JP2000121857A

JP2000121857A - Ｙ分岐光導波路及び光集積回路

Info

Publication number: JP2000121857A
Application number: JP4413799A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Ido; 立身井戸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-04-28
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: JP3841969B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本願の目的は非対称分岐比を安定に且つ低放
射損失に得ることが出来る非対称Ｙ分岐光導波路及びそ
れを用いた光集積回路、光伝送システムを提供する。【解決手段】本願に係る非対称Ｙ分岐型光導波路は、
第１の導波路（Ｉ）と、２つの第２の導波路（ＩＩＩ）
と、両者の間に配置されたマルチモード導波路部（Ｉ
Ｉ）を有して構成される。本Ｙ分岐型光導波路は、当該
第１の導波路と当該マルチモード導波路との接続部にお
いてマルチモード導波路の光軸と交差する方向の幅が不
連続に変化し、且つ前記２つの第２の導波路の各々の第
２の導波路に対して各々光ピークが現れるごとく前記マ
ルチモード導波路が光軸方向の中心線に対して非対称と
なるよう構成されている。こうして、モード干渉で現れ
る２峰性の光強度分布において峰の高さに差が生じて、
分岐比の非対称化が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、Ｙ分岐光導波路
及び光集積回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光部品の小型化・低コスト化を目
指して、基板上に石英（ガラス）やポリマから成る光導
波路、Ｙ分岐光導波路、および方向性結合器などを集積
化した光集積回路の研究が活発化している。Ｙ分岐光導
波路は光集積回路を構成する要素として重要であり、そ
の分岐過剰損失を低減すべく様々な構造を持つＹ分岐光
導波路が検討されている。

【０００３】通常Ｙ分岐光導波路としては、分岐比が
１：１の対称なものが検討されているが、異なる分岐比
を持つ非対称Ｙ分岐光導波路も用途によっては必要であ
る。石英（ガラス）系導波路を用いた非対称Ｙ分岐につ
いては、例えば、「ＮＴＴＲ＆Ｄ」、Ｖｏｌ．４６、
Ｎ０．５、１９９７、ｐｐ．４７３〜４８５（記事
１）、あるいは「１９９５年電子情報通信学会エレクト
ロニクスソサイエティ大会予稿集」、ＳＣ−１−１５、
ｐｐ．３３７〜３３８（記事２）に記載されている。こ
のような非対称Ｙ分岐光導波路を用いることによって、
受信感度の優れた光送受信モジュールや任意の分岐数を
持つスプリッタを実現している。

【０００４】具体的には、前者（記事１）の例は、入力
導波路、入射光を広げるテーパ導波路、及び２つの出力
導波路を有し、入力導波路とテーパ導波路を中心軸から
所定値だけずらすことにより、分岐比を非対称化してい
る。一方、後者（記事２）の例は、分岐光導波路の入力
端のコア幅をＷ１、２つの出力端のコア幅をそれぞれＷ
０とし、このコア幅を光の進行方向Ｌに沿ってＷ１から
Ｗ０に徐々に広がるテーパ導波路としている。そして、
各コア幅の増加率ｄＷ／ｄＬを分岐した二つの導波路で
異なる値とすることによって、分岐比を非対称化してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本願発明を説明するに
先立って、これまでの技術の問題点を明らかにする。即
ち、従来の例として説明した非対称Ｙ分岐光導波路を実
際に作製すると、以下のような問題点が生ずる。

【０００６】前者（記事１）においては、フォトリソグ
ラフィの分解能やコアのパターンニングの時に生じるサ
イドエッチングなどのために、出力導波路間の隙間の先
端がなまった形（幅約３μｍ程度）となる。出力導波路
に入射する光は中心部分で大きな光強度を持っている。
従って、このなまり部で光が散乱されるために、Ｙ分岐
で放射損失を生じる。この放射損失は、コアとクラッド
間の屈折率差が比較的小さな光導波路（例えば屈折率差
が０．３％以下）においては比較的小さく無視できる
が、その屈折率差が大きな導波路（例えば屈折率差が
０．４５％以上）では極めて大きくなり実用上の障害と
なる。

【０００７】一方、後者（記事２）においては、非対称
Ｙ分岐が楔型構造を取ることによって導波路間の幅が有
限でもあまり放射損失を生じないように設計されてい
る。しかし、スリット部に光の強い部分が入射・散乱す
るので、やはりコアとクラッドの屈折率差が大きい導波
路では大きな放射損失を生じる。また、分岐導波路の入
力端の幅は他の部分に比べて半分程度に狭くなる。従っ
て、ポリマなどの軟弱な材料を用いて導波路を形成する
際には、この領域が応力等によって導波路に亀裂が発生
するおそれがある。さらに実際にＹ分岐を作製すると、
上部クラッド層を形成してＹ分岐を埋込む時に分岐導波
路間の狭い部分にボイド（気泡）などの欠陥が発生する
ことがある。この為、従来のいずれの非対称Ｙ分岐にお
いても、この欠陥部に光の最も強い部分がぶつかるため
に大きな放射損失を生じる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明の目的は、放射
損失が少なく安定な分岐比を有する非対称Ｙ分岐光導波
路及びそれを用いた光集積回路を提供することにある。
また、本非対称Ｙ分岐光導波路及びそれを用いた光集積
回路は光伝送装置、あるいは光ネットワークなどに用い
て有用である。

【０００９】本発明者は、前述した従来例の持つ問題を
解決するために、Ｙ分岐光導波路全体的にその諸構成の
見直しを行なった。そして、本願発明は、光導波路とし
て、マルチモード干渉（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅｉｎｔ
ｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：以下、ＭＭＩと略記する）型Ｙ分
岐光導波路に注目し、これを用いて非対称Ｙ分岐を作製
することを考えた。ＭＭＩ型Ｙ分岐については、後述の
とおり対称（１：１）Ｙ分岐は知られているが、非対称
Ｙ分岐は知られていない。本発明者は、このＭＭＩ型Ｙ
分岐に関して鋭意研究を進め、その構成を工夫すること
によって、放射損失が少なく安定な分岐比を有する非対
称Ｙ分岐光導波路が得られることを見出したものであ
る。

【００１０】即ち、本願発明に係る非対称Ｙ分岐光導波
路は、光を入力する入力導波路と、光を出力する２つの
出力導波路と、入力導波路と２つの出力導波路の間に配
置され複数のモード光を発生するマルチモード導波路と
を備えたＹ分岐光導波路であって、このマルチモード導
波路が光軸方向の中心線に対して非対称となるように構
成したものである。

【００１１】ここで非対称の構成は、例えば、次の方法
によって得ることが出来る。第１は中心線で分けられた
マルチモード導波路の入口部分の一方の幅を、対応する
マルチモード導波路の出口部分の幅よりも小さくする方
法である。第２は中心線で分けられたマルチモード導波
路の中間部分の一方の幅を、対応するマルチモード導波
路の出口部分の幅よりも小さくする方法である。一方、
前述の第１および第２のいずれの場合も、マルチモード
導波路の出口部分は、光軸方向の中心線に対して対称と
なるようにする。

【００１２】また、本願発明に係る別な非対称Ｙ分岐光
導波路の形態は、光を入力する入力導波路と、光を出力
する２つの出力導波路と、入力導波路と２つの出力導波
路の間に配置され複数のモード光を発生するマルチモー
ド導波路とを備えたＹ分岐光導波路であって、マルチモ
ード導波路のコア部の側面と中心線との距離が光の進行
方向に対して少なくとも一部で互いに異なるように構成
したものである。

【００１３】コア部の側面と中心線との距離が互いに異
なるよう構成するには、例えば光の進行方向に対してそ
の距離が曲線状に変化するようにする。この場合、マル
チモード導波路のコア部の一側面と中心線との距離の変
化を、マルチモード導波路の出口付近において緩やかに
するとよい。また、マルチモード導波路のコア部の一側
面と中心線との距離を入口から出口に向って大きくし、
かつ距離の変化がマルチモード導波路の中間部に比べ入
口付近と出口付近において小さくなるようにしてもよ
い。

【００１４】具体的には、例えばマルチモード導波路の
コア部の一側面と中心線との距離が入口から出口に向っ
て正弦関数状に大きくなるようにしたり、Ｒａｉｓｅｄ
Ｓｉｎ状に大きくなるようにする。さらに、２つの出
力導波路の入口に所定幅のオフセットを付与してもよ
い。このように構成することにより、マルチモード導波
路を構成するコアとクラッドの屈折率差が０．３％より
も大きい場合でも放射損失を小さくすることができる。
ここで、コア及びクラッドはポリマ材料又は石英系材料
から構成される。

【００１５】本願発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路は、
光集積回路に好適に用いることができる。このような光
集積回路は、入力導波路と複数の出力導波路の間に配置
したマルチモード導波路が光軸方向の中心線に対して非
対称となるよう構成された非対称Ｙ分岐光導波路を含
む。そして必要に応じて、他の非対称Ｙ分岐光導波路や
対称Ｙ分岐光導波路を組み合せて集積する。

【００１６】これにより、放射損失が少なく安定な分岐
比を有する非対称Ｙ分岐光導波路及びそれを用いた光集
積回路を得ることができる。

【００１７】本願発明によれば、放射損失が少なく安定
な分岐比を有する非対称Ｙ分岐光導波路及びそれを用い
た光集積回路を得ることができる。

【００１８】尚、上記の説明では、出力導波路が２つの
いわゆるＹ分岐光導波路をもって説明したが、更に多く
の出力導波路を有する光導波路に対しても本願発明の発
明思想を用いることが出来る。

【００１９】以下に、本願に係わる発明の代表的な諸形
態を列挙すれば、次の通りである。

【００２０】第１の形態は、光を入力する入力導波路
と、光を出力する複数の出力導波路と、前記入力導波路
と複数の出力導波路の間に配置され複数のモード光を発
生するマルチモード導波路とを備え、前記マルチモード
導波路が光軸方向の中心線に対して非対称となるよう構
成されたことを特徴とする光導波路である。

【００２１】尚、一般に双方向の光伝送においては、Ｙ
分岐光導波路において、前記出力導波路と称した第２の
光導波路より前記入力導波路と称した第１の光導波路に
光を伝搬させることもある。しかし、本願明細書の以下
の説明では、説明をわかり易くする為、第１の光導波路
を光を「入力導波路」、複数の第２の光導波路を「出力
導波路」と称する。それは、本願発明の解決課題が、前
記第１の光導波路から前記複数の第２の光導波路への光
の分岐に関するものであるからである。

【００２２】第２は、前記第１の形態のＹ分岐光導波路
において、前記中心線で分けられた前記マルチモード導
波路の入口部分の一方の幅が、対応する前記マルチモー
ド導波路の出口部分の幅よりも小さいことを特徴とする
光導波路である。

【００２３】第３は、前記第１の形態のＹ分岐光導波路
において、前記中心線で分けられた前記マルチモード導
波路の中間部分の一方の幅が、対応する前記マルチモー
ド導波路の出口部分の幅よりも小さいことを特徴とする
光導波路である。

【００２４】第４は、光を入力する入力導波路と、光を
出力する複数の出力導波路と、前記入力導波路と複数の
出力導波路の間に配置され複数のモード光を発生するマ
ルチモード導波路とを有し、前記入力導波路と前記マル
チモード導波路との接続部において当該マルチモード導
波路の光軸と交差する方向の幅が不連続に変化し、且つ
前記マルチモード導波路が光軸方向の中心線に対して非
対称となるよう構成されたことを特徴とする光導波路で
ある。

【００２５】第５は、光を入力する入力導波路と、光を
出力する複数の出力導波路と、前記入力導波路と複数の
出力導波路の間に配置され複数のモード光を発生するマ
ルチモード導波路とを有し、前記入力導波路と前記マル
チモード導波路との接続部において当該マルチモード導
波路の光軸と交差する方向の幅が不連続に変化し、且つ
前記マルチモード導波路の入口部分の少なくとも一方の
幅が、対応する前記マルチモード導波路の出口部分の幅
よりも小さいことを特徴とする光導波路である。

【００２６】尚、ここで、上記前記入力導波路と前記マ
ルチモード導波路との接続部の不連続の諸形態の詳細に
ついては、後述される。

【００２７】第６は、光を入力する入力導波路と、光を
出力する複数の出力導波路と、前記入力導波路と複数の
出力導波路の間に配置され複数のモード光を発生するマ
ルチモード導波路とを有し、前記マルチモード導波路が
光軸方向の中心線に対して非対称となるよう構成され、
前記マルチモード導波路での複数の光ピークが現れる位
置に前記複数の出力導波路の各々を配したことを特徴と
する光導波路である。

【００２８】第７は、前記第６のＹ分岐光導波路におい
て、前記入力導波路と前記マルチモード導波路との接続
部において当該マルチモード導波路の光軸と交差する方
向の幅が不連続に変化し、且つ前記マルチモード導波路
が光軸方向の中心線に対して非対称となるよう構成され
たことを特徴とする光導波路である。

【００２９】第８は、第１の光導波路と、２つの第２の
光導波路と、前記第１の光導波路と前記２つの第２の光
導波路とはそれら間にマルチモード光導波路を有して接
続され、前記第１の光導波路と前記マルチモード光導波
路との接続部において前記第１の光光導波路の光軸の延
長線と交差する方向の幅に不連続があり、且つ前記第１
の光導波路から光を入射した時、前記２つの第２の光導
波路の各々に対応して前記伝搬光に光強度の異なる第１
の峰および第２の峰を有するように、前記マルチモード
光導波路の形状が前記第１の光導波路の光軸方向の中心
線の延長線に対して非対称な形状を有することを特徴と
するＹ分岐光導波路である。

【００３０】第９は、前記第１の光導波路と前記マルチ
モード光導波路との接続部のコア領域の少なくとも側面
は遷移領域を有し、この遷移領域の両側に連なる当該第
１の光導波路のコア領域と当該マルチモード光導波路の
コア領域との両側面の延長線は互いに交差していること
を特徴とする前記第８に記載のＹ分岐光導波路である。

【００３１】第１０は、前記遷移領域の両側に連なる当
該第１の光導波路のコア領域と当該マルチモード光導波
路のコア領域との両側面の延長線は互いに直交している
ことを特徴とする前記第９に記載のＹ分岐光導波路であ
る。

【００３２】第１１は、前記第１の光導波路と前記マル
チモード光導波路との接続部の不連続部は、前記第１の
光光導波路の光軸の延長線と交差する方向の幅が当該光
導波路を伝搬する光の光導波路内の波長の５０倍以下の
長さに渡って変化してなされることを特徴とする前記第
８に記載のＹ分岐光導波路である。

【００３３】第１２は、第１の光導波路と、２つの第２
の光導波路と、前記第１の光導波路と前記２つの第２の
光導波路との間に配置されたマルチモード光導波路とを
有し、前記第１の光導波路と前記マルチモード光導波路
との接続部において前記第１の光導波路の光軸の延長線
と交差する方向の幅が不連続に変化し、且つ前記伝搬光
の光軸と直交して交差する面での光強度の分布がその光
強度の異なる２つの極大値を有し、当該２つの極大値を
有する光分布の各々が前記２つの第２の光導波路の各々
に対応するように、前記マルチモード光導波路の形状が
前記第１の光導波路光軸方向の中心線の延長線に対して
非対称となるよう構成されたことを特徴とするＹ分岐光
導波路である。

【００３４】第１３は、光を入力する入力導波路と、光
を出力する複数の出力導波路と、前記入力導波路と複数
の出力導波路の間に配置され複数のモード光を発生する
マルチモード導波路とを有し、前記マルチモード導波路
が光軸方向の中心線に対して非対称となるよう構成さ
れ、前記マルチモード導波路での複数の光ピークが現れ
る位置に前記複数の出力導波路の各々を配されたＹ分岐
光導波路を有することを特徴とする光集積回路である。

【００３５】第１４は、光を入力する入力導波路と、光
を出力する複数の出力導波路と、前記入力導波路と複数
の出力導波路の間に配置され複数のモード光を発生する
マルチモード導波路とを有し、前記複数の出力導波路の
各々の出力導波路に対して各々光ピークが現れるごとく
前記マルチモード導波路が光軸方向の中心線に対して非
対称となるよう構成されたＹ分岐光導波路を有すること
を特徴とする光集積回路である。

【００３６】第１５は、光を入力する入力導波路と、光
を出力する複数の出力導波路と、前記入力導波路と複数
の出力導波路の間に配置され複数のモード光を発生する
マルチモード導波路とを有し、前記入力導波路と前記マ
ルチモード導波路との接続部において当該マルチモード
導波路の光軸と交差する方向の幅が不連続に変化し、且
つ前記マルチモード導波路が光軸方向の中心線に対して
非対称となるよう構成されたＹ分岐光導波路を有するこ
とを特徴とする光集積回路である。

【００３７】尚、前述した光導波路の非対称構造の構成
の諸方法を、その各々の趣旨に従って、上記発明の諸形
態に適用出来ることは言うまでもない。

【００３８】

【発明の実施の形態】本願発明の実施例を説明する前
に、まず、本願発明で用いるマルチモード干渉（ｍｕｌ
ｔｉ−ｍｏｄｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）
型Ｙ分岐について述べる。マルチモード導波路を用いて
Ｙ分岐を形成する技術は、例えば、ＩＥＥＥＰＨＯＴ
ＯＮＩＣＳＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＬＥＴＴＥＲＳ，
ＶＯＬ．２，ＮＯ．６，１９９０，ｐｐ．４０４〜４０
６、あるいは１９９４年秋季第５５回応用物理学会学術
講演会講演予稿集、第３分冊、１９ｐ−Ｒ−２、ｐ．９
０８に記載されている。これらは、特に半導体光導波路
の分野で検討されているもので、その用途からして分岐
比１：１の対称Ｙ分岐である。

【００３９】ＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路の例は、入力導波
路、マルチモード導波路部、及び２つの出力導波路から
なる。この入力導波路を伝播する基本モード光が、マル
チモード導波路部に入射すると、マルチモード導波路部
において基本モード光（ｎ＝０）と高次モード光（ｎ＝
２）が発生し、両モード光の位相速度差による干渉によ
って伝播する光の波形が変形する。そして、両モード光
の位相がちょうどπだけ異なる箇所では、伝播する光は
２つのピークをもつ強度分布を有することとなる。この
部分に対応して２つの出力導波路を配置することによ
り、分岐比１：１の対称Ｙ分岐を実現することが出来
る。

【００４０】このようなＭＭＩ型Ｙ分岐を、非対称化す
る方法としては、次のような方法が考えられる。（１）
第１は入力導波路を中心軸からΔｘだけずらす方法、
（２）第２はマルチモード導波路部を中心線に対して非
対称とする方法、（３）第３は出力光導波路を中心線に
対して非対称とする方法である。これらの方法を検討し
た結果、第２の方法が最も有用であることが判明した。

【００４１】先ず、前述の第３の方法では、マルチモー
ド導波路出力端で生じる中心線に対称な２峰性のビーム
が出力導波路に入射する際に光結合の低下を招くので、
大きな放射損失が生じやすい。従って、この方法は実際
的ではない。

【００４２】次に、前述の第１の方法について検討し
た。図１１に示すようなＹ分岐光導波路について、ビー
ム伝播法（ＢＰＭ）を用いて、光の伝播状態を計算し
た。図１１の例は、入力導波路（Ｉ）、マルチモード導
波路（ＩＩ）および２つの出力導波路（ＩＩＩ）が接続
されたＹ分岐光導波路の概略を示す平面図である。図で
は光が伝播する導波路部分のみが模式的に示されてい
る。Ｐ０は入射光の強度、Ｐ１’，Ｐ２’は２つの出力
導波路（ＩＩＩ）の各々の出力導波路での光の強度を示
す。Ｗは入出力導波路の光軸に交差する方向の幅、△ｘ
は入力導波路と出力導波路の中心線の差、またｄは２つ
の出力導波路の間隔を示している。ｚはマルチモード導
波路（ＩＩ）の入力端よりの距離を示し、ｚ＝Ｌの位置
が出力導波路（ＩＩＩ）の入力端の位置を示している。
図１１において、導波路に交差して示された複数の細線
は各位置における、光のモードを模式的に示している。
又、図に「おいて一点鎖線は導波路の中心線を示してい
る。尚、他の光導波路の平面図などにおける符号は図１
１と同様の部位を示している。

【００４３】光の伝播状態の計算例の結果を図３に示
す。この結果は、各幾何学的パラメータが次の場合のも
のである。即ち、それらは、当該光導波路のコア部の屈
折率が１．５２、コアとクラッドの屈折率差が０．４５
％、入出力導波路幅（ｗ）が６．５μｍ、出力導波路間
隔（ｄ）が３μｍ、マルチモード導波路部長（Ｌ）が２
４５μｍ、Δｘが４μｍの場合についての結果である。
図３は出力導波路のマルチモード導波路の出口からの距
離と各出力導波路の光パワーの関係を示す図である。図
３においてＰ１’、Ｐ２’は、上記計算結果による各出
力導波路の光パワーを示している。尚、Ｐ１およびＰ２
は本願発明になる非対称型Ｙ分岐光導波路の各出力導波
路の光パワーを示している。これについては後述する。

【００４４】図１１に示した非対称型Ｙ分岐光導波路の
２つの出力導波路部（ＩＩＩ）で各光強度（光パワー）
Ｐ１’、Ｐ２’が、出力導波路のマルチモード導波路部
出口からの距離ｚによって互いに入れ替わり、安定した
分岐比を実現するのが難しいことが、図３の結果より理
解される。前述の光パワーの変化の為、分岐比が波長変
化や出力導波路の間隔の変化に対して大きく変化するこ
とに起因する。この光パワーの変化は、入力導波路を中
心軸からずらしたことによって出力導波路領域で奇モー
ド（ｎ＝１）が発生し、この奇モード（ｎ＝１）と基本
モード（ｎ＝０）間の干渉が生じているためと考えられ
る。

【００４５】次に前述の第２の方法について検討した。
この方法が本願発明に係わる方法である。この方法は、
例えば図１に示す構成を取る。図１は入力導波路
（Ｉ）、マルチモード導波路（ＩＩ）および２つの出力
導波路（ＩＩＩ）が接続されたＹ分岐光導波路で本願発
明の一つの形態を示す平面図である。図中の各符号は前
述した図１１と同様である。

【００４６】本例では、第１に幅ｗの入力導波路（Ｉ）
と幅ｗで初期導波路間隔ｄの２つの出力導波路（ＩＩ
Ｉ）との間に長さＬのマルチモード導波路部（ＩＩ）が
配置される。第２に、マルチモード導波路部を非対称化
するため、マルチモード導波路の入力端におけるコアの
一部をδだけ小さくし、且つ光の進行方向に対してコア
側面と中心線との間の距離が図の関数ａ（ｚ）にしたが
って徐々にもとに戻るよう構成したものである。これが
本発明の一実施例である。これによって、マルチモード
導波路を伝播する光の位相速度が中心線に対して非対称
となる。このため、モード干渉で現れる２峰性の光強度
分布において峰の高さに差が生じて分岐比の非対称化が
実現できる。

【００４７】図２は、図１の形態において、モード干渉
で現れる２峰性の光強度分布の状態を示す図である。図
２において、導波路に交差して示された複数の細線は各
位置における、光のモードを模式的に示している。図の
ように、光強度Ｐ０で入力導波路（Ｉ）を通過した光
は、マルチモード導波路部（ＩＩ）においてモード干渉
により２峰性の光強度分布が生ずる。この２峰性の光強
度分布は上述のマルチモード導波路部の構造により非対
称となり、それぞれ２つの出力導波路（ＩＩＩ）に各々
光強度Ｐ１およびＰ２として伝播される。

【００４８】このような構造を有するＹ分岐光導波路に
ついて、ビーム伝播法（ＢＰＭ）を用いて光の伝播を計
算した結果をＰ１およびＰ２として示す。図３から理解
されるように、２つの出力導波路の各光強度（光パワ
ー）Ｐ１、Ｐ２は出力導波路のマルチモード導波路部出
口からの距離ｚに対してあまり変化せず、安定した分岐
比が実現できる。これは、入力導波路の中心線に対して
２つの出力導波路が対称に配置されているために出力導
波路領域で奇モード（ｎ＝１）の発生が抑制されてお
り、モード干渉による不安定が生じないためと考えられ
る。

【００４９】上記の技術思想を基本にして、更に後述す
る各種諸形態を検討した結果、本発明の目的には、マル
チモード導波路部に非対称性を導入した第２の場合が最
も安定した分岐比を実現できる方法であることを見出し
た。

【００５０】マルチモード導波路部の出口において光が
出力導波路に低放射損失で結合するためには、マルチモ
ード導波路の長さはモード干渉による２峰性のピークが
強く現れるように設定すればよい。また、マルチモード
導波路の出口で出力導波路とより低損失で結合するため
には、出口付近の波面が中心線に対して垂直となるよう
にするのが好ましい。このためにはマルチモード導波路
の出口付近の構造上の変化を緩やかにする必要がある。
さらに出力導波路は中心線に対して対称に配置されてい
るため、マルチモード導波路の出力端における構造は中
心線に対して対称に設定しておく必要がある。

【００５１】これらの要求を満たす構造としては、上述
の図１、図２の他に、例えば図５〜図７のいずれの構造
例をも用い得る。図５〜図７は、これまでの諸例と同様
に、入力導波路（Ｉ）、マルチモード導波路（ＩＩ）お
よび２つの出力導波路（ＩＩＩ）が接続された本願発明
に係わる非対称Ｙ分岐光導波路の概略を示す平面図であ
る。図５は非対称Ｙ分岐光導波路の他の実施例を示す図
であり、マルチモード導波路の上側コアとクラッドとの
境界線を山なりの曲線状に形成したものである。図６
も、本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路の他の実施例を
示す図であり、マルチモード導波路の上側コアとクラッ
ドとの境界線は図１、図２と同様とし、かつ下側コアと
クラッドとの境界線も曲線形状としたものである。図７
は、本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路の他の実施例を
示す図であり、マルチモード導波路の中間部分で上側コ
アとクラッドとの境界線を中心線側にへこんだ曲線とな
るよう形成したものである。勿論、ここに示した諸例に
よらず、本願発明の思想に基づく各種諸形態が可能なこ
とは言うまでもない。

【００５２】ここで、分岐比を有効的に非対称化しかつ
低損失なＹ分岐を実現するためには、マルチモード導波
路部の入口付近での中心線に対する両導波路の幅の非対
称性を、当該マルチモード導波路部の出口付近の中心線
に対する導波路の幅の非対称性より大きな非対称性を導
入し、出口付近では中心線に対して対称な構造を使用し
た方が良い。当該マルチモード導波路部の出口付近での
中心線に対する導波路の幅は必ずしも対称である必要性
はないが、前述の通り対称に設定する方が安定した分岐
比を得るに好適である。

【００５３】即ち、本願発明の一つの形態は、光を入力
する入力導波路と、光を出力する複数の出力導波路と、
前記入力導波路と複数の出力導波路の間に配置され複数
のモード光を発生するマルチモード導波路とを有し、前
記マルチモード導波路が光軸方向の中心線に対して非対
称となるよう構成され、前記マルチモード導波路での複
数の光ピークが現れる位置に前記複数の出力導波路の各
々を配するものである。

【００５４】更には、本願発明の別の形態は、光を入力
する入力導波路と、光を出力する複数の出力導波路と、
前記入力導波路と複数の出力導波路の間に配置され複数
のモード光を発生するマルチモード導波路とを有するＹ
分岐光導波路であって、前記複数の出力導波路の各々の
出力導波路に対して各々光ピークが現れるごとく前記マ
ルチモード導波路が光軸方向の中心線に対して非対称と
なるよう構成するものである。しかし、こうした場合で
も、前記マルチモード導波路部の出口付近では導波路の
中心線に対して対称な構造を使用した方が良い。

【００５５】また、各平面図において上側又は下側に位
置するコアとクラッドとの境界をマルチモード導波路部
の入口付近で中心線から遠ざける構造を導入しても、光
は中心線近傍にしか存在しないために、あまり有効に分
岐比を非対称化できない。有効的に非対称化する方法と
しては、この入口付近で一方のコアとクラッドとの境界
をある程度長い範囲に渡って中心線に近づける必要があ
る。この入口付近で一方のコアとクラッドとの境界を中
心線に近づける範囲は、当該マルチモード導波路部の光
軸と交差する方向の幅や要請される分岐比等にもよる
が、当該マルチモード導波路部の光軸方向の長さの１／
２程度以上とするのが通例である。

【００５６】従って、図１に示すように、上側のコアと
クラッドとの境界線を入口で中心線に近付けて、中心線
からの距離の変化を入口と出口近傍で小さく中心部分で
は大きくするのが良い。具体的な例としては、中心線か
らコアとクラッドとの境界線までの距離を、光の進行方
向に対して、次の式１で表わされる正弦関数状曲線、も
しくは式２で表わされるＲａｉｓｅｄＳｉｎ形状曲線
に添って変化させることが挙げられる。

【００５７】ａ（ｚ）＝ａａｖｅ−δ／２ｃｏｓ［π（ｚ／Ｌ）］ ……式１但し、ａａｖｅはマルチモード導波路の中心線よりの平
均の幅、、δはマルチモード導波路の入力端におけるコ
アの一部の減少幅（δ＞０）、ｚは光の進行方向の距
離、Ｌはマルチモード導波路の入力端から出力導波路の
入力端までの距離である。尚、ａａｖｅ−δ／２がマル
チモード導波路の非対称部分を持つ入力端におけるコア
の幅、ａａｖｅ＋δ／２がマルチモード導波路の非対称
部分を持つ側の出力端におけるコアの幅である。

【００５８】ａ（ｚ）＝ａｍｉｎ＋δ［ｚ／Ｌ―Ｌ／（２π）ｓｉｎ［２π（ｚ／Ｌ）］ ……式２尚、ａｍｉｎはマルチモード導波路の非対称部分を持つ
入力端におけるコアの幅である。従って、（ａｍｉｎ＋
δ）が当該マルチモード導波路の非対称部分を持つ出力
端におけるコアの幅となる。又、式２のその他の各パラ
メータは式１と同様である。

【００５９】図４は、コア形状をＲａｉｓｅｄＳｉｎ
形状に変化させた場合の分岐比（Ｐ１／Ｐ２）と放射損
失（動作波長１．３μｍ）の計算結果を示すものであ
る。横軸はマルチモード導波路の入力端におけるコアの
一部の減少幅δで、実線は分岐比、点線は放射損失を示
す。この計算方法はＢＰＭ法である。また、その光導波
路のモデルは図１に示すものである。用いた各パラメー
タは、当該光導波路のコアの屈折率が１．５２０、コア
とクラッドの屈折率差が０．４５％、入出力導波路幅
（ｗ）が６．５μｍ、出力導波路間の隙間（ｄ）が３μ
ｍ、マルチモード導波路部長（Ｌ）が２４５μｍとし
た。そして、導波路の中心線からコアとクラッドとの境
界線までの距離を上記式２で表わされるＲａｉｓｅｄ
Ｓｉｎ形状に変化させた。この図４から、δを変化させ
ることによって分岐比が１〜３以上の広い範囲に渡って
非対称なＹ分岐が実現できることが分かる。そして、図
４に見られるように、上述の範囲に渡って放射損失は
０．３ｄＢ以下と小さい値を確保することが出来る。

【００６０】図８ａ、図８ｂは、それぞれ本発明に係る
非対称Ｙ分岐光導波路の他の実施例を示す平面図であ
る。これらの諸例は、マルチモード導波路部の出口で現
れる峰のピークと出力導波路の中心とを一致させた例で
ある。具体的には、図示したように、出力導波路の入口
にオフセットｂまたはｃを与える。これにより、非対称
Ｙ分岐の一層の低損失化を図ることができる。このよう
に更に低損失を図る為にオフセット構造を用い、前記マ
ルチモード導波路部の出口で現れる峰のピークと出力導
波路の中心とを一致させるのが好ましい。これら両者を
完全に一致させることがより好ましいことは言うまでも
ない。

【００６１】図８ａと図８ｂの構造のいずれを採用する
かは、導波路の屈折率と当該導波路の出口導波路の曲が
り形状などによって決定される。一般に、図８ａの形状
は半導体材料による導波路の場合に、一方、図８ｂの形
状はレジンやガラスによる導波路の場合に多く採用され
る。また、オッフセットの程度（図８ａあるいは図８ｂ
におけるオフセットｂ、ｃの程度）も導波路の屈折率と
当該導波路の出口導波路の曲がり形状などによって決定
される。一般には、これらのオフセットｂ、ｃの値は概
ね０．２μｍより１．５μｍ程度の範囲から選ばれるこ
とが多い。

【００６２】次に、上記前記入力導波路と前記マルチモ
ード導波路との接続部の不連続の諸形態の詳細について
説明する。

【００６３】これまでの図１、図２、図５、図６、図
７、図８ａ、図８ｂ、図９ａ、図１０ｂ、図１０ｃ、お
よび図１１の各図に示される各導波路の諸形態は、意図
的に曲線部分を導入した領域以外の領域は直線で示され
ている。例えば、入力導波路と前記マルチモード導波路
との接続部は直交するコア部分の外形で示されている。
しかし、実際の導波路の形態には、その角度を有する部
分に微細ななまり部分を有する。このなまりの程度は、
導波路を構成する材料やその製造方法に依存することは
言うまでもない。

【００６４】図１４は本願発明に係る非対称Ｙ分岐光導
波路の一例の入力導波路と前記マルチモード導波路との
接続部を拡大して示した平面図である。図での各符号は
これまでの導波路の平面図と同様である。入力導波路１
とマルチモード導波路２がＺ＝０の位置で接続されてい
る。尚、図１４で符号７として示した曲線部分は、図１
と同様に、前記マルチモード導波路２が光軸方向の中心
線に対して非対称となるよう構成する本願発明に係る領
域を示している。図１４では入力導波路１とマルチモー
ド導波路２の接続部を示したが、当該光導波路の全体の
角部において、類似のなまり部分が生ずる。こうしたな
まり部分が製造方法によることは言うまでもない。マル
チモード導波路２の出口付近も、その形状によって同じ
ようななまりが生ずる。

【００６５】今、導波路の下部に着眼すると、当該この
入力導波路１とマルチモード導波路２との接続部の角部
３になまり部分を有する。同様にマルチモード導波路２
の外側の角部４にもなまり部分を有する。この例では、
入力導波路１とマルチモード導波路２との接続部のコア
領域の少なくとも側面は遷移領域を有し、この遷移領域
の両側にある当該入力導波路のコア領域と当該マルチモ
ード導波路の両コア領域との両側面（６、５）は互いに
交差している。図１４の例では、入力導波路のコア領域
の延長線１０とマルチモード導波路のコア領域の延長線
１１のなす角度φが直角である。本願発明では、この接
続部のこうした不連続性と合わせて前記マルチモード導
波路２が光軸方向の中心線に対して非対称となるよう構
成することによって、光が当該マルチモード導波路２の
領域に入射した際に複数のモードを効率よく励振し、こ
の励振された複数のモードが干渉してマルチモードで伝
搬し、このマルチモード導波路２に連なる２つの出力導
波路の各出力導波路に対して各々光ピークが現れるごと
く構成される。このような趣旨に沿って、本願発明にお
いてはこの角度φは、鈍角にても、鋭角にても実施する
ことが出来るが、多くは鈍角の場合が多い。

【００６６】図１４は比較的加工精度の高い例を示して
いるが、更に加工精度が劣る場合もある。この場合で
も、本願発明を実施することは可能である。又、加工精
度によらず図１４のような形状を製造することも当然出
来る。

【００６７】図１５は本願発明に係る非対称Ｙ分岐光導
波路の別な例の入力導波路と前記マルチモード導波路と
の接続部を拡大して示した平面図である。図での各符号
はこれまでの導波路の平面図と同様である。入力導波路
１とマルチモード導波路２がＺ＝０の位置で接続されて
いる。尚、図１５で符号７として示した曲線部分は、図
１４と同様に、前記マルチモード導波路２が光軸方向の
中心線に対して非対称となるよう構成する本願発明に係
る領域を示している。図１５では入力導波路１とマルチ
モード導波路２の接続部を示したが、当該光導波路の全
体の角部において、類似のなまり部分が生ずることは考
慮しておかねばならない。こうしたなまり部分が製造方
法によることは言うまでもない。

【００６８】図１５の例は、前記のなまりの領域が比較
的大きく設けられた例である。従って、特に図１４の例
に見られた入力導波路のコア領域とマルチモード導波路
の両コア領域との両側面（６、５）は、その接続部で図
１４の例より大きな遷移領域（８、９）を有している。
入力導波路のコア領域の側面の延長線と、当該入力導波
路と当該マルチモード導波路の接続部の両コア領域の側
面が形成する線の変曲点での接線とが鈍角で交差してい
る。図１５の例では、入力導波路のコア領域の延長線１
３とマルチモード導波路のコア領域変曲点での接線１４
の延長のなす角度φが鈍角である。

【００６９】こうした遷移領域を有しても、導波路幅が
所望程度の距離で大きく変化しておれば、複数モードが
励振されて、モード干渉が起きる。この場合、この領域
の光軸方向（いわゆる前記入力導波路の光軸の延長線の
方向）の長さｌ０は、当該導波路を伝搬する光の当該導
波路内の波長（λ）の少なくとも５０倍以下の長さに渡
って変化する必要がある。尚、導波路内の波長（λ）
は、λ０／ｎで表わされる。ここで、λ０は真空中での
光の波長、ｎは当該導波路のコアの屈折率である。

【００７０】更に、十分に高次モードを励振して低損失
なる分岐を得るには、このｌ０は光の当該導波路内の波
長（λ）の２０倍以下となすのが好ましい。

【００７１】尚、図１４および図１５では遷移領域を拡
大して示したが、ガラスあるいはポリマの場合、この領
域は１μｍより２０μｍ程度である。他方、マルチモー
ド導波路の長さは、種々の形態はあるものの、概ね１０
０μｍより４００μｍ程度である。従って、上述したな
まり部分を含む遷移領域を有していても、分岐の設計方
法や特性を基本的に乱すものではない。してみると、例
えば、図１５に示した比較的大きな遷移領域を有する例
においても、前記入力導波路と前記マルチモード導波路
との接続部が光軸方向と交差する方向の幅が不連続に変
化すると見て十分である。

【００７２】以上、本願発明の実施の諸形態について説
明してきたが、これらを整理し、その主な実施の諸形態
を以下に列挙する。

【００７３】（１）第１は、光を入力する入力導波路
と、光を出力する２つの出力導波路と、前記入力導波路
と２つの出力導波路の間に配置され複数のモード光を発
生するマルチモード導波路とを有し、前記マルチモード
導波路が光軸方向の中心線に対して非対称となるよう構
成されたことを特徴とする光導波路である。

【００７４】（２）第２は、前記中心線で分けられた前
記マルチモード導波路の入口部分の一方の幅が、対応す
る前記マルチモード導波路の出口部分の幅よりも小さい
ことを特徴とする前項（１）に記載の光導波路である。

【００７５】（３）第３は、前記中心線で分けられた前
記マルチモード導波路の中間部分の一方の幅が、対応す
る前記マルチモード導波路の出口部分の幅よりも小さい
ことを特徴とする前項（１）に記載の光導波路である。

【００７６】（４）第４は、前記マルチモード導波路の
出口部分が、光軸方向の中心線に対して対称となるよう
構成されたことを特徴とする前項（１）より（３）のい
ずれかに記載の光導波路。

【００７７】（５）第５は、光を入力する入力導波路
と、光を出力する２つの出力導波路と、前記入力導波路
と２つの出力導波路の間に配置され複数のモード光を発
生するマルチモード導波路とを有し、前記マルチモード
導波路のコア部の側面と中心線との距離が光の進行方向
に対して少なくとも一部で互いに異なるよう構成された
ことを特徴とする光導波路である。

【００７８】（６）第６は、前記マルチモード導波路の
コア部の少なくとも一側面と中心線との距離が、光の進
行方向に対して曲線状に変化するよう構成されたことを
特徴とする前項（５）に記載の光導波路である。

【００７９】（７）第７は、前記マルチモード導波路の
コア部の一側面と中心線との距離の変化が、前記マルチ
モード導波路の出口付近において緩やかとなるよう構成
されたことを特徴とする前項（６）に記載の光導波路で
ある。

【００８０】（８）第８は、前記マルチモード導波路の
コア部の一側面と中心線との距離が入口から出口に向っ
て大きくなり、かつ前記距離の変化が前記マルチモード
導波路の中間部に比べ入口付近と出口付近において小さ
くなるよう構成されたことを特徴とする前項（５）に記
載の光導波路である。

【００８１】（９）第９は、前記マルチモード導波路の
コア部の一側面と中心線との距離が入口から出口に向っ
て正弦関数状に大きくなるよう構成されたことを特徴と
する前項（５）に記載の光導波路である。

【００８２】（１０）第１０は、前記マルチモード導波
路のコア部の一側面と中心線との距離が入口から出口に
向ってＲａｉｓｅｄＳｉｎ状に大きくなるよう構成さ
れたことを特徴とする前項（５）に記載の光導波路であ
る。

【００８３】（１１）第１１は、前記２つの出力導波路
の入口に所定幅のオフセットを付与することを特徴とす
る前項（５）より（１０）のいずれかに記載の光導波路
である。

【００８４】（１２）第１２は、光を入力する入力導波
路と、光を出力する複数の出力導波路と、前記入力導波
路と複数の出力導波路の間に配置され導波路を形成する
コアとクラッドの光軸方向の境界線と中心線との距離が
光の進行方向に対して少なくとも一部で互いに異なるよ
う構成されたマルチモード導波路とを備えたことを特徴
とする光導波路である。

【００８５】（１３）第１３は、前記コアとクラッドの
屈折率差が０．３％よりも大きいことを特徴とする前項
（１２）に記載の光導波路である。通例、この程度の屈
折率差をもって光伝送される。

【００８６】（１４）第１４は、前記コア及びクラッド
がポリマ材料又は石英系材料から構成されることを特徴
とする前項（１２）又は（１３）に記載の光導波路であ
る。

【００８７】（１５）第１５は、非対称構造を有するマ
ルチモード導波路で複数のモード光を発生し、前記モー
ド光の干渉により複数のピークが現れる部分に複数の出
力導波路を配置するよう構成したことを特徴とする光導
波路である。

【００８８】（１６）第１６は、光を入力する入力導波
路と、光を出力する２つの出力導波路と、前記入力導波
路と２つの出力導波路の間に配置され複数のモード光を
発生するマルチモード導波路とを有し、前記入力導波路
と前記マルチモード導波路との接続部において当該マル
チモード導波路の光軸と交差する方向の幅が不連続に変
化し、且つ前記マルチモード導波路が光軸方向の中心線
に対して非対称となるよう構成されたことを特徴とする
光導波路である。

【００８９】（１７）第１７は、光を入力する入力導波
路と、光を出力する２つの出力導波路と、前記入力導波
路と２つの出力導波路の間に配置され複数のモード光を
発生するマルチモード導波路とを有し、前記入力導波路
と前記マルチモード導波路との接続部において当該マル
チモード導波路の光軸と交差する方向の幅が不連続に変
化し、且つ前記マルチモード導波路の入口部分の少なく
とも一方の幅が、対応する前記マルチモード導波路の出
口部分の幅よりも小さいことを特徴とする光導波路であ
る。

【００９０】（１８）第１８は、光を入力する入力導波
路と、光を出力する２つの出力導波路と、前記入力導波
路と２つの出力導波路の間に配置され複数のモード光を
発生するマルチモード導波路とを有し、前記マルチモー
ド導波路が光軸方向の中心線に対して非対称となるよう
構成され、前記マルチモード導波路での複数の光ピーク
が現れる位置に前記２つの出力導波路の各々を配したこ
とを特徴とする光導波路である。

【００９１】（１９）第１９は、前記入力導波路と前記
マルチモード導波路との接続部において当該マルチモー
ド導波路の光軸と交差する方向の幅が不連続に変化し、
且つ前記マルチモード導波路が光軸方向の中心線に対し
て非対称となるよう構成されたことを特徴とする前項
（１８）に記載の光導波路である。

【００９２】（２０）第２０は、光を入力する入力導波
路と、光を出力する２つの出力導波路と、前記入力導波
路と２つの出力導波路の間に配置され複数のモード光を
発生するマルチモード導波路とを有し、前記２つの出力
導波路の各々の出力導波路に対して各々光ピークが現れ
るごとく前記マルチモード導波路が光軸方向の中心線に
対して非対称となるよう構成されたことを特徴とする光
導波路である。

【００９３】（２１）第２１は、前記入力導波路と前記
マルチモード導波路との接続部において当該マルチモー
ド導波路の光軸と交差する方向の幅が不連続に変化し、
且つ前記マルチモード導波路が光軸方向の中心線に対し
て非対称となるよう構成されたことを特徴とする前項
（２０）に記載の光導波路である。

【００９４】尚、前述した光導波路の非対称構造の実施
の諸形態を、その各々の趣旨に従って、上記発明の諸形
態に適用出来ることは言うまでもない。

【００９５】上記に説明した本願発明に係わる諸光導波
路を用いて、いわゆる光集積回路を構成することが出来
る。従って、上記各特徴部分を有する光導波路、あるい
はそれらの諸光導波路の複数を組み合わせて一つの基板
に搭載した光集積回路が可能である。また、ハイブリッ
ド光集積回路の外に、例えば半導体材料を用いて諸部材
を集積化した光集積回路をも構成することが出来る。本
明細書ではこれらの諸集積回路を各々列挙することは省
略し、以下に、代表的な形態のみを示す。

【００９６】（２２）第２２は、入力導波路と複数の出
力導波路の間に配置したマルチモード導波路が光軸方向
の中心線に対して非対称となるよう構成された非対称Ｙ
分岐光導波路を含むことを特徴とする光集積回路であ
る。

【００９７】（２３）第２３は、前記非対称Ｙ分岐光導
波路の一つの出力導波路に接続された対称Ｙ分岐光導波
路を備えたことを前項（２２）に記載の光集積回路であ
る。

【００９８】次に、発明の実施の形態の具体例を説明す
る。

【００９９】図９（ａ）は、本発明に係る非対称Ｙ分岐
光導波路の一例を示す平面図で、図９（ｂ）は図９
（ａ）でのＡ−Ａ’断面図である。図における各パラメ
ータはこれまで説明したものと同様である。図９（ａ）
に示す例は光導波路を樹脂、わけても有機高分子樹脂、
有機ポリマを用いて構成する例である。こうした樹脂材
料は光導波路に通例用いることが出来る材料を用いるこ
とが出来る。

【０１００】当該非対称Ｙ分岐型光導波路の製造方法は
次のとおりである。まず、ポリマを用いて非対称Ｙ分岐
を通例の方法によって作製する。即ち、Ｓｉまたは石英
などの基板９１上に、異なる２種類のポリマを順次塗布
とベークとを繰り返して、所望厚さの樹脂膜を形成す
る。こうして、下部クラッド９２（厚さ１０μｍ、屈折
率１．５２０）、コア９３（厚さ６．５μｍ、屈折率
１．５２７）が形成される。次に、こうして準備した基
体上にフォトマスクを設けて、反応性イオンエッチング
により不要部分を除去して、コア９３を図に示すような
形状に加工する。この時、各寸法はｗ＝６．５μｍ、Ｌ
＝２４５μｍ、ｄ＝３．０μｍ、δ＝４．６μｍとす
る。更に、マルチ導波路部で一方のコアとクラッドの境
界線と中心線の距離ａ（ｚ）を前述の式２で表わされる
ＲａｉｓｅｄＳｉｎ形状で変化させる。基体からフォ
トマスクを除去後、再びポリマを塗布、ベークする。こ
うして、上部クラッド９４（厚さ１５μｍ、屈折率１．
５２０）が形成される。具体的なポリマ材料としては、
フッ素化ポリイミドを用いた。当該フッ素化ポリイミド
のフッ素化率を変えることにより屈折率を変化させた２
種類のフッ素化ポリイミドを得ることが出来る。基板を
ダイシングにより所望形状に切断し、端面にシングルモ
ードファイバを結合してスプリッタ・モジュールを構成
する。このスプリッタ・モジュールの分岐特性を評価し
たところ、この非対称Ｙ分岐の分岐比は１：３（±０．
３）で安定した値が得られた。また、このスプリッタ・
モジュールの放射損失も０．３ｄＢと小さな値が得られ
た。

【０１０１】このような形態によって、本発明において
は、出力導波路間の距離が比較的大きくても、あるいは
コアとクラッドの屈折率差が比較的大きくても、低損失
な非対称Ｙ分岐を実現できる。また分岐間に多少の欠陥
が発生しても、その場所には比較的弱い光強度しか無い
ために、大きな過剰損失を生じないというメリットもあ
る。

【０１０２】図１０（ａ）は、本発明に係る非対称Ｙ分
岐光導波路を用いて作製した光集積回路の一例を示す平
面図である。図１０（ｂ）はＡ部の拡大図、図１０
（ｃ）はＢ部の拡大図、図１０（ｄ）はＣ−Ｃ’断面図
である。図１０（ａ）の例は光導波路を無機物を用いて
形成した例である。こうした無機物の例として、石英、
ガラス、半導体材料などを挙げることが出来るが、こう
した材料は光導波路に通例用いることが出来る材料を用
いることが出来る。

【０１０３】この光集積回路は、具体的には分岐比が
１：ｎ（ここで、ｎは整数である）、例えば１：３の石
英系導波路光スプリッタを示している。図１０（ｄ）に
見られるように、石英基板１００（屈折率１．４６０）
上に、ＧｅをドープしたＳｉＯ２コア１０１（厚さ６．
８μｍ、屈折率１．４６７）を火炎堆積法と焼結によっ
て設ける。こうして準備した基体上にフォトマスクを設
けてドライエッチングすることにより、コア１０１を図
のような形状に加工する。その後、基体よりマスクを除
去し、火炎堆積と焼結によってＳｉＯ２上部クラッド１
０２（厚さ２０μｍ）を形成する。ここで、図１０
（ａ）に見られるＡ部には、マルチモード導波路部で一
方の境界線と中心線の距離が式１で示される正弦関数状
に変化した１：２非対称Ｙ分岐（ｗ＝６．８μｍ、ｄ＝
４．０μｍ、Ｌ＝２５５μｍ、ｄ＝３．１μｍ）を、同
様にＢ部には、従来の対称ＭＭＩ型Ｙ分岐（ｗ＝６．８
μｍ、ｄ＝０μｍ、Ｌ＝２５５μｍ、ｄ＝３．１μｍ）
を設ける。基板から素子をダイシングにより所望形状に
切り出し、入出力端面に計４本の光ファイバを接着す
る。こうして得られた１：３スプリッタの波長１．３μ
ｍにおける損失は、５．４±０．２ｄＢである。そし
て、この特性から１：３カップラの過剰損失は０．２ｄ
Ｂと低損失であることが確認された。

【０１０４】以上の実施例は、特にポリマまたは石英
（ガラス）をコアやクラッドの材料として用いて非対称
Ｙ分岐導波路を作製する場合について述べたが、このほ
か半導体材料やＬｉＮｂＯ３などその他の材料あるいは
それらの組み合わせから成る材料、即ち通例光導波路を
構成し得る諸材料を用いても同様に、本願発明は実施可
能である。また、本発明による非対称Ｙ分岐光導波路を
用いて光送受信モジュールを作製することによって、受
信感度の優れた光送受信モジュールが得られる。

【０１０５】次に、本願発明を用いた光通信装置の例を
説明する。

【０１０６】図１２は本願発明の別な実施例に係わる非
対称Ｙ分岐光導波路を用いた双方向光通信装置を模式的
に示す図である。図１２において、局Ａ２３０と局Ｂ２
４０には、それぞれ、少なくとも送信器（２０５、２０
６）、受信器（２０９、２１０）、およびスプリッタモ
ジュール（２１３、２１４）を有する送受信機（２１
５、２１６）が設けられている。わけても、スプリッタ
モジュール（２１３、２１４）は、本願発明に係る非対
称Ｙ分岐光導波路を有して構成されている。当該非対称
Ｙ分岐光導波路はこれまでの実施例で示した非対称Ｙ分
岐光導波路の諸例を用いることが当然出来る。尚、言う
までもないが、ここで非対称Ｙ分岐光導波路とは、その
分岐路が非対称であって、分岐比が１：１ではないもの
を指す。特に、ポリマーを用いた非対称Ｙ分岐光導波路
は、量産性、価格等の面で実用的である。

【０１０７】局Ａ、局Ｂの送信器２０５、２０６は、各
々少なくとも駆動回路２０１および光源２０２を有す
る。この光源２０２は通例半導体レーザ装置が用いられ
る。一方、局Ａ、局Ｂの受信器２０９、２１０は、各々
少なくとも受光部２０３および受信回路２０４を有す
る。受光部２０３には通例フォトダイオードが用いられ
る。

【０１０８】両スプリッタモジュール（２１３、２１
４）の端面には光ファイバー（２１７、２１８、２１
９、２２０、２２１）接続されている。本例では、両ス
プリッタモジュール（２１３、２１４）の間に光ファイ
バー２２１が示されているが、更に必要に応じて光ファ
イバーアンプ、中継器等光通信に必要な諸装置、諸部材
が設けられることは言うまでもない。

【０１０９】図１２の構成の基本動作は次の通りであ
る。局Ａ２３０の送信器２０５に入力された電気信号２
２２は駆動回路２０１によって、例えば増幅され、この
電気信号に基づいて光源２０２によって光信号２２３に
変換される。光信号２２３は局Ａの非対称Ｙ分岐光導波
路２１３を通過し、更に所望の光伝送路２１９を通過す
る。そして、局Ｂに入力される光信号２２４は局Ｂの非
対称Ｙ分岐光導波路２１４によって信号光は分岐され
る。この内、分岐光２２５は局Ｂ２４０の受信器２１０
の受光部２０３に入力され、ここで電気信号に変換され
る。この変換された電気信号は受信器２１０の受信回路
２０４によって、例えば増幅され、受信信号２２６とし
て処理される。他方、非対称Ｙ分岐光導波路２１４の送
信器側に伝播する光は分岐比を送信器側は小さく押さえ
られており実質的な伝送の障害とならない。あるいは、
送信器側にアイソレータを使用するなど所望光システム
の要請による諸構成が可能である。尚、局Ｂ２４０から
局Ａ２３０への送信も前述の送受信の方法と同様に行わ
れる。局Ｂ２４０よりの送信信号は２２７、局Ａ２３０
での受信信号は２２８である。

【０１１０】本例において肝要なことは、受信光を本願
発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路を用いて、受信器側に
大きな光信号として分配することである。本願発明に係
る非対称Ｙ分岐光導波路は、これまでにない大きな分岐
比を低い放射損失にて実現できるものであり、この観点
から本願発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路はこうした光
システムの構築に極めて有用である。前記非対称Ｙ分岐
光導波路２１１の分岐比を受信器側に大きくなるように
設定することによって、光通信パワーは安全上、十分に
低く押さえることが可能で、良好な受信感度を持つ光通
信システムを構成することが出来る。

【０１１１】図１３は図１０に示した光集積回路３００
の適用した光伝送装置の例を示すものである。第１の分
岐部３０１は本願発明の係る非対称Ｙ分岐光導波路、第
２の分岐部３０２は通例の対称Ｙ分岐光導波路である。

【０１１２】この光分岐回路の第１の分岐側には半導体
レーザ装置よりの光信号３０７が第１の光信号として入
力される。第１の分岐部３０１より第２の分岐部３０２
によって分岐された光信号３０８の内、更に、第２の光
信号３１０は受光素子３０６、たとえばフォトダイオー
ドが受光するように構成されている。一方、その他の各
光導波路には、光ファイバー３０４、３０５が接続さ
れ、この各光ファイバーに前記第１および第２の各光信
号３０９，３１１が伝播するように構成されている。

【０１１３】

【発明の効果】本願発明によれば、放射損失が少なく安
定な分岐比を有する非対称型分岐光導波路およびそれを
用いた光集積回路を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路の一
実施例を示す平面図である。

【図２】図２は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路にお
ける光強度分布を示す図である。

【図３】図３は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路の各
出力導波路の光パワーを示す図である。

【図４】図４は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路の分
岐比と放射損失の関係を示す図である。

【図５】図５は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路の他
の実施例を示す平面図である。

【図６】図６は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路の他
の実施例を示す平面図である。

【図７】図７は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路の他
の実施例を示す平面図である。

【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）はそれぞれ本発明に係
る非対称Ｙ分岐光導波路の他の実施例を示す平面図であ
る。

【図９】図９（ａ）は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波
路の一例を示す平面図である。図９（ｂ）はそのＡ−
Ａ’での断面図である。

【図１０】図１０（ａ）は本発明に係る非対称Ｙ分岐光
導波路を用いて作製した光集積回路の一例を示す平面
図、図１０（ｂ）はそのＡ部の拡大図、図１０（ｃ）は
そのＢ部の拡大図、図１０（ｄ）はそのＣ−Ｃ’での断
面図である。

【図１１】図１１は非対称Ｙ分岐光導波路の他の構成例
を示す平面図である。

【図１２】図１２は非対称Ｙ分岐光導波路を用いた光伝
送システムの構成例を示す図である。

【図１３】図１３は本願発明の光集積回路を用いた光シ
ステムの例を示す図である。

【図１４】図１４は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路
の入力導波路とマルチモード導波路の接続部を拡大した
平面図である。

【図１５】図１５は本発明に係る非対称Ｙ分岐光導波路
の別な形態の入力導波路とマルチモード導波路の接続部
を拡大した平面図である。

【符号の説明】

９１：基板、９２：下部クラッド、９３：コア、９４：
上部クラッド、１００：コア、１０１：コア、１０２：
クラッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の光導波路と、２つの第２の光導波
路と、前記第１の光導波路と前記２つの第２の光導波路
とはそれら間にマルチモード光導波路を有して接続さ
れ、前記第１の光導波路と前記マルチモード光導波路と
の接続部において前記第１の光光導波路の光軸の延長線
と直交する方向の幅に不連続があり、且つ前記第１の光
導波路から光を入射した時、前記２つの第２の光導波路
の各々に対応して前記伝搬光に光強度の異なる第１の峰
および第２の峰を有するように、前記マルチモード光導
波路の形状が前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の
延長線に対して非対称な形状を有することを特徴とする
Ｙ分岐光導波路。
【請求項２】前記マルチモード光導波路の出口部分
が、前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線に
対して対称となるよう構成されたことを特徴とする請求
項１に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項３】前記第１の光導波路の光軸方向の中心線
の延長線で分けられた前記マルチモード光導波路の入口
部分の一方の幅が、対応する前記マルチモード光導波路
の出口部分の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１
に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項４】前記第１の光導波路の光軸方向の中心線
の延長線で分けられた前記マルチモード光導波路の入口
部分の一方の幅が、対応する前記マルチモード光導波路
の出口部分の幅よりも小さいことを特徴とする請求項２
に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項５】前記中心線で分けられた前記マルチモー
ド光導波路の中間部分の一方の幅が、対応する前記マル
チモード導波路の出口部分の幅よりも小さいことを特徴
とする請求項１に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項６】前記マルチモード光導波路の出口部分
が、前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線に
対して対称となるよう構成されたことを特徴とする請求
項５に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項７】前記マルチモード光導波路のコア部の側
面と前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線と
の距離が光の進行方向に対して少なくとも一部で互いに
異なるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載
のＹ分岐光導波路。
【請求項８】前記マルチモード光導波路のコア部の少
なくとも一側面と中心線との距離が、光の進行方向に対
して曲線状に変化するよう構成されたことを特徴とする
請求項７に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項９】前記マルチモード光導波路のコア部の一
側面と前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線
との距離の変化が、前記マルチモード光導波路の出口付
近において、当該出口付近以外での変化の程度より緩や
かとなるよう構成されたことを特徴とする請求項７に記
載のＹ分岐光導波路。
【請求項１０】前記マルチモード光導波路のコア部の
一側面と前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長
線との距離が入口から出口に向って大きくなり、かつ前
記距離の変化が前記マルチモード光導波路の中間部に比
べ入口付近と出口付近において小さくなるよう構成され
たことを特徴とする請求項７記載のＹ分岐光導波路。
【請求項１１】前記マルチモード光導波路のコア部の
一側面と前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長
線との距離が入口から出口に向って正弦関数状に大きく
なるよう構成されたことを特徴とする請求項７記載のＹ
分岐光導波路。
【請求項１２】前記マルチモード光導波路のコア部の
一側面と前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長
線との距離が入口から出口に向ってＲａｉｓｅｄＳｉｎ
状に大きくなるよう構成されたことを特徴とする請求項
７記載のＹ分岐光導波路。
【請求項１３】前記２つの第２の光導波路の入口に所
定幅のオフセットを付与することを特徴とする請求項７
に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項１４】前記第１の光導波路と前記マルチモー
ド光導波路との接続部のコア領域の少なくとも側面は遷
移領域を有し、この遷移領域の両側に連なる当該第１の
光導波路のコア領域と当該マルチモード光導波路のコア
領域との両側面の延長線は互いに交差していることを特
徴とする請求項１に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項１５】前記遷移領域の両側に連なる当該第１
の光導波路のコア領域と当該マルチモード光導波路のコ
ア領域との両側面の延長線は互いに直交していることを
特徴とする請求項１４に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項１６】前記第１の光導波路と前記マルチモー
ド光導波路との接続部の不連続部は、前記第１の光光導
波路の光軸の延長線と交差する方向の幅が当該光導波路
を伝搬する光の光導波路内の波長の５０倍以下の長さに
渡って変化してなされることを特徴とする請求項１に記
載のＹ分岐光導波路。
【請求項１７】前記マルチモード光導波路の出口部分
が、前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線に
対して対称となるよう構成されたことを特徴とする請求
項１４に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項１８】前記マルチモード光導波路の出口部分
が、前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線に
対して対称となるよう構成されたことを特徴とする請求
項１５に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項１９】前記マルチモード光導波路の出口部分
が、前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線に
対して対称となるよう構成されたことを特徴とする請求
項１６に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項２０】前記マルチモード光導波路のコア部の
側面と前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線
との距離が光の進行方向に対して少なくとも一部で互い
に異なるよう構成されたことを特徴とする請求項１４に
記載のＹ分岐光導波路。
【請求項２１】前記マルチモード光導波路のコア部の
側面と前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線
との距離が光の進行方向に対して少なくとも一部で互い
に異なるよう構成されたことを特徴とする請求項１５に
記載のＹ分岐光導波路。
【請求項２２】前記マルチモード光導波路のコア部の
側面と前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の延長線
との距離が光の進行方向に対して少なくとも一部で互い
に異なるよう構成されたことを特徴とする請求項１６に
記載のＹ分岐光導波路。
【請求項２３】第１の光導波路と、２つの第２の光導
波路と、前記第１の光導波路と前記２つの第２の光導波
路との間に配置されたマルチモード光導波路とを有し、
前記第１の光導波路と前記マルチモード光導波路との接
続部において前記第１の光導波路の光軸の延長線と直交
する方向の幅が不連続に変化し、且つ前記第１の光導波
路から光を入射した時、前記伝搬光の光軸と直交して交
差する面での光強度の分布がその光強度の異なる２つの
極大値を有し、当該２つの極大値を有する光分布の各々
が前記２つの第２の光導波路の各々に対応するように、
前記マルチモード光導波路の形状が前記第１の光導波路
光軸方向の中心線の延長線に対して非対称となるよう構
成されたことを特徴とするＹ分岐光導波路。
【請求項２４】第１の光導波路と、２つの第２の光導
波路と、前記第１の光導波路と前記２つの第２の光導波
路とはそれら間にマルチモード光導波路を有して接続さ
れ、前記第１の光導波路と前記マルチモード光導波路と
の接続部において前記第１の光光導波路の光軸の延長線
と直交する方向の幅に不連続があり、且つ前記第１の光
導波路から光を入射した時、前記２つの第２の光導波路
の各々に対応して前記伝搬光に光強度の異なる第１の峰
および第２の峰を有するように、前記マルチモード光導
波路の形状が前記第１の光導波路の光軸方向の中心線の
延長線に対して非対称な形状を有する非対称Ｙ分岐光導
波路を有することを特徴とする光集積回路。
【請求項２５】前記非対称Ｙ分岐光導波路の一つの出力
光導波路に接続された対称Ｙ分岐光導波路を有すること
を特徴とする請求項２４に記載の光集積回路。