JP2001051139A

JP2001051139A - 光導波路装置

Info

Publication number: JP2001051139A
Application number: JP22864199A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hatayama; 均畑山; Hideyori Sasaoka; 英資笹岡
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】光導波路のコア部にかかる応力による光学特
性の偏波依存性を低減するとともに、その構造及び製造
工程が簡単化された光導波路装置を提供する。【解決手段】光導波路装置による光回路の一例である
アレイ導波路回折格子型光合分波器１のアレイ導波路部
１４を、各チャネル導波路がコア幅Ｗ１で形成されてい
る第１アレイ部１４ａと、各チャネル導波路がＷ１とは
異なるコア幅Ｗ２で形成されている第２アレイ部１４ｂ
とに区分する。これら２つのアレイ部１４ａ及び１４ｂ
でのそれぞれのコア部形状（コア幅Ｗ１及びＷ２）と、
各アレイ部の区分領域との設定によって、このアレイ導
波路部１４での構造による偏波依存性を設定することが
でき、特に、応力による偏波依存性を補償または低減す
る設定とすることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路が所定パ
ターンに形成された光導波路装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術等の進展と利用の拡大に伴
い、従来の発光器、光ファイバ、受光器などに加えて、
平面型光導波路を用いて光分岐器、光合分波器等の光回
路を形成した光導波路装置の開発と利用が進められてい
る。

【０００３】このような光回路は、例えば、光ファイバ
線路に多波長の信号光（波長の異なる複数の信号光）を
伝送させることにより高速・大容量の光通信を行う波長
分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiple
xing）による波長多重通信システム等において用いられ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光導波路装置は、コア
部を有する平面型の光導波路を基板上に所定の光回路形
状などの導波路パターンで形成することによって作製さ
れるが、このとき、基板に生じる反りなどの変形によっ
て光導波路、特にそのコア部に応力（圧縮応力または引
っ張り応力）がかかってしまう。また、台座やホルダー
等に光導波路装置を固定・実装して光導波路モジュール
を構成するときなどにも、光導波路に応力が発生する場
合がある。これらの原因によって光導波路内に応力を生
じた場合、応力に起因する光導波路装置の光学特性の変
化が問題となる。

【０００５】例えば、通常の状態では光学的に等方性を
有する材料で光導波路のコア部を形成した場合において
も、基板の反り等の変形で光導波路に応力がかかること
によってコア部内に複屈折性を生じ、それによってＴＥ
偏波とＴＭ偏波とに対する実効的な屈折率が異なるもの
となって、光学特性の偏波依存性が発生・増大してしま
うという問題を生じる。この場合、ＴＥ偏波とＴＭ偏波
とでＷＤＭ回路の中心波長などの光回路の特性波長のず
れである偏波依存波長シフトＰＤλ（Polarization Dep
endentλ）を生じてしまう。

【０００６】このような問題に対して、特許第２６１４
３６５号公報において、光導波路の所定の位置に偏波回
転器を設置することによって光導波路の途中で偏波状態
を回転・変換して、どの偏波状態の入力光に対しても光
路長が等しくなるように構成する導波型光デバイスが開
示されている。しかしながら、上記のように偏波回転器
を新たに設置する構成とした場合には、光導波路装置が
複雑化し、製造コストも高くなってしまうなどの問題が
ある。

【０００７】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、光導波路のコア部にかかる応力に起因する
光学特性の偏波依存性を低減するとともに、その構造及
び製造工程が簡単化された光導波路装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明者は、上記した
目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、光学特性
の偏波依存性は、応力に起因した応力複屈折に加えて、
光導波路のコア部の非対称形状などの構造に起因した構
造複屈折によっても生じることを利用し、この構造複屈
折を好適に設定・制御することによって応力複屈折によ
る偏波依存性を補償または低減させることが可能である
ことを見出した。

【０００９】すなわち、本発明による光導波路装置は、
基板と、基板上に所定の導波路パターンで形成された光
導波路と、を有する光導波路装置であって、光導波路の
一部または全部のコア部は、コア部の構造に起因した構
造複屈折を生じさせる非対称形状で形成されるととも
に、コア部の非対称形状は、コア部の応力に起因した応
力複屈折によって生じる光学特性の偏波依存性を補償ま
たは低減する構造複屈折を生じさせる形状に形成されて
いることを特徴とする。

【００１０】コア部における構造複屈折は、コア部の非
対称形状、すなわちコア断面形状の非対称性（一般には
正方形状からのずれ）や屈折率分布の非対称性、によっ
て発生されるが、この構造複屈折は、コア部の非対称形
状の設定等によって符号や値を制御することが可能であ
る。したがって、例えばあらかじめ知られている応力複
屈折による偏波依存性に対し、上記のように構造複屈折
による偏波依存性が応力複屈折による偏波依存性の一部
または全部を補償して、特性波長の偏波依存波長シフト
などの偏波依存性を低減させるようにコア部の非対称形
状を設定して光導波路を形成することが可能である。

【００１１】この場合、光回路に偏波回転器などの新た
な要素を設置・挿入等する必要がないので、装置構造の
複雑化が回避されて、製造工程が簡単化されるとともに
低コスト化が実現される。

【００１２】上記したコア部形状の設定については、例
えば、コア部の非対称形状は、そのコア幅がコア厚より
大きいかまたは小さい幅となる形状に形成されているこ
とを特徴とすることが好ましい。

【００１３】コア幅とコア厚とを異なる値としてコア断
面形状を正方形状からずれた形状とすることにより、例
えば、縦長または横長の設定によって構造による偏波依
存性の符号を、コア幅及びコア厚の差の大きさによって
偏波依存性の大きさを設定することができる。

【００１４】また、光導波路は、その光導波の方向につ
いて分けられた複数の導波路部分を有して構成され、複
数の導波路部分のコア部は、それぞれ異なる形状を有す
るとともに少なくとも１つは非対称形状に形成されてい
ることを特徴とすることが好ましい。

【００１５】光導波路を複数の導波路部分に区分して、
それぞれに対して異なる形状を設定する構成とすること
によって、それぞれの部分におけるコア部形状の設定
と、各部分の区分設定とによって構造による偏波依存性
を設定・制御することが可能であり、設定の自由度等を
より高くすることができる。

【００１６】上記した光導波路装置の光回路への適用の
一例としては、光導波路は、アレイ導波路回折格子型光
合分波器を構成する導波路パターンによって基板上に形
成され、アレイ導波路回折格子型光合分波器のアレイ導
波路部において、アレイ導波路部を構成する複数のチャ
ネル導波路それぞれは、コア部がそれぞれ異なるコア幅
で形成された複数の導波路部分を有して形成されている
ことを特徴とするものがある。

【００１７】このアレイ導波路回折格子型光合分波器で
の設定については、より具体的には、複数のチャネル導
波路それぞれは、コア部がそれぞれ異なるコア幅で形成
された第１の導波路部分及び第２の導波路部分を有して
形成されるとともに、アレイ導波路回折格子型光合分波
器の中心波長をλ０、中心波長の偏波依存性による偏波
依存波長シフトをＰＤλ０、回折次数をｍとし、第１の
導波路部分及び第２の導波路部分について、実効屈折率
をｎ１及びｎ２、隣り合うチャネル導波路の光路長さの
差をΔＬ１及びΔＬ２、複屈折係数をＢ１及びＢ２とし
て、次の２つの関係式ｎ１・ΔＬ１＋ｎ２・ΔＬ２＝ｍ・λ０Ｂ１・ΔＬ１＋Ｂ２・ΔＬ２＝ｍ・ＰＤλ０を連立させて偏波依存波長シフトＰＤλ０が補償・低減
されるように求められた条件によって、アレイ導波路部
が形成されていることを特徴とすることが好ましい。

【００１８】アレイ導波路部のチャネル導波路それぞれ
を、コア幅Ｗ１の導波路部分とコア幅Ｗ２（ただしＷ２
≠Ｗ１、Ｗ１、Ｗ２の少なくとも一方はコア厚と異な
る）の導波路部分とに区分して、その形状及び光路長さ
等の条件を上記した２つの関係式によって求める方法な
どによって設定して、偏波依存性を低減するように構成
することが可能である。ただし、アレイ導波路回折格子
型光合分波器においても、上記以外の様々な光導波路構
成及び条件設定方法が適用可能である。

【００１９】また、光導波路装置の光回路への適用の他
の例としては、光導波路は、マッハ・ツェンダー干渉計
を構成する導波路パターンによって基板上に形成され、
マッハ・ツェンダー干渉計の位相調整部において、位相
調整部を構成する２本の光導波路それぞれの互いに対応
する導波路部分は、コア部が互いに異なるコア幅で形成
されていることを特徴とするものがある。

【００２０】このマッハ・ツェンダー干渉計での設定に
ついては、より具体的には、２本の光導波路は、コア部
が互いに異なるコア幅で形成された、一方の光導波路に
含まれる第１の導波路部分と、他方の光導波路に含まれ
第１の導波路部分に対応する第２の導波路部分と、を有
して形成されるとともに、マッハ・ツェンダー干渉計の
ピーク波長をλｐ、ピーク波長の偏波依存性による偏波
依存波長シフトをＰＤλｐ、次数をｍとし、第１の導波
路部分及び第２の導波路部分について、実効屈折率をｎ
１及びｎ２、光路長さをＬ１及びＬ２、複屈折係数をＢ
１及びＢ２として、次の２つの関係式ｎ１・Ｌ１−ｎ２・Ｌ２＝ｍ・λｐＢ１・Ｌ１−Ｂ２・Ｌ２＝ｍ・ＰＤλｐを連立させて偏波依存波長シフトＰＤλｐが補償・低減
されるように求められた条件によって、位相調整部が形
成されていることを特徴とすることが好ましい。

【００２１】位相調整部の２本の光導波路それぞれを、
コア幅Ｗ１及びコア幅Ｗ２（ただしＷ２≠Ｗ１、Ｗ１、
Ｗ２の少なくとも一方はコア厚と異なる）で形成して、
その形状及び光路長さ等の条件を上記した２つの関係式
によって求める方法などによって設定して、偏波依存性
を低減するように構成することが可能である。ただし、
マッハ・ツェンダー干渉計においても、上記以外の様々
な光導波路構成及び条件設定方法が適用可能である。

【００２２】さらに、上記したアレイ導波路回折格子型
光合分波器及びマッハ・ツェンダー干渉計以外の光回路
等の光導波路装置に対しても、それぞれの構成に対して
偏波依存性を低減させるコア部の非対称形状等の設定・
構成が可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による光
導波路装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付
し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率
は、説明のものと必ずしも一致していない。

【００２４】まず、平面型光導波路のコア部において生
じる複屈折、及びそれに起因する偏波依存性について説
明する。

【００２５】平面型光導波路のコア部における複屈折性
・光学的な異方性は、その光学特性の偏波依存性の原因
となる。すなわち、コア部が複屈折性を持つことによっ
て、ＴＥ偏波（水平偏波）及びＴＭ偏波（垂直偏波）に
対する実効的な屈折率が異なる状態となり、透過波長帯
域の中心波長などの光学特性に偏波依存性を生じる。こ
のとき、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対して、ＷＤＭ回路の
中心波長などの光導波路装置の特性波長λｃがそれぞれ
異なる値λｃ（ＴＥ）及びλｃ（ＴＭ）となって、その
差による偏波依存波長シフトＰＤλ＝λｃ（ＴＥ）−λ
ｃ（ＴＭ）を生じてしまう。

【００２６】光導波路のコア部における複屈折発生の原
因としては、（１）コア部に加わる応力に起因する応力
複屈折、及び（２）コア断面形状や屈折率分布などの構
造の非対称性に起因する構造複屈折がある。これらに起
因するＰＤλ成分をそれぞれ、応力複屈折による偏波依
存波長シフトをＰＤλ₁、構造複屈折による偏波依存波
長シフトをＰＤλ₂とすると、最終的に光導波路に生じ
るＰＤλはそれらの和ＰＤλ＝ＰＤλ₁＋ＰＤλ₂とな
る。

【００２７】従来、このような光導波路装置において、
基板の変形・反り等によってコア部にかかる応力に起因
して複屈折が発生し、中心波長等に偏波依存性を生じる
ことが問題となっている。このような問題について、光
導波路に偏波回転器を挿入・設置することが提案されて
いる（特許第２６１４３６５号公報参照）。しかしなが
ら、この場合には光回路中に溝を掘って波長板を挿入す
る必要があるなど、装置構造が複雑化するとともに、コ
スト高となってしまう。

【００２８】これに対して本願発明者は、上記のように
応力によるＰＤλ₁と構造によるＰＤλ₂とを加えたもの
が全体としての光導波路のＰＤλとなることを利用し、
応力によるＰＤλ₁に対して、好適な値の構造によるＰ
Ｄλ₂を付与するように光導波路のコア部を設計・形成
することによって、最終的に得られる導波路のＰＤλを
補償または低減させることが可能であることを見出した
ものである。

【００２９】図１は、本発明による光導波路装置の一実
施形態であるアレイ導波路回折格子型光合分波器１（以
下、単に光合分波器ともいう）を示す構成図である。

【００３０】光合分波器１は、その端部を入出力ポート
１１とする１本の入出力用チャネル導波路１２と、この
入出力用チャネル導波路１２に接続された第１スラブ導
波路１３と、この第１スラブ導波路１３に接続され各々
の光路長が互いに異なる複数のチャネル導波路１４₁〜
１４_Mからなるアレイ導波路部１４と、このアレイ導波
路部１４に接続された第２スラブ導波路１５と、この第
２スラブ導波路１５に接続され、その端部をそれぞれ入
出力ポート１７₁〜１７_Nとする複数の入出力用チャネル
導波路１６₁〜１６_Nとが、基板１０上に形成されたもの
である。上記したそれぞれの光導波路は、いずれも光の
伝送部となるコア部を有して形成されている。

【００３１】そして、このアレイ導波路回折格子型光合
分波器１は、入出力ポート１１から入出力用チャネル導
波路１２に光が入力すると、第１スラブ導波路１３、ア
レイ導波路部１４、及び第２スラブ導波路１５を順次に
経て導波される間に光が分波され、その分波された各波
長の光成分それぞれがＮ本の入出力用チャネル導波路１
６₁〜１６_Nのいずれかを介して入出力ポート１７₁〜１
７_Nから出力される。

【００３２】また、このアレイ導波路回折格子型光合分
波器１は、入出力ポート１７₁〜１７_Nそれぞれに各波長
の光を入力すると、第２スラブ導波路１５、アレイ導波
路部１４、第１スラブ導波路１３を順次に経て導波され
る間に光が合波され、その合波された光が入出力用チャ
ネル導波路１２を介して入出力ポート１１から出力され
る。すなわち、アレイ導波路回折格子型光合分波器１
は、波長多重通信システムにおいて多波長の波長多重信
号光を分波する光分波器または合波する光合波器として
用いられる。

【００３３】このようなアレイ導波路回折格子型光合分
波器１の特性は、ｎ・ΔＬ＝ｍ・λ０ …（１）Ｂ・ΔＬ＝ｍ・ＰＤλ０ …（２）なる式で表される。ここで、ｎはアレイ導波路部１４を
構成するＭ本の各チャネル導波路１４₁〜１４_Mの実効屈
折率、ΔＬは各チャネル導波路１４₁〜１４_Mのうち隣り
合う２本の光路長さの差、ｍは回折次数、ＢはＴＥ偏波
に対する実効屈折率ｎ（ＴＥ）及びＴＭ偏波に対する実
効屈折率ｎ（ＴＭ）の差である複屈折係数Ｂ＝ｎ（Ｔ
Ｅ）−ｎ（ＴＭ）である。

【００３４】また、λ０及びＰＤλ０は、この光合分波
器１で合波または分波される光の波長領域の中心波長、
及び中心波長の偏波依存性を示す偏波依存波長シフトＰ
Ｄλ０＝λ０（ＴＥ）−λ０（ＴＭ）であり、このＰＤ
λ０は上述したように、ＰＤλ０（全体）＝ＰＤλ０₁
（応力）＋ＰＤλ０₂（構造）の２成分の和によって与
えられる。なお、以下においては、光合分波器１の各光
導波路のうち、上記した式（１）、（２）に関係するア
レイ導波路部１４のチャネル導波路１４₁〜１４_Mのコア
部での複屈折とＰＤλについて述べる。

【００３５】応力に起因した応力複屈折によるＰＤλ０
₁を補償して、上記した光合分波器１における中心波長
の全体としての偏波依存波長シフトＰＤλ０を低減させ
るための、構造に起因した構造複屈折によるＰＤλ０₂
の付与及びその設定等について説明する。構造複屈折
は、チャネル導波路１４₁〜１４_Mのコア部を非対称形状
に形成すること、すなわち、コア部の断面形状またはコ
ア内部での屈折率分布に非対称性を持たせることによっ
て与えられる。

【００３６】図１に示した光合分波器１のアレイ導波路
部１４において構造複屈折によるＰＤλ０₂を付与する
ための一実施例として、導波路のコア断面形状を通常の
正方形状（コア厚＝コア幅）とするのではなく、コア厚
とコア幅とが異なる（コア厚≠コア幅）ようにコア部を
形成する構成がある。

【００３７】図２は、コア幅を固定して、コア厚を変化
させたときの構造複屈折によるＰＤλ０₂の変化を示す
グラフである。ここで、このコア部を有するチャネル導
波路１４₁〜１４_Mからなるアレイ導波路部１４などの各
光導波路が形成されている基板１０はＳｉＯ₂基板であ
るとし、コア部のコア幅＝６μｍとして、上記の式
（２）を用いてＰＤλ０₂の値を求めている。また、光
路長さの差をΔＬ＝６３μｍ、回折次数をｍ＝５９とし
て設定している。

【００３８】このグラフにおいて、コア厚が６μｍであ
るときにはコア厚＝コア幅であるので複屈折係数はＢ＝
０であり、したがってＰＤλ０₂＝０ｎｍである。ま
た、コア厚を６μｍよりも小さくするとＰＤλ０₂は正
の値となり、一方、コア厚を大きくするとＰＤλ０₂は
負の値となっている。

【００３９】例えば、コア幅＝６μｍ、コア厚＝１０μ
ｍの非対称断面形状の場合、図２の例ではＰＤλ０₂＝
−０．０１４ｎｍの構造複屈折によるＰＤλ０を生じて
いる。このとき、応力複屈折によるＰＤλ０₁が正の値
であれば、この負の値のＰＤλ０₂によってＰＤλ０₁の
一部または全部が補償されて、全体としてのＰＤλ０の
値が低減される。すなわち、コア部のコア幅及びコア厚
を、応力複屈折によるＰＤλ０₁を補償する符号または
大きさのＰＤλ０₂を生成するような非対称形状（上記
の例ではコア厚≠コア幅）の構造に形成することによっ
て、中心波長の偏波依存性によって生じるＰＤλ０を補
償・低減させることができる。

【００４０】構造複屈折によるＰＤλ０₂を付与するた
めの他の実施例として、光合分波器１のアレイ導波路部
１４において、チャネル導波路１４₁〜１４_Mのそれぞれ
を、そのコア部がそれぞれ異なるコア幅で形成された複
数の導波路部分に区分して形成する構成がある。

【００４１】図１の光合分波器１において、アレイ導波
路部１４を破線で示した区分線Ｄによって内側の第１ア
レイ部１４ａと、外側の第２アレイ部１４ｂとに区分す
る。ただし、第２アレイ部１４ｂはスラブ導波路１３側
及びスラブ導波路１５側の２つの部分に分割されて、第
１アレイ部１４ａを挟むように形成されている。この第
１アレイ部１４ａに含まれる各チャネル導波路１４₁〜
１４_Mの導波路部分と、第２アレイ部１４ｂに含まれる
各チャネル導波路１４₁〜１４_Mの導波路部分とを、それ
ぞれ異なるコア幅（ただし、コア厚は一定）のコア部に
よって形成する。ただし、それぞれのアレイ部１４ａ、
１４ｂ内の各導波路については、コア幅は等しく形成す
る。

【００４２】図３は、図１に示した光合分波器１のアレ
イ導波路部１４のうち、斜線を付した領域Ｒについて拡
大して示す構成図である。この図３中に示されている第
ｍ番目のチャネル導波路１４_mを例にとると、区分線Ｄ
を境界として、第１アレイ部１４ａに含まれる部分をコ
ア幅Ｗ１の導波路部分１４ａ_mとし、第２アレイ部１４
ｂに含まれる部分をコア幅Ｗ２の導波路部分１４ｂ_mと
して形成されている。他の各チャネル導波路１４₁〜１
４_Mについても、各アレイ部１４ａ及び１４ｂに対して
同じコア幅Ｗ１及びＷ２で形成されている。

【００４３】これらのコア幅Ｗ１及びＷ２は異なる値に
設定されており、この各コア幅の設定と、アレイ部１４
ａ及び１４ｂの区分設定とによって、アレイ導波路部１
４での構造複屈折及びそれによるＰＤλ₂が設定・制御
される。なお、区分線Ｄ上に位置する導波路部分１４ａ
_m及び導波路部分１４ｂ_mの接合箇所は、テーパ形状の接
合部分１４ｃ_mとして形成されている（他の導波路も同
様）。

【００４４】このとき、アレイ導波路回折格子型光合分
波器１の特性についての式（１）、（２）は、以下の２
つの関係式、ｎ１・ΔＬ１＋ｎ２・ΔＬ２＝ｍ・λ０ …（３）Ｂ１・ΔＬ１＋Ｂ２・ΔＬ２＝ｍ・ＰＤλ０ …（４）となる。ここで、ｎ１及びｎ２はアレイ部１４ａ及び１
４ｂでの実効屈折率、ΔＬ１及びΔＬ２はアレイ部１４
ａ及び１４ｂでの隣り合うチャネル導波路の光路長さの
差、Ｂ１及びＢ２はアレイ部１４ａ及び１４ｂでの複屈
折係数である。すなわち、この式（３）及び（４）は、
式（１）及び（２）の左辺をそれぞれ、コア幅Ｗ１のア
レイ部１４ａとコア幅Ｗ２のアレイ部１４ｂとの和とし
たものである。

【００４５】上記した２つの関係式（３）、（４）を連
立させることによって、中心波長などについての必要な
諸条件を満たすとともに、ＰＤλ０が補償・低減される
コア幅または光路長さ等の条件が求められる。求められ
た条件によって各チャネル導波路１４₁〜１４_Mの構成を
設定してアレイ導波路部１４を形成することによって、
中心波長λ０の偏波依存性によるＰＤλ０が低減された
光合分波器１が実現される。

【００４６】具体的な設定の一例として、コア部の比屈
折率差をΔｎ＝０．７５％に設定し、コア厚＝６μｍ
（一定）に対して第１アレイ部１４ａでのコア幅をＷ１
＝４μｍ、第２アレイ部１４ｂでのコア幅をＷ２＝６μ
ｍとした場合について説明する。このとき、各アレイ部
１４ａ及び１４ｂでの実効屈折率はそれぞれｎ１＝１．
４４８３、ｎ２＝１．４５００となる。また、ＴＥ偏波
及びＴＭ偏波に対する実効屈折率の差である複屈折係数
は、アレイ部１４ａに対してはＢ１＝−１．６９７×１
０^-5となり、一方、アレイ部１４ｂに対してはコア厚＝
コア幅＝６μｍと対称形状であるのでＢ２＝０である。
ただし、上記のＢ１、Ｂ２はいずれも構造複屈折のみに
よる数値であって、応力複屈折の影響を含んでいない。

【００４７】これらの数値を式（３）、（４）に代入し
て、得られる構造複屈折によるＰＤλ₂の値が、応力複
屈折によるＰＤλ０₁を補償または低減する符号または
大きさとなる設定を求める。例えば、中心波長λ０＝１
５５０ｎｍ、回折次数ｍ＝５９（回折次数の一例の数値
であり、特にこの次数には限定されない）とし、また、
応力複屈折によるＰＤλ０₁＝０．１ｎｍであったとす
る。このとき、構造複屈折によるＰＤλ０₂＝−０．１
ｎｍとなるようにアレイ導波路部１４を構成することに
よって、偏波依存性を補償して全体としてのＰＤλ０を
ほぼ０とすることができる。

【００４８】これらの条件を代入して式（３）、（４）
から得られるアレイ部１４ａ及び１４ｂそれぞれについ
ての光路長さの差ΔＬは、ΔＬ１＝−３４６．６７μ
ｍ、ΔＬ２＝４１０．３３μｍである。隣り合うチャネ
ル導波路の光路長さの差がこの値になるように各チャネ
ル導波路１４₁〜１４_Mの各導波路部分１４ａ₁〜１４
ａ_M、１４ｂ₁〜１４ｂ_Mを形成することによって、応力
によるＰＤλ０₁＝０．１ｎｍがコア構造の非対称形状
によるＰＤλ０₂＝−０．１ｎｍで補償されたアレイ導
波路部１４とすることができる。

【００４９】このとき、アレイ導波路部１４のチャネル
導波路の本数Ｍ＝１００本とすると、アレイ導波路部１
４の全長はおよそ４１０．３３μｍ×１００＝４１ｍｍ
となるので、回路サイズとしても例えば４インチ基板に
充分に収まる構造となる。このように、各チャネル導波
路１４₁〜１４_Mをそれぞれ２つの導波路部分に区分し、
それぞれについてコア部の非対称形状及び光路長さを関
係式（３）、（４）の連立に基づいて設定することによ
って、光学特性の偏波依存性が補償・低減されたアレイ
導波路回折格子型光合分波器１を得ることができる。

【００５０】特に、このように２つの導波路部分に区分
することによって、非対称形状の選択に加えて光路長さ
との組み合わせによって条件を設定できるので、非対称
形状のみによる場合に比べてさらに設計・設定の自由度
が高くなり、光導波路の全体を同じ非対称形状とした場
合に比べて補償可能な偏波依存性の範囲も広くなる。な
お、式（３）、（４）の連立による条件設定について
は、上記した例ではＷ１、Ｗ２を与えてΔＬ１、ΔＬ２
を求めたが、逆にΔＬ１、ΔＬ２を先に与えて好適なＷ
１、Ｗ２を求めて設定するなど、他の条件設定方法を用
いても良い。

【００５１】図４は、本発明による光導波路装置の他の
実施形態であるマッハ・ツェンダー干渉計２（以下、単
に干渉計ともいう）を示す構成図である。

【００５２】干渉計２は、第１入力導波路２１及び第２
入力導波路２２と、第１方向性結合器２３と、それぞれ
異なる光路長さを有する第１光導波路２５及び第２光導
波路２６からなる位相調整部２４と、第２方向性結合器
２７と、第１出力導波路２８及び第２出力導波路２９と
が、基板２０上に形成されたものである。

【００５３】図５は、図４に示した干渉計２の位相調整
部２４について拡大して示す構成図である。この干渉計
２においては、位相調整部２４の第１光導波路２５及び
第２光導波路２６が互いに異なるコア幅Ｗ１及びＷ２に
よって形成されている。このとき、マッハ・ツェンダー
干渉計２の周期状の透過スペクトルの透過率がピークと
なるピーク波長λｐと、ＴＥ偏波に対するピーク波長λ
ｐ（ＴＥ）及びＴＭ偏波に対するピーク波長λｐ（Ｔ
Ｍ）の差である偏波依存波長シフトＰＤλｐ＝λｐ（Ｔ
Ｅ）−λｐ（ＴＭ）とは、以下の２つの関係式、ｎ１・Ｌ１−ｎ２・Ｌ２＝ｍ・λｐ …（５）Ｂ１・Ｌ１−Ｂ２・Ｌ２＝ｍ・ＰＤλｐ …（６）を満たす。ここで、ｎ１及びｎ２は第１光導波路２５及
び第２光導波路２６での実効屈折率、Ｌ１及びＬ２は第
１光導波路２５及び第２光導波路２６の光路長さ、Ｂ１
及びＢ２は第１光導波路２５及び第２光導波路２６での
複屈折係数、ｍは次数（整数）である。

【００５４】ピーク波長λｐの偏波依存性によるＰＤλ
ｐは、図１に示した光合分波器１での中心波長のＰＤλ
０と同様に、ＰＤλｐ（全体）＝ＰＤλｐ₁（応力）＋
ＰＤλｐ₂（構造）の２成分からなる。したがって、第
１光導波路２５及び第２光導波路２６のコア部を互いに
異なる形状（少なくとも一方は非対称形状）で形成する
とともに、それらの形状及び光路長さ等の条件を式
（５）、（６）を連立させて求めることによって、応力
複屈折によるＰＤλｐ₁を構造複屈折によるＰＤλｐ₂で
補償して、全体としてのＰＤλｐが低減されたマッタ・
ツェンダー干渉計２とすることが可能である。なお、こ
のようにコア幅を異なる値に設定する部分については、
第１光導波路２５及び第２光導波路２６の全体ではな
く、それぞれ対応する一部分としても良い。

【００５５】本発明による光導波路装置は、上記したア
レイ導波路回折格子型光合分波器及びマッハ・ツェンダ
ー干渉計に限られるものではなく、様々な光回路形状等
の導波路パターンに光導波路が形成された光導波路装置
に対して適用することができる。

【００５６】また、その光導波路のコア部に対して設定
される非対称形状については、基板上に形成されたすべ
ての光導波路に対して同様の非対称形状を用いても良い
し、、上記した例のようにその一部を非対称形状として
も良い。また、それぞれ異なる非対称形状を有する複数
の導波路部分を形成しても良い。

【００５７】このような偏波依存性を補償・低減させる
ための非対称形状等の設定については、それらの非対称
形状や、非対称形状とされた導波路部分の光路長さ等の
条件を、各光回路でのＰＤλを求める関係式を用いた算
出方法やコンピュータ・シミュレーションなどの様々な
決定方法によって、応力によるＰＤλ₁に対して好適な
構造によるＰＤλ₂が得られるように設定することがで
きる。

【００５８】

【発明の効果】本発明による光導波路装置は、以上詳細
に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、
アレイ導波路回折格子型光合分波器のアレイ導波路部を
構成する各チャネル導波路の区分とそれぞれの部分での
コア部形状の設定や、マッハ・ツェンダー干渉計の位相
調整部を構成する各光導波路のコア部形状の設定など、
光導波路の所定の一部または全部を非対称形状に形成す
ることによって、構造による構造複屈折・光学特性の偏
波依存性が付与される。この構造による偏波依存性を、
上記した非対称形状の形成条件などの設定によって、あ
らかじめ知られている（あるいはあらかじめ予測され
る）応力による偏波依存性に対応するように付与するこ
とによって、従来問題となっている光導波路装置での応
力による偏波依存性を補償または低減する構成とするこ
とができる。

【００５９】この場合、光回路に偏波回転器などの新た
な要素を設置・挿入等する必要がないので、装置構造の
複雑化が回避されて、製造工程が簡単化されるとともに
低コスト化が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】光導波路装置の一例であるアレイ導波路回折格
子型光合分波器の一実施形態を示す構成図である。

【図２】コア幅を固定してコア厚を変化させたときの構
造複屈折によるＰＤλ０₂の変化を示すグラフである。

【図３】図１に示したアレイ導波路回折格子型光合分波
器を一部拡大して示す構成図である。

【図４】光導波路装置の他の例であるマッハ・ツェンダ
ー干渉計の一実施形態を示す構成図である。

【図５】図４に示したマッハ・ツェンダー干渉計を一部
拡大して示す構成図である。

【符号の説明】

１…アレイ導波路回折格子型光合分波器、１０…基板、
１１…入出力ポート、１２…入出力用チャネル導波路、
１３…第１スラブ導波路、１４…アレイ導波路部、１４
ａ…第１アレイ部、１４ｂ…第２アレイ部、１４₁〜１
４_M…チャネル導波路、１５…第２スラブ導波路、１６₁
〜１６_N…入出力用チャネル導波路、１７ ₁〜１７_N…入
出力ポート、２…マッハ・ツェンダー干渉計、２０…基
板、２１…第１入力導波路、２２…第２入力導波路、２
３…第１方向性結合器、２４…位相調整部、２５…第１
光導波路、２６…第２光導波路、２７…第２方向性結合
器、２８…第１出力導波路、２９…第２出力導波路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に所定の導波路パタ
ーンで形成された光導波路と、を有する光導波路装置で
あって、前記光導波路の一部または全部のコア部は、前記コア部
の構造に起因した構造複屈折を生じさせる非対称形状で
形成されるとともに、前記コア部の前記非対称形状は、前記コア部の応力に起
因した応力複屈折によって生じる光学特性の偏波依存性
を補償または低減する前記構造複屈折を生じさせる形状
に形成されていることを特徴とする光導波路装置。
【請求項２】前記コア部の前記非対称形状は、そのコ
ア幅がコア厚より大きいかまたは小さい幅となる形状に
形成されていることを特徴とする請求項１記載の光導波
路装置。
【請求項３】前記光導波路は、その光導波の方向につ
いて分けられた複数の導波路部分を有して構成され、前記複数の導波路部分の前記コア部は、それぞれ異なる
形状を有するとともに少なくとも１つは非対称形状に形
成されていることを特徴とする請求項１または２記載の
光導波路装置。
【請求項４】前記光導波路は、アレイ導波路回折格子
型光合分波器を構成する前記導波路パターンによって前
記基板上に形成され、前記アレイ導波路回折格子型光合分波器のアレイ導波路
部において、前記アレイ導波路部を構成する複数のチャネル導波路そ
れぞれは、前記コア部がそれぞれ異なるコア幅で形成さ
れた複数の前記導波路部分を有して形成されていること
を特徴とする請求項３記載の光導波路装置。
【請求項５】前記複数のチャネル導波路それぞれは、
前記コア部がそれぞれ異なるコア幅で形成された第１の
導波路部分及び第２の導波路部分を有して形成されると
ともに、前記アレイ導波路回折格子型光合分波器の中心波長をλ
０、前記中心波長の前記偏波依存性による偏波依存波長
シフトをＰＤλ０、回折次数をｍとし、前記第１の導波
路部分及び前記第２の導波路部分について、実効屈折率
をｎ１及びｎ２、隣り合うチャネル導波路の光路長さの
差をΔＬ１及びΔＬ２、複屈折係数をＢ１及びＢ２とし
て、次の２つの関係式ｎ１・ΔＬ１＋ｎ２・ΔＬ２＝ｍ・λ０Ｂ１・ΔＬ１＋Ｂ２・ΔＬ２＝ｍ・ＰＤλ０を連立させて前記偏波依存波長シフトＰＤλ０が補償・
低減されるように求められた条件によって、前記アレイ
導波路部が形成されていることを特徴とする請求項４記
載の光導波路装置。
【請求項６】前記光導波路は、マッハ・ツェンダー干
渉計を構成する前記導波路パターンによって前記基板上
に形成され、前記マッハ・ツェンダー干渉計の位相調整部において、前記位相調整部を構成する２本の光導波路それぞれの互
いに対応する前記導波路部分は、前記コア部が互いに異
なるコア幅で形成されていることを特徴とする請求項３
記載の光導波路装置。
【請求項７】前記２本の光導波路は、前記コア部が互
いに異なるコア幅で形成された、一方の前記光導波路に
含まれる第１の導波路部分と、他方の前記光導波路に含
まれ前記第１の導波路部分に対応する第２の導波路部分
と、を有して形成されるとともに、前記マッハ・ツェンダー干渉計のピーク波長をλｐ、前
記ピーク波長の前記偏波依存性による偏波依存波長シフ
トをＰＤλｐ、次数をｍとし、前記第１の導波路部分及
び前記第２の導波路部分について、実効屈折率をｎ１及
びｎ２、光路長さをＬ１及びＬ２、複屈折係数をＢ１及
びＢ２として、次の２つの関係式ｎ１・Ｌ１−ｎ２・Ｌ２＝ｍ・λｐＢ１・Ｌ１−Ｂ２・Ｌ２＝ｍ・ＰＤλｐを連立させて前記偏波依存波長シフトＰＤλｐが補償・
低減されるように求められた条件によって、前記位相調
整部が形成されていることを特徴とする請求項６記載の
光導波路装置。