(57)【要約】【課題】スリットによる放射損失が抑制されつつ、光学特性や信頼性の低下が抑制された光導波路素子を提供すること。【解決手段】クラッド部と、前記クラッド部内に配置され、前記クラッド部よりも屈折率が高い光導波路と、前記クラッド部において前記光導波路を分断するように形成された複数のスリットと、を備え、前記複数のスリット間の離間間隔は、離間間隔を０μｍから増加させたときに前記スリットによる放射損失が周期的に極小値を取る場合において、前記極小値に対応する離間間隔のうち、値が小さい方から２番目以降の離間間隔に設定されている光導波路素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド部と、
前記クラッド部内に配置され、前記クラッド部よりも屈折率が高い光導波路と、
前記クラッド部において前記光導波路を分断するように形成された複数のスリットと、
を備え、前記複数のスリット間の離間間隔は、離間間隔を０μｍから増加させたときに前記スリットによる放射損失が周期的に極小値を取る場合において、前記極小値に対応する離間間隔のうち、値が小さい方から２番目以降の離間間隔に設定されていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記スリットに挿入された光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記光学素子は１／２波長板であることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記離間間隔は、値が小さい方から２番目の離間間隔に設定されてい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導波路素子。
【請求項５】
前記光導波路は、前記複数のスリットの間に少なくとも１つの放射損失部が形成されたものであ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導波路素子。
【請求項６】
前記放射損失部は、前記複数のスリット間の離間間隔を略等分する位置に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光導波路素子。
【請求項７】
前記放射損失部は、前記光導波路に形成されたギャップであることを特徴とする請求項５または６に記載の光導波路素子。
【請求項８】
前記放射損失部は、前記光導波路に他の光導波路が交差した交差部であることを特徴とする請求項５または６に記載の光導波路素子。
【請求項９】
前記放射損失部の幅は１５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載の光導波路素子。
【請求項１０】
前記離間間隔は、前記放射損失部の数をｎ（ｎは１以上の整数）として、前記放射損失部が無い場合に前記スリットによる放射損失が最小値となる離間間隔の（ｎ＋１）倍の値に設定されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一つに記載の光導波路素子。
【請求項１１】
前記スリットの数は２であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光導波路素子。
【請求項１２】
マッハツェンダー光干渉計素子であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
石英系ガラスからなる平面光波回路（Planar  Lightwave  Circuit：ＰＬＣ）によって構成される光導波路素子において、光導波路を分断するスリットが形成され、その中に光学材料が挿入される構成が開示されている。たとえば、特許文献１では、スリットが２つ形成され、そこに１／２波長板がそれぞれ挿入された素子が開示されている。このような素子は、例えば差動四値位相変調（Differential  Quadrature  Phase  Shift  Keying：ＤＱＰＳＫ）、または差動位相変調（ＤＰＳＫ）通信方式において、Ｄ(Ｑ)ＰＳＫ光信号を復調する復調素子として使用される。また、特許文献２では、複数のスリットに、石英系ガラスの熱膨張を相殺するような熱膨張係数を有する樹脂を充填し、ＡＷＧ（Arrayed  Waveguide  Grating）の温度依存性を低減する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／０８４７０７号公報
【特許文献２】特願２０１１−１９８８１８
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Shin  Kamei,  et  al.,  “Low-Loss  and  Compact  Silica-Based  Athermal  Arrayed  Waveguide  Grating  Using  Resin-Filled  Groove”  Journal  of  Lightwave  Technology,  Vol.  27,  Issue  17,  pp.  3790-3799  (2009).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光導波路を分断するスリットを形成した場合、光導波路を導波してきた光はスリットにおいて一部がクラッドに放射されるため、放射損失が発生する。非特許文献１では、スリット間の間隔を２０μｍ前後にすることによって、スリットの形成による放射損失が抑制できることを開示している。
【０００６】
しかしながら、スリット間の間隔が小さいと、スリット間のガラス部分の厚さが薄くなるので、その部分の機械的強度が低下し、光導波路素子の信頼性が低下する場合がある。また、スリットに挿入される光学素子が、スリットから突出する場合は、２つのスリットを近接させると、挿入された光学素子同士が突出した部分において干渉する場合がある。このような干渉によって光学素子の位置精度が低下して光導波路素子の光学特性が低下したり、光導波路素子の信頼性が低下したりする場合がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スリットによる放射損失が抑制されつつ、光学特性や信頼性の低下が抑制された光導波路素子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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光導波路素子は、クラッド部と、前記クラッド部内に配置され、前記クラッド部よりも屈折率が高い光導波路と、前記クラッド部において前記光導波路を分断するように形成された複数のスリットと、を備え、前記複数のスリット間の離間間隔は、離間間隔を０μｍから増加させたときに前記スリットによる放射損失が周期的に極小値を取る場合において、前記極小値に対応する離間間隔のうち、値が小さい方から２番目以降の離間間隔に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記スリットに挿入された光学素子をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記光学素子は１／２波長板であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記離間間隔は、値が小さい方から２番目の離間間隔に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記光導波路は、前記複数のスリットの間に少なくとも１つの放射損失部が形成されたものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記放射損失部は、前記複数のスリット間の離間間隔を略等分する位置に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記放射損失部は、前記光導波路に形成されたギャップであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記放射損失部は、前記光導波路に他の光導波路が交差した交差部であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記放射損失部の幅は１５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記離間間隔は、前記放射損失部の数をｎ（ｎは１以上の整数）として、前記放射損失部が無い場合に前記スリットによる放射損失が最小値となる離間間隔の（ｎ＋１）倍の値に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、前記スリットの数は２であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光導波路素子は、上記発明において、マッハツェンダー光干渉計素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、スリットによる放射損失が抑制されつつ、光学特性や信頼性の低下が抑制された光導波路素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光導波路素子の模式図である。
【図２】図２は、スリットピッチとスリット損失との関係を調べるための実験用導波路素子の模式的な平面図である。
【図３】図３は、スリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係る光導波路素子の模式的な平面図である。
【図５】図５は、ギャップ幅とスリット損失との関係を示す図である。
【図６】図６は、ギャップの位置ずれの影響を調べるための実験用導波路素子の模式的な平面図である。
【図７】図７は、ギャップ幅とスリット損失との関係におけるギャップの位置ずれの影響を示す図である。
【図８】図８は、スリット数が２、ギャップ数が２の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。
【図９】図９は、スリット数が２、ギャップ数が１の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、スリット数が２、ギャップ数が３の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、スリット数が３、ギャップ数が１の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、スリット数が３、ギャップ数が２の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、スリット数が３、ギャップ数が３の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３に係るＭＺＩ素子の模式的な平面図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す構成のＭＺＩ素子におけるスリットピッチとスリット損失との関係の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４に係るＭＺＩ素子の模式的な平面図である。
【図１７】図１７は、実施の形態５に係る復調用遅延回路の概略構成を示す平面図である。
【図１８】図１８は、実施の形態６に係る光導波路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】
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明に係る光導波路素子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、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光導波路素子の模式図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。図１に示すように、光導波路素子１０は、石英ガラスまたはシリコンからなる基板Ｂ上に形成されたクラッド部１１と、クラッド部の内部に配置されたコア部としての光導波路１２と、クラッド部１１において光導波路１２を分断するように、互いに平行に形成された２本のスリット１３と、各スリット１３に挿入された光学素子としての２つの１／２波長板１４ａ、１４ｂとを備えている。
【００２４】
クラッド部１１は石英系ガラスからなる。クラッド部１１の屈折率はたとえば波長１．５５μｍで１．４６５である。光導波路１２はクラッド部１１よりも屈折率が高くなるように屈折率を高めるための、たとえばゲルマニア（ＧｅＯ２）などのドーパントを添加した石英系ガラスからなる。クラッド部１１に対する光導波路１２の比屈折率差Δは１．２％である。光導波路１２の長手方向に垂直な面での断面のサイズは、６μｍ×６μｍであり、スリット１３が形成される領域Ｓにおいては、導波路幅は１９．５μｍに拡大されている。ただし、光導波路１２の比屈折率差Δや断面のサイズは、上記に限定されず、光導波路素子１０に入力されるべき光がシングルモードで導波するように設定されることが好ましい。なお、光はたとえば図１に示すように、紙面左側から入力され、紙面右側に出力する。
【００２５】
スリット１３は、光導波路１２の長手方向におけるスリット幅Ｗ１が、１／２波長板１４ａ、１４ｂを挿入できる程度の幅に設定されている。２つのスリット１３のスリット幅は等しく、スリット幅Ｗ１はたとえば１５μｍ〜３０μｍである。１／２波長板１４ａ、１４ｂはスリット１３に挿入されて光学接着剤で固定されている。
【００２６】
ここで、２つのスリット１３の離間間隔（ピッチ）Ｐ１を、２つのスリット１３のスリット幅の中心線の間の距離とする。この光導波路素子１０では、スリットピッチＰ１が所定の値である約１７０μｍという大きな値に設定されている。これによって、スリット１３による放射損失（スリット損失）を抑制しつつ、スリットピッチＰ１を大きく取ることができる。
【００２７】
スリットピッチＰ１を大きくすることによって、スリット１３間のガラス部分の厚さが厚くなり、その部分の機械的強度を高くできるので、光導波路素子１０の信頼性を高くできる。また、たとえば１／２波長板１４ａ、１４ｂを挿入するのに十分な深さのスリット１３を形成するために、ダイシングなどの機械的手段を採用したとしても、スリット１３間のガラス部分の破損等が生じにくくなる。また、スリットピッチＰ１を大きくすることによって、１／２波長板１４ａ、１４ｂ同士が干渉しないように設置することが容易になる。
【００２８】
また、１／２波長板１４ａ、１４ｂを挿入した後に光学接着剤でスリット１３内に固定する場合に、スリットピッチＰ１が小さいと、各スリット１３内に塗布した接着剤同士が混合し、１／２波長板１４ａ、１４ｂ同士が互いに近づくように傾斜する場合があり、スリット１３内における１／２波長板１４ａ、１４ｂの位置精度が低下する場合がある。しかしながら、スリットピッチＰ１を大きくすることによって、このような不具合を発生させないようにすることができる。
【００２９】
スリットピッチＰ１の設定について具体的に説明する。本発明者らは、スリットピッチとスリット損失との関係を調べるために、実験１として、以下のような実験用導波路素子を製造し、その特性を調べた。
【００３０】
（実験１）
図２は、スリットピッチとスリット損失との関係を調べるための実験用導波路素子の模式的な平面図である。石英系ガラスからなる実験用光導波路素子２０は、石英ガラスまたはシリコンからなる基板（不図示）上に形成されたクラッド部内に、光導波路２２を複数並列に配置し、クラッド部２１において光導波路２２を分断するように、２本のスリット２３を形成し、さらに各スリット２３に１／２波長板２４ａ、２４ｂを挿入した構成を有する。
【００３１】
なお、クラッド部２１に対する光導波路２２の比屈折率差Δは１．２％である。光導波路２２の長手方向に垂直な面での断面のサイズは、６μｍ×６μｍであり、スリット２３が形成される領域においては、導波路幅は１９．５μｍに拡大されている。２つのスリット２３のスリット幅は等しく、スリット幅は２４μｍである。２つのスリット２３は、光導波路２２の長手方向に垂直な面に対して、光導波路２２の長手方向に、互いに逆向きに２．５度だけ傾斜するように形成されている。２つのスリット２３間の相対的角度は５度である。これによって、各光導波路２２における２つのスリット２３のピッチは異なっている。
【００３２】
実験用光導波路素子２０の各光導波路２２の紙面左側から、波長１．５５μｍのＴＭ偏波（実験用光導波路素子２０の基板面に垂直方向の偏波）またはＴＥ偏波（基板面と平行方向の偏波）の光を入力し、紙面右側から出力された光の強度を測定し、各光導波路２２におけるスリット損失を調べた。
【００３３】
図３は、スリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。凡例において、「ＴＥ」、「ＴＭ」とは、それぞれＴＥ偏波、ＴＭ偏波の光についての値を示している。
【００３４】
本発明者らは、図３に示すように、スリットピッチを増加させるにつれて、スリット損失は周期的に変化することを発見した。なお、矢印Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ３、Ａｒ４、Ａｒ５は、スリットピッチが、それぞれ約６５μｍ、約１７０μｍ、約２７５μｍ、約３８０μｍ、約４８０μｍの位置を示しており、これらのスリットピッチでは、スリット損失が極小値となっている。
【００３５】
そこで、実施の形態１に係る光導波路素子１０では、スリットピッチＰ１を、０μｍから増加させたときに、スリット損失が周期的に極小値を取る場合において、極小値に対応する離間間隔（矢印Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ３、Ａｒ４、Ａｒ５の位置）のうち、値が小さい方から２番目のスリットピッチである約１７０μｍに設定している。これによって、光導波路素子１０では、スリット１３による放射損失が抑制されつつ、ピッチＰ１を大きくしているので、光学特性や信頼性の低下が抑制される。
【００３６】
なお、スリットピッチＰ１は、２番目以降の極小値としてもよい。たとえば、図３に示すように、３番目の極小値である約２７５μｍや、４番目の極小値である約３８０μｍや、５番目の極小値である約４８０μｍとしてもよい。ただし、小型化の観点から５番目以内を用いることが好ましい。また、図１では、スリット１３は、その深さ方向が光導波路１２の長手方向に垂直に形成されているが、光導波路１２の長手方向に垂直な面に対して、当該面および基板に平行な線を軸として８度程度傾斜させて形成しても良い。これによって、光導波路１２のスリット１３における端面反射光が光導波路１２に戻ることが抑制される。なお、このようにスリットを傾斜させて形成しても、好適なスリットピッチＰ１の値には影響を与えない。
【００３７】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る光導波路素子の模式的な平面図である。図４に示すように、光導波路素子３０は、図１に示す光導波路素子１０において、スリットピッチをスリットピッチＰ２に設定し、光導波路１２を光導波路３２に置き換えた構成を有する。
【００３８】
光導波路３２は、光導波路１２において、放射損失部としての２つのギャップ３５を設けたものである。ギャップ３５は、光導波路３２が分断され、その間がクラッド部１１と同じ材料で埋められることによって構成されている。２つのギャップ３５の幅（ギャップ幅）Ｗ２は略等しく設定されている。
【００３９】
この光導波路素子３０では、スリット１３における放射モードが、ギャップ３５における放射モードと結合するため、ギャップ３５が無い場合よりもスリット損失が抑制される。また、ギャップ３５の存在によって、スリットピッチＰ２を、図３に示すようなスリット損失が極小値になる値としなくても、スリット損失が抑制される。したがって、スリット損失を抑制しつつ、スリットピッチＰ２を大きくすることができるので、光導波路素子３０の光学特性や信頼性の低下が抑制される。また、スリットピッチＰ２の設計の自由度も高い。
【００４０】
ギャップ幅Ｗ２の好適な値について具体的に説明する。本発明者らは、ギャップ幅とスリット損失との関係を調べるために、実験２として、以下のような実験用導波路素子を製造し、その特性を調べた。
【００４１】
（実験２）
実験用導波路素子は、図４に示す構成を有するものである。ただし、２つのスリットは、光導波路の長手方向に垂直な面に対して８度傾斜させた。なお、スリットを傾斜させて設けた場合、スリットピッチは、導波路の中心とスリットが交差する位置での２つのスリットのスリット幅の中心線の間の距離とする。クラッド部に対する光導波路の比屈折率差Δは１．２％である。光導波路の長手方向に垂直な面での断面のサイズは、６μｍ×６μｍであり、スリットが形成される領域においては、導波路幅は１９．５μｍに拡大されている。スリットピッチは２００μｍである。２つのスリットのスリット幅は等しく、スリット幅は２４μｍである。また、図４で１／２波長板１４ａに相当する１／２波長板は、その主軸が、ＴＭ偏波の方向とＴＥ偏波の両方向に対して４５度をなすように挿入されている。また、１／２波長板１４ｂに相当する１／２波長板は、その主軸が、ＴＥ偏波の方向と平行になるように挿入されている。ギャップ幅は、０μｍ（ギャップ無し）１５μｍ、２０μｍ、２５μｍとした。また、ギャップは、スリットピッチを３等分した位置をギャップ幅の中心位置として形成した。
【００４２】
そして、実験用導波路素子の紙面左側から、波長１．５５μｍのＴＭ偏波またはＴＥ偏波の光を入力し、紙面右側から出力された光の強度を測定し、スリット損失を調べた。
【００４３】
図５は、ギャップ幅とスリット損失との関係を示す図である。凡例において、「ＴＥ」、「ＴＭ」とは、それぞれＴＥ偏波、ＴＭ偏波の光についての値を示している。
【００４４】
図５に示すように、ギャップを形成することによって、ギャップが無い場合（ギャップ幅０μｍ）のスリット損失である約１．２ｄＢよりも小さいスリット損失を実現できることが確認された。特に、ギャップ幅が２０μｍの場合は、スリット損失を、ギャップが無い場合の値である約１．２ｄＢよりも約０．８ｄＢも低い約０．６ｄＢまで小さくできることが確認された。
【００４５】
つぎに、ギャップの位置ズレの影響を確認するために、図６に示すように、実験２で用いた実験用光導波路４０からギャップ幅Ｗ２の幅を同一としたままギャップ４５の位置を距離ｄだけ長手方向にずらした実験用光導波路５０を製造し、そのギャップ損失を測定した。なお、距離ｄは、＋１５μｍ（紙面右側へのずれ）、０μｍ、−１５μｍ（紙面左側へのずれ）とした。
【００４６】
図７は、ギャップ幅とスリット損失との関係におけるギャップの位置ずれの影響を示す図である。なお、凡例において、たとえば「ＴＥ_−１５」とは、距離ｄが−１５μｍの場合の、ＴＥ偏波の光についての値を示している。
【００４７】
図７に示すように、ギャップの位置ずれはない方が好ましいが、ギャップの位置ずれが±１５μｍ程度であっても、それによるスリット損失の増加は０．２ｄＢ〜０．３ｄＢ程度である。したがって、ギャップの位置ずれがあったとしても、ギャップ無しの場合よりもスリット損失を小さくできる。また、ギャップの位置ずれは、ギャップとスリットとの相対位置のずれと考えることができる。したがって、図７の結果は、ギャップの位置に対して、スリットの形成位置が±１５μｍ程度ずれても、ギャップ無しの場合よりもスリット損失を小さくできることも示している。
【００４８】
つぎに、ビーム伝搬法（ＢＰＭ法）による計算結果を用いて、本発明についてさらに説明する。以下では、計算用光導波路素子として、図４に示す構成の光導波路を用いた。ただし、クラッド部に対する光導波路の比屈折率差Δは１．２％である。光導波路の長手方向に垂直な面での断面のサイズは、６μｍ×６μｍである。なお、放射損失としては、光導波路素子の基板面に垂直な方向での放射損失のみを計算している。この理由は、基板面に平行な方向（光導波路の幅方向）においては、図４に示す構成のように導波路幅を広げることによって、放射損失を略ゼロにすることができるからである。
【００４９】
計算条件としては、ギャップの数は、０、１、２、３とする。ギャップは、ｎをギャップの数として、スリットピッチを（ｎ＋１）等分した位置をギャップ幅の中心位置とする。ギャップ幅は、１５μｍ〜３０μｍの間で変化させる。また、スリット数は２または３とする。各スリットのスリット幅は等しく、スリット幅は２４μｍである。スリットピッチは４０μｍ〜２００μｍの範囲で変化させる。また、スリット内は、屈折率が１．４６４の材料で充填されているとする。この屈折率は、ギャップ数が０の場合に、計算結果と、実験１の実験結果とが略一致するように設定した値である。
【００５０】
図８は、スリット数が２、ギャップ数が２の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。なお、凡例において、「Ｎｏ  Ｇａｐ」とは、ギャップが無い（ギャップ数が０）の場合を示しており、「ＧａｐＷ＝１５」とは、ギャップ幅が１５μｍの場合を示している。
【００５１】
図８に示すように、ギャップが無い場合のスリット損失は、図３に示す結果と良く一致している。また、ギャップが有る場合でスリットピッチが２００μｍの場合のスリット損失が、ギャップが無い場合に比べて０．６ｄＢ程度低下する点は、図５に示す結果と良く一致している。また、ギャップ幅が１５μｍ〜３０μｍ、特には２０μｍ〜３０μｍの場合に、スリットピッチを０μｍから増加させたときにスリット損失が１番目の極小値（最小値）を取るスリットピッチが、ギャップが無い場合よりも大きくなり、且つ、スリット損失の最小値も、ギャップが無い場合よりも小さくなることが確認された。
【００５２】
さらには、ギャップ幅にあまり依存せず、ギャップが無い場合にスリット損失が最小となるスリットピッチの約３倍の値のスリットピッチに設定した場合に、スリット損失を最小にできることが確認された。
【００５３】
つぎに、図９は、スリット数が２、ギャップ数が１の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。図１０は、スリット数が２、ギャップ数が３の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。図８、図９、図１０から、ギャップ幅にあまり依存せず、ギャップが無い場合にスリット損失が最小となるスリットピッチの約（ｎ＋１）倍（ｎは１以上の整数であるギャップ数）の値のスリットピッチに設定した場合に、スリット損失を最小にでき、且つそのスリット損失の最小値は、ギャップが無い場合よりも小さくなることが確認された。
【００５４】
さらに、図１１、図１２、図１３は、スリット数が３、ギャップ数がそれぞれ１、２、３の場合の、ギャップ幅を変えた場合のスリットピッチとスリット損失との関係を示す図である。図１１、図１２、図１３から、スリット数が３の場合も、ギャップ幅にあまり依存せず、ギャップが無い場合にスリット損失が最小となるスリットピッチの約（ｎ＋１）倍の値のスリットピッチに設定した場合に、スリット損失を最小にでき、且つそのスリット損失の最小値は、ギャップが無い場合よりも小さくなることが確認された。
【００５５】
以上説明したように、スリットピッチを、ギャップが無い場合にスリット損失が最小となるスリットピッチの約（ｎ＋１）倍（ｎは１以上の整数であるギャップ数）の値のスリットピッチに設定することで、スリット損失を最小かつギャップが無い場合よりも小さくできる。
【００５６】
さらに、実施の形態１のように、スリットピッチを、０μｍから増加させたときにスリット損失が２番目または３番目に極小値を取るスリットピッチに設定してもよい。たとえば図９、図１１に示すように、２番目または３番目の極小値であるスリット損失についても、ギャップが無い場合の２番目または３番目の極小値であるスリット損失よりも小さくなる。
【００５７】
（実施の形態３）
図１４は、実施の形態３に係る光導波路素子であるマッハツェンダー光干渉計（Mach-Zehnder  interferometer：ＭＺＩ）素子の模式的な平面図である。図１４に示すように、石英系ガラスからなるＭＺＩ素子６０は、石英ガラスまたはシリコンからなる基板上に形成されたクラッド部６１と、クラッド部６１の内部に配置されたコア部としての光導波路６２と、クラッド部６１において光導波路６２を分断するように、互いに平行に形成された２つのスリット６３ａ、６３ｂと、スリット６３ａ、６３ｂのそれぞれに挿入された２個の１／２波長板６４ａ、６４ｂとを備えている。
【００５８】
光導波路６２は、光が入力される側である２つの入力光導波路６２ａと、方向性結合器からなる５０％光カプラ６２ｂと、２つのアーム光導波路６２ｃと、方向性結合器からなる５０％光カプラ６２ｄと、光が出力する側である２つの出力光導波路６２ｅと、が順次接続されて構成されている。光導波路６２を構成する各光導波路は、いずれもクラッド部６１に対する比屈折率差Δが１．２％である。各光導波路の長手方向に垂直な面での断面のサイズは、６μｍ×６μｍであるが、アーム光導波路６２ｃにおいては、スリット６３ａ、６３ｂが形成される領域において、導波路幅は１９．５μｍに拡大されている。ただし、光導波路６２の比屈折率差Δや断面のサイズは、上記に限定されず、ＭＺＩ素子６０に入力されるべき光がシングルモードで導波するように設定されることが好ましい。また、２つのアーム光導波路６２ｃ間には、ＦＳＲ（Free  Spectral  Range）が約２３ＧＨｚになるように光路差が設けられている。
【００５９】
スリット６３ａは、アーム光導波路６２ｃの長手方向中央に形成されており、スリット６３ｂは、それよりも出力光導波路６２ｅ側に形成されており、いずれもアーム光導波路６２ｃを分断している。スリット６３ａ、６３ｂは、光導波路６２の長手方向に垂直な面に対して、当該面および基板に平行な線を軸として８度傾斜させて形成されている。スリット６３ａ、６３ｂのスリット幅は等しく、たとえば１５μｍ〜３０μｍである。
【００６０】
スリット６３ａに挿入される１／２波長板６４ａは、その主軸が、ＴＭ偏波の方向とＴＥ偏波の両方向に対して４５度をなすように挿入されて光学接着剤で固定されている。また、スリット６３ｂに挿入される１／２波長板６４ｂは、その主軸が、ＴＥ偏波の方向と平行になるように挿入されて光学接着剤で固定されている。
【００６１】
このＭＺＩ素子６０では、１／２波長板６４ａ、６４ｂを用いることで、特許文献１に記載されているように、５０％光カプラ６２ｂで偏波変換が発生した場合でも、偏波変換光の干渉条件が偏波変換されない通常光の干渉条件と同一となるため、ＰＤＦ（Polarization  Dependent  Frequency  shift：偏波乖離量）の劣化を抑制することができる。なお、ＰＤＦとは、光干渉計によって生じた透過特性の周波数のピークが、光導波路を伝搬する光の２つの偏波状態（ＴＭ偏波とＴＥ偏波）の間で差が生じる現象のことである。
【００６２】
さらに、このＭＺＩ素子６０では、２つのスリット６３ａ、６３ｂ間のスリットピッチＰ３が、実施の形態１のスリットピッチＰ１と同様に約１７０μｍという大きな値に設定されている。これによって、ＭＺＩ素子６０は、スリット６３ａ、６３ｂによるスリット損失を抑制されつつ、光学特性や信頼性の低下が抑制されている。
【００６３】
スリットピッチＰ３の設定について具体的に説明する。本発明者らは、実施の形態３に係るＭＺＩ素子において、スリットピッチとスリット損失との関係を調べるために、図１４に示す構成を有し、スリットピッチを様々に設定したＭＺＩ素子を製造した。そして、製造した各ＭＺＩ素子の入力光導波路の一方から、波長１．５５μｍのＴＭ偏波またはＴＥ偏波の光を入力し、出力光導波路の一方から出力された光の強度を測定し、スリット損失を調べた。
【００６４】
図１５は、図１４に示す構成のＭＺＩ素子におけるスリットピッチとスリット損失との関係の一例を示す図である。図１５に示すように、図３の結果と同様に、スリットピッチを増加させるにつれて、スリット損失は周期的に変化した。矢印Ａｒ６、Ａｒ７は、スリットピッチが、それぞれ約１７０μｍ、約２７５μｍの位置を示しており、これらのスリットピッチで、スリット損失が極小値となっている点も、図３と同様であった。なお、スリット損失としては、スリットピッチを約１７０μｍ、約２７５μｍとすることによって、約０．８ｄＢと小さくすることができることを確認した。
【００６５】
（実施の形態４）
図１６は、実施の形態４に係るＭＺＩ素子の模式的な平面図である。図１６に示すように、ＭＺＩ素子７０は、図１４に示すＭＺＩ素子６０において、スリットピッチをスリットピッチＰ４に設定し、光導波路６２を光導波路７２に置き換えた構成を有する。
【００６６】
光導波路７２は、光導波路６２において、２つのアーム光導波路６２ｃを２つのアーム光導波路７２ｃに置き換えた構成を有する。２つのアーム光導波路７２ｃは、２つのアーム光導波路６２ｃに放射損失部としての２つのギャップ７５をそれぞれ設けたものである。ギャップ７５は、アーム光導波路７２ｃが分断され、その間がクラッド部６１と同じ材料で埋められることによって構成されている。４つのギャップ７５のギャップ幅は略等しく設定されている。
【００６７】
このＭＺＩ素子７０では、実施の形態２と同様に、スリット６３ａ、６３ｂにおける放射モードが、ギャップ７５における放射モードと結合するため、ギャップ７５が無い場合よりもスリット損失が抑制される。また、ギャップ７５の存在によって、スリットピッチを、図１５に示すようなスリット損失が極小値になる値としなくても、スリット損失が抑制される。したがって、スリット損失を抑制しつつ、スリットピッチを大きくすることができるので、ＭＺＩ素子７０の光学特性や信頼性の低下が抑制される。また、スリットピッチの設計の自由度も高い。
【００６８】
なお、スリットピッチやギャップ幅については、上記の実験２やＢＰＭ法を用いた計算結果で示した好適な値とすることができる。たとえば、スリットピッチを２００μｍとし、ギャップ幅を２０μｍとすることができる。
【００６９】
（実施の形態５）
図１７は、実施の形態５に係る復調用遅延回路の概略構成を示す平面図である。図１７に示す復調用遅延回路１０１は、たとえば、伝送速度が４０ＧｂｐｓのＤＱＰＳＫ方式を用いた光伝送システムに使用される４０ＧｂｐｓＤＱＰＳＫ用遅延復調デバイスである（本願発明者による特許文献２も参照）。
【００７０】
復調用遅延回路１０１は、ＤＱＰＳＫ信号が入力される入力光導波路１０２と、入力されるＤＱＰＳＫ信号の光パワーをモニタＰＤにてモニタするため、入力光導波路１０２を伝搬する光信号の５％をモニタ出力導波路１８１へと分岐するタップカプラ１８０と、タップカプラ１８０にて分岐されなかった残りの光信号を略等分岐する光分岐器としてのＹ分岐導波路１０３と、Ｙ分岐導波路１０３により分岐されたＤＱＰＳＫ信号をそれぞれ１ビット遅延させるＭＺＩ素子１０４、１０５と、を備えている。なお、モニタ出力導波路１８１には不図示のモニタＰＤが接続されている。なお、本実施の形態ではタップカプラ１８０の分岐比は５％であるが、２０％以下が好ましく、５％〜１０％がさらに好ましい。
【００７１】
復調用遅延回路１０１は、１／２波長板１４７、１７０をさらに備え、導波路の交差点１６２、１６４を有する。１／２波長板１４７、１７０については後に説明する。
【００７２】
ＭＺＩ素子１０４は、Ｙ分岐導波路１０３の一方の出力側に接続された導波路１１４に接続された入力側カプラ１０６と、２つの出力光導波路１２１、１２２に２つの出力端がそれぞれ接続された出力側カプラ１０７と、両カプラ１０６、１０７間に接続された長さの異なる遅延導波路である２つのアーム光導波路１０８、１０９とを有する。同様に、ＭＺＩ素子１０５は、Ｙ分岐導波路１０３の他方の出力側に接続された導波路１１５に接続された入力側カプラ１１０と、２つの出力光導波路１２３、１２４に２つの出力端がそれぞれ接続された出力側カプラ１１１と、両カプラ１１０、１１１間に接続された遅延導波路である長さの異なる２つのアーム光導波路１１２、１１３とを有する。なお、このＭＺＩ素子１０４、１０５は、その比屈折率差や光導波路のサイズ、ＦＳＲ等は、実施の形態４のＭＺＩ素子と同様に設定されている。
【００７３】
入力側カプラ１０６、１１０および出力側カプラ１０７、１１１は、それぞれ２入力×２出力型の５０％カプラである。そして、ＭＺＩ素子１０４の入力側カプラ１０６の２つの入力端の一方が導波路１１４に接続されている。ＭＺＩ素子１０５の入力側カプラ１１０の２つの入力端の一方が、導波路１１５に接続されている。
【００７４】
また、ＭＺＩ素子１０４は、入力側カプラ１０６における光の伝搬方向と出力側カプラ１０７における光の伝搬方向が略１８０度異なるようにアーム光導波路１０８、１０９が屈曲して形成されている。同様に、ＭＺＩ素子１０５は、入力側カプラ１１０における光の伝搬方向と出力側カプラ１１１における光の伝搬方向が略１８０度異なるようにアーム光導波路１１２、１１３が屈曲して形成されている。
【００７５】
また、ＭＺＩ素子１０４の出力側カプラ１０７の２つの出力端（スルーポートとクロスポート）は、出力光導波路１２１、１２２にそれぞれ接続されている。同様に、ＭＺＩ素子１０５の出力側カプラ１１１の２つの出力端（スルーポートとクロスポート）は、出力光導波路１２３、１２４にそれぞれ接続されている。出力光導波路１２１、１２２、１２３、１２４は、それぞれ出力ポートＰout１、Ｐout２、Ｐout３、Ｐout４に接続している。
【００７６】
また、ＭＺＩ素子１０４において、長さが長い方のアーム光導波路１０８を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相を、長さが短い方のアーム光導波路１０９を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相に対して、シンボルレートの１ビット（１ビットのタイムスロット：１タイムスロット）に相当する遅延量だけ遅延させる光路長差を持たせてある。例えば、シンボルレートが４０Ｇｂｐｓの場合、Ｉチャネル、Ｑチャネルそれぞれのシンボルレートは半分の２０Ｇｂｐｓでよいので、遅延量は５０ｐｓ(ピコ秒)である。同様に、ＭＺＩ素子１０５において、長さが長い方のアーム光導波路１１２を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相を、長さが短い方のアーム光導波路１１３を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相に対して、シンボルレートの１ビットに相当する遅延量（例えば、シンボルレートが４０Ｇｂｐｓの場合、５０ｐｓの遅延量）だけ遅延させる光路長差を持たせてある。なお、遅延量は、正確に１ビットに相当する量に限られない。たとえば、システム構成によっては、略１ビットであるが１ビットから少しずらした遅延量として、各ビットが隣接するビットと干渉するように設定する場合もある。
【００７７】
また、ＭＺＩ素子１０４、１０５には、９０度だけ位相がずれた干渉特性を持たせている。そのため、ＭＺＩ素子１０４のアーム光導波路１０８、１０９の光路長差は、上記１ビットに相当する遅延量に、光信号の位相で１/４πに相当する長さだけ長く設定されている。一方、ＭＺＩ素子１０５のアーム光導波路１１２、１１３の光路長差は、上記１ビットに相当する遅延量に、光信号の位相で１/４πに相当する長さだけ短く設定されている。
これにより、ＭＺＩ素子１０４で干渉する隣接するタイムスロットの光の位相と、ＭＺＩ素子１０５で干渉する隣接するタイムスロットの光の位相とが９０度だけずれる。
【００７８】
１／２波長板１４７、１７０は、ＭＺＩ素子１０４、１０５の各アーム光導波路１０８、１０９、１１２、１１３を分断するように設けられたスリット１４８、１７１内に挿入されている。１／２波長板１４７は、その主軸が、ＴＭ偏波の方向とＴＥ偏波の両方向に対して４５度をなすように挿入されている。また、１／２波長板１７０は、その主軸が、ＴＥ偏波の方向と平行になるように挿入されている。スリット１４８は各アーム光導波路１０８、１０９、１１２、１１３の長手方向の中央に位置し、スリット１７１は、それよりも出力側に約２７５μｍのスリットピッチで形成されている。スリット１４８、１７１は、各アーム光導波路１０８、１０９、１１２、１１３が平行になっている部分の長手方向に垂直な面に対して、当該面および基板に平行な線を軸として８度傾斜させて形成されている。
【００７９】
なお、交差点１６２、１６４では、ＭＺＩ素子１０４のアーム光導波路１０９とＭＺＩ素子１０５のアーム光導波路１１２とが交差しているが、各アーム導波路をそれぞれ伝搬する光（ＤＱＰＳＫ信号）は、各交差点１６２、１６４を通った後も、そのまま同じアーム導波路を伝搬していく。
【００８０】
また、ＭＺＩ素子１０４の短い方のアーム導波路であるアーム光導波路１０９の光路長と、ＭＺＩ素子１０５の短い方のアーム導波路であるアーム光導波路１１３の光路長とが互いに異なり、かつ、Ｙ分岐導波路１０３からＭＺＩ素子１０４のアーム光導波路１０９を経てＭＺＩ素子１０４の出力側（出力光導波路１２１、１２２の出力ポートＰout１、Ｐout２）に至るまでの各光路長と、Ｙ分岐導波路１０３からＭＺＩ素子１０５のアーム光導波路１１３を経てＭＺＩ素子１０５の出力側（出力光導波路１２３、１２４の出力ポートＰout３、Ｐout４）に至るまでの光路長とを全て略等しくしている。
【００８１】
また、ＭＺＩ素子１０４、１０５の各アーム光導波路１０８、１０９、１１２、１１３上には、トリミングのためのヒータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈがそれぞれ形成されている。各ヒータＡ〜Ｈは、対応するアーム光導波路の上方にあって、クラッド部上にスパッタにより形成されたＴａ系の薄膜ヒータである。
【００８２】
復調用遅延回路１０１では、ＭＺＩ素子１０４にあっては、入力されたＤＱＰＳＫ信号がＹ分岐導波路１０３で分岐され、その分岐されたＤＱＰＳＫ信号が、ＭＺＩ素子１０４の長さの異なるアーム光導波路１０８、１０９を伝搬する。ＭＺＩ素子１０４は、アーム光導波路１０８を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相を、アーム光導波路１０９を伝搬する光信号の位相に対してシンボルレートの１ビットに相当する遅延量＋１／４πだけ遅延させるようになっている。同様に、ＭＺＩ素子１０５は、アーム光導波路１１２を伝搬するＤＱＰＳＫ信号の位相を、アーム光導波路１１３を伝搬する光信号の位相に対してシンボルレートの１ビットに相当する遅延量−１／４πだけ遅延させるようになっている。
【００８３】
復調用遅延回路１０１においても、実施の形態３と同様に、１／２波長板１４７、１７０を用いることで、ＰＤＦの劣化を、たとえば２５０ＭＨｚ以下に抑制することができる。さらに、２つのスリット１４８、１７１間のスリットピッチが、実施の形態１のスリットピッチＰ１と同様に約２７５μｍという大きな値に設定されている。これによって、ＭＺＩ素子１０４、１０５は、スリット１４８、１７１によるスリット損失が抑制されつつ、光学特性や信頼性の低下が抑制されている。たとえば、スリット損失については、スリットピッチを２００μｍに設定した場合よりも約０．５ｄＢ程度低減することができる。
【００８４】
（実施の形態６）
図１８は、実施の形態６に係る光導波路素子の模式的な平面図である。図１８に示すように、光導波路素子８０は、石英ガラスまたはシリコンからなる基板上に形成されたクラッド部８１と、クラッド部の内部に配置されたコア部としての光導波路８２と、クラッド部８１において光導波路８２を分断するように、互いに平行に形成された３つのスリット８３ａ、８３ｂ、８３ｃと、各スリット８３ａ、８３ｂ、８３ｃに挿入された光学素子としての偏光子８４ａ、１／２波長板８４ｂ、偏光子８４ｃと、光導波路８２に、各スリット間に２つずつ設けられた放射損失部としてのギャップ８５とを設けたものである。
【００８５】
偏光子８４ａの透過軸は一方の偏波（たとえばＴＭ偏波）と平行になるように挿入されている。偏光子８４ｃの透過軸は偏光子８４ａの透過軸と直交する偏波（たとえばＴＥ偏波）と平行になるように挿入されている。１／２波長板８４ｂは、その主軸が、ＴＭ偏波の方向とＴＥ偏波の両方向に対して４５度をなすように挿入されている。
【００８６】
クラッド部８１の材質、光導波路８２の材質やサイズは、上記の各実施の形態の対応する要素と同様のものである。３つのスリット８３ａ、８３ｂ、８３ｃのスリット幅は２４μｍである。スリットピッチＰ５、Ｐ６は略等しく、たとえば２７５μｍである。また、各ギャップ８５は、スリットピッチＰ５またはＰ６を３等分した位置をギャップ幅の中心位置として形成したものである。ギャップ幅Ｗ３は２０μｍである。
【００８７】
この光導波路素子８０では、紙面左側から、偏光子８４ａの透過軸に平行な直線偏波成分が大部分である光を入力させると、偏光子８４ａが当該光に含まれるクロストーク成分をカットして透過し、１／２波長板８４ｂが当該光を偏波変換して透過し、偏光子８４ｃが偏波変換された光に含まれるクロストーク成分をさらにカットして透過し、紙面右側に出力する。
【００８８】
この光導波路素子８０でも、スリット８３ａ、８３ｂ、８３ｃのスリット損失が抑制されつつ、光学特性や信頼性の低下が抑制される。
【００８９】
なお、スリットに挿入される光学素子としては、１／２波長板や偏光子に限られず、他の偏波素子や光学フィルタなどを適用することができる。各スリットに挿入される光学素子の種類は互いに異なっていても良い。また、スリットの数やギャップの数は特に限定されない。スリットの数は複数であればよく、ギャップの数は少なくとも１つであればよい。スリットピッチやギャップ幅は、スリットの数やギャップの数を勘案して、スリット損失が低減され、極小または最小になるように設定することができる。また、スリットに光学素子を挿入しない場合でも、スリットピッチを適正な値とし、および／またはギャップを設けることによって、スリットによる放射損失が抑制されつつ、光学特性や信頼性の低下が抑制された光導波路素子を実現できる。
【００９０】
また、本発明では、ギャップのような放射損失が発生する放射損失部であれば、ギャップに換えて設けることができる。このような放射損失部としては、光導波路同士が互いに交差する交差部がある。
【００９１】
また、本発明に係る光導波路素子は、ＭＺＩ素子に限らず、ＡＷＧ素子、コヒーレントミキサ、スプリッタなどの各種光導波路回路に適用できる。
【００９２】
また、本発明は、石英系ガラスからなる光導波路素子に限られず、他のガラスや、ポリマー、半導体等の、光導波路を構成できる各種材料からなる光導波路素子に適用できる。
【００９３】
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。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】
【００９４】
１０、３０、８０  光導波路素子
１１、２１、２２、６１、８１  クラッド部
１２、２２、３２、６２、７２、８２  光導波路
１３、２３、６３ａ、６３ｂ、８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、１４８、１７１  スリット
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、６４ａ、６４ｂ、８４ｂ、１４７、１７０  １／２波長板
２０  実験用光導波路素子
３５、４５、７５、８５  ギャップ
４０、５０  実験用光導波路
６０、７０、１０４、１０５  ＭＺＩ素子
６２ａ、１０２  入力光導波路
６２ｂ、６２ｄ  ５０％光カプラ
６２ｃ、７２ｃ、１０８、１０９、１１２、１１３  アーム光導波路
６２ｅ、１２１、１２２、１２３、１２４  出力光導波路
８４ａ、８４ｃ  偏光子
１０１  復調用遅延回路
１０３  分岐導波路
１０６、１１０  入力側カプラ
１０７、１１１  出力側カプラ
１１４、１１５  導波路
１６２、１６４  交差点
１８０  タップカプラ
１８１  モニタ出力導波路
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ  ヒータ
Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ３、Ａｒ４、Ａｒ５、Ａｒ６  矢印
Ｂ  基板
ｄ  距離
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ａｒ７  スリットピッチ
Ｐout１、Ｐout２、Ｐout３、Ｐout４  出力ポート
Ｓ  領域
Ｗ１  スリット幅
Ｗ２、Ｗ３  ギャップ幅
【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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【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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