JP2010078694A - マッハツェンダ干渉計型光機能素子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、位相制御器として原理的に透過光が減衰し、当該部位において過剰な伝送損失が発生するような機構を適用した場合に、その出力光強度を向上せしめ、消光比を改善する技術に関する。
【解決手段】本発明は、入力光導波路５と、分波部６と、第１の光路７及び第２の光路８と、第２の光路に設けられた光変調部１２と、前記第１の光路と第２の光路に接続された合波部９と、該合波部からの合波光が出射される出力導波路１０、１１とを有するマッハツェンダ干渉計型光機能素子であって、第２の光路は光変調部に起因して第1の光路よりも光伝搬損失が大きくされ、分波部は固定の非等分岐比とされ、第2の光路に入射する光強度が第1の光路に入射する光強度よりも強くされてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ通信等で用いられる基板型光導波路部品により構成されるマッハツェンダ干渉計型光機能素子において、位相制御器として原理的に透過光が減衰し、当該部位において過剰な伝送損失が発生するような機構を適用した場合に、その出力光強度を向上せしめ、消光比を改善する技術に関する。

従来、マッハツェンダ干渉計からなる光変調器あるいは光スイッチのような光機能素子が知られており、光ファイバ通信システムに広く用いられている。例えば、熱光学効果を利用した光機能素子として、石英系基板型光導波路上に薄膜ヒーターを形成し、熱光学位相シフタを形成した光スイッチが特許文献１などに開示されている。
また、電気光学効果を利用した光機能素子として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）を用いた光変調器が広く普及している。
しかしながら、先に記載された技術は、熱光学効果を用いたものについては熱伝導を利用していることから応答速度が遅く、光スイッチとして用いた時の切替速度は数ミリ秒程度である。また、ニオブ酸リチウムを用いた光変調器の素子寸法は大きく、高密度集積することが出来ない上に、高価であるという課題がある。

これら欠点を克服する技術として、近年ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）製造プロセスを用いて光導波路部品を製造するシリコンフォトニクスデバイス技術が注目を集めている。この技術によれば、小型で高密度集積が可能な光部品を安価に製造可能であるという特徴を有する。しかし、シリコンフォトニクスデバイス技術においてキャリア注入による屈折率変化を用いた場合、自由キャリア吸収（ＦＣＡ：Free Carrier Absorption）による損失が発生する。
従って、マッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）の２つの光路の一方にのみ位相制御器を用意し、これにより干渉を制御して出力光のオン／オフを行う構成の光変調器や光スイッチを構成した場合には、位相制御器のある光路のみ損失が増大することから、干渉光の強度バランスがとれず、消光比が劣化するという問題がある。

マッハツェンダ干渉計において一方の光路の損失が大きいことに対する対策の一例が、以下の特許文献２に開示されている。この特許文献２に記載の技術には、マッハツェンダ型干渉計の２つの分岐部（光カプラ部）のうち、少なくとも一方の分岐部に該分岐部の分岐比を変える分岐比調整部として電極を設けた構造が開示されている。
しかしながら、この技術の場合にはマッハツェンダ干渉計の光カプラ部に電極を設け、この電極により分岐比を制御する構造となっており、電極が増加する分、制御が複雑になる問題がある。
特開平６−３４９２４号公報 特開平７−９５２４号公報

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、マッハツェンダ干渉計型光機能素子において、位相制御器として原理的に透過光が減衰し、当該部位において過剰な伝送損失が発生するような機構を適用した場合であっても、その出力光強度を向上せしめ、消光比を改善することができる技術の提供を目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、入力光導波路と、この入力光導波路に接続されて入力光導波路から入射された信号光を２つに分配して出射する分波部と、この分波部から出射される光が入射される第１の光路及び第２の光路と、該第２の光路の一部として設けられ外部から入力される位相制御信号に応じて信号光の位相を調整する光変調部と、前記第１の光路と第２の光路に接続されて前記第1の光路からの信号光と第2の光路からの信号光を合波して出射する合波部と、該合波部からの合波光が出射される出力導波路とを有するマッハツェンダ干渉計型光機能素子であって、前記第2の光路は前記光変調部に起因して第1の光路よりも光伝搬損失が大きくされ、前記分波部は固定の非等分岐比とされ、前記第2の光路に入射する光強度が前記第1の光路に入射する光強度よりも強くされてなることを特徴とする。

本発明のマッハツェンダ干渉計型光機能素子において、前記分波部の分岐比が、出力導波路からの出射光強度を最大とするように前記光変調部において位相を制御した状態において、前記第1の光路からの合波部に対する信号光強度と、第2の光路からの合波部に対する信号光強度とが等しくなるように決められたものであることを特徴とする。
本発明のマッハツェンダ干渉計型光機能素子において、前記光変調部にＰ型半導体である領域とＮ型半導体である領域の両方または一方が含まれ、この光変調部が、位相制御信号として２個の電極に電圧を印加することによって該半導体の領域にキャリア濃度変化による屈折率変化を誘起する構造であり、前記第２の光路に前記第１の光路と比較して過剰に有する光伝搬損失が、自由キャリア吸収による損失とされてなることを特徴とする。

本発明のマッハツェンダ干渉計型光機能素子において、前記入力光導波路と分波部と第１の光路と第２の光路と合波部において、信号光が透過する各部位は屈折率の高い材料からなるコア部を屈折率の低い材料からなるクラッド層が包囲してなる光導波路構造であり、前記コア部がシリコン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素のいずれかからなり、前記光変調部の半導体領域がシリコンにドーパントとなる元素を注入して構成され、基板型光導波路部品であることを特徴とする。
本発明のマッハツェンダ干渉計型光機能素子において、前記分波部がＹ分岐型光導波路とされ、分波部の入射側から出射側に徐々にコア部幅の広がるテーパー部が形成され、入力光導波路の中心の延長軸に対するテーパー部の両側面の傾斜角度が第１の光路側と第２の光路側とで異なっていることを特徴とする。

本発明のマッハツェンダ干渉計型光機能素子において、前記分波部の出力端に２本のＳベンド型の光導波路が接続されて前記第１の光路と第２の光路が形成されるとともに、前記分波部において、前記テーパー部に入射する手前の入力光導波路部分が直線状とされ、該テーパー部の2つの側壁のうち、一方が該入力光導波路のテーパー部近傍の直線部の光軸に平行とされ、他方が該入力光導波路のテーパー部近傍の直線部の光軸に対して傾斜され、該テーパー部の出力端の幅が、該テーパー部の出力端に接続された2本のＳベンド型の光導波路の幅の合計に、該2本のＳベンド型の光導波路の始端のギャップ幅を加算した値と等しくされ、２本のＳベンド型の光導波路部の間隔が、該テーパー部の出力端に接続された始端部側で一番狭く、終端に向かって互いに徐々に離隔されてなり、前記Ｓベンド型の光導波路を接続した前記テーパー部の端面が前記入力光導波路終端の端面と平行とされ、分波部が非等分岐比を有することを特徴とする。

本発明のマッハツェンダ干渉計型光機能素子は、前記分岐部のテーパー部の長さを横軸に、分岐比を縦軸にとって、前記入力光導波路の入射光パワーに対する前記第１の出力導波路と第２の出力導波路からの出射光パワーの強度比を測定した結果のグラフを描画し、前記テーパー部の長さが長くなるに従って分岐比が増大する最初の区間が第１の区間とされ、これに続くテーパー部の長さが長くなるに従って分岐比が減少する区間が第2の区間とされた時、前記テーパー部の長さが第２の区間の範囲から選択されたことを特徴とする。
本発明のマッハツェンダ干渉計型光機能素子は、前記第１の光路と第２の光路のうち、光路長の短い方の光路にのみ位相制御器を設けたことを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、分波部の分岐比を非等分岐比とし、損失の大きい第２の光路に多くの光を入射する構造としたことで、第１の光路の出射光強度と第２の光路の出射光強度を揃えることができ、光出力強度の低下を抑止し、消光比の劣化を抑止したマッハツェンダ干渉計型光機能素子を提供することができる。また、分波部の分岐比を固定としたため、制御を複雑化することなく上述の作用効果を得ることができる。
光変調部にＰ型とＮ型の少なくとも一方の半導体領域を含ませ、電極による電圧により前記半導体領域のキャリア濃度変化による屈折率変化を誘起する構造で位相制御するならば、光スイッチとしての応答速度を高速にすることができる。

また、コア部とクラッド層からなるコア構造とし、光変調部の半導体領域として、シリコンにドーパントとなる元素を注入して構成する基板型光導波路部品とするならば、シリコンフォトニクス技術を用いて基板上に光導波路を形成することができ、素子を小型化した光部品とすることができ、しかも安価に提供できる。

分波部として、コア部幅の拡がるテーパー部を備えた構造を採用することで、分岐比を固定化することが容易にでき、制御を複雑とすることなく第１の光路の出射光強度と第２の光路の出射光強度を揃えることができ、光出力強度の低下を抑止し、消光比の劣化を抑止することができる。
分波部として、９対１を下回る固定の分岐比を有し、非等分岐であるような中間の分岐比を有する構造をシングルモードのＹ分岐型基板型導波路において低損失であり、大きな製造トレランスにて実現することができる。
また、分波部のテーパー長として、入力光導波路の入射光パワーに対する第１の出力導波路と第２の出力導波路からの出射光パワーの強度比を測定した結果のグラフを利用し、テーパー部の長さが長くなるに従って分岐比が増大する最初の第１の区間ではなく、これに続くテーパー部の長さが長くなるに従って分岐比が減少する第２の区間を利用することにより、更に低損失、かつ、大きな製造トレランスを達成可能なマッハツェンダ干渉計型光機能素子を提供することができる。
更に、第１の光路と第２の光路について光路長の短い方に位相制御器を設ける構造とすることで、光路長の長い方に位相制御器を設ける構造よりも、伝送損失差を抑制することができる。

以下に本発明のマッハツェンダ干渉計型光機能素子の一実施形態について図面を元に説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、本発明の主旨を理解しやすいように具体的に説明するものであり、本発明は以下の実施形態により制限されるものではない。
図１〜図４は本実施形態のマッハツェンダ干渉計型光機能素子を模式的に示すもので、この実施形態のマッハツェンダ干渉計型光機能素子Ａは、基板１とその上に形成された伝送路２とこの伝送路２の途中に設けられた位相制御器３を主体として構成されている。
本実施形態の伝送路２は、いわゆるマッハツェンダ型の光導波路であって、例えば、屈折率が調整された窒化シリコン（ＳｉＮ）などのコア部と該コア部を囲んで設けられる屈折率が調整されたクラッド層からなる光導波路を備えて構成されている。

この例の伝送路２は一つの光導波路によって構成された入力光導波路５をＹ型の分波部６により２つの光路７、８に分岐させ、第１の光路７と第２の光路８に所望の光路長差を設けることで、具体的には第２の光路８が第１の光路７より短く形成されることでマッハツェンダ干渉計として構成されている。また、第１の光路７と第２の光路８は互いの経路の延長部のコア部どうしを接近配置して合波部９として構成され、この合波部９において光が干渉された後、出力光とされるようになっている。更に、第１の光路７側において合波部９の先に延長された部分が第１の出力導波路１０とされ、第２の光路８側において合波部９の先に延長された部分が第２の出力導波路１１とされている。更に、短い方の第２の光路８の途中部分、即ち、分波部６と合波部９との間に位置する第２の光路８の一部分には、フォトニック結晶構造部などを利用した位相制御器３が設けられている。なお、先の合波部９は、Ｙ分岐光導波路を逆向きに用いたＹ字型カプラであるか、または、方向性結合器からなる構成であっても良い。
次に、位相制御器３は第２の光路８の途中部分に設けられた光変調部１２とこの光変調部１２に電極３Ａ、３Ｂを介し配線１３により電気的に接続された制御器１４を具備してなり、制御器１４からの制御信号により光変調部１２を介して第２の光路８を通過中の光を変調できるように構成されている。

前記基板１上に形成される光導波路の一例として、図４に断面構造を示す如く基板１の上に下部クラッド層１５と上部クラッド層１６とに囲まれた状態でコア部１７が設けられた構造を例示することができる。基板１として例えばシリコン基板やＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板あるいは石英基板などを適用することができる。コア材料あるいはクラッド材料としては、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などを適宜用いることができる。
本実施形態の分波部６は、入力光導波路５から入射された信号光を所望の分岐比で第１の光路７と第２の光路８とに分岐する固定分岐比の非等分岐を有するＹ分岐光導波路としての機能を発揮する。なお、分波部６は同じ機能を奏する方向性結合器であっても良い。

次に、入力光導波路５とマッハツェンダ干渉計を構成する第１の光路７及び第２の光路８と出力光導波路１０、１１は、信号光の波長についてシングルモードの光導波路となるように構成されている。この例のマッハツェンダ干渉計は、第１の光路７と第２の光路８との光路差をΔＬ、当該導波路に所定波長の光信号を伝搬させた時の実効屈折率をＮeffとした時、ｍを整数として、ΔＬ・Ｎeffがｍ・λとなる時に、位相差がｍ・２πとなって干渉によって強め合い、また、（ｍ＋１／２）λとなる時に位相差が（２ｍ＋１）πとなって、干渉によって打消合うように機能する。
一般に、マッハツェンダ干渉計は１対１に分岐した位相の違う光信号を再び合波させて干渉させるものであるから、位相差を与える２つの光導波路のそれぞれの伝搬損失が一致している必要がある。ここで、第1の光路７と第2の光路８とで伝搬損失量が大きく異なると、打ち消し合うように干渉させた場合に十分に打ち消されることなく伝搬損失量の差に応じた出力光が残ることとなる。よって、変調器として用いた場合、あるいは光スイッチとして用いた場合に、消光比が小さいものとなってしまう。

伝搬損失差が生じる要因としては、シリコンフォトニクス技術を用いた基板型光導波路部品ではＦＴＴＨ（Fiber To The Home）用の光スプリッタなど比屈折率差が小さい従来の石英系基板型光源波路や高分子基板型光導波路などと比較して、比屈折率差が大きいことから、製造プロセスに起因するコア側壁の荒れによる散乱が大きいことが光路長差に応じた伝搬損失量の差となることがあげられる。また、位相制御器における光学特性可変機構としてキャリア濃度変化によるプラズマ効果を用いる場合、キャリア濃度が増加すると自由キャリア吸収も増加し損失が増加する。なお、この２つの要因を考えると、位相制御器３は第1の光路７と第2の光路８のうち、光路長が短い第２の光路８側に設けるべきであり、これによって長い方の第１の光路７側に位相制御器を設けた場合と比較して、伝搬損失量の差を小さく抑えることができる。

例えば、単純化したモデルの一例として、分波部６が仮に３ｄＢスプリッタすなわち等分岐であり、第１の光路７及び第２の光路８のそれぞれの伝搬損失が１ｄＢであって、位相制御器３で所望の位相シフトを実施した時の自由キャリア吸収による損失増加が３ｄＢであるとした場合について考察する。
位相制御器３により位相シフトを与えない時に光信号が出力され、π位相シフトを与えることによって光信号が打ち消されるようにした場合、３ｄＢの損失差が無く、十分に打ち消し合えば光信号は出力されず、実際に製作した素子の性能として一般的に２０ｄＢ前後の消光比が得られるものであるが、損失差があると打ち消しきれずに１５％程度の光出力が残留することとなり、消光比は７ｄＢにまで劣化する。
これに対して本実施形態では、所望の位相シフトを与えた時に第１の光路７と第２の光路８との伝搬損失差が等しくなるようにあらかじめ分波部６の分岐比を非等分岐比とする。例えば、前記の例の場合、分波部６において４対６で第１の光路７よりも第２の光路８に、より多くの光が分配されるように構成すると、１０数ｄＢの消光比を得ることが可能となる。これは、例えば、後述する図９または図１２に示す分岐比１．５ｄＢとなるテーパ長Ｌを選択することに相当し、これにより、消光比が７ｄＢに劣化するところを１０数ｄＢの消光比を得ることが可能となることを意味する。

なお、本願発明の技術は、位相制御器３から、位相シフトを与えた時に光信号が出力されるように構成した構造に適用することは適切ではない。この場合、本願発明技術を適用せず、等分岐とした場合には、出力光強度は入力光の６５％程度に低下するにとどまるが、本願発明技術を適用し、分波部６を４対６で第１の光路７よりも第2の光路８に、より多くの光が分配されるように構成した場合には、出力光強度は６２％程度への低下となり特性は劣化する。これは、伝搬損失が大きい第２の光路８により多くのエネルギーを分配した結果である。

以下に本実施形態のマッハツェンダ干渉計型光機能素子に適用可能な位相制御器と非等分岐分波部の具体構造について、より詳しく説明する。
「位相制御器」
本実施形態において適用可能な位相制御器は、素子に形成された電極パッドに電圧を印加することにより、あるいは電流を流すことにより光導波路の一部領域の屈折率を可変し、信号光の位相を制御する機能素子である。電気光学効果を利用したものや熱光学効果を利用したものなどがあるが、中でもＮ型半導体材料あるいはＰ型半導体材料を用いた、自由キャリアプラズマ効果による屈折率変化を利用したものが高速応答性に優れ、またシリコン材料を用いてこれを実現するシリコンフォトニクスデバイスならばＣＭＯＳＬＳＩ製造工程で安価に製造が可能であるので有用である。

このような光機能素子は、光導波路のコア領域の全部または一部としてシリコン材料を用いることとし、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いることによって実現可能である。基板のＳＯＩ層のシリコンに、不純物として、例えばＢ(ホウ素)、Ａｌ(アルミニウム)、Ｇａ(ガリウム)、Ｉｎ(インジウム)、Ｔｌ(タリウム)等をドープすればＮ型半導体に、また、Ｎ(窒素)、Ｐ(リン)、Ａs(ヒ素)、Ｓｂ(アンチモン)、Ｂｉ(ビスマス)等をドープすればＰ型半導体とすることができる。

図５は、シリコン半導体を光導波路コアの一部として含む位相制御器の断面構造の―例の模式図である。
ＳＯＩ基板２０は、Ｓｉ基板２１上にＳｉＯ_２層２２、ＳＯＩ層２３が形成されたものであり、このＳＯＩ層２３がシリコンであって、これに周期的に微細な円柱を形成することによりフォトニック結晶部２５が形成されている。また、不純物をドープすることにより部分的にN型半導体及びＰ型半導体としてあり、ＰＮ接合が形成されている。伝送路２６は例えば屈折率が２の断面矩形の窒化ケイ素コアであり、この窒化ケイ素コアとその下方に位置するＳＯＩ層２３とが一体となってシングルモード光導波路コアを構成する。また、フォトニック結晶部２５を面方向に挟むように電極２７、２８が配置され、それらの上にはＳｉＯＮ層２９が被覆されている。
以上の構成において、フォトニック結晶部２５を挟むように配置されている電極２７、２８間に電圧を印加することにより、ＳＯＩ層２３のキャリア濃度分布が変化し、プラズマ効果により屈折率が変化して、伝搬する信号光の位相を制御することが可能となる。しかし、自由キャリアの増加は、自由キャリア吸収による伝搬損失の増加にもなる。

図６と図７は、図５に示す基本構造の位相制御器をマッハツェンダ干渉計型光機能素子に適用した第１の例と第２の例を示す構成図である。

図６に示す第１の例では、マッハツェンダ干渉計型光機能素子Ｂは、ＳＯＩ基板上に、入力光導波路（伝送路）３１、分波部３２、第１の光路３３、第２の光路３４、フォトニック結晶部３６と電極３７、３８等からなる光変調部３９、合波部（結合部）４０、第１の出力導波路４１、第２の出力導波路４２を形成して作製され、入力光導波路３１によって光ファイバ等から入射した光（例えば通信用波長帯域である１．５５μｍ帯の周波数を有する）を所定の位相変調を付与する光変調部へと導いて位相変調を付与できるよう構成されている。
なお、図６においては伝送路３１、フォトニック結晶部３６、電極３７、３８、バリア領域４３以外の構成、例えば、伝送路３１を覆うＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）層等を省略している。

図７に示す第２の例では、マッハツェンダ干渉計型光機能素子Ｃは、Ｓｉ基板４９の上にＳｉＯ_２層５０が形成され、それらの上に入力光導波路（伝送路）５１、分波部５２、第１の光路５３、第２の光路５４、フォトニック結晶部５６と電極５７、５８等からなる光変調部５９、合波部（結合部）６０、第１の出力導波路６１、第２の出力導波路６２を形成して作製され、入力光導波路５１によって光ファイバー等から入射した光（例えば通信用波長帯域である１．５５μｍ帯の波長を有する）を所定の位相変調を付与する光変調部へと導いて位相変調を付与できるよう構成されている。
なお、図７においても伝送路５１、フォトニック結晶部５６、電極５７、５８、バリア領域６３以外の構成を略している。

これらのマッハツェンダ干渉計型光機能素子Ｂ、Ｃにおいて、例えば、フォトニック結晶部３６、５６は、光の入射端側は、光の進行方向に対して垂直な面の断面積が、光の進行方向に連続的に緩やかに増大していく逆テーパー形状に形成され、出射端側は、上記断面積が光の進行方向に連続的に緩やかに減少していく順テーパー形状になるように形成される。例えば、誘電体円柱を母材に三角格子状に配置することとし、この際、入射端側は伝送路の光の伝搬と直行する方向に１個、２個、３個・・と所定の個数まで徐々に１個ずつ増加するよう配置し、出射端側は伝送路１１の光の伝搬と直行する方向に３個、２個、１個・・と所定の個数から徐々に１個ずつ減少するよう配置する。伝送路１１を伝搬する光がフォトニック結晶部１２の端面で反射することを防いで、低損失かつ高効率に位相変調を付与できるようにするためである。

そして、フォトニック結晶部３６、５６に、エネルギー付与部としての電極によって電流又は電圧を印加（エネルギー付与）することにより、フォトニック結晶部３６、５６を構成する母材（例えばシリコン（Ｓｉ））の屈折率を変化させて、分岐後の光変調部３９、５９における伝送路を伝搬する光に対して位相変調が付与される。同様に、フォトニック結晶部３６、５６に、エネルギー付与部としての電極によって電流又は電圧を印加（エネルギー付与）することにより、フォトニック結晶部３６、５６を構成する母材（例えばシリコン（Ｓｉ））の屈折率を変化させて、分岐後の第２の光路３４、５４を伝搬する光に対して位相変調が付与される。なお、一方の電極はグランド接続して他方の電極に対してのみ電流又は電圧を印加（エネルギー付与）してもよい。

また、第２の光路３４、５４の近傍以外の領域のＳＯＩ層をエッチング等によって除去してバリア領域４３、６３を設けている。これらのバリア領域４３、６３は、フォトニック結晶部３４、５４を構成する母材よりも屈折率の小さい材料で充填して構成する。これにより、第２の光路３４、５４を伝搬する光が、ＳＯＩ層を介して光の進行方向に対して垂直方向へと拡散することを防止（抑制）できる。なお、フォトニック結晶部３６、５６を構成する母材よりも屈折率の小さい材料として、例えば、フォトニック結晶部３６、５６を構成する母材がシリコン（Ｓｉ）である場合には、酸化シリコン (ＳｉＯ₂)又は酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を用いればよい。

また、ＳＯＩ層には、不純物が添加されキャリアが分布している。このような不純物としては、半導体でも用いられている、Ｐ型元素のＢ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｔｌ（タリウム）、Ｎ型元素のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（砒素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）等がある。これらのうち、Ｐ型元素では、ドープを容易に行なえることから、Ｂ（ホウ素）が特に好適であるため、ここでは、Ｐ型不純物であるホウ素（Ｂ）を添加し、キャリアとして正孔（ホール）が分布しているとする。
なお、リン（Ｐ）などのＮ型不純物を添加した場合、キャリアとして電子が分布するが、電子が分布した場合も、以下に説明する電圧印加により発生する作用は、自由キャリア吸収による屈折率変化を除いて、定性的に成立する。
また、不純物は、面内に一様に添加されていてもよいし、伝送路の下部にｐ−ｎ接合部を備えるように、Ｐ型不純物とＮ型不純物が添加されていてもよい。

「電圧印加によって発生する作用」
フォトニック結晶部３６、５６においては、電極から印加する電圧を増加させることによって、ＳＯＩ層のキャリアの速度が飽和速度を越えると、電界の集中する領域付近に、空間電荷の密度が局所的に増減したダイポール層（dipole layer）と呼ばれる二極領域が発生する。このようなダイポール層では、局所的に電界が強められ、その結果、電子系のエネルギーバンドギャップが空間的に勾配を持つ。その結果、Franz-Keldysh効果により、バンドギャップが低エネルギーシフトし、Kramers-Kronigの関係より、屈折率が増加する。
また、ダイポール層が存在すれば、局所的に、キャリアの密度が増減している。キャリアの密度が増せば、静電相互作用に基づく多体相関効果（many-body correlation effect）によって、バンドギャップが低エネルギーシフトする。この場合も同様に、Kramers-Kronigの関係より、屈折率が増加する。低エネルギーシフトの効果は、キャリア密度が高いほうが強く、キャリア密度が低いと弱い。したがって、フォトニック結晶部全体では、屈折率が増加する。
以上説明した原理から、フォトニック結晶部３６、５６に対する電圧印加が、フォトニック結晶部３６、５６に対して上述の如く作用し、結果としてフォトニック結晶部３６、５６の母材の屈折率が変化し、位相変調を与えることができる。

「非等分岐分波部」
以下に、先の実施形態のマッハツェンダ干渉計型光機能素子Ａに適用可能な非等分岐分波部の具体構造について詳述する。
従来から、基板型光導波路を用いた光分岐素子が広く普及しており、大抵の場合、その構造はＹ分岐型あるいは方向性結合器型であるが、製造トレランスが大きいという観点からはＹ分岐型が有利である。また、多くのものは、光パワー分配用として１入力２出力のＹ分岐型で等分岐、即ち、１対１出力のものであるか、又は、タップカプラ用として、９５対５、あるいは９９対１など、分岐比の大きいものである。
これらの中間の分岐比を有する光分岐素子、すなわち５５対４５、６対４、７対３、８対２、９対１といった割合の、９対１を下回る分岐比を有し、非等分岐であるような中間の分岐比を有する光分岐素子をシングルモードのＹ分岐型基板型光導波路で実現することは困難であることが、特開平６−２３５８４３号特許明細書に開示されている。
この特許明細書には、シングルモードの非対称Ｙ宇型光分岐路では、枝分かれした２つの光導波路の内、伝搬定数の大きい光導波路側へ大半の光が流れ込んでしまい、伝搬定数の小さい光導波路にはほとんど光が流れ込まないので、シングルモードの光不等分岐回路においては、分岐比の制御が困難であるということが、非特許文献W.K.Burns et al., IEEE J. Quantum Electron, QE-11, P.３２ (１９７５)を参照して説明されている。

しかし、本願発明では、従来技術のこのような問題点を解決するために、以下に説明する新規構成の光分岐回路を考案し、その構造について検討し、好適な構造を提供する。
図２は、表示アスペクト比１対４とした本願発明に適用する分波部（光分岐素子）の全体図であり、図３は、その分岐部付近の拡大図であり、その部分断面構造は例えば図４のように、先に説明した光導波路と同様のコア部とクラッド層の複合構造になっている。

この例の分波部６は、図３に示す如く平面視台形状をなすテーパ部６ａからなり、入力光導波路５に接続される側であって入力光導波路５の幅と同じ幅の入力側端面６Ａと、この入力側端面６Ａに直角に配置され、直線状の入力光導波路５の側面と面一に延長される（入力光導波路５の光軸の延長軸５Ａと平行に延長される）第１の側面６Ｂと、入力側端面６Ａに対して直角な方向から若干傾斜して連続され、前記第１の側面６Ｂとの間の間隔を前記入力側端面６Ａから離れるにつれて拡げる方向に傾斜された第２の側面６Ｃと、前記第１の側面６Ｂと第２の側面６Ｃの終端側に形成されて前記入力側端面６Ａと平行な出力側端面６Ｄから囲まれた形状とされている。また、第２の側面６Ｃは、入力側端面６Ａと出力側端面６Ｄの幅の差に起因する傾斜角θを有するように傾斜されている。

この例の分波部６の横断面は、図４に示す如きコア部１７をクラッド層１５、１６で囲む断面構造となるが、内部に設けられているコア部１７は入力側端面６Ａ側よりも出力側端面６Ｄ側において徐々に幅広になるようなコア構造とされている。即ち、分波部６の出力側のコア部の幅は、後に説明するＳベンド型の導波路７Ａ、８Ａの幅＋ギャップ幅Ｇ＋Ｓベンド型の導波路７Ａ、８Ａのコア間のクラッド層幅となっている。

このコア構造の分波部６の出力側端面６Ｄには、Ｓベンド型の導波路７Ａ、８Ａが光接続されている。これらの導波路７Ａ、８Ａは先の入力光導波路５と内部構造は同等であり、それらの幅Ｗも入力光導波路５の幅Ｗと同じであるが平面視Ｓ字型に湾曲形成されている。
そして、一方の導波路７Ａの始端部７ａが分波部６の出力側端面６Ｄにおいて第１の側面６Ｂ側の端部に光接続され、他方の導波路８Ａの始端部８ａが分波部６の出力側端面６Ｄにおいて第２の側面６Ｃ側の端部に光接続されている。また、分波部６の出力側端面６Ｄの幅方向中央部側には導波路７Ａ、８Ａの間にギャップＧが設けられている。即ち、分波部６の出力側端面６Ｄの幅ＡＷは、導波路７Ａ、８Ａの両者の幅：Ｗを合算した値にギャップＧの値を加算した幅に形成されている。（２Ｗ＋Ｇ＝出力側端面６Ｄの幅）
また、分波部６の第２の側面６Ｃは、入力側端面６Ａの端部から出力側端面６Ｄの端部まで到達するテーパ面になるように形成され、分波部６において入力側端面６Ａと出力側端面６Ｄは平行になるように配置されている。

分波部６は、例えば、シリコンまたは石英からなる厚さ１ｍｍあるいは０．７ｍｍなどのウエハ上に、屈折率の低い下クラッド層を成膜し、屈折率の高いコア層を成膜し、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりコア層を所望の形状に成形し、屈折率の低い上クラッド層を更に成膜してコアを被覆し、これを切断して光分岐素子として得られるものである。ここでのコア材料及びクラッド材料には、当該素子で用いる光信号の波長に対して透明な各種有機・無機材料が適用可能である。

この形態において、１本の入力光導波路５は、直線光導波路または曲がり光導波路であっても良いが、分波部６のテーパー部である第２の側面６Ｃ近傍、すなわちテーパー部分に接続される終端部付近では直線であることが好ましい。
入力光導波路５のコア幅と分波部６の各部コア幅は、コア材料の屈折率とクラッド材料の屈折率とから計算によりシングルモード光導波路となる条件範囲を求め決定する。
なお、コア側壁の荒れによる散乱に起因する伝搬損失や素子入出力部における接続損失を低減する観点からは、コア径は大きい方が好ましいが、大きくしすぎてシングルモード条件を逸脱すると、マルチモード干渉やマルチモード分散の原因となる。
ギャップの幅Ｇは、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程との実力値から安定してギャップＧを形成できる数値範囲を求め、決定する。
狭い方が過剰損失を小さく出来るが、広い方が安定した加工が可能である。

Ｓベンド型の導波路７Ａ、８Ａは、Ｓ宇型に屈曲した曲がり導波路であり、分波路６の出力側端面６Ｄの接続部位の面方向は入力光導波路５の終端の端面と平行とされ、また出力光導波路接続部位の面方向は出力光導波路始端の面と平行にされている。
Ｓベンド型のＳ字の屈曲形状は中心線の取り方によって複数の形状を提案できるが、コア部とクラッド層との比屈折率差に応じて十分に緩やかな曲率半径を用いて設計すればどのようなＳ宇形状であっても良い。
以下の事例検討では円弧形状を基本にしたＳ字導波路にて検討した。Ｓベンド型の導波路７Ａ、８Ａの出力端の離隔量は、次段の位相制御器及び光路長差をつける導波路の配置に依存する。この形態においてＳベンド型の導波路７Ａ、８Ａに続く２本の導波路は、直線光導波路または曲がり光導波路のいずれかであり、Ｓベンド型の導波路７Ａ、８Ａに接続する始端近傍は直線状に形成されている。

なお、本発明構造において、位相制御器を除く各部分の光導波路のコア部は位相制御器と類似の構造とし、ドーパントを注入していないシリコン材料を含む導波路コアとしても良く、またシリコン材料を含まない埋込型光導波路として位相制御器の前後にテーパー構造を用いた移行部を設けても良い。

以下に本発明の構造を具体的に設計する場合の一例について説明する。
具体的な第１の設計の事例として、矩形断面を有する埋込型光導波路であり、屈折率を１．５に調整したＳｉＯＮ（酸窒化ケイ素）をコア材料とし、屈折率が１．４６５であるＳｉＯ_２（シリカ）を下部クラッド層及び上部クラッド層に用いた比屈折率差△＝２．３％の高比屈折率差光導波路について３次元ビーム伝搬法(Beam Propagation Method、BPM）シミュレーションによって検討した結果を示す。なお、この種の導波路設計において、３次元ビーム伝搬法によるシミュレーションは当業者が設計時に常用するシミュレーション手段である。

下部クラッド層の厚さを５μｍ、コア部の幅Ｗを３．２μｍ、高さを３．２μｍ、上部クラッド層の厚さを８．２μｍとしてシミュレーション計算した。分岐ギャップの幅Ｇは０．４μｍとしたので、テーパー部の出力端の幅は６．８μｍである。Ｓベンド型の導波路の曲率半径は１０００μｍ、それに続く出力導波路の離隔距離は１２７μｍとした。
図８は、入力導波路の入射光パワーに対する第１及び第２の出力導波路からの出射光パワーの強度比である。なお、図８における横軸のテーパー部長さは、本例で用いたシミュレーションソフト上のＸ座標長さの値を示す。
ここで、図２及び図３の上方、すなわちテーパー部で側壁が入力導波路直線部の光軸の延長軸と平行になっている側に接続されている出力導波路を第1の出力導波路、もう一方を第２の出力導波路とする。各出力導波路の出力光強度は、当該出力導波路からの出力光の光強度分布と当該出力導波路の基本伝搬モードの光強度分布との重なり積分をとり、これを入射光強度に対する相対値とすることで求めた。

図９は、出力の大きい方の導波路の出力光強度を出力の小さい方の導波路の出力光強度で割ることにより求めた分岐比である。図９における横軸のテーパー部長さは、本例で用いたシミュレーションソフト上のＸ座標長さの値を示す。なお、先の図８に示すシミュレーション結果で、テーパー長Ｌ＝２０μｍのデータ１点だけ、第１の導波路の出力の方が大きいものとなっている。分岐比は、Ｌの増加とともに大きくなり、Ｌ＝６０μｍの時、３．４まで増加する。
この間、図１０に示す過剰損失は０．３〜０．２ｄＢである。このテーパー長２０μｍから６０μｍの区間を第１の区間と呼ぶことにする。
テーパー長Ｌ＝６０μｍの位置から分岐比は低下に転じ、Ｌ＝１４０μｍで１．１となる。テーパー長Ｌ＝６０〜１４０μｍの範囲において過剰損失は０．０２ｄＢ〜０．０１ｄＢと低下する。この範囲を第２の区間と呼ぶことにする。
図８に示す如く、以降、分岐比は増減を繰りかえすが、最大分岐比は小さくなっていっている。所望の分岐比を得るためには、前記第１の区間あるいは第２の区間からテーパー長Ｌを選択する必要があり、第１の区間と比較して第２の区間の方が過剰損失が少なく、またテーパー長の変化に対する分岐比の変化が緩やかであることから製造時の加工誤差に対するトレランスを大きくすることができる。

以上の検討結果から、この高比屈折率差光導波路の設計においては、テーパー長としてＬ＝６０〜１４０μｍの範囲から所望の分岐比を実現できる数値を選択することにより、過剰損失が小さくまた製造トレランスが大きい分岐比１．１〜３．４の光分岐素子を得ることが可能である。

具体的な第２の設計の事例として、矩形断面を有する埋込型光導波路であり、屈折率が１．５３４に調整されたフッ素化ポリイミドをコア材料とし、屈折率が１．５２９に調整されたフッ素化ポリイミドを下部クラッド層及び上部クラッド層に用いた比屈折率差Δ＝０．３％の低比屈折率差光導波路について２次元ＢＰＭ（Beam Propagation Method）シミュレーションによって検討した結果を示す。なお、この種の導波路設計において、２次元ＢＰＭによるシミュレーションは当業者が設計時に常用するシミュレーション手段である。
下部クラッド層は厚さ１５μｍ、コアは幅：ｗ：７μｍ×高さ：７μm、上部クラッド層は厚さ２２μｍとして計算した。分岐ギャップの幅Ｇは２μmとしたので、テーパー部の出力端の幅は１６μｍである。Ｓベンド部の曲率半径は４０ｍｍ、それに続く導波路の離隔距離は１２７μｍとした。

図１１は、入力導波路の入射光パワーに対する第１及び第２の出力導波路からの出射光パワーの強度比であり、図１２は分岐比を示す。なお、今回のシミュレーション結果で、テーパー長Ｌ＝５０μｍ及び１００μｍのデータの２点だけ第１の導波路の出力の方が大きいものとなっている。この２点を除き、分岐比は、Ｌの増加とともに大きくなり、Ｌ＝４００μmの時の５．２まで増加する。この間、図１３に示す過剰損失は０．１１〜０．１６ｄＢである。これを第１の区間と呼ぶことにする。ここから分岐比は低下に転じ、Ｒ＝９００μｍで１．１となる。過剰損失は０．１５〜０．０４ｄＢと低下する。これを第２の区間と呼ぶことにする。なお、第１の区間と第２の区間の境界であるＬ＝４００μｍを除外し、Ｌ＝４５０〜９００μｍについて見ると、過剰損失は０．１２〜０．０４ｄＢと少ないので、優秀な値を示している。

以降、このシミュレーション事例においても分岐比は増減し、最大分岐比が小さくなっている。所望の分岐比を得るためには、第１の区間あるいは第２の区間からテーパー長を選択する必要があり、第１の区間と比較して第２の区間の方が過剰損失が少なく、またテーパー長の変化に対する分岐比の変化が緩やかであることから製造時の加工誤差に対するトレランスが大きい。
以上のシミュレーション結果から、この低比屈折率差光導波路の設計においても、テーパー長として第２の区間のＬ＝４００〜９００μｍの範囲から所望の分岐比を実現できる数値を選択することにより、過剰損失が小さくまた製造トレランスが大きい分岐比１．１〜５．２の優れた光分岐素子を得ることが可能である。

以上説明したように上述したマッハツェンダ干渉計型光機能素子Ａ、Ｂ、Ｃの構造によれば、分波部６、３２、５２の分岐比を非等分岐比とし、損失の大きい第２の光路８、３４、５４に多くの光を入射する構造としたことで、第１の光路７、３３、５３の出射光強度と第２の光路８、３４、５４の出射光強度を揃えることができ、光出力強度の低下を抑止し、消光比の劣化を抑止したマッハツェンダ干渉計型光機能素子Ａ、Ｂ、Ｃを提供することができる。また、分波部６、３２、５２の分岐比を固定としたため、制御を複雑化することなく上述の作用効果を得ることができる。

次に、光変調部１２、３９、５９にＰ型あるいはＮ型の半導体領域を含ませ、電極による電圧により前記半導体領域のキャリア濃度変化による屈折率変化を誘起する構造で位相制御するならば、マッハツェンダ干渉計型光機能素子Ａ、Ｂ、Ｃにおいて光スイッチとしての応答速度を高速にすることができる。

また、各実施形態においてコア部１７とクラッド層１５、１６からなるコア構造とし、光変調部１２、３９、５９の半導体領域として、シリコンにドーパントとなる元素を注入して構成する基板型光導波路部品とするならば、シリコンフォトニクス技術を用いて基板１、２１、４９上に光導波路を形成することができ、素子を小型化した光部品とすることができ、しかも安価に提供できる。

図１に示すマッハツェンダ干渉計型光機能素子Ａの分波部６として、コア部幅の拡がるテーパー部６ａを備えた構造を採用することで、分岐比を固定化することが容易にでき、制御を複雑とすることなく第１の光路７の出射光強度と第２の光路８の出射光強度を揃えることができ、光出力強度の低下を抑止し、消光比の劣化を抑止することができる。
分波部６として、９対１を下回る固定の分岐比を有し、非等分岐であるような中間の分岐比を有する構造をシングルモードのＹ分岐型基板型導波路において低損失であり、大きな製造トレランスにて実現することができる。

また、分波部６のテーパー長Ｌとして、入力光導波路５の入射光パワーに対する第１の出力導波路７と第２の出力導波路８からの出射光パワーの強度比を測定した結果のグラフを利用し、テーパー部６ａの長さが長くなるに従って分岐比が増大する最初の第１の区間ではなく、これに続くテーパー部の長さが長くなるに従って分岐比が減少する第２の区間を先に説明した如く利用することにより、更に低損失、かつ、大きな製造トレランスを達成可能なマッハツェンダ干渉計型光機能素子Ａを提供することができる。
なお、マッハツェンダ干渉計型光機能素子Ｂ、Ｃにおいても分波部６と同等構成の分波部３２、５２を備えているので、マッハツェンダ干渉計型光機能素子Ａと同等の作用効果を得ることができる。
更に、マッハツェンダ干渉計型光機能素子Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、第１の光路７、３３、５３と第２の光路８、３４、５４について光路長の短い方の第２の光路８、３４、５４に位相制御器１２、３９、５９を設ける構造とすることで、光路長の長い第１の光路７、３３、５３側方に位相制御器１２、３９、５９を設ける構造よりも、伝送損失差を抑制することができる。

図１は本発明に係るマッハツェンダ干渉計型光機能素子の第１実施形態の概略構造を示す平面図。 図２は同マッハツェンダ干渉計型光機能素子の第１実施形態に適用される入力光導波路と分波部と第１の光路並びに第２の光路を示す平面図。 図３は同マッハツェンダ干渉計型光機能素子の第１実施形態に適用される分波部の拡大図。 図４は同マッハツェンダ干渉計型光機能素子の第１実施形態に適用される分波部の内部構造を示す断面図。 図５は同マッハツェンダ干渉計型光機能素子の第１実施形態に適用される位相制御器がシリコンフォトニクスデバイスの場合の部分断面図。 図６は本発明に係るマッハツェンダ干渉計型光機能素子の第２実施形態を示す構成図。 図７は本発明に係るマッハツェンダ干渉計型光機能素子の第３実施形態を示す構成図。 図８は本発明に係るマッハツェンダ干渉計型光機能素子の構造において各構造部の材料及び具体寸法と分波部のテーパー部の長さを基に３次元ビーム伝搬法によりシミュレーション解析した結果得られた各出力導波路の出力光パワーとテーパー部の長さとの関係を示す図。 図９は同解析の結果得られた分波部の分岐比とテーパー部の長さとの関係を示す図。 図１０は同解析の結果得られた過剰損失とテーパー部の長さとの関係を示す図。 図１１は本発明に係るマッハツェンダ干渉計型光機能素子の構造において各構造部の材料及び具体寸法と分波部のテーパー部の長さを基に２次元ＢＰＭシミュレーション解析した結果得られた各出力導波路の出力光パワーとテーパー部の長さとの関係を示す図。 図１２は同解析の結果得られた分波部の分岐比とテーパー部の長さとの関係を示す図。 図１３は同解析の結果得られた過剰損失とテーパー部の長さとの関係を示す図。

符号の説明

Ａ…マッハツェンダ干渉計型光機能素子、Ｇ…ギャップ、１…基板、２…伝送路、３…位相制御器、５…入力光導波路、６…分波部、６Ａ…入力側端面、６Ｂ…第１の側面、６Ｃ…第２の側面、６Ｄ…出力側端面、７…第１の光路、７Ａ…Ｓベンド型の導波路、８…第２の光路、８Ａ…Ｓベンド型の導波路、９…合波部、１０…第１の出力導波路、１１…第２の出力導波路、１２…光変調部、１３…配線、１４…制御部、１５…下部クラッド層、１６…上部クラッド層、１７…コア部、３１、５１…入力光導波路、３２、５２…分波部、３３、５３…第１の光路、３４、５４…第２の光路、３６、５６…フォトニック結晶部、３７、３８、５７、５８…電極、３９、５９…光変調部、４０、６０…合波部、４１、６１…第１の出力導波路、４２、６２…第２の出力導波路、

Claims (8)

1. 入力光導波路と、この入力光導波路に接続されて入力光導波路から入射された信号光を２つに分配して出射する分波部と、この分波部から出射される光が入射される第１の光路及び第２の光路と、該第２の光路の一部として設けられ外部から入力される位相制御信号に応じて信号光の位相を調整する光変調部と、前記第１の光路と第２の光路に接続されて前記第１の光路からの信号光と第２の光路からの信号光を合波して出射する合波部と、該合波部からの合波光が出射される出力導波路とを有するマッハツェンダ干渉計型光機能素子であって、
   前記第２の光路は前記光変調部に起因して第１の光路よりも光伝搬損失が大きくされ、前記分波部は固定の非等分岐比とされ、前記第２の光路に入射する光強度が前記第１の光路に入射する光強度よりも強くされてなることを特徴とするマッハツェンダ干渉計型光機能素子。
2. 前記分波部の分岐比が、出力導波路からの出射光強度を最大とするように前記光変調部において位相を制御した状態において、前記第１の光路からの合波部に対する信号光強度と、第２の光路からの合波部に対する信号光強度とが等しくなるように決められたものであることを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダ干渉計型光機能素子。
3. 前記光変調部にＰ型半導体である領域とＮ型半導体である領域の両方または一方が含まれ、この光変調部が、位相制御信号として２個の電極に電圧を印加することによって該半導体の領域にキャリア濃度変化による屈折率変化を誘起する構造であり、前記第２の光路に前記第１の光路と比較して過剰に有する光伝搬損失が、自由キャリア吸収による損失とされてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のマッハツェンダ干渉計型光機能素子。
4. 前記入力光導波路と分波部と第１の光路と第２の光路と合波部において、信号光が透過する各部位は屈折率の高い材料からなるコア部を屈折率の低い材料からなるクラッド層が包囲してなる光導波路構造であり、前記コア部がシリコン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素のいずれかからなり、前記光変調部の半導体領域がシリコンにドーパントとなる元素を注入して構成され、基板型光導波路部品であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマッハツェンダ干渉計型光機能素子。
5. 前記分波部がＹ分岐型光導波路とされ、分波部の入射側から出射側に徐々にコア部幅の広がるテーパー部が形成され、入力光導波路の中心の延長軸に対するテーパー部の両側面の傾斜角度が第１の光路側と第２の光路側とで異なっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマッハツェンダ干渉計型光機能素子。
6. 前記分波部の出力端に２本のＳベンド型の光導波路が接続されて前記第１の光路と第２の光路が形成されるとともに、前記分波部において、前記テーパー部に入射する手前の入力光導波路部分が直線状とされ、該テーパー部の2つの側壁のうち、一方が該入力光導波路のテーパー部近傍の直線部の光軸に平行とされ、他方が該入力光導波路のテーパー部近傍の直線部の光軸に対して傾斜され、該テーパー部の出力端の幅が、該テーパー部の出力端に接続された2本のＳベンド型の光導波路の幅の合計に、該2本のＳベンド型の光導波路の始端のギャップ幅を加算した値と等しくされ、２本のＳベンド型の光導波路部の間隔が、該テーパー部の出力端に接続された始端部側で一番狭く、終端に向かって互いに徐々に離隔されてなり、前記Ｓベンド型の光導波路を接続した前記テーパー部の端面が前記入力光導波路終端の端面と平行とされ、分波部が非等分岐比を有することを特徴とする請求項５に記載のマッハツェンダ干渉計型光機能素子。
7. 前記分岐部のテーパー部の長さを横軸に、分岐比を縦軸にとって、前記入力光導波路の入射光パワーに対する前記第１の出力導波路と第２の出力導波路からの出射光パワーの強度比を測定した結果のグラフを描画し、前記テーパー部の長さが長くなるに従って分岐比が増大する最初の区間が第１の区間とされ、これに続くテーパー部の長さが長くなるに従って分岐比が減少する区間が第２の区間とされた時、前記テーパー部の長さが第２の区間の範囲から選択されたことを特徴とする請求項６に記載の干渉型光機能素子。
8. 前記第１の光路と第２の光路のうち、光路長の短い方の光路にのみ、位相制御器が設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のマッハツェンダ干渉計型光機能素子。

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