JP2000162456A

JP2000162456A - Ｙ分岐光導波路を具える波長分波器

Info

Publication number: JP2000162456A
Application number: JP33962898A
Authority: JP
Inventors: Hideki Ono; 英輝小野; Hiromi Takahashi; 博実高橋
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】第１伝搬方向に対して全長が短く、生産効率
が高く、しかも放射損失が従来構成の放射損失と同程度
にすること。【解決手段】幹線導波路２２を、幹線導波路２２の中
心線が第２伝搬方向Ｌ２に向く直線導波路とする。ま
た、第１分岐導波路２６の中心線を、滑らかな第１曲線
Ｒ１に沿って第２分岐導波路２８から離れる方向に曲げ
てから、この第１曲線Ｒ１の接線方向を第１伝搬方向Ｌ
１に一致させる。また、第２分岐導波路２８の中心線
を、滑らかな第２曲線Ｒ２に沿って第１分岐導波路２６
から離れる方向に曲げて、さらに、第２曲線Ｒ２の接線
方向を以ってこの第２曲線Ｒ２に接続してある滑らかな
第３曲線Ｒ３に沿って第１分岐導波路２６に近づく方向
に曲げてから、この第３曲線Ｒ３の接線方向を第１伝搬
方向Ｌ１に一致させる。

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、光通信に用いら
れる、Ｙ分岐光導波路を具える波長分波器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＦＴＴＨ（ファイバ・トウ・ザ・
ホーム）実現のため、Ｙ分岐光導波路を具える波長分波
器の研究開発が進められている。

【０００３】このＹ分岐光導波路を具える波長分波器の
１つとして、図８に示すように、誘電体多層膜フィルタ
を具える反射型波長分波器が提案されている（たとえ
ば、文献：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Ｃ−２２９、または文献：信学技報
ＥＭＤ９６−３６、ＣＰＭ９６−５９、ＯＰＥ９６−５
８、ＬＱＥ９６−６０（１９９６−０８））。

【０００４】図８は、これらの文献に開示されているＹ
分岐光導波路１４を具える反射型波長分波器（以下、波
長分波器Ａと言う。）の導波路部分および誘電体多層膜
フィルタ１６のみを取り出して、それを上方から見た平
面図である。

【０００５】たとえば、第1 波長光Ｓ１および第２波長
光Ｓ２からなる波長多重光ＳＰが波長多重光導波路１８
に入力される場合、誘電体多層膜フィルタ１６は、第１
波長光Ｓ１を透過させてＹ分岐光導波路１４に入力させ
ると共に、第２波長光Ｓ２を反射させて反射光導波路２
０に入力させることによって、波長多重光ＳＰを分波す
る。

【０００６】このＹ分岐光導波路１４は、幹線導波路２
２と称する導波路と、導波路幅を拡げるためのテーパ導
波路２４と、第１および第２分岐導波路２６および２８
とからなる。Ｙ分岐光導波路１４に入力された第１波長
光Ｓ１は、幹線導波路２２と、導波路幅を拡げるための
テーパ導波路２４を伝搬した後、第１および第２分岐導
波路２６および２８に分岐して外部に出力される。

【０００７】ただし、この反射型波長分波器を用いる光
通信モジュールの構成上、波長分波器の入力方向と出力
方向とを互いに一致させるように、各導波路を形成す
る。後述のように、入力方向（すなわち、出力方向）を
第１伝搬方向Ｌ１と定義する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、両文献
に開示の波長分波器Ａは、第１伝搬方向に対して長くな
る欠点を有している。

【０００９】この欠点を解消するために、図９に示すよ
うに、誘電体多層膜フィルタ１６を入力方向ＬＡに対し
て斜めに設ける反射型波長分波器（以下、波長分波器Ｂ
と言う。）が提案されている。なお、図９は、図８と同
様に、波長分波器Ｂを上方から見た平面図である。

【００１０】しかしながら、波長分波器Ｂの生産効率は
低い。以下、その理由を述べる。図１０は、波長分波器
Ｂを形成する、ウェハ上の同一列の３個のチップを取り
出して、それらを同じ向きに並置させて上方から見た平
面図である。これらのチップの表面上には、誘電体多層
膜を挿入する溝３６が形成されているが、個々の溝３６
は傾いて配設されているため、共通の一直線上にないか
ら、この同一列上の反射型分波器のチップの溝３６を一
括してダイシング形成できない。したがって、上述のよ
うに、この波長分波器Ｂの生産効率は低い。

【００１１】これに対して、波長分波器Ａの生産効率
は、波長分波器Ｂに比べて高い。以下、その理由を述べ
る。図１１は、図１０と同様に、波長分波器Ａを形成す
る、ウェハ上の同一列の３個のチップを取り出して、そ
れらを同じ向きに並置させて上方から見た平面図であ
る。これらのチップの表面上には、誘電体多層膜を挿入
する溝３６が形成されているが、これらの溝３６は共通
の一直線上に形成されているから、この同一列上の反射
型分波器のチップの溝３６を一括してダイシング形成で
きる。したがって、上述のように、この波長分波器Ａの
生産効率は高い。

【００１２】そこで、第１伝搬方向に対して全長が短
く、生産効率が高く、しかも放射損失が上述の従来構成
の放射損失と同程度であるＹ分岐光導波路を具える波長
分波器の出現が望まれていた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明のＹ分岐光導波路を具える波長分波器は、
第１伝搬方向を以ってこの波長分波器へ入力した波長多
重光から特定の波長光を分波した後、この波長光を第１
伝搬方向と異なる方向の第２伝搬方向を以って出力する
波長分波部と、第２伝搬方向を以って入力した波長光を
第１伝搬方向を以って出力するＹ分岐光導波路とを具え
る。

【００１４】このＹ分岐光導波路は、波長分波部に接続
されている幹線導波路と、幹線導波路に接続されていて
導波路幅を拡げるためのテーパ導波路と、テーパ導波路
にそれぞれ接続されている第１および第２分岐導波路と
を具える。

【００１５】上述のＹ分岐光導波路を具える波長分波器
において、幹線導波路を、幹線導波路の中心線が第２伝
搬方向に向く直線導波路とする。また、第１分岐導波路
の中心線を、滑らかな第１曲線に沿って第２分岐導波路
から離れる方向に曲げてから、この第１曲線の接線方向
を第１伝搬方向に一致させてある。また、第２分岐導波
路の中心線を、滑らかな第２曲線に沿って第１分岐導波
路から離れる方向に曲げて、さらに、第２曲線の接線方
向を以ってこの第２曲線に接続してある滑らかな第３曲
線に沿って第１分岐導波路に近づく方向に曲げてから、
この第３曲線の接線方向を第１伝搬方向に一致させてあ
る。

【００１６】上述のこの発明のＹ分岐光導波路を具える
波長分波器によれば、第１および第２分岐導波路を、そ
れぞれ入出力方向と等しい第１伝搬方向に対して短くす
ることが可能となる。なお、滑らかな曲線とは、連続的
微分可能な曲線を意味する。

【００１７】この発明の実施に当たり、好ましくは、第
１曲線の曲がり部分を、真円の円弧とするのが良い。

【００１８】このようにすれば、入力方向（すなわち、
出力方向）と等しい第１伝搬方向に対する、第１分岐導
波路の全長は、最短になる。このとき、上述の円弧の曲
率半径として、放射損失が最小となる半径を選べば良
い。

【００１９】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、第２曲線を、真円の円弧とし、および第３曲線の曲
がり部分を、真円の円弧とするのが良い。

【００２０】このようによれば、第２分岐導波路を、入
出力方向と等しい第１伝搬方向に対して短くすることが
可能となる。このとき、上述の円弧の曲率半径として、
放射損失が最小となる半径を選べば良い。

【００２１】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、第２曲線に、第３曲線の円弧が接続されているのが
良い。

【００２２】このようにすれば、入力方向（すなわち、
出力方向）と等しい第１伝搬方向に対する、第２分岐導
波路の全長は、最短になる。

【００２３】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、波長分波部を、誘電体多層膜フィルタを用いた反射
型波長分波部とするのが良い。

【００２４】このようにすれば、この波長分波器を形成
する、ウェハ上の同一列のチップの表面上に、誘電体多
層膜を挿入する溝を一直線上に各チップを貫いて形成す
ることができる。よって、この同一列上の反射型分波器
のチップの溝を一括してダイシング形成できる。したが
って、この波長分波器の生産効率は高い。

【００２５】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、マッハツェンダー干渉計とするのが良い。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
Ｙ分岐光導波路の実施の形態につき説明する。なお、各
図は、この発明が理解できる程度に、各構成成分の形
状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎ
ず、したがって、この発明は、図示例に限定されるもの
ではない。また、以下の説明において、数値は単なる一
例にすぎず、この発明はこれらの数値のみに限定される
ものではない。

【００２７】図１および図２を参照して、この発明のＹ
分岐光導波路１４を具える波長分波器１０の構成につき
説明する。なお、図１および図２で使用されている記号
については、後述する。

【００２８】図１は、この発明のＹ分岐光導波路１４を
具える波長分波器１０の導波路部分および誘電体多層膜
フィルタ１６のみを取り出して、これを上方から見たと
きの平面図である。

【００２９】この発明のＹ分岐光導波路１４を具える波
長分波器１０は、波長多重された波長多重光ＳＰから特
定の第１波長光Ｓ１を分波する波長分波部１２と、分波
された第１波長光Ｓ１を伝搬させるＹ分岐光導波路１４
とを具える。

【００３０】この実施の形態では、波長分波部１２を、
誘電体多層膜フィルタ１６を具える反射型波長分波部１
２とする。すなわち、波長分波部１２は、波長多重光Ｓ
Ｐを入力させる波長多重光導波路１８と、波長多重光Ｓ
Ｐの中の特定の波長の第１波長光Ｓ１を透過させて、か
つこの第１波長光Ｓ１の波長以外の第２波長光Ｓ２を反
射させる誘電体多層膜フィルタ１６と、反射された第２
波長光Ｓ２を入力させる反射光導波路２０とを具える。

【００３１】誘電体多層膜フィルタ１６を透過した第１
波長光Ｓ１を伝搬させるＹ分岐光導波路１４は、誘電体
多層膜フィルタ１６に接続されてある幹線導波路２２
と、幹線導波路２２に接続されていて導波路幅を拡げる
ためのテーパ導波路２４と、テーパ導波路２４の出力端
にそれぞれ接続される第１及び第２分岐導波路２６およ
び２８とを具える。

【００３２】次に、図２を参照して、この発明のＹ分岐
光導波路１４を具える波長分波器１０の一例につき説明
する。

【００３３】図２は、Ｙ分岐光導波路１４を具える波長
分波器１０の斜視図である。なお、図２で説明する構成
例においては、波長多重光導波路１８、反射光導波路２
０、およびＹ分岐光導波路１４は、いずれも上部クラッ
ド層３４の下側に隠れているが、この図２では、これら
の導波路の形状及び配置の様子を、上部クラッド層３４
の上面に実線で示している。

【００３４】そこで、まず、図１および図２を参照し
て、Ｙ分岐光導波路１４を具える波長分波器１０の作製
の工程につき説明する。

【００３５】以下に説明する構成例では、基板３０とし
て、対向する端面が互いに平行で、厚さ１ｍｍで、しか
も平面形状が長方形のシリコン基板３０を用いる。この
シリコン基板３０上に、たとえば、プラズマＣＶＤ法に
よって、厚さ２０μｍ及び屈折率１．４５１４の下部ク
ラッド層３２（石英系ガラス）を成膜する。次に、この
下部クラッド層３２の表面から、たとえば、固相拡散法
またはイオンプレーディング法によって、Ｇｅ（ゲルマ
ニューム）等を注入して、注入部分の屈折率を調整する
ことによって、厚さ８μｍのコア層を形成する。これら
の固相拡散法またはイオンプレーディング法を用いてコ
ア層の屈折率を調整する方法は公知の技術なので、その
詳細な説明は省略する。このコア層は、波長多重光導波
路１８、反射光導波路２０及びＹ分岐光導波路１４のそ
れぞれの光導波路として利用される。

【００３６】この実施の形態では、波長多重光導波路１
８を伝搬する波長多重光ＳＰとして、波長１．３μｍお
よび１．５５μｍの２種類の光を使用する。また、波長
１．３μｍの光を、Ｙ分岐光導波路１４を伝搬する第１
波長光Ｓ１とする。また、波長１．５５μｍの光を、反
射光導波路２０を伝搬する第２波長光Ｓ２とする。な
お、波長１．３μｍの光は、たとえば、電話回線用の光
信号として用いられる。また、波長１．５５μｍの光
は、たとえば、映像用の光信号として用いられる。

【００３７】そこで、波長多重光導波路１８、反射光導
波路２０およびＹ分岐光導波路１４を、それぞれ波長多
重光ＳＰ（波長１．３μｍの光および１．５５μｍの
光）、第２波長光Ｓ２（波長１．５５μｍの光）、およ
び第１波長光Ｓ１（波長１．３μｍの光）に対して、０
次モードのみを伝搬させる単一モード導波路とするため
に、波長多重光導波路１８、反射光導波路２０およびＹ
分岐光導波路１４のコアの屈折率を、１．４５５６と設
定した。

【００３８】なお、この波長分波器１０を使用する光通
信モジュールの構成上、これらのコアを、波長分波器１
０の対向する、互いに平行な両端面に対し、好ましく
は、光が垂直に入力或いは出力できるように、形成す
る。これは、波長分波器１０に対する入力光と出力光と
が、互いに平行となるように導波路を構成するためであ
る。すなわち、この波長分波器１０では、波長多重光導
波路１８の入力ポートである第１ポートＰ１に外部から
波長多重光ＳＰ（波長１．３μｍおよび波長１．５５μ
ｍの光）が入力する方向と、反射光導波路２０の出力ポ
ートである第２ポートＰ２から第２波長光Ｓ２（波長
１．５５μｍの光）が外部に出力される方向と、第１分
岐導波路２６の出力ポートである第３ポートＰ３から第
１波長光Ｓ１（波長１．３μｍの光）が外部に出力され
る方向と、第２分岐導波路２８の出力ポートである第４
ポートＰ４から第１波長光Ｓ１が外部に出力される方向
とを一致させる。そして、これらの光の入力方向および
出力方向を第１伝搬方向Ｌ１と定義する。

【００３９】また、誘電体多層膜フィルタ１６を挿入す
る溝３６の方向を、第１伝搬方向Ｌ１に対して垂直にす
る。よって、同一列上の波長分波器１０を形成する各チ
ップの溝３６を一括してダイシング形成できるので、こ
の波長分波器１０の生産効率が上がる。

【００４０】ここで、波長多重光ＳＰが誘電体多層膜フ
ィルタ１６に入力される方向を、第２伝搬方向Ｌ２と定
義する。第２伝搬方向Ｌ２は、第１伝搬方向Ｌ１と異な
る。上述のように、誘電体多層膜フィルタ１６は、第１
波長光Ｓ１を透過させてＹ分岐光導波路１４に出力させ
る共に、第２波長光Ｓ２を反射させて反射光導波路２０
に出力させる。

【００４１】ところで、従来構成の波長分波器Ａ（図８
参照）では、幹線導波路２２は、入力した第１波長光Ｓ
１の放射損失を小さくするために、誘電体多層膜フィル
タ１６に第２伝搬方向Ｌ２を以って接続されている。そ
して、この幹線導波路２２の中心線は、滑らかに曲げら
れて第１伝搬方向Ｌ１に延びている。この幹線導波路２
２に、両者間の中心線に対して互いに対称的な第１およ
び第２分岐導波路２６および２８がそれぞれ接続されて
いる。よって、これらの第１および第２分岐導波路２６
および２８の中心線も、第３および第４ポートＰ３およ
びＰ４では、再び第１伝搬方向Ｌ１に延びている。

【００４２】この従来構成の波長分波器Ａによれば、幹
線導波路２２が、第１伝搬方向Ｌ１に対して長くなる欠
点がある。

【００４３】この欠点をなくすために、この発明の波長
分波器１０は、中心線の方向が第２伝搬方向Ｌ２である
幹線導波路２２を直線導波路とすることにより、幹線導
波路２２は、第１伝搬方向Ｌ１に対して短くなってい
る。幹線導波路２２の中心線の方向は、第２伝搬方向Ｌ
２であるから、従来構成の波長分波器Ａと同様に、誘電
体多層膜フィルタ１６より首尾良く第１波長光Ｓ１を入
力させることができる。

【００４４】そこで、テーパ導波路２４にそれぞれ接続
されている第１および第２分岐導波路２６および２８の
形状を工夫することにより、第３および第４ポートＰ３
およびＰ４における第１および第２分岐導波路２６およ
び２８の中心線の方向を第１伝搬方向Ｌ１にして、かつ
第１伝搬方向Ｌ１に対するＹ分岐導波路１４の全長を、
従来構成の波長分波器ＡのＹ分岐光導波路１４の全長よ
り短くできることにつき説明する。

【００４５】すなわち、第１分岐導波路２６の中心線
を、滑らかな第１曲線Ｒ１に沿って第２分岐導波路２８
から離れる方向に曲げてから、この第１曲線Ｒ１の接線
方向を第１伝搬方向Ｌ１に一致させる。また、第２分岐
導波路２８の中心線を、滑らかな第２曲線Ｒ２に沿って
第１分岐導波路２６から離れる方向に曲げて、さらに、
第２曲線Ｒ２の接線方向を以ってこの第２曲線Ｒ２に接
続してある滑らかな第３曲線Ｒ３に沿って第１分岐導波
路２６に近づく方向に曲げてから、この第３曲線Ｒ３の
接線方向を第１伝搬方向Ｌ１に一致させる。

【００４６】このように、幹線導波路２２、および第１
および第２分岐導波路２６および２８を形成すれば、第
１伝搬方向Ｌ１に対する、この発明の波長分波器１０の
全長を短くすることが可能となる。

【００４７】このとき、曲がり部分における光の放射損
失が最小となるように、第１曲線Ｒ１の曲がり部分を真
円の円弧とし、第２曲線Ｒ２を真円の円弧とし、および
第３曲線Ｒ３の曲がり部分を真円の円弧とする。光の放
射損失が最小なる円弧の半径の具体的な値については、
後述する。

【００４８】ここで、第１、第２および第３曲線Ｒ１、
Ｒ２およびＲ３の中心角を、それぞれ第１、第２および
第３角度θ₁ 、θ₂ およびθ₃ とおく。また、波長多重
光導波路１８の中心線と反射光導波路２０の中心線との
間の交差角を２θ₀ とおく。また、テーパ導波路２４の
境界線と幹線導波路２２の中心線との間の角度がφ（一
定値）となるように、テーパ導波路２４を拡げる。

【００４９】このとき、 θ₁ ＝θ₀ −φ ・・・（１） θ₃ ＝θ₀ ＋θ₂ ＋φ ・・・（２）の関係が成り立つ。

【００５０】さらに、第２曲線Ｒ２に、第３曲線Ｒ３の
円弧部分（前述）が接続されているとき、第１伝搬方向
に対して、Ｙ分岐光導波路１４の全長は、最短になる。
よって、第１伝搬方向に対して、このＹ分岐光導波路１
４を具える波長分波器１０の全長も、最短になる。後述
するこの発明の波長分波器１０は、第２曲線Ｒ２に、第
３曲線Ｒ３の円弧が接続されている。このとき、次式
（３）が成り立つ。

【００５１】

【数３】

【００５２】ここで、図１および（３）式で用いられる
記号につき説明する。ｒ₁ 、ｒ₂ およびｒ₃ は、それぞ
れ第１曲線Ｒ１、第２曲線Ｒ２および第３曲線Ｒ３の第
１曲率半径、第２曲率半径および第３曲率半径である。
ｗは、波長多重光導波路１８、反射光導波路２０、第１
分岐導波路２６および第２分岐導波路２８の導波路幅で
ある。ｇは、テーパ導波路２４との接続部分における、
第１分岐導波路２６の境界部と第２分岐導波路２８の境
界部との距離である。ｄは、第３ポートＰ３における第
１分岐導波路２６の中心線と、第４ポートＰ４における
第２分岐導波路２８の中心線との間隔である。以下、こ
れらの記号を用いて、これらのパラメータをそれぞれ設
定する。

【００５３】上述のように、Ｙ分岐光導波路１４におい
て、幹線導波路２２、テーパ導波路２４、第１分岐導波
路２６および第２分岐導波路２８が互いに連結して結合
されるように、それぞれのコアを形成する。また、これ
らのコアのそれぞれの一端は、波長多重光導波路１８か
ら波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１をＹ分岐光導波路１
４に導入し、かつ、波長１．５５μｍの第２波長光Ｓ２
を反射光導波路２０へ導入できるように、互いに接近ま
たはつながった状態に形成する。このような、これらコ
アの分岐付近を交差部と称する。

【００５４】次に、たとえば、プラズマＣＶＤ法によっ
て、厚さ２０μｍの上部クラッド層３４（石英系ガラ
ス）を、コアを含む下部クラッド層３２の全面上に成膜
する。この上部クラッド層３４の屈折率は、下部クラッ
ド層３２の屈折率と同じ１．４５１４にする。この上部
クラッド層３４を成膜することにより、反射型波長分波
器１０の基本的構造を具える構造体が得られる。この構
造体は、埋込み型の導波路を有している。すなわち、基
板３０上に、上部クラッド層３４の下側であって、かつ
下部クラッド層３２によって挟まれた、Ｙ分岐光導波路
１４と、波長多重光導波路１８と、反射光導波路２０と
を具えている。なお、下部及び上部クラッド層３２およ
び３４として、樹脂（たとえば、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ））を用いても良い。

【００５５】最後に、上部クラッド層３４が成膜されて
得られた構造体に対し、この上部クラッド層３４側の面
からダイシングを行って、幅２０μｍ及び深さ２００μ
ｍの溝３６を直線状に形成する。この溝３６は、シリコ
ン基板３０に至る。更に、この溝３６は、上述の交差部
を通り、かつ、光の入力端面及び出力端面と平行となる
ように、すなわち第１伝搬方向Ｌ１に垂直になるように
形成する。この溝３６は、同一列上の波長分波器１０を
形成する各チップ上に一直線上にあるから、一括して同
一列上のチップの溝３６をダイシング形成できる。よっ
て、この波長分波器１０の生産効率は高い。そして、こ
の交差部において、溝３６に誘電体多層膜フィルタ１６
を挿入して、反射型波長分波器１０の作製は完了する。

【００５６】この構成例では、誘電体多層膜フィルタ１
６を、波長１．５５μｍの第２波長光Ｓ２を反射させる
とともに、波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１を透過させ
る波長分波フィルタとして形成してある。この誘電体多
層膜フィルタ１６は、既存の誘電体多層膜フィルタ１６
を入手して用いればよい。したがって、波長多重光導波
路１８を伝播してきた波長１．５５μｍの第２波長光Ｓ
２は、誘電体多層膜フィルタ１６で反射されて、反射光
導波路２０を伝播して出力していく。一方、この波長多
重光導波路１８を伝播してきた波長１．３μｍの第１波
長光Ｓ１は、この誘電体多層膜フィルタ１６を透過して
Ｙ分岐光導波路１４に入力する。

【００５７】次に、この反射型波長分波器１０に入力さ
れた光の伝搬ルートの形態につき説明する。

【００５８】この光の伝搬ルートには、２つの形態があ
る。

【００５９】第１の伝搬ルートは、上述の伝搬ルートで
ある。すなわち、第１の伝搬ルートは、第１ポートＰ１
から入力された波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１および
波長１．５５μｍの第２波長光Ｓ２のうち、波長１．３
μｍの第１波長光Ｓ１を第３ポートＰ３および第４ポー
トＰ４からそれぞれ出力させて、かつ波長１．５５μｍ
の第２波長光Ｓ２を第２ポートＰ２から出力させる伝搬
ルートである。第１の伝搬ルートの光の発振源は、第１
ポートＰ１にそれぞれ接続されている、波長１．３μｍ
の第１波長光Ｓ１を発振するレーザダイオード、および
波長１．５５μｍの第２波長光Ｓ２を発振するレーザダ
イオードである。

【００６０】第２ポートＰ２には、波長１．５５μｍの
第２波長光Ｓ２を受信するためのフォトダイオードが接
続されている。この第２ポートＰ２から出力された波長
１．５５μｍの第２波長光Ｓ２は、このフォトダイオー
ドに入力された後、電気信号に変換される。上述のよう
に、後段階で、この電気信号は、たとえば映像に変換さ
れる。この波長１．５５μｍの第２波長光Ｓ２は、第２
ポートＰ２の受信用信号である。

【００６１】また、第４ポートＰ４には、波長１．３μ
ｍの第１波長光Ｓ１を受信するためのフォトダイオード
が接続されている。この第４ポートＰ４から出力された
波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１は、このフォトダイオ
ードに入力された後、電気信号に変換される。上述のよ
うに、後段階で、この電気信号は、たとえば電話回線の
音声に変換される。この波長１．３μｍの第１波長光Ｓ
１は、第４ポートＰ４の受信用信号である。

【００６２】ただし、第３ポートＰ３には、波長１．３
μｍの第１波長光Ｓ１を受信するためのフォトダイオー
ドが接続されていない。その代わりに、後述のように、
第３ポートＰ３には、波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１
を送信するためのレーザダイオードが接続されている。
この第３ポートＰ３から出力された波長１．３μｍの第
１波長光Ｓ１は、レーザダイオードに入力された後、使
用されずに捨てられる。

【００６３】この波長分波器１０の伝搬ルートには、上
述の第１の伝搬ルートに加えて、後述する第２の伝搬ル
ートがある。これらの第１および第２の伝搬ルートを、
同時に使用できる。

【００６４】この第２の伝搬ルートの光の発振源は、第
３ポートＰ３に接続されている波長１．３μｍの第１波
長光Ｓ１を発振するレーザダイオードである。第２の伝
搬ルートは、第３ポートＰ３に接続されてある上述のレ
ーザダイオードから波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１を
入力して、第１分岐導波路２６、テーパ導波路２４、幹
線導波路２２、誘電体多層膜フィルタ１６および反射光
導波路２０を経由させた後、この波長１．３μｍの第１
波長光Ｓ１を第１ポートＰ１から出力させる伝搬ルート
である。この波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１は、第３
ポートＰ３の発振用信号である。

【００６５】なお、この波長１．３μｍの第１波長光Ｓ
１は、反射光導波路２０には入力されない。なぜなら
ば、幹線導波路２２は、第２伝搬方向Ｌ２を向く直線導
波路であるため、幹線導波路２２を伝搬する波長１．３
μｍの第１波長光Ｓ１は、誘電体多層膜フィルタ１６に
入力されるまでに、第２伝搬方向Ｌ２に方向づけられる
からである。波長多重光導波路１８は、誘電体多層膜フ
ィルタ１６の近傍で第２伝搬方向Ｌ２に向けられている
から、波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１は、首尾良く波
長多重光導波路１８に入力される。したがって、この波
長１．３μｍの第１波長光Ｓ１は、反射光導波路２０に
は入力されない。

【００６６】このように、第１ポートＰ１には、上述の
波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１を発振するためのフォ
トダイオードと、上述の波長１．５５μｍの第２波長光
Ｓ２を発振するためのフォトダイオードとに加えて、波
長１．３μｍの第１波長光Ｓ１を受信するためのフォト
ダイオードが接続されている。この第１ポートＰ１から
出力された波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１は、このフ
ォトダイオードに入力された後、電気信号に変換され
る。上述のように、後段階で、この電気信号は、たとえ
ば電話回線の音声に変換される。

【００６７】上述した光の伝搬ルートの形態をまとめる
と、以下のようになる。すなわち、受信用の波長１．３
μｍの第１波長光Ｓ１は、第１ポートＰ１から反射型波
長分波器１０に入力した後、第４ポートＰ４から外部へ
出力されて受信される。また、発振用の波長１．３μｍ
の第１波長光Ｓ１は、第３ポートＰ３から反射型波長分
波器１０に入力した後、第１ポートＰ１から出力されて
受信される。また、受信用の１．５５μｍの第２波長光
Ｓ２は、第１ポートＰ１から反射型波長分波器１０に入
力した後、第２ポートＰ２から出力されて受信される。

【００６８】次に、（１）式、（２）式および（３）式
の各パラメータを具体的にそれぞれ設定して、この発明
の波長分波器１０の特長につき説明する。

【００６９】なお、述べる第１〜第４の実施の形態で
は、各パラメータを φ＝０．５° ｇ＝３．５μｍｄ＝２５０μｍのように共通に設定してある。

【００７０】「第１の実施の形態」波長多重光導波路１
８と反射光導波路２０との交差角２θ₀ ＝１０°に設定
したとき（すなわち、θ₀ ＝５°に設定したとき）、
（１）式、（３）式および（２）式より、それぞれθ₁
＝４．５°、θ₂ ＝２．０３°およびθ₃ ＝７．５３°
となる。このとき、この発明の波長分波器１０の全長
は、９．３４ｍｍとなる（全長は、第１伝搬方向Ｌ１に
対する長さである）。これに対して、同じく、交差角２
θ₀ ＝１０°にしたときの従来構成の波長分波器Ａの全
長は、１０．７ｍｍとなる。したがって、この発明の波
長分波器１０の全長は、従来構成の波長分波器Ａの全長
より１．１６ｍｍも短い。

【００７１】ただし、ｒ₁ ＝ｒ₂ ＝ｒ₃ ＝２５ｍｍとし
てある。これらの第１、第２および第３曲率半径ｒ₁ 、
ｒ₂ およびｒ₃ は、いずれも伝搬光の放射損失が最も小
さくなるように導出されている。これらの曲率半径の導
出に係る説明は、“光集積回路、オーム社、４７−４９
頁" に記述されており、その説明を参考にして、これら
の曲率半径を決定してある。また、波長多重光導波路１
８および反射光導波路２０の曲がり部分の中心線の曲率
半径も、それぞれ２５ｍｍとしてある。また、第１ポー
トＰ１における波長多重光導波路１８の中心と、第２ポ
ートＰ２における反射光導波路２０の中心との距離を、
２５０μｍとしてある。また、導波路幅ｗを８μｍとし
てある。

【００７２】ところで、波長分波器１０を設計する上
で、波長分波器１０の全長以外に、Ｓ／Ｎも重要なファ
クターとなる。つまり、上述の第１および第２伝搬ルー
トに対して、第１波長光Ｓ１のＳ／Ｎを上げるには、放
射損失を小さくすることが必要である。

【００７３】そこで、第１伝搬方向Ｌ１に対してコンパ
クトであるこの発明の波長分波器１０の放射損失が従来
構成のものと比べてさほど変わらないことを示す。ただ
し、この実施の形態では、波長１．３μｍの第１波長光
Ｓ１に関する放射損失についてのみ説明する。

【００７４】第３ポートＰ３から波長１．３μｍの第１
波長光Ｓ１を入力させて第１ポートＰ１から出力させた
場合、この発明の波長分波器１０では放射損失が４．１
６１ｄＢであるのに対して、従来構成の波長分波器Ａで
は放射損失４．９９６ｄＢである。したがって、この発
明の波長分波器１０は、従来構成の波長分波器Ａと比べ
て、０．８３５ｄＢだけ放射損失を低減している。

【００７５】また、第１ポートＰ１から波長１．３μｍ
の第１波長光Ｓ１を入力させて第４ポートＰ４から出力
させた場合、この発明の波長分波器１０では放射損失が
４．３９０ｄＢであるのに対して、従来構成の波長分波
器Ａでは３．５１８ｄＢである。したがって、この発明
の波長分波器１０は、従来構成の波長分波器Ａと比べ
て、０．８７２ｄＢだけ放射損失を増加させている。

【００７６】したがって、この発明の波長分波器１０の
全体放射損失と、従来構成の波長分波器Ａの全体放射損
失とは、ほとんど同じである。よって、この発明の波長
分波器１０による光通信は、実用上問題ない。

【００７７】なお、全体放射損失とは、第３ポートＰ３
から波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１を入力させて第１
ポートＰ１から出力させた場合の放射損失と、第１ポー
トＰ１から波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１を入力させ
て第４ポートＰ４から出力させた場合の放射損失を加算
した値である。

【００７８】「第２の実施の形態」次に、波長多重光導
波路１８と反射光導波路２０との交差角２θ₀ ＝１５°
に設定したとき（すなわち、θ₀ ＝７．５°に設定した
とき）、（１）式、（３）式および（２）式より、それ
ぞれθ₁ ＝７°、θ₂ ＝１．３８°およびθ₃ ＝９．３
８°となる。このとき、この発明の波長分波器１０の全
長は、１０．９ｍｍとなる。これに対して、同じく、交
差角２θ₀ ＝１５°にしたときの従来構成の波長分波器
Ａの全長は、１２．８ｍｍとなる。したがって、この発
明の波長分波器１０の全長は、従来構成の波長分波器Ａ
の全長より１．９ｍｍも短い。

【００７９】ただし、第１の実施の形態と同様に、ｒ₁
＝ｒ₂ ＝ｒ₃ ＝２５ｍｍとし、かつ波長多重光導波路１
８および反射光導波路２０の曲がり部分の中心線の曲率
半径も、それぞれ２５ｍｍとしてある。また、第１ポー
トＰ１における波長多重光導波路１８の中心と、第２ポ
ートＰ２における反射光導波路２０の中心との距離を、
５００μｍとしてある。また、導波路幅ｗを８μｍとし
てある。

【００８０】「第３の実施の形態」次に、波長多重光導
波路１８と反射光導波路２０との交差角２θ₀ ＝２０°
に設定したとき（すなわち、θ₀ ＝１０°に設定したと
き）、（１）式、（３）式および（２）式より、それぞ
れθ₁ ＝９．５°、θ₂ ＝０．９８°およびθ₃ ＝１
１．４８°となる。このとき、この発明の波長分波器１
０の全長は、１０．８ｍｍとなる。これに対して、同じ
く、交差角２θ₀ ＝２０°にしたときの従来構成の波長
分波器Ａの全長は、１３．１ｍｍとなる。したがって、
この発明の波長分波器１０の全長は、従来構成の波長分
波器Ａの全長より２．３ｍｍも短い。

【００８１】ただし、第２の実施の形態と同様に、ｒ₁
＝ｒ₂ ＝ｒ₃ ＝２５ｍｍとし、波長多重光導波路１８お
よび反射光導波路２０の曲がり部分の中心線の曲率半径
も、それぞれ２５ｍｍとしてある。また、第１ポートＰ
１における波長多重光導波路１８の中心と、第２ポート
Ｐ２における反射光導波路２０の中心との距離を、５０
０μｍとしてある。また、導波路幅ｗを８μｍとしてあ
る。

【００８２】次に、この波長分波器１０の導波路幅の依
存性に関して説明する。

【００８３】図３は、導波路幅ｗを変化させたときの放
射損失の変化を示すグラフである。縦軸および横軸は、
それぞれ放射損失（単位はｄＢ）および導波路幅（単位
はμｍ）を表す。図中の黒丸は、第１ポートＰ１から第
４ポートＰ４に波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１が伝搬
した場合の放射損失であり、この黒丸を連ねた近似曲線
を曲線１とする。また、図中の白丸は、第３ポートＰ３
から第１ポートＰ１に波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１
が伝搬した場合の射放損失であり、この白丸を連ねた近
似曲線を曲線２とする。

【００８４】曲線１および曲線２は、それぞれ直線的
に、単調増加および単調減少している。

【００８５】ところで、光通信上、送信信号および受信
信号の放射損失を等しくするのが望ましい。この場合、
曲線１および曲線２の放射損失を等しくするのが望まし
い。図３を参照すると、導波路幅ｗが８．０μｍのと
き、曲線１および曲線２の放射損失は、等しくなる。た
とえば、導波路幅ｗが８．０μｍから０．６μｍずれて
も放射損失の絶対値は、おおよそ０．５ｄＢずれるだけ
である。よって、多少導波路幅が８．０μｍからずれて
も、第１ポートＰ１から第４ポートＰ４に波長１．３μ
ｍの第１波長光Ｓ１が伝搬した場合の放射損失と、第３
ポートＰ３から第１ポートＰ１に波長１．３μｍの第１
波長光Ｓ１が伝搬した場合の射放損失がおおよそ等しい
波長分波器１０を製造することが容易である。

【００８６】このように、曲線１および曲線２は、単調
な直線的な曲線であるから、第１ポートＰ１から第４ポ
ートＰ４に波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１が伝搬した
場合の放射損失と、第３ポートＰ３から第１ポートＰ１
に波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１が伝搬した場合の放
射損失との調整が容易である。

【００８７】これに対して、従来構成の波長分波器Ａの
放射損失を容易に調整することは困難である。

【００８８】図４は、従来構成の波長分波器Ａの導波路
幅を変化させたときの放射損失の変化を示すグラフであ
る。縦軸および横軸は、それぞれ放射損失（単位はｄ
Ｂ）および導波路幅（単位はμｍ）を表す。図中の黒丸
は、第１ポートＰ１から第４ポートＰ４に波長１．３μ
ｍの第１波長光Ｓ１が伝搬した場合の放射損失であり、
この黒丸を連ねた近似曲線を曲線３とする。また、図中
の白丸は、第３ポートＰ３から第１ポートＰ１に波長
１．３μｍの第１波長光Ｓ１が伝搬した場合の放射損失
であり、この白丸を連ねた近似曲線を曲線４とする。

【００８９】曲線３および曲線４は、いずれも複雑に変
化している。図４を参照すると、図３と同様に、導波路
幅が８．０μｍのとき、曲線３および曲線４の放射損失
は、等しくなる。しかしながら、たとえば、導波路幅ｗ
が８．０μｍから０．４μｍずれただけで、放射損失の
絶対値は、１．５〜２ｄＢもずれる。よって、第１ポー
トＰ１から第４ポートＰ４に波長１．３μｍの第１波長
光Ｓ１が伝搬した場合の放射損失と、第３ポートＰ３か
ら第１ポートＰ１に波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１が
伝搬した場合の射放損失がおおよそ等しい波長分波器Ａ
を製造することは、この発明の波長分波器１０と比べ
て、困難である。

【００９０】「第４の実施の形態」第１〜第３の実施の
形態では、ｒ₁ ＝ｒ₂ ＝ｒ₃ ＝２５ｍｍとしたが、ｒ
₁ 、ｒ₂ およびｒ₃ は、この値に限定されるものではな
い。波長多重光導波路１８と反射光導波路２０との交差
角２θ₀ ＝２０°（すなわち、θ₀ ＝１０°）に設定し
てある。また、導波路幅ｗ＝８μｍとしてある。

【００９１】図５は、第４の実施の形態のＹ分岐光導波
路１４を具える波長分波器１０の導波路部分および誘電
体多層膜フィルタ１６のみを取り出して、これを上方か
ら見たときの平面図である。

【００９２】図６は、第１曲率半径を変化させたときの
放射損失の変化を示すグラフである。縦軸および横軸
は、それぞれ放射損失（単位はｄＢ）および第１分岐導
波路２６の第１曲率半径ｒ₁ （単位はｍｍ）を表す。図
中の黒丸は、第１ポートＰ１から第４ポートＰ４に波長
１．３μｍの第１波長光Ｓ１が伝搬した場合の放射損失
であり、この黒丸を連ねた近似曲線を曲線５とする。ま
た、図中の白丸は、第３ポートＰ３から第１ポートＰ１
に波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１が伝搬した場合の放
射損失であり、この白丸を連ねた近似曲線を曲線６とす
る。

【００９３】曲線５および曲線６は、それぞれ直線的
に、単調増加および単調減少している。曲線５および曲
線６は、単調な直線的な曲線であるから、第１ポートＰ
１から第４ポートＰ４に波長１．３μｍの第１波長光Ｓ
１が伝搬した場合の放射損失と、第３ポートＰ３から第
１ポートＰ１に波長１．３μｍの第１波長光Ｓ１が伝搬
した場合の放射損失との調整が容易である。なお、ｒ₁
＝２０．４ｍｍのとき、曲線５および曲線６の放射損失
は、等しくなる。

【００９４】なお、第４の実施の形態では、ｒ₁ をｒ₂
およびｒ₃ より小さくしたが、ｒ₁をｒ₂ およびｒ₃ よ
り大きくしても、同様の効果が得られる。

【００９５】この発明は、上述の実施の形態にのみ限定
されるものではなく、設計に応じて種々の変更を加える
ことができる。

【００９６】たとえば、波長分波部１２を、誘電体多層
膜フィルタ１６を用いた反射型波長分波部１２ではな
く、たとえば、マッハツェンダー干渉計３８としても良
い。

【００９７】図７は、波長分波部１２として１入力２出
力型のマッハツェンダー干渉計３８を用いた場合の導波
路部分のみを取り出して、これを上方から見たときの平
面図である。

【００９８】この場合、幹線導波路を１入力２出力型の
マッハツェンダー干渉計３８の１出力端に接続させて、
Ｙ分岐光導波路１４を使用することができる。図７で
は、１入力２出力型のマッハツェンダー干渉計３８は、
第１波長光Ｓ１及び第２波長光Ｓ２を有する波長多重光
ＳＰを分波した後、第１波長光Ｓ１を直進させながら出
力させ、第２波長光Ｓ２をＹ分岐光導波路１４に入力さ
せている。

【００９９】また、上述の実施の形態では、固相拡散法
またはイオンプレーティング法等によって、コアを形成
してあるが、コアの形成方法はこれらに限らない。たと
えば、下部クラッド層３２の表面上に、厚さ８μｍのコ
ア層（石英系ガラス）を成膜し、次に、たとえば、反応
性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）により、８μｍの幅
にコア層をエッチングして、各導波路用のコアを形成し
ても良い。

【０１００】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、第１伝
搬方向に対する、この発明の波長分波器の全長は、従来
構成の波長分波器Ａの全長と比較して、短い。

【０１０１】また、波長分波器を形成する同一列上の波
長分波器チップの溝を一直線にすることができる。よっ
て、この発明の波長分波器の生産効率が向上する。

【０１０２】また、この発明の波長分波器の全体放射損
失は、従来構成の波長分波器Ａの放射損失と同程度であ
るから、この発明の波長分波器による光通信は、実用上
問題ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の波長分波器の導波路部分および誘電
体多層膜フィルタを上方から見たときの平面図である。

【図２】この発明の波長分波器の斜視図である。

【図３】この発明の第３の実施の形態の波長分波器の導
波路幅を変化させたときの放射損失の変化を示すグラフ
である。

【図４】従来構成の波長分波器の導波路幅を変化させた
ときの放射損失の変化を示すグラフである。

【図５】この発明の第４の実施の形態の導波路部分およ
び誘電体多層膜フィルタを上方から見たときの平面図で
ある。

【図６】この発明の第４実施の形態の第１曲率半径を変
化させたときの放射損失の変化を示すグラフである。

【図７】この発明のＹ分岐光導波路を具える１入力２出
力型のマッハツェンダー波長分波器である。

【図８】従来構成の波長分波器Ａの導波路部分および誘
電体多層膜フィルタを上方から見たときの平面図であ
る。

【図９】従来構成の波長分波器Ｂの導波路部分および誘
電体多層膜フィルタを上方から見たときの平面図であ
る。

【図１０】波長分波器Ｂを形成する、同一列上にある３
個の波長分波器Ｂのチップを上方から見た平面図であ
る。

【図１１】波長分波器Ａを形成する、同一列上にある３
個の波長分波器Ａのチップを上方から見た平面図であ
る。

【符号の説明】

１０：Ｙ分岐光導波路を具える波長分波器１２：波長分波部１４：Ｙ分岐光導波路１６：誘電体多層膜フィルタ１８：波長多重光導波路２０：反射光導波路２２：幹線導波路２４：テーパ導波路２６：第１分岐導波路２８：第２分岐導波路３０：基板３２：下部クラッド層３４：上部クラッド層３６：溝３８：マッハツェンダー干渉計ｄ：第３ポートにおける第１分岐導波路の中心と、第４
ポートにおける第２分岐導波路の中心との距離ｇ：テーパ導波路との接続部分における、第１分岐導波
路の境界線と第２分岐導波路の境界線との距離Ｌ１：第１伝搬方向Ｌ２：第２伝搬方向Ｐ１：第１ポートＰ２：第２ポートＰ３：第３ポートＰ４：第４ポートＲ１：第１曲線Ｒ２：第２曲線Ｒ３：第３曲線ｒ₁ ：第１曲率半径ｒ₂ ：第２曲率半径ｒ₃ ：第３曲率半径Ｓ１：第１波長光Ｓ２：第２波長光ＳＰ：波長多重光ｗ：導波路幅２θ₀ ：波長多重光導波路の中心線と反射光導波路の中
心線との間の角度 θ₁ ：第１角度 θ₂ ：第２角度 θ₃ ：第３角度 φ：テーパ導波路の境界線と幹線導波路の中心線との間
の角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１伝搬方向を以って当該波長分波器へ
入力した波長多重光から特定の波長光を分波した後、前
記波長光を前記第１伝搬方向と異なる方向の第２伝搬方
向を以って出力する波長分波部と、前記第２伝搬方向を
以って入力した前記波長光を前記第１伝搬方向を以って
出力するＹ分岐光導波路とを具え、前記Ｙ分岐光導波路が、前記波長分波部に接続されてい
る幹線導波路と、前記幹線導波路に接続されていて導波
路幅を拡げるためのテーパ導波路と、前記テーパ導波路
にそれぞれ接続されている第１および第２分岐導波路と
を具える波長分波器において、前記幹線導波路を、前記幹線導波路の中心線が前記第２
伝搬方向に向く直線導波路とし、前記第１分岐導波路の中心線を、滑らかな第１曲線に沿
って前記第２分岐導波路から離れる方向に曲げてから、
該第１曲線の接線方向を前記第１伝搬方向に一致させて
あり、前記第２分岐導波路の中心線を、滑らかな第２曲線に沿
って前記第１分岐導波路から離れる方向に曲げて、さら
に、前記第２曲線の接線方向を以って該第２曲線に接続
してある滑らかな第３曲線に沿って前記第１分岐導波路
に近づく方向に曲げてから、該第３曲線の接線方向を前
記第１伝搬方向に一致させてあることを特徴とするＹ分
岐光導波路を具える波長分波器。
【請求項２】請求項１に記載のＹ分岐光導波路を具え
る波長分波器において、前記第１曲線の曲がり部分を、真円の円弧とすることを
特徴とするＹ分岐光導波路を具える波長分波器。
【請求項３】請求項１に記載のＹ分岐光導波路を具え
る波長分波器において、前記第２曲線を、真円の円弧とし、および前記第３曲線
の曲がり部分を、真円の円弧とすることを特徴とするＹ
分岐光導波路を具える波長分波器。
【請求項４】請求項３に記載のＹ分岐光導波路を具え
る波長分波器において、前記第２曲線に、前記第３曲線の曲がり部分である前記
円弧が接続されていることを特徴とするＹ分岐光導波路
を具える波長分波器。
【請求項５】請求項１に記載のＹ分岐光導波路を具え
る波長分波器において、前記波長分波部を、誘電体多層膜フィルタを用いた反射
型波長分波部とすることを特徴とするＹ分岐光導波路を
具える波長分波器。
【請求項６】請求項１に記載のＹ分岐光導波路を具え
る波長分波器において、前記波長分波部を、マッハツェンダー干渉計とすること
を特徴とするＹ分岐光導波路を具える波長分波器。