JP2002228862A - 平面光導波路型マッハツェンダー回路および該平面光導波路型マッハツェンダー回路を用いた平面光導波回路ならびに光合分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピーク波長のばらつきや、それに伴う挿入損
失および偏波依存性損失の増加を抑制可能な平面光導波
路型マッハツェンダー回路を提供する。 【解決手段】 第１の光導波路３と第２の光導波路４と
を並設し、第１の光導波路３と第２の光導波路４を近接
させて第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２を
形成し、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２
は互いに光導波路長手方向に間隔を介す。第１の方向性
結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導
波路３と第２の光導波路４の長さを互いに異なる長さに
形成する。少なくとも第１の方向性結合部１と第２の方
向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導
波路４の長手方向に沿った側部両側近傍に、第１の光導
波路３および第２の光導波路４と一定間隔を介して、伝
搬光と殆ど光結合を生じない非結合コア部５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等で用いら
れる平面光導波路型マッハツェンダー回路および平面光
導波路型マッハツェンダー回路を用いた平面光導波回路
ならびに光合分波器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信分野において、平面光導波路型マ
ッハツェンダー回路が広く用いられている。図１０に示
すように、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０
は、基板上に同図に示す導波路構成を有する導波路形成
領域を形成したものである。なお、説明を分かりやすく
するために、同図においては、導波路構成をハッチング
により示している。

【０００３】上記導波路構成は、第１の光導波路３と、
該第１の光導波路３と並設された第２の光導波路４とを
有し、第１の光導波路３と第２の光導波路４を近接させ
て成る第１の方向性結合部１と、該第１の方向性結合部
１と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記
第１の光導波路３と前記第２の光導波路４を近接させて
成る第２の方向性結合部２とを有し、該第２の方向性結
合部２と前記第１の方向性結合部１に挟まれた第１の光
導波路３と第２の光導波路４から成る位相シフタを有し
ている。

【０００４】同図に示す平面光導波路型マッハツェンダ
ー回路１０において、位相シフタは、２つの方向性結合
部１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路
４の長さを互いに異なる長さとして形成している。

【０００５】同図に示すような構成の平面光導波路型マ
ッハツェンダー回路１０は、２つの方向性結合部１，２
の結合効率η１、η２と、２つの方向性結合部１，２に
挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さの
差ΔＬの３つのパラメータを適切に設定することによ
り、波長無依存カプラ、光合分波器（光波長合分波
器）、分散等価器等の機能を実現することができる。

【０００６】また、平面光導波路型マッハツェンダー回
路１０は、２つの方向性結合部１，２に挟まれた第１の
光導波路３と第２の光導波路４の光路長差をヒーター等
により変化させることにより、光スイッチ、可変光減衰
器等として適用することもできる。なお、２つの方向性
結合部１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導
波路４の光路長差は、２つの方向性結合部１，２に挟ま
れた第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さの差Δ
Ｌと前記第１および第２の光導波路３，４の屈折率ｎと
の積（ｎ・ΔＬ）である。

【０００７】平面光導波路型マッハツェンダー回路１０
において、第１の光導波路３の入射側から入力されて第
２の光導波路４の出射側から出力される光波長、又は、
前記第２の光導波路４の入射側から入力されて前記第１
の光導波路３の出射側から出力される光波長はクロス伝
搬波長と呼ばれる。また、第１の光導波路３の入射側か
ら入力されて該第１の光導波路３の出射側から出力され
る光波長、又は、第２の光導波路４の入射側から入力さ
れて該第２の光導波路４の出射側から出力される光波長
はスルー伝搬波長と呼ばれる。

【０００８】平面光導波路型マッハツェンダー回路１０
を光合分波器として適用する場合、以下の設計条件で平
面光導波路型マッハツェンダー回路を設計することによ
り、図１０に示すように、第１の光導波路３の入射側か
ら入射した波長λ１の光と第２の光導波路４の入射側か
ら入射した波長λ２の光を合波して、第２の光導波路４
の出射側から出射することができる。

【０００９】上記設計条件は、２つの方向性結合部１，
２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の光
路長差（ΔＬ・ｎ）を、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは
１以上）を掛けた値とし、かつ、スルー伝搬波長に（Ｍ
＋０．５）を掛けた値（Ｍは０以上の整数）にすること
である。

【００１０】上記設計条件に基づいて平面光導波路型マ
ッハツェンダー回路１０を設計すると、例えば前記長さ
の差ΔＬを５１．２μｍとし、第１と第２の方向性結合
部１，２の結合効率を５０％に設定することにより、第
１の光導波路３の入射端から入射する波長λ１（λ１＝
１４８０ｎｍ）の光と、第２の光導波路４の入射端から
入射する波長λ２（λ２＝１４９５ｎｍ）の光を低損失
で合分波する平面光導波路型マッハツェンダー回路１０
を形成できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な平面光導波路型マッハツェンダー回路においては、波
長合分波特性が安定していることが望まれている。しか
しながら、平面光導波回路に平面光導波路型マッハツェ
ンダー回路１０を形成する場合、その他の回路構成も基
板上に形成されることがあり、平面光導波路型マッハツ
ェンダー回路１０に隣接する回路の導波路と平面光導波
路型マッハツェンダー回路１０との距離による相互の影
響が懸念される。

【００１２】そこで、本発明者は、上記相互の影響を調
べるために、以下の検討を行なった。すなわち、図１１
に示すように、互いに間隔を介して５つの平面光導波路
型マッハツェンダー回路１０（１０ａ，１０ｂ，１０
ｃ，１０ｄ，１０ｅ）を並設し、前記間隔にダミーの直
線導波路９を形成した。なお、同図においても、導波路
構成（第１、第２の光導波路３，４および直線導波路
９）にはハッチングを施している。

【００１３】そして、この直線導波路９と平面光導波路
型マッハツェンダー回路１０の第１の光導波路３のうち
第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれた部分とのコ
ア中心間最短距離および、直線導波路９と第２の光導波
路４のうち第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれた
部分とのコア中心最短間距離を様々に変えて平面光導波
路型マッハツェンダー回路１０（１０ａ，１０ｂ，１０
ｃ，１０ｄ，１０ｅ）に対する直線導波路９の影響を検
討した。

【００１４】なお、同図に示すように、平面光導波路型
マッハツェンダー回路１０ａの第１の光導波路３および
第２の光導波路４のうち第１と第２の方向性結合部１，
２に挟まれた部分と、平面光導波路型マッハツェンダー
回路１０ａを長手方向に沿って挟む両側の直線導波路９
との間隔（直線導波路９の幅方向（Ｘ方向）中心と第１
の光導波路３の幅方向中心との最短距離（コア中心間距
離）および、直線導波路９の幅方向中心と第２の光導波
路４の幅方向中心との最短距離）は共に６０μｍとし
た。

【００１５】また、平面光導波路型マッハツェンダー回
路１０ｂの第１の光導波路３および第２の光導波路４の
うち第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれた部分
と、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０ｂを長手
方向に沿って挟む両側の直線導波路９との間隔は共に８
０μｍとし、同様に、それぞれの平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路１０ｃ，１０ｄ，１０ｅと直線導波路９
との間隔（コア中心間距離）は、１２５μｍ、２５０μ
ｍ、５００μｍずつとした。

【００１６】そして、同図に示す回路構成を、基板とな
る直径４インチのウェハー上に８個配設した。

【００１７】また、上記回路構成の作製は以下のように
して行なった。すなわち、まず、図１２の（ａ）に示す
ように、シリコン基板１１上に火炎加水分解堆積法を用
いて石英系ガラスから成る下部クラッド膜１２と、石英
系ガラスにＴｉＯ_２をドープしたコア膜１３を成膜し、
焼結透明化した。なお、図中４０は、バーナを示してい
る。そして、コア膜１３と下部クラッド膜１２の材質を
上記のようにすることにより、コア膜１３の屈折率を下
部クラッド膜１２より屈折率を高め、比屈折率差Δを約
０．４％とした。

【００１８】次に、図１１に示した回路構成を備えたフ
ォトマスクを用い、フォトリソグラフィー法とドライエ
ッチング法により、上記回路構成のコア１３ａを形成
し、断面が例えば図１２の（ｂ）に示す状態となるよう
にする。そして、同図の（ｃ）に示すように、コア１３
ａを覆う石英径ガラスの上部クラッド膜１４を火炎堆積
加水分解法により成膜し、コア構成をクラッド中に埋め
込み、焼結、透明化して同図の（ｄ）に示す状態にし
た。

【００１９】図１３には、上記のようにして作製した回
路構成において、第１の光導波路３の入射側から広帯域
光源の光を入射したときの、第２の光導波路４の出射側
から出射された光のスペクトル例を示す。なお、図１３
において、特性線ａはＴＥモードの光による測定結果、
特性線ｂはＴＭモードの光による測定結果をそれぞれ示
している。同図に示すように、上記スペクトルは、波長
１４８０ｎｍ付近に最小損失ピークを持つスペクトルと
なった。以下、この最小損失ピークの波長をピーク波長
と呼ぶ。

【００２０】このようなスペクトル測定を４ウェハー分
の３２チップについて行ない、前記直線導波路９との間
隔に応じて、各平面光導波路型マッハツェンダー回路１
０の１４８０ｎｍ付近におけるＴＥモードのピーク波長
がどのようにばらつくかを検討した。その結果が図１４
に示されている。なお、同図において、×は各チップの
ＴＥモードのピーク波長をそれぞれ示し、○は３２チッ
プのＴＥモードのピーク波長の平均ピーク波長を示して
いる。

【００２１】同図から明らかなように、平面光導波路型
マッハツェンダー回路１０と隣接導波路（ここでは直線
導波路９）との間隔が小さくなるにつれて、平均ピーク
波長が長波長側にシフトしている。また、平面光導波路
型マッハツェンダー回路１０と直線導波路９との間隔が
小さくなるにつれて、ピーク波長のばらつきが大きくな
る傾向が見られる。

【００２２】例えば平面光導波路型マッハツェンダー回
路１０の第１の光導波路３および第２の光導波路４と直
線導波路９との間隔が６０μｍ〜５００μｍの範囲内で
変化した場合のピーク波長変化量は約２．１ｎｍとなっ
た。

【００２３】また、平面光導波路型マッハツェンダー回
路１０の第１の光導波路３および第２の光導波路と直線
導波路９との間隔が一定の場合でも、ピーク波長は、例
えば上記間隔が６０μｍのときには±３ｎｍ程度ばらつ
くため、両者を合わせると、最大で５ｎｍ程度の波長ば
らつきが生じることになる。

【００２４】そして、波長ずれが５ｎｍ生じた場合、図
１３のスペクトルから明らかなように、波長ずれがない
場合と比較して約１．２ｄＢもの挿入損失の増加が生じ
ることになる。

【００２５】さらに、平面光導波路型マッハツェンダー
回路１０を用いた光合分波器の中心波長付近のスペクト
ルは、同図から明らかなように、ピーク波長から遠ざか
るにしたがって偏波依存性損失（ＴＥモードとＴＭモー
ドにおける損失差の絶対値）が大きくなるため、波長ず
れが５ｎｍ生じた場合、波長ずれがない場合と比較し
て、偏波依存性損失が０．１ｄＢ増加してしまうことに
なる。

【００２６】また、平面光導波路型マッハツェンダー回
路を２つ以上接続して光波長合分波器として機能する平
面光導波回路を構成した場合、各平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路における波長ずれの傾向が重なった場合
は更なる損失増加を生じるため、非常に問題であった。

【００２７】本発明は上記従来の課題を解決するために
成されたものであり、その目的は、隣接する導波路の影
響によるピーク波長のばらつきや、挿入損失増加、偏波
依存性損失増加等が生じることを抑制できる平面光導波
路型マッハツェンダー回路および該平面光導波路型マッ
ハツェンダー回路を用いた平面光導波回路ならびに光合
分波器を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、第１の発明の平面光導
波路型マッハツェンダー回路は、第１の光導波路と、該
第１の光導波路と並設された第２の光導波路とを有し、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて
成る第１の方向性結合部と、該第１の方向性結合部と光
導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の
光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第２の
方向性結合部とを有し、該第２の方向性結合部と前記第
１の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光
導波路から成る位相シフタを有し、少なくとも前記第１
の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟まれた第
１の光導波路と第２の光導波路の長手方向に沿った側部
近傍の少なくとも一部には、第１の光導波路および第２
の光導波路と間隔を介して、伝搬光と殆ど光結合を生じ
ない非結合コア部が設けられている構成をもって課題を
解決する手段としている。

【００２９】また、第２の発明の平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路は、上記第１の発明の構成に加え、前記
非結合コア部は第１の光導波路および第２の光導波路と
一定間隔を介して形成されている構成をもって課題を解
決する手段としている。

【００３０】さらに、第３の発明の平面光導波路型マッ
ハツェンダー回路は、上記第１又は第２の発明の構成に
加え、前記非結合コア部と第１および第２の光導波路と
の間隔を５μｍ以上４０μｍ以下とした構成をもって課
題を解決する手段としている。

【００３１】さらに、第４の発明の平面光導波路型マッ
ハツェンダー回路は、上記第１又は第２又は第３の発明
の構成に加え、前記第１の光導波路の入射側から入力さ
れて第２の光導波路の出射側から出力される光波長又は
前記第２の光導波路の入射側から入力されて前記第１の
光導波路の出射側から出力される光波長をクロス伝搬波
長とし、前記第１の光導波路の入射側から入力されて該
第１の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記
第２の光導波路の入射側から入力されて該第２の光導波
路の出射側から出力される光波長をスルー伝搬波長とし
たときに、第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に
挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差Δ
Ｌと前記第１および第２の光導波路の屈折率ｎとの積
（ｎ・ΔＬ）を、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは１以
上）を掛けた値とし、かつ、スルー伝搬波長に（Ｍ＋
０．５）を掛けた値（Ｍは０以上の整数）とした構成を
もって課題を解決する手段としている。

【００３２】さらに、第４の発明の平面光導波回路は、
平面光導波路型マッハツェンダー回路を複数有し、これ
ら複数の平面光導波路型マッハツェンダー回路のうち少
なくとも１つを上記第１乃至第４のいずれか一つの発明
の平面光導波路型マッハツェンダー回路とした構成をも
って課題を解決する手段としている。

【００３３】さらに、第６の発明の光合分波器は、上記
第１乃至第４のいずれか一つの発明の平面光導波路型マ
ッハツェンダー回路または上記第５の発明の平面光導波
回路を少なくとも１つ有している構成をもって課題を解
決する手段としている。

【００３４】周知の如く、平面光導波路型マッハツェン
ダー回路のピーク波長は、２つの方向性結合部に挟まれ
た第１の光導波路と第２の光導波路の光路長差（ｎ・Δ
Ｌ）により決定されるので、本発明者は、この値のばら
つきを抑制することによりピーク波長のばらつきを抑制
できると考えた。

【００３５】上記光路長差（ｎ・ΔＬ）のばらつきは、
光導波路の回路構成を形成するエッチング時のローディ
ング効果（被エッチング面積の変化によりエッチング量
が変化する現象）等による光導波路幅のばらつき、上部
クラッド形成時の上部クラッドガラス堆積ばらつき及び
コアにかかる応力ばらつき等の製造時ばらつきにより引
き起こされていると考えられる。

【００３６】従来の平面光導波路型マッハツェンダー回
路においては、例えば図１０に示したように、その長手
方向中央部において、第１の光導波路３と第２の光導波
路４とが離れており、この間隔全域に上部クラッド膜１
４が形成される。

【００３７】そして、図１１に示したように、平面光導
波路型マッハツェンダー回路１０の長手方向に沿って平
面光導波路型マッハツェンダー回路１０の両側部側に隣
接させて直線導波路９を形成すると、平面光導波路型マ
ッハツェンダー回路１０の中央部における断面構成は、
例えば図１２の（ｄ）に示したようになり、第１の光導
波路３と第２の光導波路４との距離よりもむしろ、第１
の光導波路３と直線導波路９との距離および第２の光導
波路４と直線導波路９との距離が短くなる。

【００３８】上記のように、第１の光導波路３と第２の
光導波路４とが離れ、第１の光導波路３と直線導波路９
とが近接し、第２の光導波路４と直線導波路９とが近接
すると、例えば上部クラッド膜１４のガラス微粒子堆積
時やその後の焼結時に、第１、第２の光導波路３，４の
コア１３ａ加わる応力のバランスが崩れて、第１の方向
性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光
導波路３と第２の光導波路４の光路長差が上記製造時ば
らつきの影響を受け易い。

【００３９】したがって、従来の平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路は、前記の如く、ピーク波長がばらつ
き、それに伴い、挿入損失や偏波依存性損失の増加が生
じていたと考えられる。

【００４０】上記構成の本発明においては、少なくとも
前記第１の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟
まれた第１の光導波路と第２の光導波路の長手方向に沿
った側部近傍の少なくとも一部には、第１の光導波路お
よび第２の光導波路と間隔を介して、伝搬光と殆ど光結
合を生じない非結合コア部が設けられており、例えば平
面光導波路型マッハツェンダー回路の中央部の断面が図
３に示すようになる。なお、図中、非結合コア部には符
号５を付してある。

【００４１】また、例えば平面光導波路型マッハツェン
ダー回路１０の長手方向に沿って平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路１０の両側部側に隣接させて直線導波路
９を形成すると、この回路の中央部の断面は、図５に示
すようになる。

【００４２】すなわち、本発明の平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路を適用すると、上記図３、図５のいずれ
においても、第１の光導波路３および第２の光導波路４
と例えば一定間隔を介して、非結合コア部５が形成され
ているので、従来例と異なり、第１の方向性結合部と第
２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光
導波路の光路長差が上記製造時ばらつきの影響を受け難
くなり、上記光路長差がほぼ設計通りの一定の値とな
る。

【００４３】したがって、本発明の平面光導波路型マッ
ハツェンダー回路は、ピーク波長のばらつきや、それに
伴う挿入損失および偏波依存性損失の増加を抑制するこ
とが可能となり、また、本発明の平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路を用いた平面光導波回路ならびに光合分
波器は、挿入損失や偏波依存性損失が小さく、設計通り
の波長合分波機能を発揮することができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明におい
て、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重
複説明は省略する。図１には、本発明に係る平面光導波
路型マッハツェンダー回路の第１および第２実施形態例
が平面図により模式的に示されている。

【００４５】本第１、第２の実施形態例の平面光導波路
型マッハツェンダー回路１０は従来例とほぼ同様に構成
されており、本実施形態例が従来例と異なる特徴的なこ
とは、少なくとも第１の方向性結合部１と第２の方向性
結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路
４の長手方向に沿った側部両側近傍に、第１の光導波路
３および第２の光導波路４と間隔を介して、伝搬光と殆
ど光結合を生じない非結合コア部５が設けられているこ
とである。

【００４６】なお、図１および以下に述べる図２、図
４、図８、図９において、非結合コア部５は第１、第２
の光導波路３，４と逆向きのハッチングにより示してい
る。

【００４７】同図において、Ｅ１、Ｅ２で示した距離
は、Ｅ１＝Ｅ２＝３００μｍであり、非結合コア部５
は、第１の方向性結合部１の出射端よりも３００μｍ光
入射側寄りの位置から第２の方向性結合部２の入射端よ
りも３００μｍ光出射側寄りの位置までの範囲におい
て、第１の光導波路３と第２の光導波路４の長手方向に
沿った側部両側近傍に設けられている。なお、ここで
は、第１、第２の方向性結合部１，２の入射端、出射端
とは、第１、第２の光導波路３，４の間の光結合が生じ
ている範囲の両端を示している。

【００４８】また、非結合コア部５は第１の光導波路３
および第２の光導波路４と一定間隔ｄ（図２参照）を介
して形成されており、非結合コア部５と第１および第２
の光導波路３，４との間隔ｄを、第１実施形態例におい
ては２０μｍとし、第２実施形態例においては４０μｍ
とした。

【００４９】本実施形態例の平面光導波路型マッハツェ
ンダー回路１０は、第１と第２の２つの方向性結合部
１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４
の長さの差ΔＬを５１．２μｍとし、第１と第２の方向
性結合部１，２の結合効率を５０％に設定している。そ
して、本実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー
回路１０は、第１の光導波路３の入射端から入射する波
長λ１＝１４８０ｎｍの光と、第２の光導波路４の入射
端から入射する光の波長λ２＝１４９５ｎｍの光を合分
波する光合分波器として機能する回路とした。

【００５０】さらに、本実施形態例の平面光導波路型マ
ッハツェンダー回路１０は、図３に示すように、石英系
ガラスから成るクラッド（下部クラッド膜１２と上部ク
ラッド膜１４）に、第１の光導波路３と第２の光導波路
４を形成するコア１３ａと非結合コア部５を埋め込み形
成したものであり、コア１３ａと非結合コア部５は共
に、ＴｉＯ_２をドープした石英系ガラスにより形成され
ている。

【００５１】本実施形態例では、図１に示した回路構成
を形成するために、フォトマスクを従来用いたフォトマ
スクと異なるものとし、図１の回路構成を有するフォト
マスクとした以外は、従来と同様の製造方法で製造され
ており、比屈折率差Δも従来と同様の約０．４％であ
る。

【００５２】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、第１の方向性結合部１の出射端よりも３００μｍ光
入射側寄りの位置から第２の方向性結合部２の入射端よ
りも３００μｍ光出射側寄りの位置までの範囲におい
て、第１の光導波路３と第２の光導波路４の長手方向に
沿った側部両側近傍に、伝搬光と殆ど光結合を生じない
非結合コア部５を設けているので、例えば第１の方向性
結合部１と第２の方向性結合部２との間の領域における
断面図が図３に示すようになる。

【００５３】すなわち、本実施形態例では、平面光導波
路型マッハツェンダー回路１０において、第１の光導波
路３と第２の光導波路４および直線導波路９を除く全域
に上部クラッドが形成される従来例と異なり、第１の方
向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の
光導波路３と第２の光導波路４の光路長差が製造時ばら
つきの影響を受け難く、その値をほぼ設計通りの値に形
成することができる。

【００５４】したがって、本実施形態例の平面光導波路
型マッハツェンダー回路１０は、ピーク波長のばらつき
や、それに伴う挿入損失および偏波依存性損失の増加を
抑制することができる。

【００５５】なお、本発明者は、本実施形態例の平面光
導波路型マッハツェンダー回路１０において、この回路
１０に隣接する導波路上記相互の影響を調べるために、
以下の検討を行なった。

【００５６】すなわち、図４に示すように、従来の平面
光導波路型マッハツェンダー回路１０における検討と同
様に、互いに間隔を介して５つの平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０
ｄ，１０ｅ）を並設し、前記間隔にダミーの直線導波路
９を形成した。そして、この直線導波路９とそれぞれの
平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の第１の光導
波路３のうち第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれ
た部分とのコア中心間距離および、直線導波路９と第２
の光導波路４のうち第１と第２の方向性結合部１，２に
挟まれた部分とのコア中心間距離を様々に変えて平面光
導波路型マッハツェンダー回路１０に対する直線導波路
９の影響を検討した。

【００５７】なお、直線導波路９と平面光導波路型マッ
ハツェンダー回路１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０
ｄ，１０ｅ）の第１の光導波路３とのコア中心間距離お
よび、直線導波路９と第２の光導波路４とのコア中心間
距離も、従来例と同様に、それぞれ、同図に示すよう
に、６０μｍ、８０μｍ、１２５μｍ、２５０μｍ、５
００μｍずつとし、図４に示す回路構成を基板となる直
径４インチのウェハー上に８個配設した。

【００５８】図６には、上記のようにして作製した回路
構成において、第１の光導波路３の入射側から広帯域光
源の光を入射したときの、第２の光導波路４の出射側か
ら出射された光のスペクトル例を示す。なお、図６にお
いて、特性線ａはＴＥモードの光による測定結果、特性
線ｂはＴＭモードの光による測定結果をそれぞれ示して
いる。同図から明らかなように、本実施形態例において
も従来例と同様に、ピーク波長は１４８０ｎｍ付近とな
った。

【００５９】このようなスペクトル測定を４ウェハー分
の３２チップについて行ない、前記直線導波路９との間
隔に応じて、各平面光導波路型マッハツェンダー回路１
０の１４８０ｎｍ付近におけるＴＥモードのピーク波長
がどのようにばらつくかを検討した。第１実施形態例に
ついての検討結果が図７の（ａ）に、第２実施形態例に
ついての検討結果が同図の（ｂ）にそれぞれ示されてい
る。なお、同図において、×は各チップのＴＥモードの
ピーク波長をそれぞれ示し、○は３２チップのＴＥモー
ドのピーク波長の平均ピーク波長を示している。

【００６０】同図から明らかなように、平面光導波路型
マッハツェンダー回路１０と直線導波路９との間隔の変
化に伴う平均ピーク波長変化は、第１実施形態例におい
て約１．１ｎｍ、第２実施形態例において約１．７ｎｍ
となり、いずれも従来例の約２．１ｎｍに比較して良好
な結果が得れられた。また、ピーク波長ばらつきは、直
線導波路９と平面光導波路型マッハツェンダー回路１０
との間隔によらず、約±２．０ｎｍ程度のばらつきとな
っており、本実施形態例は、従来例に比べてピーク波長
ばらつきを抑制できることが確認できた。

【００６１】図８には、上記実施形態例の平面光導波路
型マッハツェンダー回路１０を適用して形成した平面光
導波回路の構成例が示されている。同図に示す平面光導
波回路は、第１段目に平面光導波路型マッハツェンダー
回路１０Ａ，１０Ｂを複数（ここでは２つ）並設し、第
２段目に平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ｃを
１つ以上（ここでは１つ）並設するといったように、平
面光導波路型マッハツェンダー回路１０を多段に接続し
て形成されている。

【００６２】この平面光導波回路においては、第１段目
の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ａの出力と
平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ｂの光出力を
第２段目の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ｃ
により合波するという如く、平面光導波路型マッハツェ
ンダー回路１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを複数段（ここでは
２段）に接続し、前段の対の平面光導波路型マッハツェ
ンダー回路１０の光出力を後段の平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路１０で合波する構成としている。

【００６３】この平面光導波回路は、例えば同図に示す
ように、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ａの
第１の光導波路３の入射側から入射される波長λ１の光
と第２の光導波路４の入射側から入射される波長λ２の
光を合波して第２の光導波路４の出射側から出射する。
また、同様に、平面光導波路型マッハツェンダー回路１
０Ｂの第１の光導波路３の入射側から入射される波長λ
３の光と第２の光導波路４の入射側から入射される波長
λ４の光を合波して第１の光導波路３の出射側から出射
する。

【００６４】そして、平面光導波路型マッハツェンダー
回路１０Ａの第２の光導波路４から出射された波長λ１
と波長λ２の光と、平面光導波路型マッハツェンダー回
路１０Ｂの第２の光導波路４から出射された波長λ３と
波長λ４の光が、平面光導波路型マッハツェンダー回路
１０Ｃで合波されて、その第２の光導波路４の出射側か
ら出射される。

【００６５】図８に示す平面光導波回路は、平面光導波
路型マッハツェンダー回路を複数有する平面光導波回路
において、少なくとも１つ（ここでは３つ）の平面光導
波路型マッハツェンダー回路１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを
上記実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路
１０により形成したものであるから、平面光導波回路全
体の挿入損失や偏波依存性損失を抑制することができる
し、合分波する波長特性を良好にすることができる。

【００６６】また、このような平面光導波回路を少なく
とも１つ有する光合分波器は、従来の平面光導波路型マ
ッハツェンダー回路のみから成る光合分波器に比べ、合
分波器する波長特性が良好で、挿入損失や偏波依存性損
失が小さい優れた光合分波器とすることができる。

【００６７】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上
記各実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路
１０では、図１のＥ１、Ｅ２で示した距離を、Ｅ１＝Ｅ
２＝３００μｍとしたが、Ｅ１、Ｅ２の大きさは特に限
定されるものではなく、０以上の適宜の値に設定される
ものである。

【００６８】すなわち、本発明の平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路は、少なくとも前記第１の方向性結合部
１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３
と第２の光導波路４の長手方向に沿った側部近傍の少な
くとも一部に、第１の光導波路３および第２の光導波路
４と間隔を介して、伝搬光と殆ど光結合を生じない非結
合コア部５を設けて構成すればよい。

【００６９】また、上記各実施形態例では、非結合コア
部５は第１の光導波路３および第２の光導波路４と一定
間隔を介して形成され、非結合コア部５と第１および第
２の光導波路３，４との間隔が、第１実施形態例におい
ては２０μｍ、第２実施形態例においては４０μｍに形
成されていたが、この間隔ｄは特に限定されるものでな
く、例えば３μｍ〜３００μｍ（好ましくは５μｍ以上
４０μｍ以下）の範囲内で適宜設定されるものである。

【００７０】さらに、非結合コア部５と第１および第２
の光導波路３，４との間隔は一定であることが好ましい
が、必ずしも一定でなくてもよい。

【００７１】さらに、非結合コア部５は、少なくとも第
１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた
第１の光導波路３と第２の光導波路４の長手方向に沿っ
た側部近傍に設けられていればよいので、非結合コア部
５の形態は、例えば図９に示すような形態としてもよ
い。

【００７２】さらに、非結合コア部５は必ずしも図１に
示したようなモノリシックな形態である必要はなく、ス
トライプ状、島状のように分割された形態としてもよい
し、メッシュ状のような内部に隙間を有する形態として
もよい。

【００７３】さらに、上記実施形態例では、第１の方向
性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光
導波路３と第２の光導波路４を異なる長さにすることで
位相シフタを構成したが、第１の光導波路３と第２の光
導波路４を異なる幅や異なる屈折率に形成することによ
り位相シフタとすることも可能である。

【００７４】また、初期状態においては第１の光導波路
３と第２の光導波路４の間の位相差をゼロとしておき、
ヒータ等の温度変化手段や揚力付与手段により導波路膜
の屈折率を変化させることによって第１の光導波路３と
第２の光導波路４の間に位相差を付与して位相シフタと
することも可能である。

【００７５】さらに、上記各実施形態例では、コア膜１
３およびクラッド膜１２，１４を火炎加水分解堆積法を
適用して形成したが、例えば真空蒸着法、プラズマＣＶ
Ｄ（プラズマ化学蒸着）法、ゾルゲル法、スパッタ法等
の様々な方法を適用して形成し、平面光導波路型マッハ
ツェンダー回路１０を形成することができる。

【００７６】さらに、上記各実施形態例では、平面光導
波路型マッハツェンダー回路１０を光合分波器に適用す
る例を述べたが、平面光導波路型マッハツェンダー回路
１０の適用例は特に限定されるものではなく適宜設定さ
れるものである。すなわち、上記各実施形態例で示した
ような本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路を
適用して、波長無依存カプラ、光波長合分波器、分散等
価器、光スイッチ、可変光減衰器等の様々な平面光導波
回路や、それらを少なくとも１つ有する光導波回路を複
数個集結した光導波回路を構成し、本発明の平面光導波
回路とすることができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明の平面光導波路型マッハツェンダ
ー回路によれば、非結合コア部を設けることによって、
第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた第
１の光導波路と第２の光導波路の光路長差が製造時ばら
つきの影響を受けることを抑制できるので、上記光路長
をほぼ設計通りの一定の値とすることができ、ピーク波
長のばらつきや、それに伴う挿入損失および偏波依存性
損失の増加を抑制することができる。

【００７８】また、本発明の平面光導波路型マッハツェ
ンダー回路において、非結合コア部は第１の光導波路お
よび第２の光導波路と一定間隔を介して形成されている
構成によれば、上記光路長差の製造時ばらつきの影響を
より一層確実に抑制し、上記効果をより一層確実に発揮
することができる。

【００７９】さらに、本発明の平面光導波路型マッハツ
ェンダー回路において、非結合コア部と第１および第２
の光導波路との間隔を５μｍ以上４０μｍ以下とした本
発明によれば、上記光路長差の製造時ばらつきの影響を
さらにより一層確実に抑制し、効果をさらにより一層確
実に発揮することができる。

【００８０】さらに、本発明の平面光導波路型マッハツ
ェンダー回路において、第１の方向性結合部と第２の方
向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路
の長さの差ΔＬと前記第１および第２の光導波路の屈折
率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）を、クロス伝搬波長に整数Ｎ
（Ｎは１以上）を掛けた値とし、かつ、スルー伝搬波長
に（Ｍ＋０．５）を掛けた値（Ｍは０以上の整数）とし
た構成によれば、クロス伝搬波長とスルー伝搬波長の合
波及び分波を適切に行なえ、かつ、挿入損失の小さい優
れた平面光導波路型マッハツェンダー回路とすることが
できる。

【００８１】さらに、本発明の平面光導波路型マッハツ
ェンダー回路を用いた平面光導波回路ならびに光合分波
器は、本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路を
適用することにより、挿入損失や偏波依存性損失が小さ
く、例えば波長合分波機能等の機能を設計通り発揮する
ことができる優れた平面光導波回路ならびに光合分波器
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る平面光導波路型マッハツェンダー
回路の実施形態例を模式的に示す要部構成図である。

【図２】図１の回路中央部の拡大図である。

【図３】図１の回路中央部の断面を示す模式図である。

【図４】上記実施形態例の回路に隣接する導波路が上記
実施形態例の回路に与える影響の検討に用いた回路の回
路図である。

【図５】図４の回路における平面光導波路型マッハツェ
ンダー回路１０ｂと、その両側部側の直線導波路９を中
央部で切断したときの断面を示す模式図である。

【図６】図４の回路の光通過スペクトル例を示すグラフ
である。

【図７】上記実施形態例の平面光導波路型マッハツェン
ダー回路とそれに隣接する直線導波路との間隔によりピ
ーク波長ばらつきに与える影響を示すグラフである。

【図８】本発明の平面光導波回路の一例を模式的に示す
平面説明図である。

【図９】本発明に係る平面光導波路型マッハツェンダー
回路の他の実施形態例を模式的に示す平面説明図であ
る。

【図１０】従来の平面光導波路型マッハツェンダー回路
の構成を示す説明図である。

【図１１】従来の平面光導波路型マッハツェンダー回路
に隣接する導波路が平面光導波路型マッハツェンダー回
路に与える影響の検討に用いた回路の回路図である。

【図１２】図１１の平面光導波路型マッハツェンダー回
路の製造方法例を断面図により模式的に示す説明図であ
る。

【図１３】図１１の回路の光通過スペクトル例を示すグ
ラフである。

【図１４】図１１に示した平面光導波路型マッハツェン
ダー回路とそれに隣接する直線導波路との間隔によりピ
ーク波長ばらつきに与える影響を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 第１の方向性結合部 ２ 第２の方向性結合部 ３ 第１の光導波路 ４ 第２の光導波路 ５ 非結合コア部 ９ 直線導波路 １０，１０ａ〜１０ｄ，１０Ａ〜１０Ｃ 平面光導波路
型マッハツェンダー回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大山 功 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KA12 KB05 LA18 QA04 2H079 AA06 AA12 BA01 BA03 CA05 DA05 DA18 EA05 EA08 GA01 2K002 AA02 AB04 BA13 CA15 DA07 DA08 EA10 HA11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の光導波路と、該第１の光導波路と
   並設された第２の光導波路とを有し、前記第１の光導波
   路と前記第２の光導波路を近接させて成る第１の方向性
   結合部と、該第１の方向性結合部と光導波路長手方向に
   間隔を介した位置において前記第１の光導波路と前記第
   ２の光導波路を近接させて成る第２の方向性結合部とを
   有し、該第２の方向性結合部と前記第１の方向性結合部
   に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路から成る位
   相シフタを有し、少なくとも前記第１の方向性結合部と
   前記第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第
   ２の光導波路の長手方向に沿った側部近傍の少なくとも
   一部には、第１の光導波路および第２の光導波路と間隔
   を介して、伝搬光と殆ど光結合を生じない非結合コア部
   が設けられていることを特徴とする平面光導波路型マッ
   ハツェンダー回路。
2. 【請求項２】 非結合コア部は第１の光導波路および第
   ２の光導波路と一定間隔を介して形成されていることを
   特徴とする請求項１記載の平面光導波路型マッハツェン
   ダー回路。
3. 【請求項３】 非結合コア部と第１および第２の光導波
   路との間隔を５μｍ以上４０μｍ以下としたことを特徴
   とする請求項１又は請求項２記載の平面光導波路型マッ
   ハツェンダー回路。
4. 【請求項４】 第１の光導波路の入射側から入力されて
   第２の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記
   第２の光導波路の入射側から入力されて前記第１の光導
   波路の出射側から出力される光波長をクロス伝搬波長と
   し、前記第１の光導波路の入射側から入力されて該第１
   の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２
   の光導波路の入射側から入力されて該第２の光導波路の
   出射側から出力される光波長をスルー伝搬波長としたと
   きに、第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟ま
   れた第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差ΔＬと
   前記第１および第２の光導波路の屈折率ｎとの積（ｎ・
   ΔＬ）を、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛
   けた値とし、かつ、スルー伝搬波長に（Ｍ＋０．５）を
   掛けた値（Ｍは０以上の整数）としたことを特徴とする
   請求項１又は請求項２又は請求項３記載の平面光導波路
   型マッハツェンダー回路。
5. 【請求項５】 平面光導波路型マッハツェンダー回路を
   複数有し、これら複数の平面光導波路型マッハツェンダ
   ー回路のうち少なくとも１つを請求項１乃至請求項４の
   いずれか一つに記載の平面光導波路型マッハツェンダー
   回路としたことを特徴とする平面光導波回路。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれか一つの
   平面光導波路型マッハツェンダー回路または請求項５記
   載の平面光導波回路を少なくとも１つ有していることを
   特徴とする光合分波器。