CN111758055B

CN111758055B - 波导型光干涉仪回路

Info

Publication number: CN111758055B
Application number: CN201980014656.XA
Authority: CN
Inventors: 小胜负信建; 笠原亮一; 平林克彦
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2039-02-21
Also published as: EP3757633A4; EP3757633B1; JPWO2019163924A1; EP3757633A1; CA3092131A1; CA3092131C; WO2019163924A1; US20200386943A1; US11269139B2; JP6868152B2; CN111758055A

Abstract

在波导型光干涉仪回路中，降低因输入高强度的光信号而产生的光回路的特性对光信号强度的依赖性。一种波导型光干涉仪回路，配置在同一平面内，其特征在于，所述波导型光干涉仪回路包括：输入波导、光分支部、光耦合部、输出波导以及被所述光分支部和所述光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导，在从所述光分支部到所述光耦合部的光路径上形成有光强度补偿部位，所述光强度补偿部位使用光强度系数与相对于所述光路径上的入射光强度的光学距离的光强度系数不同的光强度补偿材料。

Description

波导型光干涉仪回路

技术领域

本发明涉及一种波导型光干涉仪回路，更详细而言，涉及例如可以用于光通信、光信息处理、光测定/分析等的使用了对于高光强度的输入信号具有高稳定性的具有高光功率耐性的光波导的波导型光干涉仪回路。

背景技术

(石英系平面光波回路)

以往，在光通信的技术领域中，作为光通信的三个要素，可以说“光纤”、“发光元件”、“受光元件”是基本要素。在利用了光纤的优异的传输特性的光通信系统中，除了这三个要素以外，还需要滤光器、光合波器、光分波器、光开关、光调制器等各种光学零件、关联技术。这些光学零件被用于提高光通信网络的功能、可靠性以及经济性，并且为光通信系统的发展做出了贡献。

这样的光学零件能通过利用使用了形成于基板平面上的光波导的平面光波回路(PLC)来实现各种功能。正在进行利用使用了InP、Si等半导体、高分子等各种材料的光波导构成光回路的各种光学零件的研究开发。其中，使用了石英系玻璃的石英系的PLC具有量产性、低成本性以及高可靠性的优异特征，能实现使光彼此进行各种干涉的光干涉回路，在光通信领域中被广泛实用化。

在PLC中，例如以由信号光的分光、干涉实现的光路转换作为设备的目的，特别是在马赫－曾德尔干涉仪(MZI)、阵列波导衍射光栅(AWG)中，使用多个光的干涉来实现具有优异的波长合波/分波功能的设备。

(可视光分析用PLC、红外分光用PLC)

另一方面，在光测定/分析的技术领域中，作为优异的波导型光干涉仪即AWG、MZI的应用，进行了除了850nm波段、1.3μm波段、1.5μm～1.7μm波段的光通信波段以外，还能应用于200nm～780nm的紫外/可视光波段，或者约2.5μm～约25μm的红外光波段的分光器、传感器回路等各种测定/分析用的光回路的研究。

具体而言，例如下述非专利文献1、2所示，进行由AWG实现的可视光的分光器应用、利用由MZI实现的表面等离子体共振(SPR)的传感器的应用等的研究。

(马赫－曾德尔干涉仪)

首先，作为以往的波导型光干涉仪回路的一个例子，对马赫－曾德尔干涉仪(MZI)的概略进行说明。图1中示出了说明马赫－曾德尔干涉仪型的光干涉仪回路的概略构成的基板俯视图。

在图1中，在平面光波回路(PLC)的基板101上，形成有两个输入波导102、定向耦合器103和106、被两个耦合器夹着的长度互不相同的两个臂波导104和105以及两个输出波导107。从图1左边的输入波导102输入的信号光在定向耦合器103中被分波至两个臂波导104和105，分别在各臂波导中传播之后，在右边的定向耦合器106中被合波，通过各臂波导的光发生干涉，被输出至各输出波导107。

若将信号光的使用波长设为λ，将光波导的有效折射率设为n，将两个长度不同的臂波导104、105的长度的差设为ΔL，则图1的马赫－曾德尔干涉仪(MZI)的透射率的波长依赖性由以下的算式(1)表示。

J(λ)＝1/2×{1+cos[2πnΔL/λ]} 算式(1)

根据算式(1)，在图1的马赫－曾德尔干涉仪型的光干涉仪回路中，透射率成为最大的波长λc由以下的算式(2)给出。

λc＝n×ΔL/k 算式(2)

其中，k为正整数。

(阵列波导衍射光栅)

接着，作为以往的波导型光干涉仪回路的其他例子，对阵列波导衍射光栅(AWG)进行说明。图2中示出了说明阵列波导衍射光栅(AWG)的概略构成的基板俯视图。

在图2中，在平面光波回路(PLC)的基板201上形成有输入波导202、光分支部203、光耦合部206、多个阵列光波导207以及多个输出波导208。

在图2的AWG中，与图1同样地，从左边的输入波导202输入的信号光在光分支部203中被分波至多个各阵列光波导207，分别在长度不同的阵列状光波导中传播之后，在右边的光耦合部206中，来自各臂波导的光彼此合波、干涉，从多个输出波导208分别输出干涉光。

在这样的阵列波导型波长合波/分波器中，具有通过在并列配置的彼此长度相差ΔL的数十个～数百个阵列光波导207中传播的多个光的干涉，一并进行包括许多波长的波分复用光的合波/分波的特征，从而被用作波分复用光通信的关键设备。

在图3中，示出了从图2的AWG的中心输入端口向中心输出端口的透射率光谱的一个例子。在图3的透射率光谱中，在1545.5nm的峰值中心获得了透射频带约为1nm的优异的窄频带特性。

在该透射率光谱中，透射率成为最大的波长λc’由以下算式(3)给出。

λc’＝n×ΔL/m 算式(3)

其中，m是衍射次数(正整数)，n是波导的有效折射率。此外，ΔL是邻接的阵列光波导之间的长度差，具体而言为10μm～100μm程度的值。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：使用了可视域阵列波导光栅的小型分光传感器的设计以及在环境感测中的应用，激光研究，第35卷4号，2007年4月，pp 265－272

非专利文献2：利用渐逝波的波导化学/生物传感器，光学，34卷10号，2005年，pp513－517

发明内容

在如上所述的以往的波导型光干涉仪回路中，存在以下的问题。

(光通信的用途中的由于信号复用引起的光功率密度的高强度化的问题)

在当前的宽带、大传输容量的光通信系统中，为了提高通信效率，通过时间复用、光波长复用、相位复用等各种信号复用技术，利用一根传输用光纤同时传输多信道的信号。因此，在光波导回路中，多信道的信号也被复用并传输到光波导的一个芯体。

为了将各信道的光信号的S/N比(信噪比)维持在一定以上，根据设备的情况来获得不进行光放大而传输的距离，需要在各信道中传输一定强度以上的光信号。即使各信道信号的光强度并没有那么高，非常多的信道信号也被复用并进行传输，因此，作为结果，强度非常强的光信号在一个光波导芯体中流动。例如，即使一个信道的光强度约为0.1mW，若1000个以上的信道进行信号复用，则超过100mW的高强度光在μm级的尺寸的一个光波导芯体内传输，具有可能会导致芯体材料的劣化、破坏的光学特性的不稳定性。

(拉曼分光、FT－IR等光测定/分析用途中的问题)

此外，在光测定/分析的技术领域中，在如上所述的200nm～780nm的紫外/可视光波段、约2.5μm～约25μm的红外光波段中应用分光器、传感器等的情况下，存在入射的光强度越大检测灵敏度越大的情况。

例如，在由拉曼散射实现的分光器中，入射光的信号强度衰减到10^-6左右，因此，为了确保足够的检测灵敏度，需要数mW以上的入射光强度。具体而言，对于波长532nm的激光，一般使用输出约5mW以上的激发光源。

此外，作为傅里叶变换红外分光仪(FT－IR)的光源，在波数12500cm^-1(0.8μm)～3800cm^-1(波长约2.63μm)的区域使用钨碘灯，而在7800cm^-1(1.282μm)～240cm^-1(41.7μm)的区域使用高亮度陶瓷光源，光源的光强度均要求在约0.5mW程度以上。

如上所述，不仅在光通信领域中使用光通信波段的近红外光域的情况下，而且在分光器、传感器应用的领域中使用紫外/可视光波段、红外光波段的情况下，在MZI、AWG等波导型光干涉仪的光波长滤波器中，为了提高检测灵敏度而要求针对各光波长中的高光强度输入的光学特性的稳定性。

(由光强度引起的光学距离的变化)

一般地，在光强度非常强的情况下，任何光学材料都显示出光非线性现象，例如，由于非线性折射率效应，折射率根据光强度而波动，而不是恒定值。就是说，光学距离L(也称为光学的光路长度。在光穿过介质中时，将该介质的绝对折射率n与物理的通过距离l的积nl，或者将空间上的线素ds乘以绝对折射率n而得到的nds沿着路径进行积分而得到的值)根据光强度I而变化。在形成波导型光干涉仪的波导材料中，有效折射率相对于入射光强度的变化(非线性折射率效应)也不可忽视。

(非线性折射率效应)

除了线性极化之外，由使用了激光等的强光产生的电场还会产生与光的电场的高阶项成比例的非线性极化。认为这些高阶极化是由于入射光强的电场使离子、分子、络合物等电子构造发生变形而表现出来的。

在入射光的光强度强的情况下，由于光与介质强烈相互作用的非线性极化，会引起折射率变化或吸收。非线性光敏度为复数(χ＝χ’+iχ”)，实部(χ’)与非线性折射建立关联，虚部(χ”)为正的情况下与吸收建立关联，虚部(χ”)为负的情况下与释放建立关联。折射率(n)对光强度(I[W/m²])的依赖性在SI单位制中如下表示。

n＝n₀+n₂×I 算式(4)

其中，n₀是通常的线形折射率，为无量纲数，n₂(m²/W)是被称为非线性折射率的系数。

(非线性折射率效应的要因)

若将产生非线性折射率效应的物理的要因按其非线性折射率n₂从大到小的顺序(一般而言，响应时间τ从慢到快的顺序)对应地列举，则可以举出：

(1)热效应(由折射率的温度系数、热膨胀等引起的效应)(n₂≈10^-3～10^-6(m²/W),τ≈10^-1sec)；

(2)根据克拉茂－克朗尼希(Kramers-Kronig)关系，作为光共振吸收饱和的虚部而产生的效应(也包括双光子吸收饱和效应)；

(3)电致伸缩效应(τ≈10^-7～10^-9sec)；

(4)分子再取向效应(n₂≈10^-16(m²/W)，τ≈10^-12sec)；

(5)由分子内原子核的光致运动引起的效应(τ≈10^-14～10^-16sec)；

(6)由原子分子内束缚电子系的光致电子云应变引起的电子分极(n₂≈10^-19(m²/W)，τ≈10^-15sec)等。

例外的是，在显示分子内电荷移动的有机分子材料中，n₂I非常大，显示出超高速响应。

此外，通过两次级联地利用从二次非线性光学结晶在模拟的相位匹配条件下产生二次谐波的二次非线性光学效应，也观测到有效的非线性折射率现象。

另外，石英系玻璃(SiO₂)的非线性折射率n₂的值约为2×10^-20(m²/W)左右，为了显现出显著的效果，需要非常巨大的光强度。

(以往的MZI和AWG的光强度依赖性)

如上所述，在将以往的马赫－曾德尔干涉仪(MZI)、阵列波导型波长合波/分波器(AWG)用作光波长滤波器的情况下，马赫－曾德尔干涉仪(MZI)和阵列波导型波长合波/分波器(AWG)的光透射光谱的透射率成为最大的波长λc、λc’分别由上述的算式(2)、算式(3)表示。由这两个算式可知，两者都依赖于波导的光路长度(有效折射率与长度的积)之差、n×ΔL。

在光波导的有效折射率n或光路长度差ΔL依赖于光强度而变化时，马赫－曾德尔干涉仪(MZI)和阵列波导型波长合波/分波器(AWG)的光透射光谱也依赖于光强度而变化，从而光波长滤波器的特性发生变化。

此外，构造最简单的马赫－曾德尔干涉仪(MZI)的光透射特性由算式(1)表示，因此，即使在光透射光谱的透射率成为最大的波长λc下使用，在由于光强度变化而使波导的光路长度(有效折射率与长度的积)之差n×ΔL变为与波长λc相同长度左右的情况下，光透射率也变为最小，完全不具有作为光波长滤波器的特性。

(由光强度引起的光学距离的变化)

如上所述，在光强度非常强的情况下，任何材料都表现出光非线性现象。特别是如三次非线性光学材料的Kerr效应那样，在利用折射率因光强度而直接变化的材料来制作光波导的情况下，由于光强度的增加，光波导的有效折射率变动，光学距离也根据光强度而变化。

此外，在利用分子构造因特定能量以上的光照射等而变化的光异构化材料等来制作光波导的情况下，即使光强度较低，光波导的有效折射率也会波动，因此，如上述算式(2)、算式(3)所示，作为光波长滤波器的光学特性发生变化。

而且，光纤的传输光损失在1550nm波段的波长域中约为0.2dB/km，是比较低的损失，但与此相比，石英系玻璃的平面光波回路(PLC)的传输光损失约为0.3dB/m左右。

就是说，在实际的光波导材料中，不仅实际使用的光波长下的透射率不是100％，而且折射率的温度系数也不是零，因此，不能忽视非线性折射率效应的要因中的热效应的影响。就是说，波导因入射光信号的吸收而发热，折射率的温度依赖性(dn/dt)不是零，因此，光波导的有效折射率发生波动，从而由算式(2)、算式(3)表示的光波长滤波器特性发生变化。

(本发明的目的)

本发明是鉴于这样的现状而完成的，其目的在于，降低因向马赫－曾德尔干涉仪(MZI)、阵列波导衍射光栅(AWG)等波导型光干涉仪回路输入高强度光信号而产生的、光回路的特性对光信号强度的依赖性。

为了达成这样的目的，本申请发明的一个方案的特征在于，具备如下所述的构成。

(构成1)

一种波导型光干涉仪回路，配置在同一平面内，其特征在于，所述波导型光干涉仪回路包括：输入波导、光分支部、光耦合部、输出波导以及被所述光分支部和所述光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导，在从所述光分支部到所述光耦合部的光路径上形成有光强度补偿部位，针对在所述光路径中传播的光的有效折射率的入射光强度的光强度系数与针对在所述光强度补偿部位中传播的光的有效折射率的入射光强度的光强度系数不同。

(构成2)

根据构成1所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，所述光强度补偿部位设于所述光分支部和所述光耦合部中的至少一方，形成为横穿所述光路径的至少一条槽。

(构成3)

根据构成2所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在将入射到所述光分支部的全入射光强度设为Ptotal，在所述光分支部中，在没有所述光强度补偿部位的情况下，将连结来自所述输入波导的连接端的中心和被所述光分支部与所述光耦合部夹着的第i个(i为正整数)所述光波导的连接端的中心的光路径的直线设为K，将K的光学距离设为Lai，将所述第i个光波导的光学距离设为Lbi，将因被所述第i个所述直线K的光路径横穿的所述槽的槽宽的光强度补偿部位的形成而引起的光学距离的变化量的合计值设为Lri，将d/dPtotal设为相对于全入射光强度Ptotal的光学距离的光强度系数时，d(2×Lai+Lbi+Lri)/dPtotal＝C，其中，i＝1～N，C是与i无关的恒定值，N是光波导的条数。

(构成4)

根据构成3所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在将被第j个(j为正整数且j≠i)光路径横穿的所述槽的槽宽的光学距离的合计值设为Lrj时，在所述第i个光波导的光学距离Lbi比所述第j个光波导的光学距离Lbj长的情况下，Lri＞Lrj。

(构成5)

根据构成3所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在将被所述第i个光路径横穿的所述槽的间隔的光学距离的合计值设为Lqi，将被第j个(j为正整数且j≠i)光路径横穿的所述槽的间隔的光学距离的合计值设为Lqj时，在所述第i个光波导的光学距离Lbi比所述第j个光波导的光学距离Lbj长的情况下，Lqi＞Lqj。

(构成6)

根据构成3所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在将被第j个(j为正整数且j≠i)光路径横穿的所述槽宽的光学距离的合计值设为Lrj，将被所述第i个光路径横穿的所述槽的间隔的光学距离的合计值设为Lqi，将被所述第j个光路径横穿的所述槽的间隔的光学距离的合计值设为Lqj时，在所述第i个光波导的光学距离Lbi比所述第j个光波导的光学距离Lbj长的情况下，(Lri/Lqi)≤(Lrj/Lqj)。

(构成7)

根据构成2所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，所述槽的槽宽或多个槽的间隔的各合计与从所述输入波导入射的光在所述光分支部内辐射时的光强度分布成比例。

(构成8)

根据构成7所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在将相对于第i个(i为正整数)光路径的直线的中心轴的辐射角度设为θi，将被所述光路径的直线横穿的各槽间的间隔的光学距离的合计设为Lqi时，将Lqi设为θ的函数，并设为高斯分布的函数。

(构成9)

根据构成7所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在将相对于第i个(i为正整数)光路径的直线的中心轴的辐射角度设为θi，将被所述光路径的直线横穿的各槽宽的光学距离的合计设为Lri时，将Lri设为θ的函数，将从常数中减去Lri后得到的差分设为高斯分布的函数。

(构成10)

根据构成7所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在将相对于第i个(i为正整数)光路径的直线的中心轴的辐射角度设为θi，将被所述光路径的直线横穿的各槽间的间隔的光学距离的合计设为Lqi时，将Lqi设为θ的函数，设为Sinc函数。

(构成11)

根据构成7所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在将相对于第i个(i为正整数)光路径的直线的中心轴的辐射角度设为θi，将被所述光路径的直线横穿的各槽宽的光学距离的合计设为Lri时，将Lri设为θ的函数，将从常数中减去Lri后得到的差分设为Sinc函数。

(构成12)

根据构成1至11中任一项所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，所述波导型光干涉仪回路具有如下构造：在所述光强度补偿部位的表面或底面，沿着所述光路径配置热传导率不同的材料。

(构成13)

根据构成1至11中任一项所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，所述光分支部或所述光耦合部由平板光波导构成，是包括下部包层、芯体以及上部包层的埋入波导构造，所述光强度补偿部位形成横穿光路径、至少部分地横穿所述芯体的槽构造。

(构成14)

根据构成1所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，所述光强度补偿部位设于所述光波导的至少一个。

(构成15)

根据构成14所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，所述光强度补偿部位由至少部分地横穿所述光波导的槽形成。

(构成16)

根据构成14所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在所述光强度补偿部位的周围，沿着所述光波导形成有温度调整用的槽。

(构成17)

根据构成14所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，所述波导型光干涉仪回路具有如下构造：在所述光强度补偿部位的周围，沿着所述光波导配置热传导率不同的材料。

(构成18)

根据构成14所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，长度不同的多个所述光波导中的波导长度长的一方的光波导中的光强度补偿部位的光学距离的平均值Laj比长度不同的多个所述光波导中的波导长度短的另一方的光波导中的光强度补偿部位的光学距离的平均值Lbk短。

(构成19)

根据构成14所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，长度不同的多个所述光波导中的波导长度长的一方的光波导中的多个光强度补偿部位之间的光波导的光学距离的平均值Lcj比长度不同的多个所述光波导中的波导长度短的另一方的光波导中的多个光强度补偿部位之间的光波导的光学距离的平均值Ldk长。

(构成20)

根据构成14所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，在长度不同的多个所述光波导中的波导长度长的一方的光波导中，将多个光强度补偿部位的光学距离的平均值Laj与多个光强度补偿部位之间的光波导的光学距离的平均值Lcj的比设为(Laj/Lcj)，在长度不同的多个所述光波导中的波导长度短的另一方的光波导中，将多个光强度补偿部位的光学距离的平均值Lbk与多个光强度补偿部位之间的波导的光学距离的平均值Ldk的比设为(Lbk/Ldk)时，(Laj/Lcj)≤(Lbk/Ldk)。

(构成21)

根据构成14至20中任一项所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，所述光波导是包括下部包层、芯体以及上部包层的埋入波导构造，所述光强度补偿部位形成与光波的前进方向交叉、至少部分地横穿所述芯体的槽构造。

根据本发明，在波导型光干涉仪回路中，能降低因输入高强度的光信号而产生的光回路的特性对光信号强度的依赖性。

附图说明

图1是说明作为以往的波导型光干涉仪回路的一个例子的马赫－曾德尔干涉仪(MZI)的概略构成的基板俯视图。

图2是说明作为以往的波导型光干涉仪回路的一个例子的阵列波导衍射光栅(AWG)的概略构成的基板俯视图。

图3是表示从图2的AWG的中心输入端口向中心输出端口的透射率光谱的一个例子的图。

图4是说明本发明的实施例1的波导型光干涉仪回路的构成的基板俯视图，是在马赫－曾德尔干涉仪型的光分支部(MMI)中设置了光强度补偿部位的图。

图5是说明本发明的实施例1的波导型光干涉仪回路的构成的基板俯视图，是在阵列型波导光栅的光分支部(平板光波导)中设置了光强度补偿部位的图。

图6是用于基于有限要素法的温度分布解析的光强度补偿部位的模型的、沿着高强度光束的概略的基板剖视图。

图7是表示在基于有限要素法的温度分布解析中，两个槽的槽宽为16.2μm，槽的中心距离为80μm的情况下的温度变化的X方向的分布的曲线图。

图8是表示在基于有限要素法的温度分布解析中，改变槽宽时的槽中心温度的变化的曲线图。

图9是表示在基于有限要素法的温度分布解析中，改变两个槽的槽中心间隔时的温度变化在四种槽宽的情况下的曲线图。

图10是表示在基于有限要素法的温度分布解析中，改变槽宽时的温度变化在八种槽中心间隔的情况下的曲线图。

图11是说明本发明的实施例2的波导型光干涉仪回路的构成的基板俯视图。

图12是本发明的实施例2的波导型光干涉仪回路的光分支部的平板光波导的基板平面的放大图。

图13是本发明的实施例3的波导型光干涉仪回路的平板光波导部分的基板平面的放大图。

图14是本发明的实施例4的波导型光干涉仪回路的平板光波导部分的基板平面的放大图。

图15是本发明的实施例5的波导型光干涉仪回路的平板光波导部分的基板平面的放大图。

图16A是与本发明的实施例6关联并进行了研究的长方形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图16B是与本发明的实施例6关联并进行了研究的长方形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图17A是图16的长方形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图17B是图16的长方形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图17C是图16的长方形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图17D是图16的长方形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图18A是与本发明的实施例6关联并进行了研究的梯形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图18B是与本发明的实施例6关联并进行了研究的梯形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图19A是图18的梯形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图19B是图18的梯形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图19C是图18的梯形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图19D是图18的梯形平板波导MMI的光导波模式的解析结果的说明图。

图20A是作为本发明的实施例6而进行了研究的锥形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图20B是作为本发明的实施例6而进行了研究的锥形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图21A是图20的锥形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图21B是图20的锥形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图21C是图20的锥形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图21D是图20的锥形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图22A是作为本发明的实施例6而进行了研究的抛物线形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图22B是作为本发明的实施例6而进行了研究的抛物线形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图23A是图22的抛物线形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图23B是图22的抛物线形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图23C是图22的抛物线形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图23D是图22的抛物线形平板波导的光导波模式的解析结果的说明图。

图24A是作为比较对象而进行了研究的从芯体端部在包层介质中自由辐射的情况下的光导波模式的解析结果的说明图。

图24B是作为比较对象而进行了研究的从芯体端部在包层介质中自由辐射的情况下的光导波模式的解析结果的说明图。

图25A是图24的自由辐射情况下的光导波模式的解析结果的说明图。

图25B是图24的自由辐射情况下的光导波模式的解析结果的说明图。

图25C是图24的自由辐射情况下的光导波模式的解析结果的说明图。

图25D是图24的自由辐射情况下的光导波模式的解析结果的说明图。

图26是说明本发明的实施例7－1的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的基板俯视图。

图27是说明本发明的实施例7－2的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的基板俯视图。

图28是说明本发明的实施例8－1的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的基板俯视图。

图29是说明本发明的实施例8－2的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的基板俯视图。

图30是说明本发明的实施例8－3的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的基板俯视图。

图31是本发明的实施例9的波导型光干涉仪回路的包括光强度补偿部位的平板光波导芯体的长尺寸方向的基板剖视图。

图32是说明本发明的实施例9的波导型光干涉仪回路的光强度补偿部位的平板光波导芯体的基板俯视图。

图33是本发明的实施例10的波导型光干涉仪回路的包括光强度补偿部位的平板光波导芯体的长尺寸方向的基板剖视图。

图34是说明本发明的实施例11的波导型光干涉仪回路的构成的基板俯视图。

图35A是说明本发明的实施例12的波导型光干涉仪回路的光波导的光强度补偿部位的芯体附近的构造的基板俯视图。

图35B是本发明的实施例12的波导型光干涉仪回路的光波导的垂直于芯体的剖视图。

图36是以短臂和长臂来对比本发明的实施例13的波导型光干涉仪回路的光波导的构造进行说明的基板俯视图。

图37是以短臂和长臂来对比本发明的实施例14的波导型光干涉仪回路的光波导的构造进行说明的基板俯视图。

图38是以短臂和长臂来对比本发明的实施例15的波导型光干涉仪回路的光波导的构造进行说明的基板俯视图。

具体实施方式

首先，示出本发明的波导型光干涉仪回路的光波导的制作法。

(石英系光波导的制作方法)

石英系的平面光波回路在量产性、低成本性以及高可靠性方面具有优异的特征，能实现各种光干涉回路，从而在光通信领域中被实用化。这样的平面型光波回路可以利用标准的光刻法、干蚀刻技术以及FHD(Flame Hydrolysis Deposition：帧干蚀刻)等玻璃沉积技术来制作。

在本实施方式的光波导的具体制造工艺中，首先，在Si等基板上沉积以石英玻璃等作为主原料的下部包层和具有比包层高的折射率的芯体层。然后，在芯体层上通过光刻法将各种波导图案形成为抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为基础，通过干蚀刻法进行加工，由此制作具有波导图案的芯体层。最后，通过上部包层埋入由芯体层形成的波导。通过这样的工艺，制作出波导型的光功能回路。

本发明中所使用的光波导是由添加了锗(Ge)的石英玻璃等形成的埋入波导构造，将芯体与包层的相对折射率差设为例如2％，将标准的波导的芯体的高度设为4μm，将芯体的宽度设为4μm。

在本实施方式中，如以下详述的那样，其特征在于，为了对光分支部或光耦合部进行光强度补偿，设有由光强度补偿材料构成的部位、区域、槽，该光强度补偿材料具有与光波导的光学距离的光强度系数(光学距离L相对于光强度I的变化系数，dL/dI)不同的光强度系数。需要说明的是，本实施方式的波导型光干涉仪回路的槽的截面的构造并不限定于全部横穿上部包层、芯体以及下部包层波导的构造，只要是至少部分地横穿芯体的构造就足够。

作为上述的光强度补偿材料，可以使用例如三次光非线性材料、光异构化材料、受激准分子(excimer)材料等各种材料。在本发明中，如上所述，对具有最大的非线性折射率效应即热效应(由折射率的温度系数、热膨胀等引起的效应)的光强度补偿材料进行说明。特别是，具体而言，对利用了因光吸收的温度上升而引起热膨胀继而产生的折射率变化的光强度补偿材料进行说明。

(光波导与有机系树脂材料的光吸收率的差异)

如上所述，光纤的传输光损失在1550nm波段的波长域中是约为0.2dB/km的低损失，与此相比，石英系的平面光波回路(PLC)的传输光损失约为0.3dB/m程度，大三个量级以上。

与此相比，用于上述的光强度补偿材料的有机材料系的树脂材料的传输光损失至少具有约为0.1dB/cm程度的光损失，这更是石英系的平面光波回路的传输光损失的数十倍以上。该光损失主要是由有机材料特有的C－H键的伸缩振动和回旋振动的高次谐波引起的1400nm波段附近、1650nm波段附近等波长的光吸收而产生，因材料物性而产生，因此难以完全去除。

就是说，对于光波导芯体材料和光强度补偿材料，在光波导芯体材料中使用低损失的石英系玻璃，将有机材料用作光强度补偿材料的情况下，在1550nm的通信波段中产生数十倍的光吸收量的差。

因此，如上所述，在一个光波导芯体中传输强度非常高的光的情况下，在石英系平面光波回路(PLC)的芯体部分和光强度补偿材料的部分中，因光吸收量的差异而产生局部的温度分布。光强度补偿材料的折射率的温度系数与石英系玻璃相比，符号相反，具有数十倍大小的差异，因此，与此相伴地产生局部的光相位差的波动。

该局部的温度分布、光相位的波动不是由环境温度、光波导元件的平均温度而产生的，而是依赖于入射到光波导芯体的光强度，因此无论环境温度、光波导元件的平均温度是什么样的温度，都会产生局部的温度分布，与此相伴会产生光学距离的波动。特别是，在如马赫－曾德尔干涉仪(MZI)、阵列波导衍射光栅(AWG)这样通过使多个光束产生相位差并且相互干涉来发挥功能的光波导元件的情况下，因高强度的光信号而产生的光学距离的波动不仅不能忽视，而且成为使马赫－曾德尔干涉仪(MZI)、阵列波导衍射光栅(AWG)的光学特性恶化的原因。

因此，在使用光强度补偿材料来补偿光强度的光波导元件的情况下，为了抑制因光强度补偿材料的内部的局部的温度不均而产生的光学距离相对于向光波导芯体的入射光强度的波动，需要在光波导长度不同且产生光相位差的各光波导之间取得光学距离的变化量的平衡。更具体而言，需要在各光波导之间光相位差相对于入射光强度不波动，或者光相位波动幅度小到足以经受实用的程度。

(光强度补偿材料的例子)

作为光强度补偿材料，理想的是光吸收率比光波导芯体材料大，折射率的温度系数大的材料。例如，在将石英系玻璃用于光波导材料的情况下，可以使用大多数的有机材料作为光强度补偿材料。

例如，苯、甲苯等芳香族化合物、环己烷等环状碳氢化合物、异辛烷、正己烷、正辛烷、正癸烷、正十六烷等直链状碳氢化合物、四氯化碳等氯化物、二硫化碳等硫化物、甲乙酮等酮类等低分子材料，此外，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等聚烯烃、聚丁二烯、天然橡胶等聚二烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚甲基乙烯基醚、聚乙基乙烯基醚、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸十二烷基酯等乙烯基聚合物、直链烯烃类的聚醚、聚苯醚(PPO)以及其共聚合物或共混体、使醚基和磺基混合而成的聚醚砜(PES)、醚基和羰基混合的聚醚酮(PEK)、具有硫醚基的聚苯硫醚(PPS)或聚砜(PSO)等聚醚以及其共聚合物或共混体，此外，在聚烯烃的末端具有至少一个OH基、硫醇基、羰基、卤素基等取代基，例如，HO-(C-C-C-C-)_n-(C-C-(C-C-)_m)-OH等、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷等聚氧化物或聚异氰酸丁酯、聚偏氟乙烯等高分子材料，还有环氧树脂、低聚物和固化剂形成的交联物。此外，也可以使用将这些材料混合两种以上的混合物。

若进一步补充，则使用聚硅氧烷或聚硅氧烷的交联物(一般称为有机硅树脂。)为好。该材料不仅折射率的温度系数大，而且耐水性、长期稳定性优异，最适合作为本发明的光强度补偿材料。

聚硅氧烷由下述的通式(5)表示。

R1-((R4)Si(R3)-O)-((R4)Si(R3)-O)_n-((R4)Si(R3)-O)-R2通式(5)

在上式中，左右两端的R1、R2表示末端基，由氢、烷基、羟基、乙烯基、氨基、氨基烷基、环氧基、烷基环氧基、烷氧基环氧基、甲基丙烯酸酯基、氯基、乙酰氧基中的任意一种构成。

硅氧烷键的R3、R4表示侧链基，由氢、烷基、烷氧基、羟基、乙烯基、氨基、氨基烷基、环氧基、甲基丙烯酸酯基、氯基、乙酰氧基、苯基、氟烷基、烷基苯基以及环己烷基构成。搭载的聚硅氧烷可以是一个种类，也可以混合多个种类。

另一方面，聚硅氧烷的交联物是使末端基具有乙烯基、氢、硅烷醇基、氨基、环氧基、甲醇基的反应性聚硅氧烷和聚硅氧烷在铂催化剂、自由基，酸、碱等的存在下反应而得到的物质。此外，也可以使用将搭载的聚硅氧烷制成柔软的凝胶状的物质、以及凝胶状的聚硅氧烷中含有低分子量的聚硅氧烷的复合物、将高分子材料量的聚硅氧烷和低分子量的聚硅氧烷混合后使其发生交联反应而得到的物质。

在本发明的波导型光干涉仪回路中，使用这样的光强度补偿材料，在从光分支部到光耦合部的波导型光干涉仪回路的光路径上形成对由光强度引起的光特性的变化进行补偿的光强度补偿部位。

此时，以针对在光路径中传播的光的有效折射率的入射光强度的光强度系数与针对在该光强度补偿部位中传播的光的有效折射率的入射光强度的光强度系数不同的方式形成光强度补偿部位。

在以下的实施例1至10中，说明在光分支部和光耦合部中的至少一方形成光强度补偿部位的例子。此外，在实施例11至15中，说明在被光分支部和光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导中的至少一个中形成光强度补偿部位的例子。

以下，参照附图对本发明的实施例的方式进行详细说明。

(实施例1)

图4是说明本发明的实施例1的马赫－曾德尔干涉仪(MZI)型的波导型光干涉仪回路的构成的基板俯视图，图5是说明本发明的实施例1的阵列型波导光栅(AWG)型的波导型光干涉仪回路的构成的基板俯视图。

在图4中，在平面光波回路(PLC)的基板401上，形成有两个输入波导402、作为光分支部、光耦合部发挥功能的多模干涉波导(Multi Mode Interference,MMI)403和406、被两个耦合器夹着而连接的长度不同的两个臂波导404和405、两个输出波导407。

在图5中，在平面光波回路(PLC)的基板501上，形成有一个输入波导502、作为光分支部、光耦合部发挥功能的平板光波导503和506、包括被两个耦合器夹着而连接的长度不同的多个光波导507的阵列光波导以及多个输出波导508。

这样的波导型光干涉仪回路包括图4的MZI型和图5的AWG构成的情况，是配置在同一平面内的光干涉仪回路，可以说是具备包括光分支部、光耦合部以及被光分支部和光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导的光路径的波导型光干涉仪回路。

在图4和图5的本发明的实施例1的波导型光干涉仪回路中，在作为输入侧的光分支部的MMI403和平板波导503中设有光强度补偿部位408和504，该光强度补偿部位408和504包括横穿分支的多个光的路径，填充有用于光强度补偿的材料的至少一条或并行的多条槽。

也可以在输出侧的光耦合部的MMI406或平板光波导506中设有相同的光强度补偿部位。本申请发明的特征在于，在光分支部或光耦合部，或者在这两方设有光强度补偿部位。通过这样设置，例如，与在光波导的中途设置光强度补偿部位的情况不同，光强度补偿部位可以集中配置而不是分散在各光波导中，因此制造工序变得简单，此外，其优点在于能独立于各光波导的设计而构成光强度补偿部位。

对本发明的光强度补偿部位具备的基本条件进行研究。在图4和图5中，在长度不同的两个臂波导404、405或构成阵列的各个光波导507(以下，称为光波导)中，在将入射到作为光分支部的MMI403或平板波导503的全入射光强度设为Ptotal，第i个(i＝1～N，N是构成阵列的光波导的总条数，MZI的情况下为N＝2)各光波导中，将Ptotal被入射时的各光波导的光学距离设为Li，将dLi/dPtotal作为各光波导的光学距离相对于全入射光强度Ptotal的光强度系数时，

dLi/dPtotal＜25(μm/W)算式(6)

以成为上述算式的方式，与各光波导的光路径对应地构成光强度补偿部位(槽)的数量、长度以及填充材料。光强度补偿部位的槽也可以是多个。

(算式(6)的限定的依据)

这样设置的原因在于，例如，在考虑在约2.5μm～约25μm波段的红外光波段下的分光器应用(光源0.5W以上)的情况下，如果能实现25μm的半值宽度的带通滤波器，则至少能划分出测定区域的一半的测定光谱，因此以成为dLi/dPtotal＜25μm/2/0.5W＝25μm/W的方式设定各臂，从而取得光强度补偿的平衡。

如图5所示，在将AWG构成为波导型光干涉仪回路的情况下，不仅可以在光分支部的平板波导中设置光强度补偿部位，还可以在光耦合部的平板波导中设置光强度补偿部位。各光强度补偿部位可以分别由横穿在同一基板平面内分支或耦合的各光的路径的一个槽，或者在光导波方向上隔开间隔地并行的多个槽构成，可以由各槽的宽度(槽的光方向的长度)和间隔在槽的长尺寸方向上相同或者变化的多个槽构成。即，将具有与平板波导的光学距离的光强度系数不同的光强度系数的光强度补偿部位设于光耦合部或光分支部中的至少一方，能在上述算式(6)的条件下取得各臂的光强度补偿的平衡。

(实施例1的光强度补偿部位的槽的附近的温度变化)

为了确认本发明的实施例1的光强度补偿部位的槽的附近的温度变化，利用有限要素法对高强度光被输入至光波导时的温度分布进行了解析。

图6中示出了在解析中使用的本发明的波导型光干涉仪回路的光分支部的光强度补偿部位的模型中的、沿着光束(高强度光640)的概略的基板剖视图。

在图6的光强度补偿部位的模型中，假设设有在光束的方向分离的两个槽610、620的情况，将光波导芯体的光束行进方向设为X轴，将膜厚方向设为Y轴，在厚度200μm的Si基板601上分别以厚度15μm、6μm、14μm构成下部包层(石英玻璃)602、光波导芯体603、上部包层(石英玻璃)604。

在图6中，设为23dBm的高强度光640在光波导芯体603中沿着X轴的正方向延及200μm而传播，光波导中的光吸收与光强度补偿部位中的光吸收相比，小到可以忽略不计，即小于0.1dB/cm，另一方面，将光强度补偿部位的槽内的光强度补偿材料的光吸收率设定为1.8dB/cm。

此外，各部位的热传导率按如下设定：Si基板设为149[W/mK]，光波导芯体和包层设为1.35[W/mK]，光强度补偿材料设为0.2[W/mK]，两个光强度补偿部位的槽宽相等，分别使槽宽和槽中心间的距离变化，由此进行基于有限要素法的温度分布解析。

图7中示出了在将光强度补偿部位的两个槽宽设定为16.2μm，将槽中心距离设定为80μm(槽的间隔为63.8μm)时的、由热扩散引起的温度变化(℃)的X方向的分布。该图示出了沿着光波导芯体的中心轴的稳定温度的分布，但不仅在各槽内，在周边部分也引起了温度上升。特别是，在两个光强度补偿部位的槽的中间(X＝0.04mm)，受到来自两个槽的热扩散的影响，温度上升变大，在没有光吸收的光波导芯体部分也发现0.1℃左右的温度上升。

图8中示出了在基于有限要素法的温度分布解析中改变了槽宽时的槽中心温度(相当于图7的峰值)的变化。该图是描绘了各槽中的光波导芯体中心位置处的温度上升的曲线图，随着槽宽变宽，中心温度上升。因此，可知为了使光强度补偿材料的温度上升，即增大光学距离的变化量，增大槽宽即可，减小光强度补偿材料的温度上升即可。

图9中示出了在基于有限要素法的温度分布解析中，在四种槽宽的情况下分析了改变两个槽的中心间隔时的温度变化的结果。可知随着槽中心间隔变窄，两个槽的中间位置处的光波导芯体的温度上升变大，该倾向随着槽宽变宽而变大。

图10中示出了在基于有限要素法的温度分布解析中，在八种槽中心间隔的情况分析了保持两个槽的槽宽相等的同时改变时的温度变化的结果。可知随着槽宽变大，两个槽的中间位置处的温度变化变大，特别是，随着两个槽的中心间隔变窄，其温度上升倾向变大。

就是说，根据上述的解析结果，如果减小槽宽，增大各槽的中心间隔，则能抑制各光强度补偿部位的槽中心或槽间的光波导的温度上升，能减小光学距离的变化量。此外，相反地，如果增大槽宽，减小各槽的中心间隔，则能增大光学距离的变化量。

(平板光波导中的光强度补偿部位的构造)

在以下的说明中，对在以AWG型为代表的光干涉仪回路中，将设于平板光波导的光强度补偿部位形成为横穿在平板光波导内分波的多个光的光路径的一个或多个槽构造，在槽中填充了光强度补偿材料的情况进行说明。

特别是，槽构造由横穿在同一基板平面内分支或耦合的各光的路径的一个槽，或者在光导波方向上隔开间隔地并行的多个槽构成，各槽形成为宽度和间隔中的至少一方在槽的长尺寸方向上恒定或变化的槽。

对通过在各槽中填充光强度系数为正的、相同的光强度补偿材料来作为补偿针对期望的光强度的光学距离的变化的光强度补偿部位的情况进行说明。在该情况下，光强度补偿部位中的光学距离的变化量与横穿光路径的各槽的物理距离(宽度或间隔)的总和成比例，因此，为了方便，使用槽宽或槽的间隔来说明光强度补偿部位的光学距离的变化量。

但是，显而易见的是，实际上，光强度补偿部位例如形成多个相同槽宽(物理长度)的槽，在各个槽中填充具有期望的光强度系数的不同种类的光强度补偿材料，由此，也能获得光强度补偿的效果。以下的各图所示的槽的槽宽、槽间的光路径的长度(槽间的距离、间隔)被规定为相对于光强度补偿部位的光强度的光学距离。

此外，在波导型光干涉仪回路中，在光波导本身的光强度系数比光强度补偿材料的光强度系数大的情况下，当然可以将光强度补偿材料的相对的光强度系数规定为“负”。

(实施例2)

为了说明本发明的光强度补偿部位的构造，首先对实施例2的构造进行详细说明。

图11与实施例1的图5同样，是说明本发明的实施例2的AWG型波导型光干涉仪回路的构成的基板俯视图。在图11中，在平面光波回路(PLC)的基板501的平面上形成有一个输入波导502、作为光分支部、光耦合部发挥功能的平板光波导503和506、被两个耦合器夹着而连接的长度不同的多个阵列状光波导507以及多个输出波导508。

在图11的本发明的实施例2的波导型光干涉仪回路的光波导中，从输入波导502入射的光被输入侧的平板光波导503分波，被分到阵列状的长度不同的多个光波导507中。由于各光波导507的长度不同而在被分波的光之间产生相位差，使包含该相位差的光在平板光波导506中合波并干涉，输出到各输出波导508。在图11的平板光波导503中，举例示出了包括多个槽5041～5043的槽构造的光强度补偿部位，该多个槽5041～5043以相等宽度、相等间隔横穿被分波的多个光的路径K。

此时，在输出侧(合波侧)的平板光波导506中，如果着眼于一个输出波导508，则在大部分情况下也可以采用与输入侧(分波侧)的平板光波导503大致对称的构造，因此，考虑到平板光波导503中的光学距离，则能计算出从波导型光干涉仪回路的输入到输出的整体的光路径上的光学距离的变化。具体而言，通过将各光波导507的光学距离Lbi与被分波至各光波导的光在平板光波导503上的光路径的光学距离Lai的2倍进行合计，能计算出延及波导型光干涉仪回路的输入输出的全长的光学距离。

就是说，若考虑在图11的光分支的平板光波导503中没有光强度补偿部位的情况，则在将连结来自输入波导502的连接端的中心和第i个(i为正整数且取1到N的值，其中N是构成阵列的光波导507的条数)光波导507的连接端(输出端)的中心的光路径的直线设为K，将直线K的光学距离设为Lai，将第i个(i为正整数)光波导507本身的光学距离设为Lbi时，穿过图11的波导型光干涉仪回路的阵列状光波导507的光的光路径整体的光学距离成为2×Lai+Lbi。

图12中示出了本发明的实施例2的波导型光干涉仪回路的光分支部的平板光波导503的基板平面的放大图。此时，若将被直线K的光路径横穿的光强度补偿部位的各槽5041～5043的槽宽的光学距离的合计值设为Lri，则相对于全入射光强度Ptotal的光强度补偿部位处的光学距离变化量成为dLri/dPtotal，在没有光强度补偿部位的情况下的相对于全入射光强度Ptotal的波导型光干涉仪回路的整体的光学距离的变化量成为d(2×Lai+Lbi)/dPtotal，因此，为了取得两者的光学距离变化的平衡，需要成为以下的算式(7)：

d(2×Lai+Lbi+Lri)/dPtotal＝C 算式(7)

(其中，i＝1～N，C是与i无关的恒定值，N是光波导的条数)。

即，如果以这样的条件成立的方式，相对于与穿过各光波导的光对应的光分支部的平板光波导中的光路径的直线来调整横穿的各槽的槽宽、槽的条数、槽的间隔、填充于槽的材料的光强度系数等来构成光强度补偿部位，则能实现光学特性不依赖于光信号强度的波导型光干涉仪回路。

(实施例3)

图13是发展了上述观点的本发明的实施例3的波导型光干涉仪回路的平板光波导503部分的基板平面的放大图，是用于说明光强度补偿部位504的槽构造的一个例子的示意图。用相同的附图标记来表示与图12相同的部分，但在图13中，光强度补偿部位504包括槽宽和槽的间隔在槽的长尺寸方向上变化的三个槽131～133。

在图13的本发明的实施例3的波导型光干涉仪回路的构造中，通过在槽的长尺寸方向上按每个光路径使光强度补偿部位的各槽131～133与光路径的直线K交叉的部分的槽宽和槽的间隔变化，来补偿干涉仪的长度不同的各光波导中的光学距离变化量的差，从而提高光强度补偿的平衡。

实施例3、图13的波导型光干涉仪回路是与实施例2、图5、图11以及图12相同的AWG型的光干涉仪回路，光干涉仪回路包括光分支部、光耦合部以及被光分支部和光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导(阵列波导)。

在实施例3、图13的波导型光干涉仪回路中，在光分支部或光耦合部的平板光波导503中，将连结来自输入波导502的输入端和第i个(i为正整数)光波导507i的输出端的直线光路径设为K，将被直线K横穿的光强度补偿部位504的各槽131～133的槽宽(光学距离)的合计值设为Lri，同样将与第j个光波导507j的光路径相关的槽宽的合计值设为Lrj。

在第i个光波导507i的光学距离Lbi比第j个光波导507j的光学距离Lbj长的情况下(Lbi＞Lbj)，使横穿连接于长的光波导的直线K的槽的槽宽的合计值Lri小于横穿连接于短的光波导的直线K的槽的槽宽的合计值Lrj。即，其特征在于，若Lbi＞Lbj，则Lri＜Lrj算式(8)。

需要说明的是，以下同样，例示的长/短的两个阵列波导不仅包括阵列波导型波长合波/分波器(AWG)，还包括马赫－曾德尔干涉仪(MZI)的长度不同的两条臂，被直线K横穿的光强度补偿部位的光学距离可以被分割为多个部分。

(实施例4)

图14是本发明的实施例4的波导型光干涉仪回路的平板光波导503部分的基板平面的放大图，是用于说明光强度补偿部位504的槽构造的另一例的示意图。用相同的附图标记来表示与图12相同的部分，但在图14中，光强度补偿部位504包括槽宽在槽的长尺寸方向上恒定而槽的间的间隔在槽的长尺寸方向上不同的三个槽141～143。

在图14的本发明的实施例3的波导型光干涉仪回路的平板光波导中的光强度补偿部位的槽构造中，通过在槽的长尺寸方向上按每个光路径使光强度补偿部位的各槽141～143与光路径K交叉的部分的槽间的间隔(光路径长)变化，来补偿干涉仪回路的长度不同的各光波导中的由光强度引起的光学距离变化量的差，从而提高光强度补偿的平衡。

实施例4、图14的波导型光干涉仪回路是与实施例2、图5、图11～图13相同的AWG型的光干涉仪回路，光干涉仪回路包括光分支部、光耦合部以及被光分支部和光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导(阵列波导、臂波导)。

在实施例4、图14的波导型光干涉仪回路中，在光分支部或光耦合部的平板光波导503中，将连结来自输入波导502的输入端和第i个(i为正整数)的光波导507i的输出端的直线光路径设为K，将被直线K横穿的光强度补偿部位504的槽141～143夹着的槽间的间隔(光路径长)的光学距离的合计值设为Lqi，同样将与第j个(j≠i)的光波导507j的光路径相关的槽间的间隔(光路径长)的合计值设为Lqj。

在第i个光波导的光学距离Lbi比第j个光波导的光学距离Lbj长的情况下(Lbi＞Lbj)，使横穿连接于长的光波导的直线K的槽的槽间的间隔(光路径长)的光学距离的合计值Lqi小于横穿连接于短的光波导的直线K的槽的槽间的间隔(光路径长)的光学距离的合计值Lqj。即，其特征在于，若Lbi＞Lbj，则Lqi＜Lqj算式(9)。

通过使长臂侧的槽间的光波导的长度的合计值Lqj比短臂侧的槽间的光波导的长度的合计值Lqj长因干涉仪的各臂而产生的光学距离的变化量，从而能提高两臂间的光强度补偿的平衡。需要说明的是，显而易见的是，为了确定槽间的间隔，需要两个以上的槽。

(实施例5)

图15是本发明的实施例5的波导型光干涉仪回路的平板光波导503部分的基板平面的放大图，是用于说明光强度补偿部位504的槽构造的一个例子的示意图。用相同的附图标记来表示与图12相同的部分，但在图15中，光强度补偿部位504包括槽宽在槽的长尺寸方向上变化，槽的中心线之间的间隔在槽的长尺寸方向上恒定的三个槽151～153。

在图15的本发明的实施例5的波导型光干涉仪回路的平板光波导中的光强度补偿部位的槽构造中，通过使阵列光波导的长臂侧的光强度补偿部位的“槽宽”(光学距离)与各槽间的间隔的“光路径长”(光学距离)的比小于短臂侧的光强度补偿部位的“槽宽”(光学距离)与各槽间的间隔的“光路径长”(光学距离)的比，来补偿各光波导中的由光强度引起的光学距离变化量的差，从而提高光强度补偿的平衡。

通过作为“槽宽”与各槽间的间隔(光路径长)的比来定义并限定光强度补偿部位的槽构造，能将光强度补偿部位分割为更多的槽，或者使光强度补偿部位的槽宽更窄，从而提高散热性，由此，能具有高光功率耐性。

实施例5、图15的波导型光干涉仪回路是与实施例2、图5、图11～图14相同的AWG型的光干涉仪回路，光干涉仪回路包括光分支部、光耦合部以及被光分支部和光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导(阵列波导、臂波导)。

在实施例5、图15的波导型光干涉仪回路中，在光分支部或光耦合部的平板光波导503中，将连结来自输入波导502的输入端和第i个(i为正整数)的光波导507i的输出端的光路径的直线设为K，将被直线K横穿的光强度补偿部位的各槽的槽宽的光学距离的合计值设为Lri，将被直线K横穿的光强度补偿部位的各槽夹着的槽间的间隔(光路径长)的光学距离的合计值设为Lqi，对于第j(≠i)个光路径也同样规定Lrj、Lqj。

在第i个光波导的光学距离比第j个光波导的光学距离长的情况下，槽宽与槽的间隔的比如以下这样设定。即，其特征在于，若Lbi＞Lbj，则(Lri/Lqi)≤(Lrj/Lqj)算式(10)。

通过这样构成，能将光强度补偿部位分割为多个槽，或使光强度补偿部位的槽宽变窄，从而提高散热性，由此，能具有高光功率耐性。可以将槽构造作为多个槽的“槽宽”与各槽间的间隔的“光波导长度”的比来定义并限定光强度补偿部位的槽构造。

(实施例6：基于二维FD－BPM的平板光波导中的光传播状态的解析结果)

以下的图16至图25中示出了作为与实施例6的关联，利用二维FD－BPM法(有限差分光束传播法)，对从输入波导向几种形状的平板光波导入射的光的导波状态实施光导波模式的解析的结果。

在光导波模式解析中，广角近似使用4阶的Pade近似，将芯体的相对折射率差设为Δ2％，将光波长设为1550nm，将入射光波导的导波模式设为单模，在TE模式下进行解析。

(长方形平板形状的光导波模式解析结果)

图16和图17中示出了具有长方形平板形状的MMI的光分支部中的光导波模式解析结果。

图16A示出了朝向图中从左向右的光的传播方向(Z方向)上的长方形平板形状的光波导形状，作为入射波导，设为芯体宽度4μm、波导长度50μm，作为平板光波导，采用芯体宽度50μm、长度2000μm的长方形的解析模型。

此外，图16B中示出了导波光的X－Z平面上的光强度分布，图17A～图17D中示出了包含50μm的入射光波导的、从光入射位置起分别为50μm、110μm、1000μm、2000μm的Z位置处的光强度的X方向截面轮廓。

由图17A～图17D的解析结果可知，在长方形的平板波导的情况下，到比入射波导强110μm的位置处为止，作为入射光波导中的单模分布的高斯分布被保持，光入射后扩展开，但之后，由于与平板波导的光导波方向垂直的芯体宽度(50μm)的边界条件的影响，产生向高阶模式的模式转换和各模式之间的光干涉，从而产生干涉条纹。

(梯形平板形状的光导波模式解析结果)

图18和图19中示出了具有梯形平板形状的MMI的光分支部中的光导波模式解析结果。

图18A示出了朝向图中从左向右的光的传播方向(Z方向)上的梯形平板形状的光波导形状，作为入射波导，设为芯体宽度4μm、波导长度50μm，作为梯形平板光波导，采用长度2000μm、芯体宽度从20μm线性变化到50μm的梯形的解析模型。

此外，图18B中示出了导波光的X－Z平面上的光强度分布，图19A～图19D中示出了包含50μm的入射光波导的、从光入射位置起分别为50μm、110μm、1000μm、2000μm的Z位置处的光强度的X方向截面轮廓。

由图19A～图19D的解析结果可知，在梯形的平板波导的情况下，到从入射波导起约110μm的位置为止，作为入射光波导中的单模分布的高斯分布基本被保持，光入射后扩展开，但之后，由于梯形的平板波导的边界条件的影响，产生向高阶模式的模式转换和各模式之间的光干涉，从而产生干涉条纹。

(锥形的平板波导的光导波模式解析结果)

图20和图21中示出了具有锥形的平板波导的光分支部中的光导波模式解析结果。

图20A示出了朝向图中从左向右的光的传播方向(Z方向)上的锥形的光波导形状，作为入射波导，设为芯体宽度4μm、波导长度50μm，作为锥形平板光波导，采用长度2000μm、芯体宽度从入射光波导的芯体宽度5μm线性变化到50μm的锥形的解析模型。

此外，图20B中示出了导波光的X－Z平面上的光强度分布，图21A～图21D中示出了包含50μm的入射光波导的、从光入射位置起分别为50μm、110μm、1000μm、2000μm的Z位置处的光强度的X方向截面轮廓。

由图21A～图21D的解析结果可知，在锥形平板波导的情况下，随着芯体宽度从5μm向50μm急剧变化，向高阶模式的模式转换和各模式之间的光干涉被抑制，不会引起多模干涉，输入波导的单模分布超过200μm而被维持到2000μm为止并扩展，成为高斯分布形状的光强度分布。

(抛物线形的平板波导的光导波模式解析结果)

图22和图23中示出了具有抛物线形的平板波导的光分支部中的光导波模式解析结果。

图22A示出了朝向图中从左向右的光的传播方向(Z方向)上的抛物线形的光波导形状，作为入射波导，设为芯体宽度4μm、波导长度50μm，作为抛物线形平板光波导，采用长度2000μm、芯体宽度从入射光波导的芯体宽度5μm到50μm为止，具有基于抛物线函数的芯体宽度的抛物线形的解析模型。

此外，图22B中示出了导波光的X－Z平面上的光强度分布，图23A～图23D中示出了包含50μm等入射光波导的、从光入射位置起分别为50μm、200μm、1000μm、2000μm的Z位置处的光强度的X方向截面轮廓。

根据图23A～图23D的解析结果，在抛物线形的平板波导的情况下，产生由向高阶模式的模式转换和各模式之间的光干涉引起的多模干涉，以Sinc函数(sin(x)/x)形状的光强度分布进行传播。不过，在图23B中，y轴为光强度，因此成为{sin(x)/x}²，除x＝0的主峰值以外的峰值变平而与x轴重叠。

(从芯体端部自由辐射的情况下的光导波模式解析结果)

图24和图25中示出了作为平板形状的比较对象，在包层介质中从芯体端部自由辐射的情况下的光导波解析结果。

图24A示出了朝向图中从左像右的光的传播方向(Z方向)上的光波导形状，作为入射波导，设为芯体宽度4μm、波导长度50μm的光导波，之后，采用在包层介质中自由辐射的解析模型。

此外，图24B中示出了导波光的X－Z平面上的光强度分布，图25A～图25D中示出了包含50μm等入射光波导的、从光入射位置起分别为50μm、200μm、1000μm、2000μm的Z位置处的光强度的X方向截面轮廓。

由图25A～图25D的解析结果可知，对于在包层介质中自由辐射的光的光强度分布而言，输入波导的单模分布迅速地扩展，变为平坦的光强度分布(图中可以看出略微的像多模干涉那样的波形，但认为这是由于解析区域周边的边界条件(PML)的误差而造成的影响。)。

以上的二维FD－BPM解析全部在TE模式下计算，但TM模式下的解析结果也是同样。

由上述可知，通过在光分支部的平板光波导中使用锥形且不会产生多模干涉的形状，光分支部的平板光波导中的光强度分布在与光的行进方向垂直的方向上维持高斯分布。这是作为波导型光干涉仪回路而言有利的特性。

此外，如上所述，在抛物线形的平板波导中产生多模干涉的情况下，光分支部的平板光波导中的光强度分布在与光的行进方向垂直的方向上成为Sinc函数分布。

(实施例7－1)

图26中举例示出了说明本发明的实施例7的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的一个方式(实施例7－1)的基板俯视图。

根据实施例6所示的研究结果，通过使用锥形且不会产生多模干涉的平板光波导的形状，从输入波导262入射的光的光强度轮廓表现出高斯分布。此外，如上所述，在抛物线形的平板波导中产生多模干涉的情况下，光分支部的平板光波导中的光强度分布在与光的行进方向垂直的方向上成为Sinc函数分布。除此之外，通过使光强度补偿部位的槽的槽宽在槽的长尺寸方向保持恒定的状态下改变槽的间隔，能抑制相对于光强度的温度上升。

由于这样的理由，在本实施例7以后的光干涉仪回路中，采用如图26所示的扇形的锥形的平板光波导263。图26的扇形的锥形的平板光波导263将一个输入波导262的连接端作为扇形，入射的光被分支，在相对于中心轴的辐射角度成为θ的光路径K的直线上传播，横穿构成光强度补偿部位的多个槽2641～2645，到达配置在作为扇形的圆周的圆弧部分的多个光波导267的输入端而被分波。对于光干涉仪回路的输出侧的光耦合部的平板光波导，如果着眼于多个输出波导之一，则也可以将其作为与平板光波导263左右对称的配置的扇形的锥形的平板光波导来处理。

在图26的实施例7－1中，在扇形的锥形的平板光波导263中，作为光强度补偿部位而横穿光路径的多个等宽的槽2641～2645，在槽的长尺寸方向上使各槽的间隔变化而形成，在各槽中填充有光强度系数与光波导267不同的材料。

在图26的光分支部中，若将来自输入波导262的连接端的中心轴的辐射角度设为θ，将与第i个(i为正整数)阵列光波导267的前端的中心连结的光路径的直线设为K，将K的辐射角度设为θi，将直线K横穿两个以上的光强度补偿部位的槽时的各槽间的间隔的光学距离的合计与实施例4、5(图14、图15)对应地设为Lqi，则Lqi可以表示为θ的高斯分布的函数，在将槽的宽度设为恒定的情况下，槽的间隔与θ相应地变化，槽的整体形状以成为图26的多个槽2641～2645所示那样的曲线形状的方式形成。

此时，以使所述槽的槽宽或多个槽的间隔的各合计与从所述输入波导入射的光在所述光分支部内辐射时的光强度分布成比例的方式构成光强度补偿部位，由此，能补偿因光强度而变化的光学距离的平衡。

特别是，在扇形的锥形的平板光波导263的情况下，构成为多模干涉被抑制，分波后的光的光强度分布具有与高斯分布成比例的关系，由此，能补偿因光强度而变化的光学距离的平衡。此外，在抛物线形的平板波导中产生多模干涉的情况下，以分波后的光的光强度分布具有与Sinc函数分布成比例的关系的方式构成，由此，能补偿因光强度而变化的光学距离的平衡。

(实施例7－2)

图27中举例示出了说明本发明的实施例7的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的另一个方式(实施例7－2)的基板俯视图。用相同的附图标记表示与图26相同的部分。

在图27中也与图26同样，对于多个等宽的槽2741～2745，将槽间隔的合计值Lqi设为θ的函数时，设为与光强度分布成比例的高斯分布的函数，由此，能补偿因光强度而变化的光学距离的平衡。在图26的情况下，不考虑来自输入波导262的光的辐射角，在基板俯视图中示出了以槽2643为中心左右对称的光强度补偿部位的槽构造，但实际上，如图27所示，考虑到来自输入波导262的光的辐射角度θi，理想的是使直线K与槽2741～2745交叉的角度尽可能地接近垂直的构造。

(实施例8－1)

图28中举例示出了说明本发明的实施例8的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的一个方式(实施例8－1)的基板俯视图。

如上所述，通过使用如锥形那样不产生多模干涉的平板光波导的形状，从输入波导262入射的光的光强度轮廓表现出高斯分布。因此，在实施例8－1～8－3、图28～图30中也采用扇形的锥形的平板光波导263。

此外，在抛物线形的平板波导263中产生多模干涉的情况下，以分波后的光的光强度轮廓具有与Sinc函数分布成比例的关系的方式构成，由此，能补偿因光强度而变化的光学距离的平衡。

除此之外，在实施例8中，通过在将光强度补偿部位的各槽的槽的间隔保持为恒定的的状态下，使槽在槽的长尺寸方向上变化，由此，能抑制相对于光强度的温度上升。

在图28的实施例8－1中，在扇形的锥形的平板光波导263中，作为光强度补偿部位而形成有使横穿光路径的各槽的间隔恒定且在槽的长尺寸方向上使槽宽变化的一个以上的槽2841～2845，在各槽中填充光强度系数与光波导267不同的材料。

在光分支部中，在将来自输入波导262的连接端的中心轴的辐射角度设为θ，将连结第i个(i为正整数)阵列光波导267的前端的中心的光路径的直线设为K，将K的辐射角度设为θi，将直线K横穿多个槽2841～2845的各槽宽的光学距离的合计设为Lri时，可以将Lri表示为θ的函数，在将槽的间隔设为恒定的情况下，槽的宽度与θ相应地变化，槽的整体形状成为如图28的多个槽2841～2845所示的曲线形状。通过以从常数中减去Lri后得到的差分成为高斯分布的函数的方式构成，能补偿因光强度而变化的光学距离的平衡。

此外，在抛物线形的平板波导263中产生多模干涉的情况下，以从常数中减去Lri后得到的差分具有与Sinc函数分布成比例的关系的方式构成，由此，也能补偿因光强度而变化的光学距离的平衡。

(实施例8－2)

此外，图29中举例示出了说明本发明的实施例8的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的另一个方式(实施例8－2)的基板俯视图。

在图29中也与图28同样，对于多个等间隔的槽2941～2945，在将槽宽的合计值Lri设为θ的函数时，通过设为与光强度分布成比例的高斯分布的函数，能补偿因光强度而变化的光学距离的平衡。在图28的情况下，不考虑来自输入波导262的光的辐射角，在基板俯视图中示出了以槽2843为中心左右对称的光强度补偿部位的槽构造，但实际上，如图29所示，考虑到来自输入波导262的光的辐射角度θi，理想的是直线K与槽构造2941～2945交叉的角度尽可能地接近垂直的构造。

(实施例8－3)

图30中举例示出了说明本发明的实施例8的波导型光干涉仪回路的平板光波导芯体和光强度补偿部位的又一个方式(实施例8－3)的基板俯视图。

如上述的实施例7、8那样，在不仅补偿由波导型光干涉仪回路的光分支部的平板光波导中的光强度分布引起的光学距离的变化量的平衡，还同时考虑到波导型光干涉仪回路的长度不同的多个阵列状光波导中的光学距离的变化量来补偿平衡的情况下，可以将实施例7与实施例8进行组合来实施。

就是说，首先，通过使实施例7的光强度补偿部位的槽的间隔变化由波导型光干涉仪回路的光分支部的平板光波导中的光强度分布引起的光学距离的变化量，即通过将槽的间隔的合计Lqi设为高斯分布的函数，来补偿光分支部的平板光波导的光学距离的变化量的平衡。

而且，通过将实施例8的光强度补偿部位的槽宽的合计Lri设为从常数中减去Lri后得到的差分成为高斯分布的函数，能利用具有强度分布的导波光来补偿因在阵列状光波导中产生的光强度而变化的光学距离的平衡。

此外，在抛物线形的平板波导263中产生多模干涉的情况下，将实施例8的光强度补偿部位的槽宽的合计Lri构成为从常数中减去Lri后得到的差分具有与Sinc函数分布成比例的关系，由此，能补偿因光强度而变化的光学距离的平衡。

这样，通过使构成光强度补偿部位的多个槽的槽宽和槽的间隔双方作为θ的函数同时变化，槽的整体形状成为如图30的槽3041～3044所示那样的曲线形状。

(实施例9)

图31中示出了本发明的实施例9的波导型光干涉仪回路的光强度补偿部位的沿着包括平板光波导的芯体的光路径的方向的基板剖视图。

在图31的本发明的实施例9的波导型光干涉仪回路中，平板光波导的截面构造在未图示的基板上，由芯体901、芯体的上表面和下表面的上部包层903、下部包层902这三层构造表示。

在图31的本发明的实施例9中，不是直接遮挡平板光波导的芯体901而形成作为光强度补偿部位的槽，而是在平板光波导的芯体901的上表面和下表面的上部包层903、下部包层902中，沿着平板光波导的光路径形成由热传导率与包层不同的材料形成的区域911，从而构成光强度补偿部位。在区域911中，特别是，通过埋入或贴附热传导率比包层低或高的材料来形成光强度补偿部位。

通过将区域911的热传导率变为周围的包层的热传导率，能使散热状态产生差异，从而调整芯体901的温度分布。通过调整平板光波导的芯体901的温度分布，能抑制光强度强的部分的温度上升并调整光强度系数。除了基于槽构造的光强度补偿部位以外，也可以采用在光强度补偿部位的表面或底面设置在基板平面方向上横穿光路径的位置处配置了这样的热传导率不同的材料的区域的构造。

图32中示出了本发明的实施例9的波导型光干涉仪回路的光强度补偿部位的平板光波导的芯体部分的基板俯视图。

例如，如图32所示，考虑将与实施例7、8(图26～图30)同样的扇形的锥形的平板光波导263用作光分支部的平板光波导的情况。在平板光波导263的芯体的上表面和下表面设有填充了热传导率与包层不同的材料的区域911作为光强度补偿部位。

在从输入波导262的连接端向阵列光波导267的光路径中，通过以角度方向的光强度分布与高斯分布成比例的横截面宽度形成区域911，能使散热状态产生差异，从而调整因基于光强度分布而产生的温度分布来调整光强度系数。

(实施例10)

图33中示出了本发明的实施例10的波导型光干涉仪回路的光强度补偿部位的沿着包括平板光波导的芯体的光路径的方向的基板剖视图。

该实施例10也与实施例9同样，平板光波导由芯体901、芯体的上表面和下表面的上部包层903、下部包层902这三层构造表示。

在图33的本发明的实施例10中，形成至少部分地遮挡并横穿芯体901的槽910，填充光强度补偿材料而构成光强度补偿部位。

光波导也可以是包括下部包层、芯体以及上部包层的埋入波导构造，光强度补偿部位也可以形成槽构造，所述槽构造形成于与光波的行进方向交叉的平面，至少部分地与芯体交叉并且横穿上部包层、芯体以及下部包层波导。

特别是，埋入波导构造不仅在光信号的封闭方面优异，而且，通过从上部包层到芯体、下部包层形成横穿的槽构造，能将光强度补偿材料简单地填充至槽内，因此，作为本发明的构造是非常理想的。根据实施例9、10中所公开的基板截面构造，能实现包括以下的实施例的本发明的光强度补偿部位的构造。

在以下的实施例11至15中，说明在被光分支部和光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导中的至少一个中形成光强度补偿部位的例子。

(实施例11)

图34是说明本发明的实施例11的波导型光干涉仪回路的构成的基板俯视图。在图34中，与图1的马赫－曾德尔干涉仪回路的光合波/分波器同样，在平面光波回路(PLC)的基板401上形成有两个输入波导402、定向耦合器403和406、被两个耦合器夹着而连接的长度不同的两个臂波导404和405以及两个输出波导407。

这样的波导型光干涉仪回路，包括AWG构成的情况，是配置在同一平面内的光干涉仪回路，可以说该光干涉仪回路具有包括光分支部、光耦合部以及被所述光分支部和所述光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导的光路径。

在图34的本发明的实施例11的波导型光干涉仪回路中，在臂波导405的中途设有以用于光强度补偿的材料填充的槽410，构成由光强度系数与臂波导不同的光强度系数的材料形成的光强度补偿部位。

与实施例1(图4)同样，在长度不同的两个臂波导404、405中，在将入射到定向耦合器403(光分支部)的全入射光强度设为Ptotal，在第i个(i＝1或2)臂波导中，将Li作为Ptotal被入射时的各臂波导的光学距离，将dLi/dPtotal作为针对全入射光强度Ptotal的各臂波导的光学距离的光强度系数时，

dLi/dPtotal＜25(μm/W)算式(6)

以成为上述算式的方式，构成光强度补偿部位(槽)的数量、长度以及填充材料。光强度补偿部位的槽也可以为多个。

(算式(6)的限定的依据)

例如，在考虑到约2.5μm～约25μm波段的红外光波段下的分光器应用(光源0.5W以上)的情况下，如果能实现25μm的半值宽度的带通滤波器，则至少能划分出测定区域的一半的测定光谱，因此以成为dLi/dPtotal＜25μm/2/0.5W＝25μm/W的方式设定各臂而取得光强度补偿的平衡。

在将AWG构成为波导型光干涉仪回路的情况下，光强度补偿部位(槽)可以分别设于多个阵列光波导，而且，也可以在一个光波导的光导波方向上隔开间隔地设置长度和间隔相同或不同的多个光强度补偿部位(槽)。即，在多个波导中的至少一个中设置至少一个具有与波导的光学距离的光强度系数不同的光强度系数的光强度补偿部位，从而能在上述算式(6)的条件下取得各臂的光强度补偿的平衡。

(实施例12)

图35A是说明包括本发明的实施例2的波导型光干涉仪回路的光波导的光强度补偿部位的芯体的平面附近的构造的基板俯视图，图35B是与该芯体垂直的截面XXVB－XXVB’上的基板剖视图。

在图35A和图35B的本发明的实施例12的波导型光干涉仪回路的光波导中，其特征在于，在作为设为在光波导的芯体501上至少部分地横穿光波导的槽的光强度补偿部位的槽510的周围，沿着波导形成有温度调整用的槽520而配置。在光强度补偿部位的周围形成一至多个这样的槽构造，能具有由空气、真空实现的绝热、保温等温度调整效果。

在该温度调整用的槽520中，分别填充有热传导率与周围不同的材料，特别是，填充热传导率比周围低或高的材料，能使散热状态产生差异，从而调整温度分布。

此外，特别是，在光波导是脊型、(高)台面型波导情况下，也可以不形成上述那样的温度调整用的槽520。在该情况下，例如，通过利用热传导率与周围不同的材料，特别是热传导率比周围低或高的材料覆盖光波导的芯体侧面或芯体上表面，也能使散热状态产生差异，从而调整温度分布。

(实施例13)

在以下的实施例13～15中，对将光强度补偿部位的构造形成为横穿光波导的一至多个槽构造，并在槽构造中填充光强度补偿材料的情况进行说明。特别是，对采用光强度补偿部位的情况进行说明，该光强度补偿部位形成为在光导波方向上长度不同的多个槽，在这些槽中填充光强度系数为正的同一光强度补偿材料，由此来补偿光学距离相对于期望的光强度的变化。在该情况下，光强度补偿部位的光学距离的变化量与槽的物理长度成比例，因此，简单地使用槽的长度来说明光强度补偿部位的光学距离的变化量。

但是，显而易见的是，实际上，光强度补偿部位例如形成多个同一物理长度的槽，分别填充具有期望的光强度系数的不同种类的多个光强度补偿材料，由此也能获得同样的效果，将以下的各图所示的槽的长度、槽间的光波导的长度规定为相对于光强度补偿部位的光强度的光学距离。

此外，在上述的波导型光干涉仪回路中，在光波导本身的光强度系数比光强度补偿材料的光强度系数大的情况下，当然也可以将光强度补偿材料的相对的光强度系数规定为“负”。

图36是将本发明的实施例13的波导型光干涉仪回路的光波导的构造在短臂和长臂中进行对比而说明的基板俯视图。

在图36的本发明的实施例13的波导型光干涉仪回路的光波导的构造中，在位于干涉仪的长度不同的各臂的多个光强度补偿部位(槽)中，通过使“长臂的槽长”(光学距离)的平均值比“短臂的槽长”(光学距离)的平均值短，来提高光强度补偿的平衡。

实施例13的波导型光干涉仪回路是配置在同一平面内的光干涉仪，所述光干涉仪包括：光分支部、光耦合部以及被所述光分支部和所述光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导。

所述波导型光干涉仪回路的特征在于，在长度不同的多个波导中的波导长度长的一方的波导中，通过将光强度补偿部位的长度的总和La分割为j个(j为正整数)而形成的j个光强度补偿部位的长度的平均值Laj(图36中，Laj＝(La1+La2+La3)/3)比在长度不同的多个波导中的波导长度短的另一方的波导中，通过将光强度补偿部位的长度的总和Lb分割为k个(k为正整数)槽而形成的k个光强度补偿部位的长度的平均值Lbk(图36中，Lbk＝(Lb1+Lb2+Lb3)/3)短。

即，作为

Laj＜Lbk 算式(11)，

在位于干涉仪的各臂的多个光强度补偿部位中，通过使长臂的槽长的平均值Laj比短臂的槽长的平均值Lbk短，能提高两臂间的光强度补偿的平衡。

需要说明的是，以下也是同样，但举例示出的长/短两臂不仅包括马赫－曾德尔干涉仪(MZI)的臂，还包括阵列波导型波长合波/分波器(AWG)的长度不同的多个波导中的任意两个。

此外，j、k作为正整数，在图36中，示出了j、k＝3的情况，分割总和来定义槽长的平均值，但显而易见的是，多个光强度补偿部位(槽)的长度可以互不相同，也可以相同。此外，j和k不需要相等，当然，即使在j或k＝1的情况下，即在一个槽的情况下，槽长的平均值也可以规定为单个槽的长度。

(实施例14)

图37是将本发明的实施例14的波导型光干涉仪回路的光波导的构造在短臂和长臂中进行对比而说明的基板俯视图。

在图37的本发明的实施例14的波导型光干涉仪回路的光波导的构造中，在位于干涉仪的各臂的多个光强度补偿部位，使“长臂的槽间的光波导”的长度(光学距离)的平均值比“短臂的槽间的光波导”的长度(光学距离)的平均值长，由此来提高光强度补偿的平衡。

实施例14的波导型光干涉仪回路是配置在同一平面内的光干涉仪，所述光干涉仪包括：光分支部、光耦合部以及被所述光分支部和所述光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导。

所述波导型光干涉仪回路的特征在于，在长度不同的多个波导中的光波导长度长的一方的波导中，通过将光强度补偿部位的长度的总和Lc分割为j个(j＝2以上的正整数)而形成的光强度补偿部位之间的j－1个光波导的长度的平均值Lcj(图37中，Lcj＝(Lc1+Lc2)/2)比在长度不同的多个波导中的光波导长度短的另一方的波导中，通过将光强度补偿部位的长度的总和Ld分割为k个(k＝2以上的正整数)的槽而形成的光强度补偿部位之间的k－1个光波导的长度的平均值Ldk(图37中，Ldk＝(Ld1+Ld2)/2)长。

即，作为

Lcj＞Ldk 算式(12)，

在位于干涉仪的各臂的多个光强度补偿部位中，通过使长臂的槽间的光波导的长度的平均值Lcj比短臂的槽间的光波导的长度的平均值Ldk长，也能提高两臂间的光强度补偿的平衡。

此外，j、k作为2以上的正整数，在图37中，示出了j、k＝3的情况，分割总和来定义光强度补偿部位(槽)间的光波导长度的平均值，但显而易见的是，槽间的多个光波导的长度可以互不相同，也可以相同。此外，j和k不需要相等，为了使槽间的光波导至少存在一个，j、k需要均为2以上，即使在j或k＝2的情况下，即在槽间的光波导为一个的情况下，槽间的光波导的长度的平均值也可以规定为单个槽间的光波导的长度。

(实施例15)

图38是将本发明的实施例15的波导型光干涉仪回路的光波导的构造在短臂和长臂中进行对比而说明的基板俯视图。

在图38的本发明的实施例15的波导型光干涉仪回路的光波导的构造中，使MZI的长臂的光强度补偿部位的“槽长”(光学距离)与各槽间的“光波导长度”(光学距离)的比小于MZI的短臂的光强度补偿部位的“槽长”(光学距离)与各槽间的“光波导长度”(光学距离)的比，由此提高光强度补偿的平衡。单纯地将光强度补偿部位分割为多个来提高散热性，由此，具有高光功率耐性。定义并限定为“槽长”与各槽间的“光波导长度”的比。

实施例15的波导型光干涉仪回路是配置在同一平面内的光干涉仪，所述光干涉仪包括：光分支部、光耦合部以及被所述光分支部和所述光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导。

所述波导型光干涉仪回路的特征在于，在长度不同的多个波导中的光波导长度长的一方的波导中，将光强度补偿部位的长度的总和La分割为j个(j＝2以上的正整数)而形成的各光强度补偿部位的长度的平均值Laj与各光强度补偿部位之间的j－1个光波导的长度的平均值Lcj的比设为(Laj/Lcj)，在长度不同的多个波导中的光波导长度短的另一方的波导中，将光强度补偿部位的长度的总和Lb分割为k个(k＝2以上的正整数)而形成的各光强度补偿部位的长度的平均值Lbk与各光强度补偿部位之间的k－1个光波导的长度的平均值Ldk的比设为(Lbk/Ldk)时，为(Laj/Lcj)≤(Lbk/Ldk)算式(13)。

该算式(11)的条件与上述的算式(11)、算式(12)的条件并不相反。例如，考虑将上述的槽长的平均值设为Laj＝1、Lbk＝3，将槽间的光波导长度的平均值设为Lcj＝2、Ldk＝1的情况。于是，在满足算式(11)、算式(12)的条件的同时，算式(13)的比成为(1/2)≤(3/1)，三个算式均成立。如此，能更进一步提高两臂间的光强度补偿的平衡。

此外，j、k作为2以上的正整数，在图38中，示出了j、k＝3的情况，分割总和来定义槽长的平均值，但显而易见的是，多个光强度补偿部位(槽)和槽间的光波导的长度可以互不相同，也可以相同。此外，j和k不需要相等，为了使槽间的光波导至少存在一个，j、k均需要为2以上，也可以将槽间的光波导为一个的情况下的平均值规定为单个槽间的光波导的长度。

(波导材料)

在任一实施例中，作为上部包层、芯体以及下部包层的波导材料，都可以使用与一般的光波导相同的各种光学材料，但特别是作为芯体材料，可以使用以Ge(锗)、B(硼)、P(磷)、Sn(锡)、Al(铝)、Ti(钛)、Mg(镁)、Nb(铌)、Zr(锆)、Hf(铪)等材料作为掺杂物掺入而提高了折射率的SiO₂(石英玻璃)。此时，作为上部包层和下部包层波导材料，可以使用纯SiO₂(石英玻璃)、包含调整了与芯体之间的折射率差的掺杂物的SiO₂(石英玻璃)。

产业上的可利用性

如上所述，本发明能应用于使用了高强度入射光的分光测定技术、光散射等光分析技术以及在光通信或光信息处理的领域中使用的光导波回路以及具有该光导波回路的光导波回路模块，说明书中也公开了该光导波回路的制造方法。特别是，能应用于光学特性不依赖于光信号强度的导波型光元件，更详细而言，能应用于光学特性相对于光信号强度的增大也不易改变的、由形成于平面基板上的波导构成的、光波长合波/分波器那样的波导型光干涉仪回路。

附图标记说明：

101、201、401、501、601 基板；

102、202、402、502、262 输入波导；

103、106 定向耦合器；

403、406 MMI；

263、503、506 平板光波导；

104、105、404、405 臂波导；

107、208、407、508 输出波导；

203 光分支部；

206 光耦合部；

207、507、267 (阵列)光波导；

610、620、5041～5043、131～133、141～143、151～153、2641～2645、2741～2745、2841～2845、2941～2945、3041～3044、910、410 槽；

408、504 光强度补偿部位；

520 温度调整用的槽；

603、901 芯体层；

602、902 下部包层；

604、903 上部包层；

640 高强度光；

911 由热传导率不同的材料形成的区域。

Claims

1.一种波导型光干涉仪回路，配置在同一平面内，其特征在于，

所述波导型光干涉仪回路包括：输入波导、光分支部、光耦合部、输出波导以及被所述光分支部和所述光耦合部夹着的长度互不相同的多个光波导，

在所述波导型光干涉仪回路中，具备：光强度补偿部位，设于所述光分支部或所述光耦合部的至少一方，形成为横穿光路径的至少一条槽，

在没有所述光强度补偿部位的情况下，将连结来自所述输入波导的连接端的中心和向被所述光分支部与所述光耦合部夹着的第i个所述光波导的连接端的中心的光路径的直线设为K，将K的光学距离设为Lai，将所述第i个光波导的光学距离设为Lbi，将因被所述第i个所述直线K的光路径横穿的所述槽的槽宽的光强度补偿部位的形成而引起的光学距离的变化量的合计值设为Lri，在没有所述光强度补偿部位的情况下，将相对于全入射光强度Ptotal的光学距离的光强度系数设为d/dPtotal时，

d(2×Lai+Lbi+Lri)/dPtotal＝C，

其中，i为正整数，i＝1～N，C是与i无关的恒定值，N是光波导的条数。

2.根据权利要求1所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

在将被第j个光路径横穿的所述槽的槽宽的光学距离的合计值设为Lrj时，

在所述第i个光波导的光学距离Lbi比所述第j个光波导的光学距离Lbj长的情况下，Lri＜Lrj，其中j为正整数且j≠i。

3.根据权利要求1所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

在将被所述第i个光路径横穿的所述槽的间隔的光学距离的合计值设为Lqi，将被第j个光路径横穿的所述槽的间隔的光学距离的合计值设为Lqj时，

在所述第i个光波导的光学距离Lbi比所述第j个光波导的光学距离Lbj长的情况下，Lqi＜Lqj，其中j为正整数且j≠i。

4.根据权利要求1所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

在将被第j个光路径横穿的所述槽宽的光学距离的合计值设为Lrj，将被所述第i个光路径横穿的所述槽的间隔的光学距离的合计值设为Lqi，将被所述第j个光路径横穿的所述槽的间隔的光学距离的合计值设为Lqj时，

在所述第i个光波导的光学距离Lbi比所述第j个光波导的光学距离Lbj长的情况下，(Lri/Lqi)≤(Lrj/Lqj)，其中j为正整数且j≠i。

5.根据权利要求1所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

所述槽的槽宽或多个槽的间隔的各合计与从所述输入波导入射的光在所述光分支部内辐射时的光强度分布成比例。

6.根据权利要求5所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

在将相对于第i个光路径的直线的中心轴的辐射角度设为θi，将被所述光路径的直线横穿的各槽间的间隔的光学距离的合计设为Lqi时，

将Lqi设为θ的函数，并设为高斯分布的函数，其中i为正整数。

7.根据权利要求5所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

在将相对于第i个光路径的直线的中心轴的辐射角度设为θi，将被所述光路径的直线横穿的各槽宽的光学距离的合计设为Lri时，

将Lri设为θ的函数，将从常数中减去Lri后得到的差分设为高斯分布的函数，其中i为正整数。

8.根据权利要求5所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

将Lqi设为θ的函数，并设为Sinc函数，其中i为正整数。

9.根据权利要求5所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

将Lri设为θ的函数，将从常数中减去Lri后得到的差分设为Sinc函数，其中i为正整数。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

所述波导型光干涉仪回路具有如下构造：在所述光强度补偿部位的表面或底面，沿着所述光路径配置热传导率与构成所述多个光波导的包层的热传导率不同的材料。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

所述光分支部或所述光耦合部由平板光波导构成，是包括下部包层、芯体以及上部包层的埋入波导构造，

所述光强度补偿部位形成横穿光路径，并且至少部分地横穿所述芯体的槽构造。

12.根据权利要求1所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

还具备：第二光强度补偿部位，设于所述多个光波导的至少一个。

13.根据权利要求12所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

所述第二光强度补偿部位由至少部分地横穿所述光波导的槽形成。

14.根据权利要求12所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

在所述第二光强度补偿部位的周围，沿着所述光波导形成有温度调整用的槽。

15.根据权利要求12所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

所述波导型光干涉仪回路具有如下构造：在所述第二光强度补偿部位的周围，沿着所述光波导配置热传导率与构成所述多个光波导的包层的热传导率不同的材料。

16.根据权利要求12所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

长度不同的多个所述光波导中的波导长度长的一方的光波导中的第二光强度补偿部位的光学距离的平均值Laj比长度不同的多个所述光波导中的波导长度短的另一方的光波导中的第二光强度补偿部位的光学距离的平均值Lbk短。

17.根据权利要求12所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

长度不同的多个所述光波导中的波导长度长的一方的光波导中的多个第二光强度补偿部位之间的光波导的光学距离的平均值Lcj比长度不同的多个所述光波导中的波导长度短的另一方的光波导中的多个第二光强度补偿部位之间的光波导的光学距离的平均值Ldk长。

18.根据权利要求12所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

在长度不同的多个所述光波导中的波导长度长的一方的光波导中，将多个第二光强度补偿部位的光学距离的平均值Laj与多个第二光强度补偿部位之间的光波导的光学距离的平均值Lcj的比设为(Laj/Lcj)，

在长度不同的多个所述光波导中的波导长度短的另一方的光波导中，将多个第二光强度补偿部位的光学距离的平均值Lbk与多个第二光强度补偿部位之间的波导的光学距离的平均值Ldk的比设为(Lbk/Ldk)时，

(Laj/Lcj)≤(Lbk/Ldk)。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的波导型光干涉仪回路，其特征在于，

所述光波导是包括下部包层、芯体以及上部包层的埋入波导构造，所述光强度补偿部位形成与光波的行进方向交叉并且至少部分地横穿所述芯体的槽构造。