JP2003057462A

JP2003057462A - 光分岐結合器

Info

Publication number: JP2003057462A
Application number: JP2001241370A
Authority: JP
Inventors: Manabu Oguma; 学小熊; Tsutomu Kito; 勤鬼頭; Yasuyuki Inoue; 靖之井上; Masaki Kamitoku; 正樹神徳; Yoshinori Hibino; 善典日比野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】作製誤差による分岐比の変動や分岐比の偏波
依存性を小さくした光分岐結合器を提供する。【解決手段】方向性結合器３と方向性結合器４の間に
おける第１の光導波路１と第２の光導波路２の光路長差
ΔＬ１と、方向性結合器４と方向性結合器５の間におけ
る第１の光導波路１と第２の光導波路２の光路長差ΔＬ
２と、方向性結合器５と方向性結合器６の間における第
１の光導波路１と第２の光導波路２の光路長差ΔＬ３と
を、ΔＬ１＝−ΔＬ３＝λ／４であり、かつ、｜ΔＬ２
｜＜２λとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光分岐結合器に関
し、より詳細には、光通信、光信号処理、光計測等に用
いられる光導波路型部品である光分岐結合器に関する。

【０００２】

【従来の技術】平面基板上に形成された光導波路回路
は、フォトリソグラフィ技術により様々な光導波路パタ
ーンを構成することができる。導波路構造は、波長オー
ダーで加工制御できることから、波長合分波器や光スイ
ッチ等の光回路を実現し、かつ、これら光回路は、コン
パクトに集積することができる。

【０００３】平面型光導波回路の機能の多くは、光干渉
により発現している。光干渉のためには、光の分波と合
波とを行う必要があるので、光分岐結合器は、平面型光
導波器において重要な回路要素となっている。従来から
用いられている光分岐結合器は、方向性結合器、Ｙ分岐
回路、ＭＭＩ（Multi Mode Interferometer)等が知られ
ている。このうち、方向性結合器は、過剰損失が極めて
小さく、２光束干渉計によく用いられている。

【０００４】しかし、方向性結合器は、微小な導波路ギ
ャップを有することから、製造誤差の影響を大きく受け
易く、分岐比が変動し易い。また、伝搬光の横モードに
おける裾野の重なり合いを利用することから、導波路の
屈折率差の影響も受けやすい。そのため、基板等からの
応力による導波路の複屈折が直接分岐比に影響し、分岐
比の偏波依存性が大きいという問題があった。

【０００５】一方、Ｙ分岐回路やＭＭＩを用いた光分岐
結合器は、スラブ導波路構造を有する。スラブ導波路
は、入射時と出射時に大きなモード変換が行われ、その
ために一部が放射モードに結合してしまい、回路挿入損
失が大きくなってしまうという問題があった。また、Ｙ
分岐回路やＭＭＩを用いた光分岐結合器は、入射する光
の僅かな蛇行により、スラブ導波路部分で不必要な横モ
ードの励振が起こり易いため、蛇行を規定する前段の光
回路等に特性が依存し、分岐比が安定しないという問題
もあった。

【０００６】２光束干渉計の光スイッチ、マッハツェン
ダ型光波長フィルタなどの旧来の光回路において用いら
れる光分岐結合器の分岐比は、理想的には５０％である
ことが求められている。そこで、本願出願人は、特開平
１１−３４４６２９号に記載された光分岐結合器におい
て、低損失で高い歩留まりを有する分岐比が５０％に極
めて近い光分岐結合器の構造を開示した。

【０００７】この構造において、ΔＬ１＝ΔＬ２＝−Δ
Ｌ３＝λ／４であり、４つの方向性結合器の分岐比がκ
である時、光分岐結合器全体の分岐比ηは、

【０００８】

【数１】

【０００９】で表される。即ち、方向性結合器の分岐比
κが、設計通り０．５であれば、ηは０．５となる。こ
こで作製誤差によりκが０．５を中心に変化する場合、
ηの挙動を調べる。分岐比κ＝０．５における光回路の
結合比ηの１次、２次、３次の微係数は、

【００１０】

【数２】

【００１１】となる。これらの式により明らかなよう
に、κ＝０．５においてはηの３次の微係数まで０であ
るので、κが変動したとしてもηは非常に安定した値を
とる。例えば、κ＝０．３０のときη＝０．４８７であ
る。

【００１２】この構造においては、Ｙ分岐回路やＭＭＩ
を使用せずに、過剰損失の極めて小さな方向性結合器の
みを用いているため、光分岐結合器の過剰損失が小さ
い。すなわち、この構成に含まれる個々の方向性結合器
の分岐比κが揺らいでも、光分岐結合器全体としては、
極めて安定した分岐比５０％を実現することができる。
このような光分岐結合器の構成により、過剰損失が小さ
く作製誤差や偏波状態に対して極めて安定した分岐比５
０％の光分岐結合器を実現することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、光分岐結合器
に求められる分岐比は、必ずしも５０％のみではない。
近年、研究開発が進んでいるインタリーブ・フィルタ、
分散透過器には、様々な分岐比の光分岐結合器が求めら
れている。これらの光回路の中には、分岐比５０％以外
の光分岐結合回路も含まれている。分岐比が所望の値か
らズレると、光回路全体の過剰損失、消光比、分散値な
どの回路特性が大きく劣化してしまう。従来は、これら
のインタリーブ・フィルタや分散透過器は、研究的な要
素が大きなものと位置づけられているので、光回路の作
製後に個々の光分岐結合器の分岐比をコントロールする
チューナブル・カップラが用いられている。従って、光
回路自体の作製工程が増え、チップ・サイズも大きくな
り、チューナブル・カップラを動かす電源、制御調整系
などが必要になるなど、実用的なインタリーブ・フィル
タや分散透過器を実現することが難しいという問題があ
った。

【００１４】インタリーブ・フィルタや分散透過器は、
高密度高速光伝送を実現するためには欠かせないデバイ
スであり、早期の実用化が求められている。すなわち、
インタリーブ・フィルタや分散透過器の中に用いられる
分岐比５０％以外の光分岐結合回路を、低損失かつ低偏
波依存性かつ高歩留まりで実現することが課題となって
いる。また、インタリーブ・フィルタや分散透過器に
は、多数の光分岐結合器が含まれているので、個々の光
分岐結合器が大きいと、光回路全体が大きくなったり、
１枚のウエハからの収量が下がってコスト高になる等の
問題があった。光分岐結合器には、分岐比の揺らぎ、損
失、偏波以外にも、サイズを小さくすることが求められ
ている。

【００１５】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、Ｙ分岐やＭＭＩを
用いることなく、過剰損失の極めて小さな方向性結合器
を用いて、作製誤差による分岐比の変動や分岐比の偏波
依存性を小さくした光分岐結合器を提供することにあ
る。

【００１６】また、本発明の別の目的は、作製誤差や偏
波に対する分岐比の変動を小さくし、使用する信号光波
長において、所望の分岐比に極めて近い光分岐結合器を
歩留まりよく提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板
と、該基板上に形成された第１の光導波路および第２の
光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路
とを近接して形成した４個の方向性結合器とを有し、前
記第１の光導波路と前記第２の光導波路とに入射した波
長λの信号光を結合し、または前記第１の光導波路と前
記第２の光導波路のいずれかに入射した波長λの信号光
を分岐するように構成された光分岐結合器において、前
記信号光の入射側から１番目の方向性結合器と２番目の
方向性結合器の間における前記第１の光導波路と前記第
２の光導波路の光路長差ΔＬ１と、前記信号光の入射側
から２番目の方向性結合器と３番目の方向性結合器の間
における前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の光
路長差ΔＬ２と、前記信号光の入射側から３番目の方向
性結合器と４番目の方向性結合器の間における前記第１
の光導波路と前記第２の光導波路の光路長差ΔＬ３と
が、ΔＬ１＝−ΔＬ３＝λ／４であり、かつ、｜ΔＬ２
｜＜２λであるように構成したことを特徴とする。

【００１８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の光分岐結合器において、前記方向性結合器の間におけ
る前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の少なくと
も一方に、セグメント状導波路を用いて、前記光路長差
となるように構成したことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明では、方向性結合器を４個
使用する。方向性結合器の損失は、作製誤差や偏波によ
らず極めて小さいため、全体の過剰損失も十分小さくす
ることができる。また、４個の方向性結合器に挟まれる
３ヶ所の光路長差は、光の波長オーダーと極めて小さい
ので、光路長差を与える為に光導波路を展開した場合で
あっても、光導波路の間隔は小さい。従って、導波膜揺
らぎなどの作製誤差が光路長差に与える影響を十分小さ
くすることができる。

【００２０】一般に、方向性結合器を使用した光回路の
特性は、方向性結合器の分岐比が作製誤差や偏波に対し
変動しやすい。本発明にかかる光分岐結合器の構成は、
以下の理由により、方向性結合器の変動によらず、光回
路全体の分岐比を所望の値に近づけることができる。

【００２１】第１および第２の光導波路からなり、中間
部に４個の方向性結合器を有する光回路において、第１
と第２の方向性結合器の間の光路長差をΔＬ１、第２と
第３の方向性結合器の間の光路長差をΔＬ２、第３と第
４の方向性結合器の間の光路長差をΔＬ３とする。ここ
で、ΔＬ１＝−ΔＬ３＝ΔＬｃとしたとき、光分岐結合
器の分岐比ηは、波長λにおいて、

【００２２】

【数３】

【００２３】となる。分岐比ηは、一方の光導波路に入
射される光のうち、いわゆるクロスして他方の光導波路
より出射される光パワーの割合である。ここでｃは、１
つの方向性結合器の分岐比をκとした場合、

【００２４】

【数４】

【００２５】となる。

【００２６】特開平１１−３４４６２９号公報に記載さ
れた光分岐結合器においては、ΔＬｃ＝ΔＬ２＝λ／４
としたが、ここでは、ΔＬｃ＝λ／４のみを代入して上
式を整理すると、

【００２７】

【数５】

【００２８】となる。すなわち、方向性結合器の分岐比
κが、設計通り０．５とすると、ηは、

【００２９】

【数６】

【００３０】となる。ΔＬ１＝−ΔＬ３＝λ／４とし
て、ΔＬ２の設計値を変えることにより、分岐比が０か
ら１までの任意の分岐比を設定することができる。すな
わち、最終的に分岐比ｘを与えるΔＬ２は、

【００３１】

【数７】

【００３２】となる。

【００３３】ここで、製造誤差によってκが０．５を中
心に変化する場合のηを調べる。個々の方向性結合器の
分岐比κ＝０．５において、光回路の分岐比ηの１次、
２次、３次の微係数は、

【００３４】

【数８】

【００３５】となる。これらの式より明らかなように、
κ＝０．５において、ηの１〜３次の微係数は０である
ので、κが変動したとしても、ηは非常に安定した値を
とることが判る。例えば、目標とする結合率ｘを０．２
５としたとき、方向性結合器の分岐比κが作製誤差によ
り０．３０になっても、本発明にかかる光分岐結合器の
分岐比ηは０．２４４である。

【００３６】すなわち、光結合器に含まれる個々の方向
性結合器の分岐比が揺らいでも、本発明にかかる光分岐
結合器の構成によれば、光分岐結合器全体としては極め
て安定して、所望の分岐比を実現することができる。分
岐比５０％だけではなく、任意の分岐比に対しても、過
剰損失が小さく、作製誤差や偏波状態に対して極めて安
定した光分岐結合器を実現することができる。

【００３７】次に、光路長差付与部にセグメント状導波
路を用いることについて説明する。第１と第２の光導波
路の両方に、均一な有効屈折率の光導波路を用いた場
合、方向性結合器に挟まれた２つの光導波路間に光路長
差をもうけるためには、少なくとも一方の光導波路に曲
線導波路を用いて、物理的に導波路長差を与えなければ
ならない。回路全体の損失や偏波依存性を低く抑えるた
めには、急激な曲げ半径を与えたり、反射鏡を内蔵した
導波路を用いることができない。従って、ある一定値以
上の曲げ半径を有する緩やかな曲線導波路を用いなけれ
ばならない。

【００３８】方向性結合器に出射および入射する光の伝
搬方向は、第１の光導波路と第２の光導波路と共に同一
方向である。方向性結合器の直近において、直線の導波
路または曲線導波路のいずれを用いても大きな光路長を
付与できない。そのため、微小な光路長差をつける場合
であっても、光路長差付与部の全長は長いくな。例え
ば、有効屈折率１．４５で許容曲げ半径が５ｍｍの光導
波路を用いて、３８７．５ｎｍ（使用波長１．５５μｍ
の４分の１）の光路長差を付与する場合、光路長付与部
の物理的長さは１３００μｍを超える長さになる。しか
も、光回路には光路長差付与部が３個あるので、光路長
差付与部だけで２．６ｍｍ〜５．３ｍｍの長さが必要に
なる。

【００３９】第１と第２の光導波路の両方または一部に
セグメント状導波路を用いると、セグメントの状態に応
じて有効屈折率を変えることができる。従って、方向性
結合器に挟まれた２つの光導波路間に光路長差をもうけ
るために、必ずしも曲線導波路を用いる必要はない。

【００４０】セグメントの状態は、過剰損失や偏波依存
性を鑑みて選択しな蹴ればならない。例えば、有効屈折
率１．４５で導波路比屈折率差０．７５％の光導波路を
用いた場合、導波路長手方向に２５μｍ毎に５μｍの導
波路ギャップを設けたセグメント状態において過剰損失
や偏波依存性が小さいことが知られている（例えば、T.
Saida et al, “Silica-based 2×2 multimode interf
erence coupler witharbitrary power splitting ratio
”, Electron. Lett., 1999,(35), pp.2031-2033)。こ
のセグメント導波路を用いた場合、３８７．５ｎｍの光
路長差を付与するために必要な光路長差付与部の全長は
１８０μｍ以下になり、光回路中の３つの光路長差付与
部が占める全長は０．３６ｍｍから１．８ｍｍになる。

【００４１】セグメント状導波路を光路長差付与部に用
いることにより、均一な有効屈折率の光導波路のみで構
成される光路長差付与部に比べ全長を小さくすることが
できる。従って、本発明にかかる光分岐結合器を多数個
内包するインタリーバや分散透過器のチップサイズを小
型化し、収量をあげ、コストを引き下げるのに有効であ
る。

【００４２】以下、図面を参照しながら本発明の実施例
について詳細に説明する。

【００４３】［実施例１］図１に、本発明の一実施形態
にかかる光分岐結合器の構成図を示す。光導波路１と光
導波路２は、４ヶ所で近接して方向性結合器を形成す
る。４個の方向性結合器３〜６の間の光導波路１，２
は、後述する光路長差を与えて構成されている。作製し
た光導波路の幅と高さは一定であり、８×８μｍとし
た。作製した光導波路の有効屈折率は、使用する信号光
波長１．５５μｍにおいて、１．４５０６７であった。
また曲げ導波路の曲げ半径は１０ｍｍで一定とした。方
向性結合器のばらつきを故意に与えるため、方向性結合
器３〜６の結合長を、０から２００μｍまで、１００μ
ｍピッチで作製した。

【００４４】方向性結合器３と方向性結合器４の間の光
導波路１は、光導波路２に比べて、信号光波長１．５５
μｍにおいてλ／４の光路長差分だけ長くなるよう、導
波路実長を０．２６７μｍ長くなるように構成した。光
導波路２は、導波路長１３６８．６μｍの直線導波路か
ら成り、光導波路１は、曲げ半径１０ｍｍ中心角１．９
６度の曲線導波路４個により形成した。

【００４５】方向性結合器５と方向性結合器６の間の光
導波路１は、光導波路２に比べて、信号光波長１．５５
μｍにおいてλ／４の光路長差分だけ短くなるよう、導
波路実長を０．２６７μｍ短くなるように構成した。光
導波路２は、曲げ半径１０ｍｍ中心角１．９６度の曲線
導波路４個からなり、光導波路１は、導波路長１３６
８．６μｍの直線導波路により形成した。

【００４６】光分岐結合器全体の分岐比の設計自由度を
示すために、光分岐結合器全体の分岐比ｘが、１０％か
ら９０％まで１０％刻みで設計値を設定した。分岐比ｘ
に設定した場合、方向性結合器４と方向性結合器５の間
の光導波路１は、光導波路２に比べて、信号光波長１．
５５μｍにおいて次式で求められる光路長差分だけ長く
なるよう、導波路実長が長くなるように構成した。

【００４７】

【数９】

【００４８】設定する分岐比ｘが１０％，２０％，３０
％，４０％，５０％，６０％，７０％，８０％，９０％
の時、導波路長差δは各々、０．１０９μｍ、０．１５
８μｍ、０．１９７μｍ、０．２３３μｍ、０．２６７
μｍ、０．３０１μｍ、０．３３７μｍ、０．３７７μ
ｍ、０．４２５μｍになる。例えば設定した分岐比が９
０％の場合、光導波路１は、曲げ半径１０ｍｍ中心角
２．２９度の曲線導波路４個からなり、光導波路２は、
導波路長１５９７．３μｍの直線導波路からなった。

【００４９】図２に、光分岐結合器のテスト回路の第１
例の構成を示す。光導波路７，８により方向性結合器９
のみを形成する。分岐比が１０％から９０％まで１０％
刻みで設計値を設定した。具体的には設定する分岐比１
０％，２０％，３０％，４０％，５０％，６０％，７０
％，８０％，９０％に対し、結合長を４３４μｍ、７０
１μｍ、９１９μｍ、１１１７μｍ、１３０６μｍ、１
４９５μｍ、１６９３μｍ、１９１１μｍ、２１７８μ
ｍとした。

【００５０】図３に、光分岐結合器のテスト回路の第２
例の構成を示す。光導波路１０，１１に対して方向性結
合器１２，１３を２段縦列につなぎ、マッハツェンダ干
渉計を構成した。導波路長差を同じく０．１０９μｍ、
０．１５８μｍ、０．１９７μｍ、０．２３３μｍ、
０．２６７μｍ、０．３０１μｍ、０．３３７μｍ、
０．３７７μｍ、０．４２５μｍとした。

【００５１】図１に示した光分岐結合器と、図２，３に
示した光分岐結合器のテスト回路とをレイアウトしたフ
ォトマスクを作製し、このフォトマスクを用いて６ウエ
ハ作製した。最初に、シリコン基板上に火炎堆積法によ
り、石英系下部クラッド層と２酸化ゲルマニウムを添加
して、屈折率を高めた石英系コア層とを形成した。次
に、上述のフォトマスクを用いてコア層に導波路パター
ンを転写した後、反応性イオンエッチングを用いてコア
パターンを形成した。その後、火炎堆積法により上部ク
ラッド層を形成して埋め込み導波路を作製した。クラッ
ド層とコア層との比屈折率差は０．７５％とした。

【００５２】作製した光分岐結合器の分岐比は、外部共
振器型波長可変レーザからの波長１．５５μｍに調整し
たレーザ光を用いて評価した。入力側は１．５５μｍ用
偏波保持ファイバを用い、出力側は１．５５μｍ用ＤＳ
Ｆ（Dispasion Shifted Fiber）ファイバを用いて評価
した。光分岐結合器の透過光量は、光回路にマッチング
オイルを介して直接ファイバを突き合わせて評価した。

【００５３】光分岐結合器の分岐比の評価方法を、図１
を例に説明する。光導波路１にレーザ光を入射したとき
の光導波路１と光導波路２とから出射した光量を計測す
る。その後、光導波路２にレーザ光を入射したときの光
導波路１と光導波路２とから出射した光量を計測し、次
式に各測定値を代入して分岐比を求めた。

【００５４】

【数１０】

【００５５】ここで、Ｐ１１：光導波路１に入射したときの光導波路１出射光
量Ｐ１２：光導波路１に入射したときの光導波路２出射光
量Ｐ２１：光導波路２に入射したときの光導波路１出射光
量Ｐ２２：光導波路２に入射したときの光導波路２出射光
量である。

【００５６】また、光分岐結合器の過剰損失は、光導波
路１と光導波路２とから出射した光量の和と、入力側と
出力側とのファイバを直接突き合わせた時の受光レベル
との差により過剰損失を評価した。

【００５７】図４に、図１に示した光分岐結合器のＴＭ
入射光およびＴＥ入射光の分岐比を示す。本発明の一実
施形態にかかる光分岐結合器の構成では、結合長９００
μｍから１７００μｍの幅広い領域において、設計時の
目標値±１％の分岐比を達成している。

【００５８】図５に、図２に示したテスト回路のＴＭ入
射光およびＴＥ入射光の分岐比を示す。マッハツェンダ
干渉計構成のテスト回路では、結合長１２００μｍから
１４００μｍの範囲で、設計時の目標値±１％の分岐比
を達成している。

【００５９】図６に、図３に示したテスト回路のＴＭ入
射光およびＴＥ入射光の分岐比を示す。方向性結合器の
みのテスト回路では、図６の実験値から推定すると、１
２９８μｍから１３４０μｍの範囲で、設計時の目標値
±１％の分岐比を達成している。

【００６０】このように、方向性結合器単体の構成とマ
ッハツェンダ干渉計型光分岐結合器とにおいては、所望
の分岐比±１％を実現する結合長のトレランスは、それ
ぞれ４２μｍ、２００μｍであった。本発明の一実施形
態にかかる光分岐結合器の構成においては、８００μｍ
に拡大した。。本発明の一実施形態にかかる光分岐結合
器は、作製誤差が発生しやすい方向性結合器のズレを補
正して、所望の分岐比を歩留まりよく得ることができる
という大きな効果を有する。

【００６１】図７に、本発明の一実施形態にかかる光分
岐結合器の偏波依存性を示す。光分岐結合器の構成で
は、結合長８００μｍから１７００μｍの幅広い領域に
おいて、±０．５％の分岐比の低い偏波依存性を達成し
ている。

【００６２】図８に、テスト回路の第１例の偏波依存性
を示す。マッハツェンダ干渉計構成のテスト回路では、
結合長１２００μｍから１４００μｍの範囲に限られ
る。

【００６３】図９に、テスト回路の第２例の偏波依存性
を示す。方向性結合器のみの構成では、偏波依存性は極
めて大きく、分岐比の目標値１０％の場合に偏波依存性
は０．８％であり、分岐比の目標値７０％のとき偏波依
存性は３．８％である。

【００６４】このように、本発明の一実施形態にかかる
光分岐結合器の構成は、低い偏波依存性を持つ光分岐結
合器を実現する結合長トレランスも大きく、偏波状態に
対して分岐比が安定な光分岐結合器を得ることができる
という効果を有する。

【００６５】同じフォトマスクを用いて、作製する日を
変えて６枚のウエハを作製し、設計時の目標値からどれ
だけ光分岐結合器の分岐比がばらつくかを評価した。６
枚のウエハ間で分岐比と偏波依存性がどのように変動し
たかを評価した。

【００６６】図１０に、テスト回路の第２例における６
枚のウエハの分岐比を示す。方向性結合器のみの構成
で、１０％から９０％の各分岐比を目標にして作製し
た。各光分岐結合器の分岐比は、ウエハ毎に分岐比が高
くなったり低くなったりと変動して安定していない。も
っとも大きくずれたものは目標の分岐比に対し１３％も
高い。

【００６７】図１１に、テスト回路の第２例における６
枚のウエハの偏波依存性を示す。分岐比の偏波依存性も
１％弱から４％弱と大きく、特に目標分岐比が３０％か
ら８０％の光分岐結合器では、偏波依存性が２％を下回
るものはなかった。

【００６８】図１２に、テスト回路の第１例における６
枚のウエハの分岐比を示す。マッハツェンダ干渉計を用
いた構成のうち、結合長が１３００μｍの方向性結合器
を用いた光分岐結合器の分岐比を示す。ウエハ番号４の
光分岐結合器以外は、すべて目標値±１．５％の範囲内
に入っている。ウエハ番号４の光分岐結合器の中には目
標値から５％はずれた回路もあり、多少のウエハ間ばら
つきが見られる。

【００６９】図１３に、テスト回路の第１例における６
枚のウエハの偏波依存性を示す。分岐比の偏波依存性の
最悪値は−３％と、大きな値が観測され、偏波依存性も
ウエハ間ばらつきがあることが判る。

【００７０】図１４に、本発明の一実施形態にかかる光
分岐結合器における６枚のウエハの分岐比を示す。光分
岐結合器の結合長が１３００μｍの方向性結合器を用い
たものを示す。光分岐結合器の分岐比は、ほとんどウエ
ハ間のばらつきがなく、目標の分岐比を高い歩留まりで
実現しているのが判る。目標とする分岐比から１番大き
くずれているものでも、ズレ量は０．５％以下であっ
た。

【００７１】図１５に、本発明の一実施形態にかかる光
分岐結合器における６枚のウエハの偏波依存性を示す。
分岐比の偏波依存性も１桁近く改善されていることが判
る。ウエハ番号４の光分岐結合器において、若干の偏波
依存性がある。しかし、測定誤差等を考えると、ほぼゼ
ロに近い偏波依存性を有する光分岐結合器が、高歩留ま
りで作製されたことが判る。

【００７２】［実施例２］図１６に、本発明の一実施形
態にかかる光分岐結合器によるＣＷＤＭ（CoarseWavele
ngth Division Multiplexing)用インタリーブ・フィル
タの構成を示す。インタリーブ・フィルタは、５個の光
分岐結合器１４〜１８を有し、それぞれの光分岐結合器
の間の４ヶ所に、遅延線回路部を有する。４ヶ所の光路
長差は順に６０．８μｍ、−８３．９μｍ、−８４．４
μｍ、−８４．４μｍに設定した。実際には、有効屈折
率１．４５の導波路を用いたので、導波路長差がそれぞ
れ４１．９μｍ、−８３．９μｍ、−８４．４μｍ、−
８４．４μｍになるように設計した。各光分岐結合器１
４〜１８の分岐比は、それぞれ５０％、１４．３％、３
１．３％、６．７％、０．６％に設定した。

【００７３】図１７に、本発明の一実施形態にかかるセ
グメント状導波路を用いた光分岐結合器の構成を示す。
光導波路１９と光導波路２０は、４ヶ所で近接して方向
性結合器を形成する。方向性結合器の間には、３ヶ所の
光路長差付与部を有し、そのすべてにセグメント状導波
路２１〜２３を用いた。導波路のセグメント状態につい
て説明する。セグメント導波路は、伝搬光の進行方向に
対して、２５μｍ間隔に５μｍ程度のギャップを設けた
構造である。付与したい光路長差に対し端数が生じたと
きは、セグメント導波路部の両端に５μｍより幅の狭い
ギャップを設けて調整した。インタリーブ・フィルタ全
体のチップサイズは、長さ５５．５ｍｍ、幅１２．５ｍ
ｍである。チップの面積は、約７００ｍｍ^２であり、４
インチウエハに６個並べることができる。

【００７４】比較のため、セグメント状の導波路を用い
ずに、有効屈折率が均一な導波路を用いて光分岐結合器
を作製し、上述したインタリーブ・フィルタと同じ構成
のインタリーブ・フィルタを作製した。５ヶ所の各光分
岐結合器の分岐比および、４ヶ所の光路長差は、上記フ
ィルタと同じ値である。光分岐結合器の内部で与える波
長オーダーの光路長差は、直線導波路と曲線導波路との
組み合わせで与えた。このような構成のインタリーブ・
フィルタ全体のチップサイズは、長さ７０．５ｍｍ、幅
１６．５ｍｍであり、チップの面積は、約１２００ｍｍ
^２であり、４インチウエハに３個並べることができる。

【００７５】図１８に、本発明の一実施形態にかかるセ
グメント状導波路を用いた光分岐結合器によるインタリ
ーブ・フィルタの透過スペクトルを示す。図１９に、有
効屈折率が均一な導波路を用いた光分岐結合器によるイ
ンタリーブ・フィルタの透過スペクトルを示す。セグメ
ント状導波路を用いた光分岐結合器は、有効屈折率が均
一な導波路を用いた光分岐結合器と比較して、挿入損失
が約０．４ｄＢ大きかった。このことは、セグメント導
波路部分で若干の損失が生じたためと考えられる。

【００７６】消光比は、両方のインタリーブ・フィルタ
共に、２５ｄＢ以上の高い値を得た。また、両方のイン
タリーブ・フィルタ共に、透過スペクトルにほとんど偏
波依存性は観測されなかった。両方のインタリーブ・フ
ィルタ共に図１に示した構成の光分岐結合器を用いてい
るので、各インタリーブ・フィルタ内の光分岐結合器の
分岐比が、高精度で設計値を維持しているからである。

【００７７】セグメント状導波路を用いた光分岐結合器
を用いた結果、若干の挿入損失の増加（０．４ｄＢ）が
見られたものの、ＣＷＤＭ用インタリーブ・フィルタの
チップ・サイズは、約６０％に減少し、同じウエハから
とれる収量を倍増することができた。光導波路フィルタ
のチップ・コストは、１ウエハからの収量にほぼ反比例
するので、セグメント状導波路を用いた光分岐結合器
は、ＣＷＤＭ用インターリーブ・フィルタのチップ・コ
ストを半減する効果がある。

【００７８】本実施形態では、石英系導波路を用いて光
分岐結合器を作製したが、ＩｎＰなどの半導体導波路、
ポリマなどの有機物材料、ＬＮなどの無機材料を用いた
導波路を使用しても構わない。また、本実施形態では、
断面の矩形の埋め込み型導波路を用いて作製したが、拡
散型導波路を用いても同様の効果が得られる。

【００７９】本実施形態では、セグメント導波路とし
て、伝搬光の進行方向に対し２５μｍ間隔に５μｍ程度
ギャップを設ける導波路構造を用いたが、伝搬光の進行
方向に対し垂直方向に構造変化をもつ導波路構造でも良
いし、例えば、千鳥格子状にコアを加工した導波路構造
でも良い。また、屈折率の異なる異種材料の光導波路を
セグメント状に用いても同様の効果が得られる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光分岐結合器全体の分岐比を、所望の分岐比に安定に保
つことができるとともに、偏波依存性を小さくすること
が可能となる。また、所望の分岐比の光分岐結合器を作
製する場合の歩留まりを向上することが可能となる。ま
た、本発明によれば、光分岐結合器のサイズを小型化す
ることが可能となる。

【００８１】このことから、様々な分岐比の光分岐結合
器を多数必要とするインタリーブ・フィルタ、分散補償
器などを、作製後のトリミングを必要とせずに、高い歩
留まりで、低価格に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる光分岐結合器を示
した構成図である。

【図２】光分岐結合器のテスト回路の第１例を示した構
成図である。

【図３】光分岐結合器のテスト回路の第２例を示した構
成図である。

【図４】本発明の一実施形態にかかる光分岐結合器のＴ
Ｍ入射光およびＴＥ入射光の分岐比を示した図である。

【図５】テスト回路の第１例のＴＭ入射光およびＴＥ入
射光の分岐比を示した図である。

【図６】テスト回路の第２例のＴＭ入射光およびＴＥ入
射光の分岐比を示した図である。

【図７】本発明の一実施形態にかかる光分岐結合器の偏
波依存性を示した図である。

【図８】テスト回路の第１例の偏波依存性を示した図で
ある。

【図９】テスト回路の第２例の偏波依存性を示した図で
ある。

【図１０】テスト回路の第２例において６枚のウエハの
分岐比を示した図である。

【図１１】テスト回路の第２例において６枚のウエハの
偏波依存性を示した図である。

【図１２】テスト回路の第１例において６枚のウエハの
分岐比を示した図である。

【図１３】テスト回路の第１例において６枚のウエハの
偏波依存性を示した図である。

【図１４】本発明の一実施形態にかかる光分岐結合器に
おいて６枚のウエハの分岐比を示した図である。

【図１５】本発明の一実施形態にかかる光分岐結合器に
おいて６枚のウエハの偏波依存性を示した図である。

【図１６】本発明の一実施形態にかかる光分岐結合器に
よるインタリーブ・フィルタを示した構成図である。

【図１７】本発明の一実施形態にかかるセグメント状導
波路を用いた光分岐結合器を示した構成図である。

【図１８】本発明の一実施形態にかかるセグメント状導
波路を用いた光分岐結合器によるインタリーブ・フィル
タの透過スペクトルを示した図である。

【図１９】有効屈折率が均一な導波路を用いた光分岐結
合器によるインタリーブ・フィルタの透過スペクトルを
示した図である。

【符号の説明】

１，２，７，８，１０，１１，１９，２０光導波路３〜６，９，１２，１３方向性結合器１４〜１８光分岐結合器２１〜２３セグメント状導波路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上靖之東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者神徳正樹東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者日比野善典東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KA12 KB05 RA08 TA05 TA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に形成された第１の光
導波路および第２の光導波路と、前記第１の光導波路と
前記第２の光導波路とを近接して形成した４個の方向性
結合器とを有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導
波路とに入射した波長λの信号光を結合し、または前記
第１の光導波路と前記第２の光導波路のいずれかに入射
した波長λの信号光を分岐するように構成された光分岐
結合器において、前記信号光の入射側から１番目の方向性結合器と２番目
の方向性結合器の間における前記第１の光導波路と前記
第２の光導波路の光路長差ΔＬ１と、前記信号光の入射
側から２番目の方向性結合器と３番目の方向性結合器の
間における前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の
光路長差ΔＬ２と、前記信号光の入射側から３番目の方
向性結合器と４番目の方向性結合器の間における前記第
１の光導波路と前記第２の光導波路の光路長差ΔＬ３と
が、ΔＬ１＝−ΔＬ３＝λ／４であり、かつ、｜ΔＬ２
｜＜２λであるように構成したことを特徴とする光分岐
結合器。
【請求項２】前記方向性結合器の間における前記第１
の光導波路と前記第２の光導波路の少なくとも一方に、
セグメント状導波路を用いて、前記光路長差となるよう
に構成したことを特徴とする請求項１に記載の光分岐結
合器。