JP2001166160A - 光導波路、光源、および光多重化器 - Google Patents
光導波路、光源、および光多重化器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の波長の光信号について損失を最小化で
き、光結合器あるいは光パワースプリッタとして使える
光導波路を提供する。 【解決手段】多モード光干渉が生じる本体と、これに光
学的に結合され、それぞれの波長の光信号を搬送する複
数の単一モード光導波路との間に、前記波長に応じて決
まる所定長さの、多モード光導波路を介在させる。
き、光結合器あるいは光パワースプリッタとして使える
光導波路を提供する。 【解決手段】多モード光干渉が生じる本体と、これに光
学的に結合され、それぞれの波長の光信号を搬送する複
数の単一モード光導波路との間に、前記波長に応じて決
まる所定長さの、多モード光導波路を介在させる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に光学要素に関
し、特に光導波路を構成し、光結合器あるいは光パワー
スプリッタとして使われる光学要素に関する。大量の情
報を処理し、あるいは伝送する光情報処理系において
は、光導波路は基本的な構成要素の一つである。かかる
光情報処理系においては、光導波路中に複数の光信号を
合成し、単一の光信号にまとめる光結合器、あるいは単
一の光信号を複数の光信号に分解する光パワースプリッ
タが設けられることが多い。特に最近の大容量光情報処
理系においては、各々の光信号が複数の波長の光信号成
分を含む、いわゆる波長多重化（ＷＤＭ）光信号を構成
するため、かかる光結合器あるいは光パワースプリッタ
も、このような複数の波長の光信号成分を扱える必要が
ある。換言すると、波長多重化光信号を扱う光結合器あ
るいは光パワースプリッタは、前記波長多重化光信号を
構成する複数の波長の光信号成分に対して一様に低い光
損失を有する必要がある。 【０００２】このような波長多重化光信号を扱う技術と
して、いわゆるＡＷＧ（arrayed waveguide grating ）
構成があるが、かかるＡＷＧ構成は一般に大規模にな
り、費用も高く、このため安価な光結合器あるいは光パ
ワースプリッタを使わざるを得ない場合がある。 【０００３】 【従来の技術】図１は、従来より使われている、単一波
長光信号のために設計された光パワースプリッタ１０の
構成を示す。例えば特開平８−２０１６４８号公報を参
照。図１を参照するに、光パワースプリッタ１０は光学
的に透明な本体ないしスラブ１０Ａと、前記スラブ１０
Ａの入射側端面１０1 に形成された入射側単一モード光
導波路１０Ｂと、前記スラブ１０Ａの出射側端面１０2
に形成された複数の出射側単一モード光導波路１０Ｃ1
〜１０Ｃ4 よりなり、前記入射側単一モード光導波路１
０Ｂから入射した、横方向への光強度分布１０ｂを有す
る波長λの入射光は前記スラブ１０Ａ中において拡散
し、側壁面で反射された後、前記出射側端面１０2 にお
いて前記出射側単一モード光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4
に入射する。すなわち、図１のスラブ１０Ａは多モード
光導波路を構成する。その際、前記スラブ１０Ａの長さ
は、前記出射側端面１０2 上に前記出射側単一モード光
導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 において光強度分布１０ｃが
最大になるように設定される。 【０００４】例えば、図１のスラブ１０Ａの物理的な長
さをＬmmi 、物理的な幅をＷm 、光学的な幅をＷe とし
た場合、前記長さＬmmi は、 Ｌmmi ＝３Ｌc ／４Ｎ （１） で与えられ、また前記出射側単一モード光導波路１０Ｃ
1 〜１０Ｃ4 の相互間隔Ｄi は、 Ｄi ＝ Ｗe ／Ｎ （２） で決定される。ただし、Ｎは前記出射側単一モード光導
波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4の数を表し、式（１）中のパラ
メータＬc は Ｌc ＝（４／３）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λ） （３） で与えられる。ここで、ｎr は前記スラブ１０Ａを構成
する光学的媒質の、横方向への実効屈折率である。ま
た、Ｗe はＷm よりもやや大きい。 【０００５】従って、前記長さＬmmi は先の式（１）お
よび（３）より、 Ｌmmi ＝３Ｌc ／４Ｎ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λ） （４） で与えられる。前記スラブ１０Ａの長さＬmmi を式
（４）に従って設定することにより、前記スラブ１０Ａ
の出射側端面１０2 上においては、前記出射側単一モー
ド光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 に対応した位置に、前記
スラブ１０Ａ中における様々なモードの干渉の結果生じ
る自己結像効果により強い光強度が得られ、前記光導波
路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 とスラブ１０Ａとの間に効率的な
光結合が実現する。 【０００６】また、図１のパワースプリッタ１０は、入
射側と出射側とを入れ替えると、光結合器としても機能
する。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、図１の光パワ
ースプリッタ１０において前記入射側単一モード光導波
路１０Ｂに波長多重化光信号を供給した場合には、式
（４）が波長λをパラメータとして含んでいることから
もわかるように、特定の波長の光信号成分については光
損失が小さいものの、他の波長の光信号成分については
光損失が非常に大きくなる。すなわち、これらの波長で
は、最適なＬmmi の値がスラブ１０Ａの長さに合致しな
くなる。 【０００８】このように、図１の光パワースプリッタあ
るいは光結合器１０は簡単な構成を有し、安価に製造で
きるものの、波長多重化光信号を処理するには不適当で
ある問題点を有していた。そこで、本発明は上記の課題
を解決した、新規で有用な光導波路を提供することを概
括的課題とする。 【０００９】本発明のより具体的な課題は、簡単な構成
を有し、安価に形成でき、波長多重化光信号の光結合器
あるいは光パワースプリッタとして機能する光導波路を
提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、第１の端面と、第２の、前
記第１の端面に対向する端面とにより画成された、光学
的に透明な媒体よりなる光学部材と、前記第１の端面に
対向して設けられ、前記光学部材に光学的に結合された
複数の単一モード光導波路と、前記第２の端面に対向し
て設けられ、前記光学部材に前記光学的に結合された別
の単一モード光導波路と、前記光学部材の前記第１の端
面に、前記複数の単一モード光導波路に対応して設けら
れ、前記光学部材の前記第１の端面から前記対応する単
一モード光導波路に向かって延在し、前記単一モード光
導波路に接続された複数の延在部とよりなり、前記複数
の延在部の各々は、前記対応する単一モード光導波路よ
りも広い幅と前記単一モード光導波路を伝送される光信
号の波長に対応した長さとを有し、前記長さは前記複数
の延在部で互いに異なっていることを特徴とする請求項
１記載の光導波路により、解決する。 【００１１】本発明はまた上記の課題を、請求項２に記
載したように、前記長さは、λn を前記対応する単一モ
ード光導波路中を伝送される光信号の波長、λｃをλｎ
のうち最も長い波長以上の光波長（λｃ≧λn max ）と
して、 Ｌext,n ≒Ｌmmi,c ×［（λc ／λn ）−１］、 Ｌmmi,c は、前記光波長λc を使って Ｌmmi,c ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λc ）、 ただしｎr は前記光学部材の実効屈折率、Ｎは前記第１
の端面に対向して設けられた前記単一モード光導波路の
数、Ｗe は前記透明光学部材の光学的な実効幅を表す、
で与えられることを特徴とする請求項１記載の光導波路
により、解決する。 【００１２】本発明はまた上記の課題を、請求項３に記
載したように、前記第１の端面において、前記複数の延
在部は、長さが最大のものが中央部に、また長さが最短
のものが前記第１の端面の両側縁部に位置するように形
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
光導波路により、解決する。本発明はまた上記の課題
を、前記複数の延在部の間には、前記第１の端面を露出
する切り込み部がないことを特徴とする請求項１〜３の
うち、いずれか一項記載の光導波路により、解決する。 【００１３】本発明はまた上記の課題を、前記複数の延
在部の間は、前記第１の端面に斜交する斜面により画成
されていることを特徴とする請求項１〜３のうち、いず
れか一項記載の光導波路により、解決する。本発明はま
た上記の課題を、請求項４に記載したように、請求項１
〜３のうち、いずれか一項に記載した光導波路と、前記
複数の単一モード光導波路に光学的に結合されたレーザ
アレイと、前記別の単一モード光導波路に光学的に結合
された光増幅器とを含むことを特徴とする多波長光源に
より解決する。 【００１４】本発明はまた上記の課題を、請求項５に記
載したように、入射側端面と、前記入射側端面に対向す
る出射側端面とにより画成された、光学的に透明な媒体
よりなる第１の光学部材と、前記第１の光学部材の入射
側端面に設けられ、各々端部が前記第１の光学部材の前
記入射側端面に物理的に接続された複数の入射側単一モ
ード光導波路と、前記第１の光学部材の出射側端面に設
けられ、各々第１の端部および第２の端部を有し、前記
第１の端部が前記光学部材の前記出射側端面に物理的に
接続された、複数の、各々は異なった光路長を有する別
の単一モード光導波路と、前記別の単一モード光導波路
の各々の前記第２の端部が物理的に接続される入射側端
面と、前記入射側端面に対向する出射側端面とにより画
成された、光学的に透明な媒体よりなる第２の光学部材
と、前記第２の光学部材の前記出射側端面に光学的に結
合された端部を有する、複数の出射側単一モード光導波
路と、前記複数の出射側単一モード光導波路に対応して
設けられ、前記第２の光学部材の前記出射側端面から前
記対応する前記出射側単一モード光導波路に向かって延
在し、前記出射側単一モード光導波路に物理的に接続さ
れた複数の延在部とよりなり、前記複数の延在部の各々
は、前記対応する出射側単一モード光導波路よりも広い
幅と前記出射側単一モード光導波路を伝送される光信号
の波長に対応した長さとを有し、前記長さは前記複数の
延在部で互いに異なっていることを特徴とする多モード
干渉光多重化器により、解決する。 ［作用］本発明によれば、単一モード光導波路を介して
波長多重化光信号を供給される光学部材を含み、前記光
学部材中において前記多重光信号を多モード干渉（mult
i-mode interference)させ、前記多重光信号を構成す
る、波長が互いに異なった複数の光信号成分を、それぞ
れの対応した単一モード光導波路に出力する光パワース
プリッタ、あるいは複数の単一モード光導波路を介し
て、複数の波長の光信号を供給される光学部材を含み、
前記光学部材中において前記光信号を多モード干渉さ
せ、その結果得られた、前記複数の光信号を成分とする
波長多重化光信号を、単一の単一モード光導波路に出力
する光結合器において、前記光学部材に対して前記複数
の光信号の波長にそれぞれ対応した長さの複数の延在部
を設けることにより、前記光学部材の実効的な長さが光
信号成分の波長毎に変化され、その結果光パワースプリ
ッタにおいても、光結合器においても、各波長における
光損失を最小化することが可能になる。 【００１５】 【発明の実施の形態】［第１実施例］図２（Ａ），
（Ｂ）は本発明の第１実施例による光導波路２０の構成
を示す。ただし図２（Ａ）は前記光導波路２０の平面図
を、図２（Ｂ）は断面図を示す。図２（Ｂ）の断面図を
参照するに、前記導波路２０はクラッド層を兼ねるＩｎ
Ｐ基板２１上にＭＯＶＰＥ法あるいはＭＢＥ法により形
成された厚さが約３００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰよりなる
コア層２２と、厚さが約３００ｎｍのＩｎＰよりなるク
ラッド層２３とよりなり、前記コア層２２とクラッド層
２３とはＲＩＥ法によりパターニングされて、図２
（Ａ）に示す平面図のメサ構造を形成する。 【００１６】次に図２（Ａ）を参照するに、前記光導波
路２０は光パワースプリッタとして使われており、入射
側端面２０1 とこれに対向する出射側端面２０2 とによ
り画成された物理的な幅がＷm の多モード光干渉領域２
０Ａを含み、前記入射側端面２０1 には波長がλ1 〜λ
4 の波長多重化光信号を伝送する入射側単一モード光導
波路２０Ｂが接続されている。ここではλ1 ＞λ2 ＞λ
3 ＞λ4 とする。一方、前記出射側端面２０2 には、そ
れぞれ波長がλ1 〜λ4 の光信号を伝送する複数の出射
側単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 が光学的に結
合されるが、前記光導波路２０Ｃ2 〜２０Ｃ4 について
は、前記多モード光干渉領域２０Ａの出射側端面２０2
との間に、それぞれ延長部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 が介在さ
れる。なお、図１の光パワースプリッタ１０と同様に、
前記光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4は前記出射側端面２０
2 上に、一様な間隔Ｗe ／Ｎで実質的に相互に平行に形
成される。 【００１７】ここで、前記多モード光干渉領域２０Ａの
長さＬmmi は、前記単一モード光導波路２０Ｃ1 に出射
される波長がλ1 の光信号成分を基準に、先の式（４）
に対応した式（５）により、 Ｌmmi,1 ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λ1 ） （５） 決定される。ただし、図２の例では、Ｎ＝４である。 【００１８】これに対し、前記延長部２０Ｅ2 〜２０Ｅ
4 の長さＬext,n （ただしｎ＝２〜４）は、 Ｌext,n ≒Ｌmmi,1 ×［（λ1 ／λn ）−１］ （６） に従って設定される。その結果、前記入射側光導波路２
０Ｂに波長がλ1 〜λ4 の光信号成分を含む波長多重化
光信号が供給された場合でも、前記各々の出射側単一モ
ード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 における光損失は最小
化され、効率的な光結合が実現される。 【００１９】図３は、図２（Ａ），（Ｂ）の構成の光パ
ワースプリッタ２０において、出射側単一モード光導波
路の数Ｎを８とした場合の、各波長毎の透過率を、図１
に示す従来のものと比較して示す。図３を参照するに、
点線は従来の場合のものであり、中心波長１５５０ｎｍ
の両側で顕著な減衰、すなわち光損失が生じるのがわか
るのに対し、図中実線で示す本発明による光パワースプ
リッタ２０では、いずれの波長においても光損失が最少
になっているのがわかる。 【００２０】なお、図２（Ａ），（Ｂ）の構成では、図
１の構成も同様であるが、入射側端面２０1 にわずかな
テーパ角θが形成してある。これは、前記多モード光干
渉領域２０Ａ中における光干渉の際に、光強度が実質的
にゼロになる部分が前記端面２０1 に隣接して形成され
るため、このような部分を切り落とした結果生じてい
る。 ［第２実施例］前記光パワースプリッタ２０は、入射光
と出射光の方向を反転させると、光結合器としても機能
する。 【００２１】図４は、かかる本発明の第２実施例による
光結合器３０の構成を示す。ただし図４中先に説明した
部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図４
を参照するに、光結合器３０は前記光パワースプリッタ
２０と実質的に同一の構成を有するが、本実施例の光結
合器３０では前記単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ
4 を通って、それぞれ波長がλ1 〜λ4 の光信号が前記
多モード光干渉領域２０Ａに入射し、前記多モード光干
渉領域２０Ａにおいて多モード干渉を生じる。その結
果、自己結像効果により強い光強度が前記端面２０1 の
うち、前記単一モード光導波路２０Ｂが接続されている
部分に生じ、前記単一モード光導波路２０Ｂに、前記波
長がλ1 〜λ4 の光信号を重畳した波長多重化光信号が
得られる。 【００２２】先の実施例の光パワースプリッタ２０でも
事情は同じであるが、本実施例による光結合器３０で
は、前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 が、前記多モード光
干渉領域２０Ａと同様な多モード光導波路を構成してい
ることに注意が必要である。このため、前記延在部２０
Ｅ2 〜２０Ｅ4 は、対応する単一モード光導波路２０Ｃ
2 〜２０Ｃ4 よりも大きな幅を有し、その結果、前記単
一モード光導波路２０Ｃ 2 〜２０Ｃ4 中を導波された光
信号は、前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 に入射した時点
で図４中に破線で示すように拡散し、前記多モード光干
渉領域２０Ａに入射する。このため、前記延在部２０Ｅ
2 〜２０Ｅ4 は、かかる光信号の拡散を妨げないよう
な、単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の幅よりも
大きな幅に設定されなければならない。さもないと、図
３の本発明の好ましい特徴は実現できない。図３の結果
は、かかる前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 における光信
号の拡散が全く妨げられなかった場合についてのもので
ある。 【００２３】先にも説明したように、前記単一モード光
導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の幅を、導波された光信号が
十分に拡散して前記多モード光干渉領域２０Ａに入射す
るように十分に大きく設定することは、図４の光結合器
３０のみならず、図２（Ａ），（Ｂ）の光パワースプリ
ッタにおいても重要である。 ［第３実施例］先にも説明したように、前記単一モード
光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の幅を、導波された光信号
が十分に拡散して前記多モード光干渉領域２０Ａに入射
するように十分に大きく設定することが本発明の光導波
路では非常に重要である。しかしこの要求を満足するこ
とは、図４より容易にわかるように、特に最も長い延在
部２０Ｅ4 においては困難である。図４の例では、前記
延在部２０Ｅ4 においては光導波路２０Ｃ4 から入射す
る光信号の拡散が、実際には妨げられているのがわか
る。 【００２４】これに対し、図５は、本発明の第３実施例
による光結合器４０の構成を示す。ただし図５中、先に
説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。図５を参照するに、光結合器４０
においては先の実施例で使われた、各々の入射側単一モ
ード光導波路２０Ｃ2 〜２０Ｃ4 に対応した延在部２０
Ｅ2 〜２０Ｅ 4 の代わりに、前記入射側端面２０2 上
に、単一の階段状多モード導波領域２０Ｅを形成する。
かかる階段状多モード導波領域２０Ｅは、前記各々の入
射側単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 に対応した
階段部を含み、前記階段部の高さ、即ち前記入射側端面
２０2 から測った距離が、前記式（６）に従って決定さ
れている。 【００２５】かかる構成では、先の図４の構成において
前記光導波路２０Ｃ4 を介して伝送され、前記延在部２
０Ｅ4 において拡散しながら前記多モード光干渉領域２
０Ａに入射する波長がλ4 の入射光のうちの一部（図４
中に符号２０c4で示す）の拡散が妨げられ、その結果、
かかる入射光が前記多モード光干渉領域２０Ａにおける
正規の多モード干渉以外の望ましくない多モード干渉も
受けてしまう問題が、前記別々の延在部２０Ｅ2 〜２０
Ｅ4 の代わりに単一の階段状延在部２０Ｅを使うことに
より、軽減される。 【００２６】なお、図５の光結合器４０は、入射光と出
射光の方向を反転させることにより、光パワースプリッ
タとして使うことも可能である。 ［第４実施例］図６は、本発明の第４実施例による光結
合器５０の構成を示す。ただし図６中、先に説明した部
分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省
略する。 【００２７】図６を参照するに、本実施例では前記入射
側単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の順序を変更
し、前記階段状多モード導波領域２０Ｅの最も高い階段
部、すなわち光導波路２０Ｃ4 に対応する段部が、光導
波路２０Ｃ2 に対応する段部と光導波路２０Ｃ3 に対応
する段部との中間に位置するように構成する。その結
果、前記光導波路２０Ｃ4 中を導波された光信号も前記
階段状多モード導波領域２０Ｅ中において妨げられるこ
となく拡散し、光結合器５０は先に図３で説明した理想
的な光透過特性を示す。本実施例では、前記光導波路２
０Ｃ1 〜２０Ｃ4を出た波長がλ1 〜λ4 の入射光は、
いずれも前記多モード光干渉領域２０Ａにおいて生じる
正規の多モード干渉作用のみを受ける。 【００２８】先の実施例と同様に、図６の光結合器５０
において入射光と出射光の方向を反転させると、前記光
結合器５０は高効率光パワースプリッタとして作用す
る。本実施例のその他の特徴は、先の実施例の説明から
明らかであり、説明を省略する。 ［第５実施例］図７は、本発明の第５実施例による光結
合器６０の構成を示す。ただし図７中、先に説明した部
分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。 【００２９】図７を参照するに、光結合器６０は図５の
光結合器４０の一変形例であり、前記階段状多モード導
波領域２０Ｅを構成する階段と階段の間を、前記入射側
端面２０2 に斜交する端面２０3 で結んだ構成を有す
る。かかる構成は、図５の光結合器４０よりも形成が容
易であり、その結果前記単一モード光導波路２０Ｃ1 〜
２０Ｃ4 の数を更に増やしても、光結合器６０の製造上
の問題は生じない。 【００３０】本実施例のその他の特徴および利点は先の
ものと同様であり、説明を省略する。 ［第６実施例］図８は、本発明の第６実施例による光結
合器７０の構成を示す。ただし図８中、先に説明した部
分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。 【００３１】図８を参照するに、前記光結合器７０は先
に図６で説明した光結合器５０の特徴と図７で説明した
光結合器６０の特徴を併せ持ち、階段状多モード導波領
域２０Ｅ中の最も高い段部を中央部に、最も低い段部を
両側部に配置するように配置し、さらに段部と段部の間
を直線状の端面で結ぶ。かかる構成は入射側単一モード
光導波路２０Ｃに含まれる導波路の数が増大した場合に
も容易に製造でき、しかもいずれの導波路を介して前記
多モード光干渉領域２０Ａに伝送される光信号であって
も、前記階段状多モード導波領域２０Ｅで余計な干渉を
受けることがなく、前記多モード光干渉領域２０Ａによ
る干渉のみを受ける。その結果、前記入射側光導波路２
０Ｃを通って前記多モード光干渉領域２０Ａに伝送され
たそれぞれの波長の光信号は、前記領域２０Ａの出射端
に形成された出射側単一モード光導波路２０Ｂに高い効
率で注入され、その結果前記出射側単一モード光導波路
２０Ｂ中に波長多重化光信号が得られる。かかる光結合
器は、このように入射光信号の波長が様々に異なってい
ても、光損失を最小化することが可能である。 【００３２】図８の例では、前記入射側単一モード光導
波路２０Ｃを構成する単一モード光導波路は、対応する
波長のレーザダイオードアレイに結合され、また出射側
単一モード光導波路２０Ｂは光増幅器に結合されてい
る。先の実施例と同様に、図８の光結合器７０も、光パ
ワースプリッタとして使用することが可能である。 ［第７実施例］以上の実施例では、光結合器の場合には
出射側、光パワースプリッタの場合には入射側の単一モ
ード光導波路の数は一つとしていた。しかし、本発明
は、かかる特定の構成に限定されるものではなく、出射
側に複数の単一モード光導波路を設けた光結合器、ある
いは入射側に複数の単一モード光導波路を設けた光パワ
ースプリッタを構成することも可能である。 【００３３】図９は、このような出射側にも複数の単一
モード光導波路を設けた光結合器８０の構成を示す。た
だし図９中、先に説明した部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。図９を参照するに、入射側端面２
０2 にはそれぞれ波長がλ1 ，λ2 ，λ3 の光入力信号
を伝送する単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ3 が設
けられ、前記光導波路２０Ｃ2 と多モード光干渉領域２
０Ａとの間には多モード光導波路を構成する延在部２０
Ｅ2 が、また前記光導波路２０Ｃ3 と多モード光干渉領
域２０Ａとの間には、同様に多モード光導波路を構成す
る延在部２０Ｅ3 が挿入されている。一方、前記光導波
路２０Ｃ1 は前記多モード光干渉領域２０Ａに直接に接
続されている。前記延在部２０Ｅ2 ，２０Ｅ3 の長さ
は、前記式（６）により決まる。 【００３４】かかる出射側光導波路の数が２で、入射側
導波路の数がＮの構成では、前記多モード光干渉領域２
０Ａの長さＬmmi は先の式（３）のＬc を使って、 Ｌmmi ＝Ｌc ／Ｎ により設定され、一方、前記出力側光導波路２０Ｂ1 ，
２０Ｂ2 の間隔は、前記多モード光干渉領域２０Ａの実
効的光学幅Ｗe を使って、Ｗe ／３に等しくなるように
設定される。この場合、入力側光導波路２０Ｃ1 〜２０
Ｃ3 の間隔は、前記実効的光学幅Ｗe を使って、２Ｗe
／３Ｎになるように設定される。 【００３５】また、図９の構成は、入射側光導波路の数
がＮで出射側光導波路の数が同じくＮである場合に容易
に拡張できる。この場合には、前記多モード光干渉領域
２０Ａの長さＬmmi を、前記式（３）のＬc を使って、 Ｌmmi ＝３Ｌc ／Ｎ により設定される。また入射側および出射側光導波路の
間隔は任意に設定してよい。 【００３６】先の実施例と同様に、図９の光結合器は、
入射光と出射光の方向を反転させることで、光パワース
プリッタとして使うことも可能である。 ［第８実施例］図１０は、本発明の第８実施例による多
重モード干渉光マルチプレクサ９０の構成を示す。 【００３７】図１０を参照するに、前記光マルチプレク
サ９０は、波長がλ1 〜λ4 の光多重化信号を伝送する
入射側単一モード光導波路９１と、前記入射側単一モー
ド光導波路９１が物理的に接続された従来の構成の光多
重干渉素子９２と、前記従来構成の光多重干渉素子９２
に単一モード光導波路９３1 〜９３4 よりなる光内部接
続回路９３を介して光学的に結合された、先の実施例で
説明した構成の光多重干渉素子９３1 〜９３4 と、前記
光多重干渉素子９４に光学的に結合された出射側単一モ
ード光導波路９５とよりなり、前記出射側単一モード光
導波路９５を構成する複数の単一モード光導波路の各々
は、前記光多重干渉素子９４の出射側端面に設けられ
た、前記延在部２０Ｅに対応する延在部に接続される。
その結果、前記入射側単一モード光導波路９１中の光多
重化信号λ1 〜λ4 が反多重化され、分離された光信号
成分λ1 〜λ４が、前記出射側単一モード光導波路９５
を構成する各々の光導波路中にそれぞれ出力される。 【００３８】また、前記光マルチプレクサ９０におい
て、前記単一モード光導波路９５を構成する光導波路の
各々に対応する波長の光信号λ1 〜λ4 を供給した場
合、前記単一モード光導波路９１には、前記光信号λ1
〜λ4 を構成成分として波長多重化した多重化光信号が
得られる。本実施例においても先の実施例と同様に、前
記延在部２０Ｅを構成する各部の長さが、伝送する光信
号の波長に対応して変化させられている。 【００３９】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において
様々な変形・変更が可能である。 【００４０】 【発明の効果】請求項１〜７記載の本発明によれば、単
一モード光導波路を介して波長多重化光信号を供給され
る光学部材を含み、前記光学部材中において前記多重光
信号を多モード干渉（multi-mode interference)させ、
前記多重光信号を構成する、波長が互いに異なった複数
の光信号成分を、それぞれの対応した単一モード光導波
路に出力する光パワースプリッタ、あるいは複数の単一
モード光導波路を介して、複数の波長の光信号を供給さ
れる光学部材を含み、前記光学部材中において前記光信
号を多モード干渉させ、その結果得られた、前記複数の
光信号を成分とする波長多重化光信号を、単一の単一モ
ード光導波路に出力する光結合器あるいは光多重化器に
おいても、前記光学部材に対して前記複数の光信号の波
長にそれぞれ対応した長さの複数の延在部を設けること
により、前記光学部材の実効的な長さが光信号成分の波
長毎に変化され、その結果光パワースプリッタにおいて
も、光結合器においても、また光多重化器においても、
各波長における光損失を最小化することが可能になる。
し、特に光導波路を構成し、光結合器あるいは光パワー
スプリッタとして使われる光学要素に関する。大量の情
報を処理し、あるいは伝送する光情報処理系において
は、光導波路は基本的な構成要素の一つである。かかる
光情報処理系においては、光導波路中に複数の光信号を
合成し、単一の光信号にまとめる光結合器、あるいは単
一の光信号を複数の光信号に分解する光パワースプリッ
タが設けられることが多い。特に最近の大容量光情報処
理系においては、各々の光信号が複数の波長の光信号成
分を含む、いわゆる波長多重化（ＷＤＭ）光信号を構成
するため、かかる光結合器あるいは光パワースプリッタ
も、このような複数の波長の光信号成分を扱える必要が
ある。換言すると、波長多重化光信号を扱う光結合器あ
るいは光パワースプリッタは、前記波長多重化光信号を
構成する複数の波長の光信号成分に対して一様に低い光
損失を有する必要がある。 【０００２】このような波長多重化光信号を扱う技術と
して、いわゆるＡＷＧ（arrayed waveguide grating ）
構成があるが、かかるＡＷＧ構成は一般に大規模にな
り、費用も高く、このため安価な光結合器あるいは光パ
ワースプリッタを使わざるを得ない場合がある。 【０００３】 【従来の技術】図１は、従来より使われている、単一波
長光信号のために設計された光パワースプリッタ１０の
構成を示す。例えば特開平８−２０１６４８号公報を参
照。図１を参照するに、光パワースプリッタ１０は光学
的に透明な本体ないしスラブ１０Ａと、前記スラブ１０
Ａの入射側端面１０1 に形成された入射側単一モード光
導波路１０Ｂと、前記スラブ１０Ａの出射側端面１０2
に形成された複数の出射側単一モード光導波路１０Ｃ1
〜１０Ｃ4 よりなり、前記入射側単一モード光導波路１
０Ｂから入射した、横方向への光強度分布１０ｂを有す
る波長λの入射光は前記スラブ１０Ａ中において拡散
し、側壁面で反射された後、前記出射側端面１０2 にお
いて前記出射側単一モード光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4
に入射する。すなわち、図１のスラブ１０Ａは多モード
光導波路を構成する。その際、前記スラブ１０Ａの長さ
は、前記出射側端面１０2 上に前記出射側単一モード光
導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 において光強度分布１０ｃが
最大になるように設定される。 【０００４】例えば、図１のスラブ１０Ａの物理的な長
さをＬmmi 、物理的な幅をＷm 、光学的な幅をＷe とし
た場合、前記長さＬmmi は、 Ｌmmi ＝３Ｌc ／４Ｎ （１） で与えられ、また前記出射側単一モード光導波路１０Ｃ
1 〜１０Ｃ4 の相互間隔Ｄi は、 Ｄi ＝ Ｗe ／Ｎ （２） で決定される。ただし、Ｎは前記出射側単一モード光導
波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4の数を表し、式（１）中のパラ
メータＬc は Ｌc ＝（４／３）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λ） （３） で与えられる。ここで、ｎr は前記スラブ１０Ａを構成
する光学的媒質の、横方向への実効屈折率である。ま
た、Ｗe はＷm よりもやや大きい。 【０００５】従って、前記長さＬmmi は先の式（１）お
よび（３）より、 Ｌmmi ＝３Ｌc ／４Ｎ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λ） （４） で与えられる。前記スラブ１０Ａの長さＬmmi を式
（４）に従って設定することにより、前記スラブ１０Ａ
の出射側端面１０2 上においては、前記出射側単一モー
ド光導波路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 に対応した位置に、前記
スラブ１０Ａ中における様々なモードの干渉の結果生じ
る自己結像効果により強い光強度が得られ、前記光導波
路１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 とスラブ１０Ａとの間に効率的な
光結合が実現する。 【０００６】また、図１のパワースプリッタ１０は、入
射側と出射側とを入れ替えると、光結合器としても機能
する。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、図１の光パワ
ースプリッタ１０において前記入射側単一モード光導波
路１０Ｂに波長多重化光信号を供給した場合には、式
（４）が波長λをパラメータとして含んでいることから
もわかるように、特定の波長の光信号成分については光
損失が小さいものの、他の波長の光信号成分については
光損失が非常に大きくなる。すなわち、これらの波長で
は、最適なＬmmi の値がスラブ１０Ａの長さに合致しな
くなる。 【０００８】このように、図１の光パワースプリッタあ
るいは光結合器１０は簡単な構成を有し、安価に製造で
きるものの、波長多重化光信号を処理するには不適当で
ある問題点を有していた。そこで、本発明は上記の課題
を解決した、新規で有用な光導波路を提供することを概
括的課題とする。 【０００９】本発明のより具体的な課題は、簡単な構成
を有し、安価に形成でき、波長多重化光信号の光結合器
あるいは光パワースプリッタとして機能する光導波路を
提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、第１の端面と、第２の、前
記第１の端面に対向する端面とにより画成された、光学
的に透明な媒体よりなる光学部材と、前記第１の端面に
対向して設けられ、前記光学部材に光学的に結合された
複数の単一モード光導波路と、前記第２の端面に対向し
て設けられ、前記光学部材に前記光学的に結合された別
の単一モード光導波路と、前記光学部材の前記第１の端
面に、前記複数の単一モード光導波路に対応して設けら
れ、前記光学部材の前記第１の端面から前記対応する単
一モード光導波路に向かって延在し、前記単一モード光
導波路に接続された複数の延在部とよりなり、前記複数
の延在部の各々は、前記対応する単一モード光導波路よ
りも広い幅と前記単一モード光導波路を伝送される光信
号の波長に対応した長さとを有し、前記長さは前記複数
の延在部で互いに異なっていることを特徴とする請求項
１記載の光導波路により、解決する。 【００１１】本発明はまた上記の課題を、請求項２に記
載したように、前記長さは、λn を前記対応する単一モ
ード光導波路中を伝送される光信号の波長、λｃをλｎ
のうち最も長い波長以上の光波長（λｃ≧λn max ）と
して、 Ｌext,n ≒Ｌmmi,c ×［（λc ／λn ）−１］、 Ｌmmi,c は、前記光波長λc を使って Ｌmmi,c ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λc ）、 ただしｎr は前記光学部材の実効屈折率、Ｎは前記第１
の端面に対向して設けられた前記単一モード光導波路の
数、Ｗe は前記透明光学部材の光学的な実効幅を表す、
で与えられることを特徴とする請求項１記載の光導波路
により、解決する。 【００１２】本発明はまた上記の課題を、請求項３に記
載したように、前記第１の端面において、前記複数の延
在部は、長さが最大のものが中央部に、また長さが最短
のものが前記第１の端面の両側縁部に位置するように形
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
光導波路により、解決する。本発明はまた上記の課題
を、前記複数の延在部の間には、前記第１の端面を露出
する切り込み部がないことを特徴とする請求項１〜３の
うち、いずれか一項記載の光導波路により、解決する。 【００１３】本発明はまた上記の課題を、前記複数の延
在部の間は、前記第１の端面に斜交する斜面により画成
されていることを特徴とする請求項１〜３のうち、いず
れか一項記載の光導波路により、解決する。本発明はま
た上記の課題を、請求項４に記載したように、請求項１
〜３のうち、いずれか一項に記載した光導波路と、前記
複数の単一モード光導波路に光学的に結合されたレーザ
アレイと、前記別の単一モード光導波路に光学的に結合
された光増幅器とを含むことを特徴とする多波長光源に
より解決する。 【００１４】本発明はまた上記の課題を、請求項５に記
載したように、入射側端面と、前記入射側端面に対向す
る出射側端面とにより画成された、光学的に透明な媒体
よりなる第１の光学部材と、前記第１の光学部材の入射
側端面に設けられ、各々端部が前記第１の光学部材の前
記入射側端面に物理的に接続された複数の入射側単一モ
ード光導波路と、前記第１の光学部材の出射側端面に設
けられ、各々第１の端部および第２の端部を有し、前記
第１の端部が前記光学部材の前記出射側端面に物理的に
接続された、複数の、各々は異なった光路長を有する別
の単一モード光導波路と、前記別の単一モード光導波路
の各々の前記第２の端部が物理的に接続される入射側端
面と、前記入射側端面に対向する出射側端面とにより画
成された、光学的に透明な媒体よりなる第２の光学部材
と、前記第２の光学部材の前記出射側端面に光学的に結
合された端部を有する、複数の出射側単一モード光導波
路と、前記複数の出射側単一モード光導波路に対応して
設けられ、前記第２の光学部材の前記出射側端面から前
記対応する前記出射側単一モード光導波路に向かって延
在し、前記出射側単一モード光導波路に物理的に接続さ
れた複数の延在部とよりなり、前記複数の延在部の各々
は、前記対応する出射側単一モード光導波路よりも広い
幅と前記出射側単一モード光導波路を伝送される光信号
の波長に対応した長さとを有し、前記長さは前記複数の
延在部で互いに異なっていることを特徴とする多モード
干渉光多重化器により、解決する。 ［作用］本発明によれば、単一モード光導波路を介して
波長多重化光信号を供給される光学部材を含み、前記光
学部材中において前記多重光信号を多モード干渉（mult
i-mode interference)させ、前記多重光信号を構成す
る、波長が互いに異なった複数の光信号成分を、それぞ
れの対応した単一モード光導波路に出力する光パワース
プリッタ、あるいは複数の単一モード光導波路を介し
て、複数の波長の光信号を供給される光学部材を含み、
前記光学部材中において前記光信号を多モード干渉さ
せ、その結果得られた、前記複数の光信号を成分とする
波長多重化光信号を、単一の単一モード光導波路に出力
する光結合器において、前記光学部材に対して前記複数
の光信号の波長にそれぞれ対応した長さの複数の延在部
を設けることにより、前記光学部材の実効的な長さが光
信号成分の波長毎に変化され、その結果光パワースプリ
ッタにおいても、光結合器においても、各波長における
光損失を最小化することが可能になる。 【００１５】 【発明の実施の形態】［第１実施例］図２（Ａ），
（Ｂ）は本発明の第１実施例による光導波路２０の構成
を示す。ただし図２（Ａ）は前記光導波路２０の平面図
を、図２（Ｂ）は断面図を示す。図２（Ｂ）の断面図を
参照するに、前記導波路２０はクラッド層を兼ねるＩｎ
Ｐ基板２１上にＭＯＶＰＥ法あるいはＭＢＥ法により形
成された厚さが約３００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰよりなる
コア層２２と、厚さが約３００ｎｍのＩｎＰよりなるク
ラッド層２３とよりなり、前記コア層２２とクラッド層
２３とはＲＩＥ法によりパターニングされて、図２
（Ａ）に示す平面図のメサ構造を形成する。 【００１６】次に図２（Ａ）を参照するに、前記光導波
路２０は光パワースプリッタとして使われており、入射
側端面２０1 とこれに対向する出射側端面２０2 とによ
り画成された物理的な幅がＷm の多モード光干渉領域２
０Ａを含み、前記入射側端面２０1 には波長がλ1 〜λ
4 の波長多重化光信号を伝送する入射側単一モード光導
波路２０Ｂが接続されている。ここではλ1 ＞λ2 ＞λ
3 ＞λ4 とする。一方、前記出射側端面２０2 には、そ
れぞれ波長がλ1 〜λ4 の光信号を伝送する複数の出射
側単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 が光学的に結
合されるが、前記光導波路２０Ｃ2 〜２０Ｃ4 について
は、前記多モード光干渉領域２０Ａの出射側端面２０2
との間に、それぞれ延長部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 が介在さ
れる。なお、図１の光パワースプリッタ１０と同様に、
前記光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4は前記出射側端面２０
2 上に、一様な間隔Ｗe ／Ｎで実質的に相互に平行に形
成される。 【００１７】ここで、前記多モード光干渉領域２０Ａの
長さＬmmi は、前記単一モード光導波路２０Ｃ1 に出射
される波長がλ1 の光信号成分を基準に、先の式（４）
に対応した式（５）により、 Ｌmmi,1 ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λ1 ） （５） 決定される。ただし、図２の例では、Ｎ＝４である。 【００１８】これに対し、前記延長部２０Ｅ2 〜２０Ｅ
4 の長さＬext,n （ただしｎ＝２〜４）は、 Ｌext,n ≒Ｌmmi,1 ×［（λ1 ／λn ）−１］ （６） に従って設定される。その結果、前記入射側光導波路２
０Ｂに波長がλ1 〜λ4 の光信号成分を含む波長多重化
光信号が供給された場合でも、前記各々の出射側単一モ
ード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 における光損失は最小
化され、効率的な光結合が実現される。 【００１９】図３は、図２（Ａ），（Ｂ）の構成の光パ
ワースプリッタ２０において、出射側単一モード光導波
路の数Ｎを８とした場合の、各波長毎の透過率を、図１
に示す従来のものと比較して示す。図３を参照するに、
点線は従来の場合のものであり、中心波長１５５０ｎｍ
の両側で顕著な減衰、すなわち光損失が生じるのがわか
るのに対し、図中実線で示す本発明による光パワースプ
リッタ２０では、いずれの波長においても光損失が最少
になっているのがわかる。 【００２０】なお、図２（Ａ），（Ｂ）の構成では、図
１の構成も同様であるが、入射側端面２０1 にわずかな
テーパ角θが形成してある。これは、前記多モード光干
渉領域２０Ａ中における光干渉の際に、光強度が実質的
にゼロになる部分が前記端面２０1 に隣接して形成され
るため、このような部分を切り落とした結果生じてい
る。 ［第２実施例］前記光パワースプリッタ２０は、入射光
と出射光の方向を反転させると、光結合器としても機能
する。 【００２１】図４は、かかる本発明の第２実施例による
光結合器３０の構成を示す。ただし図４中先に説明した
部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図４
を参照するに、光結合器３０は前記光パワースプリッタ
２０と実質的に同一の構成を有するが、本実施例の光結
合器３０では前記単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ
4 を通って、それぞれ波長がλ1 〜λ4 の光信号が前記
多モード光干渉領域２０Ａに入射し、前記多モード光干
渉領域２０Ａにおいて多モード干渉を生じる。その結
果、自己結像効果により強い光強度が前記端面２０1 の
うち、前記単一モード光導波路２０Ｂが接続されている
部分に生じ、前記単一モード光導波路２０Ｂに、前記波
長がλ1 〜λ4 の光信号を重畳した波長多重化光信号が
得られる。 【００２２】先の実施例の光パワースプリッタ２０でも
事情は同じであるが、本実施例による光結合器３０で
は、前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 が、前記多モード光
干渉領域２０Ａと同様な多モード光導波路を構成してい
ることに注意が必要である。このため、前記延在部２０
Ｅ2 〜２０Ｅ4 は、対応する単一モード光導波路２０Ｃ
2 〜２０Ｃ4 よりも大きな幅を有し、その結果、前記単
一モード光導波路２０Ｃ 2 〜２０Ｃ4 中を導波された光
信号は、前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 に入射した時点
で図４中に破線で示すように拡散し、前記多モード光干
渉領域２０Ａに入射する。このため、前記延在部２０Ｅ
2 〜２０Ｅ4 は、かかる光信号の拡散を妨げないよう
な、単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の幅よりも
大きな幅に設定されなければならない。さもないと、図
３の本発明の好ましい特徴は実現できない。図３の結果
は、かかる前記延在部２０Ｅ2 〜２０Ｅ4 における光信
号の拡散が全く妨げられなかった場合についてのもので
ある。 【００２３】先にも説明したように、前記単一モード光
導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の幅を、導波された光信号が
十分に拡散して前記多モード光干渉領域２０Ａに入射す
るように十分に大きく設定することは、図４の光結合器
３０のみならず、図２（Ａ），（Ｂ）の光パワースプリ
ッタにおいても重要である。 ［第３実施例］先にも説明したように、前記単一モード
光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の幅を、導波された光信号
が十分に拡散して前記多モード光干渉領域２０Ａに入射
するように十分に大きく設定することが本発明の光導波
路では非常に重要である。しかしこの要求を満足するこ
とは、図４より容易にわかるように、特に最も長い延在
部２０Ｅ4 においては困難である。図４の例では、前記
延在部２０Ｅ4 においては光導波路２０Ｃ4 から入射す
る光信号の拡散が、実際には妨げられているのがわか
る。 【００２４】これに対し、図５は、本発明の第３実施例
による光結合器４０の構成を示す。ただし図５中、先に
説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。図５を参照するに、光結合器４０
においては先の実施例で使われた、各々の入射側単一モ
ード光導波路２０Ｃ2 〜２０Ｃ4 に対応した延在部２０
Ｅ2 〜２０Ｅ 4 の代わりに、前記入射側端面２０2 上
に、単一の階段状多モード導波領域２０Ｅを形成する。
かかる階段状多モード導波領域２０Ｅは、前記各々の入
射側単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 に対応した
階段部を含み、前記階段部の高さ、即ち前記入射側端面
２０2 から測った距離が、前記式（６）に従って決定さ
れている。 【００２５】かかる構成では、先の図４の構成において
前記光導波路２０Ｃ4 を介して伝送され、前記延在部２
０Ｅ4 において拡散しながら前記多モード光干渉領域２
０Ａに入射する波長がλ4 の入射光のうちの一部（図４
中に符号２０c4で示す）の拡散が妨げられ、その結果、
かかる入射光が前記多モード光干渉領域２０Ａにおける
正規の多モード干渉以外の望ましくない多モード干渉も
受けてしまう問題が、前記別々の延在部２０Ｅ2 〜２０
Ｅ4 の代わりに単一の階段状延在部２０Ｅを使うことに
より、軽減される。 【００２６】なお、図５の光結合器４０は、入射光と出
射光の方向を反転させることにより、光パワースプリッ
タとして使うことも可能である。 ［第４実施例］図６は、本発明の第４実施例による光結
合器５０の構成を示す。ただし図６中、先に説明した部
分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省
略する。 【００２７】図６を参照するに、本実施例では前記入射
側単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ4 の順序を変更
し、前記階段状多モード導波領域２０Ｅの最も高い階段
部、すなわち光導波路２０Ｃ4 に対応する段部が、光導
波路２０Ｃ2 に対応する段部と光導波路２０Ｃ3 に対応
する段部との中間に位置するように構成する。その結
果、前記光導波路２０Ｃ4 中を導波された光信号も前記
階段状多モード導波領域２０Ｅ中において妨げられるこ
となく拡散し、光結合器５０は先に図３で説明した理想
的な光透過特性を示す。本実施例では、前記光導波路２
０Ｃ1 〜２０Ｃ4を出た波長がλ1 〜λ4 の入射光は、
いずれも前記多モード光干渉領域２０Ａにおいて生じる
正規の多モード干渉作用のみを受ける。 【００２８】先の実施例と同様に、図６の光結合器５０
において入射光と出射光の方向を反転させると、前記光
結合器５０は高効率光パワースプリッタとして作用す
る。本実施例のその他の特徴は、先の実施例の説明から
明らかであり、説明を省略する。 ［第５実施例］図７は、本発明の第５実施例による光結
合器６０の構成を示す。ただし図７中、先に説明した部
分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。 【００２９】図７を参照するに、光結合器６０は図５の
光結合器４０の一変形例であり、前記階段状多モード導
波領域２０Ｅを構成する階段と階段の間を、前記入射側
端面２０2 に斜交する端面２０3 で結んだ構成を有す
る。かかる構成は、図５の光結合器４０よりも形成が容
易であり、その結果前記単一モード光導波路２０Ｃ1 〜
２０Ｃ4 の数を更に増やしても、光結合器６０の製造上
の問題は生じない。 【００３０】本実施例のその他の特徴および利点は先の
ものと同様であり、説明を省略する。 ［第６実施例］図８は、本発明の第６実施例による光結
合器７０の構成を示す。ただし図８中、先に説明した部
分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。 【００３１】図８を参照するに、前記光結合器７０は先
に図６で説明した光結合器５０の特徴と図７で説明した
光結合器６０の特徴を併せ持ち、階段状多モード導波領
域２０Ｅ中の最も高い段部を中央部に、最も低い段部を
両側部に配置するように配置し、さらに段部と段部の間
を直線状の端面で結ぶ。かかる構成は入射側単一モード
光導波路２０Ｃに含まれる導波路の数が増大した場合に
も容易に製造でき、しかもいずれの導波路を介して前記
多モード光干渉領域２０Ａに伝送される光信号であって
も、前記階段状多モード導波領域２０Ｅで余計な干渉を
受けることがなく、前記多モード光干渉領域２０Ａによ
る干渉のみを受ける。その結果、前記入射側光導波路２
０Ｃを通って前記多モード光干渉領域２０Ａに伝送され
たそれぞれの波長の光信号は、前記領域２０Ａの出射端
に形成された出射側単一モード光導波路２０Ｂに高い効
率で注入され、その結果前記出射側単一モード光導波路
２０Ｂ中に波長多重化光信号が得られる。かかる光結合
器は、このように入射光信号の波長が様々に異なってい
ても、光損失を最小化することが可能である。 【００３２】図８の例では、前記入射側単一モード光導
波路２０Ｃを構成する単一モード光導波路は、対応する
波長のレーザダイオードアレイに結合され、また出射側
単一モード光導波路２０Ｂは光増幅器に結合されてい
る。先の実施例と同様に、図８の光結合器７０も、光パ
ワースプリッタとして使用することが可能である。 ［第７実施例］以上の実施例では、光結合器の場合には
出射側、光パワースプリッタの場合には入射側の単一モ
ード光導波路の数は一つとしていた。しかし、本発明
は、かかる特定の構成に限定されるものではなく、出射
側に複数の単一モード光導波路を設けた光結合器、ある
いは入射側に複数の単一モード光導波路を設けた光パワ
ースプリッタを構成することも可能である。 【００３３】図９は、このような出射側にも複数の単一
モード光導波路を設けた光結合器８０の構成を示す。た
だし図９中、先に説明した部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。図９を参照するに、入射側端面２
０2 にはそれぞれ波長がλ1 ，λ2 ，λ3 の光入力信号
を伝送する単一モード光導波路２０Ｃ1 〜２０Ｃ3 が設
けられ、前記光導波路２０Ｃ2 と多モード光干渉領域２
０Ａとの間には多モード光導波路を構成する延在部２０
Ｅ2 が、また前記光導波路２０Ｃ3 と多モード光干渉領
域２０Ａとの間には、同様に多モード光導波路を構成す
る延在部２０Ｅ3 が挿入されている。一方、前記光導波
路２０Ｃ1 は前記多モード光干渉領域２０Ａに直接に接
続されている。前記延在部２０Ｅ2 ，２０Ｅ3 の長さ
は、前記式（６）により決まる。 【００３４】かかる出射側光導波路の数が２で、入射側
導波路の数がＮの構成では、前記多モード光干渉領域２
０Ａの長さＬmmi は先の式（３）のＬc を使って、 Ｌmmi ＝Ｌc ／Ｎ により設定され、一方、前記出力側光導波路２０Ｂ1 ，
２０Ｂ2 の間隔は、前記多モード光干渉領域２０Ａの実
効的光学幅Ｗe を使って、Ｗe ／３に等しくなるように
設定される。この場合、入力側光導波路２０Ｃ1 〜２０
Ｃ3 の間隔は、前記実効的光学幅Ｗe を使って、２Ｗe
／３Ｎになるように設定される。 【００３５】また、図９の構成は、入射側光導波路の数
がＮで出射側光導波路の数が同じくＮである場合に容易
に拡張できる。この場合には、前記多モード光干渉領域
２０Ａの長さＬmmi を、前記式（３）のＬc を使って、 Ｌmmi ＝３Ｌc ／Ｎ により設定される。また入射側および出射側光導波路の
間隔は任意に設定してよい。 【００３６】先の実施例と同様に、図９の光結合器は、
入射光と出射光の方向を反転させることで、光パワース
プリッタとして使うことも可能である。 ［第８実施例］図１０は、本発明の第８実施例による多
重モード干渉光マルチプレクサ９０の構成を示す。 【００３７】図１０を参照するに、前記光マルチプレク
サ９０は、波長がλ1 〜λ4 の光多重化信号を伝送する
入射側単一モード光導波路９１と、前記入射側単一モー
ド光導波路９１が物理的に接続された従来の構成の光多
重干渉素子９２と、前記従来構成の光多重干渉素子９２
に単一モード光導波路９３1 〜９３4 よりなる光内部接
続回路９３を介して光学的に結合された、先の実施例で
説明した構成の光多重干渉素子９３1 〜９３4 と、前記
光多重干渉素子９４に光学的に結合された出射側単一モ
ード光導波路９５とよりなり、前記出射側単一モード光
導波路９５を構成する複数の単一モード光導波路の各々
は、前記光多重干渉素子９４の出射側端面に設けられ
た、前記延在部２０Ｅに対応する延在部に接続される。
その結果、前記入射側単一モード光導波路９１中の光多
重化信号λ1 〜λ4 が反多重化され、分離された光信号
成分λ1 〜λ４が、前記出射側単一モード光導波路９５
を構成する各々の光導波路中にそれぞれ出力される。 【００３８】また、前記光マルチプレクサ９０におい
て、前記単一モード光導波路９５を構成する光導波路の
各々に対応する波長の光信号λ1 〜λ4 を供給した場
合、前記単一モード光導波路９１には、前記光信号λ1
〜λ4 を構成成分として波長多重化した多重化光信号が
得られる。本実施例においても先の実施例と同様に、前
記延在部２０Ｅを構成する各部の長さが、伝送する光信
号の波長に対応して変化させられている。 【００３９】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において
様々な変形・変更が可能である。 【００４０】 【発明の効果】請求項１〜７記載の本発明によれば、単
一モード光導波路を介して波長多重化光信号を供給され
る光学部材を含み、前記光学部材中において前記多重光
信号を多モード干渉（multi-mode interference)させ、
前記多重光信号を構成する、波長が互いに異なった複数
の光信号成分を、それぞれの対応した単一モード光導波
路に出力する光パワースプリッタ、あるいは複数の単一
モード光導波路を介して、複数の波長の光信号を供給さ
れる光学部材を含み、前記光学部材中において前記光信
号を多モード干渉させ、その結果得られた、前記複数の
光信号を成分とする波長多重化光信号を、単一の単一モ
ード光導波路に出力する光結合器あるいは光多重化器に
おいても、前記光学部材に対して前記複数の光信号の波
長にそれぞれ対応した長さの複数の延在部を設けること
により、前記光学部材の実効的な長さが光信号成分の波
長毎に変化され、その結果光パワースプリッタにおいて
も、光結合器においても、また光多重化器においても、
各波長における光損失を最小化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光パワースプリッタの構成を示す図であ
る。 【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例による
光パワースプリッタの構成を示す図である。 【図３】図２の光パワースプリッタの透過特性を示す図
である。 【図４】本発明の第２実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図５】本発明の第３実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図６】本発明の第４実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図７】本発明の第５実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図８】本発明の第６実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図９】本発明の第７実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図１０】本発明の第８実施例による光多重化器の構成
を示す図である。 【符号の説明】 １０，２０ 光パワースプリッタ １０1 ，１０2 ，２０1 ，２０2 端面 １０Ａ スラブ １０Ｂ，１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 ，２０Ｂ1 ，２０Ｂ2 ，２
０Ｃ1 〜２０Ｃ4 単一モード光導波路 １０ｂ，１０ｃ 光強度分布 ２０Ａ 多モード光干渉領域 ２０Ｅ1 〜２０Ｅ4 延在部 ２０Ｅ 階段状多モード導波領域 ２１ ＩｎＰ基板 ２２ ＩｎＧａＡｓＰコア層 ２３ ＩｎＰ クラッドそう ３０，４０，５０，６０，７０，８０ 光結合器 ９０ 光多重化器 ９１ 入射側単一モード光導波路 ９２，９４ 光多重干渉素子 ９３ 内部接続回路 ９５ 出射側単一モード光導波路
る。 【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例による
光パワースプリッタの構成を示す図である。 【図３】図２の光パワースプリッタの透過特性を示す図
である。 【図４】本発明の第２実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図５】本発明の第３実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図６】本発明の第４実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図７】本発明の第５実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図８】本発明の第６実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図９】本発明の第７実施例による光結合器の構成を示
す図である。 【図１０】本発明の第８実施例による光多重化器の構成
を示す図である。 【符号の説明】 １０，２０ 光パワースプリッタ １０1 ，１０2 ，２０1 ，２０2 端面 １０Ａ スラブ １０Ｂ，１０Ｃ1 〜１０Ｃ4 ，２０Ｂ1 ，２０Ｂ2 ，２
０Ｃ1 〜２０Ｃ4 単一モード光導波路 １０ｂ，１０ｃ 光強度分布 ２０Ａ 多モード光干渉領域 ２０Ｅ1 〜２０Ｅ4 延在部 ２０Ｅ 階段状多モード導波領域 ２１ ＩｎＰ基板 ２２ ＩｎＧａＡｓＰコア層 ２３ ＩｎＰ クラッドそう ３０，４０，５０，６０，７０，８０ 光結合器 ９０ 光多重化器 ９１ 入射側単一モード光導波路 ９２，９４ 光多重干渉素子 ９３ 内部接続回路 ９５ 出射側単一モード光導波路
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 第１の端面と、第２の、前記第１の端面
に対向する端面とにより画成された、光学的に透明な媒
体よりなる光学部材と、 前記第１の端面に対向して設けられ、前記光学部材に光
学的に結合された複数の単一モード光導波路と、 前記第２の端面に対向して設けられ、前記光学部材に前
記光学的に結合された別の単一モード光導波路と、 前記光学部材の前記第１の端面に、前記複数の単一モー
ド光導波路に対応して設けられ、前記光学部材の前記第
１の端面から前記対応する単一モード光導波路に向かっ
て延在し、前記単一モード光導波路に接続された複数の
延在部とよりなり、 前記複数の延在部の各々は、前記対応する単一モード光
導波路よりも広い幅と前記単一モード光導波路を伝送さ
れる光信号の波長に対応した長さとを有し、前記長さは
前記複数の延在部で互いに異なっていることを特徴とす
る請求項１記載の光導波路。 【請求項2 】 前記長さは、λn を前記対応する単一モ
ード光導波路中を伝送される光信号の波長、λｃをλn
のうちもっとも長い波長以上の光波長（λｃ≧
λn max ）として、 Ｌext,n ≒Ｌmmi,c ×［（λc ／λn ）−１］、 Ｌmmi,c は、前記光波長λc を使って Ｌmmi,c ＝（１／Ｎ）×ｎr ×（Ｗe 2 ／λc ）、 ただしｎr は前記光学部材の実効屈折率、Ｎは前記第１
の端面に対向して設けられた前記単一モード光導波路の
数、Ｗe は前記透明光学部材の光学的な実効幅を表す、
で与えられることを特徴とする請求項１記載の光導波
路。 【請求項３】 前記第１の端面において、前記複数の延
在部は、長さが最大のものが中央部に、また長さが最短
のものが前記第１の端面の両側縁部に位置するように形
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。 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載した
光導波路と、前記複数の単一モード光導波路に光学的に
結合されたレーザアレイと、前記別の単一モード光導波
路に光学的に結合された光増幅器とを含むことを特徴と
する多波長光源 【請求項５】 入射側端面と、前記入射側端面に対向す
る出射側端面とにより画成された、光学的に透明な媒体
よりなる第１の光学部材と、 前記第１の光学部材の入射側端面に設けられ、各々端部
が前記第１の光学部材の前記入射側端面に物理的に接続
された複数の入射側単一モード光導波路と、 前記第１の光学部材の出射側端面に設けられ、各々第１
の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部が前記
光学部材の前記出射側端面に物理的に接続された、複数
の、各々は異なった光路長を有する別の単一モード光導
波路と、 前記別の単一モード光導波路の各々の前記第２の端部が
物理的に接続される入射側端面と、前記入射側端面に対
向する出射側端面とにより画成された、光学的に透明な
媒体よりなる第２の光学部材と、 前記第２の光学部材の前記出射側端面に光学的に結合さ
れた端部を有する、複数の出射側単一モード光導波路
と、 前記複数の出射側単一モード光導波路に対応して設けら
れ、前記第２の光学部材の前記出射側端面から前記対応
する前記出射側単一モード光導波路に向かって延在し、
前記出射側単一モード光導波路に物理的に接続された複
数の延在部とよりなり、 前記複数の延在部の各々は、前記対応する出射側単一モ
ード光導波路よりも広い幅と前記出射側単一モード光導
波路を伝送される光信号の波長に対応した長さとを有
し、前記長さは前記複数の延在部で互いに異なっている
ことを特徴とする多モード干渉光多重化器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP34549799A JP4208366B2 (ja) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | 光結合器、および光多重化器 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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-
1999
- 1999-12-03 JP JP34549799A patent/JP4208366B2/ja not_active Expired - Fee Related
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