JP2000066045A - Ｙ分岐光導波路、反射型波長分波器、波長分波器及び光スターカプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 両者間の中心線に対して、互いに対称的な第
１及び第２分岐導波路を使用しても、所望の光量の分岐
比を得て、かつ伝搬損失を従来のものと同じ程度にする
こと。 【解決手段】 ０次モードの光と、入射導波路１２と中
間導波路１４との境界面Ｂで励起された１次モードの光
との干渉波を、中間導波路１４及びテーパ導波路１６に
伝搬させることによって、中間導波路１４の長さＬを変
えるだけで、両者間の中心線に対して、互いに対称的な
分岐導波路を用いても、容易に所望の分岐比が得られ
て、かつ伝搬損失が少なくとも従来のものと同じ程度と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信に用いら
れるＹ分岐光導波路及びこれを有する光デバイスに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光送受信モジュールの伝送経路と
して、Ｙ分岐光導波路が用いられている。このＹ分岐光
導波路は、２本の分岐導波路を具える。これらの２本の
分岐導波路のうち、一方の分岐導波路を、主信号を伝搬
するために使用し、かつ、他方の分岐導波路を、副信号
を伝搬するために使用することがある。主信号は、分岐
導波路を出射後、増幅されて、映像或いは音声等に変換
される。また、副信号は、分岐導波路を出射後、主信号
の伝達状況をモニターするために用いられる。

【０００３】ところで、この主信号は一般的にノイズを
伴うから、この主信号が映像或いは音声等に変換される
時に、ノイズも映像ノイズ或いは音声ノイズ等に変換さ
れる。その結果、ノイズによって、映像或いは音声等に
乱れが起きる。そこで、映像或いは音声等の乱れを少な
くするために、主信号のパワーを上げる必要がある。そ
のために、主信号の光量を、副信号の光量より大きくす
る必要がある。

【０００４】このように、Ｙ分岐光導波路の２本の分岐
導波路をそれぞれ伝搬する光の量に差をもたせる場合、
非対称な分岐導波路が用いられている（例えば、公開特
許公報：Ｙ分岐導波路型光タップ（特開平９−１１３７
４３））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来構
成のＹ分岐光導波路では、分岐導波路の分岐比（一方の
導波路を伝播する光の量と、他方の導波路を伝播する光
の量との比）に応じて、互いに非対称的な分岐導波路
を、各分岐導波路の開き角及び各分岐導波路の幅等の分
岐導波路の形状の点で、別個に設計して製作する必要が
あるため、手間がかかる。

【０００６】そこで、この手間を軽減するために、分岐
導波路の形状を変えないでも、容易に所望の分岐比が得
られて、かつ伝搬損失が少なくとも従来のものと同じ程
度であるＹ分岐光導波路の出現が望まれていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明のＹ分岐光導波路は、入射導波路と、入射
導波路の出射端に接続される中間導波路と、中間導波路
の出射端に接続されるテーパ導波路と、テーパ導波路の
出射端にそれぞれ接続される第１分岐導波路及び第２分
岐導波路とを具える。

【０００８】そして、入射導波路を、０次モードの光の
みを伝搬させる単一モード導波路とする。また、中間導
波路を、入射導波路から入射された０次モードの光の一
部から、１次以上の高次モードの光を励起させた後、０
次モードの光及び１次モードの光のみを伝搬させる１次
モード導波路とする。また、テーパ導波路、第１分岐導
波路及び第２分岐導波路を、０次モードの光及び１次モ
ードの光のみを伝搬させる１次モード導波路とする。

【０００９】上述のこの発明の構成によれば、入射導波
路は、単一モード導波路、すなわち０次及び１次モード
の光のみを伝搬させる導波路である。この０次モードの
光が、入射導波路と中間導波路の境界面に入射すると、
この０次モードの光の一部から、１次以上の高次モード
の光を励起させる。

【００１０】ところが、この中間導波路は１次モード導
波路である。よって、０次モードの光及び１次以上の高
次モードの光のうち、０次及び１次モードの光のみが中
間導波路を伝搬することができるが、２次以上の高次モ
ードの光は、即減衰するので、中間導波路を伝搬するこ
とができない。よって、中間導波路を伝搬できる光のモ
ードは、０次及び１次のみである。

【００１１】この１次モードの光は偶モード及び奇モー
ドから構成される。なお、１次モードの光とは、腹が２
つある定在波を形成する光のことである。偶モード型１
次モードの光の界分布では、これら２つの腹の一方が光
の伝搬方向を向き、かつ他方は光の伝搬方向と逆方向を
向く。また、奇モード型１次モードの光の界分布では、
これら２つの腹が同時に光の伝搬方向に向くか、または
その２つの腹が同時に光の伝搬方向と逆方向に向く。

【００１２】そして、０次モードと、偶モード型１次モ
ードと、奇モード型１次モードとの３種類の光が干渉し
合って、中間導波路を伝搬する。これら３種類のモード
を有する干渉光は、中間導波路を進行方向に向かって左
右に蛇行しながら伝搬すると考えられる定在波である。
この干渉光の振幅最大値をつないだ線は、正弦曲線であ
ると考えられる。

【００１３】この干渉光は、中間導波路からテーパ導波
路に入射しても、モード界分布の形状は崩れない。これ
は、テーパ導波路がモード界分布の形状を崩さないよう
に設計されているためである。このため、この干渉光
は、同様に進行方向に向かって左右に蛇行しながら、正
弦曲線的にテーパ導波路を伝搬すると考えられる。この
テーパ導波路は、１次導波路であるから、０及び１次モ
ードの光のみを伝搬させて、かつ２次以上のモードの光
を発生させない。そして、このテーパ導波路は、第１及
び第２分岐導波路をそれぞれ接続するために、その幅を
入射端から出射端に向けて拡げる。

【００１４】そして、この干渉光、テーパ導波路から第
１及び第２分岐導波路にそれぞれ分岐され出射される。

【００１５】そこで、この干渉光の蛇行の性質を利用す
れば、第１及び第２分岐導波路における所望の光量の分
岐比（第１分岐導波路を伝播する光の量と、第２分岐導
波路を伝播する光の量との比）を得ることができる。例
えば、進行方向に向かって左右に蛇行しながら、正弦曲
線的に伝播するこの干渉光のモード界の分布が、第２分
岐導波路の入口と比べて第１分岐導波路の入口の方に偏
っていれば、この干渉光は、第２分岐導波路より第１分
岐導波路の方により多くの量の光が伝搬する。また、例
えば、進行方向に向かって左右に蛇行しながら、正弦曲
線的に伝播するこの干渉光のモード界の分布が、第１分
岐導波路の入口と比べて第２分岐導波路の入口の方に偏
っていれば、この干渉光は、第１分岐導波路より第２分
岐導波路の方により多くの量の光が伝搬する。よって、
この分岐比（第１分岐導波路を伝播する光の量と、第２
分岐導波路を伝播する光の量との比）は、中間導波路の
長さの周期関数（正弦関数）として表される。したがっ
て、中間導波路の長さを変えるだけで、所望の分岐比を
得ることができる。

【００１６】この発明の実施に当たり、好ましくは、入
射導波路をある曲率の曲線に沿って形成された曲がり導
波路とし、かつ、中間導波路を直線導波路とするのが良
い。この場合、好ましくは、この曲率の曲線を曲率円の
円弧とするのが良い。

【００１７】上述のこの発明の構成によれば、曲がり導
波路を、ある曲率の曲線、例えば、ある曲率円の円弧に
沿って曲げることによって、光の伝搬方向を所望の方向
に変えることができ、かつ、中間導波路を直線導波路に
することによって、中間導波路の方向を、光の伝搬方向
を上述した所望の伝搬方向に保つことができる。

【００１８】この発明の実施に当たり、更に、好ましく
は、第１及び第２分岐導波路を、互いに両者間の中心線
に対して対称的な分岐導波路とするのが良い。

【００１９】上述のこの発明の構成によれば、多くの光
デバイスで使用されている、互いに両者間の中心線に対
して対称的な分岐導波路をそのまま利用することによっ
て、所望の分岐比（第１分岐導波路を伝搬する光の量
と、第２分岐導波路を伝搬する光の量の比）を得ること
ができる。したがって、所望の分岐比を得るために、特
定の分岐角及び導波路幅を有する非対称な分岐導波路を
使用する必要はない。

【００２０】この発明の実施に当たり、好ましくは、多
重波長光導波路と、波長分波フィルタと、透過光導波路
とをこの順に具えて、かつ、この波長分波フィルタに対
して多重波長光導波路と同じ側に、反射光導波路を具え
る反射型波長分波器において、透過光導波路として、こ
の発明のＹ分岐光導波路を使用すれば良い。この場合、
好ましくは、波長分波フィルタを、誘電体多層膜フィル
タ或いはエタロンフィルタとするのが良い。

【００２１】この発明の実施に当たり、好ましくは、１
入力２出力マッハツェンダー型波長分波器の１出射端
に、この発明のＹ分岐光導波路の入射導波路を接続すれ
ば良い。

【００２２】上述のこれらの発明の構成によれば、この
発明のＹ分岐光導波路の中間導波路の長さを変えるだけ
で、所望の分岐比（第１分岐導波路を伝播する光の量
と、第２分岐導波路を伝播する光の量との比）を得るこ
とができる。

【００２３】この発明の実施に当たり、好ましくは、こ
の発明のＹ分岐光導波路に、１次モード導波路であるＹ
分岐光導波路をｎ段（ｎは自然数）だけカスケード接続
させれば良い。

【００２４】上述のこの発明の構成によれば、光の蛇行
伝搬の性質を利用することにより、各Ｙ分岐光導波路の
長さを変えるだけで、この光スターカプラの２ⁿ⁺¹ 個の
出射端から出射される光の量に所望の差をつけることが
できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
Ｙ分岐光導波路の実施の形態につき説明する。なお、各
図は、この発明が理解できる程度に、各構成成分の形
状、大きさ、数値及び配置関係を概略的に示してあるに
すぎず、したがって、この発明は、図示例に限定される
ものではない。また、以下の説明において、数値は単な
る一例にすぎず、この発明はこれらの数値のみに限定さ
れるものではない。

【００２６】図１及び図２を参照して、この発明のＹ分
岐光導波路１０を具えた光デバイスの一例として、反射
型波長分波器の構成につき説明する。

【００２７】図１は、この発明のＹ分岐光導波路１０の
導波路部分のみを取り出して、これを上方から見たとき
の平面図である。このＹ分岐光導波路１０は、入射導波
路１２と、入射導波路１２の出射端に接続される中間導
波路１４と、中間導波路１４の出射端に接続されるテー
パ導波路１６と、テーパ導波路１６の出射端にそれぞれ
接続される第１及び第２分岐導波路１８及び２０とを具
える。

【００２８】次に、図２を参照して、この発明のＹ分岐
光導波路１０を、反射型波長分波器に適用した構成例を
挙げて説明する。図２は、反射型波長分波器の構成を含
む斜視図である。なお、図２で説明する構成例において
は、多重反射光導波路２２、反射光導波路２４及びこの
発明のＹ分岐光導波路１０は、いずれも上部クラッド層
３０の下側に隠れているが、この図２では、これらの導
波路の形状及び配置の様子を、上部クラッド層３０の上
面に実線で例に示している。

【００２９】まず、図２に示される反射型波長分波器の
作製の工程につき説明する。

【００３０】以下に説明する構成例では、基板として、
対向する端面が互いに平行で、厚さ１ｍｍで、しかも平
面形状が長方形のシリコン基板２６を用いる。このシリ
コン基板２６上に、例えば、プラズマＣＶＤ法によっ
て、厚さ２０μｍ及び屈折率１．４５１４の下部クラッ
ド層２８（石英系ガラス）を成膜する。次に、この下部
クラッド層２８の表面から、固相拡散法またはイオンプ
レーディング法等によって、Ｇｅ等を注入して、注入部
分の屈折率を調整することによって、厚さ８μｍのコア
層を形成する。これらの固相拡散法またはイオンプレー
ディング法を用いてコア層の屈折率を調整する方法は公
知の技術なので、その詳細な説明は省略する。このコア
層は、多重波長光導波路２２、反射光導波路２４及びこ
の発明のＹ分岐光導波路１０のそれぞれの光導波路とし
て利用される。

【００３１】この実施の形態では、後述するように、光
信号として、波長１．３μｍ及び１．５５μｍの２種類
の光を使用する。

【００３２】そこで、多重波長光導波路２２及び反射光
導波路２４を、波長１．３μｍ及び１．５５μｍの光に
対して、０次モードの光のみを伝搬させる単一モード導
波路とするために、多重波長光導波路２２及び反射光導
波路２４のコアの屈折率を、１．４５５６と設定した。

【００３３】また、入射導波路１２を、波長１．３μｍ
の光に対して、０次モードの光のみを伝搬させる単一モ
ード導波路とするために、入射導波路１２のコアの屈折
率を、１．４５５６と設定した。

【００３４】また、中間導波路１４、テーパ導波路１
６、第１分岐導波路１８及び第２分岐導波路２０を、波
長１．３μｍの光に対して、０次及び１次モードの光の
みを伝搬させる１次モード導波路とするために、かつ、
入射導波路１２から入射された０次モードの光の一部か
ら、１次以上の高次モードの光を、入射導波路１２と中
間導波路１４との境界面Ｂで励起させるために、中間導
波路１４、テーパ導波路１６、第１分岐導波路１８及び
第２分岐導波路２０の屈折率を、１．４５３０と設定し
た。なお、第１及び第２分岐導波路１８及び２０のコア
は、両者間の中心線に対して、互いに対称的な平面形状
となるように形成する。

【００３５】なお、これらコアを、反射型波長分波器の
対向する、互いに平行な両端面に対し、好ましくは、光
が垂直に入射或いは出射できるように、形成する。これ
は、反射型波長分波器に対する入射光と出射光とが、互
いに平行となるように導波路を構成するためである。す
なわち、この反射型波長分波器では、多重反射光導波路
２２の入射ポートである第１ポートＰ１に外部から光が
入射する方向と、それぞれ第１及び第２分岐導波路１８
及び２０の出射ポートである第３ポートＰ３及び第４ポ
ートＰ４から光が外部に出射される方向とを一致させ
る。そこで、入射導波路１２を曲がり導波路として形成
する。そして、この入射導波路１２は、この入射導波路
１２の入射端から入射した光を、その他端から中間導波
路１４へ導くように形成してある。好ましくは、この入
射導波路１２を、その中心線が入射端では入射光と平行
とし、かつ出射端では出射光と平行となるような、曲率
半径を有する曲率の曲線に沿って形成するのが良い。し
たがって、この曲率は、設計に応じた任意の曲線とする
ことができる。換言すれば、この曲率半径は、入射導波
路１２中を伝搬する光の放射損失が最小となるような値
にするのが好適である。したがって、この構成例では、
最終的に外部から第１ポートＰ１に入射してくる光の一
部或いは全部をこの入射導波路１２の入射端から、この
曲率の曲線に沿って滑らかに曲げて導いて、この入射導
波路１２の出射端から出射させる。この曲率の曲線の好
適例は、曲率円の円弧である。すなわち、入射導波路１
２の中心線が、ある曲率の真円の円弧に一致するよう
に、この入射導波路１２を形成するのが良い。

【００３６】入射導波路１２の出射端には、中間導波路
１４を直線導波路として接続させる。したがって、この
出射端からの出射光は、中間導波路１２の中心線に平行
に入射する。更に、この中間導波路１４の出射端にテー
パ導波路１６を経由して、互いに対称的な第１及び第２
分岐導波路１８及び２０を接続させる。このように、入
射導波路１２、中間導波路１４、テーパ導波路１６、第
１分岐導波路１８及び第２分岐導波路２０が互いに連結
して結合されるように、それぞれのコアを形成する。ま
た、これらコアのそれぞれの一端は、多重波長光導波路
２２からの入射光の一部をＹ分岐光導波路に導入し、か
つ、残りの光を反射光導波路２４へ導入できるように、
互いに接近またはつながった状態に形成する。このよう
な、これらコアの分岐付近を交差部と称する。

【００３７】次に、例えば、プラズマＣＶＤ法によっ
て、厚さ２０μｍの上部クラッド層３０（石英系ガラ
ス）を、コアを含む下部クラッド層２８の全面上に成膜
する。この上部クラッド層３０の屈折率は、下部クラッ
ド層２８の屈折率と同じ１．４５１４にする。この上部
クラッド層３０を成膜することにより、反射型波長分波
器の基本的構造を具えた構造体が得られる。この構造体
は、埋込み型の導波路を有している。すなわち、この構
造体は、基板２６上に、上部クラッド層３０の下側であ
って、かつ下部クラッド層２８によって挟まれた、この
発明のＹ分岐光導波路１０と、多重波長光導波路２２
と、反射光導波路２４とを具えている。なお、下部及び
上部クラッド層２８及び３０として、樹脂（例えば、ポ
リメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））を用いても良
い。

【００３８】最後に、上部クラッド層３０が成膜されて
得られた構造体に対し、この上部クラッド層３０側の面
からダイシングを行って、幅２０μｍ及び深さ２００μ
ｍの溝３２を直線状に形成する。この溝３２は、シリコ
ン基板２６に至る。更に、この溝３２は、上述の交差部
を通り、かつ、光の入射端面及び出射端面と平行となる
ように形成する。そして、この交差部において、溝３２
に誘電体多層膜フィルタ３４を挿入して、反射型波長分
波器の作製は完了する。

【００３９】この構成例では、誘電体多層膜フィルタ３
４を、波長１．５５μｍの光を反射させて、かつ波長
１．３μｍの光を透過させる波長分波フィルタとして形
成してある。この誘電体多層膜フィルタ３４は、既存の
フィルタを入手して用いればよい。したがって、多重波
長光導波路２２を伝播してきた波長１．５５μｍの光
は、誘電体多層膜フィルタ３４で反射されて、反射光導
波路２４を伝播して出射していく。一方、この多重波長
光導波路２２を伝播してきた波長１．３μｍの光は、こ
の誘電体多層膜フィルタ３４を透過してＹ分岐光導波路
１０に入射する。

【００４０】なお、既に説明した通り、多重波長光導波
路２２、反射光導波路２４及び入射導波路１２の各コア
の屈折率と、中間導波路１４、テーパ導波路１６及び第
１及び第２分岐導波路１８及び２０の各コアの屈折率と
は異なっている。このコアの屈折率の差異から、多重波
長光導波路２２、反射光導波路２４及び入射導波路１２
を、波長１．３μｍの光に対して、単一モード導波路、
すなわち０次モードの光のみ伝搬させる導波路としたの
に対して、中間導波路１４、テーパ導波路１６及び第１
及び第２分岐導波路１８及び２０を、波長１．３μｍの
光に対して、１次モード導波路、すなわち０次及び１次
モードの光のみ伝搬させる導波路としてある。更に、入
射導波路１２と中間導波路１４との境界面Ｂで、入射導
波路１２から入射された０次モードの光の一部から、１
次以上の高次モードの光を励起させるように、中間導波
路１４のコアの屈折率を調整してある。この中間導波路
１４のコアの屈折率と、テーパ導波路１６及び第１及び
第２分岐導波路１８及び２０の各コアの屈折率とを同じ
にしてある。

【００４１】ところで、誘電体多層膜フィルタ３４から
の反射光を、反射光導波路２４に伝搬させる必要があ
る。このために、誘電体多層膜フィルタ３４からの入射
光が斜め入射するように、この多重波長光導波路２２を
斜めに接続する。この構成例では、多重波長光導波路２
２と反射光導波路２４との交差角は１０°とした。

【００４２】誘電体多層膜フィルタ３４を透過した光
は、この発明のＹ分岐光導波路１０に入射する。この入
射光は、フィルタ３４の出射方向と同じく斜め方向に伝
搬する。したがって、放射損失を小さくするために、誘
電体多層膜フィルタ３４に対して、入射導波路１２を同
じく斜め方向に接続して、透過光を首尾良くこの入射導
波路１２に入射させる。

【００４３】なお、多重波長光導波路２２、反射光導波
路２４、入射導波路１２及び第１及び第２分岐導波路１
８及び２０の曲がり部分の曲率半径を、いずれも２５ｍ
ｍとした。この曲率半径は、伝搬光の放射損失が小さく
なるように導出されている。この曲率半径の導出に係る
説明は、“光集積回路、オーム社、４７−４９頁" に記
述されており、その説明を参考にして、この曲率半径を
決定してある。

【００４４】なお、第１及び第２分岐導波路１８及び２
０の分岐角２θを、１．０°とした（すなわち、θ＝
０．５°）。図２では、この分岐部分を見やすくするた
めに、この分岐角２θを１．０°より大きくして、第１
及び第２分岐導波路１８及び２０を示してある。

【００４５】次に、この反射型波長分波器の第１ポート
Ｐ１から入射された、波長１．５５μｍ及び１．３μｍ
が多重された光の伝搬の形態につき説明する。

【００４６】第１ポートＰ１から入射された波長１．５
５μｍ及び１．３μｍの光は、単一モードとして多重波
長光導波路２２を伝搬して、誘電体多層膜フィルタ３４
に出射される。

【００４７】誘電体多層膜フィルタ３４は、波長１．５
５μｍの光を反射させ、かつ波長１．３μｍの光を透過
させる波長分波フィルタである。よって、波長１．５５
μｍの光は、誘電体多層膜フィルタ３４の面で反射さ
れ、反射光導波路２４を伝搬して、第２ポートＰ２から
出射される。また、波長１．３μｍの光は、誘電体多層
膜フィルタ３４の面を透過して、単一モードとして入射
導波路１２に入射する。

【００４８】上述の説明から明らかなように、Ｙ分岐光
導波路１０を構成する入射導波路１２を、既に説明した
通り、波長１．３μｍの光に対して、単一モード導波
路、すなわち０次モードのみの光を伝搬させる導波路と
してある。また、中間導波路１４を、波長１．３μｍの
光に対して、１次モード導波路、すなわち０及び１次モ
ードの光のみを伝搬させる導波路としてある。更に、中
間導波路１４は、入射導波路１２から入射された０次モ
ードの光の一部から、１次以上の高次モードの光を、入
射導波路１２と中間導波路１４との境界面Ｂで励起させ
る。

【００４９】したがって、入射導波路１２に単一モード
として入射された波長１．３μｍの光は、入射導波路１
２と中間導波路１４との境界面Ｂを通過すると、前述し
たように、入射導波路１２及び中間導波路１４の境界面
Ｂで、波長１．３μｍの０次モードの光の一部から、波
長１．３μｍの１次以上の高次モードの光が励起され
る。

【００５０】ところが、中間導波路１４は１次モード導
波路であるから、０次モードの光及び１次以上の高次モ
ードの光のうち、０次及び１次モードの光のみが中間導
波路１４を伝搬することができるが、２次以上の高次モ
ードの光は、即減衰するので、中間導波路１４を伝搬す
ることができない。よって、中間導波路１４を伝搬する
波長１．３μｍの光のモードは、０次及び１次のみであ
る。

【００５１】この１次モードの光は偶モード及び奇モー
ドから構成される。そして、０次モードと、偶モード型
１次モードと、奇モード型１次モードとの３種類の波長
１．３μｍの光が干渉し合って、中間導波路１４を伝搬
する。

【００５２】なお、１次モードの光とは、腹が２つある
定在波を形成する光のことである。偶モード型１次モー
ドの光の界分布では、これら２つの腹の一方が光の伝搬
方向を向き、かつ他方は光の伝搬方向と逆方向を向く。
また、奇モード型１次モードの光の界分布では、これら
２つの腹が同時に光の伝搬方向に向くか、またはその２
つの腹が同時に光の伝搬方向と逆方向に向く。

【００５３】これら３種類の干渉光は、進行方向に対し
て左右に蛇行しながら、後述するように、正弦曲線的に
伝搬すると考えられる定在波である。この干渉光の振幅
最大値をつないだ線は、正弦曲線となると考えられる。

【００５４】この干渉光は、中間導波路１４からテーパ
導波路１６に入射しても、これらは同じ１次モード導波
路であるので、正弦曲線的に伝搬するモード界分布の形
状は崩れないで、そのまま蛇行しながら正弦曲線的にテ
ーパ導波路１６を伝搬すると考えられる。このテーパ導
波路１６は、このモード界分布の形状を崩さないように
設計されている。

【００５５】このテーパ導波路１６は、１次導波路であ
るから、０及び１次モードの光のみを伝搬させて、かつ
２次以上のモードの光を発生させない。また、このテー
パ導波路１６は、第１及び第２分岐導波路１８及び２０
をそれぞれ接続固定する。

【００５６】そして、この干渉光は、テーパ導波路１６
から第１及び第２分岐導波路１８及び２０にそれぞれ分
岐されて伝搬される。そして、これら分岐された干渉光
は、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４からそれぞれ外
部に出射される。

【００５７】そこで、この干渉光の蛇行伝搬の性質を利
用すれば、第１及び第２分岐導波路１８及び２０におけ
る所望の光量の分岐比（第１分岐導波路１８を伝播する
光の量と、第２分岐導波路２０を伝播する光の量との
比）を得ることができる。上述した通り、進行方向に向
かって左右に蛇行して伝搬しながら、正弦曲線的に伝播
するこの干渉光のモード界の分布が、第２分岐導波路２
０の入口と比べて第１分岐導波路１８の入口の方に偏っ
ていれば、第２分岐導波路２０より第１分岐導波路１８
の方により多くの量の干渉光が伝搬する。この干渉光の
モード界の分布が、第１分岐導波路１８の入口と比べて
第２分岐導波路２０の入口の方に偏っていれば、第１分
岐導波路１８より第２分岐導波路２０の方により多くの
量の干渉光が伝搬する。よって、この分岐比は、中間導
波路１４の長さの周期関数（正弦関数）として表され
る。したがって、中間導波路１４の長さを変えるだけ
で、所望の分岐比（第１分岐導波路１８を伝播する光の
量と、第２分岐導波路２０を伝播する光の量との比）を
得ることができる。つまり、この分岐比Ｒは、中間導波
路１４の長さＬの関数として表される。

【００５８】そこで、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ
４に受光素子をそれぞれ接続させて、各受光素子がそれ
ぞれ受光した光の量を測定した。その測定結果を図３及
び図４にそれぞれ示す。

【００５９】図３は、中間導波路１４の長さＬを変化さ
せたときの分岐比Ｒ（第１分岐導波路１８を伝播する光
の量と、第２分岐導波路２０を伝播する光の量との比）
の変化を示すグラフである。縦軸及び横軸は、それぞれ
分岐比Ｒ及び中間導波路の長さＬを表す。中間導波路の
長さＬの単位はｍｍである。ただし、中間導波路１４の
長さＬの変化に応じて、第１及び第２分岐導波路１８及
び２０の出射側の直線部分の長さを調節することによっ
て、Ｙ分岐光導波路の全長Ｄは、１５ｍｍと一定として
ある。図３のグラフ中の白丸の記号は、観測された分岐
比Ｒの値を示す。この白丸の記号をつないだ分岐比Ｒの
近似曲線の方程式は、 Ｒ＝0.42021 ×sin （3.2734Ｌ−0.39638 ）＋1.0391 となる。この近似曲線は正弦曲線である。既に説明した
ように、この分岐比Ｒの式から、この光の振幅の最大値
をつないだ曲線は、正弦曲線を呈することがわかる。し
たがって、０次モードと、偶モード型１次モードと、奇
モード型１次モードとの３種類の波長１．３μｍの光が
干渉し合った結果、この干渉波は、左右に蛇行しなが
ら、正弦曲線的に伝搬することがわかる。

【００６０】図３のグラフによれば、分岐比Ｒを最大値
の１．５１にしたいときは、例えばＬをおよそ２．５ｍ
ｍにすれば良く、または、分岐比Ｒを最小値の０．６７
にしたいときは、Ｌをおよそ１．５８ｍｍにすれば良
い。

【００６１】また、図４は、中間導波路１４の長さＬを
変化させたときの、第１及び第２分岐導波路１８及び２
０におけるそれぞれの伝搬損失Ｌ１及びＬ２の変化、及
び全体損失Ｌ３の変化を示すグラフである。縦軸及び横
軸は、損失及び中間導波路の長さＬを表す。損失の単位
はｄＢである。中間導波路１４の長さＬの単位はｍｍで
ある。図４のグラフ中の白丸、黒丸及び四角の記号は、
それぞれ観測された伝搬損失Ｌ１、伝搬損失Ｌ２、及び
全体損失Ｌ３の値を示す。

【００６２】図３の分岐比Ｒの近似曲線と同様に、図４
のグラフの、これらの伝搬損失Ｌ１及びＬ２白丸及び黒
丸の記号をつないだ近似曲線は、正弦曲線である。ただ
し、伝搬損失Ｌ１及びＬ２の近似曲線の位相差は、９０
°である。すなわち、Ｌ１が最大値のとき、Ｌ２は最小
値となる。または、Ｌ２が最大値のとき、Ｌ１は最小値
となる。

【００６３】図４のグラフによれば、全体損失Ｌ３は、
０．３７ｄＢ以下で安定しており、従来構成の全体損失
と同じ程度である。

【００６４】この発明の実施の形態によれば、この第１
及び第２分岐導波路１８及び２０として、互いに両者間
の中心線に対して対称的な分岐導波路を使用している。
従来、互いに両者間の中心線に対して対称的な分岐導波
路を使用して、所望の分岐比Ｒを得ることは困難であっ
た。しかし、この発明の実施の形態では、中間導波路１
４の長さＬを変えるだけで、所望の分岐比Ｒを得ること
ができる。したがって、所望の分岐比（第１分岐導波路
１８を伝播する光の量と、第２分岐導波路２０を伝播す
る光の量との比）を得るために、特定の非対称な分岐導
波路を使用する必要はなく、多くの光デバイスで使用さ
れている、互いに両者間の中心線に対して対称的な分岐
導波路を転用することができる。更に、全体損失は、従
来構成のものと同程度である。

【００６５】最後に、分岐比Ｒの波長依存性につき説明
する。

【００６６】上述の分岐比Ｒの制御は、境界面Ｂにおけ
る１次モードの光の励起に依存している。ところが、０
次及び１次モードの光の界分布は、光の波長に応じて変
化する。よって、光の波長によって、分岐比Ｒを制御す
ることもできる。図５は、中間導波路１４の長さＬ
（ａ：０．０９２６ｍｍ、ｂ：０．２４１ｍｍ及びｃ：
１．２６ｍｍ）に対する、光の波長を変化させたときの
分岐比Ｒの変化を示すグラフである。縦軸及び横軸は、
それぞれ分岐比Ｒ及び波長を表す。波長の単位はμｍで
ある。図４のグラフ中の黒丸、菱形及び白丸の記号は、
それぞれ中間導波路１４の長さＬを０．０９２６ｍｍ、
０．２４１ｍｍ及び１．２６ｍｍにしたときの、それぞ
れ観測された分岐比Ｒを示す。図５のグラフの中の、曲
線ａ、ｂ及びｃは、これらの黒丸、菱形及び白丸をつな
いだ近似曲線である。

【００６７】図５のグラフによれば、光の波長が０．０
９２６ｍｍ（曲線ａ）と０．２４１ｍｍ（曲線ｂ）との
場合、分岐比Ｒは単調減少するのに対して、光の波長が
１．２６ｍｍ（曲線ｃ）の場合、分岐比Ｒは単調増加す
る。

【００６８】この発明は、上述の実施の形態にのみ限定
されるものではなく、設計に応じて種々の変更を加える
ことができる。

【００６９】例えば、入射導波路１２を１入力２出力マ
ッハツェンダー型波長分波器の１出射端に接続させて、
この発明のＹ分岐光導波路１０を使用することができ
る。図６は、この発明のＹ分岐光導波路１０を具えた１
入力２出力マッハツェンダー型波長分波器の導波路部分
のみを取り出して、これを上方から見たときの平面図で
ある。図６では、１入力２出力マッハツェンダー型波長
分波器は、波長λ１の第１波長光Ｓ１及び波長λ２の第
２波長光Ｓ２を有する多重波長光を分派した後、波長λ
１の第１波長光Ｓ１を直進させながら出射させ、波長λ
２の第２波長光Ｓ２をこの発明のＹ分岐光導波路に入射
させている。

【００７０】また、例えば、この発明のＹ分岐光導波路
１０に、１次モード導波路であるＹ分岐光導波路をｎ段
だけカスケード接続させれば、１入力２ⁿ⁺¹ 出力型光ス
ターカプラとなる。光の蛇行伝搬の性質を利用すること
により、各Ｙ分岐光導波路の長さを変えるだけで、この
光スターカプラの２ⁿ⁺¹ 個の出射端から出射される光の
量に所望の差をつけることができる。図７は、この発明
のＹ分岐光導波路１０に、１次モード導波路である１入
力２出力型のＹ分岐光導波路を２段だけカスケードさせ
た１入力８（すなわち、２³ ）出力型光スターカプラの
導波路部分のみを取り出して、これを上方から見たとき
の平面図である。

【００７１】また、上述の実施の形態では、波長分波フ
ィルタとして誘電体多層膜フィルタを使用したが、例え
ば、エタロンフィルタ等の分波フィルタを使用しても良
い。

【００７２】また、上述の実施の形態では、第１及び第
２分岐導波路１８及び２０は、互いに両者間の中心線に
対して対称的であるとしたが、中間導波路１４の長さＬ
を調整することによって、０次及び１次のモード界の分
布を、光の進行方向に対して、左右に傾けることができ
ることには変わりないから、例えば、第１及び第２分岐
導波路１８及び２０は、互いに非対称的であっても良
い。なぜならば、非対称的な第１及び第２分岐導波路１
８及び２０の形状（分岐角及び導波路幅）に応じて、中
間導波路１４の長さＬを調整すれば良いからである。

【００７３】また、上述の実施の形態では、入射導波路
１２を曲がり導波路とし、中間導波路１４を直線導波路
としたが、入射導波路１２は単一モード導波路で、中間
導波路１４が１次モード導波路であり、及び入射導波路
１２から入射された前記０次モードの光の一部から、入
射導波路１２と中間導波路１４の境界面で、１次以上の
高次モードの光を励起させるように、入射導波路１２及
び中間導波路１４を構成する各コアの屈折率を調整して
いれば、入射導波路１２と中間導波路１４との形状は、
特に何等限定されるものではない。

【００７４】また、上述の実施の形態では、コアの屈折
率を固定しているが、この屈折率に幅をもたせても良
い。たとえば、この実施の形態では、中間導波路１４、
テーパ導波路１６、第１分岐導波路１８及び第２分岐導
波路２０を構成するコアの屈折率を１．４５３０に設定
したが、この屈折率の値を、１．４５２４〜１．４５３
３、または、１．４４６４〜１．４５０４の範囲の任意
の値に設定すれば良い。なぜならば、コアの屈折率の値
がこの範囲内にあれば、中間導波路１４、テーパ導波路
１６、第１分岐導波路１８及び第２分岐導波路２０を、
０次及び１次モードの光のみ伝搬させる１次モード導波
路とし、かつ、入射導波路１２から入射された０次モー
ドの光の一部から、１次以上の高次モードの光を、入射
導波路１２と中間導波路１４との境界面Ｂで励起させる
ことができるからである。

【００７５】また、上述の実施の形態では、固相拡散法
またはイオンプレーティング法等によって、コアを形成
してあるが、コアの形成方法はこれらに限らない。例え
ば、下部クラッド層２８の表面上に、厚さ８μｍのコア
層（石英系ガラス）を成膜し、次に、例えば、反応性イ
オンエッチング法（ＲＩＥ法）により、８μｍの幅にコ
ア層をエッチングして、各導波路用のコアを形成しても
良い。

【００７６】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、この発
明によれば、０次モードの光と、入射導波路と中間導波
路との境界面で励起される１次モードの光とを干渉させ
て伝搬させることにより、中間導波路の長さを変えるだ
けで、両者間の中心線に対して、互いに対称的な第１及
び第２分岐導波路を使用しても、第１及び第２分岐導波
路における所望の分岐比を得ることができ、かつ全体損
失は、従来構成のものと同程度である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のＹ分岐光導波路を上方から見たとき
の平面図である。

【図２】この発明のＹ分岐光導波路を具える反射波長分
波器の構成図である。

【図３】中間導波路の長さを変化させたときの分岐比の
変化を示すグラフである。

【図４】第１及び第２分岐導波路における、それぞれの
伝搬損失Ｌ１及びＬ２の変化、及び全体損失Ｌ３の変化
を示すグラフである。

【図５】中間導波路の長さに対する、光の波長を変化さ
せたときの分岐比の変化を示すグラフである。

【図６】この発明のＹ分岐光導波路を具えた１入力２出
力マッハツェンダー型波長分波器である。

【図７】この発明のＹ分岐光導波路を具えた光スターカ
プラである。

【符号の説明】

１０：Ｙ分岐光導波路 １２：入射導波路 １４：中間導波路 １６：テーパ導波路 １８：第１分岐導波路 ２０：第２分岐導波路 ２２：多重波長光導波路 ２４：反射光導波路 ２６：シリコン基板 ２８：下部クラッド層 ３０：上部クラッド層 ３２：溝 ３４：誘電体多層膜フィルタ ３６：２段カスケードＹ分岐光導波路群 Ｂ：入射導波路と中間導波路との境界面 Ｄ：Ｙ分岐光導波路の全長 Ｌ：中間導波路の長さ Ｐ１：第１ポート Ｐ２：第２ポート Ｐ３：第３ポート Ｐ４：第４ポート Ｓ１：第１波長光 Ｓ２：第２波長光

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射導波路と、該入射導波路の出射端に
   接続される中間導波路と、該中間導波路の出射端に接続
   されるテーパ導波路と、該テーパ導波路の出射端にそれ
   ぞれ接続される第１分岐導波路及び第２分岐導波路とを
   具え、 前記入射導波路を、０次モードの光のみを伝搬させる単
   一モード導波路とし、 前記中間導波路、前記テーパ導波路、前記第１分岐導波
   路及び前記第２分岐導波路を、前記０次モードの光及び
   １次モードの光のみを伝搬させる１次モード導波路と
   し、 前記入射導波路から入射された前記０次モードの光の一
   部から、前記入射導波路と前記中間導波路の境界面で、
   １次以上の高次モードの光を励起させることを特徴とす
   るＹ分岐光導波路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＹ分岐光導波路におい
   て、 前記入射導波路をある曲率の曲線に沿って形成された曲
   がり導波路とし、かつ、 前記中間導波路を直線導波路としたことを特徴とするＹ
   分岐光導波路。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のＹ分岐光導波路におい
   て、 前記曲線を円弧としたことを特徴とするＹ分岐光導波
   路。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れか一項に記載のＹ分
   岐光導波路において、 前記第１分岐導波路及び前記第２分岐導波路を、両者間
   の中心線に対して、互いに対称的な分岐導波路としたこ
   とを特徴とするＹ分岐光導波路。
5. 【請求項５】 多重波長光導波路と、波長分波フィルタ
   と、透過光導波路とをこの順に具え、かつ、該波長分波
   フィルタに対して該多重波長光導波路と同じ側に、反射
   光導波路を具える反射型波長分波器において、 前記透過光導波路として、請求項１〜４の何れか一項に
   記載のＹ分岐光導波路を使用したことを特徴とする反射
   型波長分波器。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の反射型波長分波器にお
   いて、 前記波長分波フィルタを誘電体多層膜フィルタとしたこ
   とを特徴とする反射型波長分波器。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の反射型波長分波器にお
   いて、 前記波長分波フィルタをエタロンフィルタとしたことを
   特徴とする反射型波長分波器。
8. 【請求項８】 １入力２出力マッハツェンダー型波長分
   波器の１出射端に、請求項１〜４の何れか一項に記載の
   Ｙ分岐光導波路の前記入射導波路を接続したことを特徴
   とする波長分波器。
9. 【請求項９】 請求項１〜４の何れか一項に記載のＹ分
   岐光導波路に、前記１次モード導波路であるＹ分岐光導
   波路をｎ段（ｎは自然数）だけカスケード接続させたこ
   とを特徴とする光スターカプラ。