JP2006323137A - Optical combined/branch circuit and optical multiplexing/demultiplexing circuit - Google Patents

Optical combined/branch circuit and optical multiplexing/demultiplexing circuit Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical combined/branch circuit that can be formed without a pattern conversion error and makes reflected light less likely to occur. <P>SOLUTION: The optical combined/branch circuit 100 includes: a three-dimensional waveguide having an input waveguide 101 or an output waveguide 103; and two-dimensional propagation area 102 formed wide enough so as not to sideways enclose light signals made incident from the input waveguide 101. Grooves 105 and 106 for enclosing the light signals are formed only on both sides of the input waveguide 101 and the output waveguide 103. The widths of the grooves 105 and 106 are made almost constant and equal to or greater than the depth thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光集積回路に用いる光合流分岐回路及び光合分波回路に関する。   The present invention relates to an optical add / drop circuit and an optical add / drop circuit used in an optical integrated circuit.

光集積回路を実現するためには作製が容易で低損失な光合流分岐回路を実現する必要がある。近年、作製が容易で低損失な光合流分岐回路の構造としてスター型カプラが提案されている(特許文献1の図7、非特許文献1を参照)。   In order to realize an optical integrated circuit, it is necessary to realize an optical merging / branching circuit that is easy to manufacture and has low loss. In recent years, a star-type coupler has been proposed as a structure of an optical merging / branching circuit that is easy to manufacture and has low loss (see FIG. 7 of Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

ここで、図7に、従来の光合流分岐回路、いわゆるスターカプラの構造の一例を示す。この図に示すように、光合流分岐回路700は、1本の入力導波路701と、6本の出力導波路703a〜703fと、入力導波路701と出力導波路703との間に形成された2次元伝搬領域702とを有しており、1入力6出力の半導体光合流分岐回路である。   FIG. 7 shows an example of the structure of a conventional optical merging / branching circuit, so-called star coupler. As shown in this figure, the optical merge branch circuit 700 is formed between one input waveguide 701, six output waveguides 703a to 703f, and the input waveguide 701 and the output waveguide 703. This is a one-input six-output semiconductor optical merging / branching circuit having a two-dimensional propagation region 702.

この光合流分岐回路700の動作原理は、簡単に以下の通りである。入力導波路701から十分に幅の広い2次元伝搬領域702に入射した光信号は、2次元伝搬領域702内に拡散しながら伝搬する。このときの広がり角θは、2次元伝搬領域702への入射時のスポットサイズ、言い換えると、入力導波路701の導波モードのスポットサイズw0により以下の様に表される。
θ = tan-1(λ/n/π/w0) (1)
The operating principle of this optical merging / branching circuit 700 is briefly as follows. An optical signal that has entered the two-dimensional propagation region 702 having a sufficiently wide width from the input waveguide 701 propagates while diffusing into the two-dimensional propagation region 702. The divergence angle θ at this time is expressed as follows according to the spot size at the time of incidence on the two-dimensional propagation region 702, in other words, the waveguide mode spot size w 0 of the input waveguide 701.
θ = tan −1 (λ / n / π / w 0 ) (1)

ここで、λは入射光の真空中における波長であり、nは媒質の屈折率である。いま、入射光が2次元伝搬領域702を距離zだけ伝搬したとすると、そのときのビーム(入射光)の広がりは(1)式より
w(z) = 2z・tanθ = 2・z・λ/n/π/w0 (2)
となる。
Here, λ is the wavelength of incident light in vacuum, and n is the refractive index of the medium. Now, assuming that the incident light propagates through the two-dimensional propagation region 702 by a distance z, the spread of the beam (incident light) at that time is as follows from the equation (1): w (z) = 2z · tan θ = 2 · z · λ / n / π / w 0 (2)
It becomes.

入射電界がガウス形状をしていたとすると、光信号はガウス形状を保ちつつ広がっていき、このw(z)は距離zだけ伝搬したときのガウスビームのスポットサイズを示していることになる。領域702が2次元伝搬領域として作用するためには、入射光が2次元伝搬領域において、導波路の側壁を感じない程度に、あるいは横方向の閉じ込めを感じない程度に2次元伝搬領域の幅が広いことが必要であるため、入射端から距離zのときにその幅が(2)式で表されるw(z)よりも十分に広いことが要求される。   If the incident electric field has a Gaussian shape, the optical signal spreads while maintaining the Gaussian shape, and this w (z) indicates the spot size of the Gaussian beam when propagating by the distance z. In order for the region 702 to act as a two-dimensional propagation region, the width of the two-dimensional propagation region is such that incident light does not feel the side wall of the waveguide or does not feel lateral confinement in the two-dimensional propagation region. Since it is necessary to be wide, the width is required to be sufficiently wider than w (z) expressed by the equation (2) at a distance z from the incident end.

ここで、2次元伝搬領域702の長さがLであるとすると、2次元伝搬領域702の終端におけるビームの広がりは(2)式より2L・λ/n/π/w0となる。そのため、2次元伝搬領域702の中心から±L・λ/n/π/w0の範囲に出力導波路703を配置すれば、入力信号は6本の出力導波路703a〜703fに分配され、分岐回路として動作する。このように2次元伝搬領域702を介して1度にスター状に複数本の導波路に分岐することができることから、本構成の光合流分岐回路はスターカプラと呼ばれている。逆に、出力導波路703a〜703fの何れかから光信号が入射した場合は、前記6分岐動作の逆過程の動作となり、光線逆行の定理により入射光が入力導波路701に結合し、6入力1出力のカプラとして動作する。 Here, if the length of the two-dimensional propagation region 702 is L, the beam spread at the end of the two-dimensional propagation region 702 is 2L · λ / n / π / w 0 according to the equation (2). Therefore, if the output waveguide 703 is arranged in the range of ± L · λ / n / π / w 0 from the center of the two-dimensional propagation region 702, the input signal is distributed to the six output waveguides 703a to 703f and branched. Operates as a circuit. As described above, the optical merging / branching circuit of this configuration is called a star coupler because it can be branched into a plurality of waveguides in a star shape at a time via the two-dimensional propagation region 702. On the other hand, when an optical signal is incident from any one of the output waveguides 703a to 703f, the operation is the reverse process of the six-branch operation, and the incident light is coupled to the input waveguide 701 by the ray reverse theorem, and the six inputs Operates as a 1-output coupler.

図8に示すように、入力導波路701は、下部クラッドを構成するInP基板801と、InP基板801の上部に形成されたInGaAsPコア層802と、InGaAsPコア層802の上部に形成されたInP上部クラッド803とを有する。このような構造を有する光合流分岐回路700は、導波路の横方向の光閉じ込めは導波路のコア802およびクラッド801,803を構成する媒質と空気の屈折率差により行われているため、フォトマスク両側壁を導波路のコア802よりも深くエッチングするだけで作製することが可能で、方向性結合器のようなエッチング深さの厳密な制御が必要ないため光集積回路に最適であった。   As shown in FIG. 8, the input waveguide 701 includes an InP substrate 801 constituting a lower cladding, an InGaAsP core layer 802 formed on the InP substrate 801, and an InP upper portion formed on the InGaAsP core layer 802. A clad 803. In the optical converging / branching circuit 700 having such a structure, the optical confinement in the lateral direction of the waveguide is performed by the refractive index difference between the medium constituting the waveguide core 802 and the clad 801 and 803 and air. Since both sides of the mask can be fabricated by etching deeper than the core 802 of the waveguide, and it is not necessary to strictly control the etching depth like a directional coupler, it is optimal for an optical integrated circuit.

一方、従来の4×4の半導体アレイ回折格子の一例を図10に示す。この図に示すように、半導体アレイ回折格子1000は、4本の入力導波路1001a〜1001dと、これら入力導波路1001a〜1001dに接続された2次元伝搬領域1002と、2次元伝搬領域1002に接続された7本の遅延導波路アレイ1003と、これら遅延導波路アレイ1003に接続された2次元伝搬領域1004と、この2次元伝搬領域1004に接続された4本の出力導波路1005a〜1005dとを有する。ここで、符号1006および符号1007の部分は、4入力7出力および7入力4出力のスターカプラ型光合流分岐回路となっている。   On the other hand, an example of a conventional 4 × 4 semiconductor array diffraction grating is shown in FIG. As shown in this figure, the semiconductor array diffraction grating 1000 is connected to four input waveguides 1001a to 1001d, a two-dimensional propagation region 1002 connected to these input waveguides 1001a to 1001d, and a two-dimensional propagation region 1002. The seven delay waveguide arrays 1003, a two-dimensional propagation region 1004 connected to the delay waveguide array 1003, and four output waveguides 1005a to 1005d connected to the two-dimensional propagation region 1004 Have. Here, reference numerals 1006 and 1007 are star coupler type optical merging / branching circuits having four inputs and seven outputs and seven inputs and four outputs.

特開平05−241033号公報(図7を参照)Japanese Patent Laid-Open No. 05-241033 (see FIG. 7) D.E.Leaird, A.M.Weiner, T.Saida, A.Sugita, K.Okamoto,「Temporal Response of an Excitation Engineered 1x16 Splitter」, Lasers and Electro-Optics Society, 2003.LEOS 2003.The 16th Annual Meeting of the IEEE, Volume:2, 2003DELeaird, AMWeiner, T.Saida, A.Sugita, K.Okamoto, `` Temporal Response of an Excitation Engineered 1x16 Splitter '', Lasers and Electro-Optics Society, 2003.LEOS 2003.The 16th Annual Meeting of the IEEE, Volume : 2, 2003

図9は、図7におけるIX−IX矢視断面図である。この図では、符号901は下部クラッドを構成するInP基板を示し、符号902はInGaAsPコア層を示し、符号903はInP上部クラッドを示し、符号904aおよび符号904bは2次元伝搬領域の終端を示している。図7,図9に示すように、光合流分岐回路700における2次元伝搬領域の終端部704は、導波路コア層902よりも深くエッチングされて、エッチングミラーが形成されている。半導体導波路の場合、この半導体・空気界面における反射率は約30%であることが知られている。   9 is a cross-sectional view taken along arrow IX-IX in FIG. In this figure, reference numeral 901 indicates an InP substrate constituting the lower cladding, reference numeral 902 indicates an InGaAsP core layer, reference numeral 903 indicates an InP upper cladding, and reference numerals 904a and 904b indicate terminations of a two-dimensional propagation region. Yes. As shown in FIGS. 7 and 9, the end portion 704 of the two-dimensional propagation region in the optical merge branch circuit 700 is etched deeper than the waveguide core layer 902 to form an etching mirror. In the case of a semiconductor waveguide, it is known that the reflectance at the semiconductor-air interface is about 30%.

前記動作原理で説明したように、光合流分岐回路700における2次元伝搬領域の終端部704での光の広がりは2次元伝搬領域702の中心から±L・λ/π/w0の範囲に及ぶ。したがって、この範囲に存在する2次元伝搬領域の終端部704では出力導波路703a〜703fに結合できなかった光信号は半導体・空気界面において反射されてしまう。 As described in the operation principle, the spread of light at the end portion 704 of the two-dimensional propagation region in the optical merging / branching circuit 700 extends from the center of the two-dimensional propagation region 702 to a range of ± L · λ / π / w 0. . Therefore, the optical signal that cannot be coupled to the output waveguides 703a to 703f at the terminal portion 704 of the two-dimensional propagation region existing in this range is reflected at the semiconductor / air interface.

また、前記動作原理で説明したように、2次元伝搬領域702を伝搬する光の強度分布はガウス形状となるため、中心から離れた位置に存在する出力導波路、例えば、出力導波路703aや出力導波路703fに十分なパワーを結合させるためにはLを長めにとり、光信号を十分に広げる必要が生じる。このとき、出力導波路703a,703fのさらに外側まで光信号は広がっていることになり、この部分の光信号は全て2次元伝搬領域702の終端部704に存在する半導体・空気界面904aにおいて反射されてしまう。   In addition, as described in the operation principle, the intensity distribution of light propagating through the two-dimensional propagation region 702 has a Gaussian shape, and therefore, an output waveguide existing at a position away from the center, for example, the output waveguide 703a or the output In order to couple a sufficient power to the waveguide 703f, it is necessary to make L long and widen the optical signal sufficiently. At this time, the optical signal spreads further to the outside of the output waveguides 703a and 703f, and all the optical signals in this portion are reflected at the semiconductor / air interface 904a existing at the terminal portion 704 of the two-dimensional propagation region 702. End up.

さらに、出力導波路703a〜703fの何れかから光信号が入射した場合には、前記動作原理で説明したように入射光は、入力導波路701に結合するが、入力導波路701は一本しか存在しないため、ほとんどのパワーは半導体・空気界面904bにおいて反射されてしまう。もし、入力導波路701に光増幅器が接続されていたなら、この反射により発振が生じてしまい、光回路が正常に動作しなくなる可能性があった。特に、6入力1出力の合流回路として使用した際には、前述の説明のように入力パワーの大部分が半導体・空気界面904bにおいて反射されてしまうため、入出力導波路701,703に光増幅器が接続されていれば発振が生じてしまい、光回路が正常に動作しなくなる可能性がある。   Further, when an optical signal is incident from any one of the output waveguides 703a to 703f, the incident light is coupled to the input waveguide 701 as described in the operation principle, but only one input waveguide 701 is present. Since it does not exist, most of the power is reflected at the semiconductor / air interface 904b. If an optical amplifier is connected to the input waveguide 701, oscillation may occur due to this reflection, and the optical circuit may not operate normally. In particular, when used as a 6-input 1-output merging circuit, most of the input power is reflected at the semiconductor-air interface 904b as described above, so that optical amplifiers are connected to the input / output waveguides 701 and 703. If is connected, oscillation may occur and the optical circuit may not operate normally.

ここで、導波路の作製時の寸法誤差について簡単に説明する。図7に示した光合流分岐回路700のような導波路構造を作製する場合には、導波路のエッチングマスク作製に用いるフォトマスクあるいはレチクルの形状は、導波路領域701,702,703にのみメタルが形成され、前記導波路領域以外にはメタルは形成されていない。そのため、エッチングマスクを作製するために露光を行った場合、フォトレジストを透過して基板表面に到達したUV光の一部は基板表面で散乱し、四方八方に放射される。この散乱光はフォトマスクのメタルによる影の部分のフォトレジストを感光させてしまうため、現像後のフォトレジストの幅はフォトマスクあるいはレチクルで規定される幅よりも狭くなってしまう。これをパターン変換誤差という。   Here, a dimensional error in manufacturing the waveguide will be briefly described. When a waveguide structure such as the optical junction branch circuit 700 shown in FIG. 7 is manufactured, the shape of the photomask or reticle used for manufacturing the waveguide etching mask is metal only in the waveguide regions 701, 702, and 703. No metal is formed outside the waveguide region. Therefore, when exposure is performed to produce an etching mask, part of the UV light that has passed through the photoresist and reached the substrate surface is scattered on the substrate surface and emitted in all directions. Since the scattered light sensitizes the photoresist in the shadow portion of the photomask metal, the width of the developed photoresist becomes narrower than the width defined by the photomask or reticle. This is called a pattern conversion error.

フォトレジスト形成時にパターン変換誤差が存在すると、そのフォトレジストをマスクとして導波路をエッチングしても、できあがった導波路の幅は設計とは異なってしまう。上述したような従来の光合流分岐回路700の構造ではメタルの形成されている幅が入出力導波路部701,703で2μm程度であり、2次元伝搬領域702で20μm程度であるのに対し、メタルの形成されていない非導波路領域、あるいは導波路の間隔は数100μm程度にも達する。フォトレジスト露光時に生じるパターン変換誤差は、基板表面で散乱されるUV光の量により決まる。   If there is a pattern conversion error during the formation of the photoresist, the width of the resulting waveguide will differ from the design even if the waveguide is etched using the photoresist as a mask. In the structure of the conventional optical merging / branching circuit 700 as described above, the width in which the metal is formed is about 2 μm in the input / output waveguide portions 701 and 703 and about 20 μm in the two-dimensional propagation region 702. The non-waveguide region where the metal is not formed, or the interval between the waveguides reaches several hundred μm. Pattern conversion errors that occur during photoresist exposure are determined by the amount of UV light scattered on the substrate surface.

したがって、従来の構造では遮蔽部の数10〜100倍以上の領域からの散乱光によりパターン変換誤差が生じることになり、大きな誤差の原因となる。これは素子の歩留まりを低下させる原因となり、また、設計とのずれによる性能劣化の原因ともなる。光集積回路では導波路が複雑に入り込むため、場所により導波路が密な領域と疎な領域が形成されてしまい、場所によりパターン密度が変化することになる。これは、場所により導波路領域と非導波路領域の面積の比が変化することを意味しており、UV散乱光の強度が場所により変化することにより、場所によりパターン変換誤差が変化することになる。その結果、場所により導波路幅が変化してしまい、設計通りの集積素子を作製することは困難となってしまう、という問題があった。   Therefore, in the conventional structure, a pattern conversion error occurs due to scattered light from a region that is several to 100 times or more times larger than the shielding portion, which causes a large error. This causes a decrease in device yield, and also causes performance degradation due to a deviation from the design. In an optical integrated circuit, a waveguide enters in a complicated manner. Therefore, a dense region and a sparse region are formed depending on the location, and the pattern density changes depending on the location. This means that the ratio of the area of the waveguide region to the non-waveguide region varies depending on the location, and the pattern conversion error varies depending on the location, as the intensity of the UV scattered light varies depending on the location. Become. As a result, there has been a problem that the waveguide width changes depending on the location, and it becomes difficult to produce an integrated device as designed.

このように、従来の構造のスターカプラ型光合流分岐回路は、2次元伝搬領域の終端部で本質的に多くのパワーが反射されてしまう、という問題があった。また、このような従来の構造のスターカプラ型光合流分岐回路の作製時にパターン変換誤差が起きやすい、という欠点も有していた。   As described above, the star coupler type optical converging / branching circuit having the conventional structure has a problem that a large amount of power is essentially reflected at the terminal portion of the two-dimensional propagation region. In addition, there has been a drawback that pattern conversion errors are likely to occur when a star coupler type optical merging / branching circuit having such a conventional structure is manufactured.

従来の半導体アレイ回折格子においても、上記従来の光合流分岐回路と同様な問題点を有していた。すなわち、2次元伝搬領域の終端部における反射が問題となっていた。特に、光増幅器等を集積した場合、半導体アレイ回折格子をキャビティに含む形での発振が生じてしまう可能性があった。さらに、半導体アレイ回折格子では、遅延導波路アレイが2次元伝搬領域近傍では密に、2次元伝搬領域から離れると疎に配置されている。そのため、パターン変換誤差の場所依存性が遅延導波路アレイにおける遅延量のばらつきにつながり、半導体アレイ回折格子の位相誤差による波長分波特性が遅延導波路アレイにおける遅延量のばらつきにつながり、半導体アレイ回折格子の位相誤差による波長分波特性が劣化してしまう、という問題があった。   The conventional semiconductor array diffraction grating also has the same problems as the conventional optical merging / branching circuit. That is, reflection at the end of the two-dimensional propagation region has been a problem. In particular, when an optical amplifier or the like is integrated, there is a possibility that oscillation occurs in a form including the semiconductor array diffraction grating in the cavity. Further, in the semiconductor array diffraction grating, the delay waveguide arrays are densely arranged near the two-dimensional propagation region and sparsely arranged away from the two-dimensional propagation region. Therefore, the location dependence of the pattern conversion error leads to variations in the delay amount in the delay waveguide array, and the wavelength demultiplexing characteristic due to the phase error of the semiconductor array diffraction grating leads to variations in the delay amount in the delay waveguide array. There has been a problem that wavelength demultiplexing characteristics are deteriorated due to the phase error of the diffraction grating.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、パターン変換誤差なく形成することが可能であり、かつ反射光が生じにくいスターカプラ型の光合流分岐回路及び光合分波回路を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and a star coupler type optical combining / branching circuit and optical combining / demultiplexing circuit which can be formed without pattern conversion errors and hardly generate reflected light. The purpose is to provide.

本願において、開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下の通りである。   In the present application, the outline of typical inventions among the disclosed inventions will be briefly described as follows.

前述した課題を解決する第1の発明に係る光合流分岐回路は、3次元導波路と、前記3次元導波路から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域とを有する光合流分岐回路であって、前記3次元導波路の両側にのみ光信号を閉じ込めるための溝をそれぞれ形成したことを特徴とする。
前記3次元導波路としては、基板面内方向および前記基板面に垂直な方向に光信号が閉じ込められる光導波路が挙げられる。
前記2次元導波路としては、基板面に垂直な方向に光信号が閉じ込められるが、前記基板面内方向には光信号が閉じ込められていない光導波路が挙げられる。
The optical converging / branching circuit according to the first aspect of the present invention for solving the above-described problems is formed with a three-dimensional waveguide and a wide width so that an optical signal incident from the three-dimensional waveguide does not feel lateral confinement. An optical merging / branching circuit having a two-dimensional propagation region, wherein grooves for confining an optical signal are formed only on both sides of the three-dimensional waveguide.
Examples of the three-dimensional waveguide include an optical waveguide in which an optical signal is confined in the in-plane direction of the substrate and the direction perpendicular to the substrate surface.
Examples of the two-dimensional waveguide include an optical waveguide in which an optical signal is confined in a direction perpendicular to the substrate surface, but an optical signal is not confined in the in-plane direction of the substrate.

前述した課題を解決する第2の発明に係る光合流分岐回路は、第1の発明に記載された光合流分岐回路であって、前記3次元導波路が前記2次元導波路に光信号を入力する入力導波路、または前記2次元導波路を伝搬した光信号を出力する出力導波路であることを特徴とする。   An optical merging / branching circuit according to a second invention for solving the above-mentioned problem is the optical merging / branching circuit according to the first invention, wherein the three-dimensional waveguide inputs an optical signal to the two-dimensional waveguide. Or an output waveguide that outputs an optical signal propagated through the two-dimensional waveguide.

前述した課題を解決する第3の発明に係る光合流分岐回路は、第1または第2の発明に記載された光合流分岐回路であって、前記溝の溝幅が、前記2次元伝搬領域に接続される近傍を除いてほぼ一定であり、溝の深さと同等以上であることを特徴とする。これにより、パターン変換誤差のない、設計どおりの反射の少ないスターカプラ型光合流分岐回路を再現性良く提供することが可能となる。   An optical merging / branching circuit according to a third invention for solving the above-described problem is the optical merging / branching circuit described in the first or second invention, wherein the groove width of the groove is in the two-dimensional propagation region. It is substantially constant except for the vicinity to be connected, and is equal to or more than the depth of the groove. As a result, it is possible to provide a star coupler type optical merging / branching circuit having no pattern conversion error and less reflection as designed with good reproducibility.

前述した課題を解決する第4の発明に係る光合流分岐回路は、第1乃至第3の発明の何れかに記載された光合流分岐回路であって、前記溝のうち最も外側の溝が、前記2次元伝搬領域に接続する近傍において、テーパ状に形成されることを特徴とする。   An optical merging / branching circuit according to a fourth invention that solves the above-described problem is the optical merging / branching circuit described in any one of the first to third inventions, wherein the outermost groove among the grooves is In the vicinity of connecting to the two-dimensional propagation region, it is tapered.

前述した課題を解決する第5の発明に係る光合流分岐回路は、第1乃至第4の発明の何れかに記載された光合流分岐回路であって、前記2次元伝搬領域の終端部が、複数の3次元導波路に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜することを特徴とする。   An optical merging / branching circuit according to a fifth aspect of the present invention that solves the above-described problem is the optical merging / branching circuit described in any of the first to fourth aspects, wherein the end portion of the two-dimensional propagation region is A region sandwiched between a plurality of three-dimensional waveguides is inclined with respect to the propagation direction of the optical signal.

前述した課題を解決する第6の発明に係る光合分波回路は、3次元導波路と、前記3次元導波路から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域とを有する光合分波回路であって、前記3次元導波路の両側にのみ光信号を閉じ込めるための溝をそれぞれ形成したことを特徴とする。
前記3次元導波路としては、基板面内方向および前記基板面に垂直な方向に光信号が閉じ込められる光導波路が挙げられる。
前記2次元導波路としては、基板面に垂直な方向に光信号が閉じ込められるが、前記基板面内方向には光信号が閉じ込められていない光導波路が挙げられる。
これにより、パターン変換誤差のない、設計どおりの反射の少ない光合分波回路(アレイ回折格子)を再現性良く提供することが可能となる。
The optical multiplexing / demultiplexing circuit according to the sixth invention for solving the above-described problems is formed with a three-dimensional waveguide and a wide width so that an optical signal incident from the three-dimensional waveguide does not feel lateral confinement. An optical multiplexing / demultiplexing circuit having a two-dimensional propagation region, wherein grooves for confining an optical signal are formed only on both sides of the three-dimensional waveguide.
Examples of the three-dimensional waveguide include an optical waveguide in which an optical signal is confined in the in-plane direction of the substrate and the direction perpendicular to the substrate surface.
Examples of the two-dimensional waveguide include an optical waveguide in which an optical signal is confined in a direction perpendicular to the substrate surface, but an optical signal is not confined in the in-plane direction of the substrate.
As a result, it is possible to provide an optical multiplexing / demultiplexing circuit (array diffraction grating) having no pattern conversion error and less reflection as designed with good reproducibility.

前述した課題を解決する第7の発明に係る光合分波回路は、第6の発明に記載された光合分波回路であって、前記3次元導波路が前記2次元導波路に光信号を入力する入力導波路、または前記2次元導波路を伝搬した光信号を出力する出力導波路、または遅延導波路アレイであることを特徴とする。これにより、反射の少ない光合分波回路(アレイ回折格子)を提供することが可能となる。   An optical multiplexing / demultiplexing circuit according to a seventh invention for solving the above-described problem is the optical multiplexing / demultiplexing circuit according to the sixth invention, wherein the three-dimensional waveguide inputs an optical signal to the two-dimensional waveguide. Or an output waveguide that outputs an optical signal propagated through the two-dimensional waveguide, or a delay waveguide array. Thereby, it is possible to provide an optical multiplexing / demultiplexing circuit (array diffraction grating) with less reflection.

前述した課題を解決する第8の発明に係る光合分波回路は、第6または第7の発明に記載された光合分波回路であって、前記溝の溝幅が、前記2次元伝搬領域に接続される近傍を除いてほぼ一定であり、溝の深さと同等以上であることを特徴とする。これにより、反射の少ない光合分波回路(アレイ回折格子)を提供することが可能となる。   An optical multiplexing / demultiplexing circuit according to an eighth invention for solving the above-described problem is the optical multiplexing / demultiplexing circuit according to the sixth or seventh invention, wherein the groove width of the groove is in the two-dimensional propagation region. It is substantially constant except for the vicinity to be connected, and is equal to or more than the depth of the groove. Thereby, it is possible to provide an optical multiplexing / demultiplexing circuit (array diffraction grating) with less reflection.

前述した課題を解決する第9の発明に係る光合分波回路は、第6乃至第8の発明の何れかに記載された光合分波回路であって、前記溝のうち最も外側の溝が、前記2次元伝搬領域に接続する近傍において、テーパ状に形成されることを特徴とする。これにより、反射の少ない光合分波回路(アレイ回折格子)を提供することが可能となる。   An optical multiplexing / demultiplexing circuit according to a ninth invention for solving the above-described problem is the optical multiplexing / demultiplexing circuit described in any of the sixth to eighth inventions, wherein the outermost groove among the grooves is In the vicinity of connecting to the two-dimensional propagation region, it is tapered. Thereby, it is possible to provide an optical multiplexing / demultiplexing circuit (array diffraction grating) with less reflection.

前述した課題を解決する第10の発明に係る光合分波回路は、第6乃至第9の発明の何れかに記載された光合分波回路であって、前記2次元伝搬領域の終端部が、複数の3次元導波路に挟まれた領域において、光の伝搬方向に対して傾斜することを特徴とする。   An optical multiplexing / demultiplexing circuit according to a tenth aspect of the present invention that solves the above-described problem is the optical multiplexing / demultiplexing circuit according to any one of the sixth to ninth aspects, wherein the end portion of the two-dimensional propagation region is A region sandwiched between a plurality of three-dimensional waveguides is inclined with respect to the light propagation direction.

前述した課題を解決する第11の発明に係る光合分波回路は、第1乃至第5の発明の何れかに記載された光合流分岐回路と、前記光合流分岐回路に接続され、複数本の導波路からなる遅延導波路とを有することを特徴とする。   An optical multiplexing / demultiplexing circuit according to an eleventh invention for solving the above-mentioned problem is connected to the optical merging / branching circuit described in any of the first to fifth inventions, and to the optical merging / branching circuit, And a delay waveguide composed of a waveguide.

本発明によれば、導波路幅の場所依存性を除去し、均一に光合流分岐回路をパターン変換誤差なく形成することが可能であり、設計通りの反射の少ない光導波路を提供することが可能となる。また、光合分波回路に適用した場合、反射が抑制されるのみならず、遅延導波路アレイで生じる位相誤差を取り除くことができ、波長分散特性も向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to eliminate the dependence of the waveguide width on the location, and to uniformly form an optical merging / branching circuit without pattern conversion error, and to provide an optical waveguide with less reflection as designed. It becomes. Further, when applied to an optical multiplexing / demultiplexing circuit, not only the reflection is suppressed, but also a phase error generated in the delay waveguide array can be removed, and the chromatic dispersion characteristic can be improved.

以下に、本発明に係る光合流分岐回路及び光合分波回路を実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。   The best mode for carrying out the optical coupling / branching circuit and the optical multiplexing / demultiplexing circuit according to the present invention will be specifically described below on the basis of examples.

以下に、本発明の第1の実施例に係る光合流分岐回路について図面を用いて、具体的に説明する。   Hereinafter, the optical junction branch circuit according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施例に係る光合流分岐回路の上面図であり、図2は、図1におけるII−II矢印断面図である。   FIG. 1 is a top view of an optical merging / branching circuit according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.

図1に示すように、本発明の第1の実施例に係る光合流分岐回路100は、1入力6出力の半導体スターカプラ型光合流分岐回路である。すなわち、この光合流分岐回路100は、1本の入力導波路101と、6本の出力導波路103a〜103fと、入力導波路101から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域102とを有する。入力導波路101は2次元伝搬領域102と接続し、2次元伝搬領域の終端部104は出力導波路103と接続する。入力導波路101、および出力導波路103a〜103fの両方の側壁に沿ってのみ、光信号を閉じ込めるためのほぼ一定幅の溝105,106がそれぞれ形成される。溝105,106は、2次元伝搬領域の終端部104の近傍における複数の出力導波路103に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜する形状に形成される。図1における符号107はスラブ領域を示しており、ここではスラブ領域107と2次元伝搬領域とが接続される。図1における符号108は入出力導波路101,103の最も外側の溝の終端部を示す。ここで、入力導波路101および出力導波路103a〜103fの幅は2μmに設定し、隣接する出力導波路の中心間の間隔は3μmに設定し、2次元伝搬領域102の長さ、すなわち、入力導波路101の端部と出力導波路103の端部との間隔は60μmに設定した。   As shown in FIG. 1, the optical merge branch circuit 100 according to the first embodiment of the present invention is a 1-input 6-output semiconductor star coupler type optical merge branch circuit. In other words, the optical combining branch circuit 100 is wide enough that one input waveguide 101, six output waveguides 103a to 103f, and an optical signal incident from the input waveguide 101 do not feel lateral confinement. And a two-dimensional propagation region 102 formed in a width. The input waveguide 101 is connected to the two-dimensional propagation region 102, and the terminal portion 104 of the two-dimensional propagation region is connected to the output waveguide 103. Only along the side walls of both the input waveguide 101 and the output waveguides 103a to 103f are formed grooves 105 and 106 having substantially constant widths for confining optical signals. The grooves 105 and 106 are formed in a shape inclined with respect to the propagation direction of the optical signal in a region sandwiched between the plurality of output waveguides 103 in the vicinity of the terminal portion 104 of the two-dimensional propagation region. Reference numeral 107 in FIG. 1 denotes a slab region, and here, the slab region 107 and the two-dimensional propagation region are connected. Reference numeral 108 in FIG. 1 indicates the terminal end of the outermost groove of the input / output waveguides 101 and 103. Here, the width of the input waveguide 101 and the output waveguides 103a to 103f is set to 2 μm, the distance between the centers of the adjacent output waveguides is set to 3 μm, and the length of the two-dimensional propagation region 102, that is, the input The distance between the end of the waveguide 101 and the end of the output waveguide 103 was set to 60 μm.

このような構造を有する光合流分岐回路100の動作原理は、図7に示した従来の光合流分岐回路700と同様である。このとき、入力導波路101におけるスポットサイズが約0.8μmであり、2次元伝搬領域102の等価屈折率が3.3であり、入射信号光波長(光信号の波長)が1.55μmであることを考慮すると、(2)式によるビームの広がりは±11.2μmとなる。これは3μmピッチで6本の導波路に光信号を分配するのに十分な値であることが分かる。   The operation principle of the optical merging / branching circuit 100 having such a structure is the same as that of the conventional optical merging / branching circuit 700 shown in FIG. At this time, the spot size in the input waveguide 101 is about 0.8 μm, the equivalent refractive index of the two-dimensional propagation region 102 is 3.3, and the incident signal light wavelength (optical signal wavelength) is 1.55 μm. Considering this, the spread of the beam according to the equation (2) is ± 11.2 μm. It can be seen that this value is sufficient to distribute the optical signal to the six waveguides at a pitch of 3 μm.

図2に示すように、前述した光合流分岐回路100は、下部クラッド部を構成するInP基板201と、InP基板201の上部に形成されたInGaAsPコア層202a〜202cと、InGaAsPコア層202の上部に形成されたInP上部クラッド203a〜203cと、導波路の両側壁に沿ってInGaAsPコア層202a〜202cよりも深くエッチングして形成された溝204a,204bとを有する。導波路の横方向の光閉じ込めは導波路のコア202およびクラッド201,203を構成する媒質と空気の屈折率差により行われる。すなわち、入出力導波路101,103では、基板面内方向および前記基板面に垂直な方向に光信号が閉じ込められており、2次元伝搬領域102では、基板面に垂直な方向に光信号が閉じ込められるが、前記基板面内方向には光信号が閉じ込められていない。   As shown in FIG. 2, the optical merging / branching circuit 100 described above includes an InP substrate 201 that constitutes a lower cladding portion, InGaAsP core layers 202 a to 202 c formed on the InP substrate 201, and an upper portion of the InGaAsP core layer 202. InP upper clads 203a to 203c formed on the first and second grooves, and grooves 204a and 204b formed by etching deeper than the InGaAsP core layers 202a to 202c along both side walls of the waveguide. The optical confinement in the lateral direction of the waveguide is performed by the difference in refractive index between the medium constituting the waveguide core 202 and the clads 201 and 203 and air. That is, in the input / output waveguides 101 and 103, the optical signal is confined in the direction in the substrate plane and in the direction perpendicular to the substrate surface. In the two-dimensional propagation region 102, the optical signal is confined in the direction perpendicular to the substrate surface. However, no optical signal is confined in the in-plane direction of the substrate.

導波路の側壁に形成した溝105,106の幅は次のように設定した。光合流分岐回路100は、ドライエッチングにより作製される。これは、図1に示したように、エッチング面が結晶面に対し様々な方向を向くため、面方位に依存する様なウェットエッチングを用いることができないためである。   The widths of the grooves 105 and 106 formed on the side wall of the waveguide were set as follows. The optical merge branch circuit 100 is produced by dry etching. This is because, as shown in FIG. 1, since the etching surface faces various directions with respect to the crystal surface, wet etching that depends on the surface orientation cannot be used.

ドライエッチングを用いる場合、エッチング部の開口率(エッチングされる部分、あるいはエッチングマスクが存在しない部分と、エッチングされない部分、あるいはエッチングマスクの存在する部分との面積の比)により、エッチング速度やエッチング形状が異なることが一般的に知られている。本実施例のように導波路のコア層202bよりも深く溝のエッチングを行うと、開口部の幅が小さい溝の幅により律速される深さ以上はエッチング時間を延長してもエッチングが進まないといった現象が生じることがある。   When dry etching is used, the etching rate and the etching shape depend on the aperture ratio of the etched portion (the ratio of the area of the etched portion or the portion where the etching mask does not exist to the unetched portion or the portion where the etching mask exists). Is generally known to be different. When the groove is etched deeper than the core layer 202b of the waveguide as in this embodiment, the etching does not proceed even if the etching time is extended beyond the depth limited by the width of the groove having a small opening width. Such a phenomenon may occur.

このような現象を防ぐため、溝の幅はエッチング深さと同等以上であることが望ましい。一般的に導波路構造として、コア層202a〜202cおよび上部クラッド層203a〜203cの厚さがそれぞれ0.3μm〜0.5μm、1.5μm〜2.5μmであることを考慮すると、エッチング深さを3μm以上とする必要がある。したがって、溝幅も溝深さ以上の3μm以上が望ましい。本実施例では溝幅は深さの数倍程度になるように考慮し、W1およびW2はともに15μmに設定した。 In order to prevent such a phenomenon, the width of the groove is desirably equal to or greater than the etching depth. In general, as a waveguide structure, considering that the thicknesses of the core layers 202a to 202c and the upper cladding layers 203a to 203c are 0.3 μm to 0.5 μm and 1.5 μm to 2.5 μm, respectively, the etching depth Needs to be 3 μm or more. Accordingly, the groove width is desirably 3 μm or more, which is not less than the groove depth. In this embodiment, considering that the groove width is several times the depth, both W 1 and W 2 are set to 15 μm.

本実施例で、分岐および合流動作に関しては、図7に示した従来の光合流分岐回路700と同様であるが、従来例で生じる反射を次のように抑制する。すなわち、本実施例では、図1に示したように、2次元伝搬領域の終端部104において、入出力導波路の最も外側の溝の終端部108の形状をテーパ状とし、2次元伝搬領域102の横方向および入出力導波路の外側を、横方向の閉じ込めが実質上存在しない、もしくは十分に横幅の広いスラブ領域107に接続する構成としているため、従来例において2次元伝搬領域の終端部で反射されていた光信号がスラブ領域に導かれて伝搬することが可能となり、入力導波路に逆行するような反射が発生しない。   In this embodiment, the branching and merging operations are the same as those of the conventional optical merging / branching circuit 700 shown in FIG. 7, but the reflection occurring in the conventional example is suppressed as follows. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 1, in the terminal portion 104 of the two-dimensional propagation region, the shape of the terminal portion 108 of the outermost groove of the input / output waveguide is tapered and the two-dimensional propagation region 102 is formed. Since the lateral direction and the outside of the input / output waveguide are connected to the slab region 107 having substantially no lateral confinement or a sufficiently wide lateral width, in the conventional example, at the end of the two-dimensional propagation region, The reflected optical signal can be guided and propagated to the slab region, and reflection that goes back to the input waveguide does not occur.

このことは、入力導波路101から光信号が入射し、1入力6出力の光分岐回路として使用した場合でも、出力導波路103a〜103fの何れかから光信号が入射し、6入力1出力の光分流回路として使用した場合でも同様に成り立つ。さらに、図1に示したように、入力導波路101から光信号が入射し、1入力6出力の光分岐回路として使用した場合は、前記2次元伝搬領域の終端部104が、複数の出力導波路に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して垂直でない形状を有しており、ここで光信号の反射が生じたとしても反射光はスラブ領域107に導かれ、入力導波路101を逆行することがなくなり、実質上反射が抑制されたのと同等になる。   This means that even when an optical signal is input from the input waveguide 101 and used as a 1-input 6-output optical branch circuit, the optical signal is input from any of the output waveguides 103a to 103f, and 6-input 1-output The same holds true when used as an optical shunt circuit. Further, as shown in FIG. 1, when an optical signal enters from the input waveguide 101 and is used as a 1-input 6-output optical branch circuit, the terminal portion 104 of the two-dimensional propagation region includes a plurality of output guides. The region sandwiched between the waveguides has a shape that is not perpendicular to the propagation direction of the optical signal. Even if the reflection of the optical signal occurs here, the reflected light is guided to the slab region 107 and the input waveguide 101. This is equivalent to the case where reflection is substantially suppressed.

さらに、本実施例では、前記反射防止のためのパターン形状をパターン変換誤差なく作製するために、次のような工夫を施している。本実施例の導波路パターンを作製する際に用いるフォトマスク、あるいはレチクルは、図2に示す溝204a,204bの領域以外の部分にメタルが形成される形状となっている。メタルの形成されている導波路幅W0が2μmと設定したのに対し、メタルの形成されていない透明領域の幅W1およびW2は15μmと設定したので、導波路領域の幅W0と溝幅W1およびW2との比は高々15倍程度である。 Further, in this embodiment, the following measures are taken in order to produce the pattern shape for preventing reflection without pattern conversion error. The photomask or reticle used when producing the waveguide pattern of this embodiment has a shape in which metal is formed in portions other than the regions of the grooves 204a and 204b shown in FIG. Whereas the waveguide width W 0, which is formed of metal is set to 2 [mu] m, the width W 1 and W 2 of the transparent region is not formed of metal was set to 15 [mu] m, the width W 0 of the waveguide region The ratio with the groove widths W 1 and W 2 is at most about 15 times.

したがって、基板表面に到達するUV光の量も図7に示す従来例の光合流分岐回路700と比較して大幅に減少し、基板表面に散乱されるUV光の量も、従来の構造と比較すると1/10程度以下となるため、散乱光により生じるパターン変換誤差を大幅に抑圧することが可能となる。これにより、設計とのずれにより生じる特性の劣化を最小限に抑えることができる。   Therefore, the amount of UV light reaching the substrate surface is also greatly reduced as compared with the conventional optical merging / branching circuit 700 shown in FIG. 7, and the amount of UV light scattered on the substrate surface is also compared with the conventional structure. Then, since it is about 1/10 or less, it is possible to greatly suppress pattern conversion errors caused by scattered light. As a result, it is possible to minimize deterioration of characteristics caused by a deviation from the design.

本実施例の場合はメタルの形成されていない透明領域の幅がほぼ一定に保たれるため、光集積回路のように導波路が複雑に入り込んだ場合でも、メタルの形成されている導波路部とメタルの形成されていない透明領域の面積の比が大きく変化することはない。したがって、場所によりパターン変換誤差が変化することもない。その結果、場所により導波路幅が変化してしまうといった従来例の問題点が解決され、設計通りのレジストマスクを形成することが可能となる。よって、前記レジストマスクを用いてエッチングした導波路幅も設計通りに作製することができ、反射の少ない高性能な集積素子を作製することが可能となった。   In the case of the present embodiment, the width of the transparent region where the metal is not formed is kept substantially constant, so that the waveguide portion where the metal is formed even when the waveguide enters in a complicated manner like an optical integrated circuit. The ratio of the area of the transparent region where no metal is formed does not change greatly. Therefore, the pattern conversion error does not change depending on the location. As a result, the problem of the conventional example that the waveguide width changes depending on the location is solved, and a resist mask as designed can be formed. Therefore, the waveguide width etched using the resist mask can be manufactured as designed, and a high-performance integrated device with less reflection can be manufactured.

以上説明してきたように、入力導波路101、または出力導波路103である3次元導波路と、前記3次元導波路から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域102とを有する光合流分岐回路100を、前記3次元導波路の両側にのみ、光信号を閉じ込めるためのほぼ一定幅の溝105,106をそれぞれ形成し、2次元伝搬領域102に接続される近傍において溝105,106をテーパ状とし、さらに、2次元伝搬領域の終端部104の近傍における複数の出力導波路103に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜する形状としたことにより、反射の少ない光合流分岐回路を再現性良く提供することが可能となった。   As described above, the input waveguide 101 or the output waveguide 103 is a three-dimensional waveguide, and an optical signal incident from the three-dimensional waveguide is formed to have a wide width so as not to feel lateral confinement. The optical converging / branching circuit 100 having the two-dimensional propagation region 102 is formed with grooves 105 and 106 having substantially constant widths for confining optical signals only on both sides of the three-dimensional waveguide. The grooves 105 and 106 are tapered in the vicinity of being connected to each other, and are inclined with respect to the propagation direction of the optical signal in a region sandwiched between the plurality of output waveguides 103 in the vicinity of the terminal portion 104 of the two-dimensional propagation region. By adopting such a shape, it becomes possible to provide an optical converging / branching circuit with less reflection with good reproducibility.

なお、本実施例では、1入力6出力の光合流分岐回路100について説明したが、このような構造の光合流分岐回路に限定されるものではなく、1入力N出力(Nは整数)についても、1入力6出力の光合流分岐回路100と同様な作用効果を奏する。   In the present embodiment, the 1-input 6-output optical combining / branching circuit 100 has been described. However, the present invention is not limited to such an optical combining / branching circuit, and 1-input N-output (N is an integer) is also used. The same operational effects as the 1-input 6-output optical confluence branch circuit 100 are obtained.

以下に、本発明の第2の実施例に係る光合流分岐回路について図面を用いて、具体的に説明する。   Hereinafter, an optical merge branch circuit according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図3は、本発明の第2の実施例に係る光合流分岐回路の上面図である。   FIG. 3 is a top view of the optical merge branch circuit according to the second embodiment of the present invention.

図3に示すように、本発明の第2の実施例に係る光合流分岐回路300は、6入力6出力の半導体スターカプラ型光合流分岐回路である。すなわち、この光合流分岐回路300は、6本の入力導波路301a〜301fと、6本の出力導波路303a〜303fと、入力導波路301から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域302とを有する。入力導波路301は2次元伝搬領域302と接続し、2次元伝搬領域の終端部304は出力導波路303と接続する。入力導波路301a〜301f、および出力導波路303a〜303fの両方の側壁に沿ってのみ、光信号を閉じ込めるためのほぼ一定幅の溝305a〜305f,306a〜306fがそれぞれ形成される。溝305a〜305f,306a〜306fは、2次元伝搬領域の終端部304の近傍における複数の出力導波路303に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜する形状に形成される。図3における符号307はスラブ領域を示しており、ここではスラブ領域307と2次元伝搬領域302とが接続される。図3における符号308は入出力導波路301,303の最も外側の溝の終端部を示す。ここで、入力導波路301a〜301fおよび出力導波路303a〜303fの幅は2μmに設定し、隣接する出力導波路の中心間の間隔は3μmに設定し、2次元伝搬領域302の長さは100μmに設定した。   As shown in FIG. 3, the optical merge branch circuit 300 according to the second embodiment of the present invention is a 6-input 6-output semiconductor star coupler type optical merge branch circuit. In other words, the optical merging / branching circuit 300 has six input waveguides 301a to 301f, six output waveguides 303a to 303f, and an optical signal incident from the input waveguide 301 that does not feel lateral confinement. And a two-dimensional propagation region 302 having a wide width. The input waveguide 301 is connected to the two-dimensional propagation region 302, and the end portion 304 of the two-dimensional propagation region is connected to the output waveguide 303. Only along the side walls of both the input waveguides 301a to 301f and the output waveguides 303a to 303f, grooves 305a to 305f and 306a to 306f having substantially constant widths for confining optical signals are formed, respectively. The grooves 305a to 305f and 306a to 306f are formed in a shape inclined with respect to the propagation direction of the optical signal in a region sandwiched between the plurality of output waveguides 303 in the vicinity of the terminal portion 304 of the two-dimensional propagation region. A reference numeral 307 in FIG. 3 indicates a slab region. Here, the slab region 307 and the two-dimensional propagation region 302 are connected. Reference numeral 308 in FIG. 3 indicates a terminal portion of the outermost groove of the input / output waveguides 301 and 303. Here, the width of the input waveguides 301a to 301f and the output waveguides 303a to 303f is set to 2 μm, the distance between the centers of the adjacent output waveguides is set to 3 μm, and the length of the two-dimensional propagation region 302 is 100 μm. Set to.

このような構造を有する光合流分岐回路300の動作原理は、入力導波路が6本あり、入力導波路301a〜301fの何れかから光信号が入力することを除けば、図7に示した従来の光合流分岐回路700と同様である。入出力導波路の配置も、301a〜301fのどこから入射した場合でも(2)式で与えられる、2次元伝搬領域でのビームの広がりの範囲内に入るように出力導波路303が配置されていれば良い。本実施例では、入力導波路301におけるスポットサイズが約0.8μmであり、2次元伝搬領域302の等価屈折率が3.3であり、入射信号光波長(光信号の波長)が1.55μmであることを考慮すると、(2)式によるビームの広がりは±18.7μmとなる。これは3μmピッチで6本の導波路に光信号を分配するのに十分な値であることが分かる。   The operation principle of the optical converging / branching circuit 300 having such a structure is that there are six input waveguides, and the optical signal is input from any one of the input waveguides 301a to 301f. This is the same as the optical merging / branching circuit 700 of FIG. As for the arrangement of the input / output waveguides, the output waveguide 303 is arranged so as to fall within the range of the beam spread in the two-dimensional propagation region given by equation (2) regardless of where the light enters from 301a to 301f. It ’s fine. In this embodiment, the spot size in the input waveguide 301 is about 0.8 μm, the equivalent refractive index of the two-dimensional propagation region 302 is 3.3, and the incident signal light wavelength (optical signal wavelength) is 1.55 μm. Therefore, the beam spread according to the equation (2) is ± 18.7 μm. It can be seen that this value is sufficient to distribute the optical signal to the six waveguides at a pitch of 3 μm.

図3に示した光合流分岐回路300の導波路のA−A’断面での断面構造は、導波路が6本であることを除けば、図2に示したものと同様である。本実施例の場合も、第1の実施例に係る光合流分岐回路100と同様な理由により、溝幅は15μmに設定した。   The cross-sectional structure of the waveguide of the optical merge branch circuit 300 shown in FIG. 3 in the A-A ′ cross section is the same as that shown in FIG. 2 except that the number of waveguides is six. Also in this example, the groove width was set to 15 μm for the same reason as in the optical merge branch circuit 100 according to the first example.

本実施例において、光信号の反射を抑圧する反射抑圧法は、第1の実施例に記載の光合流分岐回路100と同様である。すなわち、本実施例では、図3に示したように、2次元伝搬領域の終端部304において、入出力導波路の最も外側の溝の終端部308の形状をテーパ状とし、2次元伝搬領域302の横方向および入出力導波路の外側を、横方向の閉じ込めが実質上存在しない、もしくは十分に横幅の広い、スラブ領域307に接続する構成としているため、従来例において2次元伝搬領域の終端部で反射されていた光信号がスラブ領域に導かれて伝搬することが可能となり、入力導波路に逆行するような反射が発生しない。さらに、図3に示したように、2次元伝搬領域の終端部304は、複数の入力導波路301に挟まれた領域、及び複数の出力導波路303に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜する(垂直でない)形状を有するため、ここで光信号の反射が生じたとしても反射光はスラブ領域307に導かれ、入力導波路301を逆行することがなくなり、実質上反射が抑制されたのと同等になる。   In this embodiment, the reflection suppression method for suppressing the reflection of the optical signal is the same as that of the optical merging / branching circuit 100 described in the first embodiment. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the shape of the terminal portion 308 of the outermost groove of the input / output waveguide is tapered at the terminal portion 304 of the two-dimensional propagation region, and the two-dimensional propagation region 302 is formed. Since the lateral direction and the outside of the input / output waveguide are connected to the slab region 307 having substantially no lateral confinement or having a sufficiently wide lateral width, the end portion of the two-dimensional propagation region in the conventional example The optical signal reflected by the optical waveguide can be guided and propagated to the slab region, and reflection that goes back to the input waveguide does not occur. Further, as shown in FIG. 3, the end portion 304 of the two-dimensional propagation region is an optical signal propagation in the region sandwiched between the plurality of input waveguides 301 and the region sandwiched between the plurality of output waveguides 303. Since it has a shape that is inclined with respect to the direction (not perpendicular), even if the reflection of the optical signal occurs here, the reflected light is guided to the slab region 307 and does not travel backward through the input waveguide 301, and is substantially reflected. Is equivalent to being suppressed.

さらに、本実施例においても、第1の実施例に係る光合流分岐回路100と同様な理由により、パターン変換誤差が抑えられるので、導波路を設計通りに作製することができ、反射の少ない高性能な集積素子を作製することが可能となった。   Furthermore, in this embodiment, the pattern conversion error is suppressed for the same reason as in the optical merging / branching circuit 100 according to the first embodiment, so that the waveguide can be manufactured as designed, and the reflection is high. It became possible to fabricate high performance integrated devices.

以上説明してきたように、入力導波路301、および出力導波路303である3次元導波路と、前記3次元導波路から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域302とを有する光合流分岐回路300を、前記3次元導波路の両側にのみ、光信号を閉じ込めるためのほぼ一定幅の溝305,306をそれぞれ形成し、2次元伝搬領域302に接続される近傍において溝305,306をテーパ状とし、さらに、2次元伝搬領域の終端部304の近傍における複数の入力導波路301、または複数の出力導波路302に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜する形状としたことにより、反射の少ない光合流分岐回路300を再現性良く提供することが可能となった。   As described above, the input waveguide 301 and the three-dimensional waveguide that is the output waveguide 303 and the optical signal incident from the three-dimensional waveguide are formed to have a wide width so as not to feel lateral confinement. The optical converging / branching circuit 300 having the two-dimensional propagation region 302 is formed with grooves 305 and 306 having substantially constant widths for confining optical signals only on both sides of the three-dimensional waveguide. The grooves 305 and 306 are tapered in the vicinity of being connected to each other, and in the region sandwiched between the plurality of input waveguides 301 or the plurality of output waveguides 302 in the vicinity of the end portion 304 of the two-dimensional propagation region, By adopting a shape that is inclined with respect to the signal propagation direction, it is possible to provide the optical converging / branching circuit 300 with less reflection with good reproducibility.

なお、本実施例では、6入力6出力の光合流分岐回路300について説明したが、このような構造の光合流分岐回路に限定されるものではなく、M入力N出力(M、Nは整数)についても、6入力6出力の光合流分岐回路300と同様な作用効果を奏する。   In this embodiment, the 6-input 6-output optical merge branch circuit 300 has been described. However, the present invention is not limited to such an optical merge branch circuit, and M inputs and N outputs (M and N are integers). The same operational effects as those of the 6-input 6-output optical converging / branching circuit 300 can be obtained.

以上、実施例1,2に係る光合流分岐回路100,300の説明に関し、導波路構造としては、図4(a)に示したような、光導波領域の両側の側壁をコア層402aよりも深くエッチングしたようないわゆるハイメサ構造の導波路を用いた場合について説明してきたが、光導波領域の両側のクラッド厚が光導波領域のクラッド厚よりも薄いような導波構造であれば同様な作用効果を奏する。すなわち、光合流分岐回路における光導波領域の他の例を図4(b),図4(c),図4(d)に示す。図4において、符号401a〜401dは下部クラッド部であるInP基板を示し、符号402a〜402dはInGaAsPコア層を示し、符号403a〜403dは上部InPクラッドを示し、符号404a〜404dは光の電界を示す。図4(b)に示した構造は、光導波領域の両側のクラッドを薄くした、いわゆるリッジ型導波路であり、図4(c)に示した構造は、光導波領域の両側のクラッドをゼロにした、リッジ型導波路を変形したものであり、図4(d)に示した構造は、光導波領域の両側をコア層まで削り込んだ、リッジ型導波路の変形したものである。   As described above, regarding the description of the optical combining branch circuits 100 and 300 according to the first and second embodiments, the waveguide structure has sidewalls on both sides of the optical waveguide region as shown in FIG. 4A rather than the core layer 402a. The case of using a so-called high-mesa waveguide that has been etched deeply has been described. However, if the waveguide structure is such that the cladding thickness on both sides of the optical waveguide region is thinner than the cladding thickness of the optical waveguide region, the same effect is obtained. There is an effect. That is, other examples of the optical waveguide region in the optical merging / branching circuit are shown in FIGS. 4 (b), 4 (c), and 4 (d). In FIG. 4, reference numerals 401a to 401d denote InP substrates which are lower cladding portions, reference numerals 402a to 402d denote InGaAsP core layers, reference numerals 403a to 403d denote upper InP claddings, and reference numerals 404a to 404d denote optical electric fields. Show. The structure shown in FIG. 4B is a so-called ridge-type waveguide in which the clads on both sides of the optical waveguide region are thinned, and the structure shown in FIG. 4C has zero clads on both sides of the optical waveguide region. The structure shown in FIG. 4D is a modification of the ridge-type waveguide in which both sides of the optical waveguide region are cut down to the core layer.

これらの全ての構造において、図中に一点鎖線で示したように、光の電界404a〜404dの一部が、光導波領域の両側の導波路を構成する媒質と空気の界面の位置よりも上方に存在するため、空気の影響を感じることになる。本発明は、2次元伝搬領域の終端部における導波路を構成する媒質・空気界面の反射を抑制するための構造であるため、このような、光の電界が空気の屈折率を感じるような全ての構造において、同様な作用効果を奏する。   In all of these structures, as indicated by the alternate long and short dash line in the figure, a part of the light electric field 404a to 404d is above the position of the interface between the medium and the air constituting the waveguides on both sides of the optical waveguide region. Because it exists, you will feel the influence of air. Since the present invention is a structure for suppressing the reflection of the medium / air interface that constitutes the waveguide at the terminal end of the two-dimensional propagation region, the light electric field feels the refractive index of air. In this structure, the same effects are obtained.

なお、上記実施例では、2次元伝搬領域の終端部104,304が、複数の入力導波路に挟まれた領域、または複数の出力導波路に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜した(垂直でない)形状である。すなわち、この光信号の進行方向に対して傾斜した形状とは、図5(a)に示したような、光信号の伝搬方向λaに対して垂直な平面以外であれば、様々な形状を用いることが可能である。例えば、図5(b)に示すように、光信号の伝搬方向λbに対して斜めの平面を有する形状や、図5(c)に示すように、2つの平面が交わってなるV字型の形状や、あるいは多角形の形状や、図5(d)に示すように、曲面を有する形状であっても良い。図5において、符号501a〜501dは入出力導波路を示し、符号502a〜502dは2次元伝搬領域を示し、符号503a〜503dは2次元伝搬領域の終端部を示す。 In the above-described embodiment, the end portions 104 and 304 of the two-dimensional propagation region are in the region sandwiched between the plurality of input waveguides or the region sandwiched between the plurality of output waveguides with respect to the propagation direction of the optical signal. Inclined (not vertical) shape. That is, the shape inclined with respect to the traveling direction of the optical signal has various shapes as long as it is not a plane perpendicular to the propagation direction λ a of the optical signal as shown in FIG. It is possible to use. For example, as shown in FIG. 5B, a shape having an inclined plane with respect to the propagation direction λ b of the optical signal, or a V-shape formed by two planes intersecting as shown in FIG. Or a polygonal shape, or a shape having a curved surface as shown in FIG. In FIG. 5, reference numerals 501a to 501d denote input / output waveguides, reference numerals 502a to 502d denote two-dimensional propagation areas, and reference numerals 503a to 503d denote end portions of the two-dimensional propagation areas.

上記の全ての実施例に関し、本構成で用いるコア層、上下クラッド層の組成に関しては、特に制約を設けるものではなく、通常用いられる全ての構造の導波路のコア層、クラッド層については本構成をとることにより、上述したような作用効果を奏する。すなわち、半導体ではInGaAsP、GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs、Si、任意の材質について適用が可能であり、半導体以外でも、石英ガラス等のアモルファス材料、有機材料等に適用可能である。また、コア層、クラッド層の構造に関しても、バルク、量子井戸構造(MQW)、量子細線、量子ドットを問わず、同様な作用効果を奏する。コア層、クラッド層の間に、例えば、通常のレーザで用いられているような分離閉じ込め構造(SCH構造)が形成されていても全く同様な作用効果を奏する。   Regarding all the above embodiments, there are no particular restrictions on the composition of the core layer and the upper and lower cladding layers used in this configuration, and this configuration is applied to the core layers and cladding layers of the waveguides of all the structures that are normally used. By taking the above, the effects as described above are obtained. In other words, the semiconductor can be applied to any material such as InGaAsP, GaAs, AlGaAs, InGaAs, GaInNAs, Si, and other than the semiconductor, it can be applied to an amorphous material such as quartz glass, an organic material, or the like. Further, regarding the structure of the core layer and the clad layer, the same effects can be obtained regardless of the bulk, the quantum well structure (MQW), the quantum wire, and the quantum dot. Even if, for example, a separate confinement structure (SCH structure) as used in a normal laser is formed between the core layer and the clad layer, the same effect is obtained.

以下に、本発明の第3の実施例に係る光合分波回路について図面を用いて、具体的に説明する。   The optical multiplexing / demultiplexing circuit according to the third embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

図6は、本発明の第3の実施例に係る光合分波回路の上面図である。   FIG. 6 is a top view of an optical multiplexing / demultiplexing circuit according to the third embodiment of the present invention.

図6に示すように、本発明の第3の実施例に係る光合分波回路(半導体アレイ回折格)600は、4入力4出力の半導体アレイ回折格子である。すなわち、この光合分波回路600は、4本の入力導波路601a〜601dと、7本の遅延導波路アレイ603と、4本の出力導波路605a〜605dと、入力導波路601から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域602と、遅延導波路アレイ603から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域604とを有する。入力導波路601は、2次元伝搬領域602と接続し、2次元伝搬領域602の終端部は遅延導波路アレイ603と接続する。遅延導波路アレイ603は、2次元伝搬領域604に接続し、2次元伝搬領域604の終端部が出力導波路605と接続する。入力導波路601a〜601d、遅延導波路アレイ603、出力導波路605a〜605dの両方の側壁に沿ってのみ、光信号を閉じ込めるための溝609,610,611がそれぞれ形成される。ここで、図6において、符号606および符号607の部分は、4入力7出力および7入力4出力のスターカプラ型光合流分岐回路となる。図6における符号608はスラブ領域を示しており、ここではスラブ領域608と2次元伝搬領域602,604とが接続される。   As shown in FIG. 6, an optical multiplexing / demultiplexing circuit (semiconductor array diffraction grating) 600 according to the third embodiment of the present invention is a semiconductor array diffraction grating with 4 inputs and 4 outputs. That is, the optical multiplexing / demultiplexing circuit 600 includes four input waveguides 601a to 601d, seven delay waveguide arrays 603, four output waveguides 605a to 605d, and light incident from the input waveguide 601. A two-dimensional propagation region 602 formed so wide that the signal does not feel lateral confinement, and an optical signal incident from the delay waveguide array 603 formed so wide that it does not feel lateral confinement. And a two-dimensional propagation region 604. The input waveguide 601 is connected to the two-dimensional propagation region 602, and the terminal portion of the two-dimensional propagation region 602 is connected to the delay waveguide array 603. The delay waveguide array 603 is connected to the two-dimensional propagation region 604, and the terminal portion of the two-dimensional propagation region 604 is connected to the output waveguide 605. Grooves 609, 610, and 611 for confining optical signals are formed only along the side walls of both of the input waveguides 601a to 601d, the delay waveguide array 603, and the output waveguides 605a to 605d. Here, in FIG. 6, reference numerals 606 and 607 denote a star coupler type optical merging / branching circuit having four inputs and seven outputs and seven inputs and four outputs. Reference numeral 608 in FIG. 6 indicates a slab region. Here, the slab region 608 and the two-dimensional propagation regions 602 and 604 are connected.

スターカプラ型光合流分岐回路606および607に図1,図3に示した第1または第2の実施例の光合流分岐回路100,300を用いた。すなわち、入力導波路601、出力導波路605、または遅延導波路アレイ603である3次元導波路と、前記3次元導波路から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域602,604とを有する光合分波回路(半導体アレイ回折格子)600を、前記3次元導波路のみの両側に、光信号を閉じ込めるためのほぼ一定幅の溝609,610,611をそれぞれ形成し、2次元伝搬領域602,604に接続される近傍において溝609,610,611のうち最も外側の溝をテーパ状とし、さらに、2次元伝搬領域602,604の終端部の近傍における複数の入力導波路601a〜601d、複数の出力導波路605a〜605d、および遅延導波路アレイ603に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜する形状とした。また、溝609,610,611の幅を、この溝の深さと同等以上に形成した。   As the star coupler type optical merging / branching circuits 606 and 607, the optical merging / branching circuits 100 and 300 of the first or second embodiment shown in FIGS. 1 and 3 are used. That is, the input waveguide 601, the output waveguide 605, or the three-dimensional waveguide that is the delay waveguide array 603, and the optical signal incident from the three-dimensional waveguide are formed to have a wide width so as not to feel lateral confinement. The optical multiplexing / demultiplexing circuit (semiconductor array diffraction grating) 600 having the two-dimensional propagation regions 602 and 604 formed on the both sides of only the three-dimensional waveguide has substantially constant width grooves 609, 610, 611 are formed, and the outermost grooves among the grooves 609, 610, 611 are tapered in the vicinity of being connected to the two-dimensional propagation regions 602, 604, and further, in the vicinity of the terminal portions of the two-dimensional propagation regions 602, 604 In the region sandwiched between the plurality of input waveguides 601a to 601d, the plurality of output waveguides 605a to 605d, and the delay waveguide array 603, And a shape inclined to the propagation direction of the signal. Further, the widths of the grooves 609, 610, and 611 were formed to be equal to or greater than the depth of the grooves.

これにより、図1,図3に示した第1または第2の実施例において説明したものと同様な理由により、パターン変換誤差の少ない、設計通りの反射の抑圧された光合分波回路600、いわゆる半導体アレイ回折格子を提供することが可能になった。   Thus, for the same reason as described in the first or second embodiment shown in FIGS. 1 and 3, an optical multiplexing / demultiplexing circuit 600 with reduced pattern conversion error and suppressed reflection as designed, so-called It has become possible to provide a semiconductor array diffraction grating.

反射が抑圧された以外にも、本実施例の効果としては、入力導波路601、出力導波路605、もしくは遅延導波路アレイ603の両側にほぼ一定の幅の溝609,611,610を形成した構成としたことにより、上記説明の通り作製時のパターン変換誤差が減り、また場所によるパターン変換誤差のばらつきも抑圧された。その結果、遅延導波路アレイ603の遅延量が設計通りに規定され、位相誤差が大幅に抑圧された。これにより、光合分波回路600(半導体アレイ回折格子)の位相誤差に基づく透過特性、言い換えると波長分散特性が大幅に改善された。   Besides the suppression of reflection, the effect of this embodiment is that grooves 609, 611, and 610 having substantially constant widths are formed on both sides of the input waveguide 601, the output waveguide 605, or the delay waveguide array 603. By adopting the configuration, the pattern conversion error at the time of fabrication is reduced as described above, and variations in the pattern conversion error depending on the location are suppressed. As a result, the delay amount of the delay waveguide array 603 was defined as designed, and the phase error was greatly suppressed. Thereby, the transmission characteristics based on the phase error of the optical multiplexing / demultiplexing circuit 600 (semiconductor array diffraction grating), in other words, the chromatic dispersion characteristics are greatly improved.

本実施例においても、第1および第2の実施例で説明したことは全て同等に成り立つ。すなわち、導波路構造としては、図4(a)に示したような、光導波領域の両側の側壁をコア層402aよりも深くエッチングしたようないわゆるハイメサ構造の導波路を用いた場合について説明してきたが、光導波領域の両側のクラッド厚が光導波領域のクラッド厚よりも薄いような導波構造であれば同様な作用効果を奏する。   Also in the present embodiment, all the explanations in the first and second embodiments are equivalent. That is, as the waveguide structure, a case where a waveguide having a so-called high mesa structure in which the side walls on both sides of the optical waveguide region are etched deeper than the core layer 402a as shown in FIG. 4A has been described. However, if the waveguide structure is such that the clad thickness on both sides of the optical waveguide region is thinner than the cladding thickness of the optical waveguide region, the same effect can be obtained.

すなわち、図4(b)に示すように、光導波領域の両側のクラッドを薄くした、いわゆるリッジ型導波路の構造、図4(c)に示すように、光導波領域の両側のクラッドをゼロにした、リッジ型導波路を変形した構造、図4(d)に示すように、光導波領域の両側のコア層まで削り込んだ、リッジ型導波路を変形した構造など、光の電界404a〜404dの一部が、光導波領域の両側の導波路を構成する媒質と空気の界面の位置よりも上方に存在するため、空気の影響を感じることになる。本発明は、2次元伝搬領域の終端部における導波路を構成する媒質・空気界面の反射を抑制しており、このように光の電界が空気の屈折率を感じるような全ての構造において、本実施例と同様な作用効果を奏する。   That is, as shown in FIG. 4B, a so-called ridge-type waveguide structure in which the clad on both sides of the optical waveguide region is thinned, and as shown in FIG. 4C, the clad on both sides of the optical waveguide region is zero. A structure in which the ridge-type waveguide is modified, as shown in FIG. 4D, a structure in which the ridge-type waveguide is deformed by cutting down to the core layers on both sides of the optical waveguide region, and the like. Since a part of 404d exists above the position of the interface between the medium constituting the waveguides on both sides of the optical waveguide region and the air, the influence of air is felt. The present invention suppresses the reflection of the medium / air interface that constitutes the waveguide at the end of the two-dimensional propagation region. Thus, in all structures where the electric field of light feels the refractive index of air, The same effects as the embodiment are obtained.

なお、上記実施例では、2次元伝搬領域602,604の終端部が、複数の入力導波路601に挟まれた領域、複数の出力導波路605に挟まれた領域、及び複数の遅延導波路アレイ603に囲まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜する形状である。すなわち、図5(a)に示したような、光信号の伝搬方向λaに対して垂直な平面以外の形状であれば良く、例えば、図5(b)に示すように、光信号の伝搬方向λbに対して斜めの平面を有する形状や、図5(c)に示すように、2つの平面が交わってなるV字型の形状や、あるいは多角形の形状や、図5(d)に示すように、曲面を有する形状であっても良い。 In the above-described embodiment, the terminal portions of the two-dimensional propagation regions 602 and 604 are regions sandwiched between the plurality of input waveguides 601, regions sandwiched between the plurality of output waveguides 605, and a plurality of delay waveguide arrays. In the region surrounded by 603, the shape is inclined with respect to the propagation direction of the optical signal. That is, any shape other than the plane perpendicular to the propagation direction λa of the optical signal as shown in FIG. 5A may be used. For example, the propagation direction of the optical signal as shown in FIG. A shape having an inclined plane with respect to λ b , a V-shaped shape in which two planes intersect as shown in FIG. 5C, a polygonal shape, or a shape shown in FIG. As shown, it may be a shape having a curved surface.

さらに、上記の全ての実施例に関し、本構成で用いるコア層、上下クラッド層の組成に関しては、特に制約を設けるものではなく、通常用いられる全ての構造の導波路のコア層、クラッド層については本構成をとることにより、上述したような作用効果を奏する。すなわち、半導体ではInGaAsP、GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs、Si、任意の材質について適用が可能であり、半導体以外でも、石英ガラス等のアモルファス材料、有機材料等に適用可能である。また、コア層、クラッド層の構造に関しても、バルク、量子井戸構造(MQW)、量子細線、量子ドットを問わず、同様な作用効果を奏する。コア層、クラッド層の間に、例えば、通常のレーザで用いられているような分離閉じ込め構造(SCH構造)が形成されていても全く同様な作用効果を奏する。   Furthermore, with respect to all the above-described embodiments, there are no particular restrictions on the composition of the core layer and the upper and lower cladding layers used in this configuration. By taking this configuration, the above-described effects can be obtained. In other words, the semiconductor can be applied to any material such as InGaAsP, GaAs, AlGaAs, InGaAs, GaInNAs, Si, and other than the semiconductor, it can be applied to an amorphous material such as quartz glass, an organic material, or the like. Further, regarding the structure of the core layer and the clad layer, the same effects can be obtained regardless of the bulk, the quantum well structure (MQW), the quantum wire, and the quantum dot. Even if, for example, a separate confinement structure (SCH structure) as used in a normal laser is formed between the core layer and the clad layer, the same effect is obtained.

上記では、光合流分岐回路602,604と遅延導波路アレイ603とを有する光合分波回路600を用いて説明したが、遅延導波路アレイ603の代わりに、光合流分岐回路602,604に接続され、複数本の導波路からなる遅延導波路とを有する光合分波回路としても良く、上記光合分波回路600と同様な作用効果を奏する。   In the above description, the optical coupling / demultiplexing circuit 600 including the optical coupling / branching circuits 602 and 604 and the delay waveguide array 603 has been described. However, instead of the delay waveguide array 603, the optical coupling / branching circuits 602 and 604 are connected. An optical multiplexing / demultiplexing circuit having a delay waveguide composed of a plurality of waveguides may be used, and the same effect as the optical multiplexing / demultiplexing circuit 600 is achieved.

本発明は、光集積回路に用いる光合流分岐回路及び光合分波回路に利用することが可能である。   The present invention can be used for an optical add / drop circuit and an optical add / drop circuit used in an optical integrated circuit.

本発明の第1の実施例に係る光合流分岐回路の上面図である。It is a top view of the optical confluence branch circuit which concerns on 1st Example of this invention. 図1におけるII−II矢視断面図である。It is II-II arrow sectional drawing in FIG. 本発明の第2の実施例に係る光合流分岐回路の上面図である。It is a top view of the optical confluence branch circuit which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第1および第2の実施例に係る光合流分岐回路における光導波路の説明図である。It is explanatory drawing of the optical waveguide in the optical confluence | merging branch circuit based on the 1st and 2nd Example of this invention. 本発明の第1および第2の実施例に係る光合流分岐回路が有する2次元伝搬領域の終端部近傍の説明図である。It is explanatory drawing of the termination | terminus part vicinity of the two-dimensional propagation area | region which the optical confluence | merging branch circuit based on the 1st and 2nd Example of this invention has. 本発明の第3の実施例に係る光合分波回路の上面図である。It is a top view of the optical multiplexing / demultiplexing circuit according to the third example of the present invention. 従来の光合流分岐回路の上面図である。It is a top view of the conventional optical confluence branch circuit. 図7におけるVIII−VIII矢視断面図である。It is VIII-VIII arrow sectional drawing in FIG. 図7におけるIX−IX矢視断面図である。It is IX-IX arrow sectional drawing in FIG. 従来の4×4の光合分波回路の上面図である。It is a top view of a conventional 4 × 4 optical multiplexing / demultiplexing circuit.

符号の説明Explanation of symbols

100 光合流分岐回路
101 入力導波路
102 2次元伝搬領域
103a〜f 出力導波路
104 2次元伝搬領域の終端部
105,106a〜f 溝
107 スラブ領域
108 入出力導波路の最も外側の溝の終端部
201 InP基板
202a〜c InGaAsPコア層
203a〜c InP上部クラッド
204a,b 溝
300 光合流分岐回路
301a〜f 入力導波路
302 2次元伝搬領域
303a〜f 出力導波路
304 2次元伝搬領域の終端部
305,306 溝
307 スラブ領域
308 入出力導波路の最も外側の溝の終端部
401a〜d InP基板
402a〜d InGaAsPコア層
403a〜d 上部InPクラッド
404a〜d 光の電界
501a〜d 入出力導波路
502a〜d 2次元伝搬領域
503a〜d 2次元伝搬領域の終端部
600 光合分波回路
601a〜d 入力導波路
602 2次元伝搬領域
603 遅延導波路アレイ
604 2次元伝搬領域
605a〜d 出力導波路
606,607 光合流分岐回路
608 スラブ領域
609,610,611 溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical confluence | merging branch circuit 101 Input waveguide 102 Two-dimensional propagation area | region 103a-f Output waveguide 104 Termination part 105,106a-f groove | channel 107 Slab area | region 108 Termination part of the outermost groove | channel of an input-output waveguide 201 InP substrates 202a-c InGaAsP core layers 203a-c InP upper clad 204a, b Groove 300 Optical converging branch circuit 301a-f Input waveguide 302 Two-dimensional propagation region 303a-f Output waveguide 304 Termination part 305 of two-dimensional propagation region , 306 Groove 307 Slab region 308 Termination portions 401a to d of the outermost grooves of the input / output waveguides InP substrates 402a to d InGaAsP core layers 403a to d Upper InP claddings 404a to d Light electric fields 501a to d Input / output waveguides 502a ~ D Two-dimensional propagation region 503a-d End portion of two-dimensional propagation region 00 optical multiplexing and demultiplexing circuit 601a~d input waveguide 602 2-dimensional propagation region 603 delays waveguide array 604 two-dimensional propagation region 605a~d output waveguides 606 and 607 light confluent branch circuit 608 slab region 609, 610, 611 groove

Claims (11)

3次元導波路と、前記3次元導波路から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域とを有する光合流分岐回路であって、
前記3次元導波路の両側にのみ光信号を閉じ込めるための溝をそれぞれ形成した
ことを特徴とする光合流分岐回路。
An optical merging / branching circuit having a three-dimensional waveguide and a two-dimensional propagation region formed so wide that an optical signal incident from the three-dimensional waveguide does not feel lateral confinement,
An optical converging / branching circuit, wherein grooves for confining an optical signal are formed only on both sides of the three-dimensional waveguide.
請求項1に記載された光合流分岐回路であって、
前記3次元導波路が前記2次元導波路に光信号を入力する入力導波路、または前記2次元導波路を伝搬した光信号を出力する出力導波路である
ことを特徴とする光合流分岐回路。
An optical merge branch circuit according to claim 1,
The optical merging / branching circuit, wherein the three-dimensional waveguide is an input waveguide that inputs an optical signal to the two-dimensional waveguide or an output waveguide that outputs an optical signal propagated through the two-dimensional waveguide.
請求項1または請求項2に記載された光合流分岐回路であって、
前記溝の溝幅が、前記2次元伝搬領域に接続される近傍を除いてほぼ一定であり、溝の深さと同等以上である
ことを特徴とする光合流分岐回路。
An optical converging / branching circuit according to claim 1 or 2,
The optical merging / branching circuit characterized in that the groove width of the groove is substantially constant except for the vicinity connected to the two-dimensional propagation region, and is equal to or greater than the depth of the groove.
請求項1乃至請求項3の何れかに記載された光合流分岐回路であって、
前記溝のうち最も外側の溝が、前記2次元伝搬領域に接続する近傍において、テーパ状に形成される
ことを特徴とする光合流分岐回路。
An optical merging / branching circuit according to any one of claims 1 to 3,
The outermost groove of the grooves is formed in a tapered shape in the vicinity of being connected to the two-dimensional propagation region.
請求項1乃至請求項4の何れかに記載された光合流分岐回路であって、
前記2次元伝搬領域の終端部が、複数の3次元導波路に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜する
ことを特徴とする光合流分岐回路。
An optical merging / branching circuit according to any one of claims 1 to 4,
An optical merging / branching circuit, wherein a terminal portion of the two-dimensional propagation region is inclined with respect to a propagation direction of an optical signal in a region sandwiched between a plurality of three-dimensional waveguides.
3次元導波路と、前記3次元導波路から入射した光信号が横方向の閉じ込めを感じない程度に広い幅に形成された2次元伝搬領域とを有する光合分波回路であって、
前記3次元導波路の両側にのみ光信号を閉じ込めるための溝をそれぞれ形成した
ことを特徴とする光合分波回路。
An optical multiplexing / demultiplexing circuit having a three-dimensional waveguide and a two-dimensional propagation region formed so as to have a width such that an optical signal incident from the three-dimensional waveguide does not feel lateral confinement,
An optical multiplexing / demultiplexing circuit, wherein grooves for confining an optical signal are formed only on both sides of the three-dimensional waveguide.
請求項6に記載された光合分波回路であって、
前記3次元導波路が前記2次元導波路に光信号を入力する入力導波路、または前記2次元導波路を伝搬した光信号を出力する出力導波路、または遅延導波路アレイである
ことを特徴とする光合分波回路。
An optical multiplexing / demultiplexing circuit according to claim 6,
The three-dimensional waveguide is an input waveguide that inputs an optical signal to the two-dimensional waveguide, an output waveguide that outputs an optical signal propagated through the two-dimensional waveguide, or a delay waveguide array, Optical multiplexing / demultiplexing circuit.
請求項6または請求項7に記載された光合分波回路であって、
前記溝の溝幅が、前記2次元伝搬領域に接続される近傍を除いてほぼ一定であり、溝の深さと同等以上である
ことを特徴とする光合分波回路。
An optical multiplexing / demultiplexing circuit according to claim 6 or 7,
An optical multiplexing / demultiplexing circuit characterized in that the groove width of the groove is substantially constant except for the vicinity connected to the two-dimensional propagation region and is equal to or greater than the depth of the groove.
請求項6乃至請求項8の何れかに記載された光合分波回路であって、
前記溝のうち最も外側の溝が、前記2次元伝搬領域に接続する近傍において、テーパ状に形成される
ことを特徴とする光合分波回路。
An optical multiplexing / demultiplexing circuit according to any one of claims 6 to 8,
An optical multiplexing / demultiplexing circuit, wherein an outermost groove of the grooves is formed in a tapered shape in the vicinity of being connected to the two-dimensional propagation region.
請求項6乃至請求項9の何れかに記載された光合分波回路であって、
前記2次元伝搬領域の終端部が、複数の3次元導波路に挟まれた領域において、光信号の伝搬方向に対して傾斜する
ことを特徴とする光合分波回路。
An optical multiplexing / demultiplexing circuit according to any one of claims 6 to 9,
An optical multiplexing / demultiplexing circuit, wherein a terminal portion of the two-dimensional propagation region is inclined with respect to a propagation direction of an optical signal in a region sandwiched between a plurality of three-dimensional waveguides.
請求項1乃至請求項5の何れかに記載された光合流分岐回路と、前記光合流分岐回路に接続され、複数本の導波路からなる遅延導波路とを有する
ことを特徴とする光合分波回路。
An optical multiplexing / demultiplexing circuit comprising: the optical combining / branching circuit according to any one of claims 1 to 5; and a delay waveguide connected to the optical combining / branching circuit and including a plurality of waveguides. circuit.
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