(57)【要約】【課題】  特に、次数の異なる多モードの光を、各導波路に夫々モード別に分離でき、しかも、出射時に、各導波路から所定モードよりも高次モードの光が出射されないようにした導波路を有する光学部品を提供することを目的としている。【解決手段】  各導波路に、多モードの光を夫々、所定モード別に分離できる。基板１は高屈折率層２と低屈折率層３とからなり、各出射用導波路から出射される所定モードの光が低次モードの光である導波路ほど、前記高屈折率層２との距離Ｈが小さく設定されており、各出射用導波路からの所定モードよりも高次モードが生じても、前記高次モードは前記基板１の高屈折率層２に吸収されるようになっている。この結果、多モードから所定モード別に分離した光を各出射用導波路から高次モードの不要光の出射を抑制しながら安定して出射することが出来る。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられた複数の導波路を有し、
前記導波路は、少なくとも複数モードの光が入射される第１の導波路と、所定モードの光が出射される複数の出射用導波路とからなり、
前記出射用導波路は、前記第１の導波路に入射された複数モードの光が前記所定モード別に分離して伝播されるように配置され、
前記出射用導波路、あるいは、前記基板、又は前記出射用導波路及び前記基板には、前記出射用導波路から夫々前記所定モードの光が出射されるまでに、前記所定モードよりも高次モードの光の出射を抑制するモード特性が、夫々の前記所定モードに対応して付与されていることを特徴とする導波路を有する光学部品。
【請求項２】
前記出射用導波路、あるいは、前記基板、又は前記出射用導波路及び前記基板は、前記所定モードよりも高次モードの光の出射を抑制する形状で形成されている請求項１記載の導波路を有する光学部品。
【請求項３】
前記所定モードの光が低次モードの光であるほど、前記出射用導波路の幅方向と平行な方向から膜厚方向に切断したときの断面積は小さく形成される請求項２記載の光学部品。
【請求項４】
前記基板は、少なくとも高屈折率層と、その上に形成された低屈折率層の２層構造で形成され、前記導波路は、前記基板上に形成されるか、あるいは前記低屈折率層内に埋設され、
前記出射用導波路と前記高屈折率層との間の距離（最小距離）は、前記出射用導波路から出射される所定モードの光が低次モードの光であるほど小さく形成されている請求項２又は３に記載の光学部品。
【請求項５】
前記第１の導波路に入射された複数モードの光が、前記第１の導波路から前記出射用導波路に次々にモード別に分岐して伝播されていき、前記出射用導波路から夫々の所定モードの光が出射される請求項１ないし４のいずれかに記載の光学部品。
【請求項６】
前記第１の導波路に隣接する前記出射用導波路としての第２の導波路には、前記第２の導波路の所定モードの光とともに前記所定モードよりも低次モードの光が前記第１の導波路から伝播されており、
各出射用導波路では、その導波路の所定モードの光を除いた残り全ての低次モードの光が、隣接する各出射用導波路に次々に伝播されていき、最終的に、前記出射用導波路から夫々の所定モードの光が出射される請求項１ないし４のいずれかに記載の光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムや光通信ネットワーク等に使用される光導波路を有する光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１では、光増幅部から光導波路に、複数個の伝播モードを伝播するときに、複数個の伝播モードが光増幅部の光増幅領域を伝播する長さを異ならせることで、前記複数個の伝播モードに対する利得を等しくするといった発明が開示されている（特許文献２の［０００８］欄等を参照）。
【０００３】
また下記特許文献２には、光導波路を用いた光スイッチング回路の発明が開示されている。
【特許文献１】特開平６−６３１１号公報
【特許文献２】特開２０００−１６２６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上記したいずれの発明においても、次数の異なる多モードの光を、各導波路に夫々モード別に分離して出射する構成は開示されていない。
【０００５】
また例えば、特許文献２の図１等を見てみると、光導波路（符号３）には、方向性結合器（４Ａ，４Ｂ）の箇所に屈曲した部分が形成されており、このような屈曲部分では、その光導波路が伝播するモードよりも高次モードの光が発生し、高次モードの光も一緒に出射されてしまうといった問題があった。特許文献３の導波路にも屈曲部が形成されているから同様の問題が生じる。
【０００６】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、次数の異なる多モードの光を、各導波路に夫々モード別に分離でき、しかも、出射時に、各導波路から所定モードよりも高次モードの光が出射されないようにした導波路を有する光学部品を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における導波路を有する光学部品は、
基板に設けられた複数の導波路を有し、
前記導波路は、少なくとも複数モードの光が入射される第１の導波路と、所定モードの光が出射される複数の出射用導波路とからなり、
前記出射用導波路は、前記第１の導波路に入射された複数モードの光が前記所定モード別に分離して伝播されるように配置され、
前記出射用導波路、あるいは、前記基板、又は前記出射用導波路及び前記基板には、前記出射用導波路から夫々前記所定モードの光が出射されるまでに、前記所定モードよりも高次モードの光の出射を抑制するモード特性が、夫々の前記所定モードに対応して付与されていることを特徴とする導波路を有するものである。
【０００８】
本発明では、複数モードの光を、各出射用導波路に所定モード別に分離し伝播できるように各導波路が配置され、さらに、前記出射導波路、あるいは前記基板、又は前記出射用導波路及び基板には、前記所定モードよりも高次モードの光の出射を抑制するモード特性が、夫々の前記所定モードに対応して付与されているため、複数モードから所定モード別に分離した光を各出射導波路から高次モードの不要光の出射を抑制しながら安定して出射することが出来る。
【０００９】
本発明では、前記出射用導波路、あるいは、前記基板、又は前記出射用導波路及び前記基板は、前記所定モードよりも高次モードの光の出射を抑制する形状で形成されていることが好ましい。これにより、簡単且つ適切に前記出射導波路、あるいは、前記基板、又は前記出射用導波路及び前記基板に前記モード特性を付与できる。
【００１０】
具体的には、前記所定モードの光が低次モードの光であるほど、前記出射用導波路の幅方向と平行な方向から膜厚方向に切断したときの断面積は小さく形成されることが好ましい。なお前記導波路を構成する高屈折率コアの断面積が上記のように小さく形成されることが好ましい。これによって各出射用導波路にモード特性を付与でき、各出射用導波路から出射される所定モードよりも高次モードの光を各出射用導波路内にて減衰でき、各出射用導波路から前記高次モードの出射を適切に抑制できる。
【００１１】
また本発明では、前記基板は、少なくとも高屈折率層と、その上に形成された低屈折率層の２層構造で形成され、前記導波路は、前記基板上に形成されるか、あるいは前記低屈折率層内に埋設され、
前記出射用導波路と前記高屈折率層との間の距離（最小距離）は、前記出射用導波路から出射される所定モードの光が低次モードの光であるほど小さく形成されている構成であることが好ましい。これによって前記基板にモード特性を付与でき、各出射用導波路から出射される所定モードよりも高次モードの光を基板に吸収でき、各出射用導波路から前記高次モードの光の出射を適切に抑制できる。
【００１２】
また本発明では、前記第１の導波路に入射された複数モードの光が、前記第１の導波路から前記出射用導波路に次々にモード別に分岐して伝播されていき、前記出射用導波路から夫々の所定モードの光が出射される構成であることが好ましい。
【００１３】
あるいは本発明では、前記第１の導波路に隣接する前記出射用導波路としての第２の導波路には、前記第２の導波路の所定モードの光とともに前記所定モードよりも低次モードの光が前記第１の導波路から伝播されており、
各出射用導波路では、その導波路の所定モードの光を除いた残り全ての低次モードの光が、隣接する各出射用導波路に次々に伝播されていき、最終的に、前記出射用導波路から夫々の所定モードの光が出射される構成であってもよい。
【００１４】
上記したいずれの構成であっても、複数モードから所定モード別に分離した光を各出射用導波路から高次モードの不要光の出射を抑制しながら安定して出射することが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、複数モードから所定モード別に分離した光を各出射用導波路から高次モードの不要光の出射を抑制しながら安定して出射することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、第１の実施形態の光学部品の平面図、図２は、図１に示す光学部品をＡ−Ａ線に沿って膜厚方向に切断し、その切断面を矢印方向から見た断面図、図３は、第２の実施形態の光学部品の平面図、図４は、図３に示す光学部品をＢ−Ｂ線に沿って膜厚方向に切断し、その切断面を矢印方向から見た断面図、図５は、第３の実施形態の光学部品の平面図、図６は、図５に示す光学部品をＣ−Ｃ線に沿って膜厚方向に切断し、その切断面を矢印方向から見た断面図、図７は、第４の実施形態の光学部品の平面図、図８は、図７に示す光学部品をＤ−Ｄ線に沿って膜厚方向に切断し、その切断面を矢印方向から見た断面図、である。
【００１７】
各図における図示Ｘ方向は幅方向、図示Ｙ方向は長さ方向、図示Ｚ方向は高さ方向を示し、各方向は残り２つの方向に対し直交する関係となっている。
【００１８】
なお以下で用いる「伝播」とは結合長及び隣接導波路間距離を調整したことで一方の導波路から他方の導波路に光が染み出すことを指す。また「伝達」とは各導波路内にて光が伝わっている状態を指す。
【００１９】
図１，図２に示す符号１は基板であり、前記基板１上に複数の導波路４，５，６，７が形成されている。図１，図２では基板１上には４本の導波路が図示されているが、実際には、光のモードが０〜Ｎだけ存在する場合、前記導波路はＮ＋１本、用意されている。図１，図２に図示されている「・・・・」は、前記導波路が図１，図２に示すより多く設けられていることを意味している。以下、図３〜図８において同様である。なお以下では、導波路４を第１の導波路と、導波路５を第２の導波路と、導波路６を第Ｎの導波路と、導波路７を第Ｎ＋１の導波路と称する。
【００２０】
図１，図２に示すように、基板１は、下層側の高屈折率層２と上層側の低屈折率層３の２層構造で形成される。前記高屈折率層２は、前記低屈折率層３よりも高い屈折率を有する。例えば高屈折率層２は、Ｓｉで形成され、低屈折率層３はＳｉＯ２で形成される。
【００２１】
前記導波路４、５・・・６、７は、例えば光ファイバーであり、高屈折率のコアと、低屈折率の前記コアを覆うクラッドとを有することで、全反射によりコアに光を閉じ込めて伝達させる構造になっている。あるいは前記クラッドは空気であってもよく、かかる場合、導波路４、５・・・６、７全体が例えばＳｉなどの高屈折率材料で形成されたコアである。
【００２２】
図１に示すように、基板１上には図示Ｙ方向に長く延びる直線状の第１の導波路４が形成される。前記第１の導波路４の一端部４ａは、多モードの光を入射する入射部であり、前記第１の導波路４の他端部４ｂは、Ｎ次モードの光を出射する出射部となっている。すなわち第１の導波路は入射用のみならず出射用の導波路としても機能する。なお前記第１の導電層４以外の導波路は出射用のみの導波路である。なお以下において「出射用導波路」と称した場合は、特に断らない限り、第２の導波路〜第Ｎ＋１の導波路までを指す。
【００２３】
図１に示すように第２の導波路５には、２箇所に屈曲部５ａ，５ｂが形成されている。前記第１の導波路４の入射部４ａ側に形成された前記屈曲部５ａよりも、前記入射部４ａ側には、前記第１の導波路４と平行に対向する平行部５ｃが形成されており、前記平行部５ｃは、前記第１の導波路４から第２の導波路５に、Ｎ−１次モードの光を伝播するための所定モード伝播部（方向結合部）となっている。前記所定モード伝播部５ｃから離れた側の前記第２の導波路５の一端部５ｄは、Ｎ−１次モードの光を出射する出射部となっている。
【００２４】
図１に示すように、前記所定モード伝播部５ｃの長さ寸法（図示Ｙ方向への長さ寸法）はＬ１で形成され、前記所定モード伝播部５ｃと前記第１の導波路４との中心間隔はＴ１で形成されている。前記所定モード伝播部５ｃの長さ寸法（結合長さ）Ｌ１及び、前記所定モード伝播部５ｃと前記第１の導波路４との中心間隔（隣接導波路間距離）Ｔ１は、前記第１の導波路４から第２の導波路５にＮ−１次モードの光を適切に伝播するために所定の大きさで形成される。
【００２５】
図１に示すように、第Ｎの導波路６は、第２の導波路５と同様に、２箇所に屈曲部６ａ，６ｂが形成され、前記入射部４ａに近い前記屈曲部６ａよりも、前記入射部４ａ側に形成された平行部６ｃは、前記第１の導波路４から、第Ｎの導波路６に１次モードの光を伝播するための所定モード伝播部（方向結合部）であり、前記所定モード伝播部６ｃから離れた側の前記第Ｎの導波路６の一端部６ｄは、１次モードの光を出射する出射部となっている。図１に示すように、前記所定モード伝播部６ｃの長さ寸法（結合長さ）はＬ２で形成され、前記所定モード伝播部６ｃと前記第１の導波路４との中心間隔（隣接導波路間距離）はＴ２で形成され、Ｌ２及びＴ２は、前記第１の導波路４から第Ｎの導波路６に１次モードの光を伝播するために所定の大きさで形成される。
【００２６】
また、図１に示すように、第Ｎ＋１の導波路７は、第２の導波路５，第Ｎの導波路６と同様に、２箇所に屈曲部７ａ，７ｂが形成され、前記入射部４ａに近い側に形成された前記屈曲部７ａよりも、前記第１の導波路４の入射部４ａ側に形成された平行部７ｃは、前記第１の導波路４から、前記第Ｎ＋１の導波路７に０次モードの光を伝播するための所定モード伝播部（方向結合部）であり、前記所定モード伝播部７ｃから離れた側の前記第Ｎ＋１の導波路７の一端部７ｄは、０次モードの光を出射する出射部となっている。図１に示すように、前記所定モード伝播部７ｃの長さ寸法（結合長さ）はＬ３で形成され、前記所定モード伝播部７ｃと前記第１の導波路４との中心間隔（隣接導波路間距離）はＴ３で形成され、Ｌ３及びＴ３は、前記第１の導波路４から第Ｎ＋１の導波路７に０次モードの光を伝播するために所定の大きさで形成される。
【００２７】
図１に示す実施形態では、各導波路４、５・・・６、７の幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向から膜厚方向に切断したときの断面積は、図２に示すように全て同じである。図１に示す各導波路４、５・・・６、７は材質も断面形状も一緒であり、したがって各導波路４、５・・・６、７は、０次からＮ次までの全てのモードの光を伝達することが可能であるが、図１に示すように、結合長や隣接導波路間距離を適正化することで、第２の導波路５にはＮ−１次モードの光が、第Ｎの導波路６には、１次モードの光が、第Ｎ＋１の導波路には０次モードの光が夫々、適切に伝達されるように制御されている。
【００２８】
高次モードの光ほど、導波路から空間に染み出す量が大きくなる等の理由により、図１に示すように、高次モードの光の伝播ほど、前記結合長さＬは短く形成され、且つ隣接導波路間距離Ｌは長く形成されている。
【００２９】
図１に示す実施形態では、前記基板１が２層構造で、しかも下層側に高屈折率層２が設けられている。図２に示すように前記高屈折率層２は、前記導波路４、５・・・６、７との膜厚方向（図示Ｚ方向）への距離Ｈが、各導波路４、５・・・６、７に対して異なるように（変化するように）、例えば、前記高屈折率層２の上面２ａが傾斜面で形成されている。
【００３０】
図２に示すように、第１の導波路４と前記高屈折率層２間の距離Ｈ１は、他の導波路と高屈折率層２間に比べて離れており、この距離Ｈ１は、０次モード〜Ｎ次モードまでの全モードの光が前記高屈折率層２に吸収されない距離となっている。次に、第２の導波路５と、前記高屈折率層２間の距離は、前記第１の導波路４から離れるにしたがって徐々に近づき、最も近づく箇所（出射部５ｄが端部に形成されている平行部）で、前記第２の導波路５と高屈折率層２間の距離がＨ２である。この距離Ｈ２は、Ｎ次モードの光を高屈折率層２側に吸収できる距離（最小距離）となっている。換言すれば、距離Ｈ２は、０次モードからＮ−１次モードまでの光が高屈折率層２へ吸収されない距離となっている。このようにして、徐々に、導波路と高屈折率層２間の距離は、前記第１の導波路４から離れるほど近づいていき、第Ｎの導波路６と高屈折率層２間の最小距離はＨ３であり、この距離Ｈ３は、２次モード〜Ｎ次モードまでの光を高屈折率層２に吸収できる距離、換言すれば、０次モードと１次モードの光を吸収できない距離となっている。さらに、第Ｎ＋１の導波路７と高屈折率層２間の最小距離はＨ４であり、この距離Ｈ４は、１次モード〜Ｎ次モードまでの光を高屈折率層２に吸収できる距離、換言すれば、０次モードの光を吸収できない距離となっている。
【００３１】
図１に示すように、各出射用の導波路５・・・、６、７には夫々、屈曲部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂが形成されているが、このような屈曲部やその近傍では、本来、その導波路５・・・６、７が伝達すべき所定モードの光よりも、高次モードの光が発生しやすくなっている。例えばＮ−１次モードの光を伝達する第２の導波路５では、前記屈曲部５ａ，５ｂでＮ−１次モードよりも高次モードであるＮ次モードが生じやすい。しかし、図１に示す実施形態では、前記Ｎ次モードが生じても、前記Ｎ次モードは、基板１の高屈折率層２に吸収されてしまうので、前記第２の導波路５の出射部５ｄからＮ次モードが出射されるのを適切に抑制することが出来る。他の出射用の導波路でも同様に、第Ｎの導波路６では、導波路６中で生じた２次〜Ｎ次までのモードの光は適切に前記基板１の高屈折率層２に吸収されるので、前記第Ｎの導波路６の出射部６ｄからは適切に１次モードの光が出射され、第Ｎ＋１の導波路７では、導波路７中に生じた１次〜Ｎ次までのモードの光は適切に前記基板１の高屈折率層２に吸収されるので、前記第Ｎ＋１の導波路７の出射部７ｄからは適切に０次モードの光が出射される。なお第Ｎの導波路６では、屈曲部６ａと、高屈折率層２との間の距離は、図２に示すＨ２とＨ１の間であり、例えば屈曲部６ａで発生した高次モードの光の大部分は、前記屈曲部６ｂにまで伝達されるまでの間に、徐々に前記高屈折率層２との距離が縮まることで、前記高屈折率層２に吸収されるものと考えられる。例えば、屈曲部６ａで発生したＮ次モードの光は、前記高屈折率層２との距離がＨ２となった時点で、前記高屈折率層２に吸収される。したがって、第Ｎの導波路６において、高次モードの光の高屈折率層２への吸収現象は、最小距離Ｈ３の部分だけなく、前記距離Ｈ３よりも広い箇所でも随時、生じていると考えられる。また、第Ｎ＋１の導波路７においても、第Ｎの導波路６と同様に、例えば屈曲部７ａで発生した高次モードの光の大部分は、前記屈曲部７ｂにまで伝達されるまでの間に、徐々に前記高屈折率層２との距離が縮まることで、前記高屈折率層２に吸収されるものと考えられる。例えば、屈曲部７ａで発生したＮ次モードの光は、前記高屈折率層２との距離がＨ２となった時点で、前記高屈折率層２に吸収される。したがって、第Ｎ＋１の導波路７において、高次モードの光の吸収現象は、最小距離Ｈ４の部分だけなく、前記距離Ｈ４よりも広い箇所でも随時、生じていると考えられる。
【００３２】
図１に示す導波路を有する光学部品を用いることで、０次モード〜Ｎ次モードの多モードの光を、各モードの光に夫々分離して出射することが出来る。図１に示すように、まず０次〜Ｎ次までの多モードの光が前記第１の導波路４の入射部４ａに入射される。０次〜Ｎ次までの多モードの光は前記第１の導波路４内を伝達していく。このときまず最初に訪れる０次モード出射用の第Ｎ＋１の導波路７の所定モード伝播部７ｃに、前記第１の導波路４から０次モードの光が伝播し、前記第Ｎ＋１の導波路７に０次モードの光が伝達される。第Ｎ＋１の導波路７を伝播する０次モードの光は、前記第Ｎ＋１の導波路７の出射部７ｄから出射される。０次モードの光が出射されるまでの間、前記第Ｎ＋１の導波路７では、屈曲部７ａ，７ｂにて、０次モードよりも高次モードの光が生じやすいが、このような高次モードの光が生じても、前記第Ｎ＋１の導波路７と高屈折率層２間の距離の関係により、前記高次モードの光は適切に前記高屈折率層２に吸収されるようになっている。したがって前記第Ｎ＋１の導波路７の出射部７ｄからは適切に０次モードの光のみが出射される。
【００３３】
次に、前記第１の導波路４内では、０次モードの光が第Ｎ＋１の導波路７に伝播した後、１次モードからＮ次モードまでの光が前記第１の導波路４内を伝達すると、１次モードの光が、１次モード出射用の第Ｎの導波路６の所定モード伝播部６ｃに、前記第１の導波路４から伝播し、前記第Ｎの導波路６に１次モードの光が伝達される。第Ｎの導波路６を伝達する１次モードの光は、前記第Ｎの導波路６の出射部６ｄから出射される。１次モードの光が出射されるまでの間、前記第Ｎの導波路６では、屈曲部６ａ，６ｂにて、１次モードよりも高次モードの光が生じやすいが、このような高次モードの光が生じても、前記第Ｎの導波路６と高屈折率層２間の距離の関係により、前記高次モードの光は適切に前記高屈折率層２に吸収されるようになっている。したがって前記第Ｎの導波路６の出射部６ｄからは適切に１次モードの光のみが出射される。
【００３４】
上記した原理により、第１の導波路４を伝達する各モードの光が、第１の導波路４から、結合長及び隣接導波路間距離に基づき、各出射用の導波路に分岐して伝播し、第２の導波路５の出射部５ｄからはＮ−１次モードの光が出射され、最後に残されたＮ次モードの光が、前記第１の導波路４の出射部４ｂから出射されるようになっている。
【００３５】
このように、図１に示す実施形態では、０次からＮ次までの多モードの光を、全てのモードにばらばらに分離でき、しかも、出射時に、各出射用導波路から所定モードよりも高次モードの光が出射されないように、基板１を高屈折率層２と低屈折率層３との２層構造にし、各出射用導波路にて生じた高次モードの光が随時、前記基板１の高屈折率層２に吸収されるようにしたので、多モードから所定モード別に分離した光を各導波路から高次モードの不要光の出射を抑制しながら安定して出射することが出来る構造となっている。
【００３６】
図３，図４は、図１，図２とは別の実施形態の光学部品である。図３，図４の光学部品でも図１，図２の光学部品と同様に、第１の導波路４に０次モード〜Ｎ次モードの光が入射部４ａから入射されると、０次からＮ−１次までの各モードの光は、前記第１の導波路４から、結合長及び隣接導波路間距離に基づいて各出射用導波路８、９・・・１０に分岐し、第２の導波路８の出射部８ｄからはＮ−１次モードの光が、第３の導波路９の出射部９ｄからはＮ−２次モードの光が、第Ｎ＋１の導波路１０の出射部１０ｄからは０次モードの光が、夫々出射される（図示されていない導波路から残りのモードの光が出射される）。
【００３７】
図３、図４に示す実施形態では、低次モードの光を伝達する導波路ほど、幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向から膜厚方向（図示Ｚ方向）に切断したときの断面積が小さくなっている。このとき、前記導波路が、高屈折率のコアと低屈折率の前記コアを覆うクラッドとを有して形成されるとき、少なくとも前記高屈折率のコアの断面積が小さく形成されることが好ましい。このような形状は、各導波路４，８、９・・・１０にて所定モードよりも高次モードの光の伝達を抑制する形状になっている。具体的には、第２の導波路８では、屈曲部８ａ，８ｂにてＮ−１次よりも高次であるＮ次モードの光が生じても前記第２の導波路８の断面積は第１の導波路４の断面積よりも小さく、Ｎ次モードの伝達を抑制する形状で形成されているから、Ｎ次モードの光は前記第２の導波路８内にて適切に減衰して前記第２の導波路８の出射部８ｄからは適切にＮ−１次モードの光のみが出射されるようになっている。また、第３の導波路９では、屈曲部９ａ，９ｂにてＮ−２次モードよりも高次モードの光が生じても前記第３の導波路９の断面積は第２の導波路８の断面積よりも小さく、前記高次モードの伝達を抑制する形状で形成されているから、高次モードの光は前記第３の導波路９内にて適切に減衰して前記第３の導波路９の出射部９ｄからは適切にＮ−２次モードの光のみが出射されるようになっている。また、第Ｎ＋１の導波路１０では、屈曲部１０ａ，１０ｂにて０次モードよりも高次モードの光が生じても前記第Ｎ＋１の導波路１０の断面積は、第Ｎの導波路（図示せず）の断面積よりも小さく、０次モードよりも高次モードの光の伝達を抑制する形状で形成されているから、前記高次モードの光は前記第Ｎ＋１の導波路１０内にて適切に減衰して前記第Ｎ＋１の導波路１０の出射部１０ｄからは適切に０次モードの光のみが出射されるようになっている（図示しない他の導波路においても同様）。
【００３８】
図３，図４では基板１１は、図１，図２と異なって高屈折率層２と低屈折率層３との２層構造で形成されていない。図３では、各導波路の形状にて、所定モードより高次モードの出射を抑制する構造となっている。
【００３９】
図１〜図４はいずれも、第１の導波路４に入射された多モードの光を、第１の導波路４から一端部に出射部のある各出射用導波路に次々に所定モード別に分岐して、各出射導波路（第１の導波路４も含む）から夫々、所定モードの光を出射する点で共通している。そのために、直線状の第１の導波路４を設け、少なくとも前記第１の導波路４の一端部４ａを、多モードの光の入射部としている。直線状である必要はないが、直線状であることが、余計なモードを前記第１の導波路４内で生じる等の不具合がなく、また他の出射用導波路との間で適切に結合長及び隣接導波路間距離を調整しやすいため好ましい。そして前記第１の導波路４の長手方向（図示Ｙ方向、前記第１の導波路４内での光の伝達方向）に沿って、各出射用導波路の所定モード伝播部を夫々、前記第１の導波路４に、所定の結合長及び隣接導波路間距離にて対向させる。図１〜図４に示すように、前記第１の導波路４の一側面側に全ての出射用導波路を対向させる場合、各出射用導波路の所定モード伝播部は、前記第１の導波路との間で重なり合わないように、図示Ｙ方向に少しづつずらして形成することが、各出射用導波路に所定モードの光を適切に伝播させることができ好ましい。ただし、前記第１の導波路４の両側に夫々、出射用導波路を対向させてもよい。かかる場合、前記第１の導波路４を挟んで出射用導波路を対向形成しても、適切に、これら出射用導波路に夫々、所定のモードの光を分岐できるため、各出射用導波路を基板１上に効率よく配置でき光学部品の小型化を実現できる。
【００４０】
次に、図５ないし図８に示す導波路を有する光学部品は、図１ないし図４とは異なる手法により、各出射用導波路から夫々、所定モードの光を出射する構造となっている。
【００４１】
図５、図６では、基板１上に、図示Ｙ方向に直線状に延びる導波路２０、２１・・・２２、２６が、Ｎ＋１本、設けられている。前記導波路２０、２１・・・２２，２６の一端部は、光を出射するための出射部２０ａ，２１ａ，２２ａ，２６ａとなっている。以下、特に、伝播用導波路と区別するために導波路２０を第１の入射及び出射用導波路、導波路２１を第２の出射用導波路、導波路２２を第Ｎの出射用導波路、導波路２６を第Ｎ＋１の出射用導波路と称する。
【００４２】
図５、図６に示すように、第１の入射及び出射用導波路２０と第２の出射用導波路２１の間には、Ｎ−１次モードの光から０次モードまでの光を、第１の入射及び出射用導波路２０から第２の出射用導波路２１に伝播させるための伝播用導波路２３、２４・・・２５が、図示Ｙ方向にＮ本、並んで設けられている。前記伝播用導波路２３は、Ｎ−１次モードの光を、第１の入射及び出射用導波路２０から第２の出射用導波路２１に伝播させるために設けられた導波路である。図５、図６に示すように、前記第１の入射及び出射用導波路２０と前記伝播用導波路２３、及び伝播用導波路２３と第２の出射用導波路２１との結合長Ｌ４及び隣接導波路間距離Ｔ４は、前記Ｎ−１次モードの光が伝播用導波路２３を介して前記第１の入射及び出射用導波路２０から第２の出射用導波路２１に伝播できるように調整されている。同様に、伝播用導波路２４は、Ｎ−２次モードの光を、第１の入射及び出射用導波路２０から第２の出射用導波路２１に伝播させるために設けられた導波路であり、結合長及び隣接導波路間距離がＮ−２次モードの光を適切に伝播できるように調整され、伝播用導波路２５は、０次モードの光を、第１の入射及び出射用導波路２０から第２の出射用導波路２１に伝播させるために設けられた導波路であり、結合長及び隣接導波路間距離が０次モードの光を適切に伝播できるように調整される。このように前記伝播用導波路を介して、Ｎ次以外の全てのモードの光が夫々、結合長及び隣接導波路間距離が調整されたＮ本の伝播用導波路を介して第１の入射及び出射用導波路２０から第２の出射用導波路２１に伝播する。
【００４３】
前記伝播用導波路は、各直線状の導波路間に夫々、所定本数設けられている。第２の出射用導波路２１から、その右隣にある図示しない第３の出射用導波路へは、０次モード〜Ｎ−２次モードまでの光を夫々、伝播させるためのＮ−１本の前記伝播用導波路が、第２の出射用導波路２１と第３の出射用導波路間には設けられている。このように伝播用導波路の数は、図５の右側に向かうほど、１本づつ減っていき、最後は、第Ｎの出射用導波路２２と第Ｎ＋１の出射用導波路２６間にあるように０次モードの光を伝播させるだけの１本の伝播用導波路２７のみが設けられる。
【００４４】
図５，図６に示すように、各伝播用導波路２３、２４・・・２５には、夫々、屈曲部２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂが形成されており、この屈曲部にて、各伝播用導波路２３、２４・・・２５が伝達する所定モードよりも高次モードの光が生じやすくなっている。このため、Ｎ次モードの光が前記第２の出射用導波路２１に伝播する可能性があるが、図５、図６の実施形態では、図１と同様に、基板１が下層側に高屈折率層２、上層側に低屈折率層３の２層構造で形成されており、前記第２の出射用導波路２１と前記高屈折率層２との距離Ｈ５が、Ｎ−１次モードの光が前記高屈折率層２に吸収される長さ、換言すれば、０次モードからＮ−１次モードまでの光が前記高屈折率層２に吸収され難い長さで形成される。この結果、仮に第２の出射用導波路２１にＮ次モードの光が伝播用導波路の少なくともいずれかから伝播しても、Ｎ次モードの光は適切に前記高屈折率層２に吸収され、第２の出射用導波路２１には０次モード〜Ｎ−１次モードの光が伝達される。前記第２の出射用導波路２１の右隣にある第３の出射用導波路（図示しない）との間には、上記したように、Ｎ−１本の伝播用導波路が設けられ、第２の出射用導波路２１から第３の出射用導波路には、前記伝播用導波路を介して０次モードからＮ−２次モードの光が伝播するようになっている。このとき第３の出射用導波路と前記高屈折率層２との間の距離は、Ｎ−２次モードよりも高次モードの光を吸収できる距離に設定されている。
【００４５】
図５，図６に示す実施形態では、第１の入射及び出射用導波路２０に入射され伝達された０次モードからＮ次モードの光のうち、Ｎ次モードの光を残して、他の全てのモードの光（０次モードからＮ−１次モードまでの光）が、前記伝播用導波路２３、２４・・・２５を介して、出射用の第２の出射用導波路２１に伝播され、前記第２の出射用導波路２１ではＮ−１次モードの光を残して、他の全てのモードの光（０次モードからＮ−２次モードまでの光）が、前記伝播用導波路を介して、出射用の第３の出射用導波路に伝播され、このように、各導波路から出射される所定モードの光を残して残り全てのモードの光を、隣接する出射用導波路に伝播していくことで、最終的には（出射前までに）、各出射用導波路に、０次からＮ次までのモードを夫々分離できる。屈曲部のある伝播用導波路を介して光が伝播していくことで、各出射用導波路から出射される所定モードよりも高次モードの光が前記伝播用導波路で生じ、それが前記出射用導波路に伝播する可能性があるが、各出射用導波路では、出射される所定モードよりも高次モードの光が抑制されるように、各出射用導波路と基板１に形成された高屈折率層２との距離を適切に調整しているので、前記高次モードの光を前記高屈折率層２へ吸収でき、各出射用導波路からは所定モードの光を適切に照射できるようになっている。
【００４６】
図７、図８に示す実施形態では、各出射導波路及び各伝播用導波路の配置は図５、図６と同じであるが、各出射用導波路が伝達する所定モードよりも高次モードの光が、前記出射用導波路にて伝達されないように、所定モードが低次モードの光である出射用導波路ほど、幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向から膜厚方向に切断したときの幅方向の断面積が小さくなるように調整されている。このとき、前記導波路が、高屈折率のコアと低屈折率の前記コアを覆うクラッドとを有して形成されるとき、少なくとも前記高屈折率のコアの断面積が小さく形成されることが好ましい。
【００４７】
図７、図８では、最終的にＮ次モードの光を出射する第１の入射及び出射用導波路３０の前記断面積が最も大きく形成され、Ｎ−１次モードの光を伝達する第２の出射用導波路３２及び伝播用導波路３１の断面積が次に大きく形成され、最も断面積の小さいのが０次モードを伝達する第Ｎ＋１の出射導波路３４、及び伝播用導波路３５である。
【００４８】
図７、図８も図５、図６と同様に、第１の入射及び出射用導波路３０に入射された０次モードからＮ次モードの光のうち、Ｎ次モードの光を残して、他の全てのモードの光（０次モードからＮ−１次モードまでの光）が、第２の出射用導波路３２に伝播され、前記第２の導波路３２ではＮ−１次モードの光を残して、他の全てのモードの光（０次モードからＮ−２次モードまでの光）が、隣接する第３の出射用導波路（図示しない）に伝播され、このように、各出射用導波路から出射される所定モードの光を残して残り全てのモードの光を、隣接する出射用導波路に伝播していくことで、最終的には（出射前までに）、各出射用導波路に、０次からＮ次までのモードの光を夫々分離できる。屈曲部のある伝播用導波路を介して光が各出射用導波路間を伝播していくことで、各出射用導波路から出射される所定モードよりも高次モードの光が前記伝播用導波路で生じ、その高次モードの光が、前記出射用導波路に伝播する可能性があるが、第１〜第Ｎ＋１の各出射導波路では、出射される所定モードよりも高次モードの光が抑制されるように、断面積が調整されているので、各出射導波路から出射される所定モードよりも高次モードの光は各出射導波路において適切に減衰し、複数モードから所定モード別に分離した光を各出射用導波路から高次モードの不要光の出射を抑制しながら安定して出射することが出来るようになっている。
【００４９】
以上のように本実施形態では、基板に設けられた複数の導波路を有し、前記導波路は、少なくとも複数モードの光が入射される第１の導波路と、所定モードの光が出射される複数の出射用導波路とからなり、前記第１の導波路に入射された複数モードの光を少なくとも出射前までに所定モード別に分離して各出射用導波路に伝播できるように、結合長及び隣接導波路間距離が適切に調整され配置されている。
【００５０】
さらに、各出射用導波路に所定モードの光が伝達されている間、屈曲部等で前記所定モードよりも高次モードの光が生じやすいが、本実施形態では、前記所定モードよりも高次モードの光の出射が抑制されるように、各出射用導波路、あるいは前記基板、又は前記出射用導波路及び前記基板は、前記高次モードの光の出射を抑制する形状で形成されているため、各出射用導波路から高次モードの不要光の出射を抑制しながら所定モードの光を安定して出射することが出来るようになっている。なお、各出射導波路、まるいは前記基板、又は前記出射用導波路及び前記基板に、高次モードの光の出射を抑制するモード特性を付与するには、前記形状の適正化以外であってもよく、例えば、各出射用導波路の屈折率が、所定モードが高次モードであるほど高くなるように材質を調整してもよい。ただし形状の調整のほうが簡単にモード特性を付与することができて好ましい。また導波路及び基板の両方に所定モードよりも高次モードの出射を抑制するモード特性を付与してもよいことは言うまでもない。
【００５１】
なお本実施形態では、いずれも第１の導波路の一端部をＮ次モードの光の出射部としているが、前記出射部とすることに限定されるわけでない。ただし第１の導波路を入射用のみならずＮ次モードの光の出射用として機能させれば、Ｎ次モード用の導波路を余分に設ける必要性が無くなる。
【００５２】
また、第１の導波路からは、最高次モードであるＮ次モードの光が出射されるので、前記第１の導波路や前記第１の導波路下の基板に、高次モードの出射を抑制するためのモード特性を持たせることは必要ないが、例えば、Ｎ次モードの光は出射せずに、第１の導波路からＮ−１次モードの光を出射し、第２の導波路からはＮ−２次モードの光を出射するごとく、入射用の第１の導波路から出射される光が最高次モードの光でない場合は、第１の導波路以外の出射用導波路と同様に、前記第１の導波路や前記第１の導波路下の基板に、前記第１の導波路から出射されるべきモードの光よりも高次モードの光の出射を抑制するモード特性を付与することが必要になる。
【００５３】
本実施形態では、モードが０次〜Ｎ次まであるときは、一端部に外部への出射部を有する出射用導波路をＮ＋１本設け、モードを全て別々に分離して、各出射用導波路から一つづつ異なるモードを出射出来るようにすることが好ましい。例えばある導波路からはＮ次モードとＮ−１次モードとの２モードの光が出射されるようにすることも出来るが、本実施形態のように、多モードを一つづつ、ばらばらに分離することで、その後、必要なモードだけを出力させたり、あるいは、分離されて各導波路から出射された各異種モードの光を、一つのファイバーに通して、任意の２種以上のモードの光を作り出したりする等、様々な用途に使用できると期待される。
【００５４】
図２、図６に示す実施形態は、いずれも、基板１を下層側に高屈折率層２を上層側に低屈折率層３を設けた２層構造で形成し、各導波路と前記高屈折率層２間の距離を適切に調整することで、各出射用導波路に所定モードより高次モードが生じたときでも、前記高次モードを前記高屈折率層２に吸収させることができ、各出射用導波路から所定モードの光を適切に出射できるようになっている。図１、図２、図５、図６では、各出射用導波路（第１の導波路を含む）は全て同じモード特性を有する形状で形成できる。すなわち、全ての導波路の幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向から膜厚方向（図示Ｚ方向）へ切断したときの断面積を同じ大きさにでき、簡単且つ適切に各導波路を形成できる。
【００５５】
一方、図３、図４、図７、図８に示す実施形態では、各出射用導波路の幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向から膜厚方向（図示Ｚ方向）へ切断したときの断面積を変化させ、具体的には低次モードの光を出射すべき出射用導波路ほど前記断面積を小さく形成する。図３、図４、図７、図８に示す実施形態では、基板１１を単一の基板で形成できるという利点がある。なお当然、図２や図６に示すように、前記基板１１を２層構造にするとともにモード特性を付与するために、高屈折率層２と各導波路間の距離を調整した形態であってもよい。なお基板１１を単一の基板で形成する場合、前記基板１１は、ＳｉＯ２等、前記導波路よりも低屈折率の材質で形成されることが必要である。
【００５６】
また、図５〜図８に示す実施形態は、各出射用導波路では、その出射用導波路の所定モードの光を除き残り全てのモードの光が、隣接する出射用導波路に次々に伝播していき、最終的に、各出射用導波路から夫々の所定モードの光が出射される構成であるが、所定モードは高次モードの光の順番に残され、それよりも低次モードの光が、隣接する出射用導波路に次々に伝播していく形態であることが必要である。例えば、所定モードは低次モードの光の順番に残され、それよりも高次モードの光が、隣接する出射用導波路に次々に伝播していく形態を考えてみると、図５の第Ｎ＋１の出射用導波路２６に、０次からＮ次モードまでの光を入射できるようにし、また、第Ｎ＋１の出射用導波路２６と第Ｎの導波路２２間に、１次〜Ｎ次モードの光を伝播するための出射用導波路を設置する。しかしこのように配置すると、０次より高次モードの光は、第Ｎ＋１の出射用導波路２６と前記高屈折率層２の距離が非常に短く、０次モードより高次モードの光を吸収できる距離に設定されているため、１次からＮ次モードの光が前記高屈折率層２に吸収されてしまう。そのため、第Ｎ＋１の出射用導波路２６と前記高屈折率層２の距離をＮ次モードが吸収されないように非常に長くすると、高屈折率層２への高次モードの吸収は無くなるが、今度は、低次モードの光の出射とともに高次モードの光も出射されてしまい、適切にモード別に光を分離できない。よって、所定モードは高次モードの光の順番に残され、それよりも低次モードの光が、隣接する出射用導波路に次々に伝播していく形態であることが好ましい。
【００５７】
一方、図１〜図４の実施形態は、第１の導波路４から入射された多モードの光が、前記第１の導波路４から出射用導波路に次々にモード別に分岐して伝播されていき、各出射用導波路（第１の導波路も含む）から夫々の所定モードの光が出射される形態であるが、かかる場合、第１の導波路４の入射部４ａに近い側から遠い側にかけて、低次モードから順に高次モードの出射となるように配置（図１、図２）されても、低次モードから順に高次モードの出射となるように配置（図３、図４）されてもどちらでもよい。
【００５８】
また各実施形態とも基板１、１１上に導波路が形成されているが、前記基板１、１１内に前記導波路が埋め込まれていてもよい。ただし、図２、図６の場合、、各導波路と高屈折率層２間の距離が適切に調整された状態で、前記導波路が低屈折率層３の箇所に埋設される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１の実施形態の光学部品の平面図、
【図２】図１に示す光学部品をＡ−Ａ線に沿って膜厚方向に切断し、その切断面を矢印方向から見た断面図、
【図３】第２の実施形態の光学部品の平面図、
【図４】図３に示す光学部品をＢ−Ｂ線に沿って膜厚方向に切断し、その切断面を矢印方向から見た断面図、
【図５】第３の実施形態の光学部品の平面図、
【図６】図５に示す光学部品をＣ−Ｃ線に沿って膜厚方向に切断し、その切断面を矢印方向から見た断面図、
【図７】第４の実施形態の光学部品の平面図、
【図８】図７に示す光学部品をＤ−Ｄ線に沿って膜厚方向に切断し、その切断面を矢印方向から見た断面図、
【符号の説明】
【００６０】
１、１１  基板
２  高屈折率層
３  低屈折率層
４、２０、３０  第１の（入射及び出射用）導波路
５、８、２１、３２  第２の（出射用）導波路
６、２２  第Ｎの（出射用）導波路
７、１０、２６、３４  第Ｎ＋１の（出射用）導波路
９  第３の（出射用）導波路
２３、２４、２５、２７、３１、３２、３３、３５  伝播用導波路
【図１】
2007127748.tif 000003
【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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