(57)【要約】      （修正有）【課題】波長フィルタ等において、カプラとして利用可能な光学素子であって、作製誤差の影響を受けにくく、かつ任意に分岐比を設定可能な光学素子を提供する。【解決手段】３ｄＢの分岐比を有する第１結合部４０と、移相部５０と、３ｄＢの分岐比を有する第２結合部６０とが、この順に直列に接続された光導波路コア３０を備える。第１結合部４０は、入力される光を２分岐して移相部５０に送る。移相部５０は、第１結合部４０で２分岐された光に位相差を与えて第２結合部６０に送る。第２結合部６０は、移相部５０から送られる光を干渉させ、及び干渉させた光を位相差に応じた分岐比で分岐して出力する。【選択図】図１
2016180867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ｄＢの分岐比を有する第１結合部と、移相部と、３ｄＢの分岐比を有する第２結合部とが、この順に直列に接続された光導波路コアを備え、
前記第１結合部は、入力される光を２分岐して移相部に送り、
前記移相部は、前記２分岐された光に位相差を与えて前記第２結合部に送り、
前記第２結合部は、前記移相部から送られる光を干渉させ、及び干渉させた光を前記位相差に応じた分岐比で分岐して出力する
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１結合部及び前記第２結合部が、それぞれ多モード干渉カプラ又は方向性結合器として構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１結合部及び前記第２結合部の一方が多モード干渉カプラとして構成され、かつ他方が方向性結合器として構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
第１光学素子と、第１位相調整部と、中間光学素子と、第２位相調整部と、第２光学素子とが、この順に直列に接続されており、
前記第１位相調整部及び前記第２位相調整部のそれぞれは、第１アームコア及び第２アームコアを有し、
前記第１位相調整部の前記第１アームコア及び前記第２アームコアは、前記第１光学素子と前記中間光学素子との間を並列に接続し、
前記第２位相調整部の前記第１アームコア及び前記第２アームコアは、前記第２光学素子と前記中間光学素子との間を並列に接続し、
前記第１アームコアと前記第２アームコアとは、互いに光路長が異なっており、
前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子である
ことを特徴とするマッハツェンダ型波長フィルタ。
【請求項５】
第１〜第２Ｎ＋１（Ｎは正の整数）光学素子と、第１〜第２Ｎ位相調整部とを備え、
前記第１〜第２Ｎ＋１（Ｎは正の整数）光学素子はこの順に配列され、
前記第１〜第２Ｎ位相調整部は、前記第１〜第２Ｎ＋１光学素子間の各間を接続し、
第１〜第２Ｎ位相調整部のそれぞれは、第１アームコア及び第２アームコアを有し、
前記第１アームコア及び前記第２アームコアは、隣り合う前記第１〜第２Ｎ＋１光学素子間を並列に接続し、
前記第１アームコアと前記第２アームコアとは、互いに光路長が異なっており、
前記第１〜第Ｎ及び第Ｎ＋２〜第２Ｎ＋１光学素子は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子である
ことを特徴とするマッハツェンダ型波長フィルタ。
【請求項６】
第１光学素子及び第２光学素子と、第１曲線導波路コア及び第２曲線導波路コアとを備え、
前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子であり、
前記第１光学素子、前記第１曲線導波路コア、前記第２光学素子及び前記第２曲線導波路コアがこの順に環状に接続されたリング導波路コアが構成されており、
前記第１光学素子が備える前記第１結合部から入力され、前記リング導波路コアと共振する波長の光が、前記第１光学素子及び前記第２光学素子のそれぞれが備える前記第２結合部から出力される
ことを特徴とするリング共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば波長フィルタ等において、カプラとして利用可能な光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型化や量産性に有利な光デバイスの開発に当たり、Ｓｉ（シリコン）を細線導波路の材料として用いるＳｉ細線導波路が注目を集めている。
【０００３】
Ｓｉ細線導波路では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Ｓｉを材料として形成する。そして、Ｓｉよりも屈折率の低い例えばシリカ等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば１μｍ程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。
【０００４】
また、Ｓｉ細線導波路では、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の半導体装置の製造過程を流用することが可能である。そのため、チップ上に電子機能回路と光機能回路とを一括形成する光電融合（シリコンフォトニクス）の実現が期待されている。
【０００５】
ところで、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式を利用した受動型光加入者ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）毎に異なる受信波長が割り当てられる。局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）は、各ＯＮＵへの下り光信号を、送り先の受信波長に対応した送信波長でそれぞれ生成し、これらを多重して送信する。各ＯＮＵは、複数の波長で多重された下り光信号から、自身に割り当てられた受信波長の光信号を選択的に受信する。ＯＮＵでは、各々の受信波長の下り光信号を選択的に受信するために、例えば特定の波長を分離する波長フィルタとしての機能が付与された光学素子（以下、波長フィルタとも称する）が使用される。そして、この波長フィルタを、上述したＳｉ細線導波路によって構成する技術が実現されている。
【０００６】
Ｓｉ細線導波路を用いる波長フィルタとしては、例えば、光の干渉現象を利用する波長フィルタがある（例えば特許文献１及び２並びに非特許文献１及び２参照）。干渉現象を利用する波長フィルタの中で、マッハツェンダ型の波長フィルタが広く使用されている。
【０００７】
マッハツェンダ型波長フィルタは、例えばカプラと、カプラに接続された、互いに光路長の異なる２つのアームとを含んで構成される。マッハツェンダ型の波長フィルタでは、カプラにおいて２分岐した光を、２つのアームに入力する。そして、これら２つのアームから出力される光を合波し干渉させる。その結果、２つのアームの光路長差に応じた波長の光を取り出すことができる。さらに、このようなマッハツェンダ型波長フィルタを複数接続することによって、取り出す光の波長帯域を広くとることができる。
【０００８】
上述したカプラとしては、例えば方向性結合器や多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ  Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラを用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１９８９１４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９４７２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Technical digest OFC/NFOEC 2010, paper OWJ3, 2010年3月
【非特許文献２】Journal of Selected Areas in Quantum Electronics, vol. 16, p. 33, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
方向性結合器は、互いに離間しかつ並んで配置された２つの光導波路コアを備えて構成される。そして、方向性結合器では、これら２つの光導波路コアの結合長を適宜変更することによって、任意の分岐比を設定することができる。そのため、方向性結合器には、分岐比を所望の値に設定しやすいという利点がある。
【００１２】
しかしながら、方向性結合器には、作製誤差の影響を受けやすいという欠点がある。そのため、方向性結合器では、作製誤差に起因して、所望の分岐比からのずれが生じやすい。従って、マッハツェンダ型の波長フィルタのカプラとして方向性結合器を用いた場合、所望の波長の光を高い消光比で取り出すことが難しい。
【００１３】
一方、ＭＭＩカプラには、方向性結合器と比べて、作製誤差の影響を受けにくいという利点がある。しかしながら、ＭＭＩカプラでは、分岐比を３ｄＢとする場合を除き、任意の分岐比に設定することが設計上困難である。
【００１４】
そこで、この発明の目的は、例えばマッハツェンダ型の波長フィルタ等において、カプラとして利用可能な光学素子であって、作製誤差の影響を受けにくく、かつ任意に分岐比を設定可能な光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明者は鋭意研究した結果、それぞれ上述したＭＭＩカプラ又は方向性結合器として構成された２つの結合部と、これらの間を接続する移相部とで光学素子を構成することによって、作製誤差の影響を受けにくく、かつ分岐比を任意に設定可能な光学素子を構成できることを見出した。そこで、上述した課題を解決するために、この発明による光学素子は、以下の特徴を備えている。
【００１６】
この発明の光学素子は、３ｄＢの分岐比を有する第１結合部と、移相部と、３ｄＢの分岐比を有する第２結合部とが、この順に直列に接続された光導波路コアを備える。第１結合部は、入力される光を２分岐して移相部に送る。移相部は、第１結合部で２分岐された光に位相差を与えて第２結合部に送る。第２結合部は、移相部から送られる光を干渉させ、及び干渉させた光を位相差に応じた分岐比で分岐して出力する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の光学素子では、第１結合部で分岐された光に位相差を与える。その結果、第２結合部で干渉される光は、移相部で与えられる位相差に応じた分岐比で出力される。従って、この発明の光学素子では、移相部が与える位相差を適宜調整することによって、第２結合部からの出力光の分岐比を任意に設定することができる。
【００１８】
また、この発明の光学素子では、作製誤差の影響を低減することができる。この作製誤差の影響については、後に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の光学素子の概略図である。
【図２】この発明の光学素子を利用したマッハツェンダ型波長フィルタの概略図である。
【図３】この発明の光学素子を利用したマッハツェンダ型波長フィルタの概略図である。
【図４】この発明の光学素子を利用したマッハツェンダ型波長フィルタの特性を評価する図である。
【図５】この発明の光学素子を利用したリング共振器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、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の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００２１】
（光学素子）
図１を参照して、この発明の実施の形態による光学素子について説明する。図１（Ａ）は、光学素子を示す概略的平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す光学素子をＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。なお、図１（Ａ）では、後述する光導波路コアのみを示してあり、クラッド層及び支持基板を省略している。
【００２２】
なお、図１（Ａ）において、光の概略的な伝搬方向を矢印Ｒで示す。光は逆過程が成り立つので、光の伝搬方向は矢印Ｒに限定されない。また、以下の説明では、支持基板の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。また、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。
【００２３】
光学素子１００は、支持基板１０、クラッド層２０及び光導波路コア３０を備えて構成されている。
【００２４】
支持基板１０は、例えば単結晶Ｓｉを材料とした平板状体で構成されている。
【００２５】
クラッド層２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面１０ａを被覆し、かつ光導波路コア３０を包含して形成されている。クラッド層２０は、例えばＳｉＯ２を材料として形成されている。
【００２６】
光導波路コア３０は、クラッド層２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、光導波路コア３０は、実質的な光の伝送路として機能し、入力された光が光導波路コアの平面形状に応じた伝播方向に伝播する。また、光導波路コア３０は、伝播する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、支持基板１０から例えば少なくとも１〜３μｍ程度の範囲内の距離で離間して形成されているのが好ましい。
【００２７】
また、光導波路コア３０は、第１結合部４０、移相部５０及び第２結合部６０がこの順に直列に接続されて構成されている。
【００２８】
第１結合部４０は、３ｄＢの分岐比を有するＭＭＩカプラとして構成されている。第１結合部４０は、ＭＭＩ部４５、ＭＭＩ部４５の一端４５ａに並列に設けられた第１及び第２入出力部４１及び４２、並びにＭＭＩ部４５の他端４５ｂに並列に設けられた第３及び第４入出力部４３及び４４を含んでいる。ここでは、第１及び第２入出力部４１及び４２を入力ポートとして、また、第３及び第４入出力部４３及び４４を出力ポートとして利用する。
【００２９】
ここでは、第１結合部４０の第１又は第２入出力部４１又は４２から入力される光が、第１結合部４０、移相部５０及び第２結合部６０の順に伝播する場合について説明する。
【００３０】
ＭＭＩ部４５は、複数の次数モードを伝播させる多モード導波路として構成されている。ＭＭＩ部４５は、第１又は第２入出力部４１又は４２から入力される光を、モード間干渉させることによって２分岐する。そして、ＭＭＩ部４５は、２分岐した光の一方を第３入出力部４３に送り、他方を第４入出力部４４に送る。ＭＭＩ部４５における光の分岐比は、ＭＭＩ部４５の長さに応じて設定することができる。
【００３１】
しかし、ＭＭＩ部４５は、分岐比を３ｄＢとする場合を除き、任意の分岐比に設定することが設計上困難である。そこで、この実施の形態では、設計容易に得られる分岐比として、分岐比が３ｄＢ（すなわち光の強度比にして１：１）となるように、ＭＭＩ部４５の長さを設計する。
【００３２】
また、干渉させるモード間の等価屈折率差が、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波とＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波とで一致するように、ＭＭＩ部４５の幅が設計される。その結果、第１結合部４０は、入力された光を偏波無依存で分岐することができる。
【００３３】
また、第１及び第２入出力部４１及び４２は、ＭＭＩ部４５の一端４５ａに向かうにつれて幅が連続的に拡大するように設計されている。第１及び第２入出力部４１及び４２は、入力される光の複数の次数モードを励起して、ＭＭＩ部４５に入力する。第１及び第２入出力部４１及び４２が励起するモードは、ＭＭＩ部４５で干渉されるモードに対応して設定される。
【００３４】
また、第３及び第４入出力部４３及び４４は、ＭＭＩ部４５の他端４５ｂから離れるにつれて幅が連続的に縮小するように設計されている。第３及び第４入出力部４３及び４４は、ＭＭＩ部４５で２分岐された光を移相部５０にそれぞれ送る。
【００３５】
移相部５０は、第１アーム５１及び第２アーム５２を含んでいる。第１アーム５１及び第２アーム５２は、第１結合部４０と後述する第２結合部６０との間を接続する。図１の構成例では、第１アーム５１は、一端５１ａ側で第１結合部４０の第３入出力部４３と、及び他端５１ｂ側で第２結合部６０の第１結合導波路部６１と接続されている。また、第２アーム５２は、一端５２ａ側で第１結合部４０の第４入出力部４４と、及び他端５２ｂ側で第２結合部６０の第２結合導波路部６２と接続されている。そして、第１アーム５１は、第３入出力部４３から送られる光を第１結合導波路部６１に送る。また、第２アーム５２は、第４入出力部４４から送られる光を第２結合導波路部６２に送る。
【００３６】
第１アーム５１及び第２アーム５２は、互いに異なる光路長を有している。従って、第１アーム５１を伝播する光と、第２アーム５２を伝播する光とには、第１アーム５１及び第２アーム５２間の光路長に応じた位相差が生じる。
【００３７】
また、第１アーム５１及び第２アーム５２の幅は、伝播するＴＥ偏波及びＴＭ偏波の等価屈折率が一致するように設計される。その結果、移相部５０では、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対して、共通の位相差を与えることができる。
【００３８】
第２結合部６０は、第１結合導波路部６１及び第２結合導波路部６２を含んでいる。
【００３９】
第１結合導波路部６１及び第２結合導波路部６２は、互いに離間しかつ並んで配置されている。第１結合導波路部６１及び第２結合導波路部６２は、等しい幅及び長さで形成されている。そして、第１結合導波路部６１の一端６１ａ及び第２結合導波路部６２の一端６２ａの面位置が一致し、かつ第１結合導波路部６１の他端６１ｂ及び第２結合導波路部６２の他端６２ｂの面位置が一致するように設計されている。
【００４０】
第１結合導波路部６１及び第２結合導波路部６２の長さは、完全結合長の１／２に設計されている。その結果、第１結合導波路部６１及び第２結合導波路部６２は、３ｄＢの分岐比を有する方向性結合器を構成する。なお、完全結合長とは、第１結合導波路部６１及び第２結合導波路部６２の一方に入力された光が、１００％他方に移行する結合長である。
【００４１】
また、第１結合導波路部６１及び第２結合導波路部６２の幅、及び第１結合導波路部６１と第２結合導波路部６２との離間距離は、伝播するＴＥ偏波及びＴＭ偏波の等価屈折率が一致するように設計される。その結果、第２結合部６０では、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対して、共通の分岐比を与えることができる。
【００４２】
光学素子１００では、第１又は第２入出力部４１又は４２から入力される光が、第１結合部４０において、強度比にして１：１で２分岐される。分岐された光の一方は移相部５０の第１アーム５１に入力され、他方は第２アーム５２に入力される。第１アーム５１及び第２アーム５２を経た光は、第２結合部６０の第１結合導波路部６１及び第２結合導波路部６２に入力されて干渉される。
【００４３】
上述したように、第２結合部６０は、単体としては３ｄＢの分岐比を有している。しかし、この光学素子１００では、第１アーム５１から第１結合導波路部６１に入力される光と、第２アーム５２から第２結合導波路部６２に入力される光とに、移相部５０において位相差が与えられる。その結果、第２結合部６０で干渉される光は、移相部５０で与えられる位相差に応じた分岐比で、第１結合導波路部６１及び第２結合導波路部６２から出力される。そして、光学素子１００では、第１アーム５１を伝播する光と第２アーム５２を伝播する光とに与える位相差を適宜調整することによって、第２結合部６０からの出力光の分岐比を任意に設定することができる。
【００４４】
また、光学素子１００では、第２結合部６０として、作製誤差の影響を受けやすい方向性結合器を用いても、光学素子１００全体への作製誤差の影響を低減することができる。光学素子１００への作製誤差の影響をについて、以下に説明する。
【００４５】
第１結合部４０の伝達マトリックスＭ１は、下式（１）で与えられる。なお、上述したように、第１結合部４０の分岐比は３ｄＢに設定されているので、振幅分岐比は１／√２である。
【００４６】
【数１】
2016180867.tif 000003
【００４７】
移相部５０の伝達マトリックスＭ２は、下式（２）で与えられる。φは、第１アーム５１と第２アーム５２との間で生じる位相差の１／２を表している。
【００４８】
【数２】
2016180867.tif 000004
【００４９】
第２結合部６０の伝達マトリックスＭ３は、下式（３）で与えられる。上述したように、第２結合部６０の分岐比は３ｄＢに設定されている。しかし、第２結合部６０として方向性結合器を用いるため、作製誤差の影響によって、分岐比に変動を生じやすい。そこで、下式（３）では、第２結合部６０の振幅分岐比を、作製誤差による変動が生じた比であって、入力光に対する割合としてａ及びｂで表す。また、ｊは虚数単位を表す。
【００５０】
【数３】
2016180867.tif 000005
【００５１】
従って、光学素子１００の伝達マトリックスＭは下式（４）で与えられる。
【００５２】
[V1AHB06115P-E]
【００５３】
【数４】
2016180867.tif 000006
【００５４】
そして、上式（４）を用いて、光学素子１００の伝達マトリックスを、光強度を示す式として表すと下式（５）となる
【００５５】
【数５】
2016180867.tif 000007
【００５６】
作製誤差による変動が生じない場合の、第２結合部６０の理想的な振幅分岐比を、入力光に対する割合としてＡ及びＢとすると、上式（５）中のａｂは、下式（６）で与えられる。なお、δは、作製誤差の影響による、理想的な振幅分岐比からの変動量を光強度で表すものである。
【００５７】
【数６】
2016180867.tif 000008
【００５８】
上式（６）を、δを微少な値として近似すると、下式（７）が導かれる。
【００５９】
【数７】
2016180867.tif 000009
【００６０】
第２結合部６０は、分岐比が３ｄＢとなるように設定されるので、理想的な振幅分岐比Ａ及びＢは、Ａ＝Ｂ＝１／√２である。これを上式（７）に代入して、ａｂを下式（８）で表すことができる。
【００６１】
【数８】
2016180867.tif 000010
【００６２】
そして、上式（８）で表されるａｂを、上式（５）に代入して、下式（９）が導かれる。
【００６３】
【数９】
2016180867.tif 000011
【００６４】
光学素子１００では、上式（９）に示されるように、振幅分岐比の変動量δを含む項が、δ２ｃｏｓ（２φ）及び−δ２ｃｏｓ（２φ）となる。変動量δはδ＜１の微少な値であるため、δ２ｃｏｓ（２φ）及び−δ２ｃｏｓ（２φ）は、微少な値となる。従って、光学素子１００では、第２結合部６０として、作製誤差の影響を受けやすい方向性結合器を用いても、光学素子１００全体への作製誤差の影響が低減される。
【００６５】
ここで、比較例として、第２結合部６０（すなわち方向性結合器）単体での作製誤差の影響について説明する。上式（３）を用いて、第２結合部６０の伝達マトリックスを、光強度を示す式として表すと下式（１０）となる。
【００６６】
【数１０】
2016180867.tif 000012
【００６７】
第２結合部６０単体では、上式（１０）に示されるように、変動量δがそのまま振幅分岐比に影響する。上式（９）に示す光学素子１００と、上式（１０）に示す第２結合部６０の伝達マトリックスと比べると、光学素子１００では、振幅分岐比に対する変動量δの影響が小さいことが明らかである。
【００６８】
また、他の比較例として、光学素子１００の第１結合部４０を、ＭＭＩカプラから方向性結合器に変更した場合（すなわち第１結合部４０及び第２結合部６０をともに方向性結合器とした場合）の、作製誤差の影響について説明する。この場合の伝達マトリックスを、光強度を示す式として表すと下式（１１）となる
【００６９】
【数１１】
2016180867.tif 000013
【００７０】
上述した光学素子１００の伝達マトリックスと同様に、Ａ＝Ｂ＝１／√２とし、上式（８）で表されるａｂを、上式（１１）に代入して、下式（１２）が導かれる。
【００７１】
【数１２】
2016180867.tif 000014
【００７２】
第１結合部４０及び第２結合部６０をともに方向性結合器とした構成では、上式（１２）に示されるように、振幅分岐比の変動量δを含む項が、２δ２ｃｏｓ（１＋２φ）及び−２δ２ｃｏｓ（１＋２φ）となる。従って、第２結合部６０（方向性結合器）単体よりも、振幅分岐比に対する変動量δの影響が小さくなる。しかし、光学素子１００よりも、振幅分岐比に対する変動量δの影響が大きくなる。
【００７３】
以上に説明したように、２つの結合部４０及び６０と、これらの間を接続する移相部５０とを含むことによって、光学素子１００では、作製誤差の影響を低減することができる。
【００７４】
なお、この実施の形態では、第１結合部４０としてＭＭＩカプラを、及び第２結合部６０として方向性結合器を用いる構成例について説明した。しかし、光学素子１００の構成はこれに限定されない。
【００７５】
例えば、第１結合部４０及び第２結合部６０の双方をＭＭＩカプラとすることもできる。ＭＭＩカプラは、方向性結合器と比べて光の損失が大きいという欠点がある。そのため、第１結合部４０及び第２結合部６０の双方をＭＭＩカプラとする場合には、光の損失を低減するという観点で不利である。しかし、第１結合部４０及び第２結合部６０の双方をＭＭＩカプラとする場合には、作製誤差の影響を受けやすい方向性結合器を含まずに、光学素子１００を構成できる。そのため、この実施の形態の光学素子１００よりも、作製誤差による分岐比の変動をさらに低減することができる。
【００７６】
また、第１結合部４０及び第２結合部６０の双方を方向性結合器とすることもできる。既に説明したように、第１結合部４０及び第２結合部６０の双方を方向性結合器とする場合には、分岐比の変動を低減するという観点では、この実施の形態の光学素子１００よりも不利である。しかし、光の損失が大きいＭＭＩカプラを含まないため、光の損失を低減するという観点では有利である。
【００７７】
そして、第１結合部４０及び第２結合部６０の一方としてＭＭＩカプラを用い、他方として方向性結合器を用いる、図１に示す光学素子１００では、第１結合部４０及び第２結合部６０の双方をＭＭＩカプラとする場合と比べて、光の損失が小さく、かつ第１結合部４０及び第２結合部６０の双方を方向性結合器とする場合と比べて、作製誤差による分岐比変動が小さい。従って、光損失を低減するという観点、及び作製誤差による分岐比変動を低減するという観点の双方において有利である。
【００７８】
第１結合部４０及び第２結合部６０として、ＭＭＩカプラ及び方向性結合器をどのような組み合わせで用いるかは、用途等に応じて適宜決定することができる。
【００７９】
（マッハツェンダ型波長フィルタ）
図２を参照して、上述した光学素子を利用したマッハツェンダ型波長フィルタについて説明する。図２は、マッハツェンダ型波長フィルタを示す概略的平面図である。なお、図２では、クラッド層及び支持基板を省略している。また、上述した光学素子１００（図１参照）と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
マッハツェンダ型波長フィルタ３００は、上述した光学素子１００をカプラとして利用して構成される。
【００８１】
マッハツェンダ型波長フィルタ３００は、３つの光学素子（第１光学素子１００−１、中間光学素子３２０及び第２光学素子１００−２）と、２つの位相調整部３１０（第１位相調整部３１０−１及び第２位相調整部３１０−２）とを備えている。第１光学素子１００−１、第１位相調整部３１０−１、中間光学素子３２０、第２位相調整部３１０−２及び第２光学素子１００−２は、この順に直列に接続されている。
【００８２】
各位相調整部３１０のそれぞれは、互いに光路長の異なる１対のアームコア（第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２）を含んでいる。図２の構成例では、第２アームコア３１２に対して、第１アームコア３１１の光路長が長く設計されている。
【００８３】
第１アームコア３１１は、一端３１１ａ側で光学素子１００の第１結合導波路部６１と接続され、及び他端３１１ｂ側で中間光学素子３２０と接続されている。また、第２アームコア３１２は、一端３１２ａ側で光学素子１００の第２結合導波路部６２と接続され、及び他端３１２ｂ側で中間光学素子３２０と接続されている。従って、第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２は、光学素子１００と中間光学素子３２０との間を並列に接続している。ここでは、第１位相調整部３１０−１の第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２は、第１光学素子１００−１と中間光学素子３２０との間を接続している。また、第２位相調整部３１０−２の第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２は、第２光学素子１００−２と中間光学素子３２０との間を接続している。
【００８４】
また、第１位相調整部３１０−１と第２位相調整部３１０−２とは、それぞれの第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２が、中間光学素子３２０に対して反対称となるように配置される。このように配置することによって、第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２の一方の、第１結合部４０の第１又は第２入出力部４１又は４２から入力し、第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２の他方の、第１結合部４０の第１及び第２入出力部４１及び４２から取り出す光の波長帯域を広くとることができる。すなわち、バー状態及びクロス状態の出力光の双方に対して、ｆｌａｔ−ｔｏｐ特性を実現することができる。
【００８５】
中間光学素子３２０は、３ｄＢの分岐比を有する合分波器である。中間光学素子３２０としては、例えばＭＭＩカプラや方向性結合器を用いることができる。図２では、中間光学素子３２０をＭＭＩカプラとして構成した場合の構成例を示している。なお、中間光学素子３２０についても、この実施の形態の光学素子１００を用いることができる。
【００８６】
マッハツェンダ型波長フィルタ３００では、第１光学素子１００−１の第１又は第２入出力部４１又は４２から光が入力される。入力された光は、第１光学素子１００−１で分岐される。分岐された光は、第１位相調整部３１０−１の第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２に入力される。第１位相調整部３１０−１では、第１アームコア３１１を伝播する光と、第２アームコア３１２を伝播する光とに、第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２の光路長差に応じた位相差が与えられる。第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２を伝播する光は、中間光学素子３２０で干渉され、再び分岐される。中間光学素子３２０で分岐された光は、第２位相調整部３１０−２の第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２に入力される。第２位相調整部３１０−２では、第１位相調整部３１０−１と同様に、第１アームコア３１１を伝播する光と第２アームコア３１２を伝播する光とに位相差が与えられる。第２位相調整部３１０−２を経た光は、第２光学素子１００−２で干渉される。そして、干渉された光は、第２光学素子１００−２の第１及び第２入出力部４１及び４２からそれぞれ出力される。
【００８７】
マッハツェンダ型波長フィルタ３００では、第１位相調整部３１０−１及び第２位相調整部３１０−２で与えられる位相差に応じた波長の光を、第２光学素子１００−２の第１及び第２入出力部４１及び４２から取り出すことができる。
【００８８】
ここで、光学素子１００を利用するマッハツェンダ型波長フィルタは、２つの位相調整部３１０−１及び３１０−２を備える構成例に限定されない。２Ｎ＋１個の光学素子を用いて、２Ｎ個の位相調整部を接続するマッハツェンダ型波長フィルタを構成することもできる。
【００８９】
図３を参照して、２Ｎ個の位相調整部を備えるマッハツェンダ型波長フィルタについて説明する。図３は、マッハツェンダ型波長フィルタを示す概略的平面図である。なお、図３では、クラッド層及び支持基板を省略している。また、上述した光学素子１００（図１参照）及び位相調整部３１０（図３参照）と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９０】
図３の構成例では、マッハツェンダ型波長フィルタ４００は、２Ｎ＋１個の光学素子として、５つの光学素子（第１、第２、第４及び第５光学素子１００−１、２、４及び５並びに中間光学素子（第３光学素子）４２０）と、２Ｎ個の位相調整部として、４つの位相調整部３１０（第１〜第４位相調整部３１０−１〜４）とを備えている。
【００９１】
第１及び第２光学素子１００−１及び２、中間光学素子４２０、並びに第４及び第５光学素子１００−４及び５は、この順に配列されている。そして、第１〜第４位相調整部３１０−１〜４は、これら５つの光学素子１００−１及び２、４２０、１００−４及び５間を接続している。そして、各位相調整部３１０の第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２は、それぞれ隣り合う光学素子１００−１、２、４及び５並びに４２０の間を並列に接続している。
【００９２】
マッハツェンダ型波長フィルタ４００では、中間光学素子４２０を第Ｎ＋１番目（ここでは第３番目）の光学素子として配置する。中間光学素子４２０は、３ｄＢの分岐比を有する合分波器である。中間光学素子４２０としては、例えばＭＭＩカプラや方向性結合器を用いることができる。図３では、中間光学素子４２０をＭＭＩカプラとして構成した場合の構成例を示している。なお、中間光学素子４２０についても、この実施の形態の光学素子１００を用いることができる。
【００９３】
また、マッハツェンダ型波長フィルタ４００では、複数対の位相調整部３１０の組み合わせができる。これら各組の位相調整部３１０において、第１アームコア３１１及び第２アームコア３１２が、中間光学素子４２０に対して反対称となるように配置する。このように配置することによって、バー状態及びクロス状態の出力光の双方に対してｆｌａｔ−ｔｏｐ特性を実現することができる。
【００９４】
このように、マッハツェンダ型波長フィルタ４００では、各光学素子１００の分岐比を調整することによって、出力光の波長帯域をより広くとることができる。
【００９５】
（特性評価）
発明者は、図２に示す光学素子３００の特性を評価するシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、図２に示す光学素子３００において、第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２の一方の、第１結合部４０の第１又は第２入出力部４１又は４２から入力され、第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２の他方の、第１結合部４０の第１又は第２入出力部４１又は４２から出力される光の強度を確認した。ここでは、方向性結合器として構成された第２結合部６０単体での分岐比を変更し、それぞれの出力光の強度を確認した。なお、移相部５０が与える位相差２φを２π／７とした。
【００９６】
シミュレーションの結果を図４に示す。図４は、マッハツェンダ型波長フィルタ３００の特性を評価する図である。図４では、縦軸に強度を任意単位で、また、横軸に、入力光の波長に対応する、第１位相調整部３１０−１及び第２位相調整部３１０−２で生じる位相を任意単位でとって示してある。
【００９７】
図４において、曲線２０１は、第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２の第２結合部６０単体での分岐比を３：７に設計した場合において、分岐比３が設定された側の出力光の強度を示している。曲線２０３は、第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２の第２結合部６０単体での分岐比を１：１（すなわち３ｄＢ）に設計した場合の強度を示している。曲線２０５は、第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２の第２結合部６０単体での分岐比を７：３に設計した場合において、分岐比７が設定された側の出力光の強度を示している。
【００９８】
図４に示すように、第２結合部６０単体での分岐比を変更しても、出力光の強度はほぼ一致する。従って、作製誤差によって、第２結合部６０単体での分岐比が３ｄＢから変動した場合であっても、その変動の影響が、光学素子１００全体の分岐比にはほとんど影響しないことが確認された。
【００９９】
（リング共振器）
図５を参照して、上述した光学素子を利用したリング共振器について説明する。図５は、リング共振器を示す概略的平面図である。なお、図５では、クラッド層及び支持基板を省略している。また、上述した光学素子１００（図１参照）と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１００】
リング共振器５００は、上述した光学素子１００をカプラとして利用して構成される。
【０１０１】
リング共振器５００は、２つの光学素子１００（第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２）と、第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２間に設けられた１対の曲線導波路コア（第１曲線導波路コア５１０及び第２曲線導波路コア５２０）とを備える。
【０１０２】
第１曲線導波路コア５１０は、第１光学素子１００−１の第２結合導波路部６２と、第２光学素子１００−２の第２入出力部４２との間を接続する。第２曲線導波路コア５２０は、第２光学素子１００−２の第２結合導波路部６２と、第１光学素子１００−１の第２入出力部４２との間を接続する。従って、第１光学素子１００−１、第１曲線導波路コア５１０、第２光学素子１００−２及び第２曲線導波路コア５２０は、この順に環状に接続されている。そして、これら第１光学素子１００−１、第１曲線導波路コア５１０、第２光学素子１００−２及び第２曲線導波路コア５２０によってリング導波路コア５５０が構成される。
【０１０３】
リング共振器５００では、第１光学素子１００−１の第１入出力部４１から光が入力される。第１光学素子１００−１は入力された光を分岐する。分岐された光の一方は、第１曲線導波路コア５１０を経て第２光学素子１００−２に入力される。第２光学素子１００−２は入力された光を分岐する。分岐された光の一方は、第２曲線導波路コア５２０を経て第１光学素子１００−１に入力される。そして、リング共振器５００では、第１入出力部４１から入力される光に対して、リング導波路コア５５０と共振する波長の光が、第１光学素子１００−１及び第２光学素子１００−２の第１結合導波路部６１から出力される。出力される光の波長は、第１曲線導波路コア５１０及び第２曲線導波路コア５２０の光路長に応じて設定することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０：支持基板
２０：クラッド層
３０：光導波路コア
４０：第１結合部
５０：移相部
６０：第２結合部
１００：光学素子
３００、４００：マッハツェンダ型波長フィルタ
３１０：位相調整部
３２０、４２０：中間光学素子
５００：リング共振器
【図１】
2016180867.tif 000015
【図２】
2016180867.tif 000016
【図３】
2016180867.tif 000017
【図４】
2016180867.tif 000018
【図５】
2016180867.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月6日(2016.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ｄＢの分岐比を有する第１結合部と、移相部と、３ｄＢの分岐比を有する第２結合部とが、この順に直列に接続された光導波路コアを備え、
前記第１結合部は、入力される光を２分岐して前記移相部に送り、
前記移相部は、前記２分岐された光に位相差を与えて前記第２結合部に送り、
前記第２結合部は、前記移相部から送られる光を干渉させ、及び干渉させた光を前記位相差に応じた分岐比で分岐して出力し、
前記第１結合部及び前記第２結合部の一方が多モード干渉カプラとして構成され、かつ他方が方向性結合器として構成されており、
マッハツェンダ型波長フィルタ又はリング共振器のカプラの合分波器として用いられる
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
第１光学素子と、第１位相調整部と、中間光学素子と、第２位相調整部と、第２光学素子とが、この順に直列に接続されており、
前記第１位相調整部及び前記第２位相調整部のそれぞれは、第１アームコア及び第２アームコアを有し、
前記第１位相調整部の前記第１アームコア及び前記第２アームコアは、前記第１光学素子と前記中間光学素子との間を並列に接続し、
前記第２位相調整部の前記第１アームコア及び前記第２アームコアは、前記第２光学素子と前記中間光学素子との間を並列に接続し、
前記第１アームコアと前記第２アームコアとは、互いに光路長が異なっており、
前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、請求項１に記載の光学素子である
ことを特徴とするマッハツェンダ型波長フィルタ。
【請求項３】
第１〜第２Ｎ＋１（Ｎは正の整数）光学素子と、第１〜第２Ｎ位相調整部とを備え、
前記第１〜第２Ｎ＋１（Ｎは正の整数）光学素子はこの順に配列され、
前記第１〜第２Ｎ位相調整部は、前記第１〜第２Ｎ＋１光学素子間の各間を接続し、
第１〜第２Ｎ位相調整部のそれぞれは、第１アームコア及び第２アームコアを有し、
前記第１アームコア及び前記第２アームコアは、隣り合う前記第１〜第２Ｎ＋１光学素子間を並列に接続し、
前記第１アームコアと前記第２アームコアとは、互いに光路長が異なっており、
前記第１〜第Ｎ及び第Ｎ＋２〜第２Ｎ＋１光学素子は、請求項１に記載の光学素子である
ことを特徴とするマッハツェンダ型波長フィルタ。
【請求項４】
第１光学素子及び第２光学素子と、第１曲線導波路コア及び第２曲線導波路コアとを備え、
前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、請求項１に記載の光学素子であり、
前記第１光学素子、前記第１曲線導波路コア、前記第２光学素子及び前記第２曲線導波路コアがこの順に環状に接続されたリング導波路コアが構成されており、
前記第１光学素子が備える前記第１結合部から入力され、前記リング導波路コアと共振する波長の光が、前記第１光学素子及び前記第２光学素子のそれぞれが備える前記第２結合部から出力される
ことを特徴とするリング共振器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
この発明の光学素子は、３ｄＢの分岐比を有する第１結合部と、移相部と、３ｄＢの分岐比を有する第２結合部とが、この順に直列に接続された光導波路コアを備える。第１結合部は、入力される光を２分岐して移相部に送る。移相部は、第１結合部で２分岐された光に位相差を与えて第２結合部に送る。第２結合部は、移相部から送られる光を干渉させ、及び干渉させた光を位相差に応じた分岐比で分岐して出力する。第１結合部及び第２結合部の一方が多モード干渉カプラとして構成され、かつ他方が方向性結合器として構成されている。この発明の光学素子は、マッハツェンダ型波長フィルタ又はリング共振器のカプラの合分波器として用いられる。