JP2003050323A - 光合分波器 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 チップ長が短く、低価格、低損失の光合分波
器を提供する。 【解決手段】 マッハツェンダ光干渉計型の導波路構成
を有する光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）を複数段接続し
た光合分波器において、各段の光合分波回路８（８Ａ〜
８Ｇ）におけるスルー伝搬波長の平均波長よりもクロス
伝搬波長の平均波長を長波長とし、各段の光合分波回路
８（８Ａ〜８Ｇ）は各段の光合分波回路８（８Ａ〜８
Ｇ）は、クロス伝搬波長の平均波長に対する第１と第２
の方向性結合部１，２の結合効率を５０％とする。
器を提供する。 【解決手段】 マッハツェンダ光干渉計型の導波路構成
を有する光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）を複数段接続し
た光合分波器において、各段の光合分波回路８（８Ａ〜
８Ｇ）におけるスルー伝搬波長の平均波長よりもクロス
伝搬波長の平均波長を長波長とし、各段の光合分波回路
８（８Ａ〜８Ｇ）は各段の光合分波回路８（８Ａ〜８
Ｇ）は、クロス伝搬波長の平均波長に対する第１と第２
の方向性結合部１，２の結合効率を５０％とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等で用いら
れる光合分波器に関するものである。
れる光合分波器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】近年のインターネットトラヒックの急増を
背景に、通信ネットワーク容量の拡大が急務となってお
り、それに伴い、波長分割多重（Wavelength Division
Multiplexing (WDM)）伝送技術の検討が盛んに行なわ
れている。波長分割多重伝送技術は、１本の光ファイバ
に異なる波長の光信号を複数多重して伝送するため、伝
送容量を波長多重分だけ拡大できる。
背景に、通信ネットワーク容量の拡大が急務となってお
り、それに伴い、波長分割多重（Wavelength Division
Multiplexing (WDM)）伝送技術の検討が盛んに行なわ
れている。波長分割多重伝送技術は、１本の光ファイバ
に異なる波長の光信号を複数多重して伝送するため、伝
送容量を波長多重分だけ拡大できる。
【０００３】波長分割多重伝送システムを実現するため
には、光合分波器等の光デバイスが必要となる。光合分
波器は、例えば複数波長の光を合波したり、多重光を各
々の波長の光に分波（分離）するための装置であり、例
えば波長分割多重伝送システムにおいて、合波用に設け
られた光合分波器によって複数の波長の光を合波し、合
波された波長多重光を光ファイバに伝送することが行な
われる。また、この光ファイバを伝送した波長多重光
は、例えば分波用に設けられた光合分波器によって分波
され、波長毎に取り出される。
には、光合分波器等の光デバイスが必要となる。光合分
波器は、例えば複数波長の光を合波したり、多重光を各
々の波長の光に分波（分離）するための装置であり、例
えば波長分割多重伝送システムにおいて、合波用に設け
られた光合分波器によって複数の波長の光を合波し、合
波された波長多重光を光ファイバに伝送することが行な
われる。また、この光ファイバを伝送した波長多重光
は、例えば分波用に設けられた光合分波器によって分波
され、波長毎に取り出される。
【０００４】光合分波器の一例として、基板上に光導波
回路を形成した光導波路型の光合分波器が挙げられる。
この光導波路型の光合分波器は、半導体分野で培われた
高精度なパターン化技術を適用できるために、設計性が
良好である。
回路を形成した光導波路型の光合分波器が挙げられる。
この光導波路型の光合分波器は、半導体分野で培われた
高精度なパターン化技術を適用できるために、設計性が
良好である。
【０００５】光導波路型の光合分波器として、例えばマ
ッハツェンダ光干渉計（MZI：Mach-Zehnder Interferom
eter）型の光合分波器が実用化されており、図９には、
マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器を形成する回路
（光合分波回路）の構成例が示されている。
ッハツェンダ光干渉計（MZI：Mach-Zehnder Interferom
eter）型の光合分波器が実用化されており、図９には、
マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器を形成する回路
（光合分波回路）の構成例が示されている。
【０００６】図９に示す光合分波回路８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、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
ている。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
は、互いに異なる長さと成している。
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、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
ている。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
は、互いに異なる長さと成している。
【０００７】図９に示す光合分波回路８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の長さの差ΔＬと、第１お
よび第２の光導波路３，４の屈折率ｎとの積（ｎ・Δ
Ｌ）を適宜設定することにより、異なる波長の光の合波
や分波を行なう光合分波回路である。
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の長さの差ΔＬと、第１お
よび第２の光導波路３，４の屈折率ｎとの積（ｎ・Δ
Ｌ）を適宜設定することにより、異なる波長の光の合波
や分波を行なう光合分波回路である。
【０００８】なお、マッハツェンダ光干渉計型の光合分
波回路８において、一般に、前記第１の光導波路３の入
射側１３から入力されて該第１の光導波路３の出射側２
３から出力される光の経路または、前記第２の光導波路
４の入射側１４から入力されて該第２の光導波路４の出
射側２４から出力される光の経路はスルー伝搬波長と呼
ばれている。そして、本明細書において、このスルー伝
搬波長を伝搬するように設計される光の波長をスルー伝
搬波長と呼ぶ。図９においては、波長λ１がスルー伝搬
波長である。
波回路８において、一般に、前記第１の光導波路３の入
射側１３から入力されて該第１の光導波路３の出射側２
３から出力される光の経路または、前記第２の光導波路
４の入射側１４から入力されて該第２の光導波路４の出
射側２４から出力される光の経路はスルー伝搬波長と呼
ばれている。そして、本明細書において、このスルー伝
搬波長を伝搬するように設計される光の波長をスルー伝
搬波長と呼ぶ。図９においては、波長λ１がスルー伝搬
波長である。
【０００９】また、マッハツェンダ光干渉計型の光合分
波回路８において、第１の光導波路３の入射側１３から
入力されて第２の光導波路４の出射側２４から出力され
る光の経路または、前記第２の光導波路４の入射側１４
から入力されて前記第１の光導波路１の出射側２３から
出力される光の経路はクロス伝搬波長と呼ばれている。
そして、本明細書において、このクロス伝搬波長を伝搬
するように設計される光の波長をクロス伝搬波長と呼
ぶ。図９においては、波長λ２がクロス伝搬波長であ
る。
波回路８において、第１の光導波路３の入射側１３から
入力されて第２の光導波路４の出射側２４から出力され
る光の経路または、前記第２の光導波路４の入射側１４
から入力されて前記第１の光導波路１の出射側２３から
出力される光の経路はクロス伝搬波長と呼ばれている。
そして、本明細書において、このクロス伝搬波長を伝搬
するように設計される光の波長をクロス伝搬波長と呼
ぶ。図９においては、波長λ２がクロス伝搬波長であ
る。
【００１０】また、例えば図１０に示すように、マッハ
ツェンダ光干渉計型の光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）を
ツリー状に接続して形成した光合分波器が提案されてい
る。この光合分波器は、光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）
を１つ以上並設してなる第１段から第Ｍ段（Ｍは２以上
の整数であり、ここでは３）の複数段（ここでは３段）
の光合分波回路８を有している。
ツェンダ光干渉計型の光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）を
ツリー状に接続して形成した光合分波器が提案されてい
る。この光合分波器は、光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）
を１つ以上並設してなる第１段から第Ｍ段（Ｍは２以上
の整数であり、ここでは３）の複数段（ここでは３段）
の光合分波回路８を有している。
【００１１】図１０に示す光合分波器において、例えば
第１段の複数の光合分波回路８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８
Ｄ）が第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ入力す
る光を合波して第１または第２の光導波路３，４から出
力する。これら第１段の１対の光合分波回路８（８Ａ，
８Ｂ）の光出力を第２段の光合分波回路８（８Ｅ）でさ
らに合波し、１対の光合分波器（８Ｃ，８Ｄ）の光出力
を第２段の光合分波回路８（８Ｆ）でさらに合波する。
第１段の複数の光合分波回路８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８
Ｄ）が第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ入力す
る光を合波して第１または第２の光導波路３，４から出
力する。これら第１段の１対の光合分波回路８（８Ａ，
８Ｂ）の光出力を第２段の光合分波回路８（８Ｅ）でさ
らに合波し、１対の光合分波器（８Ｃ，８Ｄ）の光出力
を第２段の光合分波回路８（８Ｆ）でさらに合波する。
【００１２】さらに、第２段の１対の光合分波回路８
（８Ｅ、８Ｆ）の光出力を第３段の光合分波回路８（８
Ｇ）が合波する。このように、同図に示す光合分波器
は、前段の対の光合分波回路８の光出力を後段の光合分
波回路８でさらに合波する。
（８Ｅ、８Ｆ）の光出力を第３段の光合分波回路８（８
Ｇ）が合波する。このように、同図に示す光合分波器
は、前段の対の光合分波回路８の光出力を後段の光合分
波回路８でさらに合波する。
【００１３】図１０に示す光合分波器において、第１段
の光合分波回路８Ａは波長λａとλｂの光を合波し、第
１段の光合分波回路８Ｂは波長λｃとλｄの光を合波
し、第１段の光合分波回路８Ｃは波長λｅとλｆの光を
合波し、第１段の光合分波回路８Ｄは波長λｇとλｈの
光を合波する。
の光合分波回路８Ａは波長λａとλｂの光を合波し、第
１段の光合分波回路８Ｂは波長λｃとλｄの光を合波
し、第１段の光合分波回路８Ｃは波長λｅとλｆの光を
合波し、第１段の光合分波回路８Ｄは波長λｇとλｈの
光を合波する。
【００１４】また、第２段の光合分波回路８Ｅは波長λ
ａ、λｂ、λｃ、λｄの光を合波し、第２段の光合分波
回路８Ｆは波長λｅ、λｆ、λｇ、λｈの光を合波す
る。さらに、第３段の光合分波回路８Ｇは、波長λａ、
λｂ、λｃ、λｄ、λｅ、λｆ、λｇ、λｈの光を合波
して第２の光導波路４から出力する。
ａ、λｂ、λｃ、λｄの光を合波し、第２段の光合分波
回路８Ｆは波長λｅ、λｆ、λｇ、λｈの光を合波す
る。さらに、第３段の光合分波回路８Ｇは、波長λａ、
λｂ、λｃ、λｄ、λｅ、λｆ、λｇ、λｈの光を合波
して第２の光導波路４から出力する。
【００１５】なお、図１０に示したような光合分波器は
光回路の相反性を有しているために、図１０とは逆に光
合分波回路８（８Ｇ）の第２の光導波路４側から波長λ
ａ、λｂ、λｃ、λｄ、λｅ、λｆ、λｇ、λｈの多重
光を入力すると、それぞれの波長の光に分波されて出力
される。
光回路の相反性を有しているために、図１０とは逆に光
合分波回路８（８Ｇ）の第２の光導波路４側から波長λ
ａ、λｂ、λｃ、λｄ、λｅ、λｆ、λｇ、λｈの多重
光を入力すると、それぞれの波長の光に分波されて出力
される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、例え
ば波長分割多重伝送用に適用される光合分波器のより低
損失化が望まれるようになったが、上記提案を含め、従
来のマッハツェンダ光干渉計型の光合分波回路８を複数
段接続した光合分波器において、それぞれの光入力部か
ら入力する光の波長を決定する際の明確な構成要件はな
かったために、上記低損失化に十分対応することができ
なかった。
ば波長分割多重伝送用に適用される光合分波器のより低
損失化が望まれるようになったが、上記提案を含め、従
来のマッハツェンダ光干渉計型の光合分波回路８を複数
段接続した光合分波器において、それぞれの光入力部か
ら入力する光の波長を決定する際の明確な構成要件はな
かったために、上記低損失化に十分対応することができ
なかった。
【００１７】また、上記光合分波器にはその価格をより
低価格にすることが望まれており、この低価格化の実現
のためにはチップ長をより短くすることが望まれてい
る。
低価格にすることが望まれており、この低価格化の実現
のためにはチップ長をより短くすることが望まれてい
る。
【００１８】例えばチップ長が６３ｍｍのチップを４イ
ンチウエハに配置する場合、作製プロセスでのマージン
をとると、例えば図１１に示すように、１つのウエハ２
０に１列にチップ９を１７個しか配列できないのに対
し、例えばチップ長を６２ｍｍにした場合には、図３に
示すように、１つのウエハ２０にチップ９を１８個配列
できる。なお、図３、図１１において、，，…
は、チップの配列番号を示している。
ンチウエハに配置する場合、作製プロセスでのマージン
をとると、例えば図１１に示すように、１つのウエハ２
０に１列にチップ９を１７個しか配列できないのに対
し、例えばチップ長を６２ｍｍにした場合には、図３に
示すように、１つのウエハ２０にチップ９を１８個配列
できる。なお、図３、図１１において、，，…
は、チップの配列番号を示している。
【００１９】このように、１つのウエハ２０に配列する
チップ９の配列数を多くできればその分だけ作製コスト
を低減できるので、光合分波器はチップ長が短い方が望
ましい。
チップ９の配列数を多くできればその分だけ作製コスト
を低減できるので、光合分波器はチップ長が短い方が望
ましい。
【００２０】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、チップ長が短く、低
価格、低損失の光合分波器を提供することにある。
成されたものであり、その目的は、チップ長が短く、低
価格、低損失の光合分波器を提供することにある。
【００２１】
【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の光導波路は互いに異なる長さと成したマッ
ハツェンダ光干渉計型の光合分波回路を複数段接続して
形成され、前記各段の光合分波回路において第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、前記各段の光合分波
回路におけるスルー伝搬波長の平均波長よりもクロス伝
搬波長の平均波長を長波長とした構成をもって課題を解
決する手段としている。
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の光導波路は互いに異なる長さと成したマッ
ハツェンダ光干渉計型の光合分波回路を複数段接続して
形成され、前記各段の光合分波回路において第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、前記各段の光合分波
回路におけるスルー伝搬波長の平均波長よりもクロス伝
搬波長の平均波長を長波長とした構成をもって課題を解
決する手段としている。
【００２２】また、第２の発明は、上記第１の発明の構
成に加え、前記各段の光合分波器の方向性結合部は各段
の光合分波回路に対応するクロス伝搬波長の平均波長に
対する結合効率を約５０％とした構成をもって課題を解
決する手段としている。
成に加え、前記各段の光合分波器の方向性結合部は各段
の光合分波回路に対応するクロス伝搬波長の平均波長に
対する結合効率を約５０％とした構成をもって課題を解
決する手段としている。
【００２３】さらに、第３の発明は、上記第２の発明の
構成に加え、前記方向性結合部の結合部長をＬＲとし、
前記方向性結合部の完全結合長をＬＣとし、前記方向性
結合部のリード部結合長をＬｅとしたとき、（π／２）
・（Ｌｅ＋ＬＲ）／ＬＣを約π／４とした構成をもって
課題を解決する手段としている。
構成に加え、前記方向性結合部の結合部長をＬＲとし、
前記方向性結合部の完全結合長をＬＣとし、前記方向性
結合部のリード部結合長をＬｅとしたとき、（π／２）
・（Ｌｅ＋ＬＲ）／ＬＣを約π／４とした構成をもって
課題を解決する手段としている。
【００２４】なお、本明細書で述べるスルー伝搬波長の
平均波長およびクロス伝搬波長の平均波長とはいずれも
平均周波数の波長換算値を示すものであり、各波長を周
波数換算し、その周波数の算術平均で光速Ｃを割ること
により求める。
平均波長およびクロス伝搬波長の平均波長とはいずれも
平均周波数の波長換算値を示すものであり、各波長を周
波数換算し、その周波数の算術平均で光速Ｃを割ること
により求める。
【００２５】例えばスルー伝搬波長をλ１、λ３とした
場合、その平均波長は（数１）に示す値となり、クロス
伝搬波長をλ２、λ４としたとき、その平均波長は（数
２）に示す値となる。
場合、その平均波長は（数１）に示す値となり、クロス
伝搬波長をλ２、λ４としたとき、その平均波長は（数
２）に示す値となる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
【数２】
【００２８】また、スルー伝搬波長が１波長の場合は、
その平均波長もその値（例えば図９ではλ１）となり、
クロス伝搬波長が１波長の場合は、その平均波長もその
値（例えば図９ではλ２）となる。
その平均波長もその値（例えば図９ではλ１）となり、
クロス伝搬波長が１波長の場合は、その平均波長もその
値（例えば図９ではλ２）となる。
【００２９】ところで、例えば図９に示したようなマッ
ハツェンダ光干渉計型の光合分波回路８において、スル
ー伝搬波長を通る光の透過率をＴthとし、クロス伝搬波
長を通る光の透過率をＴcrとすると、これらの透過率Ｔ
th、Ｔcrは、前記長さの差ΔＬ、前記屈折率ｎを用い
て、それぞれ以下の式（１）、（２）により表される。
ハツェンダ光干渉計型の光合分波回路８において、スル
ー伝搬波長を通る光の透過率をＴthとし、クロス伝搬波
長を通る光の透過率をＴcrとすると、これらの透過率Ｔ
th、Ｔcrは、前記長さの差ΔＬ、前記屈折率ｎを用い
て、それぞれ以下の式（１）、（２）により表される。
【００３０】
Ｔth＝１−ｓｉｎ２（２ｓｉｎ−１√η）ｃｏｓ２（π・ｎ・ΔＬ／λ）・・
・・・（１）
【００３１】
Ｔcr＝ｓｉｎ２（２ｓｉｎ−１√η）ｃｏｓ２（π・ｎ・ΔＬ／λ）・・・・
・（２）
【００３２】ηは第１と第２の方向性結合部１，２の結
合効率を０から１の数により表したものである。結合効
率１００％のとき、η＝１としており、結合効率５０％
はη＝０．５である。なお、本発明の光合分波器におい
て、第１と第２の方向性結合部の結合効率は互いにほぼ
等しい。
合効率を０から１の数により表したものである。結合効
率１００％のとき、η＝１としており、結合効率５０％
はη＝０．５である。なお、本発明の光合分波器におい
て、第１と第２の方向性結合部の結合効率は互いにほぼ
等しい。
【００３３】ここで、スルー伝搬波長をλ１とし、クロ
ス伝搬波長をλ２とすると、これらの波長の光を低損
失、低クロストークで合波するには、以下の式（３）〜
（５）を満たす必要がある。
ス伝搬波長をλ２とすると、これらの波長の光を低損
失、低クロストークで合波するには、以下の式（３）〜
（５）を満たす必要がある。
【００３４】η＝０．５・・・・・（３）
【００３５】
ｎ・ΔＬ＝λ１・（Ｎ±０．５）・・・・・（４）
【００３６】ｎ・ΔＬ＝λ２・Ｎ・・・・・（５）
【００３７】なお、ΔＬは異なる整数Ｎに対して複数決
定することができる。
定することができる。
【００３８】本発明者は、光合分波器の低損失化を実現
するために、図９に示した光合分波回路８において、波
長λ１とλ２の光に対する第１と第２の方向性結合部
１，２の結合効率を変化させ、光合分波回路８における
波長λ１の光の通過損失と波長λ２の光の通過損失を計
算した。
するために、図９に示した光合分波回路８において、波
長λ１とλ２の光に対する第１と第２の方向性結合部
１，２の結合効率を変化させ、光合分波回路８における
波長λ１の光の通過損失と波長λ２の光の通過損失を計
算した。
【００３９】その結果、図４の（ａ）に示す結果が得ら
れた。図４の（ａ）において、横軸は結合効率をηの値
により示しており、特性線ａはスルー伝搬波長である波
長λ１の光の通過損失、特性線ｂはクロス伝搬波長であ
る波長λ２の光の通過損失を示す。
れた。図４の（ａ）において、横軸は結合効率をηの値
により示しており、特性線ａはスルー伝搬波長である波
長λ１の光の通過損失、特性線ｂはクロス伝搬波長であ
る波長λ２の光の通過損失を示す。
【００４０】図４の（ａ）の特性線ａに示すように、ス
ルー伝搬波長である波長λ１の光の通過損失は、方向性
結合部１，２の結合効率が４５％から５５％まで変化し
ても（ηが０．４５から０．５５まで変化しても）ほと
んど変化しない。それに対し、図４の（ａ）の特性線ｂ
に示すように、クロス伝搬波長である波長λ２の光の通
過損失は方向性結合部１，２の結合効率の値が５０％か
ら遠ざかるにつれて（ηが０．５から遠ざかるにつれ
て）大きく増加することが分かった。
ルー伝搬波長である波長λ１の光の通過損失は、方向性
結合部１，２の結合効率が４５％から５５％まで変化し
ても（ηが０．４５から０．５５まで変化しても）ほと
んど変化しない。それに対し、図４の（ａ）の特性線ｂ
に示すように、クロス伝搬波長である波長λ２の光の通
過損失は方向性結合部１，２の結合効率の値が５０％か
ら遠ざかるにつれて（ηが０．５から遠ざかるにつれ
て）大きく増加することが分かった。
【００４１】そこで、本発明者は、マッハツェンダ光干
渉計型の光合分波回路８において、クロス伝搬波長に対
する方向性結合部１，２の結合効率をできるだけ５０％
にすることにより、光合分波回路８を伝搬するそれぞれ
の波長の光の通過損失を小さくできると考えた。
渉計型の光合分波回路８において、クロス伝搬波長に対
する方向性結合部１，２の結合効率をできるだけ５０％
にすることにより、光合分波回路８を伝搬するそれぞれ
の波長の光の通過損失を小さくできると考えた。
【００４２】また、例えば図１０に示したようなマッハ
ツェンダ光干渉計型の光合分波回路８を複数段接続した
光合分波器において、２段目以降の光合分波回路８にお
いては、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長がそれぞれ複
数となる。
ツェンダ光干渉計型の光合分波回路８を複数段接続した
光合分波器において、２段目以降の光合分波回路８にお
いては、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長がそれぞれ複
数となる。
【００４３】そこで、本発明者は、このように光合分波
回路８を伝搬するスルー伝搬波長やクロス伝搬波長が複
数ある場合の光合分波回路８の損失特性を検討するため
に、図１２に示すように、マッハツェンダ光干渉計型の
光合分波回路８（８Ａ〜８Ｃ）を２段に接続した光合分
波器について、以下の検討を行なった。
回路８を伝搬するスルー伝搬波長やクロス伝搬波長が複
数ある場合の光合分波回路８の損失特性を検討するため
に、図１２に示すように、マッハツェンダ光干渉計型の
光合分波回路８（８Ａ〜８Ｃ）を２段に接続した光合分
波器について、以下の検討を行なった。
【００４４】すなわち、同図において、波長λ１＝１５
５１．７ｎｍ、λ２＝１５５４．９ｎｍ、λ３＝１５５
８．２ｎｍ、λ４＝１５６１．４ｎｍとし、これらの波
長の光を同図に示す光合分波器によって合波して２段目
の光合分波回路８（８Ｃ）の第１の光導波路３から出力
する際、光合分波回路８（８Ｃ）を構成する方向性結合
部１，２の結合効率が５０％になる波長を上記４つの波
長にしたときに、それぞれ、光通過損失の最大値がどの
ような値になるかを求めた。
５１．７ｎｍ、λ２＝１５５４．９ｎｍ、λ３＝１５５
８．２ｎｍ、λ４＝１５６１．４ｎｍとし、これらの波
長の光を同図に示す光合分波器によって合波して２段目
の光合分波回路８（８Ｃ）の第１の光導波路３から出力
する際、光合分波回路８（８Ｃ）を構成する方向性結合
部１，２の結合効率が５０％になる波長を上記４つの波
長にしたときに、それぞれ、光通過損失の最大値がどの
ような値になるかを求めた。
【００４５】その結果、図４の（ｂ）に示すように、波
長１５５８．２ｎｍ付近の波長に対する光合分波回路８
（８Ｃ）の方向性結合部１，２の結合効率を５０％にす
ることにより、図１２に示す光合分波器の光通過損失を
最小にすることができることが分かった。波長１５５
８．２ｎｍは、光合分波回路８（８Ｃ）のクロス伝搬波
長であるλ２（１５５４．９ｎｍ）とλ４（１５６１．
４ｎｍ）の平均波長である。
長１５５８．２ｎｍ付近の波長に対する光合分波回路８
（８Ｃ）の方向性結合部１，２の結合効率を５０％にす
ることにより、図１２に示す光合分波器の光通過損失を
最小にすることができることが分かった。波長１５５
８．２ｎｍは、光合分波回路８（８Ｃ）のクロス伝搬波
長であるλ２（１５５４．９ｎｍ）とλ４（１５６１．
４ｎｍ）の平均波長である。
【００４６】この検討結果から、本発明者は、光合分波
回路８を伝搬するクロス伝搬波長が複数ある場合には、
その複数波長の平均波長に対する光合分波回路８の方向
性結合部１，２の結合効率をできるだけ５０％にするこ
とにより、光合分波回路８を伝搬するそれぞれの波長の
光の通過損失を小さくできると考えた。
回路８を伝搬するクロス伝搬波長が複数ある場合には、
その複数波長の平均波長に対する光合分波回路８の方向
性結合部１，２の結合効率をできるだけ５０％にするこ
とにより、光合分波回路８を伝搬するそれぞれの波長の
光の通過損失を小さくできると考えた。
【００４７】さらに、本発明者がマッハツェンダ光干渉
計型の光合分波回路８の第１と第２の方向性結合部１，
２の結合効率を設定値にするために必要な方向性結合部
の結合部長を、波長毎に検討したところ、図５に示す結
果が得られた。
計型の光合分波回路８の第１と第２の方向性結合部１，
２の結合効率を設定値にするために必要な方向性結合部
の結合部長を、波長毎に検討したところ、図５に示す結
果が得られた。
【００４８】なお、この検討は、光合分波回路８の比屈
折率差Δ０．４％とし、図９に示すような第１と第２の
方向性結合部１，２のピッチＰ１、Ｐ２（近接する第１
の光導波路３と第２の光導波路４の中心間距離）を１
２．５μｍとして行なった。
折率差Δ０．４％とし、図９に示すような第１と第２の
方向性結合部１，２のピッチＰ１、Ｐ２（近接する第１
の光導波路３と第２の光導波路４の中心間距離）を１
２．５μｍとして行なった。
【００４９】図５に示すように、波長を同図の横軸に示
す範囲で変化させた場合、それぞれの波長に対する第１
と第２の方向性結合部１，２の結合効率を５０％（η＝
０．５）とするために必要な結合部長は、設定波長が長
波長側になるほど短くてすむことが分かった。すなわ
ち、結合部長を短くするために重要な構成は、クロス伝
搬経路を通るクロス伝搬波長をスルー伝搬波長よりも長
波長側の波長とすることであることが分かった。
す範囲で変化させた場合、それぞれの波長に対する第１
と第２の方向性結合部１，２の結合効率を５０％（η＝
０．５）とするために必要な結合部長は、設定波長が長
波長側になるほど短くてすむことが分かった。すなわ
ち、結合部長を短くするために重要な構成は、クロス伝
搬経路を通るクロス伝搬波長をスルー伝搬波長よりも長
波長側の波長とすることであることが分かった。
【００５０】ここで、上記のように、光合分波回路８の
損失を小さくするためにはクロス伝搬波長に対する第１
と第２の方向性結合部１，２の結合効率を約５０％とす
ることが望ましいので、各段の光合分波回路において、
スルー伝搬波長とクロス伝搬波長のうちクロス伝搬波長
（複数の場合はその平均波長）を長波長側の波長とすれ
ば、各段の光合分波回路の損失を小さくし、かつ、第１
と第２の方向性結合部１，２の長さを短くして各段の光
合分波回路の長さを短くできることが分かる。
損失を小さくするためにはクロス伝搬波長に対する第１
と第２の方向性結合部１，２の結合効率を約５０％とす
ることが望ましいので、各段の光合分波回路において、
スルー伝搬波長とクロス伝搬波長のうちクロス伝搬波長
（複数の場合はその平均波長）を長波長側の波長とすれ
ば、各段の光合分波回路の損失を小さくし、かつ、第１
と第２の方向性結合部１，２の長さを短くして各段の光
合分波回路の長さを短くできることが分かる。
【００５１】なお、本発明において、各段の光合分波回
路のクロス伝搬波長に対する第１と第２の方向性結合部
１，２の結合効率を約５０％とするとは限らないが、上
記のように、各段の光合分波回路のクロス伝搬波長に対
する第１と第２の方向性結合部１，２の結合効率が５０
％に近い方が低損失を達成できる。
路のクロス伝搬波長に対する第１と第２の方向性結合部
１，２の結合効率を約５０％とするとは限らないが、上
記のように、各段の光合分波回路のクロス伝搬波長に対
する第１と第２の方向性結合部１，２の結合効率が５０
％に近い方が低損失を達成できる。
【００５２】また、図５には示されていないが、それぞ
れの波長に対する第１と第２の方向性結合部１，２の結
合効率を設定値とするために必要な結合部長は、上記結
合効率の設定値が５０％以外であっても、設定波長が長
波長側になるほど短くてすむ。
れの波長に対する第１と第２の方向性結合部１，２の結
合効率を設定値とするために必要な結合部長は、上記結
合効率の設定値が５０％以外であっても、設定波長が長
波長側になるほど短くてすむ。
【００５３】したがって、各段の光合分波回路の第１と
第２の方向性結合部１，２の長さを決定する際に、クロ
ス伝搬波長に対する第１と第２の方向性結合部１，２の
結合効率を基準とし（できればクロス伝搬波長の平均波
長に対して結合効率を５０％に近い値にできるよう
に）、第１と第２の方向性結合部１，２の長さを決定す
る方が、低損失と小型化の両立を達成できるために好ま
しい。
第２の方向性結合部１，２の長さを決定する際に、クロ
ス伝搬波長に対する第１と第２の方向性結合部１，２の
結合効率を基準とし（できればクロス伝搬波長の平均波
長に対して結合効率を５０％に近い値にできるよう
に）、第１と第２の方向性結合部１，２の長さを決定す
る方が、低損失と小型化の両立を達成できるために好ま
しい。
【００５４】そして、クロス伝搬波長の平均波長に対し
て方向性結合部１，２の結合効率を決定すれば各段の光
合分波回路８によって低損失で合分波することができ、
かつ、各段の光合分波回路８の長さも短くできる。
て方向性結合部１，２の結合効率を決定すれば各段の光
合分波回路８によって低損失で合分波することができ、
かつ、各段の光合分波回路８の長さも短くできる。
【００５５】言い換えれば、本発明の光合分波器を構成
する各段の光合分波回路において、スルー伝搬波長の平
均波長よりもクロス伝搬波長の平均波長を長波長とする
ことにより、各段の光合分波回路の損失を小さくしなが
ら各段の光合分波回路の長さを短くでき、光合分波器の
小型化を図ることができる。
する各段の光合分波回路において、スルー伝搬波長の平
均波長よりもクロス伝搬波長の平均波長を長波長とする
ことにより、各段の光合分波回路の損失を小さくしなが
ら各段の光合分波回路の長さを短くでき、光合分波器の
小型化を図ることができる。
【００５６】なお、図５から明らかなように、例えば周
波数２１２．５ＴＨｚ〜１９８．５ＴＨｚ（波長１４１
０．８ｎｍ〜１５１０．４ｎｍ）の約１００ｎｍのＲａ
ｍａｎ増幅波長帯において、１ＴＨｚ間隔で１６波の光
を４段の光合分波回路８によって合波する場合、各段の
光合分波回路８の方向性結合部１，２の結合部長の最大
値と最小値との差は約６５μｍとなる。そうすると、４
段の光合分波回路８を接続して形成される光合分波器
は、設計の仕方によって、約４倍の５２０μｍの差が生
じることになる。
波数２１２．５ＴＨｚ〜１９８．５ＴＨｚ（波長１４１
０．８ｎｍ〜１５１０．４ｎｍ）の約１００ｎｍのＲａ
ｍａｎ増幅波長帯において、１ＴＨｚ間隔で１６波の光
を４段の光合分波回路８によって合波する場合、各段の
光合分波回路８の方向性結合部１，２の結合部長の最大
値と最小値との差は約６５μｍとなる。そうすると、４
段の光合分波回路８を接続して形成される光合分波器
は、設計の仕方によって、約４倍の５２０μｍの差が生
じることになる。
【００５７】さらに、本発明者は、各段の光合分波回路
を形成する方向性結合部の結合効率は、例えば図６に示
すように、結合部長に対して周期的に変わることに着目
した。なお、図６において、結合効率をηの値で示して
いる。
を形成する方向性結合部の結合効率は、例えば図６に示
すように、結合部長に対して周期的に変わることに着目
した。なお、図６において、結合効率をηの値で示して
いる。
【００５８】方向性結合部において、その完全結合部長
Ｌｃと、リード部結合長（結合部以外での結合を結合長
に換算した値）Ｌｅと、方向性結合部の結合部長Ｌ
Ｒと、結合効率を表すηとの間には、式（６）に示す関
係が成り立つ。
Ｌｃと、リード部結合長（結合部以外での結合を結合長
に換算した値）Ｌｅと、方向性結合部の結合部長Ｌ
Ｒと、結合効率を表すηとの間には、式（６）に示す関
係が成り立つ。
【００５９】
η＝ｓｉｎ２｛（π／２）・（Ｌｅ＋ＬＲ）／ＬＣ｝・・・・・（６）
【００６０】上記結合部長ＬＲは図８のＲに示す領域の
長さであり、図８のＳに示す領域の光の結合付与を結合
長に換算した値が上記リード部結合長Ｌｅである。図６
に示すように、結合効率ηは、結合部長ＬＲの関数で表
され、その周期は２・ＬＣに等しい。なお、完全結合部
長ＬＣは、結合効率が１００％（すなわちη＝１）を実
現する長さに対応する。
長さであり、図８のＳに示す領域の光の結合付与を結合
長に換算した値が上記リード部結合長Ｌｅである。図６
に示すように、結合効率ηは、結合部長ＬＲの関数で表
され、その周期は２・ＬＣに等しい。なお、完全結合部
長ＬＣは、結合効率が１００％（すなわちη＝１）を実
現する長さに対応する。
【００６１】また、上記式（６）の関係を、図６に示し
たような結合効率の特性データにおける位相φとηとの
関係で表すと、式（７）に示すようになる。
たような結合効率の特性データにおける位相φとηとの
関係で表すと、式（７）に示すようになる。
【００６２】
φ＝ｓｉｎ−１（√η）＝（π／２）・（Ｌｅ＋ＬＲ）／ＬＣ・・・・（７）
【００６３】図６に示したように、ηは結合部長ＬＲに
対して正弦波的に変動するが、位相φは線形的に変化す
るので、異なった位相φ同士でも安定性を直接比較でき
ることになる。そこで、本発明者は、複数の光合分波回
路８を作製し、これら複数の光合分波回路８の結合効率
データを全て位相データに変換し、方向性結合部１，２
の安定性についての解析を行なった。
対して正弦波的に変動するが、位相φは線形的に変化す
るので、異なった位相φ同士でも安定性を直接比較でき
ることになる。そこで、本発明者は、複数の光合分波回
路８を作製し、これら複数の光合分波回路８の結合効率
データを全て位相データに変換し、方向性結合部１，２
の安定性についての解析を行なった。
【００６４】その結果、図７に示すように、位相φが大
きくなると位相φの作製ばらつきが大きくなり、特性が
劣化することが分かった。位相φがばらつくとηがばら
つき（方向性結合部の結合効率がばらつき）、結合効率
が設計値からずれると挿入損失が大きくなる。
きくなると位相φの作製ばらつきが大きくなり、特性が
劣化することが分かった。位相φがばらつくとηがばら
つき（方向性結合部の結合効率がばらつき）、結合効率
が設計値からずれると挿入損失が大きくなる。
【００６５】そこで、本発明者は、位相φを小さくする
ことが好ましいと考えた。また、本発明者は、図６に示
す結果から明らかなように、方向性結合部１，２の結合
効率を５０％にできる（ηを０．５にできる）位相の最
小値がπ／４であることから、位相φを約π／４にでき
るように、前記式（７）における（π／２）・（Ｌｅ＋
ＬＲ）／ＬＣの値を約π／４とすることにより、小型化
と挿入損失の低減をより一層確実に実現できると考え
た。
ことが好ましいと考えた。また、本発明者は、図６に示
す結果から明らかなように、方向性結合部１，２の結合
効率を５０％にできる（ηを０．５にできる）位相の最
小値がπ／４であることから、位相φを約π／４にでき
るように、前記式（７）における（π／２）・（Ｌｅ＋
ＬＲ）／ＬＣの値を約π／４とすることにより、小型化
と挿入損失の低減をより一層確実に実現できると考え
た。
【００６６】上記構成の第１〜第３の発明は、以上の検
討に基づき、その構成を決定したものである。したがっ
て、第１の発明の構成により、各段の光合分波回路の長
さを短くでき、光合分波器の小型化を図ることができ、
第２の発明の構成により、低損失で合波や分波を行える
光合分波器を実現することができ、さらに、第３の発明
の構成により、光合分波器の小型化および低損失化、作
製ばらつきの低減をより一層確実に行える光合分波器を
実現することができる。
討に基づき、その構成を決定したものである。したがっ
て、第１の発明の構成により、各段の光合分波回路の長
さを短くでき、光合分波器の小型化を図ることができ、
第２の発明の構成により、低損失で合波や分波を行える
光合分波器を実現することができ、さらに、第３の発明
の構成により、光合分波器の小型化および低損失化、作
製ばらつきの低減をより一層確実に行える光合分波器を
実現することができる。
【００６７】
【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
複説明は省略または簡略化する。図１には、本発明に係
る光合分波器の一実施形態例の要部構成図が示されてい
る。
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
複説明は省略または簡略化する。図１には、本発明に係
る光合分波器の一実施形態例の要部構成図が示されてい
る。
【００６８】本実施形態例の光合分波器は、７個の光合
分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）を３段にツリー状に接続して
形成されており、本実施形態例の光合分波器は、表１に
示す波長λ１〜λ８の光を、図１に示すそれぞれの光入
力部５ａ〜５ｈから入力する構成と成している。
分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）を３段にツリー状に接続して
形成されており、本実施形態例の光合分波器は、表１に
示す波長λ１〜λ８の光を、図１に示すそれぞれの光入
力部５ａ〜５ｈから入力する構成と成している。
【００６９】
【表１】
【００７０】本実施形態例の光合分波器の第１の特徴
は、表１に示すように、各段の光合分波回路８（８Ａ〜
８Ｇ）におけるスルー伝搬波長の平均波長よりもクロス
伝搬波長の平均波長を長波長としたことである。
は、表１に示すように、各段の光合分波回路８（８Ａ〜
８Ｇ）におけるスルー伝搬波長の平均波長よりもクロス
伝搬波長の平均波長を長波長としたことである。
【００７１】また、本実施形態例の光合分波器の第２の
特徴は、表１に示すように、各段の光合分波回路８（８
Ａ〜８Ｇ）の方向性結合部１，２を、各段の光合分波回
路８（８Ａ〜８Ｇ）に対応するクロス伝搬波長の平均波
長に対する結合効率が約５０％（η＝０．５）となるよ
うにしたことである。なお、表１において、ＤＣは方向
性結合部１，２を示している。
特徴は、表１に示すように、各段の光合分波回路８（８
Ａ〜８Ｇ）の方向性結合部１，２を、各段の光合分波回
路８（８Ａ〜８Ｇ）に対応するクロス伝搬波長の平均波
長に対する結合効率が約５０％（η＝０．５）となるよ
うにしたことである。なお、表１において、ＤＣは方向
性結合部１，２を示している。
【００７２】具体的には、第１段目の光合分波回路８
（８Ａ）においては、クロス伝搬波長λ８（１５０２．
７ｎｍ）をスルー伝搬波長λ４（１４７３．２ｎｍ）よ
りも長波長とし、かつ、光合分波回路８（８Ａ）は、ク
ロス伝搬波長λ８に対する第１と第２の方向性結合部
１，２の結合効率を５０％（η＝０．５）としている。
（８Ａ）においては、クロス伝搬波長λ８（１５０２．
７ｎｍ）をスルー伝搬波長λ４（１４７３．２ｎｍ）よ
りも長波長とし、かつ、光合分波回路８（８Ａ）は、ク
ロス伝搬波長λ８に対する第１と第２の方向性結合部
１，２の結合効率を５０％（η＝０．５）としている。
【００７３】また、第１段目の光合分波回路８（８Ｂ）
においては、クロス伝搬波長λ６（１４８７．８ｎｍ）
をスルー伝搬波長λ２（１４５８．８ｎｍ）よりも長波
長とし、かつ、光合分波回路８（８Ｂ）は、クロス伝搬
波長λ６に対する第１と第２の方向性結合部１，２の結
合効率を５０％としている。
においては、クロス伝搬波長λ６（１４８７．８ｎｍ）
をスルー伝搬波長λ２（１４５８．８ｎｍ）よりも長波
長とし、かつ、光合分波回路８（８Ｂ）は、クロス伝搬
波長λ６に対する第１と第２の方向性結合部１，２の結
合効率を５０％としている。
【００７４】第１段目の光合分波回路８（８Ｃ）におい
ては、クロス伝搬波長λ５（１４８０．５ｎｍ）をスル
ー伝搬波長λ１（１４５１．８ｎｍ）よりも長波長と
し、かつ、光合分波回路８（８Ｃ）は、クロス伝搬波長
λ５に対する第１と第２の方向性結合部１，２の結合効
率を５０％としている。
ては、クロス伝搬波長λ５（１４８０．５ｎｍ）をスル
ー伝搬波長λ１（１４５１．８ｎｍ）よりも長波長と
し、かつ、光合分波回路８（８Ｃ）は、クロス伝搬波長
λ５に対する第１と第２の方向性結合部１，２の結合効
率を５０％としている。
【００７５】第１段目の光合分波回路８（８Ｄ）におい
ては、クロス伝搬波長λ７（１４９５．２ｎｍ）をスル
ー伝搬波長λ３（１４６６．０ｎｍ）よりも長波長と
し、かつ、光合分波回路８（８Ｄ）は、クロス伝搬波長
λ７に対する第１と第２の方向性結合部１，２の結合効
率を５０％としている。
ては、クロス伝搬波長λ７（１４９５．２ｎｍ）をスル
ー伝搬波長λ３（１４６６．０ｎｍ）よりも長波長と
し、かつ、光合分波回路８（８Ｄ）は、クロス伝搬波長
λ７に対する第１と第２の方向性結合部１，２の結合効
率を５０％としている。
【００７６】第２段目の光合分波回路８（８Ｅ）におい
ては、クロス伝搬波長の平均波長（２・λ４・λ８）／
（λ４＋λ８）をスルー伝搬波長の平均波長（２・λ２
・λ６）／（λ２＋λ６）よりも長波長とし、かつ、光
合分波回路８（８Ｅ）は、クロス伝搬波長の平均波長
（２・λ４・λ８）／（λ４＋λ８）に対する第１と第
２の方向性結合部１，２の結合効率を５０％としてい
る。
ては、クロス伝搬波長の平均波長（２・λ４・λ８）／
（λ４＋λ８）をスルー伝搬波長の平均波長（２・λ２
・λ６）／（λ２＋λ６）よりも長波長とし、かつ、光
合分波回路８（８Ｅ）は、クロス伝搬波長の平均波長
（２・λ４・λ８）／（λ４＋λ８）に対する第１と第
２の方向性結合部１，２の結合効率を５０％としてい
る。
【００７７】第２段目の光合分波回路８（８Ｆ）におい
ては、クロス伝搬波長の平均波長（２・λ３・λ７）／
（λ３＋λ７）をスルー伝搬波長の平均波長（２・λ１
・λ５）／（λ１＋λ５）／２よりも長波長とし、か
つ、光合分波回路８（８Ｆ）は、クロス伝搬波長の平均
波長（２・λ３・λ７）／（λ３＋λ７）に対する第１
と第２の方向性結合部１，２の結合効率を５０％として
いる。
ては、クロス伝搬波長の平均波長（２・λ３・λ７）／
（λ３＋λ７）をスルー伝搬波長の平均波長（２・λ１
・λ５）／（λ１＋λ５）／２よりも長波長とし、か
つ、光合分波回路８（８Ｆ）は、クロス伝搬波長の平均
波長（２・λ３・λ７）／（λ３＋λ７）に対する第１
と第２の方向性結合部１，２の結合効率を５０％として
いる。
【００７８】さらに、第３段目の光合分波回路８（８
Ｇ）においては、クロス伝搬波長の平均波長（４・λ２
・λ４・λ６・λ８）／（λ４・λ６・λ８＋λ２・λ
６・λ８＋λ２・λ４・λ８＋λ２・λ４・λ６）をス
ルー伝搬波長の平均波長（４・λ１・λ３・λ５・λ
７）／（λ３・λ５・λ７＋λ１・λ５・λ７＋λ１・
λ３・λ７＋λ１・λ３・λ５）よりも長波長とし、か
つ、光合分波回路８（８Ｇ）は、クロス伝搬波長の平均
波長（４・λ２・λ４・λ６・λ８）／（λ４・λ６・
λ８＋λ２・λ６・λ８＋λ２・λ４・λ８＋λ２・λ
４・λ６）に対する第１と第２の方向性結合部１，２の
結合効率を５０％としている。
Ｇ）においては、クロス伝搬波長の平均波長（４・λ２
・λ４・λ６・λ８）／（λ４・λ６・λ８＋λ２・λ
６・λ８＋λ２・λ４・λ８＋λ２・λ４・λ６）をス
ルー伝搬波長の平均波長（４・λ１・λ３・λ５・λ
７）／（λ３・λ５・λ７＋λ１・λ５・λ７＋λ１・
λ３・λ７＋λ１・λ３・λ５）よりも長波長とし、か
つ、光合分波回路８（８Ｇ）は、クロス伝搬波長の平均
波長（４・λ２・λ４・λ６・λ８）／（λ４・λ６・
λ８＋λ２・λ６・λ８＋λ２・λ４・λ８＋λ２・λ
４・λ６）に対する第１と第２の方向性結合部１，２の
結合効率を５０％としている。
【００７９】また、各光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）に
おける第１と第２の方向性結合部１，２のそれぞれの結
合部長は、表１に示す値であり、これらの値は、各段の
光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）に対応するクロス伝搬波
長の平均波長に対する第１と第２の方向性結合部１，２
の結合効率を約５０％にできる最短の長さである。
おける第１と第２の方向性結合部１，２のそれぞれの結
合部長は、表１に示す値であり、これらの値は、各段の
光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）に対応するクロス伝搬波
長の平均波長に対する第１と第２の方向性結合部１，２
の結合効率を約５０％にできる最短の長さである。
【００８０】すなわち、本実施形態例において、それぞ
れの光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）のそれぞれの方向性
結合部１，２の結合部長をＬＲ、方向性結合部１，２の
完全結合長をＬＣ、方向性結合部１，２のリード部結合
長をＬｅとしたとき、（π／２）・（Ｌｅ＋ＬＲ）／Ｌ
Ｃを約π／４としている。この設計により本実施形態例
の光合分波器の長さは従来例の６３ｍｍから６２ｍｍと
短くすることができた。
れの光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）のそれぞれの方向性
結合部１，２の結合部長をＬＲ、方向性結合部１，２の
完全結合長をＬＣ、方向性結合部１，２のリード部結合
長をＬｅとしたとき、（π／２）・（Ｌｅ＋ＬＲ）／Ｌ
Ｃを約π／４としている。この設計により本実施形態例
の光合分波器の長さは従来例の６３ｍｍから６２ｍｍと
短くすることができた。
【００８１】また、本実施形態例の光合分波器は以下の
ようにして形成されている。すなわち、まず、シリコン
基板上に石英系ガラスを火炎堆積法で下部クラッド層、
コア層を形成し、下部クラッド層とコア層をガラス化す
る。次に、図１に示したパターンを有するフォトマスク
を用い、フォトリソグラフィ、ドライエッチング技術で
図１に示したパターンのコア回路を形成する。その後、
火炎堆積法を用いてコア回路を覆う上部クラッドを堆積
し、ガラス化炉にてガラス化することにより光合分波器
を作製する。
ようにして形成されている。すなわち、まず、シリコン
基板上に石英系ガラスを火炎堆積法で下部クラッド層、
コア層を形成し、下部クラッド層とコア層をガラス化す
る。次に、図１に示したパターンを有するフォトマスク
を用い、フォトリソグラフィ、ドライエッチング技術で
図１に示したパターンのコア回路を形成する。その後、
火炎堆積法を用いてコア回路を覆う上部クラッドを堆積
し、ガラス化炉にてガラス化することにより光合分波器
を作製する。
【００８２】なお、下部クラッドと上部クラッドの屈折
率は互いに等しくし、コアには下部クラッドおよび上部
クラッドよりも屈折率を高めるためのＧｅＯ２またはＴ
ｉＯ ２をドーパントとして添加し、比屈折率差Δは０．
４％とした。
率は互いに等しくし、コアには下部クラッドおよび上部
クラッドよりも屈折率を高めるためのＧｅＯ２またはＴ
ｉＯ ２をドーパントとして添加し、比屈折率差Δは０．
４％とした。
【００８３】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、本実施形態例の光合分波器は、本発明者の検討に基
づき、光合分波器を形成する各段の光合分波回路８（８
Ａ〜８Ｇ）において、スルー伝搬波長の平均波長よりも
クロス伝搬波長の平均波長を長波長としたものであるか
ら、各段の光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）の長さを短く
でき、光合分波器の長さを短くして小型化を図ることが
できる。
り、本実施形態例の光合分波器は、本発明者の検討に基
づき、光合分波器を形成する各段の光合分波回路８（８
Ａ〜８Ｇ）において、スルー伝搬波長の平均波長よりも
クロス伝搬波長の平均波長を長波長としたものであるか
ら、各段の光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）の長さを短く
でき、光合分波器の長さを短くして小型化を図ることが
できる。
【００８４】本実施形態例の光合分波器の長さは上記の
如く６２ｍｍであり、図３に示すように、１つの４イン
チウエハ２０に光合分波器のチップ９を１８個形成する
ことができた。なお、本実施形態例と同じ波長の光を合
波するために、図１０に示したような従来の光合分波器
を作製すると、その長さは６３ｍｍとなることから、図
１１に示したように１つのウエハ２０からチップ９を１
７個しか形成できない。
如く６２ｍｍであり、図３に示すように、１つの４イン
チウエハ２０に光合分波器のチップ９を１８個形成する
ことができた。なお、本実施形態例と同じ波長の光を合
波するために、図１０に示したような従来の光合分波器
を作製すると、その長さは６３ｍｍとなることから、図
１１に示したように１つのウエハ２０からチップ９を１
７個しか形成できない。
【００８５】すなわち、本実施形態例の光合分波器は、
上記のように長さが短い分だけ１つのウエハ２０を用い
て多くの光合分波器を形成することができるので、その
分だけコストを低減することができる。
上記のように長さが短い分だけ１つのウエハ２０を用い
て多くの光合分波器を形成することができるので、その
分だけコストを低減することができる。
【００８６】また、本実施形態例の光合分波器は、各段
の光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）において、方向性結合
部１，２のクロス伝搬波長の平均波長に対する結合効率
を約５０％としたものであるから、図４の（ａ）、
（ｂ）に示したような本発明者の検討から明らかなよう
に、低損失で合波や分波を行える光合分波器を実現する
ことができる。
の光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）において、方向性結合
部１，２のクロス伝搬波長の平均波長に対する結合効率
を約５０％としたものであるから、図４の（ａ）、
（ｂ）に示したような本発明者の検討から明らかなよう
に、低損失で合波や分波を行える光合分波器を実現する
ことができる。
【００８７】さらに、本実施形態例の光合分波器は、各
段の光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）における方向性結合
部１，２の結合部長ＬＲ、方向性結合部１，２の完全結
合長ＬＣ、方向性結合部１，２のリード部結合長Ｌｅに
より決定される（π／２）・（Ｌｅ＋ＬＲ）／ＬＣの値
を約π／４としたものであるから、光合分波器の小型化
および低損失化をより一層確実に行える光合分波器を実
現することができる。
段の光合分波回路８（８Ａ〜８Ｇ）における方向性結合
部１，２の結合部長ＬＲ、方向性結合部１，２の完全結
合長ＬＣ、方向性結合部１，２のリード部結合長Ｌｅに
より決定される（π／２）・（Ｌｅ＋ＬＲ）／ＬＣの値
を約π／４としたものであるから、光合分波器の小型化
および低損失化をより一層確実に行える光合分波器を実
現することができる。
【００８８】図２には、本実施形態例の光合分波器の合
波特性が示されており、同図から明らかなように、最悪
ポートの通過損失（ピークロス）は０．７７ｄＢであっ
た。なお、本実施形態例と同じ波長の光を合波するため
に、図１０に示した回路を有する従来の光合分波器を作
製すると、その最悪ポートの通過損失（ピークロス）は
０．９ｄＢであり、通過損失を低減できることが確認で
きた。
波特性が示されており、同図から明らかなように、最悪
ポートの通過損失（ピークロス）は０．７７ｄＢであっ
た。なお、本実施形態例と同じ波長の光を合波するため
に、図１０に示した回路を有する従来の光合分波器を作
製すると、その最悪ポートの通過損失（ピークロス）は
０．９ｄＢであり、通過損失を低減できることが確認で
きた。
【００８９】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。例えば本
発明の光合分波器において、光合分波回路８の接続段数
は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであ
り、２段の光合分波回路８をツリー状に接続してもよい
し、４段以上の光合分波回路８をツリー状に接続して本
発明の光合分波器を形成することもできる。
ることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば本
発明の光合分波器において、光合分波回路８の接続段数
は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであ
り、２段の光合分波回路８をツリー状に接続してもよい
し、４段以上の光合分波回路８をツリー状に接続して本
発明の光合分波器を形成することもできる。
【００９０】また、本発明の光合分波器によって合分波
する光の波長は特に限定されるものでなく適宜設定され
るものであり、各段の光合分波回路８におけるスルー伝
搬波長の平均波長よりもクロス伝搬波長の平均波長を長
波長とすればよい。
する光の波長は特に限定されるものでなく適宜設定され
るものであり、各段の光合分波回路８におけるスルー伝
搬波長の平均波長よりもクロス伝搬波長の平均波長を長
波長とすればよい。
【００９１】さらに、上記例では光合分波器によって波
長多重光を合波する例を述べたが、本発明の光合分波器
は複数の波長の光を分波する波長合波器にも適用できる
ものである。
長多重光を合波する例を述べたが、本発明の光合分波器
は複数の波長の光を分波する波長合波器にも適用できる
ものである。
【００９２】
【発明の効果】本発明の光合分波器は、本発明者の検討
に基づき、光合分波器を形成する各段の光合分波回路に
おいて、スルー伝搬波長の平均波長よりもクロス伝搬波
長の平均波長を長波長としたものであるから、各段の光
合分波回路の長さを短くでき、光合分波器の小型化を図
ることができ、それにより低価格化を図ることができ
る。
に基づき、光合分波器を形成する各段の光合分波回路に
おいて、スルー伝搬波長の平均波長よりもクロス伝搬波
長の平均波長を長波長としたものであるから、各段の光
合分波回路の長さを短くでき、光合分波器の小型化を図
ることができ、それにより低価格化を図ることができ
る。
【００９３】また、本発明の光合分波器において、各段
の光合分波器において、方向性結合部のクロス伝搬波長
の平均波長に対する結合効率を約５０％とした構成によ
れば、低損失で合波や分波を行える光合分波器を実現す
ることができる。
の光合分波器において、方向性結合部のクロス伝搬波長
の平均波長に対する結合効率を約５０％とした構成によ
れば、低損失で合波や分波を行える光合分波器を実現す
ることができる。
【００９４】さらに、本発明の光合分波器において、各
段の光合分波器における方向性結合部の結合部長ＬＲ、
方向性結合部の完全結合長ＬＣ、方向性結合部のリード
部結合長Ｌｅにより決定される（π／２）・（Ｌｅ＋Ｌ
Ｒ）／ＬＣの値を約π／４とした構成によれば、光合分
波器の小型化および低損失化をより一層確実に行える光
合分波器を実現することができる。
段の光合分波器における方向性結合部の結合部長ＬＲ、
方向性結合部の完全結合長ＬＣ、方向性結合部のリード
部結合長Ｌｅにより決定される（π／２）・（Ｌｅ＋Ｌ
Ｒ）／ＬＣの値を約π／４とした構成によれば、光合分
波器の小型化および低損失化をより一層確実に行える光
合分波器を実現することができる。
【図１】本発明に係る光合分波器の一実施形態例を模式
的に示す要部構成図である。
的に示す要部構成図である。
【図２】上記実施形態例の光合分波器の光合波特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図３】上記実施形態例の光合分波器のチップを４イン
チウエハ上に形成するときの配置構成を示す説明図であ
る。
チウエハ上に形成するときの配置構成を示す説明図であ
る。
【図４】スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の結合効率を
変化させたときの光合分波回路の損失を示すグラフ
（ａ）と、方向性結合部の結合効率を５０％とする波長
を変化させたときの光合分波器の損失を示すグラフ
（ｂ）である。
変化させたときの光合分波回路の損失を示すグラフ
（ａ）と、方向性結合部の結合効率を５０％とする波長
を変化させたときの光合分波器の損失を示すグラフ
（ｂ）である。
【図５】波長に対する結合効率を５０％とするために必
要な方向性結合部の結合長を示すグラフである。
要な方向性結合部の結合長を示すグラフである。
【図６】方向性結合部の結合部長と結合効率の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図７】方向性結合部の位相平均値とばらつきの関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図８】方向性結合部の結合部長、リード部結合長の説
明図である。
明図である。
【図９】マッハツェンダ光干渉計型の光合分波回路を示
す説明図である。
す説明図である。
【図１０】マッハツェンダ光干渉計型の光合分波回路を
複数段接続した回路構成例を示す説明図である。
複数段接続した回路構成例を示す説明図である。
【図１１】従来のマッハツェンダ光干渉計型の光合分波
回路を複数段接続した回路構成を４インチウエハ上に形
成するときの配置構成を示す説明図である。
回路を複数段接続した回路構成を４インチウエハ上に形
成するときの配置構成を示す説明図である。
【図１２】マッハツェンダ光干渉計型の光合分波回路を
複数段接続した回路構成例を示す説明図である。
複数段接続した回路構成例を示す説明図である。
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
８，８Ａ〜８Ｇ 光合分波回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小松 拓也
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
(72)発明者 柏原 一久
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 KB04 LA18 TA02
Claims (3)
- 【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の光導波路は互いに異
なる長さと成したマッハツェンダ光干渉計型の光合分波
回路を複数段接続して形成され、前記各段の光合分波回
路において第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、前記各段の光合分波回路におけるスルー伝搬波長の
平均波長よりもクロス伝搬波長の平均波長を長波長とし
たことを特徴とする光合分波器。 - 【請求項２】 各段の光合分波器の方向性結合部は各段
の光合分波回路に対応するクロス伝搬波長の平均波長に
対する結合効率を約５０％としたことを特徴とする請求
項１記載の光合分波器。 - 【請求項３】 方向性結合部の結合部長をＬＲとし、前
記方向性結合部の完全結合長をＬＣとし、前記方向性結
合部のリード部結合長をＬｅとしたとき、（π／２）・
（Ｌｅ＋ＬＲ）／ＬＣを約π／４としたことを特徴とす
る請求項２記載の光合分波器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002146368A JP3802838B2 (ja) | 2001-05-30 | 2002-05-21 | 光合分波器 |
| US10/156,868 US6804430B2 (en) | 2001-05-30 | 2002-05-30 | Optical multiplexer/demultiplexer |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001162946 | 2001-05-30 | ||
| JP2001-162946 | 2001-05-30 | ||
| JP2002146368A JP3802838B2 (ja) | 2001-05-30 | 2002-05-21 | 光合分波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003050323A true JP2003050323A (ja) | 2003-02-21 |
| JP3802838B2 JP3802838B2 (ja) | 2006-07-26 |
Family
ID=26615994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002146368A Expired - Fee Related JP3802838B2 (ja) | 2001-05-30 | 2002-05-21 | 光合分波器 |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US6804430B2 (ja) |
| JP (1) | JP3802838B2 (ja) |
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| JP2015138849A (ja) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | 日本電信電話株式会社 | 波長多重送信器 |
| JP7100930B1 (ja) * | 2021-02-05 | 2022-07-14 | 国立大学法人福井大学 | 光合波器及び光合波方法 |
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| CN101405974B (zh) * | 2005-11-29 | 2011-06-29 | 俄罗斯司法部所辖之俄罗斯联邦军事特殊两用知识产权事务法律保护联邦委员会 | 可控光复用器 |
| US8965156B2 (en) * | 2010-08-12 | 2015-02-24 | Octrolix Bv | Beam combiner |
| US8855447B2 (en) | 2010-08-12 | 2014-10-07 | Octrolix Bv | Scanning laser projector |
| EP2557440A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-13 | Octrolix BV | Beam combiner |
| JP7096481B2 (ja) * | 2018-02-05 | 2022-07-06 | 富士通株式会社 | 光伝送装置、光分波器、および光分波制御方法 |
| JP2023004686A (ja) * | 2021-06-28 | 2023-01-17 | 富士通株式会社 | 光分波器及び通信装置 |
Citations (11)
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