JP2004252142A - 光デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】所望の分岐比を得るようにして、しかも、過剰損失の変動を低減させる。
【解決手段】光導波路１６は、光入出力部２０につながる光導波路２２が分岐部２４において分岐角度θをもって主光導波路２６と副光導波路２８に分岐された構造を有する。光導波路２２の幅をＷｉ、主光導波路２６の幅をＷｏ、副光導波路２８の幅をＷｂとしたとき、Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂを満足し、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅をＷｍとしたとき、Ｗｍ＜Ｗｏを満足し、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と副光導波路２８とのギャップの幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＜Ｗｏ−Ｗｍを満足し、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分が、所定距離Ｌｔにわたってテーパ形状とされている。
【選択図】図３
【解決手段】光導波路１６は、光入出力部２０につながる光導波路２２が分岐部２４において分岐角度θをもって主光導波路２６と副光導波路２８に分岐された構造を有する。光導波路２２の幅をＷｉ、主光導波路２６の幅をＷｏ、副光導波路２８の幅をＷｂとしたとき、Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂを満足し、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅をＷｍとしたとき、Ｗｍ＜Ｗｏを満足し、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と副光導波路２８とのギャップの幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＜Ｗｏ−Ｗｍを満足し、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分が、所定距離Ｌｔにわたってテーパ形状とされている。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに用いられる光合分波機能（あるいは光分岐結合機能）をもった光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光合分波回路は、波長の異なる複数の光信号を１つの出力に合波したり、多重化された波長の異なる複数の光信号を波長ごとの複数の出力に分波する機能を持つものであり、例えば光波長多重（ＷＤＭ）伝送システムに使用される。
【０００３】
前記光合分波回路には、回折格子などの個別部品を組み合わせたバルク型と、アレイ光導波路の光路長差を利用したアレイ導波路格子を用いた光導波路型等がある。特に、光導波路型の光合分波回路は、小型化やコストの低廉化において有利である（例えば特許文献１〜特許文献９参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭５６−２７８４６号公報（図１、図３）
【特許文献２】
特公昭６１−８４０５号公報（図１）
【特許文献３】
特公平５−４９９６３号公報（図１、図２）
【特許文献４】
特公平６−７２９６４号公報（図４）
【特許文献５】
特公平８−７２９４号公報（図６）
【特許文献６】
特許第２５３１６３４号公報（図１）
【特許文献７】
特許第２６６７２６４号公報（図１）
【特許文献８】
特許第２５７９００５号公報（図１）
【特許文献９】
特許第２８７０４９９号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光合分波回路は、例えば１つの光導波路が１つの分岐部において１つの主光導波路と１以上の副光導波路に分岐された構造を有するが、従来の光合分波回路は、分岐部分の幅がゼロとなるように設計されている。
【０００６】
しかし、実際には、作製時において、前記分岐部分に有限の幅（設計時において想定していない幅）が生じてしまい、その結果、所望の分岐比が達成できなかったり、所定の過剰損失よりも大きな過剰損失が生じるおそれがある。また、分岐部分に有限の幅が生じることを想定していないことから、作製時において、光デバイス毎に分岐部分の幅にばらつきが生じ、光デバイス毎に分岐比や過剰損失がばらつくおそれもある。
【０００７】
特に、３ｄＢ（等分配）カプラーなどにおいては、上述の懸念が具体的な問題として顕著に現れる。即ち、従来の場合、３ｄＢカプラーを想定すると、分岐角度（主光導波路と副光導波路とのなす角）を例えば２°以下に設定する必要があるが、このような小さい角度において分岐部分に想定しない幅が発生したとき、大きな過剰損失が発生するという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、所望の分岐比を得ることができ、しかも、過剰損失の変動を低減することができる光デバイスを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光デバイスは、低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成され、１つの光導波路が１つの分岐部において１つの主光導波路と１以上の副光導波路に分岐された構造を有する合分波機能をもった光デバイスにおいて、前記主光導波路の幅をＷｏ、前記主光導波路の前記分岐部における最小幅をＷｍ、前記副光導波路の幅をＷｂとしたとき、
Ｗｍ＜Ｗｂ≦Ｗｏ、又は
Ｗｍ＜Ｗｏ≦Ｗｂ
であることを特徴とする。
【００１０】
主光導波路の前記分岐部における最小幅Ｗｍ、主光導波路の幅Ｗｏ及び副光導波路の幅Ｗｂを上述の条件で適宜調整することで、所望の分岐比を得ることができ、しかも、過剰損失の変動を低減することができる。
【００１１】
そして、前記構成において、前記主光導波路の前記分岐部における最小幅Ｗｍが、前記主光導波路の幅Ｗｏよりも小さい場合に、前記主光導波路のうち、前記分岐部に向かう部分が、所定距離にわたって直線状あるいは曲線状のテーパ形状とされていてもよい。テーパ形状とする距離を適宜調整することによっても所望の分岐比を得ることができると共に、過剰損失の変動を低減することができる。
【００１２】
この場合、分岐部における前記主光導波路と前記副光導波路とのギャップの幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ≧０μｍであってもよい。
【００１３】
そして、前記ギャップの幅ＷｇがＷｇ＞０μｍである場合においては、前記ギャップの部分に、前記クラッド層との界面であって、かつ、前記１つの光導波路の光軸とほぼ直交するように延在してなる界面を有することが好ましい。
【００１４】
特に、前記主光導波路の前記分岐部における最小幅Ｗｍが前記主光導波路の幅Ｗｏよりも小さく、かつ、前記ギャップの幅ＷｇがＷｇ＞０μｍである場合においては、前記ギャップの部分に、前記１つの光導波路と前記クラッド層との界面であって、かつ、前記１つの光導波路の光軸とほぼ直交するように延在してなる界面を有することが好ましい。
【００１５】
このように、前記界面、即ち、前記１つの光導波路の光軸とほぼ直交して形成された低屈折率と高屈折率の界面を有していることから、該界面において、光の回折が発生しやすくなり、回折現象が小さい短波長の光成分は、例えば主光導波路を透過し、回折現象が大きい長波長の光成分は、副光導波路を透過することとなる。
【００１６】
これは、分岐角度を大きくできることにつながり、光デバイスの作製が容易になると共に、過剰損失の変動も大幅に低減させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る光デバイスは、低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成され、１つの光導波路が１つの分岐部において１つの主光導波路と１以上の副光導波路に分岐された構造を有する合分波機能をもった光デバイスにおいて、前記分岐部における前記主光導波路と前記副光導波路とのギャップの幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＞０μｍであって、かつ、前記主光導波路における短波長の光に対する過剰損失が、前記副光導波路における前記短波長の光に対する過剰損失よりも小さいことを特徴とする。また、本発明は、前記主光導波路における長波長の光に対する過剰損失が、前記副光導波路における前記長波長の光に対する過剰損失よりも大きいことを特徴とする。
【００１８】
これにより、多重化された波長の異なる複数の光信号を波長ごとの複数の出力に効率よく分波できる。もちろん、光の入出力方向を逆にすれば、主光導波路並びに１以上の副光導波路を伝搬する異なった波長の光を前記分岐部にて効率よく光合波させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光デバイスを例えば光合分波回路に適用したいくつかの実施の形態例を図１〜図３６Ｂを参照しながら説明する。
【００２０】
まず、第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａは、図１に示すように、基板１２と、該基板１２上に形成された低屈折率のクラッド層１４と、該クラッド層１４に包含された高屈折率の光導波路１６であるコア層とを有する。
【００２１】
前記光導波路（コア層）１６は、図２に示すように、１つの光入出力部２０につながる１つの光導波路２２が１つの分岐部２４において所定の分岐角度θをもって１つの主光導波路２６と１つの副光導波路２８に分岐された構造を有する合分波機能をもつ。主光導波路２６の光軸は、前記光入出力部２０につながる光導波路２２の光軸と同じ方向とされている。
【００２２】
光導波路１６は、例えば石英等のガラス材料、あるいはポリマー材料、ＬｉＮｂＯ３、ＰＬＺＴ等の光学材料が用いられ、基板１２としてガラス材料、シリコンＳｉ、あるいは金属が用いられる。
【００２３】
そして、この第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａは、１つの光導波路２２の幅をＷｉ、主光導波路２６の幅をＷｏ、副光導波路２８の幅をＷｂとしたとき、
Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ
を満足し、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅をＷｍとしたとき、
Ｗｍ＜Ｗｏ
を満足し、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と副光導波路２８とのギャップの幅をＷｇ（図３参照）としたとき、
Ｗｇ＝０μｍ
を満足するように構成されている。
【００２４】
また、前記最小幅Ｗｍが、主光導波路２６の幅Ｗｏよりも小さいことから、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分が、所定距離Ｌｔにわたって直線状あるいは曲線状のテーパ形状とされている。この実施の形態では直線状のテーパ形状としている。
【００２５】
次に、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂは、図３に示すように、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と副光導波路２８とのギャップの幅Ｗｇが、
Ｗｇ＜Ｗｏ−Ｗｍ
である点で異なる。
【００２６】
次に、第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃは、図４に示すように、上述した第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における前記ギャップの幅Ｗｇが、
Ｗｇ＞Ｗｏ−Ｗｍ
である点で異なる。
【００２７】
次に、これら第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃと比較例との効果の違いを７つの実験例（第１〜第７の実験例）を参照して説明する。
【００２８】
まず、第１の実験例は、比較例１〜４について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。
【００２９】
ここで、分岐角度による過剰損失の変動とは、与えられた分岐角度によって副光導波路２８から出力される理想の光出力による過剰損失と、実際の光出力による過剰損失との差を示す。また、光導波路（コア層）１６とクラッド層１４（図１参照）との規格化屈折率差ΔＮｃを０．３％、入力光の波長λを１．５５μｍとした。
【００３０】
比較例１〜４は、図５に示すように、１つの光導波路２２の幅Ｗｉ、主光導波路２６の幅Ｗｏ、副光導波路２８の幅Ｗｂの関係をＷｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ＝８μｍとした。
【００３１】
そして、比較例１は、分岐部２４における主光導波路２６と副光導波路２８とのギャップの幅Ｗｇを０μｍとし、比較例２は、前記ギャップの幅Ｗｇを２μｍとし、比較例３は、前記ギャップの幅Ｗｇを４μｍとし、比較例４は、前記ギャップの幅Ｗｇを６μｍとした。
【００３２】
比較例１〜４に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図６に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図７に示す。
【００３３】
次に、第２の実験例は、実施例１〜４について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。
【００３４】
実施例１〜４は、上述した第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ＝８μｍとし、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍを５μｍ、分岐部２４におけるテーパ形状の部分の所定距離Ｌｔを０．０５ｍｍとした場合を示す。
【００３５】
そして、実施例１は、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ（図２参照）と同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇを０μｍとした。実施例２は、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂ（図３参照）と同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇを２μｍとした。実施例３及び４は共に第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃ（図４参照）と同様の構成を有し、実施例３はギャップの幅Ｗｇを４μｍとし、実施例４はギャップの幅Ｗｇを６μｍとした。
【００３６】
前記実施例１〜４に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図８に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図９に示す。
【００３７】
次に、第３の実験例は、実施例５〜８について分岐角度による分岐比の変化及び過剰損失の変動をみたものである。
【００３８】
実施例５〜８は、上述した第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ＝８μｍとし、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍを３μｍ、所定距離Ｌｔを０．０５ｍｍとした場合を示す。
【００３９】
そして、実施例５は、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ＝０μｍである。実施例６及び実施例７は、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂと同様の構成を有し、実施例６のギャップの幅Ｗｇを２μｍとし、実施例７のギャップの幅Ｗｇを４μｍとした。実施例８は第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇは６μｍである。前記実施例５〜８に関し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１０に示す。なお、分岐角度による分岐比の変化の測定結果は第１〜第４の実施例とほぼ同じであったため、図８で代用する。
【００４０】
次に、第４の実験例は、実施例９〜１２について分岐角度による分岐比の変化及び過剰損失の変動をみたものである。
【００４１】
実施例９〜１２は、上述した第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ＝８μｍとし、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍを１μｍ、所定距離Ｌｔを０．０５ｍｍとした場合を示す。
【００４２】
そして、実施例９は、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇを０μｍとした。実施例１０〜１２は、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂと同様の構成を有し、実施例１０のギャップの幅Ｗｇを２μｍ、実施例１１のギャップの幅Ｗｇを４μｍ、実施例１２のギャップの幅Ｗｇを６μｍとした。前記実施例９〜１２に関し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１１に示す。なお、分岐角度による分岐比の変化の測定結果は第１〜第４の実施例とほぼ同じであったため、図８で代用する。
【００４３】
これら第１〜第４の実験例から、２等分の分岐比（３ｄＢ）を得る場合は、比較例１〜４では、図６に示すように、分岐角度を約１．８°とし、実施例１〜１２においても、図８に示すように、分岐角度を約１．８°とすればよい。
【００４４】
この場合、比較例１〜４における分岐角度＝１．８°での過剰損失の変動は、図７に示すように、比較例１では約０．２ｄＢ、比較例２では約０．４ｄＢ、比較例３では約０．７５ｄＢ、比較例４では約１．３ｄＢとなっている。
【００４５】
一方、実施例１〜１２のうち、分岐角度＝１．８°を実現できる実施例は、実施例３、４及び８となっている。これら実施例３、４及び８では、それぞれ過剰損失の変動が比較例１〜４と比して全体的に低くなっている。
【００４６】
例えばギャップの幅Ｗｇを４μｍとした場合の比較例３と実施例３における過剰損失の変動を比較すると、比較例３では、約０．７５ｄＢであるが、実施例３では約０．２ｄＢであり大幅に低くなっている。また、ギャップの幅Ｗｇを６μｍとした場合の比較例４、実施例４及び８の過剰損失の変動は、比較例４では、約１．３ｄＢであるが、実施例４では約０．５ｄＢ、実施例８では約０．２５ｄＢであり、比較例４よりも大幅に低くなっていることがわかる。
【００４７】
次に、第５〜第７の実験例について説明する。これら第５〜第７の実験例においても、規格化屈折率差ΔＮｃを０．３％、入力光の波長λを１．５５μｍとした。
【００４８】
まず、第５の実験例は、実施例１３〜１６について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。実施例１３〜１６は、上述した実施例１〜４とそれぞれ同様の構成を有するが、分岐部２４におけるテーパ形状の部分の所定距離Ｌｔが共に１．０ｍｍである点で異なる。前記実施例１３〜１６に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図１２に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１３に示す。
【００４９】
次に、第６の実験例は、実施例１７〜２０について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。実施例１７〜２０は、上述した実施例５〜８とそれぞれ同様の構成を有するが、前記所定距離Ｌｔが共に１．０ｍｍである点で異なる。前記実施例１７〜２０に関し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１４に示す。なお、分岐角度による分岐比の変化の測定結果は第１３〜第１６の実施例とほぼ同じであったため、図１２で代用する。
【００５０】
次に、第７の実験例は、実施例２１〜２４について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。実施例２１〜２４は、上述した実施例９〜１２とそれぞれ同様の構成を有するが、前記所定距離Ｌｔが共に１．０ｍｍである点で異なる。前記実施例２１〜２４に関し、分岐角度による過剰損失の測定結果を図１５に示す。なお、分岐角度による分岐比の変化の測定結果は第１３〜第１６の実施例とほぼ同じであったため、図１２で代用する。
【００５１】
上述の第５〜第７の実験例からもわかるように、等分配の分岐比（３ｄＢ）を得る場合は、分岐角度を約２°とすればよい。また、実施例１３〜２４では、すべてについて分岐角度２°が実現されている。
【００５２】
そして、例えばギャップの幅Ｗｇを０μｍとした場合の比較例１と実施例１３、１７、２１における過剰損失の変動を比較すると、比較例１では、約０．２ｄＢであるが、実施例１３及び１７では約０．１ｄＢ、実施例２１では約０．３ｄＢであり、実施例１３及び１７において大幅に低減されていることがわかる。
【００５３】
同様に、ギャップの幅Ｗｇを２μｍとした場合の比較例２と実施例１４、１８、２２における過剰損失の変動を比較すると、比較例２では、約０．４ｄＢであるが、実施例１４及び実施例１８では約０．２５ｄＢ、実施例２２では約０．５ｄＢであり、実施例１４及び１８において大幅に低減されていることがわかる。
【００５４】
同様に、ギャップの幅Ｗｇを４μｍとした場合の比較例３と実施例１５、１９、２３における過剰損失の変動を比較すると、比較例３では、約０．７５ｄＢであるが、実施例１５では約０．６ｄＢ、実施例１９では約０．５５ｄＢ、実施例２３では約０．７５ｄＢであり、実施例１５及び１９において大幅に低減されていることがわかる。
【００５５】
同様に、ギャップの幅Ｗｇを６μｍとした場合の比較例４と実施例１６、２０、２４における過剰損失の変動を比較すると、比較例４では、約１．３ｄＢであるが、実施例１６では約１．１５ｄＢ、実施例２０では約１．０ｄＢ、実施例２４では約１．０ｄＢであり、実施例１６、２０及び２４において大幅に低減されていることがわかる。
【００５６】
従って、前記所定距離Ｌｔを最適化することによっても、過剰損失の変動を有効に低減できることがわかる。
【００５７】
このように、上述した第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃにおいては、第１〜第７の実験例からもわかるように、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍ、主光導波路の幅Ｗｏ及び副光導波路の幅Ｗｂを
Ｗｍ＜Ｗｂ≦Ｗｏ、又は
Ｗｍ＜Ｗｏ≦Ｗｂ
の条件で適宜調整することで、所望の分岐比を得ることができ、しかも、過剰損失の変動を低減することができる。
【００５８】
また、前記最小幅Ｗｍが、主光導波路２６の幅Ｗｏよりも小さい場合に、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分を、所定距離Ｌｔにわたってテーパ形状としたので、このテーパ形状とする所定距離Ｌｔを適宜調整することによっても所望の分岐比を得ることができると共に、過剰損失の変動を低減することができる。
【００５９】
特に、前記最小幅Ｗｍが主光導波路２６の幅Ｗｏよりも小さく、かつ、ギャップの幅ＷｇがＷｇ＞０μｍである場合においては、例えば図３及び図４に示すように、ギャップの部分に、１つの光導波路２２の光軸とほぼ直交するように延在してなる界面３０が存在することになる。
【００６０】
この界面３０は、１つの光導波路２２の光軸とほぼ直交して形成された低屈折率と高屈折率の界面であることから、該界面３０において、入力光の回折が発生しやすくなり、回折現象が小さい短波長の光成分は、例えば主光導波路２６を透過し、回折現象が大きい長波長の光成分は、副光導波路２８を透過しやすくなる。
【００６１】
これは、分岐角度θを大きくできることにつながり、光デバイス１０Ｂ及び１０Ｃの作製が容易になると共に、過剰損失の変動も大幅に低減させることができる。
【００６２】
次に、第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄについて図１６を参照しながら説明する。
【００６３】
この第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄは、図１６に示すように、１つの光入出力部２０につながる１つの光導波路２２が１つの分岐部２４においてそれぞれ所定の分岐角度θ１及びθ２をもって１つの主光導波路２６と２つの副光導波路（第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂ）に分岐された構造を有する点で異なる。
【００６４】
主光導波路２６の光軸は、前記光入出力部２０につながる光導波路２２の光軸と同じ方向とされ、第１の副光導波路２８ａの光軸は、上面からみて例えば分岐部２４から左斜め方向に延び、第２の副光導波路２８ｂの光軸は、上面からみて例えば分岐部２４から右斜め方向に延びている。
【００６５】
そして、この第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄは、１つの光導波路２２の幅をＷｉ、主光導波路２６の幅をＷｏ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂの幅をＷｂ１及びＷｂ２としたとき、
Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＞Ｗｏ
を満足し、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅をＷｍとしたとき、
Ｗｍ＝Ｗｏ
を満足し、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅をそれぞれＷｇ１及びＷｇ２（図１７参照）としたとき、
Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍ
を満足するように構成されている。
【００６６】
次に、第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｅは、図１７に示すように、上述した第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１＞０μｍ
Ｗｇ２＞０μｍ
である点で異なる。
【００６７】
次に、第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆは、図１８に示すように、上述した第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄとほぼ同様の構成を有するが、１つの光導波路２２の幅Ｗｉ、主光導波路２６の幅Ｗｏ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂの各幅Ｗｂ１及びＷｂ２の関係が、
Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝Ｗｏ
であり、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍが、
Ｗｍ＜Ｗｏ
であり、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２（図１９参照）が、
Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍ
である点で異なる。
【００６８】
また、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分（左右部分）が、それぞれ所定距離Ｌｔ１及びＬｔ２にわたって直線状あるいは曲線状のテーパ形状とされている。この第６の実施の形態ではそれぞれ直線状のテーパ形状としている。
【００６９】
次に、第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇは、図１９に示すように、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１＜（Ｗｏ／２）−（Ｗｍ／２）
Ｗｇ２＜（Ｗｏ／２）−（Ｗｍ／２）
である点で異なる。
【００７０】
次に、第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｈは、図２０に示すように、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１＞（Ｗｏ／２）−（Ｗｍ／２）
Ｗｇ２＞（Ｗｏ／２）−（Ｗｍ／２）
である点で異なる。
【００７１】
次に、第９の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉは、図２１に示すように、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆとほぼ同様の構成を有するが、１つの光導波路２２の幅Ｗｉ、主光導波路２６の幅Ｗｏ、第１及び第２の副光導波路の幅Ｗｂ１及びＷｂ２の関係が、
Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝Ｗｏ
であり、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍが、
Ｗｍ＝０μｍ
であり、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２（図２２参照）が、
Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍ
である点で異なる。
【００７２】
また、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分（左右部分）が、所定距離Ｌｔ１及びＬｔ２にわたって直線状あるいは曲線状のテーパ形状とされている。この第９の実施の形態ではそれぞれ直線状のテーパ形状としている。
【００７３】
次に、第１０の実施の形態に係る光デバイス１０Ｊは、図２２に示すように、上述した第９の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１≦（Ｗｏ／２）
Ｗｇ２≦（Ｗｏ／２）
である点で異なる。
【００７４】
次に、第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｋは、図２３に示すように、上述した第９の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１＞（Ｗｏ／２）
Ｗｇ２＞（Ｗｏ／２）
である点で異なる。
【００７５】
次に、これら第４〜第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ〜１０Ｋと比較例との効果の違いを１０の実験例（第８〜第１８の実験例）を参照して説明する。これら第８〜第１８の実験例において、光導波路（コア層）１６とクラッド層１４（図１参照）との規格化屈折率差ΔＮｃを０．３％、入力光の波長λを１．５５μｍとした。
【００７６】
まず、第８の実験例は、比較例５〜８について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００７７】
比較例５〜８は、図２４に示すように、１つの光導波路２２の幅Ｗｉ、主光導波路２６の幅Ｗｏ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂの幅Ｗｂ１及びＷｂ２の関係をＷｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとした。そして、比較例５〜８はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記比較例５〜８に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２５に示す。
【００７８】
次に、第９の実験例は、実施例２５〜２８について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００７９】
実施例２５〜２８は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、主光導波路２６の幅Ｗｏを１μｍとした。そして、実施例２５〜２８はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例２５〜２８に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２６に示す。
【００８０】
次に、第１０の実験例は、実施例２９〜３２について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８１】
実施例２９〜３２は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｏを２μｍとした。そして、実施例２９〜３２はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例２９〜３２に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２７に示す。
【００８２】
次に、第１１の実験例は、実施例３３〜３６について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８３】
実施例３３〜３６は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｏを３μｍとした。そして、実施例３３〜３６はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例３３〜３６に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２８に示す。
【００８４】
次に、第１２の実験例は、実施例３７〜４０について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８５】
実施例３７〜４０は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｏを４μｍとした。そして、実施例３７〜４０はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例３７〜４０に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２９に示す。
【００８６】
次に、第１３の実験例は、実施例４１〜４４について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８７】
実施例４１〜４４は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｏ＝６μｍとした。そして、実施例４１〜４４はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例４１〜４４に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３０に示す。
【００８８】
次に、第１４の実験例は、実施例４５〜４８について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８９】
実施例４５〜４８は、上述した第６〜第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｈ（図１８〜図２０参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍを２μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝２ｍｍとした場合を示す。
【００９０】
そして、実施例４５は、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍである。実施例４６は、第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝２μｍである。実施例４７及び実施例４８は、第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｈと同様の構成を有し、実施例４７のギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝４μｍであり、実施例４８のギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝６μｍである。前記実施例４５〜４８に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３１に示す。
【００９１】
次に、第１５の実験例は、実施例４９〜５２について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００９２】
実施例４９〜５２は、上述した第６〜第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｈにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｍを２μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝１ｍｍとした場合を示す。そして、実施例４９〜５２は、それぞれギャップの幅Ｗｇが０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍである。これら実施例４９〜５２に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３２に示す。
【００９３】
次に、第１６の実験例は、実施例５３〜５６について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００９４】
実施例５３〜５６は、上述した第６〜第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｈにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｍを２μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝０．５ｍｍとした場合を示す。そして、実施例５３〜５６は、それぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍである。これら実施例５３〜５６に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３３に示す。
【００９５】
次に、第１７の実験例は、実施例５７〜６０について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００９６】
実施例５７〜６０は、上述した第６〜第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｈにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｍを２μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝０．２ｍｍとした場合を示す。そして、実施例５７〜６０は、それぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍである。これら実施例５７〜６０に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３４に示す。
【００９７】
次に、第１８の実験例は、実施例６１〜６４について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００９８】
実施例６１〜６４は、上述した第９〜第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉ〜１０Ｋ（図２１〜図２３参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、主光導波路の分岐部における最小幅Ｗｍを０μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝０．２ｍｍとした場合を示す。
【００９９】
そして、実施例６１は、上述した第９の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍである。実施例６２及び実施例６３は、第１０の実施の形態に係る光デバイス１０Ｊと同様の構成を有し、実施例６２のギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝２μｍであり、実施例６３のギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝４μｍである。実施例６４は、第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｋと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝６μｍである。前記実施例６１〜６４に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３５に示す。
【０１００】
そして、３等分配の分岐比を得るには、分岐比が４．８ｄＢを満足すればよいから、比較例５〜８のうち、この分岐比を実現できるものは、図２５に示すように、比較例７のみである。しかし、この比較例７で分岐比＝４．８ｄＢを得るには分岐角度を約０．１°としなければならず、作製が困難で、実用的ではない。
【０１０１】
一方、実施例２５〜６４のうち、前記分岐比（＝４．８ｄＢ）を実現できるものは、図２６に示す実施例２５〜２８、図２７に示す実施例２９〜３１、図２８に示す実施例３３〜３５、図２９に示す実施例３７〜３９、図３０に示す実施例４１〜４３、図３１に示す実施例４５〜４８、図３２に示す実施例４９〜５１、図３３に示す実施例５３〜５６、図３４に示す実施例５９、図３５に示す実施例６２〜６４である。
【０１０２】
そのうち、実施例２５〜２７、２９、３０、３３、３４、４５、４６、４９、５０、５３、５４、６２及び６３は、分岐角度１．５°以上にて、前記分岐比（＝４．８ｄＢ）を実現でき、作製が容易であり、実用的である。
【０１０３】
次に、上述とは別の１つの実験例（第１９の実験例）を示す。この第１９の実験例は、上述した第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｅと同様の構成を有する実施例２５に波長λ＝４６０ｎｍの短波長の光を入力させたときの分波状態と、前記実施例２５に波長λ＝６３３ｎｍの長波長の光を入力させたときの分波状態をみたものである。
【０１０４】
実施例２５では、光導波路２２の幅Ｗｉを２．５μｍ、主光導波路２６の幅Ｗｏを２．０μｍ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂの幅Ｗｂ１及びＷｂ２を３．０μｍ、分岐角度θ１及びθ２を０．５°、ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を１．０μｍとした。
【０１０５】
そして、前記実施例２５に前記短波長の光を入力した場合は、図３６Ａに示すように、主光導波路２６での過剰損失は３．７ｄＢ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂでの過剰損失は５．７ｄＢであった。また、実施例２５に前記長波長の光を入力した場合は、図３６Ｂに示すように、主光導波路２６での過剰損失は９．１ｄＢ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂでの過剰損失は３．７ｄＢであった。
【０１０６】
通常、入力光を３つの光導波路（主光導波路２６、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂ）に等分配させた場合、各光導波路２６、２８ａ及び２８ｂでの過剰損失は４．８ｄＢ程度である。
【０１０７】
このことから、前記短波長の光を入力させた場合は、主光導波路２６での過剰損失が等分配での過剰損失よりも少ない代わりに、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂでの過剰損失が等分配での過剰損失よりも多くなっていることがわかる。これは、前記短波長の光の分岐部２４での回折現象が小さいことによるものである。
【０１０８】
同様に、前記長波長の光を入力させた場合は、主光導波路２６での過剰損失が等分配での過剰損失よりも多い代わりに、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂでの過剰損失が等分配での過剰損失よりも少なくなっている。これは、前記長波長の光の分岐部２４での回折現象が大きいことによるものである。
【０１０９】
従って、この実施例２５と同様の構成を有する第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｅのほか、第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ、並びに第６〜第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｋにおいては、多重化された波長の異なる複数の光信号を波長ごとの複数の出力に効率よく分波できることがわかる。
【０１１０】
上述の例では、入力光を分岐部２４にて分波することを主体に説明したが、もちろん、光の入出力方向を逆にすれば、即ち、主光導波路２６、副光導波路２８（第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂを含む）から光導波路２２に向けて光を伝搬させれば、分岐部２４にて効率よく光合波させることができる。
【０１１１】
なお、本発明に係る光デバイスは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光デバイスによれば、所望の分岐比を得ることができ、しかも、過剰損失の変動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る光デバイスを示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図４】第３の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図５】比較例１〜４の構成を示す平面図である。
【図６】比較例１〜４の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図７】比較例１〜４の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図８】実施例１〜４の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図９】実施例１〜４の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１０】実施例５〜８の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１１】実施例９〜１２の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１２】実施例１３〜１６の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図１３】実施例１３〜１６の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１４】実施例１７〜２０の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１５】実施例２１〜２４の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１６】第４の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図１７】第５の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図１８】第６の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図１９】第７の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２０】第８の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２１】第９の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２２】第１０の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２３】第１１の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２４】比較例５〜８の構成を示す平面図である。
【図２５】比較例５〜８の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図２６】実施例２５〜２８の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図２７】実施例２９〜３２の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図２８】実施例３３〜３６の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図２９】実施例３７〜４０の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３０】実施例４１〜４４の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３１】実施例４５〜４８の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３２】実施例４９〜５２の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３３】実施例５３〜５６の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３４】実施例５７〜６０の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３５】実施例６１〜６４の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３６】図３６Ａは、実施例２５に短波長の光を入力させた場合の分波状態を示す説明図であり、図３６Ｂは、実施例２５に長波長の光を入力させた場合の分波状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０Ａ〜１０Ｋ…光デバイス １２…基板
１４…クラッド層 １６…光導波路（コア層）
２２…光導波路 ２４…分岐部
２６…主光導波路 ２８…副光導波路
２８ａ…第１の副光導波路 ２８ｂ…第２の副光導波路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに用いられる光合分波機能（あるいは光分岐結合機能）をもった光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光合分波回路は、波長の異なる複数の光信号を１つの出力に合波したり、多重化された波長の異なる複数の光信号を波長ごとの複数の出力に分波する機能を持つものであり、例えば光波長多重（ＷＤＭ）伝送システムに使用される。
【０００３】
前記光合分波回路には、回折格子などの個別部品を組み合わせたバルク型と、アレイ光導波路の光路長差を利用したアレイ導波路格子を用いた光導波路型等がある。特に、光導波路型の光合分波回路は、小型化やコストの低廉化において有利である（例えば特許文献１〜特許文献９参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭５６−２７８４６号公報（図１、図３）
【特許文献２】
特公昭６１−８４０５号公報（図１）
【特許文献３】
特公平５−４９９６３号公報（図１、図２）
【特許文献４】
特公平６−７２９６４号公報（図４）
【特許文献５】
特公平８−７２９４号公報（図６）
【特許文献６】
特許第２５３１６３４号公報（図１）
【特許文献７】
特許第２６６７２６４号公報（図１）
【特許文献８】
特許第２５７９００５号公報（図１）
【特許文献９】
特許第２８７０４９９号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光合分波回路は、例えば１つの光導波路が１つの分岐部において１つの主光導波路と１以上の副光導波路に分岐された構造を有するが、従来の光合分波回路は、分岐部分の幅がゼロとなるように設計されている。
【０００６】
しかし、実際には、作製時において、前記分岐部分に有限の幅（設計時において想定していない幅）が生じてしまい、その結果、所望の分岐比が達成できなかったり、所定の過剰損失よりも大きな過剰損失が生じるおそれがある。また、分岐部分に有限の幅が生じることを想定していないことから、作製時において、光デバイス毎に分岐部分の幅にばらつきが生じ、光デバイス毎に分岐比や過剰損失がばらつくおそれもある。
【０００７】
特に、３ｄＢ（等分配）カプラーなどにおいては、上述の懸念が具体的な問題として顕著に現れる。即ち、従来の場合、３ｄＢカプラーを想定すると、分岐角度（主光導波路と副光導波路とのなす角）を例えば２°以下に設定する必要があるが、このような小さい角度において分岐部分に想定しない幅が発生したとき、大きな過剰損失が発生するという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、所望の分岐比を得ることができ、しかも、過剰損失の変動を低減することができる光デバイスを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光デバイスは、低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成され、１つの光導波路が１つの分岐部において１つの主光導波路と１以上の副光導波路に分岐された構造を有する合分波機能をもった光デバイスにおいて、前記主光導波路の幅をＷｏ、前記主光導波路の前記分岐部における最小幅をＷｍ、前記副光導波路の幅をＷｂとしたとき、
Ｗｍ＜Ｗｂ≦Ｗｏ、又は
Ｗｍ＜Ｗｏ≦Ｗｂ
であることを特徴とする。
【００１０】
主光導波路の前記分岐部における最小幅Ｗｍ、主光導波路の幅Ｗｏ及び副光導波路の幅Ｗｂを上述の条件で適宜調整することで、所望の分岐比を得ることができ、しかも、過剰損失の変動を低減することができる。
【００１１】
そして、前記構成において、前記主光導波路の前記分岐部における最小幅Ｗｍが、前記主光導波路の幅Ｗｏよりも小さい場合に、前記主光導波路のうち、前記分岐部に向かう部分が、所定距離にわたって直線状あるいは曲線状のテーパ形状とされていてもよい。テーパ形状とする距離を適宜調整することによっても所望の分岐比を得ることができると共に、過剰損失の変動を低減することができる。
【００１２】
この場合、分岐部における前記主光導波路と前記副光導波路とのギャップの幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ≧０μｍであってもよい。
【００１３】
そして、前記ギャップの幅ＷｇがＷｇ＞０μｍである場合においては、前記ギャップの部分に、前記クラッド層との界面であって、かつ、前記１つの光導波路の光軸とほぼ直交するように延在してなる界面を有することが好ましい。
【００１４】
特に、前記主光導波路の前記分岐部における最小幅Ｗｍが前記主光導波路の幅Ｗｏよりも小さく、かつ、前記ギャップの幅ＷｇがＷｇ＞０μｍである場合においては、前記ギャップの部分に、前記１つの光導波路と前記クラッド層との界面であって、かつ、前記１つの光導波路の光軸とほぼ直交するように延在してなる界面を有することが好ましい。
【００１５】
このように、前記界面、即ち、前記１つの光導波路の光軸とほぼ直交して形成された低屈折率と高屈折率の界面を有していることから、該界面において、光の回折が発生しやすくなり、回折現象が小さい短波長の光成分は、例えば主光導波路を透過し、回折現象が大きい長波長の光成分は、副光導波路を透過することとなる。
【００１６】
これは、分岐角度を大きくできることにつながり、光デバイスの作製が容易になると共に、過剰損失の変動も大幅に低減させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る光デバイスは、低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成され、１つの光導波路が１つの分岐部において１つの主光導波路と１以上の副光導波路に分岐された構造を有する合分波機能をもった光デバイスにおいて、前記分岐部における前記主光導波路と前記副光導波路とのギャップの幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＞０μｍであって、かつ、前記主光導波路における短波長の光に対する過剰損失が、前記副光導波路における前記短波長の光に対する過剰損失よりも小さいことを特徴とする。また、本発明は、前記主光導波路における長波長の光に対する過剰損失が、前記副光導波路における前記長波長の光に対する過剰損失よりも大きいことを特徴とする。
【００１８】
これにより、多重化された波長の異なる複数の光信号を波長ごとの複数の出力に効率よく分波できる。もちろん、光の入出力方向を逆にすれば、主光導波路並びに１以上の副光導波路を伝搬する異なった波長の光を前記分岐部にて効率よく光合波させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光デバイスを例えば光合分波回路に適用したいくつかの実施の形態例を図１〜図３６Ｂを参照しながら説明する。
【００２０】
まず、第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａは、図１に示すように、基板１２と、該基板１２上に形成された低屈折率のクラッド層１４と、該クラッド層１４に包含された高屈折率の光導波路１６であるコア層とを有する。
【００２１】
前記光導波路（コア層）１６は、図２に示すように、１つの光入出力部２０につながる１つの光導波路２２が１つの分岐部２４において所定の分岐角度θをもって１つの主光導波路２６と１つの副光導波路２８に分岐された構造を有する合分波機能をもつ。主光導波路２６の光軸は、前記光入出力部２０につながる光導波路２２の光軸と同じ方向とされている。
【００２２】
光導波路１６は、例えば石英等のガラス材料、あるいはポリマー材料、ＬｉＮｂＯ３、ＰＬＺＴ等の光学材料が用いられ、基板１２としてガラス材料、シリコンＳｉ、あるいは金属が用いられる。
【００２３】
そして、この第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａは、１つの光導波路２２の幅をＷｉ、主光導波路２６の幅をＷｏ、副光導波路２８の幅をＷｂとしたとき、
Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ
を満足し、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅をＷｍとしたとき、
Ｗｍ＜Ｗｏ
を満足し、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と副光導波路２８とのギャップの幅をＷｇ（図３参照）としたとき、
Ｗｇ＝０μｍ
を満足するように構成されている。
【００２４】
また、前記最小幅Ｗｍが、主光導波路２６の幅Ｗｏよりも小さいことから、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分が、所定距離Ｌｔにわたって直線状あるいは曲線状のテーパ形状とされている。この実施の形態では直線状のテーパ形状としている。
【００２５】
次に、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂは、図３に示すように、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と副光導波路２８とのギャップの幅Ｗｇが、
Ｗｇ＜Ｗｏ−Ｗｍ
である点で異なる。
【００２６】
次に、第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃは、図４に示すように、上述した第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における前記ギャップの幅Ｗｇが、
Ｗｇ＞Ｗｏ−Ｗｍ
である点で異なる。
【００２７】
次に、これら第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃと比較例との効果の違いを７つの実験例（第１〜第７の実験例）を参照して説明する。
【００２８】
まず、第１の実験例は、比較例１〜４について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。
【００２９】
ここで、分岐角度による過剰損失の変動とは、与えられた分岐角度によって副光導波路２８から出力される理想の光出力による過剰損失と、実際の光出力による過剰損失との差を示す。また、光導波路（コア層）１６とクラッド層１４（図１参照）との規格化屈折率差ΔＮｃを０．３％、入力光の波長λを１．５５μｍとした。
【００３０】
比較例１〜４は、図５に示すように、１つの光導波路２２の幅Ｗｉ、主光導波路２６の幅Ｗｏ、副光導波路２８の幅Ｗｂの関係をＷｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ＝８μｍとした。
【００３１】
そして、比較例１は、分岐部２４における主光導波路２６と副光導波路２８とのギャップの幅Ｗｇを０μｍとし、比較例２は、前記ギャップの幅Ｗｇを２μｍとし、比較例３は、前記ギャップの幅Ｗｇを４μｍとし、比較例４は、前記ギャップの幅Ｗｇを６μｍとした。
【００３２】
比較例１〜４に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図６に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図７に示す。
【００３３】
次に、第２の実験例は、実施例１〜４について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。
【００３４】
実施例１〜４は、上述した第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ＝８μｍとし、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍを５μｍ、分岐部２４におけるテーパ形状の部分の所定距離Ｌｔを０．０５ｍｍとした場合を示す。
【００３５】
そして、実施例１は、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ（図２参照）と同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇを０μｍとした。実施例２は、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂ（図３参照）と同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇを２μｍとした。実施例３及び４は共に第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃ（図４参照）と同様の構成を有し、実施例３はギャップの幅Ｗｇを４μｍとし、実施例４はギャップの幅Ｗｇを６μｍとした。
【００３６】
前記実施例１〜４に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図８に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図９に示す。
【００３７】
次に、第３の実験例は、実施例５〜８について分岐角度による分岐比の変化及び過剰損失の変動をみたものである。
【００３８】
実施例５〜８は、上述した第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ＝８μｍとし、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍを３μｍ、所定距離Ｌｔを０．０５ｍｍとした場合を示す。
【００３９】
そして、実施例５は、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ＝０μｍである。実施例６及び実施例７は、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂと同様の構成を有し、実施例６のギャップの幅Ｗｇを２μｍとし、実施例７のギャップの幅Ｗｇを４μｍとした。実施例８は第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇは６μｍである。前記実施例５〜８に関し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１０に示す。なお、分岐角度による分岐比の変化の測定結果は第１〜第４の実施例とほぼ同じであったため、図８で代用する。
【００４０】
次に、第４の実験例は、実施例９〜１２について分岐角度による分岐比の変化及び過剰損失の変動をみたものである。
【００４１】
実施例９〜１２は、上述した第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ＝８μｍとし、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍを１μｍ、所定距離Ｌｔを０．０５ｍｍとした場合を示す。
【００４２】
そして、実施例９は、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇを０μｍとした。実施例１０〜１２は、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂと同様の構成を有し、実施例１０のギャップの幅Ｗｇを２μｍ、実施例１１のギャップの幅Ｗｇを４μｍ、実施例１２のギャップの幅Ｗｇを６μｍとした。前記実施例９〜１２に関し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１１に示す。なお、分岐角度による分岐比の変化の測定結果は第１〜第４の実施例とほぼ同じであったため、図８で代用する。
【００４３】
これら第１〜第４の実験例から、２等分の分岐比（３ｄＢ）を得る場合は、比較例１〜４では、図６に示すように、分岐角度を約１．８°とし、実施例１〜１２においても、図８に示すように、分岐角度を約１．８°とすればよい。
【００４４】
この場合、比較例１〜４における分岐角度＝１．８°での過剰損失の変動は、図７に示すように、比較例１では約０．２ｄＢ、比較例２では約０．４ｄＢ、比較例３では約０．７５ｄＢ、比較例４では約１．３ｄＢとなっている。
【００４５】
一方、実施例１〜１２のうち、分岐角度＝１．８°を実現できる実施例は、実施例３、４及び８となっている。これら実施例３、４及び８では、それぞれ過剰損失の変動が比較例１〜４と比して全体的に低くなっている。
【００４６】
例えばギャップの幅Ｗｇを４μｍとした場合の比較例３と実施例３における過剰損失の変動を比較すると、比較例３では、約０．７５ｄＢであるが、実施例３では約０．２ｄＢであり大幅に低くなっている。また、ギャップの幅Ｗｇを６μｍとした場合の比較例４、実施例４及び８の過剰損失の変動は、比較例４では、約１．３ｄＢであるが、実施例４では約０．５ｄＢ、実施例８では約０．２５ｄＢであり、比較例４よりも大幅に低くなっていることがわかる。
【００４７】
次に、第５〜第７の実験例について説明する。これら第５〜第７の実験例においても、規格化屈折率差ΔＮｃを０．３％、入力光の波長λを１．５５μｍとした。
【００４８】
まず、第５の実験例は、実施例１３〜１６について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。実施例１３〜１６は、上述した実施例１〜４とそれぞれ同様の構成を有するが、分岐部２４におけるテーパ形状の部分の所定距離Ｌｔが共に１．０ｍｍである点で異なる。前記実施例１３〜１６に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図１２に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１３に示す。
【００４９】
次に、第６の実験例は、実施例１７〜２０について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。実施例１７〜２０は、上述した実施例５〜８とそれぞれ同様の構成を有するが、前記所定距離Ｌｔが共に１．０ｍｍである点で異なる。前記実施例１７〜２０に関し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１４に示す。なお、分岐角度による分岐比の変化の測定結果は第１３〜第１６の実施例とほぼ同じであったため、図１２で代用する。
【００５０】
次に、第７の実験例は、実施例２１〜２４について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。実施例２１〜２４は、上述した実施例９〜１２とそれぞれ同様の構成を有するが、前記所定距離Ｌｔが共に１．０ｍｍである点で異なる。前記実施例２１〜２４に関し、分岐角度による過剰損失の測定結果を図１５に示す。なお、分岐角度による分岐比の変化の測定結果は第１３〜第１６の実施例とほぼ同じであったため、図１２で代用する。
【００５１】
上述の第５〜第７の実験例からもわかるように、等分配の分岐比（３ｄＢ）を得る場合は、分岐角度を約２°とすればよい。また、実施例１３〜２４では、すべてについて分岐角度２°が実現されている。
【００５２】
そして、例えばギャップの幅Ｗｇを０μｍとした場合の比較例１と実施例１３、１７、２１における過剰損失の変動を比較すると、比較例１では、約０．２ｄＢであるが、実施例１３及び１７では約０．１ｄＢ、実施例２１では約０．３ｄＢであり、実施例１３及び１７において大幅に低減されていることがわかる。
【００５３】
同様に、ギャップの幅Ｗｇを２μｍとした場合の比較例２と実施例１４、１８、２２における過剰損失の変動を比較すると、比較例２では、約０．４ｄＢであるが、実施例１４及び実施例１８では約０．２５ｄＢ、実施例２２では約０．５ｄＢであり、実施例１４及び１８において大幅に低減されていることがわかる。
【００５４】
同様に、ギャップの幅Ｗｇを４μｍとした場合の比較例３と実施例１５、１９、２３における過剰損失の変動を比較すると、比較例３では、約０．７５ｄＢであるが、実施例１５では約０．６ｄＢ、実施例１９では約０．５５ｄＢ、実施例２３では約０．７５ｄＢであり、実施例１５及び１９において大幅に低減されていることがわかる。
【００５５】
同様に、ギャップの幅Ｗｇを６μｍとした場合の比較例４と実施例１６、２０、２４における過剰損失の変動を比較すると、比較例４では、約１．３ｄＢであるが、実施例１６では約１．１５ｄＢ、実施例２０では約１．０ｄＢ、実施例２４では約１．０ｄＢであり、実施例１６、２０及び２４において大幅に低減されていることがわかる。
【００５６】
従って、前記所定距離Ｌｔを最適化することによっても、過剰損失の変動を有効に低減できることがわかる。
【００５７】
このように、上述した第１〜第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ〜１０Ｃにおいては、第１〜第７の実験例からもわかるように、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍ、主光導波路の幅Ｗｏ及び副光導波路の幅Ｗｂを
Ｗｍ＜Ｗｂ≦Ｗｏ、又は
Ｗｍ＜Ｗｏ≦Ｗｂ
の条件で適宜調整することで、所望の分岐比を得ることができ、しかも、過剰損失の変動を低減することができる。
【００５８】
また、前記最小幅Ｗｍが、主光導波路２６の幅Ｗｏよりも小さい場合に、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分を、所定距離Ｌｔにわたってテーパ形状としたので、このテーパ形状とする所定距離Ｌｔを適宜調整することによっても所望の分岐比を得ることができると共に、過剰損失の変動を低減することができる。
【００５９】
特に、前記最小幅Ｗｍが主光導波路２６の幅Ｗｏよりも小さく、かつ、ギャップの幅ＷｇがＷｇ＞０μｍである場合においては、例えば図３及び図４に示すように、ギャップの部分に、１つの光導波路２２の光軸とほぼ直交するように延在してなる界面３０が存在することになる。
【００６０】
この界面３０は、１つの光導波路２２の光軸とほぼ直交して形成された低屈折率と高屈折率の界面であることから、該界面３０において、入力光の回折が発生しやすくなり、回折現象が小さい短波長の光成分は、例えば主光導波路２６を透過し、回折現象が大きい長波長の光成分は、副光導波路２８を透過しやすくなる。
【００６１】
これは、分岐角度θを大きくできることにつながり、光デバイス１０Ｂ及び１０Ｃの作製が容易になると共に、過剰損失の変動も大幅に低減させることができる。
【００６２】
次に、第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄについて図１６を参照しながら説明する。
【００６３】
この第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄは、図１６に示すように、１つの光入出力部２０につながる１つの光導波路２２が１つの分岐部２４においてそれぞれ所定の分岐角度θ１及びθ２をもって１つの主光導波路２６と２つの副光導波路（第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂ）に分岐された構造を有する点で異なる。
【００６４】
主光導波路２６の光軸は、前記光入出力部２０につながる光導波路２２の光軸と同じ方向とされ、第１の副光導波路２８ａの光軸は、上面からみて例えば分岐部２４から左斜め方向に延び、第２の副光導波路２８ｂの光軸は、上面からみて例えば分岐部２４から右斜め方向に延びている。
【００６５】
そして、この第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄは、１つの光導波路２２の幅をＷｉ、主光導波路２６の幅をＷｏ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂの幅をＷｂ１及びＷｂ２としたとき、
Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＞Ｗｏ
を満足し、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅をＷｍとしたとき、
Ｗｍ＝Ｗｏ
を満足し、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅をそれぞれＷｇ１及びＷｇ２（図１７参照）としたとき、
Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍ
を満足するように構成されている。
【００６６】
次に、第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｅは、図１７に示すように、上述した第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１＞０μｍ
Ｗｇ２＞０μｍ
である点で異なる。
【００６７】
次に、第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆは、図１８に示すように、上述した第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄとほぼ同様の構成を有するが、１つの光導波路２２の幅Ｗｉ、主光導波路２６の幅Ｗｏ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂの各幅Ｗｂ１及びＷｂ２の関係が、
Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝Ｗｏ
であり、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍが、
Ｗｍ＜Ｗｏ
であり、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２（図１９参照）が、
Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍ
である点で異なる。
【００６８】
また、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分（左右部分）が、それぞれ所定距離Ｌｔ１及びＬｔ２にわたって直線状あるいは曲線状のテーパ形状とされている。この第６の実施の形態ではそれぞれ直線状のテーパ形状としている。
【００６９】
次に、第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇは、図１９に示すように、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１＜（Ｗｏ／２）−（Ｗｍ／２）
Ｗｇ２＜（Ｗｏ／２）−（Ｗｍ／２）
である点で異なる。
【００７０】
次に、第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｈは、図２０に示すように、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１＞（Ｗｏ／２）−（Ｗｍ／２）
Ｗｇ２＞（Ｗｏ／２）−（Ｗｍ／２）
である点で異なる。
【００７１】
次に、第９の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉは、図２１に示すように、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆとほぼ同様の構成を有するが、１つの光導波路２２の幅Ｗｉ、主光導波路２６の幅Ｗｏ、第１及び第２の副光導波路の幅Ｗｂ１及びＷｂ２の関係が、
Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝Ｗｏ
であり、かつ、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍが、
Ｗｍ＝０μｍ
であり、かつ、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２（図２２参照）が、
Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍ
である点で異なる。
【００７２】
また、主光導波路２６のうち、分岐部２４に向かう部分（左右部分）が、所定距離Ｌｔ１及びＬｔ２にわたって直線状あるいは曲線状のテーパ形状とされている。この第９の実施の形態ではそれぞれ直線状のテーパ形状としている。
【００７３】
次に、第１０の実施の形態に係る光デバイス１０Ｊは、図２２に示すように、上述した第９の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１≦（Ｗｏ／２）
Ｗｇ２≦（Ｗｏ／２）
である点で異なる。
【００７４】
次に、第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｋは、図２３に示すように、上述した第９の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉとほぼ同様の構成を有するが、分岐部２４における主光導波路２６と第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂとの各ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が、
Ｗｇ１＞（Ｗｏ／２）
Ｗｇ２＞（Ｗｏ／２）
である点で異なる。
【００７５】
次に、これら第４〜第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ〜１０Ｋと比較例との効果の違いを１０の実験例（第８〜第１８の実験例）を参照して説明する。これら第８〜第１８の実験例において、光導波路（コア層）１６とクラッド層１４（図１参照）との規格化屈折率差ΔＮｃを０．３％、入力光の波長λを１．５５μｍとした。
【００７６】
まず、第８の実験例は、比較例５〜８について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００７７】
比較例５〜８は、図２４に示すように、１つの光導波路２２の幅Ｗｉ、主光導波路２６の幅Ｗｏ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂの幅Ｗｂ１及びＷｂ２の関係をＷｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとした。そして、比較例５〜８はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記比較例５〜８に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２５に示す。
【００７８】
次に、第９の実験例は、実施例２５〜２８について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００７９】
実施例２５〜２８は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、主光導波路２６の幅Ｗｏを１μｍとした。そして、実施例２５〜２８はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例２５〜２８に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２６に示す。
【００８０】
次に、第１０の実験例は、実施例２９〜３２について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８１】
実施例２９〜３２は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｏを２μｍとした。そして、実施例２９〜３２はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例２９〜３２に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２７に示す。
【００８２】
次に、第１１の実験例は、実施例３３〜３６について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８３】
実施例３３〜３６は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｏを３μｍとした。そして、実施例３３〜３６はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例３３〜３６に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２８に示す。
【００８４】
次に、第１２の実験例は、実施例３７〜４０について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８５】
実施例３７〜４０は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｏを４μｍとした。そして、実施例３７〜４０はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例３７〜４０に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２９に示す。
【００８６】
次に、第１３の実験例は、実施例４１〜４４について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８７】
実施例４１〜４４は、上述した第４及び第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ及び１０Ｅ（図１６及び図１７参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｏ＝６μｍとした。そして、実施例４１〜４４はそれぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍとした。前記実施例４１〜４４に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３０に示す。
【００８８】
次に、第１４の実験例は、実施例４５〜４８について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００８９】
実施例４５〜４８は、上述した第６〜第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｈ（図１８〜図２０参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、主光導波路２６の分岐部２４における最小幅Ｗｍを２μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝２ｍｍとした場合を示す。
【００９０】
そして、実施例４５は、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍである。実施例４６は、第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝２μｍである。実施例４７及び実施例４８は、第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｈと同様の構成を有し、実施例４７のギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝４μｍであり、実施例４８のギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝６μｍである。前記実施例４５〜４８に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３１に示す。
【００９１】
次に、第１５の実験例は、実施例４９〜５２について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００９２】
実施例４９〜５２は、上述した第６〜第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｈにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｍを２μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝１ｍｍとした場合を示す。そして、実施例４９〜５２は、それぞれギャップの幅Ｗｇが０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍである。これら実施例４９〜５２に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３２に示す。
【００９３】
次に、第１６の実験例は、実施例５３〜５６について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００９４】
実施例５３〜５６は、上述した第６〜第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｈにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｍを２μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝０．５ｍｍとした場合を示す。そして、実施例５３〜５６は、それぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍである。これら実施例５３〜５６に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３３に示す。
【００９５】
次に、第１７の実験例は、実施例５７〜６０について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００９６】
実施例５７〜６０は、上述した第６〜第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｈにおいて、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、前記幅Ｗｍを２μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝０．２ｍｍとした場合を示す。そして、実施例５７〜６０は、それぞれギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２が０μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍである。これら実施例５７〜６０に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３４に示す。
【００９７】
次に、第１８の実験例は、実施例６１〜６４について分岐角度による分岐比の変化をみたものである。
【００９８】
実施例６１〜６４は、上述した第９〜第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉ〜１０Ｋ（図２１〜図２３参照）において、各幅Ｗｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝８μｍとし、主光導波路の分岐部における最小幅Ｗｍを０μｍとし、所定距離Ｌｔ１＝Ｌｔ２＝０．２ｍｍとした場合を示す。
【００９９】
そして、実施例６１は、上述した第９の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝０μｍである。実施例６２及び実施例６３は、第１０の実施の形態に係る光デバイス１０Ｊと同様の構成を有し、実施例６２のギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝２μｍであり、実施例６３のギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝４μｍである。実施例６４は、第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｋと同様の構成を有し、ギャップの幅Ｗｇ１＝Ｗｇ２＝６μｍである。前記実施例６１〜６４に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図３５に示す。
【０１００】
そして、３等分配の分岐比を得るには、分岐比が４．８ｄＢを満足すればよいから、比較例５〜８のうち、この分岐比を実現できるものは、図２５に示すように、比較例７のみである。しかし、この比較例７で分岐比＝４．８ｄＢを得るには分岐角度を約０．１°としなければならず、作製が困難で、実用的ではない。
【０１０１】
一方、実施例２５〜６４のうち、前記分岐比（＝４．８ｄＢ）を実現できるものは、図２６に示す実施例２５〜２８、図２７に示す実施例２９〜３１、図２８に示す実施例３３〜３５、図２９に示す実施例３７〜３９、図３０に示す実施例４１〜４３、図３１に示す実施例４５〜４８、図３２に示す実施例４９〜５１、図３３に示す実施例５３〜５６、図３４に示す実施例５９、図３５に示す実施例６２〜６４である。
【０１０２】
そのうち、実施例２５〜２７、２９、３０、３３、３４、４５、４６、４９、５０、５３、５４、６２及び６３は、分岐角度１．５°以上にて、前記分岐比（＝４．８ｄＢ）を実現でき、作製が容易であり、実用的である。
【０１０３】
次に、上述とは別の１つの実験例（第１９の実験例）を示す。この第１９の実験例は、上述した第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｅと同様の構成を有する実施例２５に波長λ＝４６０ｎｍの短波長の光を入力させたときの分波状態と、前記実施例２５に波長λ＝６３３ｎｍの長波長の光を入力させたときの分波状態をみたものである。
【０１０４】
実施例２５では、光導波路２２の幅Ｗｉを２．５μｍ、主光導波路２６の幅Ｗｏを２．０μｍ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂの幅Ｗｂ１及びＷｂ２を３．０μｍ、分岐角度θ１及びθ２を０．５°、ギャップの幅Ｗｇ１及びＷｇ２を１．０μｍとした。
【０１０５】
そして、前記実施例２５に前記短波長の光を入力した場合は、図３６Ａに示すように、主光導波路２６での過剰損失は３．７ｄＢ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂでの過剰損失は５．７ｄＢであった。また、実施例２５に前記長波長の光を入力した場合は、図３６Ｂに示すように、主光導波路２６での過剰損失は９．１ｄＢ、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂでの過剰損失は３．７ｄＢであった。
【０１０６】
通常、入力光を３つの光導波路（主光導波路２６、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂ）に等分配させた場合、各光導波路２６、２８ａ及び２８ｂでの過剰損失は４．８ｄＢ程度である。
【０１０７】
このことから、前記短波長の光を入力させた場合は、主光導波路２６での過剰損失が等分配での過剰損失よりも少ない代わりに、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂでの過剰損失が等分配での過剰損失よりも多くなっていることがわかる。これは、前記短波長の光の分岐部２４での回折現象が小さいことによるものである。
【０１０８】
同様に、前記長波長の光を入力させた場合は、主光導波路２６での過剰損失が等分配での過剰損失よりも多い代わりに、第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂでの過剰損失が等分配での過剰損失よりも少なくなっている。これは、前記長波長の光の分岐部２４での回折現象が大きいことによるものである。
【０１０９】
従って、この実施例２５と同様の構成を有する第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｅのほか、第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄ、並びに第６〜第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ〜１０Ｋにおいては、多重化された波長の異なる複数の光信号を波長ごとの複数の出力に効率よく分波できることがわかる。
【０１１０】
上述の例では、入力光を分岐部２４にて分波することを主体に説明したが、もちろん、光の入出力方向を逆にすれば、即ち、主光導波路２６、副光導波路２８（第１及び第２の副光導波路２８ａ及び２８ｂを含む）から光導波路２２に向けて光を伝搬させれば、分岐部２４にて効率よく光合波させることができる。
【０１１１】
なお、本発明に係る光デバイスは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光デバイスによれば、所望の分岐比を得ることができ、しかも、過剰損失の変動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る光デバイスを示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図４】第３の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図５】比較例１〜４の構成を示す平面図である。
【図６】比較例１〜４の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図７】比較例１〜４の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図８】実施例１〜４の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図９】実施例１〜４の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１０】実施例５〜８の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１１】実施例９〜１２の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１２】実施例１３〜１６の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図１３】実施例１３〜１６の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１４】実施例１７〜２０の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１５】実施例２１〜２４の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１６】第４の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図１７】第５の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図１８】第６の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図１９】第７の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２０】第８の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２１】第９の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２２】第１０の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２３】第１１の実施の形態に係る光デバイスの要部を示す平面図である。
【図２４】比較例５〜８の構成を示す平面図である。
【図２５】比較例５〜８の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図２６】実施例２５〜２８の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図２７】実施例２９〜３２の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図２８】実施例３３〜３６の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図２９】実施例３７〜４０の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３０】実施例４１〜４４の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３１】実施例４５〜４８の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３２】実施例４９〜５２の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３３】実施例５３〜５６の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３４】実施例５７〜６０の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３５】実施例６１〜６４の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図３６】図３６Ａは、実施例２５に短波長の光を入力させた場合の分波状態を示す説明図であり、図３６Ｂは、実施例２５に長波長の光を入力させた場合の分波状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０Ａ〜１０Ｋ…光デバイス １２…基板
１４…クラッド層 １６…光導波路（コア層）
２２…光導波路 ２４…分岐部
２６…主光導波路 ２８…副光導波路
２８ａ…第１の副光導波路 ２８ｂ…第２の副光導波路
Claims (7)
- 低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成され、
１つの光導波路が１つの分岐部において１つの主光導波路と１以上の副光導波路に分岐された構造を有する合分波機能をもった光デバイスにおいて、
前記主光導波路の幅をＷｏ、前記主光導波路の前記分岐部における最小幅をＷｍ、前記副光導波路の幅をＷｂとしたとき、
Ｗｍ＜Ｗｂ≦Ｗｏ、又は
Ｗｍ＜Ｗｏ≦Ｗｂ
であることを特徴とする光デバイス。 - 請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記主光導波路の前記分岐部における最小幅Ｗｍが、前記主光導波路の幅Ｗｏよりも小さい場合に、
前記主光導波路のうち、前記分岐部に向かう部分が、所定距離にわたって直線状あるいは曲線状のテーパ形状とされていることを特徴とする光デバイス。 - 請求項１又は２記載の光デバイスにおいて、
前記分岐部における前記主光導波路と前記副光導波路とのギャップの幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ≧０μｍであることを特徴とする光デバイス。 - 請求項３記載の光デバイスにおいて、
前記ギャップの幅ＷｇがＷｇ＞０μｍである場合に、
前記ギャップの部分に、前記クラッド層との界面であって、かつ、前記１つの光導波路の光軸とほぼ直交するように延在してなる界面を有することを特徴とする光デバイス。 - 請求項３記載の光デバイスにおいて、
前記主光導波路の前記分岐部における最小幅Ｗｍが前記主光導波路の幅Ｗｏよりも小さく、かつ、前記ギャップの幅ＷｇがＷｇ＞０μｍである場合に、
前記ギャップの部分に、前記１つの光導波路と前記クラッド層との界面であって、かつ、前記１つの光導波路の光軸とほぼ直交するように延在してなる界面を有することを特徴とする光デバイス。 - 低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成され、
１つの光導波路が１つの分岐部において１つの主光導波路と１以上の副光導波路に分岐された構造を有する合分波機能をもった光デバイスにおいて、
前記分岐部における前記主光導波路と前記副光導波路とのギャップの幅をＷｇとしたとき、Ｗｇ＞０μｍであって、
かつ、前記主光導波路における短波長の光に対する過剰損失が、前記副光導波路における前記短波長の光に対する過剰損失よりも小さいことを特徴とする光デバイス。 - 請求項６記載の光デバイスにおいて、
前記主光導波路における長波長の光に対する過剰損失が、前記副光導波路における前記長波長の光に対する過剰損失よりも大きいことを特徴とする光デバイス。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003042320A JP2004252142A (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | 光デバイス |
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|---|---|---|---|
| JP2003042320A JP2004252142A (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | 光デバイス |
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| JP2003042320A Pending JP2004252142A (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | 光デバイス |
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101542476B1 (ko) * | 2013-10-14 | 2015-08-06 | 김동호 | 다수의 단파장 광을 결합하기 위한 다중 광 결합기 |
| KR20150124073A (ko) * | 2014-04-25 | 2015-11-05 | 한국과학기술원 | 분기된 광 도파로를 이용한 3차원 광 연결 구조 |
-
2003
- 2003-02-20 JP JP2003042320A patent/JP2004252142A/ja active Pending
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| US9477044B2 (en) | 2014-04-25 | 2016-10-25 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | 3-dimensional optical interconnection structure using branched waveguides |
| KR101675193B1 (ko) | 2014-04-25 | 2016-11-11 | 한국과학기술원 | 분기된 광 도파로를 이용한 3차원 광 연결 구조 |
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