(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する入力面および出力面をそれぞれ有する、平面導波路を以ってそれぞれ構成された入力側スターカプラおよび出力側スターカプラと、
前記入力側スターカプラの前記入力面と複数の入力ポートとを接続する入力導波路アレイと、
前記入力側スターカプラの前記出力面と前記出力側スターカプラの前記入力面とを接続する接続導波路アレイと、
前記出力側スターカプラの前記出力面と複数の出力ポートとを接続する出力導波路アレイとを具えた光波長ルータにおいて、
前記接続導波路アレイを構成する各接続導波路は、それぞれ弱導波型導波路部分と非弱導波型導波路部分とを以って構成してあり、
前記接続導波路の各々の前記弱導波型導波路部分は、それぞれ直線状に設けてあり、かつ、隣り合った弱導波型導波路部分どうし間での長さの差をそれぞれ等しくして、その長さの順に並べてあり、および、
前記接続導波路の各々の前記非弱導波型導波路部分の長さを互いに等しくしてある
ことを特徴とする光波長ルータ。
【請求項２】
請求項１に記載の光波長ルータにおいて、
前記弱導波型導波路部分は、前記入力側スターカプラの出力面に接続した部分と、前記出力側スターカプラの入力面に接続した部分との２箇所に分けて設けてある
ことを特徴とする光波長ルータ。
【請求項３】
請求項１に記載の光波長ルータにおいて、
前記非弱導波型導波路部分は、前記入力側スターカプラの出力面に接続した部分と、前記出力側スターカプラの入力面に接続した部分との２箇所に分けて設けてある
ことを特徴とする光波長ルータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光波長ルータにおいて、
前記非弱導波型導波路部分を円弧状に設けてある
ことを特徴とする光波長ルータ。
【請求項５】
弱導波型導波路部分と非弱導波型導波路部分とを以って構成される導波路を、複数並べて構成され、
前記導波路のそれぞれの前記弱導波型導波路部分は、直線状に設けられており、
隣り合う前記導波路を構成するそれぞれの弱導波型導波路部分どうし間の長さの差は、隣接する何れの導波路間においても全て等しく設定されており、
前記導波路のそれぞれの非弱導波型導波路部分の長さは、それぞれ等しく設定されており、
前記導波路は、それぞれの弱導波型導波路部分の長さの順に配列されている
ことを特徴とする導波路アレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光波長多重信号の経路を波長毎に設定するのに用いて好適な光波長ルータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光波長ルータの一例が、文献：「マイクロ・オプティクス・コンファレンス（Micro Optics Conference ；ＭＯＣ）’９５、予稿集、ｐｐ．１４０−１４３、１９９５年１０月」に開示されている。この文献に開示の光波長ルータによれば、２つのスターカプラを、互いに異なる曲率の湾曲部分を有する複数の導波路を並べて設けた導波路アレイで接続している。そして、これらの導波路は、隣り合った導波路どうし間での長さの差をそれぞれ等しくなるようにそれぞれの長さが設定してあって、しかも、これら導波路をその長さの順に並べてある。その結果、隣り合ったこれら導波路を伝搬する光は、光相互間に導波路どうし間での長さの差によって互いに等しい位相差を与えられて、出力側のスターカプラに入射する。そして、出力側のスターカプラに入射した光は互いに干渉する。これら光は、出力側スターカプラの出力面に集中して、この出力面上で干渉し合う。出力側スターカプラの出力面上の干渉によって光が強め合う位置は、波長によって異なる。従って、この光波長ルータは、この出力面上の互いに異なる位置にそれぞれ接続された複数の出力導波路から、出力導波路毎に異なる波長の光をそれぞれ取り出して、波長毎に光の経路を設定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の文献に開示の光波長ルータの小型化を図るためには、導波路アレイの占有面積をより小さくすることが望ましい。そのための一つの手法として、導波路アレイを構成する各導波路を大きな曲率で曲げることにより導波路アレイの占有面積を小さくすることが考えられる。
【０００４】
しかしながら、導波路の伝搬定数は、導波路の曲率によって異なる。そして、導波路の曲率を大きくするほど、導波路の伝搬定数も大きくなる。このため、導波路アレイの各導波路の曲率をそれぞれ大きくすると、各導波路の湾曲部分どうし間での伝搬定数の差（伝搬定数差）が大きくなる。そして、各導波路の湾曲部どうし間の伝搬定数差が大きくなると、互いに異なる導波路をそれぞれ伝搬する光相互の位相差が設計値からずれて位相誤差が生じる。その理由は、位相誤差が、一般に、伝搬定数差と、その伝搬定数差の生じている導波路部分どうし間での長さの差の設計値からのずれ量（長さのばらつき）との積に比例するためである。
【０００５】
また、導波路を大きな曲率の曲線導波路として形成するためには、導波路の光の閉じ込めを強くして光のしみ出しをできるだけ少なくする必要がある。導波路の光の閉じ込めを強くするには、導波路を構成する導波層とクラッド層との間の屈折率比（「比屈折率差」とも称する。）Δを大きくする必要がある。
【０００６】
しかしながら、屈折率比Δを大きくすると、屈折率比Δのゆらぎも大きくなる。そして、屈折率比Δのゆらぎが大きくなると、互いに異なる導波路を伝搬する光相互間の位相誤差が大きくなる。その理由は、位相誤差が、一般に、屈折率比Δのゆらぎの大きさと、その屈折率比Δのゆらぎが生じている導波路部分の長さとの積にも比例するためである。
【０００７】
導波路アレイを構成する各導波路をそれぞれ伝搬した光相互間の位相誤差が大きくなると、出力側のスターカプラの出力面上の波長毎の光強度分布のピークが低くなると共に出力面上での光の強度分布が全体的になだらかとなる。
【０００８】
また、本来は、波長とその波長の光が集中すべき光強度のピーク位置とは一対一の関係にあるが、設計上特定の波長の光が集中すべきと定めた位置に、実際に集中する光の波長は、上述した位相誤差のために、設計時の選択波長からずれてしまう場合もある。すなわち、選択波長のシフトが生じる。その結果、光波長ルータから出力される選択波長のクロストークが大きくなる。すなわち、光波長ルータのクロストーク特性（波長特性）が劣化する。
【０００９】
このため、位相誤差によるクロストーク特性の劣化の抑制を図ることができる光波長ルータの実現が望まれていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る発明者は、種々の検討および実験を重ねた結果、導波路アレイを構成する各導波路の一部分をそれぞれ直線状の弱導波型導波路にすれば、位相誤差の発生を抑制できることを発見し、この発明に到った。
【００１１】
尚、ここで弱導波型導波路とは、光閉じ込めが弱い導波路を意味する。具体的には、導波路を伝搬する光のパワーが、クラッド層に囲まれた導波層（コア層）内に５０％以下しか存在していない導波路を意味する。また、弱導波型導波路は、光閉じ込めの強さの点において、弱導波構造の光ファイバに相当する。
【００１２】
そこで、この発明の光波長ルータによれば、互いに対向した入力面および出力面をそれぞれ有する、平面導波路（「スラブ光導波路」または「プレーナ光導波路」とも称する。）を以ってそれぞれ構成された入力側スターカプラおよび出力側スターカプラと、
入力側スターカプラの入力面と複数の入力ポートとを接続する入力導波路アレイと、
入力側スターカプラの出力面と出力側スターカプラの入力面とを接続する接続導波路アレイと、
出力側スターカプラの出力面と複数の出力ポートとを接続する出力導波路アレイとを具えた光波長ルータにおいて、
接続導波路アレイを構成する各接続導波路は、それぞれ弱導波型導波路部分と非弱導波型導波路部分とを以って構成してあり、
接続導波路の各々の弱導波型導波路部分は、それぞれ直線状に設けてあり、かつ、隣り合った弱導波型導波路部分どうし間での長さの差をそれぞれ等しくして、その長さの順に並べてあり、および、
接続導波路の各々の非弱導波型導波路部分の長さを互いに等しくしてある
ことを特徴とする。
【００１３】
このように、この発明の光波長ルータによれば、接続導波路アレイを構成する各接続導波路をそれぞれ、互いに等しい長さずつ長さの異なる直線状の弱導波型導波路部分（以下、「弱導波路部分」とも称する。）と、長さが互いに等しい非弱導波型導波路部分（以下、「非弱導波路部分」とも称する。）とを以って構成する。
【００１４】
そして、この発明の光波長ルータによれば、この弱導波路部分では、屈折率比が小さいため、屈折率比のゆらぎが小さい。その上、互いに異なる接続導波路の弱導波路部分どうし間では、弱導波路部分をそれぞれ直線状としてあるので、伝搬定数差がない。このため、弱導波路部分に起因する位相誤差の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、この発明の光波長ルータによれば、各接続導波路の一部分を弱導波路部分を以って構成してあるので、各接続導波路を非弱導波型導波路のみで構成した場合に比べて、非弱導波路部分の長さが短い。このため、屈折率のゆらぎが大きな部分の長さが短い。したがって、接続導波路を非弱導波型導波路のみで構成した場合に比べて、各接続導波路における屈折率比のゆらぎと、そのゆらぎが生じている部分の長さとの積で与えられる位相誤差の抑制を図ることができる。
【００１６】
また、この発明の光波長ルータによれば、非弱導波路部分の長さを互いに等しくすることにより、非弱導波路部分どうし間での長さのばらつきを抑制する。その結果、非弱導波路部分どうし間での伝搬定数差と、その非弱導波路部分どうし間での長さのばらつきとの積に比例する位相誤差、すなわち、その非弱導波路部分どうしに起因する位相誤差を抑制することができる。
【００１７】
したがって、この発明の光波長ルータによれば、弱導波路部分および非弱導波路部分それぞれにおいて位相誤差を抑制するので、位相誤差に関するクロストーク特性の劣化の抑制を図ることができる。
【００１８】
尚、各接続導波路にそれぞれ２箇所以上に分け非弱導波路部分を設けてある場合には、非弱導波路部分の合計の長さが、各接続導波路間で等しければ良い。
【００１９】
また、この発明の光波長ルータにおいて、好ましくは、弱導波型導波路部分は、入力側スターカプラの出力面に接続した部分と、出力側スターカプラの入力面に接続した部分との２箇所に分けて設けてあると良い。
【００２０】
また、この発明の光波長ルータにおいて、好ましくは、非弱導波型導波路部分は、入力側スターカプラの出力面に接続した部分と、出力側スターカプラの入力面に接続した部分との２箇所に分けて設けてあると良い。
【００２１】
また、この発明の光波長ルータにおいて、好ましくは、非弱導波型導波路部分を円弧状に設けてあると良い。非弱導波路部分を円弧状とすれば、曲線を含みかつ互いに長さが等しい非弱導波路部分を、後述の実施の形態で説明するように、容易に設計することができる。
【００２２】
また、この発明の導波路によれば、
弱導波型導波路部分と非弱導波路部分とを以って構成してあり、
この弱導波型導波路部分の一端とこの非弱導波型導波路部分の一端とを接続してある
ことを特徴とする。
【００２３】
この発明の導波路は、その一部分を弱導波型導波路を以って構成してある。弱導波型導波路部分においては、非弱導波型導波路部分に比べて屈折率比のゆらぎが小さい。また、弱導波型導波路部分においては、後述する実施例において説明するように、導波路の寸法の精度を緩和することができる。また、この発明の導波路は、この発明の光波長ルータの導波路アレイを構成する接続導波路に用いて好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、この発明の光波長ルータの実施の形態について説明する。尚、参照する図は、この発明が理解できる程度に構成成分の大きさ、形状および配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明は図示例に限定されるものではない。
【００２５】
（第１の実施の形態）
先ず、図１を参照して、第１の実施の形態の光波長ルータの一構成例につき説明する。図１の（Ａ）は、第１の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図である。また、図１の（Ｂ）は、光波長ルータの入力側スターカプラ付近の拡大図である。
【００２６】
第１の実施の形態の光波長ルータ１００は、ＳｉＯ2 基板１０上に、通常は一定の肉厚の板状体である平面導波路を以ってそれぞれ構成された入力側スターカプラ１２および出力側スターカプラ１４を具えている。これらの入力側スターカプラ１２および出力側スターカプラ１４は、互いに対向した入力面および出力面をそれぞれ有する。これら入力面および出力面は外向に凸状の面あって、図の紙面内ではそれぞれ一定の曲率半径を持った円弧状をしているが、肉厚方向では面は直線的となっている。
【００２７】
この光波長ルータ１００は、ＳｉＯ2 基板１０上に、この入力側スターカプラ１２の入力面１２ａと複数の入力ポート１６とを接続する入力導波路アレイ１８を具えている。また、この光波長ルータ１００は、ＳｉＯ2 基板１０上に、入力側スターカプラ１２の出力面１２ｂと出力側スターカプラ１４の入力面１４ａとを接続する接続導波路アレイ２０を具えている。また、この光波長ルータ１００は、ＳｉＯ2 基板１０上に、出力側スターカプラ１４の出力面１４ｂと複数の出力ポート２２とを接続する出力導波路アレイ２４とを具えている。
【００２８】
そして、接続導波路アレイ２０を構成する各接続導波路は、それぞれ弱導波型導波路部分（弱導波路部分）２６と非弱導波型導波路部分（非弱導波路部分）２８とを以って構成してある。後述するように、弱導波路部分２６は、非弱導波路部分２８よりも幅広に形成してあるので、図１中、弱導波路部分２６を太い線で示し、非弱導波路部分２８を細い線で示してある。
【００２９】
ここでは、接続導波路の各々において、弱導波型導波路部分２６は、入力側スターカプラ１２の出力面１２ｂに接続した部分と、出力側スターカプラ１４の入力面１４ａに接続した部分との２箇所に分けて設けてある。
【００３０】
そして、接続導波路の各々の弱導波型導波路部分２６は、それぞれ直線状に設けてあり、かつ、隣り合った弱導波型導波路部分２６どうし間での長さの差をそれぞれ等しくするように、それぞれの弱導波路部分２６の長さを定めてある。そして、これら弱導波路部分２６を、その長さの順に並べてある。また、接続導波路の各々の非弱導波型導波路部分２８の長さを互いに等しくしてある。従って、各接続導波路をそれぞれ伝搬する光に与えられる位相差は、直線状の弱導波路部分２６で生じる。
【００３１】
そして、この実施の形態の光波長ルータ１００は、多入力×多出力型としても用いることができる。
【００３２】
また、この実施の形態においては、光波長ルータ１００の構成は、図の紙面内でみると、接続導波路アレイ２０の中央部分を縦断する対称軸の線に対して対称となっている。この対称軸の線を図１の（Ａ）に一点鎖線Ｙ−Ｙで示す。対称軸の右側の出力側の部分の構成は、対称軸の左側の入力側の部分の構成と同じであるので、図１の（Ｂ）には、入力側スターカプラ１２の周辺部の拡大図を示して、対称軸の線より左側の入力側の部分の構成について代表して説明する。また、図１の（Ｂ）には、図１の（Ａ）で例示した６本の接続導波路のうち図の上側の３本の接続導波路のみを図示して、他の接続導波路の図示を省略してある。
【００３３】
また、入力側スターカプラ１２は、図の紙面内では、対称軸Ｘ−Ｘに関して左右対称の構造となっている。そして、この対称軸Ｘ−Ｘは、入力側スターカプラ１２の入力面１２ａおよび出力面１２ｂとそれぞれ点Ｏ2 および点Ｏ1 で交わる。また、入力面１２ａは、点Ｏ1 を中心とした半径ｒの円弧をなしており、また、出力面１２ｂは、点Ｏ2 を中心とした半径ｒの円弧をなしている。
【００３４】
そして、入力側スターカプラ１２の入力面１２ａには、入力導波路アレイ１８を構成する例えば３本の入力導波路がそれぞれ接続してある。３本のうちの中央の入力導波路は、入力面１２ａ上の点Ｏ2 に対応する位置に接続してあり、両側の入力導波路は、入力面１２ａ上の、対称軸Ｘ−Ｘに対して対称となる位置（点Ｏ2 から等距離にある。）にそれぞれ接続してある。
【００３５】
また、接続導波路アレイ２０の各接続導波路の直線状の弱導波路部分２６は、それらの延長線が、入力側スターカプラ１２の入力面上の点Ｏ2 に集中する配置で設けてある。すなわち、直線状の各弱導波路部分２６は、点Ｏ2 を中心として放射状に延在するように設けてある。
【００３６】
また、ここでは、各弱導波路部分２６の長さを、便宜的に、点Ｏ2 から弱導波路部分２６の終点２６ｅまでの長さＬｒi で表す。実際の弱導波路部分２６の長さは、このＬｒi から入力側スターカプラ１２の点Ｏ2 から出力面１２ｂまでの半径ｒを引いた長さである。そして、各弱導波路部分２６は、互いにΔＬｅずつ長さＬｒi を変えてある。そして、このΔＬｅを一定とする。
【００３７】
また、弱導波路部分２６は、その終点２６ｅにおいて、非弱導波路部分２８に接続してある。この実施の形態においては、各接続導波路の非弱導波路部分２８をいずれも長さが等しい円弧形状として設けてある。そして、各接続導波路毎に、非弱導波路部分２８の円弧の曲率半径Ｒi を異なる値に設定してある。ここで、ｉを接続導波路アレイ２０を構成する接続導波路の図面の下側からの順番を表す番号とする（図１の（Ａ）では、接続導波路アレイ２０を６本の接続導波路で構成してあるので、ｉ＝１、２、３、４、５、６となる。）。
【００３８】
ここで、接続導波路アレイ２０の配置の具体的な設計方法の一例について説明する。
【００３９】
接続導波路アレイ２０を構成する各接続導波路の弱導波路部分２６および非弱導波路部分２８についての上述の種々の条件をそれぞれ満足した光波長ルータを設計するにあたって、一例として、下記の（１）式を満足するようにする方法がある。尚、ΔＲi は、隣り合った接続導波路の非弱導波路部分２８どうし間での曲率半径の差を表す。
【００４０】
ΔＲi ＝[-Le+{(Lri+ ΔLe/2) sin(θi+Δθi/2)+Ri(1- cos(sinθi+Δθi/2))}Δθi]／[-( θi+Δθi/2)] sin(θi+Δθi/2)+( cos(sinθi+Δθi/2)-1) Δθi/2]  ・・・（１）
但し、上記の（１）式において、θi は、入力側スターカプラ１２の入力面１２ａ上の点Ｏ2 と出力側スターカプラ１４の出力面１４ｂ上の点Ｏ3 とを結ぶ直線Ｈ−Ｈと、弱導波路２６の延長部分とが交差する角度である。尚、点Ｏ3 は、点Ｏ2 と前述の対称軸の線Ｙ−Ｙについて線対称の位置にある。また、Δθi は、隣り合った弱導波路部分２６どうしの成す角度である。
【００４１】
また、上記の（１）式においては、各接続導波路の長さＬi （＝Ｌｒi ＋Ｌｃi ）は、便宜的に対称軸の線Ｙ−Ｙと直線Ｈ−Ｈとの交点Ｍと点Ｏ2 との距離Ｌｐの長さと、点Ｏ2 と対称軸の線Ｙ−Ｙとの間の導波路に沿った長さとの差、すなわちＬi −Ｌｐとして与えられる。
【００４２】
また、上記の（１）式においては、設計を容易にするために、各非弱導波路部分２８の曲率半径Ｒi の中心点に相当する位置から当該非弱導波路部分２８の両端を仰いだ角度θi と、各弱導波路部分２６と前述の直線Ｈ−Ｈとの成す角度θi と互いに等しくしてある。したがって、入力側半分の各非弱導波路部分２８の長さＬｃは、ｉにかかわらず、Ｌｃi ＝Ｒi θi ＝一定となる。
【００４３】
そして、１番目の導波路の非弱導波路部分２８の曲率半径、弱導波路部分の便宜的な長さＲ1 および導波路の成す角度θ1 を決めれば、ｉ＋１番目の導波路の非弱導波路部分２８の曲率半径Ｒi+1 は、上記の（１）式を用いて、下記の（２）式で順次に与えられる。
【００４４】
Ｒi+1 ＝Ｒi ＋ΔＲi   ・・・（２）
また、ｉ＋１番目の導波路の弱導波路部分２６の便宜的な長さＬｒi+1 は、上記の（１）式を用いて、下記の（３）式で順次に与えられる。
【００４５】
Ｌｒi+1 ＝Ｌｒi ＋ΔＬｅ  ・・・（３）
また、ｉ＋１番目の導波路の角度θi+1 は、上記の（１）式を用いて、下記の（４）式で順次に与えられる。
【００４６】
θi+1 ＝θi ＋Δθi   ・・・（４）
このようにして、各弱導波路部分２６の長さおよび延在方向、および、各非弱導波路部分２８の曲率半径および円弧の角度を順次に決定することにより、接続導波路アレイ２０を設計することができる。
【００４７】
また、この実施の形態においては、非弱導波路部分２８を曲線状部分（湾曲部分）のみとしたが、この発明においては、非弱導波路部分２８に直線部分を設けても良い。そして、非弱導波路部分２８に直線部分を設けた場合も、各接続導波路の非弱導波路部分２８の合計の長さを互いに等しくする。
【００４８】
（導波路の構造について）
次に、図２を参照して、弱導波路部分２６および非弱導波路部分２８の構造の一例について説明する。図２の（Ａ）は、接続導波路アレイ２０を構成する接続導波路の導波層（コア層）の平面パターンである。また、図２の（Ｂ）は、弱導波路部分２６の終点２６ｅ付近の要部切欠斜視図である。
【００４９】
この実施の形態においては、弱導波路部分２６および非弱導波路部分２８のコア層３０をＧｅ（ゲルマニウム）を添加したＳｉＯ2 で以って構成してある。このコア層３０の屈折率はｎ1 ＝１．４６である。また、コア層３０の厚さは、６μｍで均一としてある。
【００５０】
また、このコア層３０は、屈折率ｎ0 ＝１．４５のＳｉＯ2 基板１０上に設けてある。このＳｉＯ2 基板１０は、下側クラッドとして働く。また、コア層３０の上側には、屈折率ｎ0 ＝１．４５のＳｉＯ2 層３２を設けてある。このＳｉＯ2 層３２は、上側クラッドとして働く。
【００５１】
また、非弱導波路部分２８では、コア層３０の両側を空気層（屈折率ｎ≒１）として、横方向（ＳｉＯ2 基板１０の主表面に沿った方向）の光の閉じ込めを強くしてある。すなわち、屈折率比Δ1 は、下記の式（５）で与えられる。
【００５２】
0003755961.tif 000002
また、弱導波路部分２６では、コア層３０の両側にもＳｉＯ2 層３４（屈折率ｎ＝１．４５）を設けて、横方向（ＳｉＯ2 基板１０の主表面に沿った方向）の光の閉じ込めを弱くしてある。すなわち、屈折率比Δ2 は、下記の式（６）で与えられる。
【００５３】
0003755961.tif 000003
また、この実施の形態においては、図２の（Ａ）に示すように、導波路を伝搬する光の単一モードを維持するために、非弱導波路部分２８の幅（２μｍ）を、弱導波路部分２６の幅（６μｍ）よりも狭くしてある。また、入力側スターカプラ１２と弱導波路部分２６との接続部分には、この接続部分における光の損失の発生を抑制するために、テーパ部３６を設けてある。このテーパ部３６の入力側スターカプラ１２との接続点での幅は１２μｍであり、５００μｍの長さをかけて、弱導波路部分２６の幅である６μｍに収束している。また、弱導波路部分２６と非弱導波路部分２８との接続部分（終点２６ｅ）にも、この接続部分における光の発生を抑制するために、テーパ部３８を設けてある。
【００５４】
（弱導波路部分の寸法精度について）
次に、弱導波路部分２６の寸法精度について検討する。一般に、導波路の幅ＷがΔＷだけ変化したときの当該導波路の透過屈折率の変化δｎe は、下記の（７）式で与えられる。
【００５５】
δｎe ＝∂ｎe ／∂Ｗ・ΔＷ  ・・・（７）
透過屈折率の変化に対して、導波路を伝搬する光の選択波長特性は、下記の（８）式で示すΔλだけずれる。
【００５６】
Δλ＝λ0 ・δｎe ／ｎe   ・・・（８）
ここで、λ0 は、波長多重された光の中心波長を表す。
【００５７】
また、上記の（７）式について下記の（９）式の近似が成り立つ場合には、上記の（８）式は、下記の（１０）式で表すことができる。
【００５８】
∂ｎe ／∂Ｗ・ΔＷ≒Δｎ・ΔＷ／Ｗ  ・・・（９）
Δλ＝Δｎ／ｎe ・ΔＷ／Ｗ＝λ0 Δ・ΔＷ／Ｗ  ・・・（１０）
ところで、従来は、光の閉じ込めが強くなるように、屈折率比Δ＝１％程度としていた。その場合、Δλ≒２×１０-4程度の精度を得るためには、上述した（１０）式から、ΔＷ／Ｗ≒２％の精度が必要であることが分かる。この場合、例えば、弱導波路部分２６の幅がＷ＝６μｍの場合は、０．１μｍ程度の幅の寸法精度が必要となる。
【００５９】
これに対して、弱導波路部分２６においては、光の閉じ込めが弱くても良いので、屈折率比を例えばΔ＝０．１％程度まで小さくすることができる。その場合、Δλ≒２×１０-4程度の精度を得るためには、上述した（１０）式から、ΔＷ／Ｗ≒２０％の精度が必要であることが分かる。この場合、例えば、導波路の幅Ｗ＝６μｍの場合は、弱導波路部分２６の幅の寸法に要求される精度を、従来の１０倍の１μｍ程度まで緩和することができる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
次に、図３を参照して、第２の実施の形態の光波長ルータについて説明する。図３は、第２の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図である。
【００６１】
先ず、図３を参照して、第２の実施の形態の光波長ルータについて説明する。図３の（Ａ）は、第２の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図である。また、図３の（Ｂ）は、光波長ルータの入力側スターカプラ付近の拡大図である。
【００６２】
第２の実施の形態の光波長ルータ２００は、ＳｉＯ2 基板４０上に、通常は一定の肉厚の板状体の平面導波路を以ってそれぞれ構成され、互いに対向した入力面および出力面をそれぞれ有する入力側スターカプラ４２および出力側スターカプラ４４を具えている。これら入力面および出力面は外向に凸状の面であって、図の紙面内ではそれぞれ一定の曲率半径を持った円弧状をしているが、肉厚方向では面は直線的となっている。
【００６３】
この光波長ルータ２００は、ＳｉＯ2 基板４０上に、この入力側スターカプラ４２の入力面４２ａと複数の入力ポート４６とを接続する入力導波路アレイ４８を具えている。また、この光波長ルータ２００は、ＳｉＯ2 基板４０上に、入力側スターカプラ４２の出力面４２ｂと出力側スターカプラ４４の入力面４４ａとを接続する接続導波路アレイ５０を具えている。また、この光波長ルータ２００は、ＳｉＯ2 基板４０上に、出力側スターカプラ４４の出力面４４ｂと複数の出力ポート５２とを接続する出力導波路アレイ５４とを具えている。
【００６４】
そして、接続導波路アレイ５０を構成する各接続導波路は、それぞれ弱導波型導波路部分（弱導波路部分）５６と非弱導波型導波路部分（非弱導波路部分）５８とを以って構成してある。後述するように、弱導波路部分５６では、非弱導波路部分５８よりも幅広に形成してあるので、図３中、弱導波路部分５６を太い線で示し、非弱導波路部分５８を細い線で示してある。
【００６５】
ここでは、接続導波路の各々において、非弱導波型導波路部分５８は、入力側スターカプラ４２の出力面４２ｂに接続した部分と、出力側スターカプラ４４の入力面４４ａに接続した部分との２箇所に分けて設けてある。そして、各接続導波路において、２箇所の非弱導波路部分５８を弱導波路部分５６で接続してある。
【００６６】
また、各接続導波路の弱導波型導波路部分５６は、それぞれ直線状に設けてあり、かつ、隣り合った弱導波型導波路部分５６どうし間の長さの差を等しくするように、それぞれ弱導波路部分５６の長さを定めてある。そして、これら弱導波路部分５６をその長さの順に並べてある。また、接続導波路の各々の非弱導波型導波路部分５８の長さを等しくしてある。従って、各接続導波路をそれぞれ伝搬する光に与えられる位相差は、直線状の弱導波路部分４６で生じる。
【００６７】
また、この実施の形態の光波長ルータ２００は、多入力×多出力型としても用いることができる。
【００６８】
また、この実施の形態においては、光波長ルータ２００の構成は、図の紙面内でみると、接続導波路アレイ５０の中央部分を縦断する対称軸の線に対して対称となっている。この対称軸の線を図３の（Ａ）に一点鎖線Ｚ−Ｚで示す。対称軸の右側の出力側の部分の構成も、対称軸の左側の入力側の部分の構成と同じであるので、図３の（Ｂ）には、入力側スターカプラ４２の周辺部の拡大図を示して、対称軸の線よりも左側の入力側の部分の構成について代表して説明する。また、図３の（Ｂ）には、図３の（Ａ）で例示した６本の接続導波路のうち、図の上側の３本の接続導波路を図示して、他の接続導波路の図示を省略してある。
【００６９】
入力側スターカプラ４２は、図の紙面内では、対称軸Ｘ−Ｘに関して左右対称の構造となっている。そして、この対称軸Ｘ−Ｘは、入力側スターカプラ４２の入力面４２ａおよび出力面４２ｂとそれぞれ点Ｏ2 および点Ｏ1 で交わる。また、入力面４２ａは、点Ｏ1 を中心とした半径ｒの円弧をなしており、また、出力面４２ｂは、点Ｏ2 を中心とした半径ｒの円弧を成している。
【００７０】
そして、入力側スターカプラ４２の入力面４２ａには、入力導波路アレイ４８を構成する例えば３本の入力導波路がそれぞれ接続してある。３本のうちの中央の入力導波路は、入力面４２ａ上の点Ｏ2 に対応する位置に接続してあり、両側の入力導波路は、入力面４２ａ上の、対称軸Ｘ−Ｘを挟んで対称となる位置（点Ｏ2 から等距離にある。）に、それぞれ接続してある。
【００７１】
また、接続導波路アレイ５０の各接続導波路の非弱導波路部分５８は、それぞれ直線部分５８ａおよび曲線部分（湾曲部分）５８ｂより構成してある。そして、各直線部分５８ａは、当該直線部分５８ａの延長線が入力側スターカプラ４２の入力面上の点Ｏ2 に集中する配置で設けてある。すなわち、各非弱導波路部分５８の直線部分５８ａは、点Ｏ2 を中心として放射状に延在するように設けてある。
【００７２】
また、入力側スターカプラ４２の入力面４２ａ上の点Ｏ2 と出力側スターカプラ４４の出力面４４ｂ上の点Ｏ3 とを結ぶ直線を直線Ｈ−Ｈとする。そして、各直線部分５８ａと直線Ｈ−Ｈとの成す角度をθi とする。また、隣り合った直線部分５８ａの延長線の交差する角度をΔθi （＝θi+1 −θi ）とする。
【００７３】
また、ここでは、各非弱導波路部分５８の直線部分５８ａの長さを、便宜的に点Ｏ1 から直線部分５８ａの終点５８ａｅまでの長さＬｒi で表す。実際の直線部分５８ａの長さは、このＬｒi から入力側スターカプラ４２の点Ｏ2 から出力面４２ｂまでの半径ｒを引いた長さである。また、隣り合った直線部分５８ａどうし間の長さの差をΔＬｒi （＝Ｌｒi+1 −Ｌｒi ）とする。
【００７４】
そして、この直線部分５８ａの終点５８ａｅには、非弱導波路部分５８の曲線部分５８ｂが接続してある。この実施の形態においては、各接続導波路の非弱導波路部分５８の曲線部分５８ｂをいずれも長さが等しい円弧形状として設けてある。そして、各接続導波路毎に、非弱導波路部分５８の円弧の曲率半径Ｒi を異なる値に設定してある。ここで、ｉを接続導波路アレイ５０を構成する接続導波路の図面の下側からの順番を表す番号とする（図３の（Ａ）では接続導波路アレイを６本の接続導波路で構成してあるので、ｉ＝１、２、３、４、５、６となる。）。
【００７５】
ここでは、各接続導波路の非弱導波路部分５８の長さＬi （図３ではＬi を図示せず）を、直線部分５８ａの長さＬｒi と曲線部分５８ｂとの和で表す。そして、この非弱導波路部分５８の長さＬi は、上述したように一定である。従って、各接続導波路どうし間の長さの差は、直線状の弱導波路部分５６の長さの差ΔＬｅのみによって生じる。
【００７６】
ここで、接続導波路アレイ５０を構成する各接続導波路の弱導波路部分５６および非弱導波路部分５８についての上述の種々の条件をそれぞれ満足した光波長ルータを設計する一例について説明する。
【００７７】
先ず、各接続導波路の非弱導波路部分５８を、前述の直線Ｈ−Ｈに投影した投影長をＬｐi とすると、点Ｏ2 からこの直線Ｈ−Ｈと対称軸の線Ｚ−Ｚとの交点Ｍまでの直線Ｈ−Ｈに沿った距離は、Ｌｐi ＋Ｌｓi で与えられる。
【００７８】
そこで、導波路の長さＬi を、このＬｐi ＋Ｌｓi を基準として表した長さをＬｅi とすると、Ｌｅi は、下記の（１１）式で表される。
【００７９】
0003755961.tif 000004
ところで、非弱導波路部分５８の長さＬi が一定であるので、各接続導波路どうし間の長さの差ΔＬｅは、下記の（１２）式で与えられる。
【００８０】
ΔＬｅ＝−ΔＬｐi   ・・・（１２）
したがって、上記の（１２）式と、Ｌi ＝一定に基づいて、これらを偏分した後、隣り合った直線部分５８ａどうし間の長さの差ΔＬｒi を、隣り合った直線部分５８ａの延長部分が交差する角度Δθi の関数として表すと、下記の（１３）式の逐次計算式が得られる。
【００８１】
ΔＬｒi ＝［ -ΔLe+ {Lri sinθi- Ri( cosθ~i- sin θ~i/ θ~i)}］／［cos θ~i+ sin θ~i/ θ~i］  ・・・（１３）
また、上記の（１３）式と同様にして、上記の（１２）式と、Ｌi ＝一定に基づいて、これらを偏分した後、各接続導波路の非弱導波路部分５８の隣り合った曲線部分５８ｂどうし間の曲率半径の差ΔＲi をΔθi の関数として表すと、下記の（１４）式が得られる。
【００８２】
ΔＲi ＝［ΔＬｒi −Ｒi Δθi ］／［θ~i］  ・・・（１４）
但し、θ~iは、θi+1 とθi との平均である。
【００８３】
そして、１番目の導波路の非弱導波路部分５８の曲線部分５８ｂの曲率半径Ｒ1 、非弱導波路部分５８の直線部分５８ａの便宜的な長さＬｒ1 および直線部分５８ａが直線Ｈ−Ｈと成す角度θ1 を決めれば、ｉ＋１番目の導波路の非弱導波路部分５８の曲率半径Ｒi+1 は、上記の（１３）式および（１４）式を用いて、下記の（１５）式で順次に与えられる。
【００８４】
Ｒi+1 ＝Ｒi ＋ΔＲi ・・・（１５）
また、ｉ＋１番目の導波路の非弱導波路部分５８の直線部分５８ａの便宜的な長さＬｒi+1 は、上記の（１３）式を用いて、下記の（１６）式で順次に与えられる。
【００８５】
Ｌｒi+1 ＝Ｌｒi ＋ΔＬｅ・・・（１６）
また、ｉ＋１番目の導波路の非弱導波路部分５８の直線部分５８ａが直線Ｈ−Ｈと成す角度θi+1 は、上記の（１３）式を用いて、下記の（１７）式で順次に与えられる。
【００８６】
θi+1 ＝θi ＋Δθi ・・・（１７）
このようにして、各非弱導波路部分５８の直線部分５８ａの長さおよび延在方向、および、各非弱導波路部分５８の曲線部分５８ｂの曲率半径および円弧の角度を順次に決定することにより、接続導波路アレイ５０を設計することができる。
【００８７】
（導波路の構造について）
次に、図４を参照して、弱導波路部分５６および非弱導波路部分５８の構造の一例について説明する。図４は、非弱導波路部分５８の終点５８ｂｅ付近の要部切欠斜視図である。
【００８８】
この実施の形態においては、弱導波路部分５６および非弱導波路部分５８のコア層６０をＧｅ（ゲルマニウム）を添加したＳｉＯ2 で以って構成してある。このコア層６０の屈折率はｎ1 ＝１．４６である。また、コア層６０の厚さは、６μｍである。
【００８９】
また、このコア層６０は、屈折率ｎ0 ＝１．４５のＳｉＯ2 基板４０上に設けてある。このＳｉＯ2 基板４０は、下側クラッド層として働く。また、コア層６０の上側には、屈折率ｎ0 ＝１．４５のＳｉＯ2 層６２を設けてある。このＳｉＯ2 層６２は、上側クラッド層として働く。
【００９０】
そして、非弱導波路部分５８では、コア層６０の、光の伝搬方向に垂直な断面形状を、上下２段のリッジ形状としてある。そして、非弱導波路部分５８のコア層６０の下段部分６０ａの断面形状は幅広の長方形であり、上段部分６０ｂの断面形状は幅狭の長方形であって、下段部分６０ａのほぼ中央に上段部分６０ｂが乗った、上下に段差のある構造としてある。そして、この上段部分の両側を空気（屈折率ｎ≒１）として、横方向（ＳｉＯ2 基板４０の主表面に沿った、上段部分６０ｂの側壁に直交する方向）の光の閉じ込めを強くしてある。すなわち、屈折率比Δ1 は、下記の式（１８）で与えられる。
【００９１】
0003755961.tif 000005
また、非弱導波路部分コア層６０の下段部分の両側には、ＳｉＯ2 層６４（屈折率ｎ＝１．４５）を設けてある。
【００９２】
また、弱導波路部分５６では、コア層６０の光の伝搬方向に垂直な断面形状を、横長の長方形としてある。そして、非弱導波路部分のコア層６０の両側にもＳｉＯ2 層６４（屈折率ｎ＝１．４５）を設けて、横方向（ＳｉＯ2 基板４０の主表面に沿った、コア層６０の側壁に直交する方向）の光の閉じ込めを弱くしてある。すなわち、屈折率比Δ2 は、下記の式（１９）で与えられる。
【００９３】
0003755961.tif 000006
また、この実施の形態においては、図４に示すように、導波路を伝搬する光の単一モードを維持するために、非弱導波路部分５８の幅（２μｍ）を弱導波路部分５６の幅（６μｍ）よりも狭くしてある。また、入力側スターカプラ４２と弱導波路部分５６との接続部分には、非弱導波路部分５８の小さなビームスポットサイズを弱導波路部分５６の大きなビームポットサイズに滑らかに変換してこの部分における光の損失の発生を抑制するために、テーパ部６６を設けてある。
【００９４】
また、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、弱導波路部分５６の幅の寸法の精度を緩和することができる。
【００９５】
上述した各実施の形態では、これらの発明を特定の材料を用い、特定の条件で構成した例についてのみ説明したが、これらの発明は多くの変更および変形を行うことができる。例えば、上述した実施の形態では、非弱導波路部分の湾曲部分を円弧形状としたが、この発明の光波長ルータにおいては、湾曲部分は必ずしも円弧形状でなくとも良い。
【００９６】
また、上述した実施の形態では、一つの接続導波路に弱導波路を１箇所または２箇所に分けて設けた例について説明したが、この発明では、接続導波路を３つ以上に分けて設けても良い。
【００９７】
【発明の効果】
このように、この発明の光波長ルータによれば、接続導波路アレイを構成する各接続導波路をそれぞれ、互いに等しい長さずつ長さの異なる直線状の弱導波型導波路部分（弱導波路部分）と、長さが互いに等しい非弱導波型導波路部分（非弱導波路部分）とを以って構成する。
【００９８】
そして、この発明の光波長ルータによれば、弱導波路部分では、屈折率比が小さいため、屈折率比のゆらぎが小さい。その上、弱導波路部分を直線状としてあるので、互いに異なる接続導波路の弱導波路部分どうし間では、伝搬定数差がない。このため、弱導波路部分に起因する位相誤差の発生を抑制することができる。
【００９９】
また、この発明の光波長ルータによれば、各接続導波路の一部分を弱導波路部分を以って構成してあるので、各接続導波路を非弱導波型導波路部分のみで構成した場合に比べて、非弱導波路部分の長さが短い。このため、屈折率のゆらぎが大きい部分の長さが短い。従って、接続導波路を非弱導波型導波路部分のみで構成した場合に比べて、各接続導波路における位相誤差の抑制を図ることができる。
【０１００】
また、この発明の光波長ルータによれば、非弱導波路部分の長さを互いに等しくすることにより、非弱導波路部分どうし間の長さのばらつきを抑制する。その結果、その非弱導波路部分どうしに起因する位相誤差を抑制することができる。
【０１０１】
したがって、この発明の光波長ルータによれば、弱導波路部分および非弱導波路部分それぞれにおいて位相誤差を抑制するので、位相誤差に起因するクロストーク特性の劣化の抑制を図ることができる。
【０１０２】
また、この発明の光波長ルータにおいて、非弱導波路部分を円弧状とすれば、非弱導波路部分を容易に設計することができる。
【０１０３】
また、この発明の導波路は、その一部分を弱導波型導波路部分を以って構成してある。弱導波型導波路部分においては、非弱導波型導波路部分に比べて屈折率比のゆらぎが小さい。また、弱導波型導波路部分においては、導波路の寸法の精度を緩和することができる。また、この発明の導波路は、この発明の光波長ルータの導波路アレイを構成する接続導波路に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、第１の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図であり、（Ｂ）は、光波長ルータの入力側スターカプラ付近の拡大図である。
【図２】（Ａ）は、導波路アレイを構成する導波路の導波層（コア）の平面パターンであり、（Ｂ）は、弱導波路部分の終点付近の要部切欠斜視図である。
【図３】（Ａ）は、第２の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図であり、（Ｂ）は、光波長ルータの入力側スターカプラ付近の拡大図である。
【図４】弱導波路部分の終点付近の要部切欠斜視図である。
【符号の説明】
１００、２００：光波長ルータ
１０、４０：ＳｉＯ2 基板
１２、４２：入力側スターカプラ
１２ａ、１４ａ、４２ａ、４４ａ：入力面
１２ｂ、１４ｂ、４２ｂ、４４ｂ：出力面
１４、４４：出力側スターカプラ
１６、４６：入力ポート
１８、４８：入力導波路アレイ
２０、５０：接続導波路アレイ
２２、５２：出力ポート
２４、５４：出力導波路アレイ
２６、５６：弱導波型導波路部分（弱導波路部分）
２６ｅ：終点
２８、５８：非弱導波型導波路部分（非弱導波路部分）
５８ａ：直線部分
５８ｂ：曲線部分
５８ａｅ、５８ｂｅ：終点
３０、６０：コア層
６０ａ：下段部分
６０ｂ：上段部分
３２、６２：ＳｉＯ2 層（上側クラッド層）
３４、６４：ＳｉＯ2 層
３６、６６：テーパ部
３８：テーパ部
【図１】
0003755961.tif 000007
【図２】
0003755961.tif 000008
【図３】
0003755961.tif 000009
【図４】
0003755961.tif 000010