(57)【要約】【課題】一方の光回路要素から他方の光回路要素への位置合わせを容易にする。【解決手段】第１主光導波路１８に設けられた第１光回路要素２０と、第１主光導波路の一端に接続され、第１主光導波路を伝搬する光を第１副光導波路２４及び第２副光導波路２６に等分配する第１光カプラ２２と、第１副光導波路及び第２副光導波路の間に設けられた第１戻し構造部とを含む第１サブ光回路１６、及び、第２主光導波路３２に設けられた第２光回路要素３４と、第２主光導波路の一端に接続され、第３副光導波路３８及び第４副光導波路４０を伝搬する光を合成して第２主光導波路に送る第２光カプラ３６と、第３副光導波路及び第４副光導波路の間に設けられた第２戻し構造部とを含む第２サブ光回路３０、を備え、第１戻し構造部及び第２戻し構造部が近接配置されて、光結合部Ｃとして機能する。【選択図】図１
2012212002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主光導波路、第１副光導波路及び第２副光導波路と、
前記第１主光導波路に設けられた第１光回路要素と、
前記第１主光導波路の一端に接続され、前記第１主光導波路を伝搬する光を前記第１副光導波路及び前記第２副光導波路に等分配する第１光カプラと、
前記第１副光導波路及び前記第２副光導波路の間に設けられた、光導波路を有する第１戻し構造部と
を含む第１サブ光回路、及び
第２主光導波路、第３副光導波路及び第４副光導波路と、
前記第２主光導波路に設けられた第２光回路要素と、
前記第２主光導波路の一端に接続され、前記第３副光導波路及び前記第４副光導波路を伝搬する光を合成して前記第２主光導波路に送る第２光カプラと、
前記第３副光導波路及び前記第４副光導波路の間に設けられた、光導波路を有する第２戻し構造部と
を含む第２サブ光回路、
を備え、
前記第１戻し構造部及び前記第２戻し構造部が近接配置されて、光結合部として機能することを特徴とする光回路。
【請求項２】
前記第１戻し構造部が有する光導波路が、前記第１及び第２副光導波路を接続する第１湾曲光導波路であり、
前記第２戻し構造部が有する光導波路が、前記第３及び第４副光導波路を接続する第２湾曲光導波路であり、
第１湾曲光導波路及び第２湾曲光導波路が光結合可能な距離に近接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項３】
前記第１戻し構造部が有する光導波路が、前記第１及び第２副光導波路の両者に光結合可能に近接配置されたリング状光導波路であり、
前記第２戻し構造部が有する光導波路が、前記第３及び第４副光導波路を接続する湾曲光導波路であり、
前記リング状光導波路と前記湾曲光導波路が光結合可能な距離に近接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項４】
前記第１戻し構造部が、前記第１副光導波路に光結合可能に近接配置された第１リング状光導波路と、前記第２副光導波路に光結合可能に近接配置された第２リング状光導波路と、前記第１及び第２リング状光導波路の両者に光結合可能に近接配置された直線状光導波路を備えて構成されており、
前記第２戻し構造部が有する光導波路が、前記第３及び第４副光導波路を接続する湾曲光導波路であり、
前記直線状光導波路と前記湾曲光導波路とが光結合可能な距離に近接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項５】
前記第１戻し構造部が有する光導波路が、前記第１及び第２副光導波路の両者に光結合可能に近接配置された第１リング状光導波路であり、
前記第２戻し構造部が有する光導波路が、前記第３及び第４副光導波路の両者に光結合可能に近接配置された第２リング状光導波路であり、
前記第１リング状光導波路と前記第２リング状光導波路とが光結合可能な距離に近接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項６】
前記第１戻し構造部が有する光導波路が、前記第１及び第２副光導波路の両者に光結合可能に近接配置された第１リング状光導波路であり、
前記第２戻し構造部が、前記第３副光導波路に光結合可能に近接配置された第２リング状光導波路と、前記第４副光導波路に光結合可能に近接配置された第３リング状光導波路と、前記第２及び第３リング状光導波路の両者に光結合可能に近接配置された直線状光導波路を備えて構成されており、
前記第１リング状光導波路と前記直線状光導波路とが光結合可能な距離に近接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項７】
前記第１戻し構造部が、前記第１副光導波路に光結合可能に近接配置された第１リング状光導波路と、前記第２副光導波路に光結合可能に近接配置された第２リング状光導波路と、前記第１及び第２リング状光導波路の両者に光結合可能に近接配置された第１直線状光導波路を備えて構成されており、
前記第２戻し構造部が、前記第３副光導波路に光結合可能に近接配置された第３リング状光導波路と、前記第４副光導波路に光結合可能に近接配置された第４リング状光導波路と、前記第３及び第４リング状光導波路の両者に光結合可能に近接配置された第２直線状光導波路を備えて構成されており、
前記第１及び第２直線状光導波路が光結合可能な距離に近接配置されていること特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項８】
前記第１又は第２主光導波路の他端に、光増幅器が設けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の光回路。
【請求項９】
前記第１及び第２光回路要素として、光波長フィルタ、光変調器、波長変換素子及び光スイッチからなる群から選ばれた光回路要素を用いることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の光回路。
【請求項１０】
前記第１及び第２主光導波路と、前記第１、第２、第３及び第４副光導波路と、前記第１及び第２戻し構造部が有する光導波路とが、Ｓｉ製であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、異なる光回路間で容易に光の結合を行うことができる光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光回路の小型化と量産化を目的として、Ｓｉを導波路材料として用いる技術が注目を集めている。Ｓｉ細線光導波路では、Ｓｉのコアの全周囲を、ＳｉＯ２のクラッドで被覆した構造が用いられる。Ｓｉ細線光導波路は、コアとクラッドの屈折率差が非常に大きいために、光を強くコアに閉じ込めることが可能である。また、Ｓｉ細線光導波路では、この大きな屈折率差を利用して、光を１μｍ程度の小さい曲率半径で曲げる曲線導波路を実現することができる。さらに、Ｓｉ細線光導波路では、Ｓｉ電子デバイスでの加工技術が利用できるために、きわめて微細なサブミクロンの断面構造を実現できる。これらのことから、Ｓｉ細線光導波路によれば、他の構造では不可能な、Ｓｉ電子デバイスと同サイズの光回路を実現可能であるので、Ｓｉ細線光導波路は、光と電子とをチップ上で融合する有力な技術として注目されている。
【０００３】
Ｓｉ細線光導波路を応用した光回路の例として、外部共振器が知られている（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照）。この外部共振器は、屈折率の制御が容易であることからＳｉ細線光導波路で形成してある。そして、この外部共振器に、光の増幅を行うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を利用した半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を付加することで、波長可変レーザダイオードが形成される。
【０００４】
より詳細には、外部共振器を構成するＳｉ細線光導波路は、Ｓｉ支持基板とＳｉＯ２層とＳｉ層とがこの順序で積層されたＳＯＩ（Ｓｉ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のＳｉ層を利用して形成される。そして、このＳＯＩ基板の端面に露出したＳｉ細線光導波路の光入出力端面に、ＳＯＡの一方の光導波路端面を位置合わせして固定することにより、ＳＯＡと外部共振器とを光学的に接続する。この波長可変レーザダイオードからの光の取り出しは、ＳＯＡの他方の光導波路端面から行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０００９１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｏｐｔｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐａｐｅｒ  ９Ｅ２−１，Ｊｕｌｙ，２０１０，Ｓａｐｐｏｒｏ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１及び特許文献１に開示された外部共振器では、取り出された光の利用に困難が伴う。すなわち、外部共振器で波長選択された光を他の光回路要素で利用するためには、ＳＯＡの他方の光導波路端面を他の光回路の光入力端に精密に位置合わせする必要がある。つまり、外部共振器と他の光回路要素とに介在するＳＯＡの２つの光導波路端面をμｍオーダで位置合わせする必要がある。
【０００８】
この発明は、このような問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の目的は、一方の光回路要素から他方の光回路要素に光を結合するに当たり、位置合わせを容易にした光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者は、鋭意検討の結果、一方の光回路と他方の光回路とを光結合可能に近接配置して方向性結合器を形成することで上述した課題を解決できることに想到した。従って、この発明の光回路は、第１サブ光回路と第２サブ光回路とを備えている。
【００１０】
ここで、第１サブ光回路は、第１主光導波路、第１副光導波路及び第２副光導波路と、第１主光導波路に設けられた第１光回路要素と、第１主光導波路の一端に接続され、第１主光導波路を伝搬する光を第１副光導波路及び第２副光導波路に等分配する第１光カプラと、第１副光導波路及び第２副光導波路の間に設けられた、光導波路を有する第１戻し構造部とを含んでいる。
【００１１】
また、第２サブ光回路は、第２主光導波路、第３副光導波路及び第４副光導波路と、第２主光導波路に設けられた第２光回路要素と、第２主光導波路の一端に接続され、第３副光導波路及び第４副光導波路を伝搬する光を合成して第２主光導波路に送る第２光カプラと、第３副光導波路及び第４副光導波路の間に設けられた、光導波路を有する第２戻し構造部とを含んでいる。
【００１２】
そして、第１戻し構造部及び第２戻し構造部が近接配置されて、光結合部として機能する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の光回路によれば、第１光回路要素を含む第１サブ光回路から、第２光回路要素を含む第２サブ光回路に光を結合するに当たり、第１及び第２戻し構造部の光導波路同士の近接配置を利用するので、第１光回路要素と第２光回路要素との位置合わせに高い精度が要求されず、位置合わせを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１の光回路の概略構成を示す模式図である。
【図２】実施形態１の光回路の動作の説明に供する模式図である。
【図３】実施形態１の光回路の動作特性を示す特性図である。
【図４】実施形態２の光回路の概略構成を示す模式図である。
【図５】実施形態２の光回路の動作の説明に供する模式図である。
【図６】実施形態２の光回路の動作特性を示す特性図である。
【図７】実施形態３の光回路の概略構成を示す模式図である。
【図８】実施形態３の光回路の動作の説明に供する模式図である。
【図９】実施形態３の光回路の動作特性を示す特性図である。
【図１０】実施形態４の光回路の概略構成を示す模式図である。
【図１１】実施形態４の光回路の動作の説明に供する模式図である。
【図１２】実施形態５の光回路の概略構成を示す模式図である。
【図１３】実施形態５の光回路の動作の説明に供する模式図である。
【図１４】実施形態６の光回路の概略構成を示す模式図である。
【図１５】実施形態６の光回路の動作の説明に供する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図において各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００１６】
（実施形態１）
以下、図１〜図３を参照して、実施形態１の光回路について説明する。図１は、光回路の概略構成を示す模式図であり、図２は、光回路の動作の説明に供する模式図であり、図３は、光回路の動作特性を示す特性図である。なお、図１において、第１サブ光回路と第２サブ光回路はＳｉＯ２層に囲まれて設けられているために、直接目視することはできないが、強調して示すために実線で描いてある。
【００１７】
（構造）
図１を参照すると、光回路１０は、例えばＳＯＩ基板を用いて構成される。
【００１８】
光回路１０は、Ｓｉ支持基板１２上に積層されたＳｉＯ２層１４中に埋め込まれて設けられたＳｉ製の構造体である第１サブ光回路１６と、第２サブ光回路３０とを備えている。また、光回路１０は任意的な構成要素として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体製の光増幅器４４を備えている。
【００１９】
第１サブ光回路１６は、第１主光導波路１８と、第１光回路要素２０と、第１光カプラ２２と、第１副光導波路２４と、第２副光導波路２６と、第１戻し構造部として第１湾曲光導波路２８とを備えている。
【００２０】
第１主光導波路１８は、光回路１０の長手方向に沿って延在するチャネル型光導波路である。
【００２１】
第１光回路要素２０は、第１主光導波路１８を伝搬する光に対して種々の処理を行う光回路要素である。第１光回路要素２０としては、例えば、光波長フィルタ、光変調器、波長変換素子又は光スイッチを用いることができる。
【００２２】
第１光カプラ２２は、第１主光導波路１８の一端１８ａに接続されていて、第１主光導波路１８を伝搬する光を第１副光導波路２４と第２副光導波路２６とに等分配する、いわゆる３ｄＢカプラである。第１光カプラ２２は、例えばＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）導波路又は方向性結合器を用いて形成される。
【００２３】
第１副光導波路２４及び第２副光導波路２６は、一端部が第１光カプラ２２に接続されていて、他端部が第１湾曲光導波路２８に接続されている、湾曲したチャネル型光導波路である。
【００２４】
第１湾曲光導波路２８は、第１副光導波路２４及び第２副光導波路２６の他端部同士を接続するチャネル型光導波路である。第１湾曲光導波路２８と、第１副光導波路２４及び第２副光導波路２６と、第１光カプラ２２とは、略円環状の光導波路構造体を構成する。
【００２５】
第２サブ光回路３０は、第２主光導波路３２と、第２光回路要素３４と、第２光カプラ３６と、第３副光導波路３８と、第４副光導波路４０と、第２戻し構造部として第２湾曲光導波路４２とを備えている。
【００２６】
第２主光導波路３２は、光回路１０の長手方向に沿って延在するチャネル型光導波路である。
【００２７】
第２光回路要素３４は、第２主光導波路３２を伝搬する光に対して種々の処理を行う光回路要素である。第２光回路要素３４としては、例えば、光波長フィルタ、光変調器、波長変換素子又は光スイッチを用いることができる。なお、第２光回路要素３４は、第１光回路要素２０と同じ種類の光回路要素を用いてもよいし、異なっていてもよい。
【００２８】
第２光カプラ３６は、第２主光導波路３２の一端３２ａに接続された３ｄＢカプラであり、第３副光導波路３８及び第４副光導波路４０を伝搬する光を合成して、第２主光導波路３２に送る機能を有する。第２光カプラ３６は、第１光カプラ２２と構造が等しい。
【００２９】
第３副光導波路３８及び第４副光導波路４０は、一端部が第２光カプラ３６に接続されていて、他端部が第２湾曲光導波路４２に接続されている湾曲したチャネル型光導波路である。
【００３０】
第２湾曲光導波路４２は、第３副光導波路３８及び第４副光導波路４０の他端部同士を接続するチャネル型光導波路である。第２湾曲光導波路４２と、第３副光導波路３８及び第４副光導波路４０と、第２光カプラ３６とは、略円環状の光導波路構造体を構成する。
【００３１】
そして、光回路１０では、第１湾曲光導波路２８及び第２湾曲光導波路４２が光結合可能な距離に近接配置されていて、これら第１及び第２湾曲光導波路２８及び４２が光結合部Ｃとして機能する。より詳細には、第１湾曲光導波路２８と第２湾曲光導波路４２とを光結合可能な距離に対向配置、すなわち近接配置することにより方向性結合器を形成し、第１戻し構造部と第２戻し構造部とを光結合部Ｃとして機能させる。
【００３２】
光増幅器４４は、第１主光導波路１８の第１光カプラ２２が接続されていない他端１８ｂ側に配置されている。より詳細には、光増幅器４４を、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体とする。光増幅器４４は、光出射端を第１主光導波路１８の他端１８ｂである光入出力端面に位置決めして、Ｓｉ支持基板１２の主面１２ａに固定されている。なお、光回路１０にとって、光増幅器４４は、必須の構成要素ではなく、例えば、第１主光導波路１８の他端１８ｂには、他の光回路が接続されていてもよい。なお、光増幅器４４は、第２主光導波路３２の他端３２ｂ側に配置してもよい。
【００３３】
（動作）
続いて、図１及び図２を参照して、光回路１０の動作について説明する。
【００３４】
光増幅器４４から出射された光は、第１主光導波路１８を伝搬して第１光カプラ２２に至る。この光をＬ１とする。光Ｌ１は、第１光カプラ２２により第１副光導波路２４及び第２副光導波路２６に等分配される。ここで、第１副光導波路２４を伝搬する光を光Ｌ２とし、及び第２副光導波路２６を伝搬する光をＬ３とする。
【００３５】
光Ｌ２は、第１副光導波路２４から第１湾曲光導波路２８及び第２副光導波路２６を経て第１光カプラ２２に戻る。一方、光Ｌ３は、光Ｌ２とは逆に、第２副光導波路２６から第１湾曲光導波路２８及び第１副光導波路２４を経て第１光カプラ２２に戻る。第１光カプラ２２に戻った光Ｌ２及びＬ３の位相は等しいので、光Ｌ２とＬ３とは、第１光カプラ２２で合成されて光Ｌ４として、第１主光導波路１８を光増幅器４４に向けて伝搬する。
【００３６】
ところで、第１サブ光回路１６と第２サブ光回路３０との間の光結合部Ｃでは、第１サブ光回路１６から第２サブ光回路３０への光の結合が行われる。より詳細には、光結合部Ｃでは、第１湾曲光導波路２８と第２湾曲光導波路４２とが光結合可能な距離に互いに平行に配置されて方向性結合器が構成されている。その結果、第１湾曲光導波路２８を伝搬する光Ｌ２は、光Ｌ２と伝搬方向が等しい光Ｌ５を第２湾曲光導波路４２に励起する。同様に、光Ｌ３は、光Ｌ３と伝搬方向が等しい光Ｌ６を第２湾曲光導波路４２に励起する。
【００３７】
光Ｌ５は、第２湾曲光導波路４２及び第４副光導波路４０を経て第２光カプラ３６に至る。同様に光Ｌ６は、第２湾曲光導波路４２及び第３副光導波路３８を経て第２光カプラ３６に至る。第２光カプラ３６に至った光Ｌ５及びＬ６の位相と強度比率は、光Ｌ２及びＬ３と等しくなる。その結果、光Ｌ５及びＬ６は、第２光カプラ３６で合成されて、光Ｌ７として第２主光導波路３２を伝搬する。そして、光Ｌ７は、第２光回路要素３４において種々の処理を受け、第２主光導波路３２の他端３２ｂから系外に取り出される。
【００３８】
以上のように、実施形態１の光回路１０は、光結合部Ｃとして、半導体製造技術を利用して製造できる方向性結合器を用いている。そのため、異なる光回路要素間での位置合わせに当たり、光入射端面と光出射端面とをミクロンオーダの位置精度で位置決めする作業が不要となる。結果として、光回路１０は、第１光回路要素２０から第２光回路要素３４への光の結合を容易に行うことができる。
【００３９】
（シミュレーション）
続いて、図３を参照して、実施形態１の光回路１０について行ったシミュレーション結果を説明する。
【００４０】
図３の縦軸は、光の強度割合（無次元）及び方向性結合器の結合効率（無次元）を示し、横軸は、光の波長（μｍ）を示す。
【００４１】
シミュレーションは２次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法により行った。シミュレーションにおいて、第１及び第２主光導波路１８及び３２と、第１、第２、第３及び第４副光導波路２４，２６，３８及び４０と、第１及び第２湾曲光導波路２８及び４２は、等価屈折率が３．００のＳｉ製光導波路であり、屈折率が１．４５の石英に埋め込まれて存在しているとした。また、これらの光導波路の光伝搬方向に直交する横断面寸法を、幅約４４０ｎｍ及び厚さ約２２０ｎｍとした。
【００４２】
また、第１及び第２光カプラ２２及び３６を、ＭＭＩ導波路とし、光伝搬方向に沿った全長を約２．２μｍ及び幅約１．６μｍとした。また、第１光カプラ２２（第２光カプラ３６）に、第１及び第２副光導波路２４及び２６（第３及び第４副光導波路３８及び４０）が、０．８μｍ間隔で接続されているとした。また、第１及び第２副光導波路２４及び２６と、第１湾曲光導波路２８と、第３及び第４副光導波路３８及び４０と、第２湾曲光導波路４２の曲率半径を約２μｍとした。
【００４３】
図３には、４本の曲線が描かれている。曲線Ｉ及びＩＩＩは、方向性結合器の結合効率を示す。曲線ＩＩ及びＩＶは、第１主光導波路１８へと入力された光のうち、第２主光導波路３２から出力された光の割合を示す。また、曲線Ｉと曲線ＩＩは、第１湾曲光導波路２８と第２湾曲光導波路４２との間の導波路中心間距離が６００ｎｍの場合に対応する。また、曲線ＩＩＩと曲線ＩＶは、第１湾曲光導波路２８と第２湾曲光導波路４２との間の導波路中心間距離が８００ｎｍの場合に対応する。
【００４４】
図３によれば、光結合部Ｃとしての方向性結合器の結合効率（曲線Ｉ及びＩＩＩ）と略同等の割合の光が、第２主光導波路３２から出力されていることがわかる。曲線ＩＩ及びＩＶの方が曲線Ｉ及びＩＩＩよりも僅かに低い値を示すのは、第１及び第２カプラ２２及び３６の挿入損失による。また、曲線ＩＩ及びＩＶが波長と共に若干、波を打つ挙動を示すのは、第１及び第２カプラ２２及び３６の波長依存性のためである。
【００４５】
（実施形態２）
以下、図４〜図６を参照して、実施形態２の光回路について説明する。図４は、光回路の概略構成を示す模式図であり、図５は、光回路の動作の説明に供する模式図であり、図６は、光回路の動作特性を示す特性図である。なお、図４において、図１と同様の構成要素には、同符号を付して、その説明を省略する。また、図４において、第１サブ光回路と第２サブ光回路はＳｉＯ２層に囲まれて設けられているために、直接目視することはできないが、強調して示すために実線で描いてある。
【００４６】
（構造）
図４を参照すると、光回路５０は、実施形態１の光回路１０と同様に、ＳＯＩ基板を用いて構成される。
【００４７】
光回路５０は、Ｓｉ支持基板１２上に積層されたＳｉＯ２層１４中に埋め込まれて設けられたＳｉ製の構造体である第１サブ光回路５２と、第２サブ光回路３１とを備えている。また、光回路５０は、任意的な構成要素として光増幅器４４を備えている。なお、光増幅器４４は実施形態１と同様に構成されている。
【００４８】
第１サブ光回路５２は、第１主光導波路１８と、第１光回路要素２０と、第１光カプラ２２と、第１副光導波路５４と、第２副光導波路５６と、第１戻し構造部としてリング状光導波路５８とを備えている。
【００４９】
第１主光導波路１８、第１光回路要素２０及び第１光カプラ２２は、実施形態１と同様に構成されている。
【００５０】
第１副光導波路５４及び第２副光導波路５６は、第１主光導波路１８の中心線を対称軸として線対称に形成されたチャネル型光導波路である。第１及び第２副光導波路５４及び５６は、一端部が第１光カプラ２２に接続されていて、他端部は無反射構造が形成された自由端とされている。第１及び第２副光導波路５４及び５６は、第１光カプラ２２から他端部に向かうに従って導波路間の距離が広がり、その後、一定距離を保つように配置されている。
【００５１】
リング状光導波路５８は、第１副光導波路５４と第２副光導波路５６との間に介在された楕円形のチャネル型光導波路である。つまり、リング状光導波路５８は、その円周の２部分において、それぞれ第１副光導波路５４及び第２副光導波路５６と光結合可能に近接配置されて、方向性結合器を構成している。ここで、リング状光導波路５８と第１副光導波路５４との間で形成された方向性結合器を第１サブ光結合部Ｃ１と称し、及びリング状光導波路５８と第２副光導波路５６と間で形成された方向性結合器を第２サブ光結合部Ｃ２と称する。
【００５２】
第２サブ光回路３１は、第２主光導波路３２と、第２光回路要素３４と、第２光カプラ３６と、第３副光導波路３８と、第４副光導波路４０と、第２戻し構造部として湾曲光導波路４１とを備えている。第２サブ光回路３１の構成は、図１を参照して説明した実施形態１のサブ光回路３０と同様であるので、その説明を省略する。
【００５３】
そして、光回路５０では、リング状光導波路５８及び湾曲光導波路４１が光結合可能な距離に近接配置されていて、これらリング状光導波路５８及び湾曲光導波路４１が光結合部Ｃとして機能する。より詳細には、リング状光導波路５８と湾曲光導波路４１とを光結合可能な距離に対向配置、すなわち近接配置することにより方向性結合器を形成し、第１戻し構造部と第２戻し構造部とを光結合部Ｃとして機能させる。
【００５４】
（動作）
続いて、図４及び図５を参照して、光回路５０の動作について説明する。
【００５５】
光増幅器４４から出射された光は、第１主光導波路１８を伝搬して第１光カプラ２２に至る。この光をＬ１とする。光Ｌ１は、第１光カプラ２２により第１副光導波路５４及び第２副光導波路５６に等分配される。ここで、第１副光導波路５４を伝搬する光を光Ｌ２とし、及び第２副光導波路５６を伝搬する光をＬ３とする。
【００５６】
光Ｌ２は、第１副光導波路５４を伝搬し、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、リング状光導波路５８に、時計回りに伝搬する光Ｌ４を励起する。リング状光導波路５８では、リング状光導波路５８を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ４のみが蓄積していく。リング状光導波路５８内で充分な強度となった光Ｌ４は、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、第２副光導波路５６に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ５を励起する。この光Ｌ５は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【００５７】
光Ｌ３は、第２副光導波路５６を伝搬し、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、リング状光導波路５８に、反時計回りに伝搬する光Ｌ６を励起する。リング状光導波路５８では、リング状光導波路５８を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ６のみが蓄積していく。リング状光導波路５８内で充分な強度となった光Ｌ６は、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、第１副光導波路５４に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ７を励起する。この光Ｌ７は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【００５８】
第１光カプラ２２に戻った光Ｌ５及びＬ７の位相は等しいので、光Ｌ５とＬ７とは、第１光カプラ２２で合成されて光Ｌ８として、第１主光導波路１８を光増幅器４４に向けて伝搬する。
【００５９】
ところで、第１サブ光回路５２と第２サブ光回路３１との間の光結合部Ｃでは、第１サブ光回路５２から第２サブ光回路３１への光の結合が行われる。より詳細には、光結合部Ｃでは、リング状光導波路５８と湾曲光導波路４１とが光結合可能な距離に互いに平行に配置されて方向性結合器が構成されている。その結果、リング状光導波路５８を伝搬する光Ｌ４は、光Ｌ４と伝搬方向が等しい光Ｌ９を湾曲光導波路４１に励起する。同様に、光Ｌ６は、光Ｌ６と伝搬方向が等しい光Ｌ１０を湾曲光導波路４１に励起する。
【００６０】
光Ｌ９は、湾曲光導波路４１及び第４副光導波路４０を経て第２光カプラ３６に至る。同様に光Ｌ１０は、湾曲光導波路４１及び第３副光導波路３８を経て第２光カプラ３６に至る。第２光カプラ３６に至った光Ｌ９及びＬ１０の位相と強度比率は、光Ｌ５及びＬ７と等しくなる。その結果、光Ｌ９及びＬ１０は、第２光カプラ３６で合成されて、光Ｌ１１として第２主光導波路３２を伝搬する。そして、光Ｌ１１は、第２光回路要素３４において種々の処理を受け、第２主光導波路３２の他端３２ｂから系外に取り出される。
【００６１】
以上のように、実施形態２の光回路５０は、光結合部Ｃとして、半導体製造技術を利用して製造できる方向性結合器を用いている。そのため、異なる光回路要素間での位置合わせに当たり、光入射端面と光出射端面とをミクロンオーダの位置精度で位置決めする作業が不要となる。結果として、光回路５０は、第１光回路要素２０から第２光回路要素３４への光の結合を容易に行うことができる。
【００６２】
（シミュレーション）
続いて、図６を参照して、実施形態２の光回路５０について行ったシミュレーション結果を説明する。
【００６３】
図６の縦軸は、光の強度（任意単位）を示し、横軸は、光の波長（μｍ）を示す。
【００６４】
シミュレーションは２次元ＦＤＴＤ法により行った。シミュレーションにおいて、第１及び第２主光導波路１８及び３２と、第１、第２、第３及び第４副光導波路５４，５６，３８及び４０と、リング状光導波路５８と、湾曲光導波路４１は、等価屈折率が３．００のＳｉ製光導波路であり、屈折率が１．４５の石英に埋め込まれて存在しているとした。また、これらの光導波路の光伝搬方向に直交する横断面寸法を、幅約４４０ｎｍ及び厚さ約２２０ｎｍとした。
【００６５】
また、第１及び第２光カプラ２２及び３６をＭＭＩ導波路とし、及び光伝搬方向に沿った全長を約２．２μｍ及び幅約１．６μｍとした。また、第１光カプラ２２（第２光カプラ３６）に、第１及び第２副光導波路５４及び５６（第３及び第４副光導波路３８及び４０）が、０．８μｍ間隔で接続されているとした。
【００６６】
また、リング状光導波路５８を曲率半径が３．８μｍの楕円形とした。また、第１及び第２副光導波路５４及び５６と、第３及び第４副光導波路３８及び４０と、湾曲光導波路４１の曲がり部の曲率半径を約２μｍとした。さらに、光結合部Ｃにおけるリング状光導波路５８と湾曲光導波路４１との中心間距離を０．６μｍとした。
【００６７】
図６には、２本の曲線が描かれている。曲線Ｉは、第１主光導波路１８から入力された光のうち、第１主光導波路１８の他端１８ｂから出力された光の強度を示す。曲線ＩＩは、第１主光導波路１８から入力された光のうち、第２主光導波路３２の他端３２ｂから出力された光の強度を示す。
【００６８】
リング状光導波路５８の作用により、第１主光導波路１８の他端１８ｂに戻された光（曲線Ｉ）と、第２主光導波路３２の他端３２ｂから出力された光（曲線ＩＩ）の両者は、波長分布がよく一致しており、等波長間隔で鋭いピークを有している。
【００６９】
（実施形態３）
以下、図７〜図９を参照して、実施形態３の光回路について説明する。図７は、光回路の概略構成を示す模式図であり、図８は、光回路の動作の説明に供する模式図であり、図９は、光回路の動作特性を示す特性図である。なお、図７において、図１と同様の構成要素には、同符号を付して、その説明を省略する。また、図７において、第１サブ光回路と第２サブ光回路はＳｉＯ２層に囲まれて設けられているために、直接目視することはできないが、強調して示すために実線で描いてある。
【００７０】
（構造）
図７を参照すると、光回路６０は、実施形態１の光回路１０と同様にＳＯＩ基板を用いて構成される。
【００７１】
光回路６０は、Ｓｉ支持基板１２上に積層されたＳｉＯ２層１４中に埋め込まれて設けられたＳｉ製の構造体である第１サブ光回路６２と、第２サブ光回路３１とを備えている。また光回路６０は、任意的な構成要素として光増幅器４４を備えている。なお、第２サブ光回路３１及び光増幅器４４は実施形態２と同様に構成されている。
【００７２】
第１サブ光回路６２は、第１主光導波路１８と、第１光回路要素２０と、第１光カプラ２２と、第１副光導波路６４と、第２副光導波路６６と、第１リング状光導波路６８と、第２リング状光導波路７０と、直線状光導波路７２とを備えている。ここで、第１リング状光導波路６８と、第２リング状光導波路７０と、直線状光導波路７２とは第１戻し構造部を構成する。
【００７３】
第１主光導波路１８、第１光回路要素２０及び第１光カプラ２２は、実施形態１と同様に構成されている。
【００７４】
第１副光導波路６４及び第２副光導波路６６は、第１主光導波路１８の中心線を対称軸として線対称に形成されたチャネル型光導波路である。第１及び第２副光導波路６４及び６６は、一端部が第１光カプラ２２に接続されていて、他端部は無反射コーティングが施された自由端とされている。第１及び第２副光導波路６４及び６６は、第１光カプラ２２から他端部に向かうに従って、導波路間の距離が広がるような略「ハ」字状に配置されている。
【００７５】
第１リング状光導波路６８は、第１副光導波路６４と後述する直線状光導波路７２との間に介在された円形のチャネル型光導波路である。第１リング状光導波路６８は、第１副光導波路６４に光結合可能な距離に近接配置されており、これにより、方向性結合器として第１サブ光結合部Ｃ１が形成されている。
【００７６】
第２リング状光導波路７０は、第２副光導波路６６と直線状光導波路７２との間に介在された円形のチャネル型光導波路である。第２リング状光導波路７０は、第２副光導波路６６に光結合可能な距離に近接配置されており、これにより、方向性結合器として第２サブ光結合部Ｃ２が形成されている。
【００７７】
直線状光導波路７２は、両端部が自由端とされた直線状のチャネル型光導波路である。直線状光導波路７２の両端部には、無反射構造が形成されている。直線状光導波路７２は、第１及び第２リング状光導波路６８及び７０と、光結合可能な距離に近接配置されている。その結果、第１リング状光導波路６８と直線状光導波路７２との間に方向性結合器として第３サブ光結合部Ｃ３が形成されている。また、第２リング状光導波路７０と直線状光導波路７２との間に方向性結合器として第４サブ光結合部Ｃ４が形成されている。
【００７８】
そして、光回路６０では、直線状光導波路７２及び湾曲光導波路４１が光結合可能な距離に近接配置されていて、これら直線状光導波路７２及び湾曲光導波路４１が光結合部Ｃとして機能する。より詳細には、直線状光導波路７２と湾曲光導波路４１とを光結合可能な距離に対向配置、すなわち近接配置することにより方向性結合器を形成し、第１戻し構造部と第２戻し構造部とを光結合部Ｃとして機能させる。
【００７９】
（動作）
続いて、図７及び図８を参照して、光回路６０の動作について説明する。
【００８０】
光増幅器４４から出射された光は、第１主光導波路１８を伝搬して第１光カプラ２２に至る。この光をＬ１とする。光Ｌ１は、第１光カプラ２２により第１副光導波路６４及び第２副光導波路６６に等分配される。ここで、第１副光導波路６４を伝搬する光を光Ｌ２とし、及び第２副光導波路６６を伝搬する光をＬ３とする。
【００８１】
光Ｌ２は、第１副光導波路６４を伝搬し、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、第１リング状光導波路６８に、時計回りに伝搬する光Ｌ４を励起する。第１リング状光導波路６８では、第１リング状光導波路６８を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ４のみが蓄積していく。第１リング状光導波路６８内で充分な強度となった光Ｌ４は、第３サブ光結合部Ｃ３の方向性結合器の作用により、直線状光導波路７２に第２リング状光導波路７０方向に伝搬する光Ｌ５を励起する。
【００８２】
この光Ｌ５は、直線状光導波路７２を伝搬し、第４サブ光結合部Ｃ４の方向性結合器の作用により、第２リング状光導波路７０に時計回りに伝搬する光Ｌ６を励起する。第２リング状光導波路７０では、第２リング状光導波路７０を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ６のみが蓄積していく。第２リング状光導波路７０内で充分な強度となった光Ｌ６は、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、第２副光導波路６６に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ７を励起する。この光Ｌ７は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【００８３】
光Ｌ３は、第２副光導波路６６を伝搬し、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、第２リング状光導波路７０に、反時計回りに伝搬する光Ｌ８を励起する。第２リング状光導波路７０では、第２リング状光導波路７０を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ８のみが蓄積していく。第２リング状光導波路７０内で充分な強度となった光Ｌ８は、第４サブ光結合部Ｃ４の方向性結合器の作用により、直線状光導波路７２に第１リング状光導波路６８方向に伝搬する光Ｌ９を励起する。
【００８４】
この光Ｌ９は、直線状光導波路７２を伝搬し、第３サブ光結合部Ｃ３の方向性結合器の作用により、第１リング状光導波路６８に反時計回りに伝搬する光Ｌ１０を励起する。第１リング状光導波路６８では、第１リング状光導波路６８を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ１０のみが蓄積していく。第１リング状光導波路６８内で充分な強度となった光Ｌ１０は、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、第１副光導波路６４に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ１１を励起する。この光Ｌ１１は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【００８５】
第１光カプラ２２に戻った光Ｌ７及びＬ１１の位相は等しいので、光Ｌ７とＬ１１とは、第１光カプラ２２で合成されて光Ｌ１２として、第１主光導波路１８を光増幅器４４に向けて伝搬する。
【００８６】
ところで、第１サブ光回路６２と第２サブ光回路３１との間の光結合部Ｃでは、第１サブ光回路６２から第２サブ光回路３１への光の結合が行われる。より詳細には、光結合部Ｃでは、直線状光導波路７２と湾曲光導波路４１とが光結合可能な距離に互いに平行に配置されて方向性結合器が構成されている。その結果、直線状光導波路７２を伝搬する光Ｌ５は、光Ｌ５と伝搬方向が等しい光Ｌ１３を湾曲光導波路４１に励起する。同様に、光Ｌ９は、光Ｌ９と伝搬方向が等しい光Ｌ１４を湾曲光導波路４１に励起する。
【００８７】
光Ｌ１３は、湾曲光導波路４１及び第４副光導波路４０を経て第２光カプラ３６に至る。同様に光Ｌ１４は、湾曲光導波路４１及び第３副光導波路３８を経て第２光カプラ３６に至る。第２光カプラ３６に至った光Ｌ１３及びＬ１４の位相と強度比率は、光Ｌ７及びＬ１１と等しくなる。その結果、光Ｌ１３及びＬ１４は、第２光カプラ３６で合成されて、光Ｌ１５として第２主光導波路３２を伝搬する。そして、光Ｌ１５は、第２光回路要素３４において種々の処理を受け、第２主光導波路３２の他端３２ｂから系外に取り出される。
【００８８】
以上のように、実施形態３の光回路６０は、光結合部Ｃとして、半導体製造技術を利用して製造できる方向性結合器を用いている。そのため、異なる光回路要素間での位置合わせに当たり、光入射端面と光出射端面とをミクロンオーダの位置精度で位置決めする作業が不要となる。結果として、光回路６０は、第１光回路要素２０から第２光回路要素３４への光の結合を容易に行うことができる。
【００８９】
（シミュレーション）
続いて、図９を参照して、実施形態３の光回路６０について行ったシミュレーション結果を説明する。
【００９０】
図９の縦軸は光の強度（任意単位）を示し、横軸は光の波長（μｍ）を示す。
【００９１】
シミュレーションは２次元ＦＤＴＤ法により行った。シミュレーションにおいて、第１及び第２主光導波路１８及び３２と、第１、第２、第３及び第４副光導波路６４，６６，３８及び４０と、第１及び第２リング状光導波路６８及び７０と、直線状光導波路７２と、湾曲光導波路４１は、等価屈折率が３．００のＳｉ製光導波路であり、屈折率が１．４５の石英に埋め込まれて存在しているとした。また、これらの光導波路の光伝搬方向に直交する横断面寸法を、幅約４４０ｎｍ及び厚さ約２２０ｎｍとした。
【００９２】
また、第１及び第２光カプラ２２及び３６を、ＭＭＩ導波路とし、光伝搬方向に沿った全長を約２．２μｍ及び幅約１．６μｍとした。また、第１光カプラ２２（第２光カプラ３６）に、第１及び第２副光導波路６４及び６６（第３及び第４副光導波路３８及び４０）が、０．８μｍ間隔で接続されているとした。
【００９３】
また、第１及び第２リング状光導波路６８及び７０の曲率半径は互いに等しく、３．８μｍとした。また、第１及び第２副光導波路６４及び６６と、第３及び第４副光導波路３８及び４０と、湾曲光導波路４１の曲がり部の曲率半径は約２μｍとした。さらに、第１〜第４サブ光結合部Ｃ１〜Ｃ４及び光結合部Ｃを構成する方向性結合器の導波路間の中心間距離は０．６μｍとした。
【００９４】
図９には、２本の曲線が描かれている。曲線Ｉは、第１主光導波路１８から入力された光のうち、第１主光導波路１８の他端１８ｂから出力された光の強度を示す。曲線ＩＩは、第１主光導波路１８から入力された光のうち、第２主光導波路３２の他端３２ｂから出力された光の強度を示す。
【００９５】
第１及び第２リング状光導波路６８及び７０の作用により、第１主光導波路１８の他端１８ｂに戻された光（曲線Ｉ）と、第２主光導波路３２の他端３２ｂから出力された光（曲線ＩＩ）の波長分布はよく一致していることがわかる。図９においては、二つのリング状光導波路６８及び７０を用いているために、ピーク幅が狭く、図６よりも波長選択性が向上していることがわかる。また、曲線Ｉでは、バックグラウンドが高い値を示しているが、これは、終端部を有する光導波路（例えば、第１及び第２副光導波路６４及び６６と、直線状光導波路７２）の導波路終端からの反射の影響と思われる。
【００９６】
（実施形態４）
以下、図１０及び図１１を参照して、実施形態４の光回路について説明する。図１０は、光回路の概略構成を示す模式図であり、図１１は、光回路の動作の説明に供する模式図である。なお、図１０において、図１及び図４と同様の構成要素には、同符号を付して、その説明を省略する。また、図１０において、第１サブ光回路と第２サブ光回路とはＳｉＯ２層に囲まれて設けられているために、直接目視することはできないが、強調して示すために実線で描いてある。
【００９７】
（構造）
図１０を参照すると、光回路８０は、実施形態１の光回路１０と同様に、ＳＯＩ基板を用いて構成される。
【００９８】
光回路８０は、Ｓｉ支持基板１２上に積層されたＳｉＯ２層１４中に埋め込まれて設けられたＳｉ製の構造体である第１サブ光回路５１と、第２サブ光回路８２とを備えている。また、光回路８０は、任意的な構成要素として光増幅器４４を備えている。なお、光増幅器４４は実施形態１〜３と同様に構成されている。
【００９９】
第１サブ光回路５１は、第１主光導波路１８と、第１光回路要素２０と、第１光カプラ２２と、第１副光導波路５４と、第２副光導波路５６と、第１戻し構造部として第１リング状光導波路５７とを備えている。第１サブ光回路５１の構成は、図４を参照して説明した実施形態２の第１サブ光回路５２と同様であるので、その説明を省略する。
【０１００】
第２サブ光回路８２は、第２主光導波路３２と、第２光回路要素３４と、第２光カプラ３６と、第３副光導波路８４と、第４副光導波路８６と、第２戻し構造部として第２リング状光導波路８８とを備えている。
【０１０１】
第２主光導波路３２、第２光回路要素３４及び第２光カプラ３６は、実施形態１〜３と同様に構成されている。
【０１０２】
第３副光導波路８４及び第４副光導波路８６は、第２主光導波路３２の中心線を対称軸として線対称に形成されたチャネル型光導波路である。第３及び第４副光導波路８４及び８６は、一端部が第２光カプラ３６に接続されていて、他端部は無反射構造が形成された自由端とされている。第３及び第４副光導波路８４及び８６は、第２光カプラ３６から他端部に向かうに従って導波路間の距離が広がり、その後、一定距離を保つように配置されている。
【０１０３】
第２リング状光導波路８８は、第３副光導波路８４と第４副光導波路８６との間に介在された楕円形のチャネル型光導波路である。つまり、第２リング状光導波路８８は、その円周の２部分において、それぞれ第３副光導波路８４及び第４副光導波路８６と光結合可能に近接配置されて、方向性結合器を構成している。ここで、第２リング状光導波路８８と第３副光導波路８４との間で形成された方向性結合器を第３サブ光結合部Ｃ３と称し、及び第２リング状光導波路８８と第４副光導波路８６と間で形成された方向性結合器を第４サブ光結合部Ｃ４と称する。
【０１０４】
そして、光回路８０では、第１リング状光導波路５７及び第２リング状光導波路８８が光結合可能な距離に近接配置されていて、これら第１及び第２リング状光導波路５７及び８８が光結合部Ｃとして機能する。より詳細には、第１リング状光導波路５７と第２リング状光導波路８８とを光結合可能な距離に対向配置、すなわち近接配置することにより方向性結合器を形成し、第１戻し構造部と第２戻し構造部とを光結合部Ｃとして機能させる。
【０１０５】
（動作）
続いて、図１１を参照して、光回路８０の動作について説明する。
【０１０６】
光増幅器４４から出射された光は、第１主光導波路１８を伝搬して第１光カプラ２２に至る。この光をＬ１とする。光Ｌ１は、第１光カプラ２２により第１副光導波路５４及び第２副光導波路５６に等分配される。ここで、第１副光導波路５４を伝搬する光を光Ｌ２とし、及び第２副光導波路５６を伝搬する光をＬ３とする。
【０１０７】
光Ｌ２は、第１副光導波路５４を伝搬し、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、第１リング状光導波路５７に、時計回りに伝搬する光Ｌ４を励起する。第１リング状光導波路５７では、第１リング状光導波路５７を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ４のみが蓄積していく。第１リング状光導波路５７内で充分な強度となった光Ｌ４は、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、第２副光導波路５６に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ５を励起する。この光Ｌ５は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【０１０８】
光Ｌ３は、第２副光導波路５６を伝搬し、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、第１リング状光導波路５７に、反時計回りに伝搬する光Ｌ６を励起する。第１リング状光導波路５７では、第１リング状光導波路５７を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ６のみが蓄積していく。第１リング状光導波路５７内で充分な強度となった光Ｌ６は、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、第１副光導波路５４に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ７を励起する。この光Ｌ７は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【０１０９】
第１光カプラ２２に戻った光Ｌ５及びＬ７の位相は等しいので、光Ｌ５とＬ７とは、第１光カプラ２２で合成されて光Ｌ８として、第１主光導波路１８を光増幅器４４に向けて伝搬する。
【０１１０】
ところで、第１サブ光回路５１と第２サブ光回路８２との間の光結合部Ｃでは、第１サブ光回路５１から第２サブ光回路８２への光の結合が行われる。より詳細には、光結合部Ｃでは、第１リング状光導波路５７と第２リング状光導波路８８とが光結合可能な距離に互いに平行に配置されて方向性結合器が構成されている。その結果、第１リング状光導波路５７を伝搬する光Ｌ４は、光Ｌ４と伝搬方向が等しい光Ｌ９を第２リング状光導波路８８に励起する。同様に、光Ｌ６は、光Ｌ６と伝搬方向が等しい光Ｌ１０を第２リング状光導波路８８に励起する。
【０１１１】
第２リング状光導波路８８では、第２リング状光導波路８８を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ９及びＬ１０のみが蓄積していく。第２リング状光導波路８８内で充分な強度となった光Ｌ９及びＬ１０は、第４及び第３サブ光結合部Ｃ４及びＣ３の方向性結合器の作用により、第４及び第３副光導波路８６及び８４に第２光カプラ３６に向かう光Ｌ１１及びＬ１２を励起する。この光Ｌ１１及びＬ１２は、第２光カプラ３６に向けて伝搬する。
【０１１２】
第２光カプラ３６に至った光Ｌ１１及びＬ１２の位相と強度比率は、光Ｌ５及びＬ７と等しくなる。その結果、光Ｌ１１及びＬ１２は、第２光カプラ３６で合成されて、光Ｌ１３として第２主光導波路３２を伝搬する。そして、光Ｌ１３は、第２光回路要素３４において種々の処理を受け、第２主光導波路３２の他端３２ｂから系外に取り出される。
【０１１３】
以上のように、実施形態４の光回路８０は、光結合部Ｃとして、半導体製造技術を利用して製造できる方向性結合器を用いている。そのため、異なる光回路要素間での位置合わせに当たり、光入射端面と光出射端面とをミクロンオーダの位置精度で位置決めする作業が不要となる。結果として、光回路８０は、第１光回路要素２０から第２光回路要素３４への光の結合を容易に行うことができる。
【０１１４】
（実施形態５）
以下、図１２及び図１３を参照して、実施形態５の光回路について説明する。図１２は、光回路の概略構成を示す模式図であり、図１３は、光回路の動作の説明に供する模式図である。なお、図１２において、図１及び図１０と同様の構成要素には、同符号を付して、その説明を省略する。また、図１２において、第１サブ光回路と第２サブ光回路とはＳｉＯ２層に囲まれて設けられているために、直接目視することはできないが、強調して示すために実線で描いてある。
【０１１５】
（構造）
図１２を参照すると、光回路９０は、実施形態１の光回路１０と同様に、ＳＯＩ基板を用いて構成される。
【０１１６】
光回路９０は、Ｓｉ支持基板１２上に積層されたＳｉＯ２層１４中に埋め込まれて設けられたＳｉ製の構造体である第１サブ光回路５１と、第２サブ光回路９２とを備えている。また、光回路９０は、任意的な構成要素として光増幅器４４を備えている。なお、第１サブ光回路５１及び光増幅器４４は実施形態４と同様に構成されている。
【０１１７】
第２サブ光回路９２は、第２主光導波路３２と、第２光回路要素３４と、第２光カプラ３６と、第３副光導波路９４と、第４副光導波路９６と、第２リング状光導波路９８と、第３リング状光導波路１００と、直線状光導波路１０２とを備えている。ここで、第２リング状光導波路９８と、第３リング状光導波路１００と、直線状光導波路１０２とは第２戻し構造部を構成する。
【０１１８】
第２主光導波路３２、第２光回路要素３４及び第２光カプラ３６は、実施形態１と同様に構成されている。
【０１１９】
第３副光導波路９４及び第４副光導波路９６は、第２主光導波路３２の中心線を対称軸として線対称に形成されたチャネル型光導波路である。第３及び第４副光導波路９４及び９６は、一端部が第２光カプラ３６に接続されていて、他端部は無反射構造が形成された自由端とされている。第３及び第４副光導波路９４及び９６は、第２光カプラ３６から他端部に向かうに従って、導波路間の距離が広がるような略「ハ」字状に配置されている。
【０１２０】
第２リング状光導波路９８は、第３副光導波路９４と後述する直線状光導波路１０２との間に介在された円形のチャネル型光導波路である。第２リング状光導波路９８は、第３副光導波路９４に光結合可能な距離に近接配置されており、これにより、方向性結合器として第３サブ光結合部Ｃ３が形成されている。
【０１２１】
第３リング状光導波路１００は、第４副光導波路９６と直線状光導波路１０２との間に介在された円形のチャネル型光導波路である。第３リング状光導波路１００は、第４副光導波路９６に光結合可能な距離に近接配置されており、これにより、方向性結合器として第４サブ光結合部Ｃ４が形成されている。
【０１２２】
直線状光導波路１０２は、両端部が自由端とされた直線状のチャネル型光導波路である。直線状光導波路１０２の両端部には、無反射構造が形成されている。直線状光導波路１０２は、第２及び第３リング状光導波路９８及び１００と、光結合可能な距離に近接配置されている。その結果、第２リング状光導波路９８と直線状光導波路１０２との間に方向性結合器として第５サブ光結合部Ｃ５が形成されている。また、第３リング状光導波路１００と直線状光導波路１０２との間に方向性結合器として第６サブ光結合部Ｃ６が形成されている。
【０１２３】
そして、光回路９０では、第１リング状光導波路５７及び直線状光導波路１０２が光結合可能な距離に近接配置されていて、これら第１リング状光導波路５７及び直線状光導波路１０２が光結合部Ｃとして機能する。より詳細には、第１リング状光導波路５７と直線状光導波路１０２とを、光結合可能な距離に対向配置、すなわち近接配置することにより方向性結合器を形成し、第１戻し構造部と第２戻し構造部とを光結合部Ｃとして機能させる。
【０１２４】
（動作）
続いて、図１３を参照して、光回路９０の動作について説明する。
【０１２５】
光増幅器４４から出射された光は、第１主光導波路１８を伝搬して第１光カプラ２２に至る。この光をＬ１とする。光Ｌ１は、第１光カプラ２２により第１副光導波路５４及び第２副光導波路５６に等分配される。ここで、第１副光導波路５４を伝搬する光を光Ｌ２とし、及び第２副光導波路５６を伝搬する光をＬ３とする。
【０１２６】
光Ｌ２は、第１副光導波路５４を伝搬し、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、第１リング状光導波路５７に、時計回りに伝搬する光Ｌ４を励起する。第１リング状光導波路５７では、第１リング状光導波路５７を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ４のみが蓄積していく。第１リング状光導波路５７内で充分な強度となった光Ｌ４は、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、第２副光導波路５６に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ５を励起する。この光Ｌ５は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【０１２７】
光Ｌ３は、第２副光導波路５６を伝搬し、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、第１リング状光導波路５７に、反時計回りに伝搬する光Ｌ６を励起する。第１リング状光導波路５７では、第１リング状光導波路５７を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ６のみが蓄積していく。第１リング状光導波路５７内で充分な強度となった光Ｌ６は、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、第１副光導波路５４に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ７を励起する。この光Ｌ７は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【０１２８】
第１光カプラ２２に戻った光Ｌ５及びＬ７の位相は等しいので、光Ｌ５とＬ７とは、第１光カプラ２２で合成されて光Ｌ８として、第１主光導波路１８を光増幅器４４に向けて伝搬する。
【０１２９】
ところで、第１サブ光回路５１と第２サブ光回路９２との間の光結合部Ｃでは、第１サブ光回路５１から第２サブ光回路９２への光の結合が行われる。より詳細には、光結合部Ｃでは、第１リング状光導波路５７と直線状光導波路１０２とが光結合可能な距離に互いに平行に配置されて方向性結合器が構成されている。その結果、第１リング状光導波路５７を伝搬する光Ｌ４は、光Ｌ４と伝搬方向が等しい光Ｌ９を直線状光導波路１０２に励起する。同様に、光Ｌ６は、光Ｌ６と伝搬方向が等しい光Ｌ１０を直線状光導波路１０２に励起する。
【０１３０】
光Ｌ９は、第６サブ光結合部Ｃ６の方向性結合器の作用により、第３リング状光導波路１００に反時計回りに伝搬する光Ｌ１１を励起する。
【０１３１】
第３リング状光導波路１００では、第３リング状光導波路１００を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ１１のみが蓄積していく。第３リング状光導波路１００内で充分な強度となった光Ｌ１１は、第４サブ光結合部Ｃ４の方向性結合器の作用により、第４副光導波路９６に第２光カプラ３６に向かう光Ｌ１２を励起する。この光Ｌ１２は、第２光カプラ３６に向けて伝搬する。
【０１３２】
光Ｌ１０は、第５サブ光結合部Ｃ５の方向性結合器の作用により、第２リング状光導波路９８に時計回りに伝搬する光Ｌ１３を励起する。
【０１３３】
第２リング状光導波路９８では、第２リング状光導波路９８を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ１３のみが蓄積していく。第２リング状光導波路９８内で充分な強度となった光Ｌ１３は、第３サブ光結合部Ｃ３の方向性結合器の作用により、第３副光導波路９４に第２光カプラ３６に向かう光Ｌ１４を励起する。この光Ｌ１４は、第２光カプラ３６に向けて伝搬する。
【０１３４】
第２光カプラ３６に至った光Ｌ１２及びＬ１４の位相と強度比率は、光Ｌ５及びＬ７と等しくなる。その結果、光Ｌ１２及びＬ１４は、第２光カプラ３６で合成されて、光Ｌ１５として第２主光導波路３２を伝搬する。そして、光Ｌ１５は、第２光回路要素３４において種々の処理を受け、第２主光導波路３２の他端３２ｂから系外に取り出される。
【０１３５】
以上のように、実施形態５の光回路９０は、光結合部Ｃとして、半導体製造技術を利用して製造できる方向性結合器を用いている。そのため、異なる光回路要素間での位置合わせに当たり、光入射端面と光出射端面とをミクロンオーダの位置精度で位置決めする作業が不要となる。結果として、光回路９０は、第１光回路要素２０から第２光回路要素３４への光の結合を容易に行うことができる。
【０１３６】
（実施形態６）
以下、図１４及び図１５を参照して、実施形態６の光回路について説明する。図１４は、光回路の概略構成を示す模式図であり、図１５は、光回路の動作の説明に供する模式図である。なお、図１４において、図１と同様の構成要素には、同符号を付して、その説明を省略する。なお、図１４において、第１サブ光回路と第２サブ光回路とはＳｉＯ２層に囲まれて設けられているために、直接目視することはできないが、強調して示すために実線で描いてある。
【０１３７】
（構造）
図１４を参照すると、光回路１１０は、実施形態１の光回路１０と同様に、ＳＯＩ基板を用いて構成される。
【０１３８】
光回路１１０は、Ｓｉ支持基板１２上に積層されたＳｉＯ２層１４中に埋め込まれて設けられたＳｉ製の構造体である第１サブ光回路６１と、第２サブ光回路９１とを備えている。また、光回路１１０は、任意的な構成要素として光増幅器４４を備えている。なお、光増幅器４４は実施形態１〜５と同様に構成されている。
【０１３９】
第１サブ光回路６１は、第１主光導波路１８と、第１光回路要素２０と、第１光カプラ２２と、第１副光導波路６４と、第２副光導波路６６と、第１リング状光導波路６８と、第２リング状光導波路７０と、第１直線状光導波路７１とを備えている。第１サブ光回路６１の構成は、図７を参照して説明した実施形態３の第１サブ光回路６２と同様であるので、その説明を省略する。
【０１４０】
第２サブ光回路９１は、第２主光導波路３２と、第２光回路要素３４と、第２光カプラ３６と、第３副光導波路９４と、第４副光導波路９６と、第３リング状光導波路９７と、第４リング状光導波路９９と、第２直線状光導波路１０１とを備えている。また、第２サブ光回路９１は、第５サブ光結合部Ｃ５と、第６サブ光結合部Ｃ６と、第７サブ光結合部Ｃ７と、第８サブ光結合部Ｃ８とを備えている。第２サブ光回路９１の構成は、図１２を参照して説明した実施形態５の第２サブ光回路９２と同様であるので、その説明を省略する。
【０１４１】
光回路１１０では、第１直線状光導波路７１及び第２直線状光導波路１０１が光結合可能な距離に近接配置されていて、第１及び第２直線状光導波路７１及び１０１が光結合部Ｃとして機能する。より詳細には、第１直線状光導波路７１と第２直線状光導波路１０１とを光結合可能な距離に対向配置、すなわち近接配置することにより方向性結合器を形成し、第１戻し構造部と第２戻し構造部とを光結合部Ｃとして機能させる。
【０１４２】
（動作）
続いて、図１５を参照して、光回路１１０の動作について説明する。
【０１４３】
光増幅器４４から出射された光は、第１主光導波路１８を伝搬して第１光カプラ２２に至る。この光をＬ１とする。光Ｌ１は、第１光カプラ２２により第１副光導波路６４及び第２副光導波路６６に等分配される。ここで、第１副光導波路６４を伝搬する光を光Ｌ２とし、及び第２副光導波路６６を伝搬する光をＬ３とする。
【０１４４】
光Ｌ２は、第１副光導波路６４を伝搬し、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、第１リング状光導波路６８に、時計回りに伝搬する光Ｌ４を励起する。第１リング状光導波路６８では、第１リング状光導波路６８を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ４のみが蓄積していく。第１リング状光導波路６８内で充分な強度となった光Ｌ４は、第３サブ光結合部Ｃ３の方向性結合器の作用により、第１直線状光導波路７１に第２リング状光導波路７０方向に伝搬する光Ｌ５を励起する。
【０１４５】
この光Ｌ５は、第１直線状光導波路７１を伝搬し、第４サブ光結合部Ｃ４の方向性結合器の作用により、第２リング状光導波路７０に時計回りに伝搬する光Ｌ６を励起する。第２リング状光導波路７０では、第２リング状光導波路７０を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ６のみが蓄積していく。第２リング状光導波路７０内で充分な強度となった光Ｌ６は、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、第２副光導波路６６に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ７を励起する。この光Ｌ７は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【０１４６】
光Ｌ３は、第２副光導波路６６を伝搬し、第２サブ光結合部Ｃ２の方向性結合器の作用により、第２リング状光導波路７０に、反時計回りに伝搬する光Ｌ８を励起する。第２リング状光導波路７０では、第２リング状光導波路７０を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ８のみが蓄積していく。第２リング状光導波路７０内で充分な強度となった光Ｌ４は、第４サブ光結合部Ｃ４の方向性結合器の作用により、第１直線状光導波路７１に第１リング状光導波路６８方向に伝搬する光Ｌ９を励起する。
【０１４７】
この光Ｌ９は、第１直線状光導波路７１を伝搬し、第３サブ光結合部Ｃ３の方向性結合器の作用により、第１リング状光導波路６８に反時計回りに伝搬する光Ｌ１０を励起する。第１リング状光導波路６８では、第１リング状光導波路６８を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ１０のみが蓄積していく。第１リング状光導波路６８内で充分な強度となった光Ｌ１０は、第１サブ光結合部Ｃ１の方向性結合器の作用により、第１副光導波路６４に第１光カプラ２２に向かう光Ｌ１１を励起する。この光Ｌ１１は、第１光カプラ２２に向けて伝搬する。
【０１４８】
第１光カプラ２２に戻った光Ｌ７及びＬ１１の位相は等しいので、光Ｌ７とＬ１１とは、第１光カプラ２２で合成されて光Ｌ１２として、第１主光導波路１８を光増幅器４４に向けて伝搬する。
【０１４９】
ところで、第１サブ光回路６１と第２サブ光回路９１との間の光結合部Ｃでは、第１サブ光回路６１から第２サブ光回路９１への光の結合が行われる。より詳細には、光結合部Ｃでは、第１直線状光導波路７１と第２直線状光導波路１０１とが光結合可能な距離に互いに平行に配置されて方向性結合器が構成されている。その結果、第１直線状光導波路７１を伝搬する光Ｌ５は、光Ｌ５と伝搬方向が等しい光Ｌ１３を第２直線状光導波路１０１に励起する。同様に、光Ｌ９は、光Ｌ９と伝搬方向が等しい光Ｌ１４を第２直線状光導波路１０１に励起する。
【０１５０】
光Ｌ１３は、第７及び第８サブ光結合部Ｃ７及びＣ８の方向性結合器の作用により、第３及び第４リング状光導波路９７及び９９に反時計回りに伝搬する光Ｌ１５及びＬ１６を励起する。第３リング状光導波路９７を伝搬する光Ｌ１５は、第５サブ光結合部Ｃ５の方向性結合器の作用により、第３副光導波路９４に、第３副光導波路９４の自由端に向かう方向に伝搬する光Ｌ１７を励起する。光Ｌ１７は、第３副光導波路９４の自由端に設けられた無反射構造により吸収される。
【０１５１】
一方、第４リング状光導波路９９では、第４リング状光導波路９９を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ１６のみが蓄積していく。第４リング状光導波路９９内で充分な強度となった光Ｌ１６は、第６サブ光結合部Ｃ６の方向性結合器の作用により、第４副光導波路９６に第２光カプラ３６に向かう光Ｌ１８を励起する。この光Ｌ１８は、第２光カプラ３６に向けて伝搬する。
【０１５２】
光Ｌ１４は、第７及び第８サブ光結合部Ｃ７及びＣ８の方向性結合器の作用により、第３及び第４リング状光導波路９７及び９９に時計回りに伝搬する光Ｌ１９及びＬ２０を励起する。第４リング状光導波路９９を伝搬する光Ｌ２０は、第６サブ光結合部Ｃ６の方向性結合器の作用により、第４副光導波路９６に、第４副光導波路９６の自由端に向かう方向に伝搬する光Ｌ２１を励起する。光Ｌ２１は、第４副光導波路９６の自由端に設けられた無反射構造により吸収される。
【０１５３】
一方、第３リング状光導波路９７では、第３リング状光導波路９７を一周したときに位相の揃う、共振条件を満たす光Ｌ１９のみが蓄積していく。第３リング状光導波路９７内で充分な強度となった光Ｌ１９は、第５サブ光結合部Ｃ５の方向性結合器の作用により、第３副光導波路９４に第２光カプラ３６に向かう光Ｌ２２を励起する。この光Ｌ２２は、第２光カプラ３６に向けて伝搬する。
【０１５４】
第２光カプラ３６に至った光Ｌ１８及びＬ２２の位相と強度比率は、光Ｌ７及びＬ１１と等しくなる。その結果、光Ｌ１８及びＬ２２は、第２光カプラ３６で合成されて、光Ｌ２３として第２主光導波路３２を伝搬する。そして、光Ｌ２３は、第２光回路要素３４において種々の処理を受け、第２主光導波路３２の他端３２ｂから系外に取り出される。
【０１５５】
以上のように、実施形態６の光回路１１０は、光結合部Ｃとして、半導体製造技術を利用して製造できる方向性結合器を用いている。そのため、異なる光回路要素間での位置合わせに当たり、光入射端面と光出射端面とをミクロンオーダの位置精度で位置決めする作業が不要となる。結果として、光回路１１０は、第１光回路要素２０から第２光回路要素３４への光の結合を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【０１５６】
１０，５０，６０，８０，９０，１１０  光回路
１２  Ｓｉ支持基板
１４  ＳｉＯ２層
１６，５１，５２，６１，６２  第１サブ光回路
１８  第１主光導波路
１８ａ  一端
１８ｂ  他端
２０  第１光回路要素
２２  第１光カプラ
２４，５４，６４  第１副光導波路
２６，５６，６６  第２副光導波路
２８  第１湾曲光導波路
３０，３１，８２，９１，９２  第２サブ光回路
３２  第２主光導波路
３２ａ  一端
３２ｂ  他端
３４  第２光回路要素
３６  第２光カプラ
３８，８４，９４  第３副光導波路
４０，８６，９６  第４副光導波路
４１  湾曲光導波路
４２  第２湾曲光導波路
４４  光増幅器
５７，６８  第１リング状光導波路
５８  リング状光導波路
７０，８８，９８  第２リング状光導波路
７１  第１直線状光導波路
７２，１０２  直線状光導波路
９８  第２リング状光導波路
９７，１００  第３リング状光導波路
９９  第４リング状光導波路
１０１  第２直線状光導波路
【図１】
2012212002.tif 000003
【図２】
2012212002.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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2012212002.tif 000013
【図１２】
2012212002.tif 000014
【図１３】
2012212002.tif 000015
【図１４】
2012212002.tif 000016
【図１５】
2012212002.tif 000017