(57)【要約】【課題】より一層の低損失を実現できる光分岐素子および光分岐回路を提供すること。【解決手段】入力導波路と、前記入力導波路に接続したテーパ導波路と、前記テーパ導波路に接続し、前記入力導波路およびテーパ導波路とともにＹ字形状を構成するように配置された２本の分岐導波路と、前記２本の分岐導波路の間を接続し、かつ前記２本の分岐導波路の外側に突出しないように設けられ、前記テーパ導波路から離間するにつれて幅が減少するように形成された複数の帯状導波路と、を備える。【選択図】図１
2013122493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力導波路と、
前記入力導波路に接続したテーパ導波路と、
前記テーパ導波路に接続し、前記入力導波路およびテーパ導波路とともにＹ字形状を構成するように配置された２本の分岐導波路と、
前記２本の分岐導波路の間を接続し、かつ前記２本の分岐導波路の外側に突出しないように設けられ、前記テーパ導波路から離間するにつれて幅が減少するように形成された複数の帯状導波路と、
を備えることを特徴とする光分岐素子。
【請求項２】
前記複数の帯状導波路は所定の間隔だけ離間して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光分岐素子。
【請求項３】
１０本以下の前記帯状導波路を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光分岐素子。
【請求項４】
前記複数の帯状導波路の間を埋めるように設けられ、前記テーパ導波路から離間するにつれて高さが減少するように形成された緩衝導波路をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光分岐素子。
【請求項５】
前記テーパ導波路と前記帯状導波路との間は所定のギャップだけ離間していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光分岐素子。
【請求項６】
前記２本の分岐導波路および前記複数の帯状導波路は曲線導波路で構成されており、かつ前記各分岐導波路と前記各帯状導波路とが直交していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光分岐素子。
【請求項７】
前記２本の分岐導波路および前記複数の帯状導波路は直線導波路で構成されており、かつ前記入力導波路における光の伝搬方向と前記各帯状導波路とが直交していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光分岐素子。
【請求項８】
石英基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光分岐素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の光分岐素子が多段接続して構成されていることを特徴とする光分岐回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を用いた光分岐素子および光分岐回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光導波路を用いた光分岐素子において、分岐導波路に対して帯状導波路を設けることによって、光分岐素子を低損失化する技術が開示されている。たとえば、特許文献１〜３では、アレイ導波路回折格子（Arrayed-Waveguide  Grating：ＡＷＧ）のスラブ導波路からアレイ導波路までの部分に帯状導波路を設け、低損失化を行っている。また、特許文献４では、Ｙ分岐型の光分岐素子のテーパ導波路から分岐導波路までの部分に帯状導波路を設け、低損失化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３３８３５６号公報
【特許文献２】特許第４３８５２２４号公報
【特許文献３】特開２００４−３２５８６５号公報
【特許文献４】特開２００６−０２３６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本願発明者らが、帯状導波路を備えるＹ分岐型の光分岐素子を作製し、その特性を精査したところ、設計上予測された所望の低損失化が実現できていない場合があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より一層の低損失を実現できる光分岐素子および光分岐回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光分岐素子は、入力導波路と、前記入力導波路に接続したテーパ導波路と、前記テーパ導波路に接続し、前記入力導波路およびテーパ導波路とともにＹ字形状を構成するように配置された２本の分岐導波路と、前記２本の分岐導波路の間を接続し、かつ前記２本の分岐導波路の外側に突出しないように設けられ、前記テーパ導波路から離間するにつれて幅が減少するように形成された複数の帯状導波路と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る光分岐素子は、上記の発明において、前記複数の帯状導波路は所定の間隔だけ離間して設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光分岐素子は、上記の発明において、１０本以下の前記帯状導波路を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光分岐素子は、上記の発明において、前記複数の帯状導波路の間を埋めるように設けられ、前記テーパ導波路から離間するにつれて高さが減少するように形成された緩衝導波路をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光分岐素子は、上記の発明において、前記テーパ導波路と前記帯状導波路との間は所定のギャップだけ離間していることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光分岐素子は、上記の発明において、前記２本の分岐導波路および前記複数の帯状導波路は曲線導波路で構成されており、かつ前記各分岐導波路と前記各帯状導波路とが直交していることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光分岐素子は、上記の発明において、前記２本の分岐導波路および前記複数の帯状導波路は直線導波路で構成されており、かつ前記入力導波路における光の伝搬方向と前記各帯状導波路とが直交していることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光分岐素子は、上記の発明において、石英基板上に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光分岐回路は、上記の発明載の光分岐素子が多段接続して構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、より一層低損失の光分岐素子および光分岐回路を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光分岐素子の模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１に示す光分岐素子のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図３は、図１に示す光分岐素子のＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１の変形例１に係る光分岐素子の模式的な断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１の変形例２に係る光分岐素子の模式的な断面図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係る光分岐素子の模式的な平面図である。
【図７】図７は、帯状導波路の数が５である場合に、帯状導波路の第１幅を変えたときの、帯状導波路のステップと光分岐素子の過剰損失との関係を示す図である。
【図８】図８は、帯状導波路の数が１０である場合に、帯状導波路の第１幅を変えたときの、帯状導波路のステップと光分岐素子の過剰損失との関係を示す図である。
【図９】図９は、帯状導波路の数が１５である場合に、帯状導波路の第１幅を変えたときの、帯状導波路のステップと光分岐素子の過剰損失との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、帯状導波路の数が２０である場合に、帯状導波路の第１幅を変えたときの、帯状導波路のステップと光分岐素子の過剰損失との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３に係る光分岐回路の模式的な平面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態４に係る光分岐回路の模式的な平面図である。
【図１３】図１３は、従来の光分岐素子の模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して本発明に係る光分岐素子および光分岐回路の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光分岐素子の模式的な平面図である。図２は、図１に示す光分岐素子１０のＸ−Ｘ線断面図である。図３は、図１に示す光分岐素子１０のＹ−Ｙ線断面図である。図１に示すように、光分岐素子１０は、入力導波路１と、入力導波路に接続したテーパ導波路２と、２本の分岐導波路３ａ、３ｂと、５本の帯状導波路４ａ〜４ｅと、緩衝導波路５とを備えている。
【００１９】
入力導波路１は、略直線状に形成されており、紙面左側から、たとえば１．３１μｍ帯や１．５５μｍ帯の波長の光が入力される。テーパ導波路２は、入力導波路１の光出力側に接続されており、入力導波路１に入力された光の伝搬方向に沿って幅が広がるように形成されている。２本の分岐導波路３ａ、３ｂは、テーパ導波路２の光出力側に接続されており、曲線導波路で構成されている。分岐導波路３ａ、３ｂは、入力導波路１およびテーパ導波路２とともに、Ｙ字形状を構成するように配置されている。これによって、光分岐素子１０は、Ｙ分岐素子として構成されている。
【００２０】
図２に示すように、分岐導波路３ａ、３ｂは、石英基板１１上に形成され、かつ上部クラッド層１２に上部および側部を囲まれるように形成されている。なお、入力導波路１およびテーパ導波路２も、石英基板１１上に形成され、かつ上部クラッド層１２に上部および側部を囲まれるように形成されている。石英基板１１および上部クラッド層１２は、純石英ガラス等の石英系ガラスからなる。入力導波路１、テーパ導波路２、および分岐導波路３ａ、３ｂは、石英基板１１および上部クラッド層１２に対する比屈折率差が０．４％になるようにチタン（Ｔｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等を添加して屈折率を高めた石英系ガラスからなる。入力導波路１および分岐導波路３ａ、３ｂの断面のサイズは７μｍ×７μｍである。これによって、入力導波路１および分岐導波路３ａ、３ｂは、入力される波長１．３１μｍ帯または１．５５μｍ帯の光をシングルモードで伝搬することができる。また、分岐導波路３ａ、３ｂが形成する円弧の中心Ｏに対する分岐導波路３ａ、３ｂの曲率半径Ｒは、入力される光に対する曲げ損失が問題とならない程度の曲率半径とされる。たとえば、分岐導波路３ａ、３ｂの比屈折率差および断面のサイズが上記の値である場合は、曲率半径は１５０００μｍとすることができる。
【００２１】
また、テーパ導波路２のサイズは、厚さは入力導波路１と同様にたとえば７μｍであり、幅はたとえば７μｍから１４μｍまで幅が広がるように形成されている。
【００２２】
つぎに、帯状導波路４ａ〜４ｅおよび緩衝導波路５について説明する。図１、３に示すように、帯状導波路４ａ〜４ｅは、曲線導波路で構成されており、分岐導波路３ａ、３ｂの間を接続し、かつ分岐導波路３ａ、３ｂの外側に突出しないように設けられている。
【００２３】
緩衝導波路５は、帯状導波路４ａ〜４ｄの間を埋めるように設けられ、テーパ導波路２から離間するにつれて高さが減少するように形成されている。帯状導波路４ａ〜４ｅおよび緩衝導波路５も、石英基板１１上に形成され、かつ上部クラッド層１２に上部および側部を囲まれるように形成されており、石英基板１１および上部クラッド層１２に対する比屈折率差が０．４％になるようにＴｉやＧｅ等を添加して屈折率を高めた石英系ガラスからなる。
【００２４】
帯状導波路４ａ〜４ｅについてさらに説明する。テーパ導波路２と、テーパ導波路２に最も近い帯状導波路４ａとの間はギャップＧだけ離間している。ギャップＧはたとえば１．５μｍである。以下、テーパ導波路２に最も近い帯状導波路４ａの幅を第１幅Ｗとする。また、各帯状導波路４ａ〜４ｅは、たとえば２２μｍである所定の間隔（ステップＳ）だけ離間して設けられており、かつテーパ導波路２から離間するにつれて幅が減少するように形成されている。たとえば、帯状導波路４ａの第１幅Ｗを１４μｍとすると、各帯状導波路４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅの幅は、約１０．６μｍ、７．２μｍ、３．８μｍ、０．５μｍであり、幅が略線形に減少するように形成されている。また、テーパ導波路２と帯状導波路４ａとの間における緩衝導波路５の高さは３．５μｍであるため、テーパ導波路２と帯状導波路４ａとの間のギャップの深さは３．５μｍとなっている。また、ギャップの深さは、帯状導波路４ａ、４ｂ間、帯状導波路４ｂ、４ｃ間、帯状導波路４ｃ、４ｄ間で、それぞれ４．８μｍ、６．０μｍ、６．５μｍとなっている。
【００２５】
また、各分岐導波路３ａ、３ｂと、各帯状導波路４ａ〜４ｅとは直交している。ここで、たとえば分岐導波路３ｂと帯状導波路４ｅが直交しているとは、分岐導波路３ｂが形成する円弧の接線の方向ｄ１と、帯状導波路４ｅが形成する円弧の接線の方向ｄ２とが、互いの接続部において直交することを意味する。
【００２６】
なお、この光分岐素子１０は、たとえば、以下の石英系ＰＬＣ（Planar  Lightwave  Circuit）作製プロセスを用いて作製することができる。まず、火炎堆積（Flame  Hydrolysis  Deposition：ＦＨＤ）法により、石英基板１１上に、各光導波路を形成するためのＴｉやＧｅを添加した石英系ガラス層を堆積し、これを透明ガラス化する。つぎに、形成する光導波路のパターンが描かれたフォトマスクを用いて、反応性イオンエッチングを用いたフォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング法によって、石英系ガラス層を各光導波路のパターンになるように加工する。なお、高さが異なる緩衝導波路５は、反応性イオンエッチングやフォトリソグラフィの条件の調整によって形成することができる。
【００２７】
その後、再びＦＨＤ法により、上部クラッド層１２を形成するための石英系ガラスを堆積し、これを透明ガラス化して上部クラッド層１２を形成する。これによって、光分岐素子１０を製造することができる。
【００２８】
この光分岐素子１０の入力導波路１から光を入力すると、入力導波路１は光をシングルモードで導波し、テーパ導波路２に入力する。テーパ導波路２は、入力された光を分岐導波路３ａ、３ｂにシングルモードで入力させるようにモード変換する。分岐導波路３ａ、３ｂは、モード変換された光をそれぞれシングルモードで導波する。
【００２９】
このとき、帯状導波路４ａ〜４ｅは、テーパ導波路２と分岐導波路３ａ、３ｂとの間で光の一部が十分に結合できずに放射モード光として漏れることを抑制し、結合効率を高める効果を有する。その結果、光分岐素子１０の光損失が低減される。また、各帯状導波路４ａ〜４ｅが、テーパ導波路２から離間するにつれて幅が減少するように形成されているので、テーパ導波路２から分岐導波路３ａ、３ｂへのモード変換がスムーズに行われ、さらに光損失が低減される。さらには、緩衝導波路５が、テーパ導波路２から離間するにつれて高さが減少するように形成されているので、各帯状導波路４ａ〜４ｅが完全に離散化されていない。そのため、モード変換がさらにスムーズに行われるので、より一層光損失が低減される。
【００３０】
また、各分岐導波路３ａ、３ｂと、各帯状導波路４ａ〜４ｅとが直交しているので、互いの結合部でのクロストークによる光損失を抑制することができる。
【００３１】
また、テーパ導波路２と、帯状導波路４ａとの間がギャップＧだけ離間しているので、上部クラッド層１２を形成するための工程において、テーパ導波路２の近傍で分岐導波路３ａ、３ｂが互いに倒れ込むようにできる。これによって分岐光導波３ａ、３ｂ間の間隔を狭めることができるので、テーパ導波路２から出力される光を、より効率よく分岐導波路３ａ、３ｂに結合することができる。
【００３２】
ここで、光分岐素子１０では、帯状導波路４ａ〜４ｅは、分岐導波路３ａ、３ｂの外側に突出しないように設けられている。これによって、より一層光損失が低減される。
【００３３】
以下、具体的に説明する。図１３は、従来の光分岐素子の模式的な平面図である。図１３に示す光分岐素子４０は、入力導波路４１と、入力導波路に接続したテーパ導波路４２と、２本の分岐導波路４３ａ、４３ｂと、３０本の帯状導波路４４ａ〜４４δとを備えている。光分岐素子４０は、帯状導波路４４ａ〜４４δが各分岐導波路４３ａ、４３ｂの外側に突出している点が、光分岐素子１０とは大きく異なる。
【００３４】
このように、帯状導波路４４ａ〜４４δが、各分岐導波路４３ａ、４３ｂの外側まで突出している場合、その突出部は先端が固定されていないため、突出部に対応する導波路パターンが、上部クラッド層１２を形成するための工程において、互いに倒れ込むことによって大きく変形する場合がある。この変形によって、各分岐導波路４３ａ、４３ｂの側部も変形するため、導波路パターンの設計通りの低損失化が実現されない場合がある。
【００３５】
ここで、特許文献１〜３のようにスラブ導波路を用いた光分岐素子の場合は、スラブ導波路は幅方向には光を閉じ込めない構造のため、スラブ導波路における光のパワー分布は、幅方向中央付近で特にパワーが高く、側部ではパワーが低い分布形状となる。そのため、突出部によってスラブ導波路近傍の分岐導波路の側部が変形したとしても、光損失に与える影響は小さい。
【００３６】
しかしながら、Ｙ分岐型の光分岐素子の場合は、テーパ導波路は幅方向に光を閉じ込めて導波するため、光のパワー分布は、側部でもパワーが高い分布形状となる。そのため、突出部によってテーパ導波路近傍の分岐導波路の側部が変形した場合は、光損失に与える影響が大きくなる。
【００３７】
これに対して、本実施の形態１に係る光分岐素子１０では、帯状導波路４ａ〜４ｅは、分岐導波路３ａ、３ｂの外側に突出しないように設けられている。これによって、上記のような各変形は発生しないため、設計値により近い、より一層の光損失の低減が実現される。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光分岐素子１０は、より一層光損失が低減されたものとなる。
【００３９】
（変形例１）
つぎに、実施の形態１の変形例について説明する。図４は、実施の形態１の変形例１に係る光分岐素子の模式的な断面図である。図４に示す光分岐素子１０Ａは、図１に示す光分岐素子１０において、５本の帯状導波路４ａ〜４ｅと緩衝導波路５に換えて、１０本の帯状導波路６ａ〜６ｊと緩衝導波路５Ａとを備えている。
【００４０】
帯状導波路６ａ〜６ｊは、分岐導波路３ａ、３ｂの間を接続し、かつ分岐導波路３ａ、３ｂの外側に突出しないように設けられている。
【００４１】
緩衝導波路５Ａは、帯状導波路６ａ〜６ｇの間を埋めるように設けられ、テーパ導波路２から離間するにつれて高さが減少するように形成されている。
【００４２】
テーパ導波路２と、テーパ導波路２に最も近い帯状導波路６ａとの間はたとえば１．５μｍのギャップだけ離間している。また、各帯状導波路６ａ〜６ｊは、たとえば２２μｍのステップだけ離間して設けられており、かつテーパ導波路２から離間するにつれて幅が減少するように形成されている。たとえば、帯状導波路６ａの第１幅を１４μｍとすると、各帯状導波路６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ、６ｉ、６ｊの幅は、約１２、５μｍ、１１．０μｍ、９．５μｍ、８．０μｍ、６．５μｍ、５．０μｍ、３．５μｍ、２．０μｍ、０．５μｍであり、幅が略線形に減少するように形成されている。また、帯状導波路６ａ〜６ｊの高さは７μｍであり、テーパ導波路２と帯状導波路６ａとの間における緩衝導波路５Ａの高さは３．５μｍであため、テーパ導波路２と帯状導波路６ａとの間のギャップの深さは３．５μｍとなっている。また、ギャップの深さは、帯状導波路６ａ、６ｂ間、帯状導波路６ｂ、６ｃ間、帯状導波路６ｃ、６ｄ間、帯状導波路６ｄ、６ｅ間、帯状導波路６ｅ、６ｆ間、帯状導波路６ｆ、６ｇ間で、それぞれ４．２μｍ、５．０μｍ、５．７μｍ、６．５μｍ、６．８μｍ、６．９μｍとなっている。
【００４３】
本変形例１に係る光分岐素子１０Ａも、帯状導波路６ａ〜６ｊが分岐導波路３ａ、３ｂの外側に突出しないため、光損失がより一層低減されたものとなる。
【００４４】
（変形例２）
図５は、実施の形態１の変形例２に係る光分岐素子の模式的な断面図である。図５に示す光分岐素子１０Ｂは、図１に示す光分岐素子１０において、緩衝導波路５を削除した構成を有する。
【００４５】
この光分岐素子１０Ｂにおいても、帯状導波路４ａ〜４ｅが分岐導波路３ａ、３ｂの外側に突出しないため、光損失がより一層低減されたものとなる。
【００４６】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２に係る光分岐素子の模式的な平面図である。図６に示すように、光分岐素子２０は、図１に示す光分岐素子１０において、２本の分岐導波路３ａ、３ｂと５本の帯状導波路４ａ〜４ｅとに換えて、２本の分岐導波路８ａ、８ｂと５本の帯状導波路９ａ〜９ｅとを備えている。
【００４７】
２本の分岐導波路８ａ、８ｂは、テーパ導波路２の光出力側に接続されており、直線導波路で構成されている。分岐導波路８ａ、８ｂは、入力導波路１およびテーパ導波路２とともに、Ｙ字形状を構成するように配置されている。これによって、光分岐素子２０は、Ｙ分岐素子として構成されている。この分岐導波路８ａ、８ｂも、石英基板上に形成され、かつ上部クラッド層に上部および側部を囲まれるように形成されている。また、分岐導波路８ａ、８ｂは、石英基板および上部クラッド層に対する比屈折率差が０．４％になるように屈折率を高めた石英系ガラスからなる。分岐導波路８ａ、８ｂの断面のサイズは７μｍ×７μｍである。
【００４８】
また、帯状導波路９ａ〜９ｅは、直線導波路で構成されており、分岐導波路８ａ、８ｂの間を接続し、かつ分岐導波路８ａ、８ｂの外側に突出しないように設けられている。帯状導波路９ａ〜９ｅも、石英基板上に形成され、かつ上部クラッド層に上部および側部を囲まれるように形成されており、石英基板および上部クラッド層に対する比屈折率差が０．４％になるように屈折率を高めた石英系ガラスからなる。
【００４９】
また、テーパ導波路２と、テーパ導波路２に最も近い帯状導波路９ａとの間のギャップ、ならびに、各帯状導波路９ａ〜９ｅの間のステップおよび各帯状導波路９ａ〜９ｅの幅は、帯状導波路４ａ〜４ｅと同様に設定されている。
【００５０】
また、入力導波路１における光の伝搬方向ｄ３と各帯状導波路９ａ〜９ｅの長手方向ｄ４とは直交している。これによって、交差による損失を最小限にすることができ、結合効率を高める効果が最大限に発揮される。
【００５１】
この光分岐素子２０においても、帯状導波路９ａ〜９ｅが分岐導波路８ａ、８ｂの外側に突出しないため、光損失がより一層低減されたものとなる。
【００５２】
つぎに、帯状導波路の好適な数について説明する。図７〜図１０は、帯状導波路の数がそれぞれ５、１０、１５、２０である場合に、帯状導波路の第１幅を変えたときの、帯状導波路のステップと光分岐素子の過剰損失との関係を示す図である。なお、図７〜図１０における光分岐素子の形状は、実施の形態１に係る光分岐素子１０の形状を基本とし、帯状導波路の数を１０、１５、２０に変更したものである。帯状導波路の数や第１幅を変更した場合は、テーパ導波路から最も遠い帯状導波路の幅は０．５μｍに固定し、各帯状導波路の幅を、テーパ導波路から離れるに従って帯状導波路の幅が略線形に減少するように設定した。また、図中、Ｎは帯状導波路の数を示し、凡例におけるＩｎｉ＿ｗとは、帯状導波路の第１幅を示している。
【００５３】
図７、８に示すように、Ｎが５、１０の場合は、過剰損失が最小付近になる最適化領域Ｓ１、Ｓ２の範囲が広い。そのため、たとえばステップに製造上の誤差等に対するトレランスが大きくなるので、量産に適する光分岐素子となる。
【００５４】
一方、図９、１０に示すように、Ｎが１５、２０の場合は、過剰損失が最小付近になる最適化領域が狭くなるので、誤差等に対するトレランスは小さくなる。したがって、帯状導波路の数としては１０以下が好ましい。また、帯状導波路の数の下限については、２以上であれば結合効率を高める効果があり、５以上であれば結合効率を高める効果が大きくなり、より好ましい。
【００５５】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る光分岐回路について説明する。図１１は、実施の形態３に係る光分岐回路の模式的な平面図である。図１１に示すように、この光分岐回路１００は、実施の形態１に係る７個の光分岐素子１０がツリー状に多段接続され、１×８の光分岐回路を形成している。なお、８ポート側の４個の光分岐素子１０の出力側には、それぞれ出力導波路３０が接続している。
【００５６】
この光分岐回路１００は、実施の形態１に係る光分岐素子１０を備えているので、より一層光損失が低減された光分岐回路である。
【００５７】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る光分岐回路について説明する。図１２は、実施の形態４に係る光分岐回路の模式的な平面図である。図１２に示すように、この光分岐回路２００は、実施の形態１に係る３１個の光分岐素子１０がツリー状に多段接続され、１×３２の光分岐回路を形成している。なお、３２ポート側の１６個の光分岐素子１０の出力側には、それぞれ出力導波路３０が接続している。
【００５８】
この光分岐回路２００も、実施の形態１に係る光分岐素子１０を備えているので、より一層光損失が低減された光分岐回路である。
【００５９】
（実施例１、比較例１）
本発明の実施例１として、図１に示す構成の光分岐素子を用いた図１１に示す構成の１×８の光分岐回路を、上述したＰＬＣ作製プロセスを用いて作製した。なお、帯状導波路の第１幅は１４μｍ、ステップは２２μｍ、数は５本、テーパ導波路と帯状導波路とのギャップは１．５μｍとした。また、各導波路の特性は実施の形態１で例示した値とした。すなわち、たとえば分岐導波路については、断面のサイズは７μｍ×７μｍとし、石英基板および上部クラッド層に対する比屈折率差を０．４％とした。
【００６０】
一方、比較例１として、図１３に示す構成の光分岐素子を用いた図１１に示す構成の１×８の光分岐回路を作製した。帯状導波路の第１幅は８μｍ、ステップは２０μｍ、数は３０本、テーパ導波路と帯状導波路とのギャップは１．５μｍとした。テーパ導波路から最も遠い帯状導波路の幅を０．５μｍとし、テーパ導波路から離れるに従って帯状導波路の幅が略線形に減少するように各帯状導波路の幅を設定した。また、帯状導波路が各分岐導波路の外側に突出している長さは１００μｍ程度とした。
【００６１】
作製した実施例１および比較例１の光分岐回路の８個のポートの挿入損失の平均損失を、１．３１μｍまたは１．５５μｍの波長で測定した。すると、比較例１では、平均損失は９．８５ｄＢ(＠１．３１μｍ)、９．８１ｄＢ(＠１．５５μｍ)だった。これに対して、実施例１では、平均損失は９．６４ｄＢ(＠１．３１μｍ)、９．６３ｄＢ（＠１．５５μｍ）と、比較例１と比べて低損失であった。
【００６２】
（実施例２）
本発明の実施例２として、図４に示す構成の光分岐素子を用いた図１１に示す構成の１×８の光分岐回路を作製した。なお、帯状導波路の第１幅は８μｍ、ステップは１４μｍ、数は１０本、テーパ導波路と帯状導波路とのギャップは１．５μｍとした。また、各導波路の特性は変形例１で例示した値とした。
【００６３】
作製した実施例２の光分岐回路の８個のポートの挿入損失の平均損失を、１．３１μｍまたは１．５５μｍの波長で測定した。すると、平均損失は９．７３ｄＢ(＠１．３１μｍ)、９．６８ｄＢ(＠１．５５μｍ)と、比較例１と比べて低損失であった。
【００６４】
（実施例３、比較例２）
本発明の実施例３として、実施例１と同様の光分岐素子を用いた図１２に示す構成の１×３２の光分岐回路を、上述したＰＬＣ作製プロセスを用いて作製した。
【００６５】
一方、比較例２として、比較例１と同様の光分岐素子を用いた図１２に示す構成の１×３２の光分岐回路を作製した。
【００６６】
作製した実施例３および比較例２の光分岐回路の３２個のポートの挿入損失の平均損失を、１．３１μｍまたは１．５５μｍの波長で測定した。すると、比較例２では、平均損失は１６．４６ｄＢ(＠１．３１μｍ)、１６．３９ｄＢ(＠１．５５μｍ)だった。これに対して、実施例３では、平均損失は１６．０６ｄＢ(＠１．３１μｍ)、１６．０２ｄＢ(＠１．５５μｍ)と、比較例２と比べて低損失であった。
【００６７】
（実施例４）
本発明の実施例４として、図６に示す構成の、分岐導波路が直線導波路で構成された光分岐素子を用いた図１１に示す構成の１×８の光分岐回路を作製した。なお、帯状導波路の第１幅は１４μｍ、ステップは２２μｍ、数は５本、テーパ導波路と帯状導波路とのギャップは１．５μｍとした。また、各導波路の特性は実施の形態２で例示した値とした。
【００６８】
作製した実施例４の光分岐回路の８個のポートの挿入損失の平均損失を、１．３１μｍまたは１．５５μｍの波長で測定した。すると、平均損失は９．６６ｄＢ(＠１．３１μｍ)、９．６５ｄＢ(＠１．５５μｍ)と、比較例１と比べて低損失であった。
【００６９】
（実施例５）
本発明の実施例５として、図５に示す構成の光分岐素子を用いた図１１に示す構成の１×８の光分岐回路を作製した。なお、帯状導波路の第１幅は１４μｍ、ステップは２４μｍ、数は５本、テーパ導波路と帯状導波路とのギャップは１．５μｍとした。また、各導波路の特性は変形例２で例示した値とした。
【００７０】
作製した実施例５の光分岐回路の８個のポートの挿入損失の平均損失を、１．３１μｍまたは１．５５μｍの波長で測定した。すると、平均損失は９．７０ｄＢ(＠１．３１μｍ)、９．６５ｄＢ(＠１．５５μｍ)と、比較例１と比べて低損失であった。
【００７１】
なお、上記実施の形態および実施例では、光分岐素子および光分岐回路は石英系ガラスからなるが、他のガラス材料や有機材料を適宜使用できる。また、その作製方法も、ＰＬＣプロセスに限定されず、導波路からなる光分岐素子および光分岐回路を作製できる各種作製方法を使用できる。また、上記実施の形態および実施例に記載された各導波路の断面のサイズ、幅、比屈折率差等の特性の数値は例示であって、光分岐素子および光分岐回路の構成材料や、所望の特性に応じて適宜設定することができる。
【００７２】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態２において、実施の形態１のように緩衝導波路を備えるようにしてもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１  入力導波路
２  テーパ導波路
３ａ、３ｂ、８ａ、８ｂ  分岐導波路
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ、６ｉ、６ｊ、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ  帯状導波路
５、５Ａ  緩衝導波路
１０、１０Ａ、１０Ｂ、２０  光分岐素子
１１  石英基板
１２  上部クラッド層
３０  出力導波路
１００、２００  光分岐回路
ｄ１、ｄ２  方向
ｄ３  伝搬方向
ｄ４  長手方向
Ｇ  ギャップ
Ｏ  中心
Ｒ  曲率半径
Ｓ  ステップ
Ｓ１、Ｓ２  最適化領域
Ｗ  第１幅
【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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