JP2005049821A - 光合分波器、光集積回路及びそれらを用いた光送受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】 高アイソレーションで、偏波依存性が小さく、しかも、小型化の可能な光合分波器を提供する。
【解決手段】 薄膜フィルタ１９を挟んでコア１５の端部とコア１６の端部とが対向している。コア１５のフィルタから遠い側に位置する端部とコア１６のフィルタから遠い側に位置する端部とがほぼ平行に揃っている。コア１５のフィルタ側端部からコア１５と光学的に繋がって分岐するようにコア１７が配置されている。コア１５のフィルタ側端部とコア１６のフィルタ側端部が湾曲し、かつ、コア１５のフィルタ側端部はコア１７が配置されている側へ向けて突曲するように湾曲している。コア１５及びコア１６のそれぞれのフィルタから遠い側に位置する端部は光導波路の端辺に達し、コア１７のフィルタから遠い側に位置する端部は光導波路の側辺に達している。
【選択図】 図７

Description

本発明は、光合分波器、光集積回路及びそれらを用いた光送受信器に関する。

図１は従来の光合分波器の構造を示す平面図である。この光合分波器１にあっては、平板状をしたクラッド層２にコア３とコア４とからなるメインコアが形成されている。コア３とコア４の一方の端面どうしはクラッド層２に切り込まれたスリット溝５を介して光学的に結合している。メインコアの両端は直線状をしており、メインコアの中央部はＳ字状に湾曲している。スリット溝５はメインコアの湾曲部分に形成されている。また、コア３と同じ側には、スリット溝５の位置からコア３と分岐するようにしてコア６が設けられている。上記スリット溝５には薄膜フィルタ７が挿入されている。

この光合分波器１においては、例えば図１に示すように、コア３に波長λ１（＝１.３１μｍ）の光と波長λ２（＝１.５５μｍ）の光を入射させてコア３内を伝搬させると、光の分波動作を行う。すなわち、コア３を伝搬し、端面から薄膜フィルタ７に向けて出射した光のうち波長λ１の光は、薄膜フィルタ７を透過する。薄膜フィルタ７を透過した光はコア４に入射し、コア４を伝搬してコア４の端面から出射する。また、コア３の端面から薄膜フィルタ７に向けて出射した波長λ２の光は、薄膜フィルタ７で反射する。薄膜フィルタ７で反射した光は、コア６内に入射し、コア６を伝搬してコア６の端面から出射する。一方、コア４から波長λ１の光を入射させた場合には、この光は薄膜フィルタ７を透過してコア３に入射し、コア３を伝搬してコア３の端面から出射される。

しかし、このような光合分波器１においては、上記のようにコア４から波長λ１の光を入射させたとき、薄膜フィルタ７を透過した波長λ１の光がコア６にも回り込んでコア６内を伝搬することがある。こうしてコア６に波長λ１の光が回り込むと、その光はコア６内においてノイズとなり、あるいは、波長λ１の光がコア６に回り込むことによってコア３側における信号損失が発生し、通信の妨げになるという問題が起きる。

このような光の回り込みを抑制するためには、図２に示すように、コア３とコア６とを分岐させる角度（以下、分岐角という。）θを大きくしてコア３、６間のアイソレーションを高くするのが有効であることが一般的に知られている。ところが、分岐角θを大きくすると、薄膜フィルタ７に入射する光の入射角（＝θ／２）も大きくなるので、薄膜フィルタ７の特性上、Ｐ波とＳ波のカット帯域の差が大きくなる。例えばローパス型の薄膜フィルタ７のフィルタ分波特性（透過損失）をＰ偏光とＳ偏光に分けて示すと、図３に示すように、Ｐ偏光とＳ偏光とで透過損失が急変する領域にずれが生じる（偏波依存性）。このずれを波長で表したものをＰ−Ｓ波長差Δλという。図４は、横軸にコア３、６間の分岐角θをとり、縦軸にＰ−Ｓ波長差Δλをとって分岐角θとＰ−Ｓ波長差Δλとの関係を表したものである。図４に示すように、分岐角θが大きくなるにつれてＰ−Ｓ波長差Δλが大きくなる。

このようにＰ波とＳ波のカット帯域の差が大きくなると、波長λ１の光のＳ偏光の一部が薄膜フィルタ７で反射されたり、波長λ２の光のＰ偏光の一部だけが薄膜フィルタ７を透過したりして光が分離される。その結果、光信号が変化して再現性が悪くなる。このような事態が起きないようにするためには、Ｐ−Ｓ波長差Δλによって分岐角θに上限値を設定する必要がある。すなわち、図３のように、波長λ１＝１.３１μｍの光の波長帯を１.２６〜１.３６μｍとし、波長λ２＝１.５５μｍの光の波長帯を１.４８〜１.５８μｍとすれば、両波長帯間の距離は１.４８−１.３６＝０.１２μｍである。よって、Ｐ波とＳ波を分離させないためには、Ｐ−Ｓ波長差Δλを１２０ｎｍ以下にする必要がある。図４を見れば、Ｐ−Ｓ波長差Δλ＝１２０ｎｍに相当する分岐角θは約８０°であるから、分岐角θは約８０°以下にしなければならない。しかし、バラツキ等を考慮すれば、分岐角θを約６０°以下にするのが適当であるといえる。合分波器一般においても、分岐角θは６０°以下で、できるだけ大きな値に設定するのが好ましいものとされている。特に、分岐角θを６０°程度にするのが、偏波依存性を大きくすることなく高アイソレーションを達成するのに適当であると考えられている。

しかしながら、従来のような構造の光合分波器１において、光のアイソレーションを高めるために分岐角θを大きくすると、大きく傾いたコアを光合分波器１の長さ方向に平行な方向へ湾曲させるためにコアの湾曲部分の沿線長さが長くなる。逆に、コアの曲率を大きくすればコアの沿線長さを短くできるが、あまりコアの曲率を大きくすると、コアからの光の漏れが大きくなる。よって、光の漏れを抑えようとすると、コアの湾曲部分の沿線長さが長くなり、それだけ光合分波器１の長さも幅も大きくなり、光合分波器１のサイズが大きくなる。図５はコア３、６間の分岐角θと光合分波器１の導波路サイズ（面積）との関係を表した図である。図５から分かるように、最適値と考えた６０°程度まで分岐角θを大きくすると、光合分波器１の導波路サイズが指数的に増大する。よって、従来の光合分波器１にあっては、高アイソレーションと導波路サイズの小型化とは相容れず、高アイソレーションの特性を有する小型の光合分波器を得ることは不可能であった。また、高アイソレーション化のために導波路サイズが大きくなると、コアにおける材料損失により信号の損失も増加していた。

特開２００３−３４４７１７号公報

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高アイソレーションで、偏波依存性が小さく、しかも、小型化の可能な光合分波器、光集積回路及びそれらを用いた光送受信器を提供することにある。

本発明にかかる第１の光合分波器は、光導波路中に少なくとも第１のコア及び第２のコアが形成された光合分波器において、第１のコアの一方の端面がフィルタと対向し、前記フィルタを介して第１のコアと光学的に結合するようにして前記フィルタに関して第１のコアと同じ側に第２のコアが配置され、第１のコアの少なくとも一部が第２のコアが配置されている側へ向けて突曲するように湾曲していることを特徴としている。

また、本発明にかかる第２の光合分波器では、光導波路中に第１のコア、第２のコア及び第３のコアが形成された光合分波器において、フィルタを挟んで第１のコアの端面と第３のコアの端面とが光学的に結合するように対向し、前記フィルタを介して第１のコアと光学的に結合するようにして前記フィルタに関して第１のコアと同じ側に第２のコアが配置され、第１のコアと第３のコアはそれぞれ湾曲部を有し、かつ、第１のコアの前記湾曲部は第２のコアが配置されている側へ向けて突曲するように形成されており、第１及び第３のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部は前記光導波路の端辺に至り、第２のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部は前記光導波路の前記端辺と異なる辺に至っていることを特徴としている。

第１及び第２の光合分波器によれば、フィルタを介して第１のコアと光学的に結合するように配置されている第２のコアが配置されている側へ向けて第１のコアの少なくとも一部が突曲するように湾曲している。その結果、フィルタの偏波依存性があまり大きくならない限度において、フィルタ側の端部における第１のコアと第２のコアのなす角度（分岐角）を大きくすると、第１のコアの傾き乃至湾曲が小さくなる。従って、第１のコアと第２のコアの分岐角を大きくしてコア間のアイソレーションを高くでき、しかも、第１のコアの湾曲を小さくすることで光合分波器のサイズを小形化することができる。よって、本発明によれば、高アイソレーションで、小形化の可能な光合分波器を提供することが可能になる。

本発明にかかる第１及び第２の光合分波器の実施態様にあっては、第１のコアの前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向と、第１のコアの前記フィルタ側の端部の光軸方向とのなす角度をθ３とし、第１のコアの前記フィルタ側の端部の光軸方向と、第２のコアの前記フィルタ側の端部の光軸方向とのなす角度をθとするとき、
θ ＞ ２×θ３
となっている。このような条件を満たすことにより、光アイソレーションを高くし、かつ、光合分波器のサイズを小さくすることが可能となる。

本発明にかかる第３の光合分波器は、光導波路中に少なくとも第１のコア及び第２のコアが形成された光合分波器において、第１のコアの一方の端面がフィルタと対向し、前記フィルタを介して第１のコアと光学的に結合するようにして前記フィルタに関して第１のコアと同じ側に第２のコアが配置され、第１のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向と第１のコアの端面が位置しない前記光導波路の端辺とが平行でないことを特徴としている。

本発明にかかる第４の光合分波器は、光導波路中に第１のコア、第２のコア及び第３のコアが形成された光合分波器において、フィルタを挟んで第１のコアの端面と第３のコアの端面とが光学的に結合するように対向し、前記フィルタを介して第１のコアと光学的に結合するようにして前記フィルタに関して第１のコアと同じ側に第２のコアが配置され、第１のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向と第１のコアの端面が位置しない前記光導波路の端辺とが平行でないことを特徴としている。

第３及び第４の光合分波器によれば、フィルタに関して第１のコアと同じ側に第２のコアが配置されており、第１のコアにおいてフィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向と第１のコアの端面が位置しない光導波路の端辺とが平行とならないようにしている。フィルタの偏波依存性があまり大きくならない限度であれば、フィルタ側において第１及び第２のコアがなす分岐角を大きくすることによって、コア間のアイソレーションを高くすることができる。その場合、上記のような構成を有する第３及び第４の光合分波器によれば、第１のコアのフィルタから遠い側に位置する端部を第１のコアの端面が位置しない光導波路の端辺と平行となるまで曲げる必要が無くなる。あるいは、第１のコアを曲げる必要がまったくなくなる。従って、第１及び第２のコアの分岐角を大きくしてコア間のアイソレーションを高くでき、しかも、第１のコアの湾曲を小さくし、あるいは直線状にすることで光合分波器のサイズを小形化することができる。よって、第３及び第４の光合分波器によれば、高アイソレーションで、小形化の可能な光合分波器を提供することが可能になる。

本発明にかかる第３の光合分波器の実施態様においては、第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が、第１のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺と異なる端辺にあり、第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺から第１のコアまでの距離が、第１のコアの前記フィルタ側から前記フィルタから遠い側に行くに従って小さくなっている。よって、この実施態様においては、第１のコアのフィルタから遠い側の端面が位置する光導波路の端面まで、第２のコアを曲げて第２のコアのフィルタから遠い側の端面を持ってくる必要が無くなり、第３の光合分波器をより小型化することができる。

また、上記実施態様においては、第２のコアのフィルタから遠い側の端面が位置する光導波路の端辺から第１のコアまでの距離が、第１のコアのフィルタ側からフィルタから遠い側に向かうに従って小さくなっている。よって、フィルタの偏波依存性があまり大きくならない限度で、フィルタ側における第１及び第２のコアのなす分岐角を大きくすることができ、第３の光合分波器をより高アイソレーション化し、より小形化することができる。

本発明にかかる第４の光合分波器の実施態様においては、第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が、第１及び第３のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺と異なる端辺にあり、第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺から第１のコアまでの距離が、第１のコアの前記フィルタ側から前記フィルタから遠い側に行くに従って小さくなり、また、第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺から第３のコアまでの距離が、第３のコアの前記フィルタ側から前記フィルタから遠い側に行くに従って大きくなっている。

よって、この実施態様においては、第１及び第３のコアのフィルタから遠い側の端面が位置する光導波路の端面まで、第２のコアを曲げて第２のコアのフィルタから遠い側に位置する端面を持ってくる必要が無くなる。従って、第４の光合分波器をより小型化することができる。

また、上記実施態様においては、第２のコアのフィルタから遠い側の端面が位置する光導波路の端辺から、第１のコアまでの距離が、第１のコアのフィルタ側からフィルタから遠い側に向かうに従って小さくなるようにしている。よって、この実施態様においては、フィルタの偏波依存性があまり大きくならない限度で、フィルタ側の端部における第１及び第２のコアのなす分岐角を大きくすることができ、第４の光合分波器をより高アイソレーション化し、小形化を図ることができる。

さらに、上記実施態様においては、第２のコアのフィルタから遠い側の端面が位置する光導波路の端辺から、第３のコアまでの距離が、第３のコアのフィルタ側から、フィルタから遠い側に向かうに従って大きくなるようにしている。よって、第３のコアのフィルタから遠い側に位置する端部を、第２のコアの端面が位置する光導波路の端辺と平行となるまで曲げる必要が無く、あるいは、第２のコアを曲げる必要がなくなり、第４の光合分波器をより小型化することができる。

本発明にかかる第３及び第４の光合分波器の別な実施態様にあっては、第１のコアにおける前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向は、第１のコアにおいてフィルタから遠い側の端面に垂直となっていない。よって、この実施態様においては、第１のコアのフィルタから遠い側に位置する端部を、第１のコアのフィルタから遠い側の端面が位置している光導波路の端辺と垂直になるまで曲げる必要が無く、あるいは、まったく曲げる必要がなく、光導波路をより小型化できる。

本発明にかかる第４の光合分波器のさらに別な実施態様にあっては、第３のコアの前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向は、第３のコアにおけるフィルタから遠い側に位置する端面に垂直となっていない。よって、この実施態様においては、第３のコアのフィルタから遠い側に位置する端部を、第３のコアのフィルタから遠い側の端面が位置している光導波路の端辺と垂直になるまで曲げる必要が無く、あるいは、まったく曲げる必要がなく、光導波路をより小型化できる。

本発明にかかる第３及び第４の光合分波器のさらに別な実施態様は、第１のコアが直線状に形成されているので、第１のコアを曲げる必要がなく、その分だけ第１のコアの沿線距離を短くすることができ、光合分波器をより小型化することができる。

本発明にかかる第４の光合分波器のさらに別な実施態様は、第３のコアが直線状に形成されているので、第３のコアを曲げる必要がなく、その分だけ第３のコアの沿線距離を短くすることができ、光合分波器をより小型化することができる。

本発明にかかる第３及び第４の光合分波器のさらに別な実施態様においては、第１のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向と第１のコアの端面が位置しない前記光導波路の端辺とのなす角度をθ５とするとき、
０°＜θ５＜３０°
となっている。この結果、第１のコアの端面が位置しない前記光導波路の端辺と光軸方向が平行となるように光ファイバとが配設されている場合でも、第１のコアと光ファイバ等との結合損失を十分に小さくすることができる。

本発明にかかる第１、第２、第３及び第４の光合分波器のさらに別な実施態様による光合分波器にあっては、第１のコアと第２のコアとは隙間をあけて光学的に結合しており、第２のコアは光がマルチモードで伝搬するようなコア幅で形成されている。この実施態様にあっては、第１のコアと第２のコアとの間にクラッド層があって隙間があいているので、第１のコアと第２のコアの間で光の回り込みが起こりにくく、光アイソレーションをより高くすることができる。

さらに、上記実施態様では、第２のコアがマルチモードで伝搬するようなコア幅で形成されているので、シングルモードの場合と比較してコア幅を広くすることができ、フィルタを納めるための溝の位置のずれやバラツキを許容でき、製造が簡易になる。

本発明にかかる第１、第２、第３及び第４の光合分波器のさらに別な実施態様にあっては、第２のコアが直線状に形成されている。この実施態様では、第２のコアが直線状をしているので、光合分波器をより小形化することが可能になる。

本発明にかかる第１、第２、第３及び第４のさらに別な実施態様による光合分波器にあっては、第２のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向は、第２のコアにおいて前記フィルタから遠い側の端面に垂直な方向から傾いていることを特徴としている。第１のコアと第２のコアの間の分岐角が一定であるとすると、第２のコアを傾けることによって第１のコアの傾き乃至湾曲を小さくすることができる。よって、光合分波器のサイズをより小形化することが可能になる。

本発明にかかる光集積回路は、本発明にかかる光合分波器を、複合光学機能を有する光機能集積素子に搭載したことを特徴としている。

本発明にかかる光送受信器は、本発明にかかる記載の光合分波器と、前記光合分波器のいずれかのコアの端面に対向させた投光素子と、前記光合分波器のいずれか別なコアの端面に対向させた受光素子とを備えたことを特徴としている。

本発明にかかる光送受信器は、本発明にかかる光集積回路と、前記光集積回路のいずれかのコアの端面に対向させた投光素子と、前記光集積回路のいずれか別なコアの端面に対向させた受光素子とを備えたことを特徴としている。

本発明にかかる光合分波器を用いることにより、光送受信器や光集積回路も高アイソレーションで、かつ小型化を可能にすることができる。

なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものでないことは勿論である。

図６は本発明の実施例１による光合分波器（光導波路）１１を示す斜視図、図７は上クラッド層２１を除いた状態で示す光合分波器１１の平面図である。この光合分波器１１にあっては、平板状をした下クラッド層１３が基板１２の上に形成されている。下クラッド層１３の表面に凹設されたコア溝１４内には、３本のコア１５、１６、１７が形成されている。コア１５（第１のコア）及びコア１６（第３のコア）は湾曲したメインコアを構成しており、メインコアの両端（コア１５、１６の、後述の薄膜フィルタ１９から遠い側に位置する端部）は下クラッド層１３の両端面に達し、下クラッド層１３の両端部ではコア１５、１６の端部は直線状に形成されていて下クラッド層１３の長さ方向と平行に延びている。また、メインコアの中央部はＳ字状に湾曲しており、上クラッド層２１の上面から基板１２にかけてダイシングやレーザーカット加工によって切り込まれたスリット溝１８によって、メインコアは湾曲部分でコア１５とコア１６とに分離されている。スリット溝１８内には、誘電体多層膜からなる薄膜フィルタ１９が挿入されており、コア１５の端面とコア１６の端面とはスリット溝１８内に露出し、薄膜フィルタ１９を挟んで互いに光学的に結合するように対向している。この薄膜フィルタ１９は、例えば波長λ１（＝１.３１μｍ）の波長域の光を透過させ、波長λ２（＝１.５５μｍ）の波長域の光を反射させる特性を有するものである。

上クラッド層２１及び下クラッド層１３は、ガラス又は透光性樹脂によって形成されており、コア１５、１６、１７は、上下クラッド層２１、１３よりも屈折率の大きなガラス又は透光性樹脂によって形成されている。特に、上下クラッド層２１、１３やコア１５、１６、１７を樹脂で形成した樹脂導波路は、複製によって量産することができるので、ローコストな合分波器を得ることが可能になる。

図８はフィルタ部分を拡大して模式的に示す図である。コア１７（第２のコア）は直線状に延びており、スリット溝１８に関してコア１５と同じ側に配置されている。また、コア１７はコア１５の湾曲部分が凸となっている側に配置されている。図８に示すように、コア１７の内側の端面は、コア１５の側面に３〜１５μｍの隙間（ギャップ）をあけて隣接しており、コア１５の端部とコア１７の端部とは薄膜フィルタ１９を介して光学的に結合している。コア１７の一部は、スリット溝１８内に露出している。また、コア１７の外側の端部は、下クラッド層１３の側面に達している。

この光合分波器１１においては、コア１５、１６の端面に光ファイバが接続される。図７では、コア１７の端面に対向させてフォトダイオード等の受光素子２０を配置しているが、コア１７の端面にも光ファイバを接続するようにしてもよい。

しかして、この光合分波器１１においては、例えば図７に示すように、光ファイバからコア１５に波長λ１（＝１.３１μｍ）の光と波長λ２（＝１.５５μｍ）の光を入射させてコア１５を伝搬させると、コア１５の端面から薄膜フィルタ１９に向けて出射した光のうち波長λ１の光は、薄膜フィルタ１９を透過してコア１６に入射し、コア１６を伝搬してコア１６の端面から出射し、光ファイバに結合する。また、コア１５を伝搬して端面から薄膜フィルタ１９に向けて出射した波長λ２の光は、薄膜フィルタ１９で反射してコア１７内に入射し、コア１７を伝搬してコア１７の端面から出射して受光素子２０で受光される。すなわち、分波動作を行う。一方、コア１６に波長λ１の光を入射させた場合には、この光は薄膜フィルタ１９を透過してコア１５に入射し、コア１５を伝搬してコア１５の端面から出射される。また、説明は省略するが、分波動作の反対の動作として合波動作させることもできる。

ここで、上記のようにコア１５の端部とコア１７の端部は構造的にはつながっておらず、適当な隙間（例えば、１０μｍ）をあけて隣接しているので、コア１６から出射され薄膜フィルタ１９を透過してコア１５に入射する光の一部がコア１７へ回り込んでコア１７内を伝搬しにくくなっている。もちろん、コア１５とコア１７とがつながっていても差し支えない。

また、コア１５は、波長λ１、λ２の光に対してシングルモードで伝搬するような幅となっており、コア１６は波長λ１の光に対してシングルモードで伝搬するような幅となっており、コア１７は波長λ２の光に対してマルチモードで伝搬するような幅となっている。従って、コア１７の幅はコア１５、１６の幅よりも大きくなっている。これは、コア１７は、コア長さが短いので伝搬モードに起因した信号遅延をほぼ無視できるためである。シングルモードコアは、コア幅が６μｍ程度と細いので、薄膜フィルタ１９の位置がずれると薄膜フィルタ１９で反射した光(分波光）とコアとの結合効率が大きく低下するが、マルチモードコアは、コア幅が１０μｍ以上（例えば、１０〜６０μｍ）と太いので、薄膜フィルタ１９の位置が少々ずれても薄膜フィルタ１９で反射した分波光とコアとの結合効率は安定している。従って、上下クラッド層２１、１３にスリット溝１８を切り込ませるときに、スリット溝１８の位置のばらつき、ずれなどの許容度が大きくなり、光合分波器１１の製造工程が容易になり、光合分波器１１の性能向上とローコスト化が図られる。もちろん、スリット溝１８の加工精度が高ければ、コア１７をシングルモードで伝搬するようなコア幅にしてもよい。

マルチモードのコア１７の幅は、１０μｍ程度以上あれば、スリット溝１８の位置精度を緩くできるので、製造が容易になる。また、コア１７の幅が約６０μｍ以下であれば、接続損失が少ない市販のマルチモード用ガラスファイバを使用できるので、より好ましい。また、下クラッド層１３とコア１７の屈折率差を１％以下程度と大きくとれない場合には、マルチモードのコア１７の湾曲部分で大きな損失が発生するが、この実施例のようにコア１７を直線状に形成すれば、湾曲部分による損失を除去することができる。

マルチモードのコア１７の形状は、幅＝高さとしても良いし、幅と高さが異なっていても良い。また、マルチモードのコア１７の高さを、シングルモードのコア１５、１６の高さに合わせることで、コア１５、１６、１７の作製が容易になる。

図８は薄膜フィルタ１９の近傍における各コア１５、１６、１７の位置関係を示す図である。コア１５の端部の光軸は、光合分波器１１の長さ方向に対してθ３（この角度を偏向角度という。）の角度をなし、コア１５の端部の光軸とコア１７は角度θ（分岐角）をなし、コア１７は光合分波器１１の幅方向に対してθ２（コア１７の傾きという。）だけ傾いている。従って、これらの角度の間には、θ３＋θ＋θ２＝９０°の関係がある。また、薄膜フィルタ１９に立てた法線に対してコア１５の端部の光軸がなす角度とコア１７の光軸がなす角度とは、ほぼ等しくなければならないが、コア１７はマルチモードとなっていてその幅が広くなっているので、コア１７の長さ方向に対して傾いた方向から入射した光もコア１７内に取り込んで伝搬させることができる。よって、コア１７の方向は、薄膜フィルタ１９の法線に対してコア１５と対称な方向からかなり外れていてもよい。

マルチモードのコア１７は、上記のように光合分波器１１の側面に垂直な法線に対してある角度θ２だけ傾かせているが、もちろん光合分波器１１の側面に垂直になっていてもよい。しかし、コア１７が光合分波器１１の側面に対して傾いている（θ２≠０）と、コア１７から出力される光を受光素子２０で受光する際、受光素子２０は斜め方向から入射する光を受光することになるので、受光素子２０の受光効率が低下することが考えられる。図９は受光素子２０に垂直に光が入射する際の受光量を１としたときの、受光素子２０の受光角度（θ２）と受光量の比率との関係を表した図である。これはフォトダイオードの受光面での反射をフレネルの公式とスネルの法則を用いて算出したものである。図６を参照すると、受光素子２０の受光角度（θ２）が３５°程度あっても、受光素子２０の受光量が十分である（９８％）ことがわかる。よって、コア１７の傾きθ２は３５°以下であれば十分である。

受光素子２０の受光効率を考えれば、コア１７の傾きθ２が３５°以下であることが望ましく、コア１７の傾きθ２＝０°であることが好ましいと言える。しかし、コア１５とコア１７との間の分岐角θを一定とすれば、コア１７の傾きθ２を大きくすることによってコア１５の偏向角度θ３（＝９０°−θ−θ２）を小さくできるので、コア１５の湾曲部分の沿線長さを短くすることができ、その分光合分波器１１の導波路サイズを小さくすることができる。よって、コア１７の傾きθ２としては、３５°以下の範囲で、導波路サイズを考慮して決定するのが望ましい。

次に、分岐角θについて考える。従来例において説明したように、偏波依存性とコア間のアイソレーションとを考慮すれば、分岐角θは６０°以下でできるだけ大きな値が望ましい。

図１０は分岐角θと導波路サイズとの関係を表した図である。図１０において実線は、コア１７の傾き（受光素子２０の受光角度）をθ２＝３５°に設定した場合の、コア１５とコア１７との間の分岐角θと導波路サイズとの関係を表している。また、破線は従来構造における分岐角θと導波路サイズとの関係を表している。図１０から分かるように、従来構造では分岐角θが大きくなると、導波路サイズが大きくなる。これは分岐角θが大きくなるとコアの湾曲部分の沿線長さが長くなるためである（図２参照）。これに対し、本発明の場合には、分岐角θが大きくなると、導波路サイズが小さくなる。これは、コア１５とコア１７の間の分岐角θが大きくなると、コア１５の偏向角度θ３が小さくなり、その分コア１５の湾曲部分の沿線長さが短くて済むためである。この結果、θ２＝３５°の場合には、分岐角θを３７°以上に大きくすれば、従来構造よりも導波路サイズを非常に小さくすることができ、分岐角θの最適値６０°付近においてはその差は歴然となる。また、図５から分かるように、従来構造の場合には分岐角θが６０°の場合には、導波路サイズは１４０ｍｍ^２以上となっているのに対し、本発明の光合分波器１１では、図１０から分かるように、分岐角θが３０°の場合でも導波路サイズが約８０ｍｍ^２であるので、本発明の光合分波器１１によれば分岐角θが３０°の場合でも、従来構造において分岐角θを６０°にしたときに比較して導波路サイズを小さくすることができる。

同じく、図１１は、コア１７の傾き（受光素子の受光角度）をθ２＝２０°に設定した場合の、本発明における分岐角θと導波路サイズとの関係を実線で表し、従来構造における分岐角θと導波路サイズとの関係を破線で表している。θ２＝２０°の場合には、分岐角θを４７°よりも大きくすれば、従来例よりも導波路サイズを小さくすることができることが分かる。

このように本発明の構造によれば、偏波依存性をあまり大きくしない限度（すなわち、分岐角θ≦６０°）で、分岐角θをできるだけ大きくすることによって、光合分波器１１の高アイソレーション化を図ると共に光合分波器１１の導波路サイズを小さくすることが可能であり、高アイソレーションと小型化の両方を兼ね備えた光合分波器１１の構造を実現することができる。

また、本発明においては、コア１７を直線状にして光合分波器１１の側面へ導くことにより、コア１７の長さを短くすることができるので、樹脂などの材料損失が大きい材料でコア１７を作製する際に損失を低減できる効果もある。同様に、光合分波器１１の小型化によってコア１５の湾曲部分の沿線長さも短くなるので、樹脂などの材料損失が大きい材料でコア１５を作製する場合も損失を低減できる。

ここで、コア１５の偏向角度θ３を分岐角θの半分よりも小さくすれば（つまり、θ３＜θ／２）より小さくすれば、光合分波器１１の導波路サイズを小さくできるとともに、光アイソレーションを高くすることが可能になる。

以上のような検討から、コア１５の偏向角度θ３は、４０°程度以下とし、分岐角θは、３７°〜８０°前後にすることで光アイソレーションを高くし、かつ、導波路サイズを小さくできた。ここで、分岐角θの上限を８０°としたのは、バラツキを小さくすることにより、理論的な上限値に近づけることができるからである。また、偏向角度θ３を８〜１２°、分岐角θを４０〜７０°にすれば、アイソレーションの向上とチップサイズの減少の効果をより高めることができる。また、コア１７の傾きθ２は、０°〜３５°程度が望ましい。本実施例においては、偏向角度θ３＝１０°、分岐角θ＝６０°、コア１７の傾きθ２＝２０°とした。

光合分波器１１を形成する際に、上下クラッド層２１、１３の厚みをそれぞれ５〜５０μｍ程度と薄くし、上クラッド層２１の上方に他の基板などを設けないようにすれば、スリット溝１８の溝入れ加工を容易に行うことができる。なお、上クラッド層２１は設けなくても差し支えない。

また、コア１５、１６に光ファイバを接続する場合には、図１２に示す光合分波器２２のように、コア１５、１６と光ファイバを結合させる部位において基板１２にＶ溝状のアライメント溝２３、２４を設けてもよい。アライメント溝２３、２４はＶ溝状をしているので、光ファイバを嵌め込むことによって光ファイバの光軸をコア１５、１６に合わせることができる。この場合、基板１２をＳｉなどで作製すれば、異方性エッチングにより容易にＶ溝状のアライメント溝２３、２４を形成することができる。

図１３は本発明の実施例２による光合分波器２５を示す平面図であって、上クラッド層２１を省略して表している（尚、これ以降の図面においても、上クラッド層２１は省略している。）。この光合分波器２５にあっては、実施例１におけるコア１６は設けられておらず、下クラッド層１３の端面に薄膜フィルタ１９を貼り付けている。そして、薄膜フィルタ１９で分波された波長λ１の光はアライメント溝２４に嵌めた光ファイバへ直接入射させるようにしている。

図１４は本発明の実施例３による光合分波器２６を示す斜視図、図１５（ａ）は上クラッド層２１を除いた状態で示す光合分波器２６の平面図、図１５（ｂ）（ｃ）はいずれも図１５（ａ）の一部拡大した図である。また、図１６は図１５（ａ）におけるコア１７の近傍を拡大した図である。この光合分波器２６にあっては、矩形平板状をした下クラッド層１３が基板１２の上に形成されている。下クラッド層１３の表面に凹設されたコア溝１４内には、３本のコア１５、１６、１７が形成されている。コア１５（第１のコア）及びコア１６（第３のコア）は直線状のメインコアを構成している。コア１５とコア１６は薄膜フィルタ１９を挟んで互いに光学的に結合しており、コア１５、１６の外側の端面はそれぞれ下クラッド層１３の両端面１３Ａ、１３Ｂに達している。

コア１７（第２のコア）の一方端面も薄膜フィルタ１９と対向しており、コア１７は、薄膜フィルタ１９を介してコア１５と光学的に結合するようにして薄膜フィルタ１９に関してコア１５と同じ側に配置され、コア１７の他方の端面は下クラッド層１３の側面１３Ｃに達している。ただし、コア１７は、３〜１５μｍの隙間（ギャップ）をあけてコア１５の側面に隣接しており、コア１５の側面とコア１７との間には下クラッド層１３が介在している。また、下クラッド層１３及びコア１５、１６、１７の上面は矩形平板状をした上クラッド層２１により覆われている。

図１５に示すように、コア１５は直線状に形成されているが、平面視において下クラッド層１３の側面１３Ｃ（コア１７の薄膜フィルタ１９と反対側の端面が露出している辺）と平行になっておらず、側面１３Ｃに対して斜めに傾斜している。すなわち、下クラッド層１３の側面１３Ｃからコア１５までの距離ｄ１が、コア１５の薄膜フィルタ１９側から薄膜フィルタ１９から遠い側に位置する端部へ向かうに従って次第に小さくなるように、コア１５が斜めに傾斜している。従って、コア１５の光軸αに平行な方向は、コア１５の薄膜フィルタ１９から遠い側の端面又は下クラッド層１３の端面１３Ａに対して垂直になっておらず、垂直な方向から傾いている。

同様に、コア１６も直線状に形成されているが、平面視において下クラッド層１３の側面１３Ｃと平行になっておらず、側面１３Ｃに対して斜めに傾斜している。すなわち、下クラッド層１３の側面１３Ｃからコア１６までの距離ｄ２が、コア１６の薄膜フィルタ１９側から薄膜フィルタ１９から遠い側に位置する端部へ向かうに従って次第に大きくなるように、コア１６が斜めに傾斜している。従って、コア１６の光軸βに平行な方向も、コア１６の外側の端面又は下クラッド層１３の端面１３Ｂに対して垂直になっておらず、垂直な方向から傾いている。

なお、この実施例においてもコア１５は、波長λ１、λ２の光に対してシングルモードで伝搬するような幅となっており、コア１６は波長λ１の光に対してシングルモードで伝搬するような幅となっている。また、コア１７は波長λ２の光に対してマルチモードで伝搬するような幅とし、薄膜フィルタ１９の位置が少々ずれても薄膜フィルタ１９で反射した分波光とコア１７との結合効率が安定するようにしておくことが望ましい。

実施例３による光合分波器２６では、コア１５の光軸αの方向を下クラッド層１３の側面１３Ｃに対して傾けているので、コア１５を湾曲させる必要が無く、コア１５を直線状に形成することができる。コア１５を湾曲させる場合には、コア１５を徐々に湾曲させなければならないので、コア１５の長さ方向における光合分波器２６の長さが長くなるが、コア１５を直線状にすればコア１５を湾曲させるための長さが必要なくなり、光合分波器２６の長さを短くすることができる。よって、直線状のコア１５を下クラッド層１３の側面１３Ｃに対して傾斜させて設け（すなわち、コア１５の光軸αが下クラッド層１３の側面１３Ｃとなす角度をθ５とすると、θ５＞０となるようにコア１５を設ける。）、かつ、コア１５と側面１３Ｃとのなす角度θ５（以下、コア１５の傾きという。）をできるだけ小さくすることにより、光合分波器２６の小型化を図ることができる。また、コア１５の長さを短くできるので、特に材料による損失が大きい樹脂などの材料をコア１５として使用する場合に、コア１５の挿入損失を小さくすることができる。さらに、コア１５が直線状になっていると、湾曲部分に起因する挿入損失をなくすことができ、コア１５の挿入損失を小さくできる。しかし一方で、コア１５の傾きθ５があまり小さくなると、コア１５とコア１７との間の分岐角θが大きくなるので、偏波依存性が大きくなる。特に、コア１５が側面１３Ｃと平行になると偏波依存性が悪くなる。よって、コア１５はある程度傾けておく必要がある。

つぎに、コア１５の傾きθ５の好ましい値の範囲を検討する。図１６に示すように、コア１５は、光合分波器２６の長さ方向（側面１３Ｃに平行な方向）に対してθ５だけ傾き、コア１７は光合分波器２６の幅方向に対してθ２（コア１７の傾きという。）だけ傾いているとすると、コア１５及び１７の間の分岐角θとの間には、θ５＋θ＋θ２＝９０°の関係がある。コア１７の傾きθ２としては、前記のように３５°以下の範囲で、導波路サイズを考慮して決定するのが望ましい。また、分岐角θは８０°以下が望ましい。また、分岐角のばらつきを考えると、６０°以下にすることが望ましい。よって、コア１５の傾きθ５は、θ５＞０であればよいが、偏波依存性と受光素子２０の受光効率等を考慮すれば、光合分波器２６のサイズが大きくならない範囲で、ある程度大きいことが望ましい。実験的には、θ５＞１°であることが望ましい。

一方、コア１５の傾きθ５が大きいと、光合分波器２６の幅が大きくなり、光合分波器２６の長さを短くした効果が打ち消される。従って、光合分波器２６の幅ないしサイズを考慮してコア１５の傾きの上限値を決めなければならないが、それ以外にも光ファイバとコア１５との光の結合効率を考える必要がある。傾いたコア１５と光ファイバとの結合効率を良くするためには、図１７に示すように、光ファイバ２７の先端を斜めにカットしてコア１５の端面と光ファイバコア２８の端面とが平行となるようにするのが望ましい（発光素子や受光素子とコアとの関係についても同様である。）。このようにコア１５の端面と光ファイバコア２８の端面とが平行となるようにすれば、コア１５が傾いていない場合と同等の光結合効率を得ることができる。

しかし、図１８に示すように、先端を垂直にカットされた光ファイバ２７が接続された場合には、コア１５と光ファイバコア２８との間にδだけの隙間が発生する。また、先端を斜めにカットされた光ファイバ２７を用いる場合においても、光ファイバ２７の向きが１８０°回転していると、図１９に示すように、より大きな隙間δが発生する（図１８の場合の約２倍の隙間となる。）。このようにして発生する隙間δは、図１８及び図１９から分かるように、コア１５の傾きθ５が大きいほど大きくなり、コア１５と光ファイバコア２８との隙間が大きくなると、両者の間の結合損失が低下し、コア１５と光ファイバ２７との間の結合効率が低下する。従って、コア１５の傾きθ５があまり大きい場合には、光ファイバ２７の接続具合により光ファイバ２７との結合効率が低下する恐れがある。

図２０は図１８のように先端を垂直にカットされた光ファイバ２７とコア１５との間の隙間δとコア１５の傾きθ５との関係を示す図である。また、図２１は、コア１５と光ファイバコア２８との隙間δと両者の間の光の結合損失との関係をシミュレーションにより求めた結果を表した図である。但し、図２１は端面１３Ａに垂直なコア１５と先端を垂直にカットされた光ファイバコア２８との距離を変化させて結合損失を求めたものであり、また、リターンロスを考慮していない。図２０及び図２１によれば、コア１５の傾きθ５が概ね３０°以下であれば、その隙間δは４０μｍ以下であってたいして大きくなく、結合損失も０.４ｄＢ程度であり損失はさほど大きくならない。また、コア１５の傾きθ５が２０°以下であれば隙間δは約２０μｍ以下となり、隙間δに起因した結合損失は、０.１ｄＢ以下に抑えることができる。また、コア１５の傾きθ５が１５°以下であれば隙間δは約１５μｍ以下となり、この隙間δに起因した結合損失は、０.０５ｄＢとなり、ほぼ無視できる値となる。さらに、コア１５の傾きθ５が１０°以下であれば、隙間δは約１０μｍ以下となり、その隙間δに起因した結合損失は、ほぼ０ｄBとなる。

しかして、コア１５の傾きθ５が３０°以下であれば、コア１５と光ファイバコア２８との間の隙間による結合損失を小さく抑えることができるので、コア１５の傾きは、
０°＜θ５＜３０°
としておくのが望ましい。

また、コア１５を概ね６°以上傾けておけば、コア１５の端面や光ファイバコア２８の端面でのリターンロスを低減することができる。よって、コア１５の傾きθ５としては、６°〜１５°くらいがよく、７°〜１０°であればより一層望ましい。特に、望ましい値としては、分岐角θ＝６０°、コア１７の傾きθ２＝２２°、コア１５の傾きθ５＝８°を挙げることができる。

ここでは先端を垂直にカットされた光ファイバの場合について説明したが、先端を斜めにカットされた光ファイバの角度が不具合であったり、図１９のように先端を斜めにカットされた光ファイバが１８０°回転していたりした場合も同様である。特に、Ｖ溝状のアライメント溝によって先端を斜めにカットされた光ファイバ２７（光ファイバ素線）を位置決めする場合には、その先端の角度をコア１５の端面にきっちりと合わせることは多くの工数が必要となるが、本実施例によれば、結合損失の小さな状態でコア１５と光ファイバ２７とを接続した状態で、かつ、リターンロスを低減させて光ファイバ２７とコア１５とを結合させることができる。ここでは、コア１５について説明したが、コア１６と光ファイバ等との結合についても同様である。

なお、ここで述べた考え方は、図２２（ａ）に示す平面図のように、コア１５が端面１３Ａに垂直となっている場合にも適用することができる。すなわち、図２２（ｂ）に示す縦断面図のように、コア１５の端面や光ファイバ２７の先端を深さ方向で傾けることによってリターンロスを低減させることができる。そのとき傾いたコア１５の端面と光ファイバ２７の先端とが平行になっていることが望ましいが、一方が垂直面である場合、あるいは、傾斜したコア１５の端面と傾斜した光ファイバ２７の先端とが平行にならない恐れがある場合でも、傾斜したコア１５の端面又は傾斜した光ファイバ２７の先端面の傾きを上記のような範囲内となるようにすれば、結合損失を小さく抑えることができる。

同様な理由から、コア１６も直線状にし、光合分波器２６の長さ方向に対して傾きを持たせることにより光合分波器２６の小型化を図ることができる。ここで、コア１６の光軸βの方向の傾きは、コア１５との結合効率によって規制されるが、通常はコア１５と同じ傾きとするのが望ましい。

また、この実施形態においても、コア１５、１６に光ファイバを接続する場合には、図２３に示す光合分波器２９のように、コア１５、１６と光ファイバを結合させる部位において基板１２にＶ溝状のアライメント溝２３、２４を設けてもよい。

また、端面を垂直に切断された光ファイバのコアと光合分波器のコア１５、１６との間に隙間が生じるのを避けるためには、図２４に示すように下クラッド層１３の端面１３Ａ、１３Ｂがそれぞれコア１５、１６の光軸方向と垂直な面となるようにしてもよい。この結果、図２４に示す変形例では、下クラッド層１３は平行四辺形となっている（図示しないが、上クラッド層２１も同様である。）。

図２５は本発明の実施例４による光合分波器３０を示す平面図であって、上クラッド層２１を省略して表している。この光合分波器３０にあっては、実施例３におけるコア１６は設けられておらず、直線状のコア１５とコア１７の端面に対向する位置で下クラッド層１３の端面に薄膜フィルタ１９を貼り付けている。そして、薄膜フィルタ１９で分波された波長λ１の光はアライメント溝２４に嵌めた光ファイバへ直接入射させるようにしている。

図２６は本発明の実施例５による光送受信器（光トランシーバ）３５を示す平面図である。この光送受信器３５にあっては、コア１６の端面と対向する位置に波長λ１の光を出射する半導体レーザー素子等の発光素子３６を設け、コア１７の端面と対向する位置に受光素子２０を設けている。また、コア１５と対向する位置に設けられたアライメント溝２３には、光ファイバ（図示せず）が接続される。

受光素子２０は下クラッド層１３の側面ギリギリに搭載されており、光の出射方向に対して受光角度が０°〜３５°前後（好ましくは、２０°程度）になるようにしている。尚、受光素子２０は、チップ上に乗せても良いし、サブマウント実装でも良い。

しかして、発光素子３６から出射された波長λ１の光は、コア１６を伝搬し、薄膜フィルタ１９を透過してコア１５内に入り、光ファイバへと伝送される。逆に、光ファイバから伝送されてきた波長λ２の光は、コア１５を伝搬し、薄膜フィルタ１９で反射されてコア１７内に入り、受光素子２０で受光される。

受光素子２０につながるマルチモードのコア１７の幅は１０μｍ以上であれば、シングルモードコアに比較して薄膜フィルタ１９の位置ずれマージンを広く持たせることが可能となる。また、高速化を狙っていくと受光素子２０が受けるノイズ因子を小さくする必要があるため、受光素子２０の受光面積を小さくする必要が生じる。その際には、マルチモードのコア１７のサイズを受光素子２０の受光面に合せて小さくする（例えば受光素子２０の受光幅が６０μｍであれば、コア幅を６０μｍ以下とする）ことで対応可能となる。

図２７は実施例５の変形例による光送受信器（光トランシーバ）３７を示す平面図である。この光送受信器３７にあっては、コア１５及び１６が直線状となった実施例３の光合分波器を用いている点で図２６の光送受信器３５と異なっているが、他の点については図２６の光送受信器３５と同様である。

図２８（ａ）（ｂ）は図２７のような光送受信器３７の製造工程を説明する図である。図２８（ａ）はシリコンウエハ３１を表わしており、この上にカットラインＣＴで区画された升目状のチップ領域を想定し、シリコンウエハ３１の異方性エッチングにより各チップ領域内にアライメント溝２３を一括して形成する。図２８（ａ）のように配置することでアライメント溝２３の長手方向は互いに平行となると共に、シリコンウエハ３１の直線状の辺に対して垂直になる。図２８（ｂ）は図２８（ａ）のうち楕円で囲んだ領域を拡大して表わしている。シリコンウエハ３１にアライメント溝２３が形成されたら、図２８（ｂ）に示すように、各チップ領域内に下クラッド層１３を形成すると共に下クラッド層１３の上面にコア１５、１６、１７を形成し、その上に上クラッド層２１を設ける。また、各チップ領域内に受光素子２０と発光素子３６を実装する。この後、カットラインＣＴに沿ってシリコンウエハ３１を切り離して基板１２（シリコンウエハ３１）の上に光送受信器３７を形成する。この後、ダイサーによって各チップの上面にスリット溝１８を切り込み、スリット溝１８内に薄膜フィルタ１９を挿入して光送受信器３７を完成する。

図２９は本発明の実施例６による光集積回路３８を示す平面図である。この光集積回路３８には、実施例１の光合分波器１１を含んでいる。コア４１はコア４０とコア３９とに分岐しており、コア３９は光合分波器１１のコア１５につながっている。また、コア１６はコア４２とコア４３に分岐している。

しかして、コア４１から波長λ１の光と波長λ２の光が伝搬すると、この光はコア４０とコア３９に分岐し、コア４０の端からは波長λ１の光と波長λ２の光が出射される。また、コア３９を伝搬した光はコア１５を通り、薄膜フィルタ１９で反射された波長λ２の光はコア１７を伝搬してコア１７の端面から出射される。また、薄膜フィルタ１９を透過した波長λ１の光は、コア１６を伝搬し、コア４２とコア４３に分岐し、コア４２、４３の端面からは共に波長λ１の光が出射される。

図３０は実施例６の変形例であって、光合分波器１１に代えて、直線状のコア１５、１６を有する実施例３の光合分波器２６を用いた光集積回路４４を表わしている。

図３１は本発明の実施例７による光送受信器（３波長光トランシーバ）４５を示す平面図である。この光送受信器４５にあっては、コア１６とコア１５が薄膜フィルタ４６を挟んで光学的に結合するように対向しており、波長λ３（＝１.４９μｍ）の光がマルチモードで伝搬するようなコア幅のコア１７が薄膜フィルタ４６を介してコア１５と光学的に結合するように設けられている。また、コア１５とコア４７は薄膜フィルタ４９を挟んで光学的に結合するように対向しており、薄膜フィルタ４９を介してコア４７と光学的に結合するようにしてコア４８が設けられている。薄膜フィルタ４６はスリット溝１８内に挿入されており、波長λ１（＝１.３１μｍ）の光を透過させ、波長λ３（＝１.４９μｍ）の光を反射させる特性を有している。また、薄膜フィルタ４９はスリット溝５０内に挿入されており、波長λ１（＝１.３１μｍ）の光と波長λ３（＝１.４９μｍ）の光を透過させ、波長λ２（＝１.５５μｍ）の光を反射する特性を有している。

コア１６の端面には発光素子３６が配置されており、コア１７の端面には受光素子２０が配置されている。また、基板１２の上面には、コア４７、４８に接続する光ファイバを位置決めするためのＶ溝状をしたアライメント溝５１、５２が形成されている。

しかして、この光送受信器４５にあっては、アライメント溝５１にセットされた光ファイバからコア４７内に波長λ２の光と波長λ３の光が入力されると、コア４７を伝搬した波長λ２の光と波長λ３の光のうち波長λ２の光は薄膜フィルタ４９によって反射させられ、薄膜フィルタ４９で反射した波長λ２の光は、コア４８に入り、コア４８を伝搬してアライメント溝５２にセットされた光ファイバへと出力される。また、コア４７の端面から出射されて薄膜フィルタ４９を透過した波長λ３の光は、コア１５を伝搬して薄膜フィルタ４６で反射される。薄膜フィルタ４６で反射された波長λ３の光はコア１７を伝搬し、受光素子２０により受光される。

また、発光素子３６から出力された波長λ１の光がコア１６に入ると、コア１６内を伝搬した波長λ１の光は薄膜フィルタ４６を透過してコア１５に入り、コア１５を伝搬した波長λ１の光は薄膜フィルタ４９をさらに透過してコア４７に入り、コア４７を伝搬してアライメント溝５１の光ファイバに結合される。

このような光送受信器４５においては、薄膜フィルタ４９は、波長λ２と波長λ３との波長差の小さい光を分波するためＰ−Ｓ波長差を小さくする必要がある。そのため、薄膜フィルタ４９での分岐角を小さくする必要がある。そこで、薄膜フィルタ４９におけるコア４７とコア４８との間の分岐角θ４を２０°とし、一方、薄膜フィルタ４６におけるコア１５とコア１７との間の分岐角θはアイソレーションを高めるために６０°としている。また、受光素子２０の受光角度（コア１７の傾きθ２）は、２０°としている。

この光送受信器４５にあっては、薄膜フィルタ４６の近傍では、実施例１による光合分波器１１と同様な構造によって小形化を図り、薄膜フィルタ４９の箇所では、分岐角θ４が小さいので、やはり小形化を図ることができ、全体として小型の３波長光トランシーバを作製することができる。

また、この光送受信器４３では、図３２に示すように、２つの光送受信器４５を回転対称となるように配置すると、スリット溝５０どうしが一直線状に並び、スリット溝１８どうしも一直線状に並ぶので、製造工程においても図３２のような配置で製作するようにすれば、ダイシングによってラインＣ１−Ｃ１に沿ってスリット溝５０を一度に形成でき、ダイシングによってラインＣ２−Ｃ２に沿ってスリット溝１８を一度に形成することができ、製造効率が良好となる。

図３３は実施例７による光送受信器４５の変形例であって、コア１５、１６、５７、４８を下クラッド層１３の側面に対して傾いた直線状に形成し、それに合わせてアライメント溝５１、５２も斜めにしたものである。

以上実施例により説明したように、本発明の光合分波器によれば、Ｐ−Ｓ波長差を大きくすることなく、光アイソレーションを高くした状態で、光合分波器の小型化を図ることができる。よって、それを用いた光集積回路や光送受信器においても、光アイソレーションを保ったままで小型化を図ることができる。

従来の光合分波器の構造を示す平面図である。 同上の光合分波器において、分岐角を大きくした様子を示す平面図である。 Ｐ偏光とＳ偏光のカット帯域のずれ（Ｐ−Ｓ波長差Δλ）を説明するための図である。 コア間の分岐角θとＰ−Ｓ波長差Δλとの関係を表した図である。 コア間の分岐角θと光合分波器の導波路サイズ（面積）との関係を表した図である。 本発明の実施例１による光合分波器を示す斜視図である。 同上の光合分波器の平面図である。 実施例１による光合分波器の作用説明図である。 受光素子における受光角度と受光比率との関係を示す図である。 マルチモードコアの傾きがθ２＝３５°の場合における、コア間の分岐角θと導波路サイズの関係を示す図である。 マルチモードコアの傾きがθ２＝２０°の場合における、コア間の分岐角θと導波路サイズの関係を示す図である。 光合分波器の異なる形態を示す図である。 本発明の実施例２による光送受信器を示す平面図である。 本発明の実施例３による光送受信器を示す斜視図である。 （ａ）は同上の光送受信器の平面図、（ｂ）（ｃ）はいずれも（ａ）の一部拡大した図である。 実施例３による光送受信器の作用説明図である。 傾いたコアに結合された光ファイバを示す概略図である。 コアとの間に隙間の生じた光ファイバを示す概略図である。 コアとの間に隙間の生じた光ファイバを示す概略図である。 コアの傾きθ５と、コアと光ファイバコアの間の隙間の大きさとの関係を表わした図である。 コアと光ファイバの間の隙間の大きさと結合損失との関係を表わした図である。 （ａ）（ｂ）は、深さ方向でコアと光ファイバコアとの間に隙間の生じている様子を表わした平面図及び縦断面図である。 実施例３による光合分波器の変形例を示す平面図である。 実施例３による光合分波器の別な変形例を示す平面図である。 本発明の実施例４による光合分波器を示す平面図である。 本発明の実施例５による光送受信器を示す平面図である。 同上の実施例の変形例を示す平面図である。 同上の変形例の製造工程を説明する図である。 本発明の実施例６による光送受信器を示す平面図である。 同上の実施例の変形例を示す平面図である。 本発明の実施例７による光送受信器を示す平面図である。 同上の光送受信器の製造工程を説明する図である。 実施例７による光送受信器の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１１ 光合分波器
１３ 下クラッド層
１３Ａ、１３Ｂ 下クラッド層の端面
１３Ｃ 下クラッド層の側面
２１ 上クラッド層
１５ コア（第１のコア）
１６ コア（第３のコア）
１７ コア（第２のコア）
１９、４６ 薄膜フィルタ
２０ 受光素子
２３、２４ アライメント溝
３６ 発光素子
４９ 薄膜フィルタ

Claims (18)

1. 光導波路中に少なくとも第１のコア及び第２のコアが形成された光合分波器において、
   第１のコアの一方の端面がフィルタと対向し、前記フィルタを介して第１のコアと光学的に結合するようにして前記フィルタに関して第１のコアと同じ側に第２のコアが配置され、第１のコアの少なくとも一部が第２のコアが配置されている側へ向けて突曲するように湾曲していることを特徴とする光合分波器。
2. 光導波路中に第１のコア、第２のコア及び第３のコアが形成された光合分波器において、
   フィルタを挟んで第１のコアの端面と第３のコアの端面とが光学的に結合するように対向し、前記フィルタを介して第１のコアと光学的に結合するようにして前記フィルタに関して第１のコアと同じ側に第２のコアが配置され、第１のコアと第３のコアはそれぞれ湾曲部を有し、かつ、第１のコアの前記湾曲部は第２のコアが配置されている側へ向けて突曲するように形成されており、第１及び第３のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部は前記光導波路の端辺に至り、第２のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部は前記光導波路の前記端辺と異なる辺に至っていることを特徴とする光合分波器。
3. 第１のコアの前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向と、第１のコアの前記フィルタ側の端部の光軸方向とのなす角度をθ３とし、第１のコアの前記フィルタ側の端部の光軸方向と、第２のコアの前記フィルタ側の端部の光軸方向とのなす角度をθとするとき、
   θ ＞ ２×θ３
   となっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光合分波器。
4. 光導波路中に少なくとも第１のコア及び第２のコアが形成された光合分波器において、
   第１のコアの一方の端面がフィルタと対向し、前記フィルタを介して第１のコアと光学的に結合するようにして前記フィルタに関して第１のコアと同じ側に第２のコアが配置され、第１のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向と第１のコアの端面が位置しない前記光導波路の端辺とが平行でないことを特徴とする光合分波器。
5. 第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が、第１のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺と異なる端辺にあり、第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺から第１のコアまでの距離が、第１のコアの前記フィルタ側から前記フィルタから遠い側に行くに従って小さくなることを特徴とする、請求項４に記載の光合分波器。
6. 光導波路中に第１のコア、第２のコア及び第３のコアが形成された光合分波器において、
   フィルタを挟んで第１のコアの端面と第３のコアの端面とが光学的に結合するように対向し、前記フィルタを介して第１のコアと光学的に結合するようにして前記フィルタに関して第１のコアと同じ側に第２のコアが配置され、第１のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向と第１のコアの端面が位置しない前記光導波路の端辺とが平行でないことを特徴とする光合分波器。
7. 第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が、第１及び第３のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺と異なる端辺にあり、第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺から第１のコアまでの距離が、第１のコアの前記フィルタ側から前記フィルタから遠い側に行くに従って小さくなり、また、第２のコアの前記フィルタから遠い側の端面が位置する前記光導波路の端辺から第３のコアまでの距離が、第３のコアの前記フィルタ側から前記フィルタから遠い側に行くに従って大きくなることを特徴とする、請求項６に記載の光合分波器。
8. 第１のコアの前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向は、第１のコアの前記フィルタから遠い側の端面に垂直でないことを特徴とする、請求項４又は６に記載の光合分波器。
9. 第３のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向は、第３のコアの前記フィルタと対向していない端面に垂直でないことを特徴とする、請求項６に記載の光合分波器。
10. 第１のコアは直線状に形成されていることを特徴とする、請求項４又は６に記載の光合分波器。
11. 第３のコアは直線状に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の光合分波器。
12. 第１のコアにおいて前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向と第１のコアの端面が位置しない前記光導波路の端辺とのなす角度をθ５とするとき、
    ０°＜θ５＜３０°
    であることを特徴とする、請求項４又は６に記載の光合分波器。
13. 第１のコアと第２のコアとは隙間をあけて光学的に結合しており、第２のコアは光がマルチモードで伝搬するようなコア幅で形成されていることを特徴とする、請求項１、２、４又は６に記載の光合分波器。
14. 第２のコアは、直線状に形成されていることを特徴とする、請求項１、２、４又は６に記載の光合分波器。
15. 第２のコアにおける前記フィルタから遠い側に位置する端部の光軸方向は、第２のコアにおける前記フィルタから遠い側の端面に垂直な方向から傾いていることを特徴とする、請求項１、２、４又は６に記載の光合分波器。
16. 請求項１、２、４又は６に記載の光合分波器を、複合光学機能を有する光機能集積素子に搭載したことを特徴とする光集積回路。
17. 請求項１、２、４又は６に記載の光合分波器と、前記光合分波器のいずれかのコアの端面に対向させた投光素子と、前記光合分波器のいずれか別なコアの端面に対向させた受光素子とを備えた光送受信器。
18. 請求項１６に記載の光集積回路と、前記光集積回路のいずれかのコアの端面に対向させた投光素子と、前記光集積回路のいずれか別なコアの端面に対向させた受光素子とを備えた光送受信器。

Images