(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端面と、第２の、前記第１の端面に対向する端面とにより画成された、光学的に透明な媒体よりなるスラブ状の光学部材と、
前記第１の端面に対向して設けられ、前記光学部材に光学的に結合された複数の単一モード光導波路と、
前記第２の端面に対向して設けられ、前記光学部材に前記光学的に結合された別の単一モード光導波路と、
前記光学部材の前記第１の端面に、前記複数の単一モード光導波路に対応して設けられ、前記光学部材の前記第１の端面から前記対応する単一モード光導波路に向かって延在し、前記単一モード光導波路に接続された複数の延在部とよりなり、
前記複数の延在部の各々は、前記対応する単一モード光導波路よりも広い幅と前記単一モード光導波路を伝送される光信号の波長に対応した長さとを有し、
前記長さは前記複数の延在部で互いに異なっており、
前記複数の単一モード光導波路は、前記スラブ状の光学部材の光学的な幅を、前記複数の単一モード光導波路の数で割った値に等しい相互間隔で設けられており、
前記光学部材は、基板と、前記基板上に形成されたコア層と、前記コア層上に形成されたクラッド層とを含み、
前記コア層は、前記基板およびクラッド層のいずれもより高い屈折率を有することを特徴とする光結合器。
【請求項２】
前記長さは、λｎ を前記対応する単一モード光導波路中を伝送される光信号の波長、λｃをλｎ のうちもっとも長い光波長（λｃ＝λｎ ｍａｘ ）として、
Ｌｅｘｔ，ｎ ≒Ｌｍｍｉ，ｃ ×［（λｃ ／λｎ ）−１］、
Ｌｍｍｉ，ｃ は、前記光波長λｃ を使って
Ｌｍｍｉ，ｃ ＝（１／Ｎ）×ｎｒ ×（Ｗｅ ２ ／λｃ ）、
ただしｎｒ は前記光学部材の実効屈折率、Ｎは前記第１の端面に対向して設けられた前記単一モード光導波路の数、Ｗｅ は前記透明光学部材の光学的な実効幅を表す、で与えられることを特徴とする請求項１記載の光結合器。
【請求項３】
前記基板はＩｎＰ基板であり、前記コア層はＩｎＧａＡｓＰ層であり、前記クラッド層はＩｎＰ層であることを特徴とする請求項１または２記載の光結合器。
【請求項４】
前記第１の端面において、前記複数の延在部は、長さが最大のものが中央部に、また長さが最短のものが前記第１の端面の両側縁部に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の光結合器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載した光結合器と、前記複数の単一モード光導波路に光学的に結合されたレーザアレイと、前記別の単一モード光導波路に光学的に結合された光増幅器とを含むことを特徴とする多波長光源
【請求項６】
入射側端面と、前記入射側端面に対向する出射側端面とにより画成された、光学的に透明な媒体よりなるスラブ状の第１の光学部材と、
前記第１の光学部材の入射側端面に設けられ、各々端部が前記第１の光学部材の前記入射側端面に物理的に接続された複数の入射側単一モード光導波路と、
前記第１の光学部材の出射側端面に設けられ、各々第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部が前記光学部材の前記出射側端面に物理的に接続された、複数の、各々は異なった光路長を有する第１の出射側単一モード光導波路と、
前記第１の出射側単一モード光導波路の各々の前記第２の端部が物理的に接続される入射側端面と、前記入射側端面に対向する出射側端面とにより画成された、光学的に透明な媒体よりなるスラブ状の第２の光学部材と、
前記第２の光学部材の前記出射側端面に光学的に結合された端部を有する、複数の第２の出射側単一モード光導波路と、
前記複数の第２の出射側単一モード光導波路に対応して設けられ、前記第２の光学部材の前記出射側端面から前記対応する前記第２の出射側単一モード光導波路に向かって延在し、前記第２の出射側単一モード光導波路に物理的に接続された複数の延在部とよりなり、
前記複数の延在部の各々は、前記対応する第２の出射側単一モード光導波路よりも広い幅と前記出射側単一モード光導波路を伝送される光信号の波長に対応した長さとを有し、
前記長さは前記複数の延在部で互いに異なっており、
前記第２の光学部材ではその入射側端面に、前記複数の第１の出射側単一モード光導波路が、前記スラブ状の第２の光学部材の幅を前記複数の第１の出射側単一モード光導波路の数で割った値に等しい相互間隔で設けられており、
前記第２の光学部材ではその出射側端面に、前記複数の第２の出射側単一モード光導波路が、前記スラブ状の第２の光学部材の幅を前記複数の第２の出射側側単一モード光導波路の数で割った値に等しい相互間隔で設けられており、
前記第１および第２の光学部材の各々は、基板と、前記基板上に形成されたコア層と、前記コア層上に形成されたクラッド層とを含み、
前記コア層は、前記基板およびクラッド層のいずれよりも高い屈折率を有することを特徴とする光結合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に光学要素に関し、特に光導波路を構成し、光結合器あるいは光パワースプリッタとして使われる光学要素に関する。
大量の情報を処理し、あるいは伝送する光情報処理系においては、光導波路は基本的な構成要素の一つである。かかる光情報処理系においては、光導波路中に複数の光信号を合成し、単一の光信号にまとめる光結合器、あるいは単一の光信号を複数の光信号に分解する光パワースプリッタが設けられることが多い。特に最近の大容量光情報処理系においては、各々の光信号が複数の波長の光信号成分を含む、いわゆる波長多重化（ＷＤＭ）光信号を構成するため、かかる光結合器あるいは光パワースプリッタも、このような複数の波長の光信号成分を扱える必要がある。換言すると、波長多重化光信号を扱う光結合器あるいは光パワースプリッタは、前記波長多重化光信号を構成する複数の波長の光信号成分に対して一様に低い光損失を有する必要がある。
【０００２】
このような波長多重化光信号を扱う技術として、いわゆるＡＷＧ（arrayed waveguide grating ）構成があるが、かかるＡＷＧ構成は一般に大規模になり、費用も高く、このため安価な光結合器あるいは光パワースプリッタを使わざるを得ない場合がある。
【０００３】
【従来の技術】
図１は、従来より使われている、単一波長光信号のために設計された光パワースプリッタ１０の構成を示す。例えば特開平８−２０１６４８号公報を参照。
図１を参照するに、光パワースプリッタ１０は光学的に透明な本体ないしスラブ１０Ａと、前記スラブ１０Ａの入射側端面１０1 に形成された入射側単一モード光導波路１０Ｂと、前記スラブ１０Ａの出射側端面１０2 に形成された複数の出射側単一モード光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 よりなり、前記入射側単一モード光導波路１０Ｂから入射した、横方向への光強度分布１０ｂを有する波長λの入射光は前記スラブ１０Ａ中において拡散し、側壁面で反射された後、前記出射側端面１０2 において前記出射側単一モード光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 に入射する。すなわち、図１のスラブ１０Ａは多モード光導波路を構成する。その際、前記スラブ１０Ａの長さは、前記出射側端面１０2 上に前記出射側単一モード光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 において光強度分布１０ｃが最大になるように設定される。
【０００４】
例えば、図１のスラブ１０Ａの物理的な長さをＬmmi 、物理的な幅をＷm 、光学的な幅をＷe とした場合、前記長さＬmmi は、
Ｌmmi ＝３Ｌc ／４Ｎ                                        （１）
で与えられ、また前記出射側単一モード光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 の相互間隔Ｄi は、
Ｄi ＝  Ｗe ／Ｎ                                            （２）
で決定される。ただし、Ｎは前記出射側単一モード光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 の数を表し、式（１）中のパラメータＬc は
Ｌc ＝（４／３）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λ）                    （３）
で与えられる。ここで、ｎr は前記スラブ１０Ａを構成する光学的媒質の、横方向への実効屈折率である。また、Ｗe はＷm よりもやや大きい。
【０００５】
従って、前記長さＬmmi は先の式（１）および（３）より、
Ｌmmi ＝３Ｌc ／４Ｎ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λ）      （４）
で与えられる。
前記スラブ１０Ａの長さＬmmi を式（４）に従って設定することにより、前記スラブ１０Ａの出射側端面１０2 上においては、前記出射側単一モード光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 に対応した位置に、前記スラブ１０Ａ中における様々なモードの干渉の結果生じる自己結像効果により強い光強度が得られ、前記光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 とスラブ１０Ａとの間に効率的な光結合が実現する。
【０００６】
また、図１のパワースプリッタ１０は、入射側と出射側とを入れ替えると、光結合器としても機能する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１の光パワースプリッタ１０において前記入射側単一モード光導波路１０Ｂに波長多重化光信号を供給した場合には、式（４）が波長λをパラメータとして含んでいることからもわかるように、特定の波長の光信号成分については光損失が小さいものの、他の波長の光信号成分については光損失が非常に大きくなる。すなわち、これらの波長では、最適なＬmmi の値がスラブ１０Ａの長さに合致しなくなる。
【０００８】
このように、図１の光パワースプリッタあるいは光結合器１０は簡単な構成を有し、安価に製造できるものの、波長多重化光信号を処理するには不適当である問題点を有していた。
そこで、本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な光導波路を提供することを概括的課題とする。
【０００９】
本発明のより具体的な課題は、簡単な構成を有し、安価に形成でき、波長多重化光信号の光結合器あるいは光パワースプリッタとして機能する光導波路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、請求項１に記載したように、
第１の端面と、第２の、前記第１の端面に対向する端面とにより画成された、光学的に透明な媒体よりなる光学部材と、
前記第１の端面に対向して設けられ、前記光学部材に光学的に結合された複数の単一モード光導波路と、
前記第２の端面に対向して設けられ、前記光学部材に前記光学的に結合された別の単一モード光導波路と、
前記光学部材の前記第１の端面に、前記複数の単一モード光導波路に対応して設けられ、前記光学部材の前記第１の端面から前記対応する単一モード光導波路に向かって延在し、前記単一モード光導波路に接続された複数の延在部とよりなり、
前記複数の延在部の各々は、前記対応する単一モード光導波路よりも広い幅と前記単一モード光導波路を伝送される光信号の波長に対応した長さとを有し、
前記長さは前記複数の延在部で互いに異なっていることを特徴とする請求項１記載の光導波路により、解決する。
【００１１】
本発明はまた上記の課題を、請求項２に記載したように、前記長さは、λn を前記対応する単一モード光導波路中を伝送される光信号の波長、λｃをλｎのうち最も長い波長以上の光波長（λｃ≧λn max ）として、
Ｌext,n ≒Ｌmmi,c ×［（λc ／λn ）−１］、
Ｌmmi,c は、前記光波長λc を使って
Ｌmmi,c ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λc ）、
ただしｎr は前記光学部材の実効屈折率、Ｎは前記第１の端面に対向して設けられた前記単一モード光導波路の数、Ｗe は前記透明光学部材の光学的な実効幅を表す、で与えられることを特徴とする請求項１記載の光導波路により、解決する。
【００１２】
本発明はまた上記の課題を、請求項３に記載したように、
前記第１の端面において、前記複数の延在部は、長さが最大のものが中央部に、また長さが最短のものが前記第１の端面の両側縁部に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光導波路により、解決する。
本発明はまた上記の課題を、
前記複数の延在部の間には、前記第１の端面を露出する切り込み部がないことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の光導波路により、解決する。
【００１３】
本発明はまた上記の課題を、
前記複数の延在部の間は、前記第１の端面に斜交する斜面により画成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の光導波路により、解決する。
本発明はまた上記の課題を、請求項４に記載したように、
請求項１〜３のうち、いずれか一項に記載した光導波路と、前記複数の単一モード光導波路に光学的に結合されたレーザアレイと、前記別の単一モード光導波路に光学的に結合された光増幅器とを含むことを特徴とする多波長光源により解決する。
【００１４】
本発明はまた上記の課題を、請求項５に記載したように、
入射側端面と、前記入射側端面に対向する出射側端面とにより画成された、光学的に透明な媒体よりなる第１の光学部材と、
前記第１の光学部材の入射側端面に設けられ、各々端部が前記第１の光学部材の前記入射側端面に物理的に接続された複数の入射側単一モード光導波路と、
前記第１の光学部材の出射側端面に設けられ、各々第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部が前記光学部材の前記出射側端面に物理的に接続された、複数の、各々は異なった光路長を有する別の単一モード光導波路と、
前記別の単一モード光導波路の各々の前記第２の端部が物理的に接続される入射側端面と、前記入射側端面に対向する出射側端面とにより画成された、光学的に透明な媒体よりなる第２の光学部材と、
前記第２の光学部材の前記出射側端面に光学的に結合された端部を有する、複数の出射側単一モード光導波路と、
前記複数の出射側単一モード光導波路に対応して設けられ、前記第２の光学部材の前記出射側端面から前記対応する前記出射側単一モード光導波路に向かって延在し、前記出射側単一モード光導波路に物理的に接続された複数の延在部とよりなり、
前記複数の延在部の各々は、前記対応する出射側単一モード光導波路よりも広い幅と前記出射側単一モード光導波路を伝送される光信号の波長に対応した長さとを有し、
前記長さは前記複数の延在部で互いに異なっていることを特徴とする多モード干渉光多重化器により、解決する。
［作用］
本発明によれば、単一モード光導波路を介して波長多重化光信号を供給される光学部材を含み、前記光学部材中において前記多重光信号を多モード干渉（multi-mode interference)させ、前記多重光信号を構成する、波長が互いに異なった複数の光信号成分を、それぞれの対応した単一モード光導波路に出力する光パワースプリッタ、あるいは複数の単一モード光導波路を介して、複数の波長の光信号を供給される光学部材を含み、前記光学部材中において前記光信号を多モード干渉させ、その結果得られた、前記複数の光信号を成分とする波長多重化光信号を、単一の単一モード光導波路に出力する光結合器において、前記光学部材に対して前記複数の光信号の波長にそれぞれ対応した長さの複数の延在部を設けることにより、前記光学部材の実効的な長さが光信号成分の波長毎に変化され、その結果光パワースプリッタにおいても、光結合器においても、各波長における光損失を最小化することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［参考例］
図２（Ａ），（Ｂ）は本発明の参考例による光導波路２０の構成を示す。ただし図２（Ａ）は前記光導波路２０の平面図を、図２（Ｂ）は断面図を示す。
図２（Ｂ）の断面図を参照するに、前記導波路２０はクラッド層を兼ねるＩｎＰ基板２１上にＭＯＶＰＥ法あるいはＭＢＥ法により形成された厚さが約３００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰよりなるコア層２２と、厚さが約３００ｎｍのＩｎＰよりなるクラッド層２３とよりなり、前記コア層２２とクラッド層２３とはＲＩＥ法によりパターニングされて、図２（Ａ）に示す平面図のメサ構造を形成する。
【００１６】
次に図２（Ａ）を参照するに、前記光導波路２０は光パワースプリッタとして使われており、入射側端面２０1 とこれに対向する出射側端面２０2 とにより画成された物理的な幅がＷm の多モード光干渉領域２０Ａを含み、前記入射側端面２０1 には波長がλ1 〜λ4 の波長多重化光信号を伝送する入射側単一モード光導波路２０Ｂが接続されている。ここではλ1 ＞λ2 ＞λ3 ＞λ4 とする。一方、前記出射側端面２０2 には、それぞれ波長がλ1 〜λ4 の光信号を伝送する複数の出射側単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 が光学的に結合されるが、前記光導波路２０Ｃ2 〜２０Ｃ4 については、前記多モード光干渉領域２０Ａの出射側端面２０2 との間に、それぞれ延長部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 が介在される。なお、図１の光パワースプリッタ１０と同様に、前記光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 は前記出射側端面２０2 上に、一様な間隔Ｗe ／Ｎで実質的に相互に平行に形成される。
【００１７】
ここで、前記多モード光干渉領域２０Ａの長さＬmmi は、前記単一モード光導波路２０Ｃ1 に出射される波長がλ1 の光信号成分を基準に、先の式（４）に対応した式（５）により、
Ｌmmi,1 ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λ1 ）      （５）
決定される。ただし、図２の例では、Ｎ＝４である。
【００１８】
これに対し、前記延長部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 の長さＬext,n （ただしｎ＝２〜４）は、
Ｌext,n ≒Ｌmmi,1 ×［（λ1 ／λn ）−１］        （６）
に従って設定される。
その結果、前記入射側光導波路２０Ｂに波長がλ1 〜λ4 の光信号成分を含む波長多重化光信号が供給された場合でも、前記各々の出射側単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 における光損失は最小化され、効率的な光結合が実現される。
【００１９】
図３は、図２（Ａ），（Ｂ）の構成の光パワースプリッタ２０において、出射側単一モード光導波路の数Ｎを８とした場合の、各波長毎の透過率を、図１に示す従来のものと比較して示す。
図３を参照するに、点線は従来の場合のものであり、中心波長１５５０ｎｍの両側で顕著な減衰、すなわち光損失が生じるのがわかるのに対し、図中実線で示す本発明による光パワースプリッタ２０では、いずれの波長においても光損失が最少になっているのがわかる。
【００２０】
なお、図２（Ａ），（Ｂ）の構成では、図１の構成も同様であるが、入射側端面２０１ にわずかなテーパ角θが形成してある。これは、前記多モード光干渉領域２０Ａ中における光干渉の際に、光強度が実質的にゼロになる部分が前記端面２０１ に隣接して形成されるため、このような部分を切り落とした結果生じている。
［第１実施例］
前記光パワースプリッタ２０は、入射光と出射光の方向を反転させると、光結合器としても機能する。
【００２１】
図４は、かかる本発明の第１実施例による光結合器３０の構成を示す。ただし図４中先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図４を参照するに、光結合器３０は前記光パワースプリッタ２０と実質的に同一の構成を有するが、本実施例の光結合器３０では前記単一モード光導波路２０Ｃ１ 〜２０Ｃ４ を通って、それぞれ波長がλ１ 〜λ４ の光信号が前記多モード光干渉領域２０Ａに入射し、前記多モード光干渉領域２０Ａにおいて多モード干渉を生じる。その結果、自己結像効果により強い光強度が前記端面２０１ のうち、前記単一モード光導波路２０Ｂが接続されている部分に生じ、前記単一モード光導波路２０Ｂに、前記波長がλ１ 〜λ４ の光信号を重畳した波長多重化光信号が得られる。
【００２２】
先の実施例の光パワースプリッタ２０でも事情は同じであるが、本実施例による光結合器３０では、前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 が、前記多モード光干渉領域２０Ａと同様な多モード光導波路を構成していることに注意が必要である。このため、前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 は、対応する単一モード光導波路２０Ｃ2 〜２０Ｃ4 よりも大きな幅を有し、その結果、前記単一モード光導波路２０Ｃ2 〜２０Ｃ4 中を導波された光信号は、前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 に入射した時点で図４中に破線で示すように拡散し、前記多モード光干渉領域２０Ａに入射する。このため、前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 は、かかる光信号の拡散を妨げないような、単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の幅よりも大きな幅に設定されなければならない。さもないと、図３の本発明の好ましい特徴は実現できない。図３の結果は、かかる前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 における光信号の拡散が全く妨げられなかった場合についてのものである。
【００２３】
先にも説明したように、前記単一モード光導波路２０Ｃ１ 〜２０Ｃ４ の幅を、導波された光信号が十分に拡散して前記多モード光干渉領域２０Ａに入射するように十分に大きく設定することは、図４の光結合器３０のみならず、図２（Ａ），（Ｂ）の光パワースプリッタにおいても重要である。
［第２実施例］
先にも説明したように、前記単一モード光導波路２０Ｃ１ 〜２０Ｃ４ の幅を、導波された光信号が十分に拡散して前記多モード光干渉領域２０Ａに入射するように十分に大きく設定することが本発明の光導波路では非常に重要である。しかしこの要求を満足することは、図４より容易にわかるように、特に最も長い延在部２０Ｅ４ においては困難である。図４の例では、前記延在部２０Ｅ４ においては光導波路２０Ｃ４ から入射する光信号の拡散が、実際には妨げられているのがわかる。
【００２４】
これに対し、図５は、本発明の第２実施例による光結合器４０の構成を示す。ただし図５中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図５を参照するに、光結合器４０においては先の実施例で使われた、各々の入射側単一モード光導波路２０Ｃ２ 〜２０Ｃ４ に対応した延在部２０Ｅ２ 〜２０Ｅ４ の代わりに、前記入射側端面２０２ 上に、単一の階段状多モード導波領域２０Ｅを形成する。かかる階段状多モード導波領域２０Ｅは、前記各々の入射側単一モード光導波路２０Ｃ１ 〜２０Ｃ４ に対応した階段部を含み、前記階段部の高さ、即ち前記入射側端面２０２ から測った距離が、前記式（６）に従って決定されている。
【００２５】
かかる構成では、先の図４の構成において前記光導波路２０Ｃ4 を介して伝送され、前記延在部２０Ｅ4 において拡散しながら前記多モード光干渉領域２０Ａに入射する波長がλ4 の入射光のうちの一部（図４中に符号２０c4で示す）の拡散が妨げられ、その結果、かかる入射光が前記多モード光干渉領域２０Ａにおける正規の多モード干渉以外の望ましくない多モード干渉も受けてしまう問題が、前記別々の延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 の代わりに単一の階段状延在部２０Ｅを使うことにより、軽減される。
【００２６】
なお、図５の光結合器４０は、入射光と出射光の方向を反転させることにより、光パワースプリッタとして使うことも可能である。
［第３実施例］
図６は、本発明の第３実施例による光結合器５０の構成を示す。ただし図６中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００２７】
図６を参照するに、本実施例では前記入射側単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の順序を変更し、前記階段状多モード導波領域２０Ｅの最も高い階段部、すなわち光導波路２０Ｃ4 に対応する段部が、光導波路２０Ｃ2 に対応する段部と光導波路２０Ｃ3 に対応する段部との中間に位置するように構成する。その結果、前記光導波路２０Ｃ4 中を導波された光信号も前記階段状多モード導波領域２０Ｅ中において妨げられることなく拡散し、光結合器５０は先に図３で説明した理想的な光透過特性を示す。本実施例では、前記光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 を出た波長がλ1 〜λ4 の入射光は、いずれも前記多モード光干渉領域２０Ａにおいて生じる正規の多モード干渉作用のみを受ける。
【００２８】
先の実施例と同様に、図６の光結合器５０において入射光と出射光の方向を反転させると、前記光結合器５０は高効率光パワースプリッタとして作用する。
本実施例のその他の特徴は、先の実施例の説明から明らかであり、説明を省略する。
［第４実施例］
図７は、本発明の第４実施例による光結合器６０の構成を示す。ただし図７中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００２９】
図７を参照するに、光結合器６０は図５の光結合器４０の一変形例であり、前記階段状多モード導波領域２０Ｅを構成する階段と階段の間を、前記入射側端面２０2 に斜交する端面２０3 で結んだ構成を有する。かかる構成は、図５の光結合器４０よりも形成が容易であり、その結果前記単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の数を更に増やしても、光結合器６０の製造上の問題は生じない。
【００３０】
本実施例のその他の特徴および利点は先のものと同様であり、説明を省略する。
［第５実施例］
図８は、本発明の第５実施例による光結合器７０の構成を示す。ただし図８中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
図８を参照するに、前記光結合器７０は先に図６で説明した光結合器５０の特徴と図７で説明した光結合器６０の特徴を併せ持ち、階段状多モード導波領域２０Ｅ中の最も高い段部を中央部に、最も低い段部を両側部に配置するように配置し、さらに段部と段部の間を直線状の端面で結ぶ。
かかる構成は入射側単一モード光導波路２０Ｃに含まれる導波路の数が増大した場合にも容易に製造でき、しかもいずれの導波路を介して前記多モード光干渉領域２０Ａに伝送される光信号であっても、前記階段状多モード導波領域２０Ｅで余計な干渉を受けることがなく、前記多モード光干渉領域２０Ａによる干渉のみを受ける。その結果、前記入射側光導波路２０Ｃを通って前記多モード光干渉領域２０Ａに伝送されたそれぞれの波長の光信号は、前記領域２０Ａの出射端に形成された出射側単一モード光導波路２０Ｂに高い効率で注入され、その結果前記出射側単一モード光導波路２０Ｂ中に波長多重化光信号が得られる。かかる光結合器は、このように入射光信号の波長が様々に異なっていても、光損失を最小化することが可能である。
【００３２】
図８の例では、前記入射側単一モード光導波路２０Ｃを構成する単一モード光導波路は、対応する波長のレーザダイオードアレイに結合され、また出射側単一モード光導波路２０Ｂは光増幅器に結合されている。
先の実施例と同様に、図８の光結合器７０も、光パワースプリッタとして使用することが可能である。
［第６実施例］
以上の実施例では、光結合器の場合には出射側、光パワースプリッタの場合には入射側の単一モード光導波路の数は一つとしていた。しかし、本発明は、かかる特定の構成に限定されるものではなく、出射側に複数の単一モード光導波路を設けた光結合器、あるいは入射側に複数の単一モード光導波路を設けた光パワースプリッタを構成することも可能である。
【００３３】
図９は、このような出射側にも複数の単一モード光導波路を設けた光結合器８０の構成を示す。ただし図９中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図９を参照するに、入射側端面２０2 にはそれぞれ波長がλ1 ，λ2 ，λ3 の光入力信号を伝送する単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ3 が設けられ、前記光導波路２０Ｃ2 と多モード光干渉領域２０Ａとの間には多モード光導波路を構成する延在部２０Ｅ2 が、また前記光導波路２０Ｃ3 と多モード光干渉領域２０Ａとの間には、同様に多モード光導波路を構成する延在部２０Ｅ3 が挿入されている。一方、前記光導波路２０Ｃ1 は前記多モード光干渉領域２０Ａに直接に接続されている。前記延在部２０Ｅ2 ，２０Ｅ3 の長さは、前記式（６）により決まる。
【００３４】
かかる出射側光導波路の数が２で、入射側導波路の数がＮの構成では、前記多モード光干渉領域２０Ａの長さＬmmi は先の式（３）のＬc を使って、
Ｌmmi ＝Ｌc ／Ｎ
により設定され、一方、前記出力側光導波路２０Ｂ1 ，２０Ｂ2 の間隔は、前記多モード光干渉領域２０Ａの実効的光学幅Ｗe を使って、Ｗe ／３に等しくなるように設定される。この場合、入力側光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ3 の間隔は、前記実効的光学幅Ｗe を使って、２Ｗe ／３Ｎになるように設定される。
【００３５】
また、図９の構成は、入射側光導波路の数がＮで出射側光導波路の数が同じくＮである場合に容易に拡張できる。この場合には、前記多モード光干渉領域２０Ａの長さＬmmi を、前記式（３）のＬc を使って、
Ｌmmi ＝３Ｌc ／Ｎ
により設定される。また入射側および出射側光導波路の間隔は任意に設定してよい。
【００３６】
先の実施例と同様に、図９の光結合器は、入射光と出射光の方向を反転させることで、光パワースプリッタとして使うことも可能である。
［第７実施例］
図１０は、本発明の第７実施例による多重モード干渉光マルチプレクサ９０の構成を示す。
【００３７】
図１０を参照するに、前記光マルチプレクサ９０は、波長がλ１ 〜λ４ の光多重化信号を伝送する入射側単一モード光導波路９１と、前記入射側単一モード光導波路９１が物理的に接続された従来の構成の光多重干渉素子９２と、前記従来構成の光多重干渉素子９２に単一モード光導波路９３１ 〜９３４ よりなる光内部接続回路９３を介して光学的に結合された、先の実施例で説明した構成の光多重干渉素子９２，９４ と、前記光多重干渉素子９４に光学的に結合された出射側単一モード光導波路９５とよりなり、前記出射側単一モード光導波路９５を構成する複数の単一モード光導波路の各々は、前記光多重干渉素子９４の出射側端面に設けられた、前記延在部２０Ｅに対応する延在部に接続される。その結果、前記入射側単一モード光導波路９１中の光多重化信号λ１ 〜λ４ が反多重化され、分離された光信号成分λ１ 〜λ４が、前記出射側単一モード光導波路９５を構成する各々の光導波路中にそれぞれ出力される。
【００３８】
また、前記光マルチプレクサ９０において、前記単一モード光導波路９５を構成する光導波路の各々に対応する波長の光信号λ1 〜λ4 を供給した場合、前記単一モード光導波路９１には、前記光信号λ1 〜λ4 を構成成分として波長多重化した多重化光信号が得られる。
本実施例においても先の実施例と同様に、前記延在部２０Ｅを構成する各部の長さが、伝送する光信号の波長に対応して変化させられている。
【００３９】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、単一モード光導波路を介して波長多重化光信号を供給される光学部材を含み、前記光学部材中において前記多重光信号を多モード干渉（multi-mode interference)させ、前記多重光信号を構成する、波長が互いに異なった複数の光信号成分を、それぞれの対応した単一モード光導波路に出力する光パワースプリッタ、あるいは複数の単一モード光導波路を介して、複数の波長の光信号を供給される光学部材を含み、前記光学部材中において前記光信号を多モード干渉させ、その結果得られた、前記複数の光信号を成分とする波長多重化光信号を、単一の単一モード光導波路に出力する光結合器あるいは光多重化器においても、前記光学部材に対して前記複数の光信号の波長にそれぞれ対応した長さの複数の延在部を設けることにより、前記光学部材の実効的な長さが光信号成分の波長毎に変化され、その結果光パワースプリッタにおいても、光結合器においても、また光多重化器においても、各波長における光損失を最小化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光パワースプリッタの構成を示す図である。
【図２】  （Ａ），（Ｂ）は、参考例による光パワースプリッタの構成を示す図である。
【図３】図２の光パワースプリッタの透過特性を示す図である。
【図４】  本発明の第１実施例による光結合器の構成を示す図である。
【図５】  本発明の第２実施例による光結合器の構成を示す図である。
【図６】  本発明の第３実施例による光結合器の構成を示す図である。
【図７】  本発明の第４実施例による光結合器の構成を示す図である。
【図８】  本発明の第５実施例による光結合器の構成を示す図である。
【図９】  本発明の第６実施例による光結合器の構成を示す図である。
【図１０】  本発明の第７実施例による光多重化器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０  光パワースプリッタ
１０1 ，１０2 ，２０1 ，２０2 端面
１０Ａ  スラブ
１０Ｂ，１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 ，２０Ｂ1 ，２０Ｂ2 ，２０Ｃ1 〜２０Ｃ4   単一モード光導波路
１０ｂ，１０ｃ  光強度分布
２０Ａ  多モード光干渉領域
２０Ｅ1 〜２０Ｅ4   延在部
２０Ｅ  階段状多モード導波領域
２１  ＩｎＰ基板
２２  ＩｎＧａＡｓＰコア層
２３  ＩｎＰ  クラッドそう
３０，４０，５０，６０，７０，８０  光結合器
９０  光多重化器
９１  入射側単一モード光導波路
９２，９４  光多重干渉素子
９３  内部接続回路
９５  出射側単一モード光導波路
【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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