導波路の入射端での光ビームプロファイル測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ  光入力導波路
２  マルチモード光干渉導波路
３，３ａ，３ｂ  光出力導波路
５  狭幅直線導波路
７ａ，７ｂ，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ  導波路型光カプラ
８ａ，８ｂ  連結導波路
９Ａ，９Ｂ  導波路型光カプラユニット
１０  基板
【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】
0004477260.tif 000008
【図８】
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【図９】
0004477260.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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