JPH1130723A

JPH1130723A - 合分波素子

Info

Publication number: JPH1130723A
Application number: JP9351198A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Okayama; 秀彰岡山
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】各出力ポートから等しいパワーの光を出力す
る合分波素子を実現する。【解決手段】合分波素子の連絡導波路１６は、波面変
換構造２６を有している。この波面変換構造２６は、光
信号の波面中心２８が出力端面１８ｂの２つの入射位置
３０ａおよび３０ｂに向けて各連絡導波路１６から出射
されるように、これら連絡導波路１６に付加された構造
である。

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、波長多重された
光信号を波長に応じて分離し、分離した光信号を波長に
応じた経路に導く合分波素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、入力側平面導波路と出力側平
面導波路との間に互いに長さの異なる複数の連絡導波路
を設けた構成の合分波素子が提案されている（文献１
「ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．
３２，Ｎｏ．１７，ｐｐ．１５８０−１５８２，１９９
６年８月）。この素子では、連絡導波路によって光に位
相差を与え、出力側平面導波路内で干渉させる。そし
て、この結果形成される干渉パタンの波長依存性を利用
して、光を波長に応じて分離する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献１
に開示の合分波素子では、連絡導波路から出力側平面導
波路内に入射される光の広がりが狭いため、出力ポート
によって光のパワーが大きく異なるといった欠点があ
る。以下、図を参照して説明する。

【０００４】図７は、従来の合分波素子の構成を示す平
面図である。図７には、合分波素子の出力側平面導波路
１００の近傍を示してあり、連絡導波路１０６の一部と
出力導波路１０８の一部とをともに示してある。出力側
平面導波路１００は、通常、それぞれ円弧状の入力端面
１０２と出力端面１０４とを有している。入力端面１０
２には、導波路アレイ１１０を構成する複数の連絡導波
路１０６の一端が接続されている。また、出力端面１０
４には、複数の出力導波路１０８の一端が接続されてい
る。この出力端面１０４と出力導波路１０８との接続点
は出力導波路１０８への光の入射位置となる。出力側平
面導波路１００の入力端面１０２は、出力端面１０４と
出力導波路１０８との接続点付近を曲率中心とする円弧
状となっている。

【０００５】各連絡導波路１０６から出力される光は、
回折によって広がりながら、出力側平面導波路１００内
を伝播する。この従来構成では、各波長の光の波面中心
１１４が、波長ごとに、出力端面１０４の実質的な１点
（中点１１２）に集光されるように、各連絡導波路１０
６を配置してある（ここで、波面中心とは、光波の等位
相面において光強度が最大となる位置をいう。）。尚、
従来構成では、光の波面中心１１４が伝播する方向は、
光パワーが実際に集中する方向でもある。

【０００６】図８は、この従来構成の出力端面１０４で
の光強度分布を示すグラフである。グラフの横軸は、出
力端面１０４上の位置（相対位置）を表している。ま
た、グラフの縦軸は、光強度（任意の単位）を表してい
る。図中、破線１１６は、導波路アレイ１１０を構成す
る各連絡導波路１０６からの回折光の強度分布を表す。
また、実線１１８で示される各ピークは、複数の連絡導
波路１０６からの回折光の重ね合わせにより干渉して生
じた光の強度分布（干渉パタン）である。

【０００７】上述したように、従来構成では、出力端面
１０４上の１点に光の波面中心が集光される。このた
め、破線１１６で示される比較的狭い範囲に光パワーが
集中する。また、干渉により生じる透過ピーク（実線１
１８）の最大強度は、破線１１６を包絡線として定ま
る。図８に示すように、透過ピークが生じる出力端面１
０４上の位置は、波長ごとに異なる。従って、透過ピー
クの強度は、出力導波路の接続点すなわち波長に応じて
異なる。よって、各出力ポートから出力される光のパワ
ーは、それぞれ比較的大きく異なってしまう。

【０００８】従って、従来より、各出力ポートから等し
いパワーの光が出力される合分波素子の出現が望まれて
いた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の合分
波素子によれば、光信号が入力する複数の入力ポート
と、それぞれ一端が対応する前記入力ポートに接続され
た複数の入力導波路と、これら入力導波路の他端が接続
された入力側平面導波路と、それぞれ一端が前記入力側
平面導波路に接続された複数の連絡導波路と、これら連
絡導波路の他端が接続された入力端面を有する出力側平
面導波路と、この出力側平面導波路の出力端面に一端が
接続された複数の出力導波路と、これら出力導波路の他
端が接続された光信号が出力する複数の出力ポートとを
具えてなる合分波素子において、光信号の波面中心が前
記出力端面上の複数の入射位置に向けて各前記連絡導波
路から出射されるように、前記入力端面と接続する側の
前記連絡導波路に波面変換構造を設けてあることを特徴
とする。

【００１０】このように、光信号の波面中心が出力端面
の複数の位置に集光されるようにしてあるため、従来の
ように１点に集光されない。従って、波面中心の伝播す
る方向と光パワーが集中する方向とを分離することがで
きるから、出力端面における光パワーの広がりが従来に
比べて大きくなる。よって、出力導波路および出力端面
の各接続点で、光のパワーを等しくすることが可能にな
る。すなわち、各出力ポートから等しいパワーの光が出
力される。

【００１１】また、この発明の合分波素子において、好
ましくは、前記入射位置は、前記出力導波路の一端が接
続される前記出力端面の第１領域を含みかつこれより大
きな第２領域に、散在しており、各前記光信号の波面中
心の合成パワーが前記第１領域で一定になるようにして
あるのが良い。

【００１２】このように構成してあるので、光信号の波
面中心は、出力端面の複数の位置に集光される。従っ
て、出力端面における光パワーの広がりを従来に比べて
大きくできる。また、第１領域における光の合成パワー
を一定にしてあるから、この第１領域における透過ピー
クの強度が、出力端面および出力導波路の接続位置によ
らず一定になる。従って、各出力ポートから等しいパワ
ーの光が出力される。

【００１３】また、この発明の合分波素子の実施に当
り、２つの前記入射位置を有するのが好適である。

【００１４】また、この発明の合分波素子において、好
ましくは、隣接する前記連絡導波路の前記入力端面にお
ける接続位置を一定間隔で離間させてあるのが良い。

【００１５】このように構成すると、連絡導波路で光に
与えた位相差が、出力導波路の接続位置によってばらつ
いてしまうのを防げる。従って、所期の干渉パタンが得
られる。

【００１６】また、この発明の合分波素子において、好
ましくは、前記入力端面に接続する各前記連絡導波路の
端部を分岐させてあるのが良い。

【００１７】このように構成すると、光信号の波面中心
が出力端面の複数の位置に集光されるようになる。従っ
て、従来のように１点に集光されないので、出力端面に
おける光パワーの広がりが従来に比べて大きくなる。よ
って、各出力ポートから等しいパワーの光が出力され
る。

【００１８】また、この発明の合分波素子の実施に当
り、前記端部を光信号のパワーが集中する方向から等し
く傾かせたＹ分岐としてあるのが好適である。

【００１９】このように構成すると、光信号の波面中心
が出力端面の２点に集光されるようになる。また、Ｙ分
岐すなわちＹ字状に分岐される各連絡導波路は、互いに
波面中心から等しい角度だけ傾くように設計すればよい
から、設計が容易である。

【００２０】また、この発明の合分波素子において、好
ましくは、前記各連絡導波路の各々の全長が互いに等し
くなるように、前記第１接続部分から前記入力側平面導
波路および前記各連絡導波路の第３接続部分に至る複数
の光伝播経路の光路長を違えてあるのが良い。

【００２１】このように、入力導波路から入射して各連
絡導波路に到達する光信号が、それぞれ異なる長さの光
路長を伝播されるように構成されている。従って、入力
側平面導波路内を伝播して各連絡導波路に達した光信号
は、それぞれ異なった位相状態となっている。よって、
連絡導波路の全長を異ならせなくても所期の機能が得ら
れる。さらに、連絡導波路で位相差を与えているのでは
ないから、連絡導波路幅の作成誤差による波長ずれが生
じにくい構成が得られる。

【００２２】また、この発明の合分波素子において、好
ましくは、入力端面との接続部分近傍における各連絡導
波路の幅が当該入力端面に近づくにつれて小さくなって
いると良い。

【００２３】このように、連絡導波路の端部をテーパ形
に構成することにより、連絡導波路と出力側平面導波路
との接続面でのモード界分布が適切に設定される。この
結果、光の透過ピーク強度を均一化させることができ
る。

【００２４】また、この発明の合分波素子において、好
ましくは、上述の幅の小さくなる割合が入力端面に近づ
くにつれて小さくなると良い。すなわち、幅を直線的に
狭くするのではなく、湾曲させるように形成すると好適
である。

【００２５】また、この発明の合分波素子において、好
ましくは、入力端面との接続部分近傍における各連絡導
波路が通常部分および幅広部分より構成されており、幅
広部分の幅が通常部分の幅に比べて大きいと良い。

【００２６】このように、幅広導波路構造を設けること
により、連絡導波路と出力側平面導波路との接続面での
モード界分布が適切に設定される。この結果、光の透過
ピーク強度を均一化させることができる。

【００２７】また、この発明の合分波素子の実施に当た
り、幅広部分の幅が一定であると好適である。

【００２８】また、この発明の合分波素子において、好
ましくは、通常部分と幅広部分との間にさらにテーパ部
分を画成してあり、テーパ部分の幅が入力端面に近づく
につれて大きくなっていると良い。

【００２９】このように、テーパ形導波路構造を設ける
ことにより、幅広部分で励起されるモードが制御され
る。

【００３０】また、この発明の合分波素子において、好
ましくは、各連絡導波路の延在する方向に対して斜めに
配向した界面を有した斜め導波路構造が、各連絡導波路
の端部との結合部分において略Ｖ字形状の境界面を形成
するように、入力端面に設けられていると良い。

【００３１】このように、連絡導波路の端部に斜め導波
路構造を配置させることにより、連絡導波路と出力側平
面導波路との接続面でのモード界分布が適切に設定され
る。この結果、光の透過ピーク強度を均一化させること
ができる。

【００３２】また、この発明の合分波素子の実施に当た
り、各斜め導波路構造との接続部分近傍における各連絡
導波路の幅が入力端面に近づくにつれて小さくなってい
ると好適である。

【００３３】また、この発明の合分波素子の実施に当た
り、各斜め導波路構造との接続部分近傍における各連絡
導波路の端部に低屈折率領域を設けることによって各端
部を分岐させてあると好適である。

【００３４】また、この発明の合分波素子の実施に当た
り、入力端面との結合部分近傍における各連絡導波路の
端部を、当該入力端面に近づくにつれて幅が小さくなる
テーパ構造としてあり、入力端面から離間するにつれて
幅が小さくなる斜め導波路構造を、テーパ構造に近接さ
せて配置してあると好適である。

【００３５】

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明が理解
できる程度に、構成、大きさおよび配置関係が示されて
いるに過ぎず、また、以下に記載する数値等の条件は単
なる一例に過ぎない。従って、この発明は、この実施の
形態に何ら限定されることがない。

【００３７】先ず、図２を参照して、実施の形態の合分
波素子の全体的な構成につき説明する。図２は、合分波
素子の構成を示す平面図である。この合分波素子は、複
数の入力ポート１０ａ、１０ｂおよび１０ｃと、それぞ
れ一端が対応する入力ポート１０ａ〜１０ｃに接続され
た複数の入力導波路１２と、これら入力導波路１２の他
端が接続された入力側平面導波路１４とを具えている。
この構成例では、３個の入力ポート１０ａ、１０ｂおよ
び１０ｃが設けられていて、これら各々に３本の入力導
波路１２の一端がそれぞれ接続されている。入力側平面
導波路１４は、一定の肉厚の板状体であって、対向する
２つの湾曲面１４ａおよび１４ｂを有した両凸形状とな
っている。そして、これら湾曲面１４ａおよび１４ｂ
は、例えば、それぞれ一定の曲率半径の円筒面の一部分
の形状となっている。上述した入力導波路１２の各々の
他端が、一方の湾曲面１４ａにそれぞれ接続されてい
る。

【００３８】また、入力側平面導波路１４の他方の湾曲
面１４ｂに複数の連絡導波路１６の一端が接続されてい
る。この構成例では、６本の連絡導波路１６を設けてあ
る。また、この合分波素子は、これら連絡導波路１６の
他端が接続された入力端面１８ａを有する出力側平面導
波路１８を具えている。入力側平面導波路１４と同様
に、この構成例の出力側平面導波路１８は、２つの円弧
状の湾曲面１８ａおよび１８ｂを有した両凸形状であ
る。そして、一方の湾曲面１８ａを上述した入力端面と
している（以下、入力端面１８ａと称する場合があ
る。）。また、他方の湾曲面１８ｂを出力端面としてい
る（以下、出力端面１８ｂと称する場合がある。）。こ
の合分波素子は、この出力側平面導波路１８の出力端面
１８ｂに一端が接続された複数の出力導波路２０を具え
ている。そして、これら出力導波路２０の他端が接続さ
れた、光信号が出力する複数の出力ポート２２ａ、２２
ｂおよび２２ｃを具えている。この構成例では、３個の
出力ポート２２ａ〜２２ｃが設けられていて、これら各
々に３本の出力導波路２０の他端が接続されている。

【００３９】この合分波素子の構成につき、さらに詳細
に説明する。これら各構成は基板２４上に形成されてい
る。基板２４は例えば電気光学結晶であって、この基板
主面２４ａに入力導波路１２、入力側平面導波路１４、
連絡導波路１６、出力側平面導波路１８および出力導波
路２０を設ける。これら入力導波路１２、入力側平面導
波路１４、連絡導波路１６、出力側平面導波路１８およ
び出力導波路２０の材料としては、例えば石英や強誘電
体材料が用いられる。

【００４０】また、連絡導波路１６は基板主面２４ａの
中央部に配置させる。この構成例では、任意好適な複数
個の連絡導波路ここでは６個の連絡導波路１６を設けて
導波路アレイを構成し、各連絡導波路１６の一端を入力
側平面導波路１４の他方の端面１４ｂに接続し、各連絡
導波路１６の他端を出力側平面導波路１８の他方の端面
１８ａに接続する。

【００４１】そして、これら各連絡導波路１６の両端に
入力側および出力側平面導波路１４および１８の端面１
４ｂおよび１８ａが結合されるように、また、図に示し
た平面的な構成では、基板２４の中心線（Ｉ−Ｉ線）に
関して線対称となるように、これら入力側および出力側
平面導波路１４および１８を配置する。また、入力側平
面導波路１４と一方の基板端面２４ｂとの間および出力
側平面導波路１８と他方の基板端面２４ｃとの間に、そ
れぞれ入力導波路１２および出力導波路２０を、これら
が基板２４の中心線（Ｉ−Ｉ線）に関して図中において
線対称となるように配置する。

【００４２】また、一方の基板端面２４ｂに３つの入力
ポート１０ａ〜１０ｃを配置し、これら入力ポート１０
ａ〜１０ｃと同数の入力導波路１２を設けて導波路アレ
イを構成する。各入力導波路１２の一端をそれぞれ対応
する入力ポート１０ａ、１０ｂおよび１０ｃに接続し、
さらに各入力導波路１２の他端をそれぞれ入力側平面導
波路１４の一方の端面１４ａに接続する。

【００４３】また、他方の基板端面２４ｃに３つの出力
ポート２２ａ〜２２ｃを配置し、これら出力ポート２２
ａ〜２２ｃと同数の出力導波路２０を設けて導波路アレ
イを構成する。各出力導波路２０の一端をそれぞれ対応
する出力ポート２２ａ〜２０ｃに接続し、さらに各出力
導波路２０の他端をそれぞれ出力側平面導波路１８の一
方の端面１８ｂに接続する。

【００４４】一方、この構成例では、光信号を入力ポー
ト１０ａ〜１０ｃから入力させ、入力導波路１２、入力
側平面導波路１４および連絡導波路１６を通過させて光
信号に位相差を与える。このため、光信号が入力する入
力導波路１２および入力側平面導波路１４の第１接続部
分すなわち端面１４ａから、各連絡導波路１６および出
力側平面導波路１８の第２接続部分すなわち端面１８ａ
に至る複数の光伝播経路の各光路長を異ならせてある。
このように構成するには、各連絡導波路１６に沿って測
った連絡導波路１６の全長をそれぞれ異ならせる。各連
絡導波路１６の全長を異ならせることにより、各連絡導
波路１６を伝播する光信号の間に位相差を生じさせるこ
とができる。通常は、各連絡導波路１６の全長は、連絡
導波路１６の配列順次に一定長ずつ長くしてゆく（例え
ば、上記文献１参照）。

【００４５】上述したように構成してあるので、出力側
平面導波路１８に入射した光は、この出力側平面導波路
１８内で干渉し、出力端面１８ｂに光の波長に応じた干
渉パタンが生じる。この干渉パタンは、各々の波長に応
じて出力端面１８ｂの異なる位置に分離された光束から
なる。従って、光をその波長に応じた特定の出力端面１
８ｂの位置に集光させることができる。よって、各出力
導波路２０から異なった波長の光を出力させ、それぞれ
異なった出力ポート２２ａ〜２２ｃに導くことができ
る。

【００４６】尚、図示例では、基板２４の長手方向にお
ける合分波素子の小型化を図るため、入力側平面導波路
１４および出力側平面導波路１８を基板２４の長手方向
に対して斜めに配置し、入力導波路１２、連絡導波路１
６および出力導波路２０を曲り導波路としている。ま
た、入力導波路１２、連絡導波路１６および出力導波路
２０の端部が、入力側平面導波路１４または出力側平面
導波路１８の各端面に接続するところでは、端部の延在
する方向が端面に対してほぼ垂直となるようにするのが
良い。このようにすると、各接続部分における光の入出
力が良好に行われる。

【００４７】［第１の実施の形態］次に、この実施の形
態の特徴的構成について説明する。図１は、出力側平面
導波路１８の近傍を拡大して示す要部平面図である。図
１には、この出力側平面導波路１８に接続される連絡導
波路１６および出力導波路２０の一部を、出力側平面導
波路１８とともに示してある。この実施の形態の合分波
素子の連絡導波路１６は、波面変換構造２６を有してい
る。波面変換構造２６は、各連絡導波路１６の、入力側
平面導波路１４との接続部分および出力側平面導波路１
８との接続部分、すなわち端面１４ｂおよび端面１８ａ
の付近に形成されている。

【００４８】この波面変換構造２６は、光信号の波面中
心が出力端面１８ｂ上の複数の入射位置に向けて各連絡
導波路１６から出射されるように、入力端面１８ａと接
続する側の連絡導波路１６に設けられている。光信号
は、各連絡導波路１６から出力側平面導波路１８に球面
波として入射する。そして、これら球面波の波面中心２
８は、出力端面１８ｂにおける２つの入射位置３０ａお
よび３０ｂに向かって伝播してゆく。このように構成す
るために、以下に説明するように、連絡導波路１６に波
面変換構造２６を形成する。

【００４９】図１において、出力側平面導波路１８内に
おける破線３２は、出力端面１８ｂにおける中点３４
（中央の出力導波路２０が接続している位置）から各連
絡導波路１６に向けて放射状に延在する半直線である。
つまり、半直線３２は、光のパワーが集中する方向を表
している。

【００５０】従来構成では、連絡導波路１６が延在する
方向と上述の半直線３２が延在する方向とが一致するよ
うに、連絡導波路１６の延在方向を決めていた。すなわ
ち、各連絡導波路１６を延長させると、互いに中点３４
で交わるように構成していた。これに対して、この構成
例では、この半直線３２が延在する方向と連絡導波路１
６が延在する方向とを、入力端面１８ａに接続するとこ
ろで異ならせてある。連絡導波路１６から出射される光
信号の波面中心２８は、連絡導波路１６の延在方向に沿
った方向に伝播される。従って、この構成例では、光信
号の波面中心２８が伝播する方向と、光のパワーが実際
に集中する方向３２とを異ならせることができる。

【００５１】図示例は、２焦点型の例であり、光の波面
中心２８が２つの入射位置（焦点）３０ａおよび３０ｂ
に向かって伝播されてゆく。ここで、各連絡導波路１６
を、これらが配列する順に、それぞれ連絡導波路１６
ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅおよび１６ｆと称
することにする。この構成例では、上述したように光の
波面中心２８を伝播させるために、連絡導波路１６ａ、
１６ｃおよび１６ｅの、入力端面１８ａに対する取り付
け方向を、各々の出射開口（入力端面１８ａに接続する
連絡導波路１６の先端部分の断面）が入射位置３０ａを
臨む方向になるようにしてある。また、連絡導波路１６
ｂ、１６ｄおよび１６ｆの入力端面１８ａに対する取り
付け方向を、各々の出射開口が入射位置３０ｂを臨む方
向になるようにしてある。このように構成してあるの
で、連絡導波路１６ａ、１６ｃおよび１６ｅから出射さ
れる光の波面中心２８が入射位置３０ａに集まり、連絡
導波路１６ｂ、１６ｄおよび１６ｆから出射される光の
波面中心２８が入射位置３０ｂに集まるようにできる。

【００５２】このように、従来は、光信号の波面中心２
８が伝播する方向と、光のパワーが実際に集中する方向
３２とが同一であったが、この発明の実施の形態では、
これらが分離されて別々の方向になる。これにより、従
来に比べて、出力端面１８ｂでの光の広がりを大きくで
きる。

【００５３】また、この構成例では、入射位置３０ａお
よび３０ｂは、出力導波路２０の一端が接続される出力
端面１８ｂの第１領域を含む第２領域であって、この第
１領域より大きな当該第２領域中に散在している。この
第１領域は、各出力導波路２０の一端が接続されている
出力端面１８ｂの領域である。そして、第２領域は、波
面中心２８が集中する入射位置３０ａおよび３０ｂを含
む出力端面１８ｂの領域である。ここで、出力側平面導
波路１８の対称軸（中点３４を通り、出力端面１８ｂに
垂直な軸）に垂直な方向の第１領域および第２領域の幅
をそれぞれＤ１およびＤ２とする。このとき、Ｄ２＞Ｄ
１である。また、第１領域は、第２領域中に含まれた領
域となっている。そして、各光信号の波面中心２８の合
成パワーが第１領域で一定になるようにしてある。この
ように構成すると、出力側平面導波路１８から各出力導
波路２０に出力される光のパワーをそれぞれ均一にする
ことができる。

【００５４】以上説明したように、この実施の形態で
は、光信号の波面中心２８が伝播する方向と光のパワー
が実際に集中する方向３２とを分離してあるので、従来
に比べて、出力端面１８ｂにおける光のパワーの広がり
を大きくできる。また、出力導波路２０が接続される第
１領域にあっては、波面中心２８の合成パワーすなわち
光の重ね合わせにより生じる干渉光のパワーが一定にな
るようにしてあるので、各出力導波路２０に出力される
光のパワーを一定にできる。次に、これら効果が得られ
る理由につき図３を参照して説明する。

【００５５】図３は、この実施の形態における出力端面
１８ｂでの光強度分布を示すグラフである。グラフは、
横軸に出力端面１８ｂ上の位置を取り、縦軸に光強度分
布を取って示す。グラフにおいて、破線で示す曲線３６
および３８は、入射位置３０ａおよび３０ｂに向けて波
面中心が出射された光の強度分布をそれぞれ表してい
る。各光強度分布のピーク位置が、それぞれ入射位置３
０ａおよび３０ｂに相当している。これら光強度分布
は、互いに同じ形状および大きさとなっていて、各々が
ガウス分布である。これら強度分布を合成したものが、
破線で示す曲線４０で表されている。曲線４０は、テー
ブル形状となっている。この曲線４０が表しているよう
に、第１領域すなわち出力導波路２０を設けてある出力
端面１８ｂ上の領域においては、光強度が最大値を取
り、かつ、この領域で光強度が一定である。従って、出
力端面１８ｂにおける光の合成パワーは、この第１領域
内で一定となる。このように構成するには、例えば、以
下に説明するように、入射位置３０ａおよび３０ｂを設
定する。

【００５６】例えば、強度分布３６のピーク位置３０ａ
における光強度が３ｄＢ（デシベル）減少する位置を、
それぞれＰ１およびＰ２とする。また、強度分布３８の
ピーク位置３０ｂにおける光強度が３ｄＢ減少する位置
を、それぞれＰ３およびＰ４とする。尚、出力端面１８
ｂ上で、これらの位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４は、
この順に配列しているとする。また、位置Ｐ１およびＰ
２間の距離および位置Ｐ３およびＰ４間の距離をそれぞ
れ記号Ｗで表すとする。

【００５７】そして、ピーク位置３０ａおよび３０ｂ間
の距離がＷとなるように、連絡導波路１６の配置を決め
る。そのためには、位置Ｐ２およびＰ３が同一位置とな
るように、連絡導波路１６を位置決めする。このように
構成すると、第１領域（位置３０ａおよび３０ｂ間に含
まれる領域）における強度分布３６および３８の合成強
度分布４０は、一定の強度を示すようになる。従って、
第１領域における光の合成パワーを一定にできる。ま
た、第１領域において光強度が３ｄＢ減少する位置は、
それぞれ上述した位置Ｐ１およびＰ４となる。従って、
光パワーの広がりが、個々のガウス分布に比べて２倍に
増える。

【００５８】尚、距離Ｗは、光信号の波長をλとし、各
連絡導波路１６が入力端面１８ａに接続する端部の口径
すなわち出射開口をｄとし、光信号の波面中心２８が入
力端面１８ａから出力端面１８ｂに向けて伝播する距離
をＬとしたとき、Ｗ＝Ｌ・λ／２ｄ・・・（１）と表すことができる。従って、入射位置３０ａおよび３
０ｂが第１領域外に設定されるためには、Ｗ＞Ｄ１とな
るように出力側平面導波路１８および連絡導波路１６を
設計するのが好適である。

【００５９】以上説明したように、この構成例では、光
のパワーが出力端面１８ｂの比較的広い領域に分布する
ようになる。そして、各連絡導波路１６から出力される
光の干渉パタンは、曲線４０を包絡線として定まる複数
の透過ピークからなる。図３のグラフにおいて、実線で
示す曲線４２はそれぞれの透過ピークを表している。個
々の透過ピーク４２の最大強度は、曲線４０で示す光の
強度で定まる。この実施の形態では、上述したように、
第１領域における光の合成パワーを一定にしてあるの
で、第１領域に現れる個々の透過パワーの最大強度を一
定にすることができる。この第１領域は、各出力導波路
２０の一端が接続されている領域である。従って、各出
力導波路２０に出射される光の強度が一定に揃えられ
る。また、透過ピークは波長に応じた位置に現れるの
で、各出力導波路２０の一端は波長に応じた位置に接続
されている。よって、各出力ポート２２ａ〜２２ｃに異
なる波長の光を導くことができ、しかも、これらの光の
強度は一定となる。

【００６０】尚、図１に示す構成例は２焦点型の例であ
るが、入射位置の数はこれに限られない。例えば、図４
に示す構成例は、６本の連絡導波路１６から入射される
光の波面中心が伝播される入射位置を６つにした場合、
すなわち、無焦点型の例である。図４は、この変形例を
示す平面図であり、この変形例の連絡導波路１６は、図
１に示す構成と異なる波面変換構造２６ａを有してい
る。

【００６１】この波面変換構造２６ａは、波面変換構造
２６と同様に、光信号の波面中心２８が出力端面１８ｂ
の複数の入射位置に向けて各連絡導波路１６から出射さ
れる構造である。そして、これら入射位置は、出力導波
路２０の一端が接続される出力端面１８ｂの第１領域を
含み、かつ、これより大きな第２領域に散在している。
従って、この変形例のように、光の波面中心２８をラン
ダムに分散させた場合であっても、上述した効果を奏す
る。

【００６２】また、上述した２つの構成例では、隣接す
る連絡導波路１６の入力端面１８ａにおける接続位置を
一定間隔（以下、ピッチと称する。）にしておくのが好
適である。例えば、図１では、連絡導波路１６ａが入力
端面１８ａに接続する位置と、連絡導波路１６ｂが入力
端面１８ａに接続する位置との間の距離が上述したピッ
チに相当している。このように構成すると、出力端面１
８ｂにおける各出力導波路２０の接続位置が異なること
によって、連絡導波路１６で光に与えた位相差が均一に
ならなくなってしまうことを防ぐことができる。つま
り、各出力導波路２０に到達する光の位相差を、出力導
波路２０によらず一定にすることができる。従って、干
渉パタンが乱れてしまうことがない。

【００６３】また、図１および図４に示す構成例では、
複数の入射位置に光の波面中心が伝播されるように連絡
導波路１６を設けてあるので、従来のように、中点３４
を基準とした設計をすることが困難である。そして、各
連絡導波路１６の取り付け方向が、個別の連絡導波路１
６に応じて異なっているので設計が容易でない。しかし
ながら、例えば、文献２「ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉ
ｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．１
４，ｐｐ．９８５−９９０，１９９６年６月」に開示さ
れている遂次計算法によれば、容易に設計することが可
能である。

【００６４】尚、入力導波路１２、連絡導波路１６およ
び出力導波路２０の個数や材質は、上述した構成例に限
られない。また、入力側平面導波路１４や出力側平面導
波路１８の形状や材質も上述した構成例に限られるもの
ではない。

【００６５】また、上述した波面変換構造２６および２
６ａは、出力側平面導波路１８の近傍だけではなく、入
力側平面導波路１４の近傍にも設けられている（図
２）。すなわち、この合分波素子は、基板２４の中心Ｉ
−Ｉに関して線対称となっている。従って、入力ポート
１０ａ〜１０ｃ側から光を入射させるときだけではな
く、出力ポート２２ａ〜２２ｃ側から光を入射させる場
合であっても、上述した機能が達成される。

【００６６】［第２の実施の形態］次に、第２の実施の
形態につき説明する。図５は、第２の実施の形態の構成
を示す平面図である。図５（Ａ）に出力側平面導波路１
８の近傍を示してあり、図５（Ｂ）に連絡導波路１６ａ
と出力側平面導波路１８との接続部分を拡大して示して
ある。尚、図１の構成要素と同じものには同じ番号を付
して示し、また、重複する説明を省略する。

【００６７】図５に示す波面変換構造２６ｂでは、入力
端面１８ａに接続する各連絡導波路１６の端部を分岐さ
せてある。例えば、図５（Ｂ）には、連絡導波路１６ａ
の端部４６を示してある。端部４６は、入力端面１８ａ
に接続される連絡導波路１６ａの先端部分である。この
構成例では、端部４６を光信号のパワーが集中する方向
３２から等しく傾かせたＹ分岐としてある。すなわち、
端部４６は２つの分岐４４ａおよび４４ｂに分離されて
おり、これら分岐４４ａおよび４４ｂの先端がそれぞれ
入力端面１８ａに接続されている。このように、端部４
６はＹ字状に分岐しており、すなわち、Ｙ分岐となって
いる。連絡導波路１６ａを伝搬された光は、この端部４
６で２方向に等分されてから出力側平面導波路１８にそ
れぞれ入射される。

【００６８】そして、これら分岐４４ａおよび４４ｂが
延在する方向は、分岐４４ａから出射される光の波面中
心２８が入射位置３０ａに向けて伝播されるように、か
つ、分岐４４ｂから出射される光の波面中心２８が入射
位置３０ｂに向けて伝播されるように、定められてい
る。また、この構成例では、これら分岐４４ａおよび４
４ｂが延在する方向は、この連絡導波路１６ａから出射
される光のパワーが集中する方向３２から、それぞれ等
しい角度θだけ傾いている。このような構成を各連絡導
波路１６ａ〜１６ｆの各々が有している。従って、２焦
点型の構成が得られる。また、各連絡導波路１６の取り
付け方向を、各連絡導波路１６から出力される光のパワ
ーが集中する方向３２を基準として定めることができる
ので、設計が容易である。

【００６９】尚、図５（Ｂ）に示すように、各分岐４４
ａおよび４４ｂが接続される入力端面１８ａに傾きをも
たせてある。このように入力端面１８ａの形状を工夫す
ることにより、各分岐４４ａおよび４４ｂの延在する方
向が入力端面１８ａに対して垂直となるようにできる。
従って、光の入力動作が、この接続部分で良好に行われ
る。また、上述したように、分岐４４ａと方向３２とが
なす角度と、分岐４４ｂと方向３２とがなす角度とを、
必ずしも同じ角度θにしなくてもよい。さらに、分岐数
も２つに限られない。

【００７０】［第３の実施の形態］上述した構成例で
は、各連絡導波路１６の全長を互いに異ならせることに
よって光に位相差を与えたが、この機能を達成させるた
めの構成は、この構成例に限られない。図６は、第３の
実施の形態の構成を示す平面図である。尚、図２の構成
要素と同じものには同じ番号を付して示してある。

【００７１】図６に示す構成例では、図２に示した構成
の入力側平面導波路１４、連絡導波路１６および出力側
平面導波路１８の代りに、それぞれ入力側平面導波路４
８、連絡導波路５０および出力側平面導波路５２を具え
ている。そして、この構成例では、各連絡導波路５０の
全長、すなわち各連絡導波路５０の部分での光伝播経路
の長さが互いに等しくなるように、入力側および出力側
平面導波路４８および５２の形状を工夫してある。すな
わち、この構成例では、各連絡導波路５０の各々の全長
が互いに等しくなるように、第１接続部分（端面４８
ａ）から入力側平面導波路４８および各連絡導波路５０
の第３接続部分（端面４８ｂ）に至る複数の光伝播経路
の光路長を違えてある。

【００７２】つまり、この構成例では、各連絡導波路５
０の全長を異ならせることによって光信号に位相差を与
えるのではなく、入力側平面導波路４８において光信号
に位相差を与える構成となっている。すなわち、第１接
続部分（端面４８ａ）から第３接続部分（端面４８ｂ）
までのそれぞれの光の伝播経路の光路長を違えて、それ
ぞれの伝播経路を進む光に位相差を与える。逆に、この
ように構成してあるので、各連絡導波路の全長を等しく
しても、所定の機能が達成される。尚、図６では各連絡
導波路５０の全長を必ずしも等しく示していないが、実
際には、各連絡導波路５０のそれぞれの全長は等しくな
っている。

【００７３】図６に示す構成例では、入力側平面導波路
４８の端面４８ａおよび端面４８ｂがそれぞれ凸面とな
るように湾曲している。そして、上述したように構成す
るため、入力側平面導波路４８の出力側の端面４８ｂに
は、回折格子構造が設けられている。この構成例では、
基板主面２４ａに対して垂直な方向に延在する４本の溝
を出力端面４８ｂに設けることで、この回折格子構造を
形成している。各溝は、基板主面２４ａに対して垂直な
方向からみた入力側平面導波路４８の出力端面４８ｂが
略Ｖ字形状となるように形成されている。そして、これ
らの溝でもって、５つの格子が階段状に連なるような面
形状が出力端面４８ｂに形成されている。各連絡導波路
５０の各々の一端は、これら格子にそれぞれ接続され
る。

【００７４】また、出力側に設けられた出力側平面導波
路５２の入力端面５２ａにも、図中においてＩ−Ｉ線に
関して線対称となるように、入力側平面導波路４８の端
面４８ｂと同様の回折格子構造が形成されている。この
出力側平面導波路５２は、主として合波素子として機能
する。各連絡導波路５０をそれぞれ通過して出力側平面
導波路５２に入射した光信号の間には、それぞれ所定の
位相差が与えられており、これがため各光信号は互いに
干渉し合い、所定の出力導波路２０に振り分けられる。
また、この実施の形態では、出力側平面導波路５２を上
述したように構成してあるので、出力ポート２２ａ〜２
２ｃ側から光信号を入力させても、合分波素子として機
能する。

【００７５】以上説明したように、入力側平面導波路４
８および出力側平面導波路５２の各々は、回折格子構造
を有した端面を具えている。このように構成すると、連
絡導波路５０で光に位相差を与えるのではないから、連
絡導波路５０の幅の作成誤差によって波長ずれが生じて
しまうことを抑制することができる。そして、このよう
な構成に対しても、第１および第２の実施の形態で説明
した波面変換構造２６（２６ａ、２６ｂ）を付加するこ
とが可能である。従って、この構成例によれば、波長ず
れの心配が少なく、しかも、各出力ポート２２ａ〜２２
ｃから出力される光の強度が一定である合分波素子が得
られる。

【００７６】［第４の実施の形態］次に、第４の実施の
形態につき説明する。図９は、第４の実施の形態の構成
を示す平面図である。図９には、連絡導波路１６と出力
側平面導波路１８との接続部分を拡大して示してある。

【００７７】この実施の形態では、波面変換構造とし
て、入力端面１８ａとの接続部分近傍における各連絡導
波路１６の幅が当該入力端面１８ａに近づくにつれて小
さくなるように、テーパ構造６０を設けてある。このよ
うに、この構成例は、連絡導波路１６の端部をテーパ構
造６０に形成することによって、上述した透過光強度の
包絡線を制御するものである。

【００７８】図９（Ａ）には、テーパ構造６０のテーパ
開始位置での幅が連絡導波路１６の通常部分における幅
と同一である例が示されている。すなわち、連絡導波路
１６の幅は入力端面に近くなるに従い連続的に徐々に小
さくなる。

【００７９】また、図９（Ｂ）には、テーパ構造６０の
テーパ開始位置での幅が連絡導波路１６の通常部分にお
ける幅と異なる例が示されている。すなわち、連絡導波
路１６の幅はテーパ開始位置で一旦太くなり、それ以降
では入力端面に近づくにつれて徐々に小さくなる。これ
ら図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すいずれの構成であ
っても良い。

【００８０】また、テーパ構造６０の幅の小さくなる割
合（率、速さ）が入力端面１８ａに近づくにつれて小さ
くなっている。このように、テーパ構造６０の幅を入力
端面１８ａに向けて直線的に狭くするよりも、例えば指
数関数的あるいは４乗関数的に狭くしてゆく方が好まし
い。また、テーパ構造６０の側面部を湾曲させ、その湾
曲線の接線が導波路内側（コア側）に向くように、すな
わち、導波路内側に向けて湾曲面が凸となるように形成
すると良い。

【００８１】図１０は、ＢＰＭ（Beam Propagation Met
hod ）によるシミュレーション結果を示すグラフであ
り、光強度分布の様子を示す図である。図１０には、シ
ミュレーション結果と共にテーパ構造６０の設計例が示
してある。図１０に示すグラフの横軸には、連絡導波路
１６の延在する方向に対して直交する方向（以下、横方
向と称する。）のサイズをμｍ単位で取り、−２０μｍ
から２０μｍの範囲を１μｍ毎に目盛って示してある。
また、縦軸には、連絡導波路１６の延在する方向（以
下、縦方向と称する。）のサイズをμｍ単位で取り、−
１０μｍから２３０μｍの範囲を１０μｍ毎に目盛って
示してある。グラフ中の各曲線は、横方向サイズおよび
縦方向サイズで示す位置における光強度の大きさを表
す。また、グラフ中の黒塗り部分は、連絡導波路１６の
テーパ構造６０および出力側平面導波路１８の一部を表
す。

【００８２】ここで、図１０を参照して、このシミュレ
ーションにおいて設計した導波路構造の各部のサイズに
つき簡単に説明する。先ず、連絡導波路１６の通常部分
における幅は２μｍである。また、連絡導波路１６のテ
ーパ構造６０の部分の全長は５０μｍである。さらに、
この連絡導波路１６のテーパ開始位置における幅は５μ
ｍである。

【００８３】以上説明したように設計を行い、ＢＰＭに
よるシミュレーションを行った結果、連絡導波路１６、
テーパ構造６０および出力側平面導波路１８を経て伝播
する光の強度分布は図１０に示すように変化する。図１
０に示すように、テーパ構造６０に至る以前の連絡導波
路１６中では１つの光強度ピークだけが現れている。し
かし、光がテーパ構造６０を経て出力側平面導波路１８
に至ると、その光強度には２つのピークが現れるように
なり、次第に各ピークが横方向に離間しながら進行方向
に伝播してゆく。よって、光が広い範囲に拡散されるの
で、出力導波路２０の位置で所定のテーブル形状の光強
度包絡線が得られる。

【００８４】このように、テーパ構造６０を設けること
により、連絡導波路１６と出力側平面導波路１８との接
続面でのモード界分布が適切に設定される。この結果、
光の透過ピーク強度を均一化させることができる。

【００８５】また、この実施の形態で説明した構造は、
第２の実施の形態の構造に比べて、以下に挙げる理由か
ら優れている。第１に、第２の実施の形態のように分岐
構造を用いると、各連絡導波路間の間隔を通常より大き
く設計する必要がある。従って、設計上の制限が生じ
る。第２に、比較的強い閉じ込めの導波路を用いた場合
には、分岐部分において光の散乱が生じることがある。
これに対して、この実施の形態の場合には、このような
分岐構造を有していないので、上述した問題が生じな
い。

【００８６】［第５の実施の形態］次に、第５の実施の
形態につき説明する。図１１は、第５の実施の形態の構
成を示す平面図である。図１１には、連絡導波路１６と
出力側平面導波路１８との接続部分を拡大して示してあ
る。

【００８７】この実施の形態では、入力端面１８ａとの
接続部分近傍における各連絡導波路１６が通常部分６２
ａおよび幅広部分６２ｂにより構成されている。そし
て、波面変換構造として、幅広部分６２ｂの幅が通常部
分６２ａの幅に比べて大きくなっているといった構造を
具えている。このように、この構成例は、連絡導波路１
６の端部の幅を太くすることによって、上述した透過光
強度の包絡線を制御するものである。

【００８８】図１１（Ａ）には、幅広部分６２ｂを四角
形状にした例が示されている。つまり、この構成例の場
合、幅広部分６２ｂの幅が一定である。

【００８９】また、図１１（Ｂ）には、幅広部分６２ｂ
と通常部分６２ａとの間に、テーパ部分６４を設けた構
成が示されている。すなわち、各連絡導波路１６におけ
る通常部分６２ａと幅広部分６２ｂとの間が、入力端面
１８ａに近づくにつれて幅が大きくなるテーパ部分６４
を介して結合している。このテーパ部分６４により、幅
広部分６２ｂで励起されるモードが制御される。つま
り、多モード導波路における固有モードの中で、どの次
数のモードをどの程度の割合で励起させるかが制御され
る。

【００９０】図１２は、ＢＰＭによるシミュレーション
結果を示すグラフであり、光強度分布の様子を示す図で
ある。図１２には、シミュレーション結果と共にテーパ
構造１６の設計例が示してある。図１２に示すグラフの
横軸には、横方向のサイズをμｍ単位で取り、−２０μ
ｍから２０μｍの範囲を１μｍ毎に目盛って示してあ
る。また、縦軸には、縦方向のサイズをμｍ単位で取
り、−２０μｍから２３０μｍの範囲を５μｍ毎に目盛
って示してある。グラフ中の各曲線は、横方向サイズお
よび縦方向サイズで示す位置における光強度の大きさを
表す。また、グラフ中の黒塗り部分は、連絡導波路１６
の通常部分６２ａ、幅広部分６２ｂおよび出力側平面導
波路１８の一部を表す。

【００９１】ここで、図１２を参照して、このシミュレ
ーションにおいて設計した導波路構造の各部のサイズに
つき簡単に説明する。先ず、連絡導波路１６の通常部分
６２ａにおける幅は２μｍである。また、連絡導波路１
６の幅広部分６２ｂにおける全長は２０μｍであり、こ
の幅広部分６２ｂの幅は７μｍである。

【００９２】以上説明したように設計を行い、ＢＰＭに
よるシミュレーションを行った結果、連絡導波路１６の
通常部分６２ａ、幅広部分６２ｂおよび出力側平面導波
路１８を経て伝播する光の強度分布は図１２に示すよう
に変化する。図１２に示すように、幅広部分６２ｂに至
る前の連絡導波路１６中では１つの光強度ピークだけが
現れているが、幅広部分６２ｂを経て出力側平面導波路
１８に至ると２つのピークが現れるようになり、次第に
各ピークが横方向に離間しながら進行方向に伝播してゆ
く。よって、光が広い範囲に拡散されるので、出力導波
路２０の位置で所定のテーブル形状の光強度包絡線が得
られる。

【００９３】このように、幅広部分６２ｂを設けること
により、連絡導波路１６と出力側平面導波路１８との接
続面でのモード界分布が適切に設定される。この結果、
光の透過ピーク強度を均一化させることができる。

【００９４】尚、第４の実施の形態の構成と同様に、こ
の実施の形態で説明した構造では分岐構造を用いていな
いので、設計上の制限が無く、光の散乱が抑制されると
いった利点がある。

【００９５】［第６の実施の形態］次に、第６の実施の
形態につき説明する。図１３は、第６の実施の形態の構
成を示す平面図である。図１３には、連絡導波路１６と
出力側平面導波路１８との接続部分を拡大して示してあ
る。

【００９６】この実施の形態では、波面変換構造とし
て、各連絡導波路１６の延在する方向に対して斜めに配
向した界面を有した斜め導波路構造６６が、各連絡導波
路１６の端部との結合部分において略Ｖ字形状の境界面
を形成するように、入力端面１８ａに設けられている。
このように、この構成例では、連絡導波路１６の端部か
ら出力した光がその進行方向に対して斜めに配向した界
面を介して出力側平面導波路１８に入射することによ
り、波面が制御され、上述した透過光強度の包絡線が制
御される。図１３には、４つの構成例が示されている。
以下、各構成例につき順次に説明する。

【００９７】先ず、図１３（Ａ）に示す第１構成例で
は、斜め導波路構造６６の斜め界面に接した状態で、連
絡導波路１６のフラット終端部が設けられている。すな
わち、斜め導波路構造６６の界面で形成された略Ｖ字形
状の凹面部分に、短冊状の連絡導波路１６の終端部分が
位置している。

【００９８】図１３（Ｂ）に示す第２構成例では、各斜
め導波路構造６６との接続部分近傍における各連絡導波
路１６の幅が入力端面１８ａに近づくにつれて小さくな
っている。すなわち、連絡導波路１６の端部近傍をテー
パ構造６８として形成してある。そして、そのテーパ構
造６８の端部が、斜め導波路構造６６の略Ｖ字形状凹面
部分の中央の位置に接続している。

【００９９】図１３（Ｃ）に示す第３構成例では、各斜
め導波路構造６６との接続部分近傍における各連絡導波
路１６の端部に低屈折率領域７０を設けることによって
各連絡導波路１６の端部を分岐させてある。図１３
（Ｃ）に示すように、連絡導波路１６の端部が２分岐さ
れ、各分岐した端部が斜め導波路構造６６の斜め界面に
接続している。

【０１００】図１３（Ｄ）に示す第４構成例では、入力
端面１８ａとの結合部分近傍における各連絡導波路１６
の端部を、当該入力端面１８ａに近づくにつれて幅が小
さくなるテーパ構造７２としてあり、入力端面１８ａか
ら離間するにつれて幅が小さくなる斜め導波路構造６６
を、テーパ構造７２に近接させて配置してある。このよ
うに、連絡導波路１６の端部をテーパ構造７２にし、そ
のテーパ構造７２に近接させてかつ接触しないように斜
め導波路構造６６を設けてある。従って、テーパ構造７
２の側面部が斜め導波路構造６６の斜め界面に沿うよう
に配置される。

【０１０１】図１４は、斜め導波路構造６６における光
波面の様子を示す平面図である。連絡導波路１６から出
力した光は、斜め導波路構造６６において、回折現象お
よび斜め界面における光波面のトンネル現象により、斜
め界面の側に引き寄せられる。図１４に示すように、光
波面７４は伝播方向７６の方に引き寄せられる。従っ
て、図１３（Ａ）〜（Ｄ）に示す構成によれば、連絡導
波路１６から出力した光は斜め導波路構造６６を経て２
つのビームに分割される。そして、出力側平面導波路１
８内において、各ビームが互いに離間しながら進行して
ゆき、光が拡散する。よって、光が広い範囲にわたり拡
散し、出力導波路２０の位置で所定のテーブル形状の光
強度包絡線が得られる。

【０１０２】次に、図１３（Ａ）〜（Ｄ）に示した各構
成の設計例とシミュレーション結果とを順次に説明す
る。

【０１０３】＜第１構成の設計例およびシミュレーショ
ン結果＞図１５は、図１３（Ａ）に示した構成例に対す
るＢＰＭによるシミュレーション結果を示すグラフであ
り、光強度分布の様子を示す図である。図１５には、シ
ミュレーション結果と共にテーパ構造１６の設計例が示
してある。図１５に示すグラフの横軸には、横方向のサ
イズをμｍ単位で取り、−２５μｍから２５μｍの範囲
を１μｍ毎に目盛って示してある。また、縦軸には、縦
方向のサイズをμｍ単位で取り、−４５μｍから２３５
μｍの範囲を５μｍ毎に目盛って示してある。グラフ中
の各曲線は、横方向サイズおよび縦方向サイズで示す位
置における光強度の大きさを表す。また、グラフ中の黒
塗り部分は、連絡導波路１６、斜め導波路構造６６およ
び出力側平面導波路１８の一部を表す。

【０１０４】図１５を参照して、このシミュレーション
において設定した導波路構造の各部のサイズにつき簡単
に説明する。先ず、連絡導波路１６の幅は２μｍであ
る。また、連絡導波路１６の斜め導波路構造６６部分の
全長は１５μｍである。

【０１０５】以上設計した構造に対してシミュレーショ
ンを行うと、連絡導波路１６、斜め導波路構造６６およ
び出力側平面導波路１８を経て伝播する光の強度分布が
図１５に表すように変化する。図１５に示すように、斜
め導波路構造６６に至る前の連絡導波路１６中では１つ
の光強度ピークだけが示されているが、斜め導波路構造
６６を経て出力側平面導波路１８内に至ると２つのピー
クを示すようになり、次第に各ピークが横方向に離間し
ながら進行方向に伝播してゆく。よって、光が広い範囲
に拡散されるので、出力導波路２０の位置で所定のテー
ブル形状の光強度包絡線が得られる。

【０１０６】このように、斜め導波路構造６６を設ける
ことにより、連絡導波路１６と出力側平面導波路１８と
の接続面でのモード界分布が適切に設定される。この結
果、光の透過ピーク強度を均一化させることができる。

【０１０７】＜第２構成の設計例およびシミュレーショ
ン結果＞図１６は、図１３（Ｂ）に示した構成例に対す
るＢＰＭによるシミュレーション結果を示すグラフであ
り、光強度分布の様子を示す図である。図１６には、シ
ミュレーション結果と共にテーパ構造６８の設計例が示
してある。図１６に示すグラフの横軸には、横方向のサ
イズをμｍ単位で取り、−２５μｍから２５μｍの範囲
を１μｍ毎に目盛って示してある。また、縦軸には、縦
方向のサイズをμｍ単位で取り、０μｍから２４０μｍ
の範囲を１０μｍ毎に目盛って示してある。グラフ中の
各曲線は、横方向サイズおよび縦方向サイズで示される
位置における光強度の大きさを表す。また、グラフ中の
黒塗り部分は、連絡導波路１６、テーパ構造６８、斜め
導波路構造６６および出力側平面導波路１８の一部を表
す。

【０１０８】図１６を参照して、このシミュレーション
において設計した導波路構造の各部のサイズにつき簡単
に説明する。先ず、連絡導波路１６の幅は２μｍであ
る。また、連絡導波路１６の斜め導波路構造６６部分の
全長は２０μｍである。さらに、連絡導波路１６のテー
パ構造６８部分の全長は４０μｍである。

【０１０９】以上設計した構造に対してシミュレーショ
ンを行うと、連絡導波路１６、テーパ構造６８、斜め導
波路構造６６および出力側平面導波路１８を経て伝播す
る光の強度分布が図１６に表すように変化する。図１６
に示すように、斜め導波路構造６６に至る前の連絡導波
路１６中では１つの光強度ピークだけが示されている
が、斜め導波路構造６６を経て出力側平面導波路１８内
に至ると２つのピークを示すようになり、次第に各ピー
クが横方向に離間しながら進行方向に伝播してゆく。よ
って、光が広い範囲に拡散されるので、出力導波路２０
の位置で所定のテーブル形状の光強度包絡線が得られ
る。

【０１１０】このように、斜め導波路構造６６を設ける
ことにより、連絡導波路１６と出力側平面導波路１８と
の接続面でのモード界分布が適切に設定される。この結
果、光の透過ピーク強度を均一化させることができる。

【０１１１】＜第３構成の設計例およびシミュレーショ
ン結果＞図１７は、図１３（Ｃ）に示した構成例に対す
るＢＰＭによるシミュレーション結果を示すグラフであ
り、光強度分布の様子を示す図である。図１７には、シ
ミュレーション結果と共に低屈折率領域７０の設計例が
示してある。図１７に示すグラフの横軸には、横方向の
サイズをμｍ単位で取り、−２０μｍから２０μｍの範
囲を１μｍ毎に目盛って示してある。また、縦軸には、
縦方向のサイズをμｍ単位で取り、１０μｍから２３０
μｍの範囲を５μｍ毎に目盛って示してある。グラフ中
の各曲線は、横方向サイズおよび縦方向サイズで示す位
置における光強度の大きさを表す。また、グラフ中の黒
塗り部分は、連絡導波路１６、斜め導波路構造６６およ
び出力側平面導波路１８の一部を表す。

【０１１２】図１７を参照して、このシミュレーション
において設計した導波路構造の各部のサイズにつき簡単
に説明する。先ず、連絡導波路１６の幅は２μｍであ
る。また、連絡導波路１６の斜め導波路構造６６部分の
全長は２０μｍ程度である。さらに、低屈折率領域７０
部分の全長は１０μｍ程度である。

【０１１３】以上設計した構造に対してシミュレーショ
ンを行うと、連絡導波路１６、斜め導波路構造６６およ
び出力側平面導波路１８を経て伝播する光の強度分布が
図１７に表すように変化する。図１７に示すように、斜
め導波路構造６６に至る前の連絡導波路１６中では１つ
の光強度ピークだけが示されているが、斜め導波路構造
６６を経て出力側平面導波路１８内に至ると２つのピー
クを示すようになり、次第に各ピークが横方向に離間し
ながら進行方向に伝播してゆく。よって、光が広い範囲
に拡散されるので、出力導波路２０の位置で所定のテー
ブル形状の光強度包絡線が得られる。

【０１１４】このように、斜め導波路構造６６を設ける
ことにより、連絡導波路１６と出力側平面導波路１８と
の接続面でのモード界分布が適切に設定される。この結
果、光の透過ピーク強度を均一化させることができる。

【０１１５】＜第４構成の設計例およびシミュレーショ
ン結果＞図１８は、図１３（Ｄ）に示した構成例に対す
るＢＰＭによるシミュレーション結果を示すグラフであ
り、光強度分布の様子を示す図である。図１８には、シ
ミュレーション結果と共にテーパ構造７２の設計例が示
してある。図１８に示すグラフの横軸には、横方向のサ
イズをμｍ単位で取り、−２０μｍから２０μｍの範囲
を１μｍ毎に目盛って示してある。また、縦軸には、縦
方向のサイズをμｍ単位で取り、−４０μｍから２７０
μｍの範囲を１０μｍ毎に目盛って示してある。グラフ
中の各曲線は、横方向サイズおよび縦方向サイズで示す
位置における光強度の大きさを表す。また、グラフ中の
黒塗り部分が連絡導波路１６、テーパ構造７２、斜め導
波路構造６６および出力側平面導波路１８の一部を表
す。

【０１１６】図１８を参照して、このシミュレーション
において設計した導波路構造の各部のサイズにつき簡単
に説明する。先ず、連絡導波路１６の幅は２μｍであ
る。また、連絡導波路１６の斜め導波路構造６６部分の
全長は８０μｍ程度である。さらに、連絡導波路１６の
テーパ構造７２部分の全長は６０μｍ程度である。

【０１１７】以上設計した構造に対してシミュレーショ
ンを行うと、連絡導波路１６、テーパ構造７２、斜め導
波路構造６６および出力側平面導波路１８を経て伝播す
る光の強度分布が図１８に表すように変化する。図１８
に示すように、斜め導波路構造６６に至る前の連絡導波
路１６中では１つの光強度ピークだけが示されている
が、斜め導波路構造６６を経て出力側平面導波路１８内
に至ると２つのピークを示すようになり、次第に各ピー
クが横方向に離間しながら進行方向に伝播してゆく。よ
って、光が広い範囲に拡散されるので、出力導波路２０
の位置で所定のテーブル形状の光強度包絡線が得られ
る。

【０１１８】このように、斜め導波路構造６６を設ける
ことにより、連絡導波路１６と出力側平面導波路１８と
の接続面でのモード界分布が適切に設定される。この結
果、光の透過ピーク強度を均一化させることができる。

【０１１９】以上説明した第６の実施の形態の構成で
は、光路中に低屈折率領域が入り込むため、閉じ込めの
強い導波路を用いると光の散乱が生じるおそれがある。
しかし、第２の実施の形態のような分岐構造を用いるよ
りも、連絡導波路１６と入力端面１８ａとの接続部分を
小さく構成できるので、各連絡導波路１６を密に並べて
小型化することが可能である。

【０１２０】

【発明の効果】この発明の合分波素子によれば、光信号
の波面中心が出力端面上の複数の入射位置に向けて各連
絡導波路から出射されるように、入力端面と接続する側
の連絡導波路に波面変換構造を設けてある。このよう
に、光信号の波面中心が出力端面の複数の位置に集光さ
れるようにしてあるため、従来のように１点に集光され
ない。従って、波面中心の伝播する方向と光パワーが集
中する方向とを分離することができるから、出力端面に
おける光パワーの広がりが従来に比べて大きくなる。よ
って、出力導波路および出力端面の各接続点で、光のパ
ワーを等しくすることが可能になる。すなわち、各出力
ポートから等しいパワーの光が出力される。

【０１２１】また、この発明の合分波素子によれば、入
射位置は、出力導波路の一端が接続される出力端面の第
１領域を含みかつこれより大きな第２領域に、散在して
おり、各光信号の波面中心の合成パワーが第１領域で一
定になるようにしてある。このように構成してあるの
で、光信号の波面中心は、出力端面の複数の位置に集光
される。従って、出力端面における光パワーの広がりを
従来に比べて大きくできる。また、第１領域における光
の合成パワーを一定にしてあるから、この第１領域にお
ける透過ピークの強度が、出力端面および出力導波路の
接続位置によらず一定になる。従って、各出力ポートか
ら等しいパワーの光が出力される。

【０１２２】また、この発明の合分波素子によれば、隣
接する連絡導波路の入力端面における接続位置を一定間
隔で離間させてある。このように構成すると、連絡導波
路で光に与えた位相差が、出力導波路の接続位置によっ
てばらついてしまうのを防げる。従って、所期の干渉パ
タンが得られる。

【０１２３】また、この発明の合分波素子によれば、入
力端面に接続する各連絡導波路の端部を分岐させてあ
る。このように構成すると、光信号の波面中心が出力端
面の複数の位置に集光されるようになる。従って、従来
のように１点に集光されないので、出力端面における光
パワーの広がりが従来に比べて大きくなる。よって、各
出力ポートから等しいパワーの光が出力される。

【０１２４】また、この発明の合分波素子によれば、端
部を光信号のパワーが集中する方向から等しく傾かせた
Ｙ分岐としてある。このように構成すると、光信号の波
面中心が出力端面の２点に集光されるようになる。ま
た、Ｙ分岐すなわちＹ字状に分岐される各連絡導波路
は、互いに波面中心から等しい角度だけ傾くように設計
すればよいので、設計が容易である。

【０１２５】また、この発明の合分波素子によれば、各
連絡導波路の各々の全長が互いに等しくなるように、第
１接続部分から入力側平面導波路および各連絡導波路の
第３接続部分に至る複数の光伝播経路の光路長を違えて
ある。このように、入力導波路から入射して各連絡導波
路に到達する光信号が、それぞれ異なる長さの光路長を
伝播されるように構成されている。従って、入力側平面
導波路内を伝播して各連絡導波路に達した光信号は、そ
れぞれ異なった位相状態となっている。よって、連絡導
波路の全長を異ならせなくても所期の機能が得られる。
さらに、連絡導波路で位相差を与えているのではないか
ら、連絡導波路幅の作成誤差による波長ずれが生じにく
い構成が得られる。

【０１２６】また、この発明の合分波素子によれば、連
絡導波路の端部をテーパ形に構成することにより、連絡
導波路と出力側平面導波路との接続面でのモード界分布
が適切に設定される。この結果、光の透過ピーク強度を
均一化させることができる。

【０１２７】また、この発明の合分波素子によれば、幅
広部分を設けることにより、連絡導波路と出力側平面導
波路との接続面でのモード界分布が適切に設定される。
この結果、光の透過ピーク強度を均一化させることがで
きる。

【０１２８】また、この発明の合分波素子によれば、連
絡導波路の端部に斜め導波路構造を配置させることによ
り、連絡導波路と出力側平面導波路との接続面でのモー
ド界分布が適切に設定される。この結果、光の透過ピー
ク強度を均一化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の構成を示す図である。

【図２】実施の形態の合分波素子の構成を示す図であ
る。

【図３】実施の形態の光強度分布を示す図である。

【図４】第１の実施の形態の変形例を示す図である。

【図５】第２の実施の形態の構成を示す図である。

【図６】第３の実施の形態の構成を示す図である。

【図７】従来構成を示す図である。

【図８】従来の光強度分布を示す図である。

【図９】第４の実施の形態の構成を示す図である。

【図１０】光強度分布の様子を示す図である。

【図１１】第５の実施の形態の構成を示す図である。

【図１２】光強度分布の様子を示す図である。

【図１３】第６の実施の形態の構成を示す図である。

【図１４】光波面の様子を示す図である。

【図１５】光強度分布の様子を示す図である。

【図１６】光強度分布の様子を示す図である。

【図１７】光強度分布の様子を示す図である。

【図１８】光強度分布の様子を示す図である。

【符号の説明】

１０ａ〜１０ｃ：入力ポート１２：入力導波路１４，４８：入力側平面導波路１４ａ，１４ｂ，１８ａ，１８ｂ，２４ｂ，２４ｃ，４
８ａ，４８ｂ，５２ａ：端面１６，５０，１０６：連絡導波路１８，５２，１００：出力側平面導波路２０，１０８：出力導波路２２ａ〜２２ｃ：出力ポート２４：基板２４ａ：主面２６，２６ａ，２６ｂ：波面変換構造２８，１１４：波面中心３０ａ，３０ｂ：入射位置３２：光パワーが集中する方向３４，１１２：中点４４ａ，４４ｂ：分岐４６：端部６０：テーパ構造６２ａ：通常部分６２ｂ：幅広部分６４：テーパ部分６６：斜め導波路構造６８：テーパ構造７０：低屈折率領域７２：テーパ構造７４：波面７６：伝播方向１０２：入力端面１０４：出力端面１１０：導波路アレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号が入力する複数の入力ポートと、
それぞれ一端が対応する前記入力ポートに接続された複
数の入力導波路と、これら入力導波路の他端が接続され
た入力側平面導波路と、それぞれ一端が前記入力側平面
導波路に接続された複数の連絡導波路と、これら連絡導
波路の他端が接続された入力端面を有する出力側平面導
波路と、該出力側平面導波路の出力端面に一端が接続さ
れた複数の出力導波路と、これら出力導波路の他端が接
続された光信号が出力する複数の出力ポートとを具えて
おり、光信号に位相差を与えるため、前記入力導波路および前
記入力側平面導波路の第１接続部分から各前記連絡導波
路および前記出力側平面導波路の第２接続部分に至る複
数の光伝播経路の各光路長を異ならせてなる合分波素子
において、光信号の波面中心が前記出力端面上の複数の入射位置に
向けて各前記連絡導波路から出射されるように、前記入
力端面と接続する側の前記連絡導波路に波面変換構造を
設けてあることを特徴とする合分波素子。
【請求項２】請求項１に記載の合分波素子において、前記入射位置は、前記出力導波路の一端が接続される前
記出力端面の第１領域を含みかつこれより大きな第２領
域に、散在しており、各前記光信号の波面中心の合成パワーが前記第１領域で
一定になるようにしてあることを特徴とする合分波素
子。
【請求項３】請求項１に記載の合分波素子において、２つの前記入射位置を有することを特徴とする合分波素
子。
【請求項４】請求項１に記載の合分波素子において、隣接する前記連絡導波路の前記入力端面における接続位
置を一定間隔で離間させてあることを特徴とする合分波
素子。
【請求項５】請求項１に記載の合分波素子において、前記入力端面に接続する各前記連絡導波路の端部を分岐
させてあることを特徴とする合分波素子。
【請求項６】請求項５に記載の合分波素子において、前記端部を光信号のパワーが集中する方向から等しく傾
かせたＹ分岐としてあることを特徴とする合分波素子。
【請求項７】請求項１に記載の合分波素子において、前記各連絡導波路の各々の全長が互いに等しくなるよう
に、前記第１接続部分から前記入力側平面導波路および
前記各連絡導波路の第３接続部分に至る複数の光伝播経
路の光路長を違えてあることを特徴とする合分波素子。
【請求項８】請求項１に記載の合分波素子において、前記入力端面との接続部分近傍における各前記連絡導波
路の幅が当該入力端面に近づくにつれて小さくなってい
ることを特徴とする合分波素子。
【請求項９】請求項８に記載の合分波素子において、前記幅の小さくなる割合が前記入力端面に近づくにつれ
て小さくなることを特徴とする合分波素子。
【請求項１０】請求項１に記載の合分波素子におい
て、前記入力端面との接続部分近傍における各前記連絡導波
路が通常部分および幅広部分より構成されており、前記幅広部分の幅が前記通常部分の幅に比べて大きいこ
とを特徴とする合分波素子。
【請求項１１】請求項１０に記載の合分波素子におい
て、前記幅広部分の幅が一定であることを特徴とする合分波
素子。
【請求項１２】請求項１０に記載の合分波素子におい
て、前記通常部分と前記幅広部分との間にさらにテーパ部分
を画成してあり、前記テーパ部分の幅が前記入力端面に近づくにつれて大
きくなっていることを特徴とする合分波素子。
【請求項１３】請求項１に記載の合分波素子におい
て、各前記連絡導波路の延在する方向に対して斜めに配向し
た界面を有した斜め導波路構造が、各前記連絡導波路の
端部との結合部分において略Ｖ字形状の境界面を形成す
るように、前記入力端面に設けられていることを特徴と
する合分波素子。
【請求項１４】請求項１３に記載の合分波素子におい
て、各前記斜め導波路構造との接続部分近傍における各前記
連絡導波路の幅が前記入力端面に近づくにつれて小さく
なることを特徴とする合分波素子。
【請求項１５】請求項１３に記載の合分波素子におい
て、各前記斜め導波路構造との接続部分近傍における各前記
連絡導波路の端部に低屈折率領域を設けることによって
各前記端部を分岐させてあることを特徴とする合分波素
子。
【請求項１６】請求項１３に記載の合分波素子におい
て、前記入力端面との結合部分近傍における各前記連絡導波
路の端部を、当該入力端面に近づくにつれて幅が小さく
なるテーパ構造としてあり、前記入力端面から離間するにつれて幅が小さくなる前記
斜め導波路構造を、前記テーパ構造に近接させて配置し
てあることを特徴とする合分波素子。