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JP2001141946A - 合分波素子 - Google Patents

合分波素子

Info

Publication number
JP2001141946A
JP2001141946A JP32494299A JP32494299A JP2001141946A JP 2001141946 A JP2001141946 A JP 2001141946A JP 32494299 A JP32494299 A JP 32494299A JP 32494299 A JP32494299 A JP 32494299A JP 2001141946 A JP2001141946 A JP 2001141946A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
multiplexing
perturbation
optical signal
demultiplexing device
lattice
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP32494299A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideaki Okayama
秀彰 岡山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP32494299A priority Critical patent/JP2001141946A/ja
Priority to US09/712,156 priority patent/US6553162B1/en
Publication of JP2001141946A publication Critical patent/JP2001141946A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12107—Grating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 角度変化量ｄθ及び波長分解能λ／ｄλが大
きく、しかも製造容易な合分波素子を得ること。 【解決手段】 各第１格子摂動部４２は、第２格子摂動
部４４の何れかと交差している。又、各第１格子摂動部
４２及び各第２格子摂動部４４を構成する媒質の屈折率
を、上述のように、干渉導波路２４を構成する媒質の屈
折率より大きくしてある。これにより、ブラッグ反射領
域３２（少なくとも、交差格子摂動部４６）において、
各第１格子摂動部４２及び各第２格子摂動部４４の作用
によって、光信号がブラッグ反射される。

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、合分波素子、特
に、回折格子を具える合分波素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信の分野に、多重干渉型合分
波素子がある。多重干渉型合分波素子とは、所定の位相
差を有する多数の光波による干渉を利用して、波長多重
された光信号を分波するか、又は、互いに異なる波長の
光信号を合波する為の機能を具える光学素子である。
【０００３】この多重干渉型合分波素子の構成例とし
て、アレイ導波路格子合分波素子（以下「第１従来素
子」という。例えば、文献「光スイッチングと光インタ
ーコネクション、共立出版株式会社、ｐｐ．１３７〜１
３８」参照。）、分波すべき波長の光信号の各々に対し
て共通の回折格子を利用して該光信号を合分波する合分
波素子（以下「第２従来素子」という。例えば、文献
「光集積回路、オーム社、ｐｐ．２７８〜２７９」参
照。）、干渉用の干渉導波路内に規則的に配列されたフ
ォトニック結晶（例えば、シリカ粒子）を利用して光信
号を合分波する合分波素子（以下「第３従来素子」とい
う。）、及び、分波すべき波長の光信号毎に個別に対応
した回折格子を利用して該光信号を合分波する合分波素
子（以下「第４従来素子」という。例えば、文献「Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２９、
Ｎｏ．１１、ｐｐ．９９２〜９９３、１９９３年５月」
参照。）がある。
【０００４】第１従来素子（一般的に「ＡＷＧ」といわ
れる。）は、長さの異なる多数の導波路（一般的に「ア
レイ導波路」といわれる。）を格子状に規則的に整列さ
せ、その入出力部にそれぞれ干渉用の干渉導波路（一般
的に「スラブ導波路」といわれる。）を設けた合分波素
子である。第１従来素子の波長分散特性は、下記式
（１）を以って表される。
【０００５】 ｄθ＝−（Δｌ／ｓ）×（ｄλ／λ） … （１） 上記式（１）において、λは、光信号の波長である。
又、θは、アレイ導波路が接続されたスラブ導波路にお
ける一方の端面の中心における垂線と、該スラブ導波路
における他の端面（一方の端面と対向している）におい
て波長λの光信号が集光される点及び該中心を結ぶ直線
とのなす角である。又、Δｌは、互いに隣接するアレイ
導波路間における光路長差である。又、ｓは、スラブ導
波路との接続部分における、互いに隣接するアレイ導波
路の間隔である。上記式（１）は、波長λをｄλだけ変
化させたときの、角度θの変化量（以下「角度変化量」
という。）ｄθを表している。
【０００６】一方、第２従来素子の波長分散特性は、下
記式（２）を以って表される。
【０００７】 ｄθ＝[±１／｛（Λ／λ）×ｃｏｓθ｝]×（ｄλ／λ） … （２） 上記式（２）において、λは、光信号の波長である。
又、θは、回折格子を構成している面の法線と、該回折
格子上においてブラッグ反射された波長λの光信号の伝
搬方向とのなす角である。又、Λは、回折格子の周期で
ある。上記式（２）は、上記式（１）と同様に、波長λ
をｄλだけ変化させたときの、角度変化量ｄθを表して
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１及
び第２従来素子の構成によれば、その構成上の制約か
ら、角度変化量ｄθを所望の値（例えば、ｄλ／λ≒
０．０１としたとき、最小でも約０．２ｒａｄの値）ま
で大きくすることができない。よって、光信号を波長毎
に外部に出力する為のポートが接近してしまう為、波長
分解能が向上しないという問題点があった。
【０００９】例えば、第１従来素子の構成によれば、ア
レイ導波路の間隔ｓ≒１５μｍとし、かつ、光路長差Δ
ｌ＝数十μｍとすることが多い。よって、例えば、ｄλ
／λ≒０．０１とするとき、上記式（１）より、角度変
化量ｄθは、高々０．０３ｒａｄ程度（＜０．２ｒａ
ｄ）である。
【００１０】又、例えば、第２従来素子の構成によれ
ば、角度θ≒０°とし、かつ、λ／Λ≒３とすることが
多い。よって、例えば、ｄλ／λ≒０．０１とすると
き、上記式（２）より、角度変化量ｄθは、高々０．０
３ｒａｄ程度（＜０．２ｒａｄ）である。
【００１１】これに対して、第３従来素子の構成によれ
ば、例えば、ｄλ／λ≒０．０１とするとき、角度変化
量ｄθ≒１ｒａｄ（＞０．２ｒａｄ）とすることができ
る。よって、波長分解能が向上する。しかしながら、微
細なフォトニック結晶（該結晶間の間隔は、第３従来素
子内を伝搬するときにおける光信号の波長以下であ
る。）を加工することが困難である為、当該第３従来素
子を容易に製造することができないという問題点があっ
た。
【００１２】又、第４従来素子の構成によれば、分波す
べき波長の光信号毎に個別に対応した回折格子をそれぞ
れ用意する必要がある。よって、分波すべき波長の光信
号の数を増加させると、その分だけ、回折格子の構造が
複雑になる為、当該第４従来素子を容易に製造すること
ができないという問題点があった。
【００１３】そこで、角度変化量ｄθを所望の値（例え
ば、ｄλ／λ≒０．０１としたとき、約０．２ｒａｄ以
上の値）まで大きくすることができ、かつ、容易に製造
することができる合分波素子の出現が求められていた。
更に、波長分解能が大きい合分波素子の出現が求められ
ていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成する為
に、ブラッグ反射を利用して、波長多重された光信号を
分波するか、又は、互いに異なる波長の光信号を合波す
る為の回折格子を具える合分波素子において、この発明
の合分波素子における回折格子は、複数個の副回折格子
を具える。副回折格子は、それぞれ、格子摂動部を以っ
て構成されている。ある副回折格子の格子摂動部は、そ
れぞれ、他の副回折格子の格子摂動部と交差して、交差
格子摂動部を形成している。そして、この交差格子摂動
部を有する各副回折格子の基本格子ベクトルの和によっ
て表される複合高次格子ベクトルを、この交差格子摂動
部で順次ブラッグ反射される光信号の反射伝搬ベクトル
と、この交差格子摂動部に入射されるこの光信号の入射
伝搬ベクトルとの差に一致させてある。
【００１５】このような構成によれば、回折格子には、
２種類以上の副回折格子が含まれる。よって、当該回折
格子には、多種多様な複合高次格子ベクトルが含まれ
る。そして、各波長の光信号に対して、各複合高次格子
ベクトルを個別に対応させることにより、該光信号を波
長毎に異なる特定方向にブラッグ反射させることができ
る。これにより、角度変化量を所望の値まで大きくする
ことができる。又、波長分解能を大きくすることもでき
る。
【００１６】この発明の実施に当たり、好ましくは、副
回折格子の基本周期を、当該合分波素子を伝搬している
ときの光信号の波長の２分の１より大きくしてあるのが
良い。
【００１７】このように構成すれば、光信号をブラッグ
反射することができる。
【００１８】又、上述の発明の実施に当たり、好ましく
は、副回折格子の基本周期を、この副回折格子毎に、一
定としているのが良い。
【００１９】このように構成しても、各副回折格子の設
計が容易となる。よって、当該合分波素子を容易に製造
することができる。
【００２０】又、上述の発明の実施に当たり、好ましく
は、回折格子を、光信号がこの回折格子に入力した側に
向かってこの光信号の一部を順次ブラッグ反射させる反
射形回折格子としてあるのが良い。
【００２１】このように構成すれば、この回折格子を利
用して、反射型の合分波素子が得られる。
【００２２】この発明の実施に当たり、好ましくは、当
該合分波素子は、干渉導波路を具えるのが良い。この干
渉導波路は、当該干渉導波路に対して光信号を互いに入
出力させる関係にある、１個乃至複数個の第１のポート
及び複数個の第２のポートを具える。又、この干渉導波
路は、格子摂動部の作用によって光信号をポートの方角
に向かってブラッグ反射させる為のブラッグ反射領域を
具えていて、ポート及びこのブラッグ反射領域間におい
て光信号を伝搬させる。
【００２３】例えば、この発明の実施に当たり、好まし
くは、干渉導波路は、一方のポートから出力された光信
号を回折させながら伝搬させる為の回折波領域と、この
光信号を回折波から平面波に変換する為の波面変換部
と、この光信号を平面波の状態でブラッグ反射領域に出
力させる為の平面波領域とを具えるのが良い。そして、
干渉導波路の主表面上から見た場合における各々の格子
摂動部の格子面の形状を、直線状とする。これにより、
ブラッグ反射領域によってブラッグ反射された光信号
は、平面波の状態で平面波領域を伝搬し、次に、波面変
換部によって平面波から回折波に変換され、然る後、回
折波領域を回折しながら伝搬して、他方における所定の
ポートに集光される。
【００２４】又、例えば、上述の発明の実施に当たり、
好ましくは、干渉導波路は、一方のポートから出力され
た光信号を回折させながらブラッグ反射領域まで伝搬さ
せる領域であるのが良い。そして、干渉導波路の主表面
上から見た場合における各々の格子摂動部の格子面の形
状を、ブラッグ反射領域に向かって凸型の曲線状とす
る。これにより、ブラッグ反射領域によってブラッグ反
射されたこの光信号は、回折しながら干渉導波路を伝搬
して、他方における所定のポートに集光される。
【００２５】これらのように構成すれば、反射型の合分
波素子が得られる。但し、一方のポートを第１のポート
とし、かつ、他方のポートを第２のポートとするか、若
しくは、一方のポートを第２のポートとし、かつ、他方
のポートを第１のポートとしてあるものとする。
【００２６】又、これらの発明の実施に当たり、好まし
くは、副回折格子は、上述の交差格子摂動部においての
み設けられている構造を有するのが良い。
【００２７】このように構成すれば、副回折格子は、多
数の粒子状の格子摂動部（交差格子摂動部）から構成さ
れる。
【００２８】又、上述の発明の実施に当たり、好ましく
は、格子摂動部の各々は、ブラッグ反射領域の内部に埋
め込まれて配列されており、かつ、格子摂動部の各々を
構成する媒質の屈折率は、干渉導波路を構成する媒質の
屈折率より大きいのが良い。又は、格子摂動部の各々
は、ブラッグ反射領域の主表面のリッジ領域上に形成さ
れて配列されていて、かつ、格子摂動部の各々を構成す
る媒質の屈折率は、干渉導波路を構成する媒質の屈折率
より大きいのが良い。又は、格子摂動部の各々は、ブラ
ッグ反射領域の平坦な主表面上に配列されていて、か
つ、格子摂動部の各々を構成する媒質の屈折率は、干渉
導波路を構成する媒質の屈折率より大きいのが良い。
【００２９】これらのように構成すれば、何れの場合で
も、格子摂動部の作用により、ブラッグ反射領域を形成
することができる。
【００３０】又、上述の発明の実施に当たり、好ましく
は、波面変換部は、この波面変換部の内部に埋め込まれ
ているレンズ形状のレンズ摂動部を具え、このレンズ摂
動部の作用によって、光信号における回折波及び平面波
間の変換を行うのが良い。又は、波面変換部は、波面変
換部の主表面のリッジ領域上に形成されているレンズ形
状のレンズ摂動部を具え、このレンズ摂動部の作用によ
って、光信号における回折波及び平面波間の変換を行う
のが良い。又は、波面変換部は、波面変換部の主表面の
平坦な主表面上に形成されているレンズ形状のレンズ摂
動部を具え、このレンズ摂動部の作用によって、光信号
における回折波及び平面波間の変換を行うのが良い。
【００３１】これらのように構成すれば、何れの場合で
も、波面変換部を形成することができる。
【００３２】これらの発明の実施に当たり、好ましく
は、上述のレンズ形状は、一方の凸部がポートの方角を
向いて、かつ、他方の凸部がブラッグ反射領域の方角を
向いている、両凸状であって、及び、レンズ摂動部を構
成する媒質の屈折率は、干渉導波路を構成する媒質の屈
折率より大きいのが良い。又は、上述のレンズ形状は、
一方の凹部がポート側にあり、かつ、他方の凹部がブラ
ッグ反射領域の側にある両凹状であって、及び、レンズ
摂動部を構成する媒質の屈折率は、干渉導波路を構成す
る媒質の屈折率より小さいのが良い。
【００３３】これらのように構成すれば、レンズ摂動部
の作用により、波面変換部を形成することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】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。尚、図中、各構成成分
の大きさ、形状及び配置関係は、この発明が理解できる
程度に概略的に示してあるにすぎず、従って、この発明
は、図示例に限定されるものではない。
【００３５】「第１の実施の形態」先ず、図１を参照し
て、この発明の一例である、第１の実施の形態における
合分波素子（以下「第１合分波素子１０」という。）の
全体的な構成について、説明する。
【００３６】図１は、第１合分波素子の構成の一例を説
明する為の構成図であって、斜視図で示してある。この
構成例では、第１合分波素子１０の形状を、直方体とし
てある。
【００３７】第１合分波素子１０は、ブラッグ反射を利
用して、波長多重された光信号を分波するか、又は、互
いに異なる波長の光信号を合波する為の回折格子３６
（後述）を具える光素子の一形態である。
【００３８】この第１合分波素子１０は、光信号が伝搬
する為の導波路１２、導波路１２上に形成されていて、
かつ、該導波路１２の一部に摂動を加えることにより、
光信号の伝搬方向を波長毎に変化させる為の摂動系１
４、並びに、この光信号を導波路１２に閉じこめる為
の、基板１６及びクラッド層１８を具える。導波路１２
及び摂動系１４は、それぞれ、基板１６及びクラッド層
１８間に介在する。但し、図１では、導波路１２及び摂
動系１４の形状を強調する為に、この導波路１２の境界
線を実線で、かつ、クラッド層１８の境界線を点線で示
している。
【００３９】次に、この第１合分波素子１０の製造工程
について、説明する。
【００４０】この構成例では、先ず、上述の基板１６と
して、電気光学効果を有する直方体の基板を用意する。
この基板１６の材料としては、例えば、有機材料、強誘
電体、ガラス、ＩｎＰ及びＬｉＮｂＯ３等が挙げられ
る。この基板１６の主表面１６Ａ上に、コア層（例え
ば、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ（但し、当該基板１６が
ＩｎＰによって構成されている場合））を、例えば、化
学気相堆積法（ＣＶＤ法）或いはエピタキシャル成長等
により成膜する。次に、例えば、フォトリソグラフィー
により、導波路１２と同一形状のレジストパターンをコ
ア層の平坦な主表面上に形成し、然る後、ドライエッチ
ングにより、そのパターンを用いてコア層を加工する。
これにより、導波路１２が形成される。次に、導波路１
２、及び、該導波路１２が形成されていない主表面１６
Ａ上に、摂動層（例えば、コアの屈折率よりも高い屈折
率を有する媒体）を、例えば、化学気相堆積法（ＣＶＤ
法）或いはエピタキシャル成長等により成膜する。次
に、例えば、フォトリソグラフィーにより、摂動系１４
と同一形状のレジストパターンを、導波路１２の主表面
１２Ａの一部の領域（具体的には、干渉導波路２４（後
述）の主表面）上に形成し、然る後、ドライエッチング
により、そのパターンを用いて摂動層を加工する。これ
により、摂動系１４が形成される。次に、摂動系１４、
摂動系１４が形成されていない主表面１２Ａ、及び、導
波路１２が形成されていない主表面１６Ａ上に、クラッ
ド層１８（この構成例では、基板１６と同一の材質）
を、主表面１６Ａから同一の高さになるまで、例えば、
化学気相堆積法（ＣＶＤ法）或いはエピタキシャル成長
等により、膜厚が均一となるように成膜する。これによ
り、第１合分波素子１０が完成される。
【００４１】次に、第１合分波素子１０の特徴的な構成
について、説明する。
【００４２】この構成例では、導波路１２は、３つの部
分、すなわち、１個乃至複数個の第１入出力導波路２０
（この構成例では、２個）、複数個の第２入出力導波路
２２（この構成例では、３個）、及び、干渉導波路２４
から構成されている。
【００４３】（第１入出力導波路２０）この構成例で
は、各第１入出力導波路２０は、曲がり導波路であっ
て、当該合分波素子１０の長手方向ＬＤに対して垂直な
第１端面Ｓ１寄りに、かつ、長手方向ＬＤに平行な第２
端面Ｓ２寄りに配置されている。
【００４４】又、第１入出力導波路２０を、単一モード
導波路とする（尚、多モード導波路であっても良
い。）。
【００４５】又、第１端面Ｓ１における第２端面Ｓ２寄
りには、光信号を外部より当該第１合分波素子１０に入
力させるか、若しくは、光信号を当該第１合分波素子１
０より外部に出力させる為の、１個乃至複数個の第１入
出力端子Ｔ１（この構成例では、２個）が、互いに離間
して設けられている。これら第１入出力端子Ｔ１に、各
第１入出力導波路２０の一端が、１対１の関係で、第１
端面Ｓ１に対して垂直に接続されている。これは、第１
入出力端子Ｔ１から当該第１合分波素子１０に光信号を
首尾良く入力させるか、又は、当該第１合分波素子１０
から第１入出力端子Ｔ１に光信号を首尾良く出力させる
為である。
【００４６】又、各第１入出力導波路２０の他端は、幾
分、第３端面Ｓ３（第２端面Ｓ２と対向している。）向
きに、干渉導波路２４の一端面（以下「干渉端面Ｑ１」
という。）に設けられた第１のポートＰ１（この構成例
では、２個）と、１対１の関係で接続されている。これ
は、第１入出力導波路２０から出力された光信号を、干
渉導波路２４内の回折摂動部（後述）で、ブラッグ反射
させる為の条件を満たすか、又は、回折摂動部でブラッ
グ反射された光信号を第１のポートＰ１で集光させるこ
とにより、該光信号を首尾良く第１入出力導波路２０に
出力させる為である（以下「ブラッグ反射にかかる条
件」という。）。
【００４７】尚、第１入出力導波路２０は、主な理由と
して、当該第１入出力導波路２０から出力された光信号
の伝搬方向が上述のブラッグ反射に係る条件を満たすよ
うに、設けられているにすぎない。よって、このブラッ
グ反射に係る条件が満たされていれば、この第１入出力
導波路２０を設ける必要はない（この場合において、第
１のポートＰ１は、前述の第１入出力端子Ｔ１の役割も
担う。このとき、例えば、第１のポートＰ１に、光ファ
イバケーブルを接続しても良い。）。
【００４８】（第２入出力導波路２２）この構成例で
は、各第２入出力導波路２２は、曲がり導波路であっ
て、第１端面Ｓ１及び第３端面Ｓ３寄りに配置されてい
る点が、第１入出力導波路２０の構成と主として異な
る。
【００４９】又、第２入出力導波路２２を、単一モード
導波路とする（尚、多モード導波路であっても良
い。）。
【００５０】又、第１端面Ｓ１における第３端面Ｓ３寄
りには、光信号を外部より当該第１合分波素子１０に入
力させるか、若しくは、光信号を当該第１合分波素子１
０より外部に出力させる為の、複数個の第２入出力端子
Ｔ２（この構成例では、３個）が、互いに離間して設け
られている。これら第２入出力端子Ｔ２に、各第２入出
力導波路２２の一端が、１対１の関係で、第１端面Ｓ１
に対して垂直に接続されている。これは、第２入出力端
子Ｔ２から当該第１合分波素子１０に光信号を首尾良く
入力させるか、又は、当該第１合分波素子１０から第２
入出力端子Ｔ２に光信号を首尾良く出力させる為であ
る。
【００５１】又、各第２入出力導波路２２の他端は、幾
分、第２端面Ｓ２向きに、干渉導波路２４の干渉端面Ｑ
１に設けられた第２のポートＰ２（この構成例では、３
個）と、１対１の関係で接続されている。これは、第２
入出力導波路２２から出力された光信号を、干渉導波路
２４内の回折摂動部（後述）で、ブラッグ反射させる為
の条件を満たすか、又は、回折摂動部でブラッグ反射さ
れた光信号を第２のポートＰ２で集光させることによ
り、該光信号を首尾良く第２入出力導波路２２に出力さ
せる為である（以下、ここでも「ブラッグ反射にかかる
条件」という。）。
【００５２】尚、第２入出力導波路２２は、主な理由と
して、当該第２入出力導波路２２から出力された光信号
の伝搬方向が上述のブラッグ反射に係る条件を満たすよ
うに、設けられているにすぎない。よって、このブラッ
グ反射に係る条件が満たされていれば、この第２入出力
導波路２２を設ける必要はない（この場合において、第
２のポートＰ２は、前述の第２入出力端子Ｔ２の役割も
担う。このとき、例えば、第２のポートＰ２に、光ファ
イバケーブルを接続しても良い。）これら第１入出力端
子Ｔ１及び第２入出力端子Ｔ２は、外部及び当該合分波
素子１０間において光信号を互いに入出力させる関係に
ある（よって、第１のポートＰ１及び第２のポートＰ２
は、干渉導波路２４に対して前記光信号を互いに入出力
させる関係にある。）。
【００５３】（干渉導波路２４）干渉導波路２４は、上
述のように、第１端面Ｓ１寄りの干渉端面Ｑ１に、第１
のポートＰ１及び第２のポートＰ２をそれぞれ具えてお
り、各第１のポートＰ１には第１入出力導波路２０の他
端が、及び、各第２のポートＰ２には第２入出力導波路
２２の他端が、個別に接続されている。
【００５４】この構成例では、干渉導波路２４は、第２
端面Ｓ２、第３端面Ｓ３、及び第４端面Ｓ４（第１端面
Ｓ１に対向している。）の一部を構成している平板状の
平面導波路であって、所定の位相差を有する多数の光波
（光信号）が干渉し合う領域である。
【００５５】具体的には、干渉導波路２４は、一方のポ
ート（第１のポートＰ１又は第２のポートＰ２）から出
力された光信号を回折させながら第４端面Ｓ４に向かっ
て伝搬させる為の回折波領域２６、この光信号を回折波
から平面波に変換する為の波面変換部２８、この光信号
を平面波の状態で第４端面Ｓ４に向かって伝搬させる為
の平面波領域３０、及び、平面波領域３０から入力され
た光信号を、ポート（すなわち、第１のポートＰ１及び
第２のポートＰ２）の方角（第１端面Ｓ１側）に向かっ
てブラッグ反射させる為のブラッグ反射領域３２から構
成されている。すなわち、波面変換部２８及びブラッグ
反射領域３２には、「摂動（後述）」が加えられてい
る。
【００５６】このブラッグ反射領域３２によってブラッ
グ反射された光信号は、平面波の状態で平面波領域３０
を伝搬し、次に、波面変換部２８によって平面波から回
折波に変換され、然る後、回折波領域２６を回折しなが
ら伝搬して、他方における所定のポート（一方のポート
を第１のポートＰ１とするとき、他方のポートを第２の
ポートＰ２とする。若しくは、一方のポートを第２のポ
ートＰ２とするとき、他方のポートを第１のポートＰ１
とする。）に集光される。
【００５７】例えば、何れかの第１入出力端子Ｔ１に、
波長多重された光信号を入力させた場合は、各第２入出
力端子Ｔ２に対して個別に、光信号が分波されて出力さ
れる（光の可逆性から、この伝搬工程を逆にたどれば、
光信号は合波される。尚、第１入出力端子Ｔ１は１個だ
け設けた場合（よって、第１のポートＰ１を１個だけ設
けた場合）は、該使用法に則る。）。或いは、何れかの
第２入出力端子Ｔ２に、波長多重された光信号を入力さ
せた場合は、各第１入出力端子Ｔ１に対して個別に、光
信号が分波されて出力される（光の可逆性から、この伝
搬工程を逆にたどれば、光信号は合波される。）。
【００５８】ところで、上述の波面変換部２８及びブラ
ッグ反射領域３２に「摂動」を加えているのが、主表面
１２Ａ上に形成された摂動系１４である。そこで、この
摂動系１４の構成について、説明する。
【００５９】摂動系１４は、この構成例では、波面変換
部２８上に形成されたレンズ摂動部３４、及び、ブラッ
グ反射領域３２上に形成された回折格子３６から構成さ
れている。
【００６０】（レンズ摂動部３４）レンズ摂動部３４
は、その形状が、レンズ形状である。この構成例では、
該レンズ形状を、一方の凸部が第１ポートＰ１の方角
（第１端面Ｓ１側）を向いて、かつ、他方の凸部がブラ
ッグ反射領域３２の方角（第４端面Ｓ４側）を向いてい
る、両凸状としてある。又、上述のように、レンズ摂動
部３４を構成する媒質の屈折率を、干渉導波路２４を構
成する媒質の屈折率より大きくしてある。これにより、
波面変換部２８において、レンズ摂動部３４の作用によ
って、光信号における回折波及び平面波間の変換が行わ
れる。
【００６１】（回折格子３６）回折格子３６の構成は、
本願発明の特徴部分である。
【００６２】この構成例では、回折格子３６を、光信号
が当該回折格子３６に入力した側（すなわち、第１端面
Ｓ１側）に向かって、該光信号の一部を順次ブラッグ反
射させる反射形回折格子としてある。
【００６３】この回折格子３６は、複数個の副回折格子
を具える。この構成例では、２個の副回折格子、すなわ
ち、第１副回折格子３８及び第２副回折格子４０から構
成されている。
【００６４】この構成例では、第１副回折格子３８は、
複数個の第１格子摂動部４２を以って構成されている。
各第１格子摂動部４２は、干渉導波路２４における主表
面１２Ａ上から見た場合に、第１格子摂動部４２の境界
面ＫＳ１（「格子面ＫＳ１」ともいう。）の形状を直線
状としている。そして、第１副回折格子３８の基本周期
Λ（互いに隣接する、第１格子摂動部４２の中心線間の
距離）を、一定としてある。
【００６５】同様に、第２副回折格子４０は、第２格子
摂動部４４を以って構成されている。各第２格子摂動部
４４は、干渉導波路２４における主表面１２Ａ上から見
た場合に、第２格子摂動部４４の境界面ＫＳ２（格子面
ＫＳ２ともいう。）の形状を直線状としている。そし
て、第２副回折格子４０の基本周期（互いに隣接する、
第２格子摂動部４４の中心線間の距離）を、第１副回折
格子３８の基本周期と同様に、Λとしてある。
【００６６】これら第１格子摂動部４２及び第２格子摂
動部４４の境界面（格子面）を、該直線状とすることに
より、平面波の状態で当該回折格子３６に入射された光
信号は、ブラッグ反射領域３２によって平面波として反
射される。
【００６７】但し、ある副回折格子（第１副回折格子３
８及び第２副回折格子４０）の格子摂動部は、それぞ
れ、他の副回折格子の格子摂動部と交差しているものと
する。この構成例では、各第１格子摂動部４２は、第２
格子摂動部４４の何れかと交差している。又、各第１格
子摂動部４２及び各第２格子摂動部４４を構成する媒質
の屈折率を、上述のように、干渉導波路２４を構成する
媒質の屈折率より大きくしてある。これにより、ブラッ
グ反射領域３２において、各第１格子摂動部４２及び各
第２格子摂動部４４の作用によって、光信号がブラッグ
反射される。
【００６８】次に、格子摂動部（各第１格子摂動部４２
及び各第２格子摂動部４４）の作用によって光信号をブ
ラッグ反射させる為の条件等について、定量的に説明す
る。
【００６９】本願発明において、ブラッグ反射の条件式
は、下記式（３）を以って表される。
【００７０】 ｍ×[Ｋ1]＋ｎ×[Ｋ2]＝[β2]−[β1] … （３） 上記式（３）において、[β1]を、ブラッグ反射領域３
２に入射される光信号の伝搬ベクトル（以下、「入射伝
搬ベクトル」という。「伝搬ベクトル」の定義について
は、文献「光用語辞典、オーム社、ｐｐ．１７１」参
照。）と定義する。又、[β2]を、ブラッグ反射領域３
２でブラッグ反射された光信号の伝搬ベクトル（以下
「反射伝搬ベクトル」という。）と定義する。又、
[Ｋ1]を、第１副回折格子３８における基本格子ベクト
ル（以下「第１基本格子ベクトル」という。「格子ベク
トル」とは、格子面に垂直なベクトルで、その大きさ
は、２π／Λ（Λ：基本周期（上述））である。）と定
義する。又、[Ｋ2]を、第２副回折格子４０における基
本格子ベクトル（以下「第２基本格子ベクトル」とい
う。この構成例では、第２基本格子ベクトルの大きさ
は、第１基本格子ベクトルの大きさと同様に、２π／Λ
である。）と定義する。又、ｍ及びｎを、それぞれ、整
数とする。
【００７１】尚、符号[ ]は、ベクトル符号“→"を表
すものとする。すなわち、スカラーＸ（変数でも定数で
も良い。）と、ベクトルＸとの間に、下記式（４）が成
立するものとする。
【００７２】
【数１】
【００７３】以下、上記式（４）の規則を準用する。
【００７４】ここで、上記式（３）において、左辺を、
和格子ベクトル[Ｋ]と定義する。
【００７５】 [Ｋ] ＝ｍ×[Ｋ1]＋ｎ×[Ｋ2] … （５） 上記式（５）において、第１格子摂動部４２及び第２格
子摂動部４４の非交差領域（第１格子摂動部４２及び第
２格子摂動部４４の何れか一方の領域）では、ｍ又はｎ
の少なくとも何れか一方が０となる。これに対して、第
１格子摂動部４２及び第２格子摂動部４４の交差領域
（以下「交差格子摂動部４６」という。）では、ｍ、ｎ
は共に０にならない。この交差格子摂動部４６における
和格子ベクトル[Ｋ]を、特に、「複合高次格子ベクトル
[Ｋ]」という。本願発明では、この複合高次格子ベクト
ル[Ｋ]を、反射伝搬ベクトル[β2]と入射伝搬ベクトル
[β1]との差に一致させてあることにより、光信号をブ
ラッグ反射させる（無論、これと共に、複合高次格子ベ
クトル[Ｋ]を除く和格子ベクトル[Ｋ]を、反射伝搬ベク
トル[β2]と入射伝搬ベクトル[β1]との差に一致させる
ことにより、光信号をブラッグ反射させても良い。）。
【００７６】尚、第１基本格子ベクトル[Ｋ1]及び第２
基本格子ベクトル[Ｋ2]を利用して、回折格子３６の格
子摂動部（各第１格子摂動部４２及び各第２格子摂動部
４４を指す。）の分布関数Ｃ（[ｒ]）は、フーリエ級数
展開により、下記式（６）を以って表される。
【００７７】
【数２】
【００７８】上記式（６）において、ｊは、虚数であ
る。又、[ｒ]は、位置ベクトルを表すものとする（すな
わち、[ｒ]＝（ｘ、ｙ、ｚ）である。）。又、Ａm、
n（[ｒ]）は、位置[ｒ]における、格子摂動部の屈折率
と干渉導波路２４の屈折率との差を表すものとする。
【００７９】ここで、干渉導波路２４における主表面１
２Ａを、ｘｙ平面とし、かつ、該主表面１２Ａに対する
垂線の方向をｚ方向とするとき、ｚ方向（ｘｙ平面に対
して垂直方向）に沿って分布関数Ｃ（[ｒ]）は一定であ
るから、上記式（６）は、下記式（７）として表され
る。
【００８０】
【数３】
【００８１】上記式（７）において、Ｋ1x及びＫ1yは、
それぞれ、[Ｋ1]のｘ及びｙ成分である。又、Ｋ2x及び
Ｋ2yは、それぞれ、[Ｋ2]のｘ及びｙ成分である。
【００８２】上記式（７）の分布関数Ｃ（ｘ、ｙ）を満
たす格子摂動部を、ブラッグ反射領域３２の主表面１２
Ａ上に取り付けることにより、該ブラッグ反射領域３２
を伝搬する光信号は、該格子摂動部の影響を受けて、ブ
ラッグ反射される。
【００８３】次に、図２を参照して、当該第１合分波素
子１０の波長分解能等について、説明する。
【００８４】図２は、上記式（３）において、（ｍ、
ｎ）＝（３、０）としたときに「ブラッグ反射の条件」
を満たす波長λの光信号に関する伝搬ベクトルダイヤグ
ラムと、（ｍ、ｎ）＝（２、１）としたときに「ブラッ
グ反射の条件」を満たす波長λ＋ｄλ（この例では、ｄ
λ＞０とする。）の光信号に関する伝搬ベクトルダイヤ
グラムとの対比図である。
【００８５】（波長λの光信号について）先ず、波長λ
の光信号についてのブラッグ反射の条件式（スカラー表
示）を導出する。
【００８６】上記式（３）及び（５）にそれぞれ（ｍ、
ｎ）＝（３、０）を代入して、下記式（８）が得られ
る。
【００８７】 [Ｋ（λ）]＝３×[Ｋ1] ＝[β2（λ）]−[β1（λ）] … （８） この和格子ベクトル[Ｋ（λ）]は、ｎ＝０としてあるか
ら、複合高次格子ベクトルではない。すなわち、波長λ
の光信号は、第１格子摂動部４２のみに対して、ブラッ
グ反射される。
【００８８】又、ここでは、入射伝搬ベクトル[β
1（λ）]の大きさは、反射伝搬ベクトル[β2（λ）]の
大きさと等しいと仮定している。よって、入射伝搬ベク
トル[β1（λ）]、反射伝搬ベクトル[β2（λ）]及び和
格子ベクトル[Ｋ（λ）]によって形成される三角形は、
二等辺三角形である。これら入射伝搬ベクトル[β
1（λ）]及び和格子ベクトル[Ｋ（λ）]のなす角を、θ
と定義する。よって、反射伝搬ベクトル[β2（λ）]及
び和格子ベクトル[Ｋ（λ）]のなす角も、θとなる。
【００８９】このとき、波長λの光信号におけるブラッ
グ反射の条件式（スカラー表示）は、図２を参照して、
下記式（９）となる。
【００９０】 ｜[β1（λ）]｜×ｃｏｓθ＝｜[Ｋ（λ）]｜／２ … （９） （波長λ＋ｄλの光信号について）次に、波長λ＋ｄλ
の光信号についてのブラッグ反射の条件式（スカラー表
示）を導出する。
【００９１】上記式（３）及び（５）にそれぞれ（ｍ、
ｎ）＝（２、１）を代入して、下記式（１０）が得られ
る。
【００９２】 [Ｋ（λ＋ｄλ）] ＝２×[Ｋ1]＋１×[Ｋ2] ＝[β2（λ＋ｄλ）]−[β1（λ＋ｄλ）] … （１０） この和格子ベクトル[Ｋ（λ＋ｄλ）]は、ｍ≠０かつｎ
≠０としてあるから、複合高次格子ベクトルである。以
下、複合高次格子ベクトル[Ｋ（λ＋ｄλ）]という。す
なわち、波長λ＋ｄλの光信号は、第１格子摂動部４２
及び第２格子摂動部４４に対して、ブラッグ反射され
る。
【００９３】又、ここでは、入射伝搬ベクトル[β1（λ
＋ｄλ）]の大きさは、反射伝搬ベクトル[β2（λ＋ｄ
λ）]の大きさと等しいと仮定している。よって、入射
伝搬ベクトル[β1（λ＋ｄλ）]、反射伝搬ベクトル[β
2（λ＋ｄλ）]及び複合高次格子ベクトル[Ｋ（λ＋ｄ
λ）]によって形成される三角形は、二等辺三角形であ
る。これら入射伝搬ベクトル[β1（λ＋ｄλ）]及び複
合高次格子ベクトル[Ｋ（λ＋ｄλ）]のなす角を、θ＋
ｄθと定義する（この例では、ｄθ＜０となる。）。よ
って、反射伝搬ベクトル[β2（λ＋ｄλ）]及び複合高
次格子ベクトル[Ｋ（λ＋ｄλ）]のなす角も、θ＋ｄθ
となる。
【００９４】又、入射伝搬ベクトル[β1（λ＋ｄλ）]
の大きさと、入射伝搬ベクトル[β1（λ）]の大きさと
の差を、ｄβ1（この例では、ｄβ1＜０となる。）とす
る。
【００９５】又、複合高次格子ベクトル[Ｋ（λ＋ｄ
λ）]の大きさと、複合高次格子ベクトル[Ｋ（λ）]の
大きさとの差を、ｄＫ（この例では、ｄＫ＜０とな
る。）とする。
【００９６】このとき、波長λ＋ｄλの光信号における
ブラッグ反射の条件式（スカラー表示）は、図２を参照
して、下記式（１１）となる。
【００９７】 （｜[β1（λ）]｜＋ｄβ1）×ｃｏｓ（θ＋ｄθ） ＝（｜[Ｋ（λ）]｜＋ｄＫ）／２ … （１１） ここで、ｄβ1→０、ｄθ→０°、及びｄβ1×ｄθ≒０
°として、上記式（１１）を展開すると、下記式（１
２）が得られる。
【００９８】 ｜[β1（λ）]｜×ｃｏｓθ−｜[β1（λ）]｜×ｓｉｎθ×ｄθ ＋ｄβ1×ｃｏｓθ ＝（｜[Ｋ（λ）]｜＋ｄＫ）／２ … （１２） 次に、当該第１合分波素子１０の波長分解能を導出す
る。
【００９９】（波長分解能λ／ｄλについて）上記式
（１２）と、上記式（９）との差より、下記式（１３）
が得られる。
【０１００】 ｄβ1／｜[β1（λ）]｜ ＝ｄθ×ｔａｎθ＋ｄＫ／（２×｜[β1（λ）]｜×ｃｏｓθ）…（１３） ここで、下記式（１４）を、上記式（１３）に代入する
と、下記式（１５）が得られる。下記式（１５）の左辺
は、波長分解能の逆数を表す。
【０１０１】 ｄβ1／｜[β1（λ）]｜＝ｄλ／λ … （１４） ｄλ／λ ＝ｄθ×ｔａｎθ＋ｄＫ／（２×｜[β1（λ）]｜×ｃｏｓθ）…（１５） 次に、上記式（１５）を利用して、当該回折格子３６に
よる作用効果について、説明する。
【０１０２】（複合高次格子ベクトル[Ｋ（λ＋ｄλ）]
の大きさと、複合高次格子ベクトル[Ｋ（λ）]の大きさ
との差ｄＫが、実質的にない場合）この場合は、上記式
（１５）において、ｄＫ→０とすると、下記式（１６）
が得られる。
【０１０３】 ｄλ／λ＝ｄθ×ｔａｎθ … （１６） よって、上記式（１６）より、分波される光信号の波長
間の進行方向における角度変化量ｄθを大きくしても、
ｔａｎθの値を小さくすることにより、波長分解能の逆
数ｄλ／λを、小さくすることができる。
【０１０４】例えば、波長分解能の逆数ｄλ／λ≒０．
０１を得たい場合において、θ≒３°（格子面（境界面
ＫＳ１及びＫＳ２）に対して実質的に垂直入射）とする
ことにより、角度変化量ｄθ＝０．２ｒａｄを達成する
ことができる。これにより、互いに隣接する第１のポー
トＰ１間の距離、及び、互いに隣接する第２のポートＰ
２間の距離を、第１従来素子及び第２従来素子における
ポート間の距離より大きくとることができる。
【０１０５】（複合高次格子ベクトル[Ｋ（λ＋ｄλ）]
の大きさと、複合高次格子ベクトル[Ｋ（λ）]の大きさ
との差ｄＫが、実質的に無視できない場合）この場合
は、上記式（１５）において、θ→０°（格子面（境界
面ＫＳ１及びＫＳ２）に対して実質的に垂直入射）とす
ると、下記式（１７）が得られる。
【０１０６】 ｄλ／λ＝ｄθ×θ＋ｄＫ／（２×｜[β1（λ）]｜） … （１７） 上記式（１７）において、右辺第２項の値は、右辺第１
項の値より大きくなる。しかしながら、角度変化量ｄθ
を、ｄλに対して任意に設定することができる。すなわ
ち、波長分解能の逆数ｄλ／λ及び角度変化量ｄθを互
いに独立して、当該第１合分波素子１０を設計すること
が可能となる。これにより、互いに隣接する第１のポー
トＰ１間の距離、及び、互いに隣接する第２のポートＰ
２間の距離を、第１従来素子及び第２従来素子における
ポート間の距離より大きくとることができる。
【０１０７】又、この構成例では、第１副回折格子３８
及びの第２副回折格子４０の基本周期を、それぞれ、一
定値Λとしている。よって、これら第１副回折格子３８
及びの第２副回折格子４０の設計が容易となる。従っ
て、当該合分波素子１０を容易に製造することができ
る。
【０１０８】但し、当該回折格子３６において、複合高
次格子ベクトル[Ｋ]を利用して光信号を合分波するので
（当然、複合高次格子ベクトル[Ｋ]を含まない和格子ベ
クトル[Ｋ]も、利用して良い。）、第１副回折格子３８
及び第２副回折格子４０の基本周期Λを、当該第１合分
波素子１０を伝搬しているときの光信号の波長の２分の
１より大きくしてある必要がある。このように構成すれ
ば、光信号をブラッグ反射することができる。
【０１０９】「第２の実施の形態」次に、図３を参照し
て、第２の実施の形態における合分波素子（以下「第２
合分波素子５０」という。）の構成について、説明す
る。
【０１１０】図３は、第２合分波素子の構成の一例を説
明する為の斜視図である。
【０１１１】この構成例において、摂動系１４（レンズ
摂動部３４及び回折格子３６）は、それぞれ、干渉導波
路２４の内部に埋め込まれて配列されている。この点
が、第１合分波素子１０の構成と主として異なる（第２
合分波素子５０の作用効果は、第１合分波素子１０の作
用効果と同一である。）。
【０１１２】この第２合分波素子５０の製造に当たって
は、先ず、基板１６を用意する。この基板１６の主表面
１６Ａ上に、コア層を、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）或
いはエピタキシャル成長等により、均一の膜厚となるよ
うに成膜する。次に、例えば、フォトリソグラフィーに
より、導波路１２と同一形状のレジストパターンをコア
層の平坦な主表面上に形成し、然る後、ドライエッチン
グにより、そのパターンを用いてコア層を加工する。こ
れにより、導波路１２が形成される。次に、この導波路
１２の主表面１２Ａ上から、例えば、固相拡散法または
イオンプレーディング法によって、Ｇｅ（ゲルマニュー
ム）等を注入して、注入部分の屈折率を大きくする。こ
の注入部分の領域が、レンズ摂動部３４及び回折格子３
６となる。そして、レンズ摂動部３４の領域を含む導波
路１２が、波面変換部２８として利用される。又、回折
格子３６の領域を含む導波路１２が、ブラッグ反射領域
３２として利用される。一方、注入されなかった部分の
導波路１２は、回折波領域２６及び平面波領域３０とし
て利用される。次に、例えば、摂動系１４を含む干渉導
波路２４の主表面１２Ａ上に、クラッド層１８を、化学
気相堆積法（ＣＶＤ法）或いはエピタキシャル成長等に
より成膜する。これにより、第２合分波素子５０が完成
される。
【０１１３】「第３の実施の形態」次に、図４を参照し
て、第３の実施の形態における合分波素子（以下「第３
合分波素子６０」という。）の構成について、説明す
る。
【０１１４】図４は、第３合分波素子の構成の一例を説
明する為の斜視図である。
【０１１５】この構成例において、摂動系１４（レンズ
摂動部３４及び回折格子３６）は、それぞれ、導波路１
２のリッジ領域１２Ｂ（盛り上がった領域）上に形成さ
れている。この点が、第１合分波素子１０及び第２合分
波素子５０の構成と主として異なる（第３合分波素子６
０の作用効果は、第１合分波素子１０及び第２合分波素
子５０の作用効果と同一である。）。
【０１１６】この第３合分波素子６０の製造に当たって
は、干渉導波路２４の主表面１２Ａのリッジ領域１２Ｂ
（但し、リッジ領域１２Ｂの形状を、主表面１２Ａ上か
ら見た場合に、レンズ摂動部３４及び回折格子３６の形
状と同一とする。）上に、干渉導波路２４を構成するコ
アの屈折率より高い屈折率の（新たな）コア層を成膜し
て、この新たなコア層をエッチングすることにより、レ
ンズ摂動部３４及び回折格子３６を形成する。
【０１１７】「第４の実施の形態」次に、図５を参照し
て、第４の実施の形態における合分波素子（以下「第４
合分波素子７０」という。）の構成について、説明す
る。
【０１１８】図５は、第４合分波素子の構成の一例を説
明する為の斜視図である。
【０１１９】この構成例において、レンズ摂動部３４の
形状が、両凹状（一方の凹部が第の１ポートＰ１及び第
２のポートＰ２側にあり、かつ、他方の凹部がブラッグ
反射領域３２の側にある。）であって、及び、このレン
ズ摂動部３４を構成する媒質の屈折率が、干渉導波路２
４を構成する媒質の屈折率より小さい。この点が、第１
合分波素子１０の構成と主として異なる（第４合分波素
子７０の作用効果は、第１合分波素子１０の作用効果と
同一である。）。
【０１２０】「第５の実施の形態」次に、図６を参照し
て、第５の実施の形態における合分波素子（以下「第５
合分波素子８０」という。）の構成について、説明す
る。
【０１２１】図６は、第５合分波素子の構成の一例を説
明する為の斜視図である。
【０１２２】この構成例において、第１副回折格子３８
及び第２副回折格子４０は、それぞれ、交差格子摂動部
４６においてのみ設けられている構造（この構成例で
は、主表面１２Ａ上から見た場合に、ダイヤ状とな
る。）を有する。この点が、第１合分波素子１０の構成
と主として異なる。
【０１２３】第５合分波素子８０は、複合高次格子ベク
トル[Ｋ]のみを利用して、光信号をブラッグ反射する
（すなわち、複合高次格子ベクトル[Ｋ]を除く和格子ベ
クトル[Ｋ]を利用して、光信号をブラッグ反射す
る。）。
【０１２４】「第６の実施の形態」次に、図７を参照し
て、第６の実施の形態における合分波素子（以下「第６
合分波素子９０」という。）の構成について、説明す
る。
【０１２５】図７は、第６合分波素子の構成の一例を説
明する為の斜視図である。
【０１２６】この構成例において、第１合分波素子１０
の構成との違いは、次に述べる通りである。すなわち、
レンズ摂動部３４を省いてある。よって、干渉導波路２
４は、一方のポート（第１のポートＰ１又は第２のポー
トＰ２）から出力された光信号を回折させながらブラッ
グ反射領域３２まで伝搬させる領域となる。干渉導波路
２４の主表面１２Ａ上から見た場合における各々の格子
摂動部（この構成例では、第１格子摂動部４２及び第２
格子摂動部４４）の格子面（この構成例では、格子面Ｋ
Ｓ１及び格子面ＫＳ２）の形状を、ブラッグ反射領域３
２に向かって凸型の曲線状とすることにより、ブラッグ
反射領域３２によってブラッグ反射されたこの光信号
は、回折しながら干渉導波路２４を伝搬して、他方にお
ける所定のポート（一方のポートを第１のポートＰ１と
するとき、他方のポートを第２のポートＰ２とする。若
しくは、一方のポートを第２のポートＰ２とするとき、
他方のポートを第１のポートＰ１とする。）に集光され
る（第６合分波素子９０の作用効果は、第１合分波素子
１０の作用効果と同一である。）。
【０１２７】「変形例の説明」当該発明は、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。
【０１２８】例えば、上述の実施の形態では、回折格子
３６は、２個の副回折格子（第１副回折格子３８及び第
２副回折格子４０）から構成されていたが、３個以上の
副回折格子から構成されていても良い。但し、副回折格
子は、それぞれ、格子摂動部を以って構成されてあるも
のとする。又、ある副回折格子の格子摂動部は、それぞ
れ、他の副回折格子の格子摂動部と交差して、交差格子
摂動部４６を形成してあるものとする。又、交差格子摂
動部４６をそれぞれ有する副回折格子の基本格子ベクト
ルの和によって表される複合高次格子ベクトルを、この
交差格子摂動部４６で順次ブラッグ反射される光信号の
反射伝搬ベクトルと、この交差格子摂動部４６に入射さ
れるこの光信号の入射伝搬ベクトルとの差に一致させて
あるものとする。
【０１２９】又、例えば、上述の実施の形態では、副回
折格子（第１副回折格子３８及び第２副回折格子４０）
の基本周期をいずれもΛとしているが、各副回折格子の
基本周期は、何等この値に限定されるものではない。
【０１３０】
【発明の効果】上述の説明から明らかなように、この発
明の合分波素子によれば、角度変化量ｄθを所望の値
（例えば、ｄλ／λ≒０．０１としたとき、約０．２ｒ
ａｄ以上）まで大きくすることができ、かつ、容易に製
造することができる。更に、波長分解能を大きくするこ
ともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１合分波素子の構成の一例を説明する為の斜
視図である。
【図２】伝搬ベクトルダイヤグラムの対比図である。
【図３】第２合分波素子の構成の一例を説明する為の斜
視図である。
【図４】第３合分波素子の構成の一例を説明する為の斜
視図である。
【図５】第４合分波素子の構成の一例を説明する為の斜
視図である。
【図６】第５合分波素子の構成の一例を説明する為の斜
視図である。
【図７】第６合分波素子の構成の一例を説明する為の斜
視図である。
【符号の説明】
１０：第１合分波素子 １２：導波路 １２Ａ：主表面 １２Ｂ：リッジ領域 １４：摂動系 １６：基板 １６Ａ：主表面 １８：クラッド層 ２０：第１入出力導波路 ２２：第２入出力導波路 ２４：干渉導波路 ２６：回折波領域 ２８：波面変換部 ３０：平面波領域 ３２：ブラッグ反射領域 ３４：レンズ摂動部 ３６：回折格子 ３８：第１副回折格子 ４０：第２副回折格子 ４２：第１格子摂動部 ４４：第２格子摂動部 ４６：交差格子摂動部 ５０：第２合分波素子 ６０：第３合分波素子 ７０：第４合分波素子 ８０：第５合分波素子 ９０：第６合分波素子 ＫＳ１、ＫＳ２：境界面（格子面） ＬＤ：長手方向 Ｐ１、Ｐ２：第１、第２のポート Ｑ１：干渉端面 Ｓ１〜Ｓ４：第１〜第４端面 Ｔ１、Ｔ２：第１、第２入出力端子 Λ：基本周期

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブラッグ反射を利用して、波長多重され
    た光信号を分波するか、又は、互いに異なる波長の光信
    号を合波する為の回折格子を具える合分波素子におい
    て、 前記回折格子は、複数個の副回折格子を具え、 前記副回折格子は、それぞれ、格子摂動部を以って構成
    されており、 ある前記副回折格子の前記格子摂動部は、それぞれ、他
    の前記副回折格子の前記格子摂動部と交差して、交差格
    子摂動部を形成しており、 前記交差格子摂動部をそれぞれ有する前記副回折格子の
    基本格子ベクトルの和によって表される複合高次格子ベ
    クトルを、該交差格子摂動部で順次ブラッグ反射される
    前記光信号の反射伝搬ベクトルと、該交差格子摂動部に
    入射される該光信号の入射伝搬ベクトルとの差に一致さ
    せてあることを特徴とする合分波素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の合分波素子において、 前記副回折格子の基本周期を、当該合分波素子を伝搬し
    ているときの前記光信号の波長の２分の１より大きくし
    てあることを特徴とする合分波素子。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の合分波素子において、 前記副回折格子の基本周期を、該副回折格子毎に、一定
    としてあることを特徴とする合分波素子。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の合分波素子において、 前記回折格子を、前記光信号が該回折格子に入力した側
    に向かって該光信号の一部を順次ブラッグ反射させる反
    射形回折格子としてあることを特徴とする合分波素子。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の合分波素子において、 干渉導波路を具え、 該干渉導波路は、当該干渉導波路に対して前記光信号を
    互いに入出力させる関係にある、１個乃至複数個の第１
    のポート及び複数個の第２のポートを具えると共に、前
    記格子摂動部の作用によって前記光信号を前記ポートの
    方角に向かってブラッグ反射させる為のブラッグ反射領
    域を具えていて、前記ポート及び該ブラッグ反射領域間
    において前記光信号を伝搬させることを特徴とする合分
    波素子。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の合分波素子において、 前記干渉導波路は、一方の前記ポートから出力された前
    記光信号を回折させながら伝搬させる為の回折波領域
    と、該光信号を回折波から平面波に変換する為の波面変
    換部と、該光信号を平面波の状態で前記ブラッグ反射領
    域に出力させる為の平面波領域とを具え、 前記干渉導波路の主表面上から見た場合における各々の
    前記格子摂動部の格子面の形状を、直線状とすることに
    より、前記ブラッグ反射領域によってブラッグ反射され
    た前記光信号は、平面波の状態で前記平面波領域を伝搬
    し、次に、前記波面変換部によって平面波から回折波に
    変換され、然る後、前記回折波領域を回折しながら伝搬
    して、他方における所定の前記ポートに集光されること
    を特徴とする合分波素子。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の合分波素子において、 前記干渉導波路は、一方の前記ポートから出力された前
    記光信号を回折させながら前記ブラッグ反射領域まで伝
    搬させる領域であって、 前記干渉導波路の主表面上から見た場合における各々の
    前記格子摂動部の格子面の形状を、前記ブラッグ反射領
    域に向かって凸型の曲線状とすることにより、前記ブラ
    ッグ反射領域によってブラッグ反射された該光信号は、
    回折しながら前記干渉導波路を伝搬して、他方における
    所定の前記ポートに集光されることを特徴とする合分波
    素子。
  8. 【請求項８】 請求項５に記載の合分波素子において、 前記格子摂動部の各々は、前記ブラッグ反射領域の内部
    に埋め込まれて配列されており、かつ前記格子摂動部の
    各々を構成する媒質の屈折率は、前記干渉導波路を構成
    する媒質の屈折率より大きいことを特徴とする合分波素
    子。
  9. 【請求項９】 請求項５に記載の合分波素子において、 前記格子摂動部の各々は、前記ブラッグ反射領域の主表
    面のリッジ領域上に形成されて配列されていて、かつ前
    記格子摂動部の各々を構成する媒質の屈折率は、前記干
    渉導波路を構成する媒質の屈折率より大きいことを特徴
    とする合分波素子。
  10. 【請求項１０】 請求項５に記載の合分波素子におい
    て、 前記格子摂動部の各々は、前記ブラッグ反射領域の平坦
    な主表面上に配列されていて、かつ前記格子摂動部の各
    々を構成する媒質の屈折率は、前記干渉導波路を構成す
    る媒質の屈折率より大きいことを特徴とする合分波素
    子。
  11. 【請求項１１】 請求項６に記載の合分波素子におい
    て、 前記波面変換部は、該波面変換部の内部に埋め込まれて
    いるレンズ形状のレンズ摂動部を具え、該レンズ摂動部
    の作用によって、前記光信号における回折波及び平面波
    間の変換を行うことを特徴とする合分波素子。
  12. 【請求項１２】 請求項６に記載の合分波素子におい
    て、 前記波面変換部は、前記波面変換部の主表面のリッジ領
    域上に形成されているレンズ形状のレンズ摂動部を具
    え、該レンズ摂動部の作用によって、前記光信号におけ
    る回折波及び平面波間の変換を行うことを特徴とする合
    分波素子。
  13. 【請求項１３】 請求項６に記載の合分波素子におい
    て、 前記波面変換部は、前記波面変換部の主表面の平坦な主
    表面上に形成されているレンズ形状のレンズ摂動部を具
    え、該レンズ摂動部の作用によって、前記光信号におけ
    る回折波及び平面波間の変換を行うことを特徴とする合
    分波素子。
  14. 【請求項１４】 請求項６又は請求項７に記載の合分波
    素子において、 前記副回折格子は、それぞれ、前記交差格子摂動部にお
    いてのみ設けられている構造を有することを特徴とする
    合分波素子。
  15. 【請求項１５】 請求項６又は請求項７に記載の合分波
    素子において、 前記一方のポートを前記第１のポートとし、かつ、前記
    他方のポートを前記第２のポートとしてあることを特徴
    とする合分波素子。
  16. 【請求項１６】 請求項６又は請求項７に記載の合分波
    素子において、 前記一方のポートを前記第２のポートとし、かつ、前記
    他方のポートを前記第１のポートとしてあることを特徴
    とする合分波素子。
  17. 【請求項１７】 請求項１１、請求項１２及び請求項１
    ３の何れか一項に記載の合分波素子において、 前記レンズ形状は、一方の凸部が前記ポートの方角を向
    いて、かつ、他方の凸部が前記ブラッグ反射領域の方角
    を向いている、両凸状であって、 前記レンズ摂動部を構成する媒質の屈折率は、前記干渉
    導波路を構成する媒質の屈折率より大きいことを特徴と
    する合分波素子。
  18. 【請求項１８】 請求項１１、請求項１２及び請求項１
    ３の何れか一項に記載の合分波素子において、 前記レンズ形状は、一方の凹部が前記ポート側にあり、
    かつ、他方の凹部が前記ブラッグ反射領域の側にある両
    凹状であって、 前記レンズ摂動部を構成する媒質の屈折率は、前記干渉
    導波路を構成する媒質の屈折率より小さいことを特徴と
    する合分波素子。
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