JP2010231058A - 光波長フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】方向性結合器を必要としないこと。
【解決手段】第１端部１６ａ１から第２端部１６ａ２まで幅が減少する第１光導波路１６ａ、及び、第３端部１６ｂ３から第４端部１６ｂ４まで幅が増加する第２光導波路１６ｂが、第１及び第３端部をＧ＋ΔＧの距離だけ離間させて隣接させ、第２及び第４端部をＧの距離だけ離間させて隣接させて、基板１２の第１主面１２ａに平行な対称軸１０Ｃを中心として配置された非対称幅分岐導波路１６と、一端部が第２端部に接続されていて、第１グレーティングＧ１を備えた第１チャネル型光導波路１８ａと、一端部が第４端部に接続されていて、対称軸を中心として第１グレーティング光導波路と線対称な位置に設けられているとともに、第１チャネル型光導波路に設けられた第１グレーティングとは半周期ずれた第２グレーティングＧ２を備えた第２チャネル型光導波路１８ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、異なる波長の光を分離する光波長フィルタに関する。

光加入者系においては、加入者側から局側への光伝送（上り通信）と、局側から加入者側への光伝送（下り通信）を一本の光ファイバで行う必要があり、そのため上り通信及び下り通信を異なる波長の光で行っている。このため、異なる波長の光を分離する光波長フィルタが必要となる。一般的に光加入者系では、この光波長フィルタと発光素子及び受光素子とを空間光学的に光軸合わせして組み立てることより、波長合分波素子として用いている。加入者側で用いられる波長合分波素子はＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）と称される（例えば、特許文献１〜５）。

近年、光波長フィルタとして、光軸合わせを不要とする光導波路型の光波長フィルタが研究されている。この種の光波長フィルタとしては、マッハツェンダ干渉計を用いたもの、方向性結合器を用いたもの、グレーティングを用いたもの等が知られている。

マッハツェンダ干渉計を用いたものは、回路理論を用いて波長特性を設計できる利点がある。しかし、Ｓｉ製のマッハツェンダ型光波長フィルタをＯＮＵに使用する場合には、等価屈折率や結合係数の波長依存性が大きいために設計が難しい。

また、方向性結合器を用いた光波長フィルタは、透過率が波長依存性を有しているために、例えば光源から出力される光の波長のズレにより透過率が変化してしまう。

また、グレーティングを用いた光波長フィルタとして、グレーティングと方向性結合器とを組み合わせた素子が知られている（例えば、特許文献６〜１３参照）。

米国特許第４８６０２９４号明細書 米国特許第５７６４８２６号明細書 米国特許第７０７２５４１号明細書 特開平８−１６３０２８号公報 特開２００６−２０８５２４号公報 特開２００５−３３１５８２号公報 特開２００４−１２６１７２号公報 特開２００３−２９２２０号公報 特開２００３−２９０６９号公報 特表２００２−５０４７０５号公報 特開２００１−６６５６０号公報 特開平１０ー１８６１６６号公報

しかしながら、特許文献６〜１３に記載されたグレーティングを用いた光波長フィルタにおいては、クロストーク特性を向上するためには、高い寸法精度の方向性結合器を必要とするという問題点が存在した。

この発明は、このような問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の目的は、グレーティングを用いた光波長フィルタであって、方向性結合器を必要としないものを提供することにある。

この発明の光波長フィルタは、非対称幅分岐導波路と、入出力用光導波路と、入力用光導波路と、第１チャネル型光導波路と、第２チャネル型光導波路と、テーパ状光導波路と、出力用光導波路とを備えている。

ここで、非対称幅分岐導波路は、基板の第１主面上に設けられた第１及び第２光導波路を備えている。第１光導波路は、光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅がｗ＋Δｗ／２（ここで、ｗ及びΔｗは正数）の第１端部から光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅がｗの第２端部まで幅が直線的に減少するとともに第１中心軸に沿って延在している。第２光導波路は、光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅がｗ−Δｗ／２の第３端部から光伝播方向に直交しかつ基板の前記第１主面に平行な幅がｗの第４端部まで幅が直線的に増加するとともに第２中心軸に沿って延在する。これら第１及び第２光導波路が、第１及び第３端部をＧ＋ΔＧ（ここで、Ｇ及びΔＧは正数）の距離だけ離間させて隣接させ、及び第２及び第４端部をＧの距離だけ離間させて隣接させて、基板の前記第１主面に平行な対称軸を中心として、第１及び第２中心軸が線対称になるように第１主面上に設けられてなる。

入出力用光導波路は、第１端部に接続されていて、上り光信号を外部に向けて伝播し、及び下り光信号を外部から第１光導波路に向けて伝播する。

入力用光導波路は、第３端部に接続されていて、上り光信号を第２光導波路に向けて伝播する。

第１チャネル型光導波路は、一端部が第２端部に接続されていて、第１グレーティングを備えている。

第２チャネル型光導波路は、一端部が第４端部に接続されていて、対称軸を中心として第１チャネル型光導波路と線対称な位置に設けられているとともに、第１チャネル型光導波路に設けられた第１グレーティングとは半周期ずれた第２グレーティングを備えている。

テーパ状光導波路は、第１及び第２チャネル型光導波路の双方の他端部に接続されていて、他端部から離間するにつれて光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅が狭くなる。

出力用光導波路は、テーパ状光導波路の先端部に接続されていて、下り光信号を外部に向けて伝播する。

この光波長フィルタの好適な一実施態様として、第１及び第２グレーティングを、第１波長の上り光信号を反射する周期に形成するのがよい。

この光波長フィルタの別の好適な一実施態様として、第１及び第２光導波路、入出力用光導波路、入力用光導波路、第１チャネル型光導波路、第２チャネル型光導波路、テーパ状光導波路及び前記出力用光導波路をＳｉで形成するのがよい。

この発明の別の光波長フィルタは、非対称幅分岐導波路と、入出力用光導波路と、入力用光導波路と、平面型多モード光導波路と、テーパ状光導波路と、出力用光導波路とを備えている。

ここで、非対称幅分岐導波路は、光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅がｗ＋Δｗ／２（ここで、ｗ及びΔｗは正数）の第１端部から光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅がｗの第２端部まで幅が減少するとともに第１中心軸に沿って延在する第１光導波路、及び、光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅がｗ−Δｗ／２の第３端部から光伝播方向に直交しかつ基板の前記第１主面に平行な幅がｗの第４端部まで幅が増加するとともに第２中心軸に沿って延在する第２光導波路が、第１及び第３端部をＧ＋ΔＧ（ここで、Ｇ及びΔＧは正数）の距離だけ離間させて隣接させ、及び第２及び第４端部をＧの距離だけ離間させて隣接させて、基板の第１主面に平行な対称軸を中心として、第１及び第２中心軸が線対称になるように第１主面上に設けられてなる。

入出力用光導波路は、第１端部に接続されていて、上り光信号を外部に向けて伝播し、及び下り光信号を外部から第１光導波路に向けて伝播する。

入力用光導波路は、第３端部に接続されていて、上り光信号を第２光導波路に向けて伝播する。

平面型多モード光導波路は、第２及び第４端部の双方に接続されていて対称軸に沿って延在するとともに、対称軸を挟んで一方側と他方側とで半周期ずれた第１及び第２グレーティングを備えている。

テーパ状光導波路は、平面型多モード光導波路の第２及び第４端部が接続されている端部とは反対側の端部に接続されていて、この端部から離間するにつれて光伝播方向に直交し基板の第１主面に平行な幅が狭くなる。

出力用光導波路は、テーパ状光導波路の先端部に接続されていて、下り光信号を外部に向けて伝播する。

この光波長フィルタの好適な一実施態様として、第１及び第２グレーティングを、第１波長の上り光信号を反射する周期に形成するのがよい。

この光波長フィルタの好適な別の一実施態様として、第１及び第２光導波路、入出力用光導波路、入力用光導波路、平面型多モード光導波路、テーパ状光導波路及び出力用光導波路をＳｉで形成するのがよい。

この発明によれば、方向性結合器を必要としないグレーティングを用いた光波長フィルタが得られる。

また、第１及び第２グレーティングを第１波長の上り光信号を反射する周期に形成しているので、第２波長の下り光信号は第１及び第２グレーティングを透過する。その結果、上り光信号と下り光信号とを分波することができる。

第１及び第２光導波路、入出力用光導波路、入力用光導波路、第１チャネル型光導波路、第２チャネル型光導波路、テーパ状光導波路及び出力用光導波路をＳｉで形成しているので、この光波長フィルタを作成するに当たり、従来周知の半導体製造プロセスを応用することができる。その結果、光波長フィルタを容易に製造することができる。

実施の形態１の光波長フィルタの構造を概略的に示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、上り光信号の伝播の様子の説明に供する模式図である。 下り光信号の伝播の様子の説明に供する模式図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、上り光信号の第２迷光の伝播の様子の説明に供する模式図である。 下り光信号の伝播の様子の説明に供する模式図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、下り光信号の第３迷光の伝播の様子の説明に供する模式図である。 下り光信号の第４迷光の伝播の様子の説明に供する模式 シミュレーションに用いた構造体の構造を概略的に示す斜視図である。 （Ａ）は、第２波長１．４９μｍの下り光信号が第１光導波路入力された場合の光の強度分布を示す模式図であり、（Ｂ）は、第１波長１．３１μｍの上り光信号が第２光導波路に入力された場合の光の強度分布を示す模式図である。 グレーティングのシミュレーション結果を示す反射特性図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は非対称幅分岐導波路の寸法を変化させたときの迷光の強度をシミュレーションにより求めた特性図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は非対称幅分岐導波路の寸法を変化させたときの迷光の強度をシミュレーションにより求めた特性図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は非対称幅分岐導波路の寸法を変化させたときの迷光の強度をシミュレーションにより求めた特性図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は非対称幅分岐導波路の寸法を変化させたときの迷光の強度をシミュレーションにより求めた特性図である。 （Ａ）は、第１波長１．３１μｍの上り光信号について、非対称幅分岐導波路の幅誤差の説明に供する特性図であり、（Ｂ）は、第２波長１．４９μｍの下り光信号について、非対称幅分岐導波路の幅誤差の説明に供する特性図である。 実施の形態２の光波長フィルタの平面図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。

（実施の形態１）
（１）構造
まず、図１を参照して、この実施の形態の光波長フィルタの構造について説明する。図１は、光波長フィルタ１０の構造を概略的に示す斜視図である。なお、図１において、光波長フィルタ１０は、後述するクラッド中に埋め込まれており、直接目視することはできないが、光波長フィルタ１０を強調するために、実線で示してある。

図１を参照すると、光波長フィルタ１０は、基板１２の第１主面１２ａ側に形成されたクラッド１４の中に埋め込まれた構造体として形成されている。ここで、基板１２は矩形状の平行平板である。基板１２は、好ましくは、例えばＳｉ基板とするのがよい。また、クラッド１４は、平面形状が基板と等しい矩形状の平行平板である。クラッド１４は、好ましくは、例えばＳｉＯ_２を材料として形成するのがよい。

光波長フィルタ１０は、底面が基板１２の第１主面１２ａと平行になるように、クラッド１４中に埋め込まれている。光波長フィルタ１０を構成する材料は、場所によらず同一であり、好ましくは、例えばＳｉとするのがよい。

光波長フィルタ１０の底面と、基板１２の第１主面１２ａとの間の距離Ｄ１は、光波長フィルタ１０中を伝播する光の、基板１２への結合を防ぐために、好ましくは、例えば、約１μｍ以上の大きさとするのがよい。また、光波長フィルタ１０の第１主面１２ａに垂直に測った厚みＤ２は、場所によらず等しく、好ましくは、例えば約０．３μｍとするのがよい。

光波長フィルタ１０は、クラッド１４の側面１４ａ及び１４ｂに合計３つの光入出力ポートである第１〜第３ポートＰ１〜Ｐ３を備えている。より詳細には、側面１４ａに入出力用光導波路２４に接続する第１ポートＰ１と、入力用光導波路２６に接続する第２ポートＰ２とを備えている。そして、側面１４ｂに出力用光導波路２８に接続する第３ポートＰ３を備えている。

第１ポートＰ１は、光波長フィルタ１０の外部に設けられた一本の光ファイバＦに接続されている。そして、光ファイバＦは、例えば光加入者系の局側終端装置（不図示）と接続されている。従って、光波長フィルタ１０から局側終端装置に向けて送信される上り光信号、及び局側終端装置から光波長フィルタ１０に向けて送信される下り光信号の両光信号は、光ファイバＦ及び入出力用光導波路２４を伝播することとなる。

第２ポートＰ２は、光波長フィルタ１０の外部に設けられた発光素子ＬＤに接続されている。この発光素子ＬＤからは、上述した上り光信号が入力用光導波路２６に向けて入力される。詳しくは後述するが、光波長フィルタ１０は、発光素子ＬＤから入力された上り光信号を合分波して、入出力用光導波路２４から局側終端装置に向けて出力する。

第３ポートＰ３は、光波長フィルタ１０の外部に設けられた受光素子ＰＤに接続されている。この受光素子ＰＤには、光波長フィルタ１０で合分波されて出力用光導波路２８を伝播してきた下り光信号が第３ポートＰ３を介して出力される。

なお、この実施の形態においては、上り光信号の波長は、光通信の分野で一般的に用いられている１．３１μｍの第１波長とする。同様に、下り光信号の波長は、１．４９μｍの第２波長とする。

光波長フィルタ１０は、非対称幅分岐導波路１６と第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂと、テーパ状光導波路２２と、入出力用光導波路２４と、入力用光導波路２６と、出力用光導波路２８とを備えている。以下、光波長フィルタ１０を構成するこれらの構成要素ごとにより詳細に説明する。

非対称幅分岐導波路１６は、言わば「ハ」字状に配置された第１光導波路１６ａ及び第２光導波路１６ｂを備えている。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、光伝播方向に直交する横断面形状がそれぞれ矩形状に形成されている。

第１光導波路１６ａは、その第１中心軸１６ａＣに沿って延在し、第１端部１６ａ１から第２端部１６ａ２にかけて幅が直線的に減少するシングルモードの光導波路である。ここで、「幅」とは、光伝播方向に直交しかつ基板１２の第１主面１２ａに平行な方向の第１光導波路１６ａの両辺間の距離のことをいう。

より詳細には、第１光導波路１６ａは、第１中心軸１６ａＣを対称軸とした長尺な等脚台形状に形成されている。そして、入出力用光導波路２４に接続された第１端部１６ａ１における幅ｗ＋Δｗ／２（ここで、ｗ及びΔｗは正数）から、第１チャネル型光導波路１８と接続された第２端部１６ａ２における幅ｗまで、導波路幅が減少している。

第２光導波路１６ｂは、第２中心軸１６ｂＣに沿って延在し、第３端部１６ｂ３から第４端部１６ｂ４にかけて幅が直線的に増加するシングルモード光導波路である。ここで、「幅」とは、光伝播方向に直交しかつ基板１２の第１主面１２ａに平行な方向の第２光導波路１６ｂの両辺間の距離のことをいう。

より詳細には、第２光導波路１６ｂは、第２中心軸１６ｂＣを対称軸とした長尺な等脚台形状に形成されている。そして、入力用光導波路２６に接続された第３端部１６ｂ３における幅ｗ−Δｗ／２から、第２チャネル型光導波路１８ｂと接続された第４端部１６ｂ４における幅ｗまで、導波路幅が増加している。なお、第２光導波路１６ｂの第４端部１６ｂ４における幅は、第１光導波路１６ａの第２端部１６ａ２における幅と等しい寸法である。

第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、基板１２の第１主面１２ａに平行な対称軸１０Ｃを中心として、第１中心軸１６ａＣと第２中心軸１６ｂＣとが線対称な位置関係となるように第１主面１２ａ上に配置されている。より詳細には、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂにおいて、側面１４ａ側に存在する第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３がそれぞれ隣接し合っており、側面１４ｂ側に存在する第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４がそれぞれ隣接し合っている。

ここで、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の間の間隔、すなわち、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３における第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの互いに向かい合う側面間の距離は、Ｇ＋ΔＧとする。また、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４の間の間隔、すなわち、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４における第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの互いに向かい合う側面間の距離はＧとする。なお、以降、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の間の間隔Ｇ＋ΔＧを単に「第１間隔Ｇ＋ΔＧ」と称することもある。また、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４の間の間隔Ｇを単に「第２間隔Ｇ」と称することもある。

これらの結果として、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３側から第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４側にかけて、両光導波路の間隔が第１間隔Ｇ＋ΔＧから第２間隔Ｇまで減少するように配置されて、非対称幅分岐導波路１６を構成している。ここで、第１又は第２光導波路１６ａ又は１６ｂの対称軸１０Ｃに対する正射影の長さＬ１を「非対称幅分岐導波路１６の長さ」と称する。

ここで、非対称幅分岐導波路１６の具体的な寸法の一例を挙げておく。

第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂにおいて、幅ｗは、例えば約３００ｎｍとする。また、幅の変化分Δｗは、例えば約２０ｎｍとする。従って、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４における幅ｗは、例えば約３００ｎｍとなる。同様に、第１光導波路１６ａの第１端部１６ａ１における幅ｗ＋Δｗ／２は、３１０ｎｍ（＝３００＋２０／２）となる。また、第２光導波路１６ｂの第３端部１６ｂ３における幅ｗ−Δｗ／２は、２９０ｎｍ（＝３００−２０／２）となる。

また、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの第２間隔Ｇは、例えば約０．３μｍとする。また、間隔の変化分ΔＧは、例えば約０．２μｍとする。従って、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、第１間隔Ｇ＋ΔＧが０．５μｍ（＝０．３＋０．２）となり、第２間隔Ｇが０．３μｍとなる。

第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂは、それぞれ第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂに接続されたシングルモードのチャネル型光導波路である。第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂは、光伝播方向に直交する横断面形状がそれぞれ矩形状に形成されている。第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂは、対称軸１０Ｃを中心として、線対称な位置に配置されている。また、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂの第１主面１２ａ内において対称軸１０Ｃに垂直な方向の間隔Ｌ３は、両チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂを伝播する光が相互作用しないような大きさとされている。より具体的には、上り光信号の波長すなわち第１波長が１．３１μｍ、及び下り光信号の波長すなわち第２波長が１．４９μｍの場合には、間隔Ｌ３は、好ましくは、例えば約１μｍ以上とするのがよい。

ここで、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂの第１主面１２ａに垂直に測った高さは、例えば約０．３μｍとする。また、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂの光伝播方向に垂直でかつ第１主面１２ａに平行に測った幅は、例えば約０．３μｍとする。

第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂは、後述する第１グレーティングＧ１及び第２グレーティングＧ２の格子溝の配置を除き、同様に構成されている。

第１チャネル型光導波路１８ａは、一端部１８ａＴ１が第１光導波路１６ａの第２端部１６ａ２に接続され、他端部１８ａＴ２がテーパ状光導波路２２に接続された、第１グレーティングＧ１を備えた光導波路である。より詳細には、第１チャネル型光導波路１８ａは、第１湾曲部１８ａ１と、第１グレーティングＧ１を備えた第１直線部１８ａＧと、第２湾曲部１８ａ２とを備えている。

第１湾曲部１８ａ１は、第１光導波路１６ａの第２端部１６ａ２に接続された一端部１８ａＴ１から第１直線部１８ａＧまでを接続する光導波路である。第１湾曲部１８ａ１は、一端部１８ａＴ１から、第１直線部１８ａＧに向かうにつれて、対称軸１０Ｃから離間するように基板１２の外側に向かって滑らかに湾曲して形成されている。

第１直線部１８ａＧは、回折格子としての第１グレーティングＧ１が光伝播方向に沿って所定の周期Λで形成されていて、対称軸１０Ｃと平行に延在する光導波路である。第１直線部１８ａＧの光伝播方向に沿った長さはＬ２とする。

ここで、第１グレーティングＧ１は、第１直線部１８ａＧの両側面、すなわち第１直線部１８ａＧにおいて、基板１２の第１主面１２ａに垂直に延在する光伝播方向に沿った二つの面に形成されている。より詳細には、両側面に周期Λで格子溝としての凹凸を形成することにより形成されている。詳しくは後述するが、第１グレーティングＧ１の周期Λは、上り光信号の波長である第１波長の光を反射する大きさに形成されている。

第１グレーティングＧ１の格子溝の周期Λは、第１波長１．３１μｍの上り光信号を反射するものとして、例えば約２６６ｎｍとする。また、第１グレーティングＧ１の格子溝の深さは、例えば約１５ｎｍとする。また、第１グレーティングＧ１において、格子溝の繰り返し個数は、充分な反射光強度が確保できるだけの個数とする。この実施の形態で説明したように１５ｎｍの深さの格子溝を用い、第１波長１．３１μｍの上り光信号を反射するものとした場合、格子溝を２００個周期的に繰り返して作成すれば、後述するように反射光の帯域幅１０ｎｍで９５％以上の反射光強度が得られる。

第２湾曲部１８ａ２は、第１直線部１８ａＧから、他端部１８ａＴ２に接続されたテーパ状光導波路２２までを接続する光導波路である。第２湾曲部１８ａ２は、第１直線部１８ａＧから他端部１８ａＴ２に向かうにつれて、対称軸１０Ｃに接近するように基板１２の内側に向かって滑らかに湾曲して形成されている。

第２チャネル型光導波路１８ｂは、一端部１８ｂＴ１が第２光導波路１６ｂの第４端部１６ｂ４に接続され、他端部１８ｂＴ２がテーパ状光導波路２２に接続された、第２グレーティングＧ２を備えた光導波路である。

第３湾曲部１８ｂ３は、第２光導波路１６ｂの第４端部１６ｂ４に接続された一端部１８ｂＴ１から第２直線部１８ｂＧまでを接続する光導波路である。第３湾曲部１８ｂ３は、一端部１８ｂＴ１から、第２直線部１８ｂＧに向かうにつれて、対称軸１０Ｃから離間するように基板１２の外側に向かって滑らかに湾曲して形成されている。

第２直線部１８ｂＧは、回折格子としての第２グレーティングＧ２が光伝播方向に沿って第１グレーティングＧ１と同じ周期Λで形成されていて、対称軸１０Ｃと平行に延在する光導波路である。第２直線部１８ｂＧの光伝播方向に沿った長さは、第１直線部１８ａＬと同様にＬ２とする。

ここで、第２グレーティングＧ２は、第２直線部１８ｂＧの両側面、すなわち第２直線部１８ｂＧにおいて、基板１２の第１主面１２ａに垂直に延在する光伝播方向に沿った二つの面に形成されている。より詳細には、両側面に周期Λで格子溝としての凹凸を形成することにより形成されている。

第２グレーティングＧ２の第１グレーティングＧ１との違いは、回折格子の位相関係である。第２グレーティングＧ２における格子溝は、第１グレーティングＧ１の格子溝と半周期（Λ／２）だけずれて形成されている。

第４湾曲部１８ｂ４は、第２直線部１８ｂＧから、他端部１８ｂＴ２に接続されたテーパ状光導波路２２までを接続する光導波路である。第４湾曲部１８ｂ４は、第２直線部１８ｂＧから他端部１８ｂＴ２に向かうにつれて、対称軸１０Ｃに接近するように基板１２の内側に向かって滑らかに湾曲して形成されている。

テーパ状光導波路２２は、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂの双方の他端部１８ａＴ２及び１８ｂＴ２に接続されていて、他端部１８ａＴ２及び１８ｂＴ２から離間するにつれて光伝播方向に直交しかつ基板１２の第１主面１２ａに平行な幅が狭くなる平面型光導波路である。

より詳細には、テーパ状光導波路２２は、対称軸１０Ｃを中心として線対称な等脚台形状に形成されている。その下底側（長さが長い方の底辺側）に、対称軸１０Ｃに対称に第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂが接続されている。そして、上底側（長さが短い方の底辺側）に出力用光導波路２８が接続されている。

ここで、テーパ状光導波路２２の具体的な寸法を例示する。テーパ状光導波路２２の対称軸１０Ｃに沿った方向の長さは、例えば、約１６μｍとする。また、テーパ状光導波路２２の等脚台形の下底の幅は、例えば、約０．８μｍとする。

入出力用光導波路２４は、第１光導波路１６ａの第１端部１６ａ１に接続されたシングルモードの光導波路である。入出力用光導波路２４は、上り光信号を光波長フィルタ１０の外部に向けて伝播し、下り光信号を光波長フィルタ１０の外部から第１光導波路１６ａに向けて伝播する機能を有する。

入力用光導波路２６は、第２光導波路１６ｂの第３端部１６ｂ３に接続されたシングルモードの光導波路である。入力用光導波路２６は、上り光信号を第２光導波路１６ｂに向けて伝播する機能を有する。

出力用光導波路２８は、テーパ状光導波路２２の先端部に接続されたシングルモードの光導波路である。出力用光導波路２８は、下り信号を光波長フィルタ１０の外部に向けて伝播する機能を有する。

（２）動作
次に、図２〜３を参照して、光波長フィルタ１０の動作について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、上り光信号の伝播の様子の説明に供する模式図である。図３は、下り光信号の伝播の様子の説明に供する模式図である。

（２−１）上り光信号
まず、図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して波長１．３１μｍの上り光信号の伝播の様子について説明する。

なお、以下の説明においては、非対称幅分岐導波路１６における光の伝播の様子を求めるために、固有モード計算を行っている。この固有モード計算は、文献（Ｏｋａｙａｍａ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．２７，ｐ．１８４７（１９９１））に開示されている公知の計算方法に従って行った。

図２（Ａ）に示すように、発光素子ＬＤから出力された光信号Ｂ１は、入力用光導波路２６を伝播して、非対称幅分岐導波路１６の第２光導波路１６ｂに入力される（図１参照）。非対称幅分岐導波路１６に入力された光信号Ｂ１は、非対称幅分岐導波路１６における固有モード計算によると、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂを伝播する反対称の固有モードとなっている。

その結果、非対称幅分岐導波路１６において、光信号Ｂ１から、第１光導波路１６ａを伝播する第１成分Ｂ１ａとともに、第１成分Ｂ１ａとは位相が反転した第２成分Ｂ１ｂが第２光導波路１６ｂに励起されていく。そして、非対称幅分岐導波路１６を第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂ方向に伝播するにつれて、第１成分Ｂ１ａの強度は減少し、第２成分Ｂ１ｂの強度は増加していき、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４の位置において、第１及び第２成分Ｂ２ａ及びＢ２ｂの強度が等しく位相が逆転した固有モード光Ｂ２となる。

固有モード光Ｂ２が反対称の強度分布を持っている結果、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂのそれぞれには、位相が反転しかつ強度が等しい第１基本モード光Ｂ３ａと第２基本モード光Ｂ３ｂとが、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４から入力される。

続いて、図２（Ｂ）を参照して、さらに上り光信号の伝播の様子について説明する。

上述したように、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂに形成されている第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２の周期Λは、上り光信号の波長の光を反射する大きさとされている。その結果、第１及び第２基本モード光Ｂ３ａ及びＢ３ｂは第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２でそれぞれ反射されて、それぞれ第１及び第２反射光Ｂ４ａ及びＢ４ｂとして、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂを非対称幅分岐導波路１６に向けて伝播する。

ところで、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２の格子溝は、半周期（Λ／２）だけ位相がずれている。その結果、反射前の第１及び第２基本モード光Ｂ３ａ及びＢ３ｂでは反転していた光の位相が、反射後の第１及び第２反射光Ｂ４ａ及びＢ４ｂでは同一となる。

この第１及び第２反射光Ｂ４ａ及びＢ４ｂは、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂを、第１及び第２基本モード光Ｂ３ａ及びＢ３ｂとは逆の経路で伝播し、非対称幅分岐導波路１６の第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４に至る。

第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４に至った第１及び第２反射光Ｂ４ａ及びＢ４ｂは、非対称幅分岐導波路１６に強度と符号が等しい対称形状の第３及び第４成分Ｂ５ａ及びＢ５ｂを含む固有モード光Ｂ５を励起する。ところで、固有モード計算によると、対称形状の固有モード光Ｂ５は、非対称幅分岐導波路１６を第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３に向けて伝播していく過程で、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの内、幅が大きな第１光導波路１６ａに光電界を集中させていく。

その結果、固有モード光Ｂ５は、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂを第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３に向けて伝播するにつれて、第２光導波路１６ｂに分布する第４成分Ｂ５ｂの強度が減少し、第１光導波路１６ａに分布する第３成分Ｂ５ａの強度が増していく。

結果として、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の位置において、固有モード光Ｂ５の光界分布は、第１光導波路１６ａの第１端部１６ａ１に集中する。そして、固有モード光Ｂ５は、第１端部１６ａ１に接続された入出力用光導波路２４から光波長フィルタ１０の外部に設けられた局側終端装置に向けて上り光信号として出力される。

（２−２）上り光信号の迷光
次に、図３と図４（Ａ）及び（Ｂ）とを参照して、光波長フィルタ１０における上り光信号の迷光の挙動について説明する。ここで、「迷光」とは、何らかの原因で、上述した伝播経路以外の経路を伝播する上り光信号に由来する光のことを示す。

上り光信号の迷光は、以下に列記するように大きく２種類に分類される。以下、それぞれについて説明する。
（第１迷光）第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２で反射されなかった光
（第２迷光）非対称幅分岐導波路１６で励起された対称モード光

＜第１迷光＞
以下、図３を参照して、第１迷光について説明する。

第１及び第２基本モード光Ｂ３ａ及びＢ３ｂが第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２で反射されなかった場合、第１及び第２基本モード光Ｂ３ａ及びＢ３ｂは、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２に入力されたときの対称性を維持したまま第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂを伝播して、テーパ状光導波路２２に至る。

テーパ状光導波路２２に至った第１及び第２基本モード光Ｂ３ａ及びＢ３ｂは、図３に示したように、反対称性の高次モード光Ｂ６を励起する。ところで、テーパ状光導波路２２に接続されている出力用光導波路２８は、シングルモードの光導波路であるため、反対称性の高次モード光Ｂ６は伝播することができない。その結果、高次モード光Ｂ６は、基板１２への放射光Ｓとなり取り除かれる。

このように、この実施の形態の光波長フィルタ１０では、上り光信号が第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２で反射されなかったことに由来する第１迷光をテーパ状光導波路２２において効果的に除去することができる。より具体的には、受光素子ＰＤに入力される第１迷光の強度を、受光素子ＰＤで受信される下り光信号の強度の−３０ｄＢ以下にすることができる。その結果、受光素子ＰＤで受信される第１迷光由来のノイズを小さくすることができる。

＜第２迷光＞
図４（Ａ）に示したように、非対称幅分岐導波路１６の作用が充分でない場合、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４の位置において、強度と位相とが等しい第１及び第２成分Ｂ７ａ及びＢ７ｂを含む固有モード光Ｂ７が励起される。

この固有モード光Ｂ７が対称な強度分布を持っている結果、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂのそれぞれを、位相と強度が等しい第１基本モード光Ｂ８ａと第２基本モード光Ｂ８ｂとが伝播することになる。

第１及び第２基本モード光Ｂ８ａ及びＢ８ｂは、図４（Ｂ）に示すように、それぞれ第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２で反射されて、第１及び第２反射光Ｂ９ａ及びＢ９ｂとなり、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂを非対称幅分岐導波路１６に向けて伝播する。ところで、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２の格子溝は、位相が半周期ずれているので、反射後の第１及び第２反射光Ｂ９ａ及びＢ９ｂは、強度が等しく位相が反転することとなる。

第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４に至った第１及び第２反射光Ｂ９ａ及びＢ９ｂは、非対称幅分岐導波路１６に強度が等しく符号が逆転した反対称形状の第３及び第４成分Ｂ１０ａ及びＢ１０ｂを含む固有モード光Ｂ１０を励起する。ところで、固有モード計算によると、反対称形状の固有モード光Ｂ１０は、非対称幅分岐導波路１６を第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３に向けて伝播していく過程で、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの内、幅が小さい第２光導波路１６ｂに光電界を集中させていく。

その結果、固有モード光Ｂ１０は、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂを第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３に向けて伝播するにつれて、第１光導波路１６ａに分布する第３成分Ｂ１０ａの強度は減少し、第２光導波路１６ｂに分布する第４成分Ｂ１０ｂの強度は増していく。

結果として、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の位置において、固有モード光Ｂ１０の光界分布は、第２光導波路１６ｂの第３端部１６ｂ３に集中する。そして、固有モード光Ｂ１０は、第３端部１６ｂ３に接続された入力用光導波路２６から発光素子ＬＤに向けて出力される。

このように、非対称幅分岐導波路１６の作用が充分でないことに由来して発生する第２迷光は、発光素子ＬＤへと入力されるフィードバック光となる。このフィードバック光は、発光素子ＬＤの発光を不安定にすることが知られているので、発光素子としては、フィードバック光の影響を受けにくい、ゲインカップリング型かアイソレータを備えたものを使用することが好ましい。

（２−３）下り光信号
次に、図５を参照して下り光信号の伝播の様子について説明する。

図５に示すように、光ファイバから入出力用光導波路２４に入力された下り光信号Ｃ１は、入力用光導波路２６を伝播して、非対称幅分岐導波路１６の第１光導波路１６ａに入力される。非対称幅分岐導波路１６に入力された下り光信号Ｃ１は、非対称幅分岐導波路１６における固有モード計算によると、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂを伝播する対称な固有モードとなっている。

その結果、非対称幅分岐導波路１６において、下り光信号Ｃ１から、第１光導波路１６ａを伝播する第１成分Ｃ１ａとともに、第１成分Ｃ１ａとは同位相の第２成分Ｃ１ｂが第２光導波路１６ｂに励起されていく。そして、非対称幅分岐導波路１６を第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂ方向に伝播するにつれて、第１成分Ｃ１ａの強度は減少し、第２成分Ｃ１ｂの強度は増加していき、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４の位置において、第１及び第２成分Ｃ１ａ及びＣ１ｂの強度及び位相が等しい固有モード光Ｃ２となる。

固有モード光Ｃ２が対称の強度分布を持っている結果、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂのそれぞれには、位相が及び強度が等しい第１基本モード光Ｃ３ａと第２基本モード光Ｃ３ｂとが、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４から入力される。

上述のように、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２の周期Λは、上り光信号の波長としての第１波長の光を反射するが、下り光信号の波長としての第２波長の光を反射しないような大きさとされているので、第１及び第２基本モード光Ｃ３ａ及びＣ３ｂは、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂを伝播して、テーパ状光導波路２２に至る。

ところで、第１及び第２基本モード光Ｃ３ａ及びＣ３ｂは、位相が等しいので、テーパ状光導波路２２において足し合わされて固有モード光Ｃ４となり、出力用光導波路２８から、受光素子に向けて出力される。

（２−４）下り光信号の迷光
次に、図６（Ａ）及び（Ｂ）と図７を参照して、光波長フィルタ１０における下り光信号の迷光の挙動について説明する。

ここで、「迷光」とは、何らかの原因で、上述した伝播経路以外の経路を伝播する下り光信号に由来する光のことを示す。

下り光信号の迷光は、以下に列記するように大きく２種類に分類される。
（第３迷光）第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２で反射された光
（第４迷光）非対称幅分岐導波路１６で励起された反対称モード光

＜第３迷光＞
第３迷光は、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２で反射されないはずの第１及びと第２基本モード光Ｃ３ａ及びＣ３ｂが反射されてしまった場合に発生する。

この場合、図６（Ａ）に示すように、第１及び第２基本モード光Ｃ３ａ及びＣ３ｂは、それぞれ第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２で反射されて、第１及び第２反射光Ｃ４ａ及びＣ４ｂとなり、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂを非対称幅分岐導波路１６に向けて伝播する。ところで、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２の格子溝は、位相が半周期Λ／２だけずれているので、反射後の第１及び第２反射光Ｃ４ａ及びＣ４ｂは、強度が等しく位相が反転することとなる。

図６（Ｂ）に示すように、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４に至った第１及び第２反射光Ｃ４ａ及びＣ４ｂは、非対称幅分岐導波路１６に強度が等しく符号が逆転した反対称形状の第３及び第４成分Ｃ５ａ及びＣ５ｂを含む固有モード光Ｃ５を励起する。ところで、固有モード計算によると、反対称形状の固有モード光Ｃ５は、非対称幅分岐導波路１６を第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３に向けて伝播していく過程で、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの内、幅が小さい第２光導波路１６ｂに光電界を集中させていく。

その結果、固有モード光Ｃ５は、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂを第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３に向けて伝播するにつれて、第１光導波路１６ａに分布する第３成分Ｃ５ａの強度は減少し、第２光導波路１６ｂに分布する第４成分Ｃ５ｂの強度は増していく。

結果として、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の位置において、固有モード光Ｃ５の光界分布は、第２光導波路１６ｂの第３端部１６ｂ３に集中する。そして、固有モード光Ｃ５は、第３端部１６ｂ３に接続された入力用光導波路２６から発光素子ＬＤに向けて出力される。

このように、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２で下り光信号が反射されることに由来して発生する第３迷光は、発光素子ＬＤへと入力されるフィードバック光となる。ただし、下り光信号の第２波長（１．４９μｍ）は、上り光信号由来の第２迷光（第１波長１．３１μｍ）よりも強度が小さく長波長であるため、発光素子ＬＤの発光に与える影響は小さい。

＜第４迷光＞
図７に示したように、非対称幅分岐導波路１６の作用が充分でない場合、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４の位置において、強度が等しく位相が反転した第１及び第２成分Ｃ７ａ及びＣ７ｂを含む固有モード光Ｃ７が励起される。

この固有モード光Ｃ７が反対称な強度分布を持っている結果、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂのそれぞれには、位相が反転し、強度が等しい第１基本モード光Ｃ８ａと第２基本モード光Ｃ８ｂとが伝播する。

ところで、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２は、下り光信号の波長の光を反射しないので、第１及び第２基本モード光Ｃ８ａ及びＣ８ｂは、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２に入力されたときの対称性を維持したまま第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂを伝播して、テーパ状光導波路２２に至る。

テーパ状光導波路２２に至った第１及び第２基本モード光Ｃ８ａ及びＣ８ｂは、図７に示したように、反対称性の高次モード光Ｃ９を励起する。ところで、テーパ状光導波路２２に接続されている出力用光導波路２８は、シングルモードの光導波路であるため、反対称性の高次モード光Ｃ９は伝播することができず、基板１２に放射光Ｓとして放射され、取り除かれる。

（３）シミュレーション
（３−１）光波長フィルタのシミュレーション
続いて、図８及び図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、光波長フィルタ１０のシミュレーションについて説明する。

まず、シミュレーションの条件について説明する。シミュレーションは周知の２次元セミベクトルＢＰＭ（Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）法を用いて行っている。ところで、２次元セミベクトルＢＰＭ法では、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２で反射されることで伝播方向が反転する光を取扱うことができない。従って、このシミュレーションでは、図８に示すように、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２を備えない構造体３０について計算を行っている。より詳細には、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂから第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２を取り除いた構造体３０についてシミュレーションを行っている。

なお、図８に示した構造体３０は、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２を備えていない点を除き、図１に示した光波長フィルタ１０と同様に構成されている。従って、図８についての説明は省略する。

シミュレーション結果の説明に先立ち、まずシミュレーションの実施条件を挙げておく。

構造体３０は、屈折率３．５のシリコンで形成されているものとする。また、構造体３０は、屈折率が１．４６のＳｉＯ_２製のクラッド１４に埋め込まれているものとする。

また、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１は、３００μｍとする。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅ｗは３００ｎｍとし、幅の変化分Δｗは３０ｎｍとする。さらに、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの第１間隔Ｇは０．３μとし、間隔の変化分ΔＧは０．２μｍとする。さらに、テーパ状光導波路２２の光伝播方向に沿った長さを１６μｍとし、幅を０．８μｍとする。

このような条件でシミュレーションを行い、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示す結果を得た。

図９（Ａ）は、第２波長１．４９μｍの下り光信号が第１光導波路１６ａに入力された場合の光の強度分布を示す模式図である。

図９（Ａ）によると、第１光導波路１６ａを伝播する下り光信号は、非対称幅分岐導波路１６を第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４に向かって伝播するにつれて、第２光導波路１６ｂに光強度を移行していく。そして、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４に至ると、上述したように対称な固有モード光を励起する。

この固有モード光は、上述したように、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂに分かれて伝播し、テーパ状光導波路２２において合体し、再び対称な固有モード光となる。この対称な固有モード光は、出力用光導波路２８から外部に出力される。

図９（Ｂ）は、第１波長１．３１μｍの上り光信号が第２光導波路１６ｂに入力された場合の光の強度分布を示す模式図である。

図９（Ｂ）によると、第２光導波路１６ｂを伝播する上り光信号は、非対称幅分岐導波路１６を第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４に向かって伝播するにつれて、第１光導波路１６ａに光強度を移行していく。そして、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４に至ると、上述したように反対称な固有モード光を励起する。

この固有モード光は、上述したように、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂに分かれて伝播し、テーパ状光導波路２２において合体し、反対称な固有モード光となる。この反対称な固有モード光は、高次モード光であるので、基板１２に放射される。

（３−２）グレーティングのシミュレーション
前項では、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２を備えない構造体３０についてシミュレーションを行った。そこで、この項では、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２に関するシミュレーションを行う。

図１０を参照して、第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２のシミュレーションについて説明する。図１０は、グレーティングのシミュレーション結果を示す反射特性図であり、縦軸が反射光及び透過光の光強度（任意単位）であり、横軸が波長（μｍ）である。

このシミュレーションは、周知のＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法を用いて行ったものである。

シミュレーションに用いたグレーティングは、既に説明した第１及び第２グレーティングＧ１及びＧ２と同様の構造のものを用いた。すなわち、幅０．３μｍ及び高さ０．３μｍの横断面矩形状の光導波路を仮定し、この光導波路の両側面に周期的に格子溝を形成してシミュレーション用のグレーティングとした。なお、格子溝の周期Λは、上り光信号の第１波長（１．３１μｍ）の光を反射できるように、２６６２ｎｍとした。また、格子溝の深さを１５ｎｍとし、格子溝の繰り返し回数を２００回とした。

図１０には、２本の曲線が描かれており、曲線１が反射光強度の波長依存性を表わしており、曲線２が透過光強度の波長依存性を表わしている。図１０によれば、第１波長１．３１μｍにおいて、波長幅１０ｎｍで曲線１（反射光強度）が鋭いピークをもつことが分かる。発明者らの検討の結果、第１波長１．３１μｍにおける光の反射率は９５％以上であった。

（４）非対称幅分岐導波路の設計条件
（４−１）非対称幅分岐導波路の寸法
次に図１１〜図１４を参照して、非対称幅分岐導波路１６の設計条件について説明する。

図１１（Ａ）〜図１４（Ｂ）は、非対称幅分岐導波路１６の寸法を変化させたときの迷光の強度をシミュレーションにより求めた特性図である。

まず始めに、シミュレーションの条件について説明する。

シミュレーションは、等価屈折率法を併用した２次元ＢＰＭ法で行った。そして、シミュレーションでは、テーパ状光導波路２２と第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂとの接続部の位置において、迷光の強度を計算した。

具体的には、第２波長１．４９μｍの下り光信号については、上述した反対称モードの第４迷光の強度を求めた。また、第１波長１．３１μｍの上り上り光信号については、上述した対称モードの第２迷光の強度を求めた。

非対称幅分岐導波路１６はＳｉ製とし、周囲のクラッド１４はＳｉＯ_２とした。また、非対称幅分岐導波路１６を構成する第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの、基板１２の第１主面１２ａに垂直に測った厚みは０．３μｍとした。また、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅ｗは０．３μｍとした。

そして、（１）第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅の変化分Δｗ、（２）第２間隔Ｇ、（３）第２間隔Ｇの変化分ΔＧ、及び（４）非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１をシミュレーションのパラメータとして変更した。

次に、図面ごとにシミュレーションの条件を説明する。

なお、図１１（Ａ）〜図１４（Ｂ）に共通して、縦軸は迷光の強度（任意単位）を示し、及び横軸は、第２間隔Ｇの変化分ΔＧ（μｍ）を示す。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）においては、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅の変化分Δｗを１０ｎｍとした。また、第２間隔Ｇを３００ｎｍとした。

図１１（Ａ）は、上り光信号に対する迷光（第２迷光）の強度を計算したものであり、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１の長さを変更して、５本の曲線が描かれている。曲線１は、Ｌ１が１００μｍの長さに対応する。曲線２は、Ｌ１が２００μｍの長さに対応する。曲線３は、Ｌ１が３００μｍの長さに対応する。曲線４は、Ｌ１が４００μｍの長さに対応する。曲線５は、Ｌ１が５００μｍの長さに対応する。

図１１（Ｂ）は、下り光信号に対する迷光（第４迷光）の強度を計算したものであり、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１の長さを変更して、３本の曲線が描かれている。曲線１は、Ｌ１が１００μｍの長さに対応する。曲線２は、Ｌ１が２００μｍの長さに対応する。曲線３は、Ｌ１が３００μｍの長さに対応する。

図１２（Ａ）及び（Ｂ）においては、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅の変化分Δｗを１０ｎｍとした。また、第２間隔Ｇを２００ｎｍとした。

図１２（Ａ）は、上り光信号に対する迷光（第２迷光）の強度を計算したものであり、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１の長さを変更して、５本の曲線が描かれている。曲線１は、Ｌ１が１００μｍの長さに対応する。曲線２は、Ｌ１が２００μｍの長さに対応する。曲線３は、Ｌ１が３００μｍの長さに対応する。曲線４は、Ｌ１が４００μｍの長さに対応する。曲線５は、Ｌ１が５００μｍの長さに対応する。

図１２（Ｂ）は、下り光信号に対する迷光（第４迷光）の強度を計算したものであり、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１の長さを変更して、３本の曲線が描かれている。曲線１は、Ｌ１が１００μｍの長さに対応する。曲線２は、Ｌ１が２００μｍの長さに対応する。曲線３は、Ｌ１が３００μｍの長さに対応する。

図１３（Ａ）及び（Ｂ）においては、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅の変化分Δｗを２０ｎｍとした。また、第２間隔Ｇを３００ｎｍとした。

図１３（Ａ）は、上り光信号に対する迷光（第２迷光）の強度を計算したものであり、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１の長さを変更して、５本の曲線が描かれている。曲線１は、Ｌ１が１００μｍの長さに対応する。曲線２は、Ｌ１が２００μｍの長さに対応する。曲線３は、Ｌ１が３００μｍの長さに対応する。曲線４は、Ｌ１が４００μｍの長さに対応する。曲線５は、Ｌ１が５００μｍの長さに対応する。

図１３（Ｂ）は、下り光信号に対する迷光（第４迷光）の強度を計算したものであり、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１の長さを変更して、３本の曲線が描かれている。曲線１は、Ｌ１が１００μｍの長さに対応する。曲線２は、Ｌ１が２００μｍの長さに対応する。曲線３は、Ｌ１が３００μｍの長さに対応する。

図１４（Ａ）及び（Ｂ）においては、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅の変化分Δｗを３０ｎｍとした。また、第２間隔Ｇを３００ｎｍとした。

図１４（Ａ）は、上り光信号に対する迷光（第２迷光）の強度を計算したものであり、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１の長さを変更して、５本の曲線が描かれている。曲線１は、Ｌ１が１００μｍの長さに対応する。曲線２は、Ｌ１が２００μｍの長さに対応する。曲線３は、Ｌ１が３００μｍの長さに対応する。曲線４は、Ｌ１が４００μｍの長さに対応する。曲線５は、Ｌ１が５００μｍの長さに対応する。

図１４（Ｂ）は、下り光信号に対する迷光（第４迷光）の強度を計算したものであり、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１の長さを変更して、３本の曲線が描かれている。曲線１は、Ｌ１が１００μｍの長さに対応する。曲線２は、Ｌ１が２００μｍの長さに対応する。曲線３は、Ｌ１が３００μｍの長さに対応する。

図１１（Ａ）〜図１４（Ｂ）を参照すると、上り光信号及び下り光信号の両者において、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１が大きくなるほど迷光の強度が減少する傾向を示すことが分かる。図１１（Ａ）〜図１４（Ｂ）のシミュレーション結果を勘案すると、非対称幅分岐導波路１６の長さＬ１は、２００μｍ以上であることが好ましい。長さＬ１を２００μｍ以上とすることにより、迷光の強度を−１５ｄＢ以下にまで低減させることができる。

また、図１１（Ａ）〜図１４（Ｂ）を参照すると、第２波長が１．４９μｍの下り光信号の方が、第１波長が１．３１μｍの上り光信号よりも全体的に迷光の強度が低いことが分かる。これは、波長の長い下り光信号の方が、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂ間での結合係数が大きいことに由来していると思われる。

図１１（Ａ）〜図１４（Ｂ）を参照すると、第２間隔Ｇの変化分ΔＧの最適値は、上り光信号と下り光信号とで異なっていることが分かる。具体的には、上り光信号においては、ΔＧは、１００〜２００ｎｍであることが好ましく、下り光信号においては、ΔＧは、２００〜３００ｎｍであることが好ましい。これらの結果から、上り光信号及び下り光信号の両光信号について迷光を少なくするためには、ΔＧは２００ｎｍとすることが好ましい。ΔＧの値を２００ｎｍとすることにより、迷光の強度を−１５ｄＢ以下にまで低減することができる。

なお、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅の変化分Δｗが１０ｎｍと小さい場合であっても、非対称幅分岐導波路１６の第１間隔Ｇ＋ΔＧを０．２μｍ以上とすることにより、迷光の強度を下げることが可能であることが分かる。

以下、この点について詳述する。幅の変化分Δｗが小さい場合には、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの第２間隔Ｇを狭くすることにより、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４の位置において、両光導波路１６ａ及び１６ｂ間の結合係数を大きくすることが必要となる。

ところで、非対称幅分岐導波路１６においては、迷光の強度は、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の位置におけるΔβ／Ｋに反比例していることが知られている。ここで、Δβは、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の位置における第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの間の伝播定数差である。また、Ｋは、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の位置における結合係数である。

ところで、従来周知のようにΔβは、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅の変化分Δｗに比例している。よって、図１２（Ａ）及び（Ｂ）のように第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅の変化分Δｗが小さいときに、迷光の強度の指標となるΔβ／Ｋを小さい値にするためには、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の位置における結合係数Ｋを小さい値にする必要がある。つまり、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３間の距離を大きくする、つまり第２間隔Ｇの変化分ΔＧを大きくする必要がある。

また、これらのシミュレーション結果から、以下の二つの式を得ることができる。
Ｋ０Ｌ１＞５・・・（１）
９＞Δβ／Ｋ＞３・・・（２）

ここで、Ｋ０は、第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４の位置における第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの間の結合係数を表わす。また、Δβは、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の位置における、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの間の伝播定数差を表わす。また、Ｋは、第１及び第３端部１６ａ１及び１６ｂ３の位置における、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの間の結合係数を表わす。

なお、（１）式及び（２）式を得るに当たっては、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅の変化分Δｗに対する、同光導波路の等価屈折率の変化率を２×１０^−４ｎｍ^−１と仮定した。また、結合係数Ｋ０の値は、第２間隔Ｇを３００ｎｍとしたとき、波長１．４９μｍの下り光信号に対してＫ０＝０．１μｍ^−１を用い、波長１．３１μｍの上り光信号に対してＫ０＝０．０１μｍ^−１を用いた。

（１）式及び（２）式を満たすように、非対称幅分岐導波路１６を設計することにより、迷光の強度を−１５ｄＢ以下に抑えることができる。

（４−２）非対称幅分岐導波路の寸法誤差の影響
次に図１５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、非対称幅分岐導波路１６の幅ｗに対する寸法誤差の影響について説明する。

図１５（Ａ）は、第１波長１．３１μｍの上り光信号について、非対称幅分岐導波路１６の幅誤差の説明に供する特性図であり、縦軸は光強度（任意単位）を示し、横軸は幅誤差（μｍ）を示す。図１５（Ｂ）は、第２波長１．４９μｍの下り光信号について、非対称幅分岐導波路１６の幅誤差の説明に供する特性図であり、縦軸は光強度（任意単位）を示し、横軸は幅誤差（μｍ）を示す。

初めに、シミュレーションの条件について説明する。

シミュレーションは、等価屈折率法を併用した２次元ＢＰＭ法で行った。

また、第２及び第４迷光の強度は、テーパ状光導波路２２と第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂとの接続部の位置において計算した。上り光信号の強度は、第１光導波路１６ａの第１端部１６ａ１の位置で計算した。下り光信号の強度は、出力用光導波路２８の位置で計算した。

また、非対称幅分岐導波路１６としては、長さＬ１を３００μｍとし、第１及び第２光導波路の幅ｗを０．３μｍとし、第１及び第２光導波路の幅の変化分Δｗを２０ｎｍとし、第２間隔Ｇを０．２μｍとし、及び第２間隔の変化分ΔＧを０．２μｍとしたものを用いた。なお、非対称幅分岐導波路１６以外の構成要素の寸法は、（構造）の項で説明したものを用いた。

そして、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅誤差の大きさを僅かずつ変化させながら、上り光信号と第２迷光の強度、及び、下り光信号と第４迷光の強度を求めた。

図１５（Ａ）には、２本の曲線が描かれており、曲線１が上り光信号の強度を示し、曲線２が第２迷光の強度を示す。また、図１５（Ｂ）には、２本の曲線が描かれており、曲線１が下り光信号の強度を示し、曲線２が第４迷光の強度を示す。

図１５（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、上り光信号及び下り光信号の両信号において、幅誤差が−０．０３μｍ〜０．０３μｍの範囲内で、第２及び第４迷光の強度は、それぞれ上り光信号及び下り光信号の１／１００以下の低い強度を保っている。

このことから、非対称幅分岐導波路１６は、幅誤差に対して方向性結合器よりも良好な耐性を有していることが分かる。

（５）効果
この実施の形態の光波長フィルタ１０は、非対称幅分岐導波路１６を用いることにより、方向性結合器を不要とすることができる。

また、この実施の形態の光波長フィルタ１０に用いられる非対称幅分岐導波路１６は、方向性結合器よりも寸法誤差に対する耐性が高い。よって、光波長フィルタ１０の製造時に高い寸法精度が要求されず、方向性結合器を用いた従来の光波長フィルタに比較して容易に作成することができる。

（実施の形態２）
図１６を参照して、実施の形態２の光波長フィルタの構造について説明する。図１６は、光波長フィルタ４０の平面図である。

光波長フィルタ４０は、第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂが、平面型多モード光導波路４２に変更された以外は、実施の形態１で説明した光波長フィルタ１０と同様に構成されている。従って、図１６において、図１と同様の構成要素には同符号を付してその説明を省略することもある。また、図１６においては、基板１２及びクラッド１４の図示を省略している。

光波長フィルタ４０には、実施の形態１の第１及び第２チャネル型光導波路１８ａ及び１８ｂと同様の作用をする平面型多モード光導波路４２を備えている。以下、この平面型多モード光導波路４２について説明する。

平面型多モード光導波路４２は、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの第２及び第４端部１６ａ２及び１６ｂ４に接続された平面型光導波路である。

平面型多モード光導波路４２は、波長フィルタ４０の対称軸４０Ｃを長手方向の中心軸として線対称な矩形状に形成されている。そして、この対称軸４０Ｃを挟んで、一方側と他方側とで半周期ずれた第１及び第２グレーティングｇ１及びｇ２を備えている。

ここで、第１及び第２グレーティングｇ１及びｇ２の周期Λは、実施の形態１の場合と同様に、上り光信号の波長の光を反射する大きさとする。また、第１及び第２グレーティングｇ１及びｇ２の格子溝は、平面型多モード光導波路４２の第１主面１２ａに平行な上面に形成されている。

平面型多モード光導波路４２の第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂと接続されていない端部には、実施の形態１と同様のテーパ状光導波路２２が接続されている。

次に、光波長フィルタ４０の動作について簡単に説明する。

この光波長フィルタ４０では、第１及び第２グレーティングｇ１及びｇ２が半周期ずれて形成されている。その結果、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂから入力された上り光信号由来の反対称モード光を対称モード光として反射することができる。その結果、光波長フィルタ４０は、実施の形態１の光波長フィルタ１０と同様に動作する。

１０，４０ 光波長フィルタ
１２ 基板
１２ａ 第１主面
１４ クラッド
１４ａ，１４ｂ 側面
１６ 非対称幅分岐導波路
１６ａ 第１光導波路
１６ｂ 第２光導波路
１６ａＣ 第１中心軸
１６ｂＣ 第２中心軸
１６ａ１ 第１端部
１６ａ２ 第２端部
１６ｂ３ 第３端部
１６ｂ４ 第４端部
１８ａ 第１チャネル型光導波路
１８ａＴ１ 一端部
１８ａＴ２ 他端部
１８ａ１ 第１湾曲部
１８ａＧ 第１直線部
Ｇ１ 第１グレーティング
１８ａ２ 第２湾曲部
１８ｂ 第２チャネル型光導波路
１８ｂＴ１ 一端部
１８ｂＴ２ 他端部
１８ｂ３ 第３湾曲部
１８ｂＧ 第２直線部
Ｇ２ 第２グレーティング
１８ｂ４ 第４湾曲部
２２ テーパ状光導波路
２４ 入出力用光導波路
２６ 入力用光導波路
２８ 出力用光導波路
４２ 平面型多モード光導波路

Claims (6)

1. 光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅がｗ＋Δｗ／２（ここで、ｗ及びΔｗは正数）の第１端部から光伝播方向に直交しかつ前記基板の前記第１主面に平行な幅がｗの第２端部まで幅が減少するとともに第１中心軸に沿って延在する第１光導波路、及び、光伝播方向に直交しかつ前記基板の前記第１主面に平行な幅がｗ−Δｗ／２の第３端部から光伝播方向に直交しかつ前記基板の前記第１主面に平行な幅がｗの第４端部まで幅が増加するとともに第２中心軸に沿って延在する第２光導波路が、前記第１及び第３端部をＧ＋ΔＧ（ここで、Ｇ及びΔＧは正数）の距離だけ離間させて隣接させ、及び前記第２及び第４端部をＧの距離だけ離間させて隣接させて、前記基板の前記第１主面に平行な対称軸を中心として、前記第１及び第２中心軸が線対称になるように前記第１主面上に設けられてなる非対称幅分岐導波路と、
   前記第１端部に接続されていて、上り光信号を外部に向けて伝播し、及び下り光信号を外部から前記第１光導波路に向けて伝播する入出力用光導波路と、
   前記第３端部に接続されていて、上り光信号を前記第２光導波路に向けて伝播する入力用光導波路と、
   一端部が前記第２端部に接続されていて、第１グレーティングを備えた第１チャネル型光導波路と、
   一端部が前記第４端部に接続されていて、前記対称軸を中心として前記第１チャネル型光導波路と線対称な位置に設けられているとともに、該第１チャネル型光導波路に設けられた前記第１グレーティングとは半周期ずれた第２グレーティングを備えた第２チャネル型光導波路と、
   前記第１及び第２チャネル型光導波路の双方の他端部に接続されていて、当該他端部から離間するにつれて光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅が狭くなるテーパ状光導波路と、
   該テーパ状光導波路の先端部に接続されていて、下り光信号を外部に向けて伝播する出力用光導波路とを備えることを特徴とする光波長フィルタ。
2. 前記第１及び第２グレーティングを、第１波長の前記上り光信号を反射する周期に形成することを特徴とする請求項１に記載の光波長フィルタ。
3. 前記第１及び第２光導波路、前記入出力用光導波路、前記入力用光導波路、前記第１チャネル型光導波路、前記第２チャネル型光導波路、前記テーパ状光導波路及び前記出力用光導波路をＳｉで形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の光波長フィルタ。
4. 光伝播方向に直交しかつ基板の第１主面に平行な幅がｗ＋Δｗ／２（ここで、ｗ及びΔｗは正数）の第１端部から光伝播方向に直交しかつ前記基板の前記第１主面に平行な幅がｗの第２端部まで幅が減少するとともに第１中心軸に沿って延在する第１光導波路、及び、光伝播方向に直交しかつ前記基板の前記第１主面に平行な幅がｗ−Δｗ／２の第３端部から光伝播方向に直交しかつ前記基板の前記第１主面に平行な幅がｗの第４端部まで幅が増加するとともに第２中心軸に沿って延在する第２光導波路が、前記第１及び第３端部をＧ＋ΔＧ（ここで、Ｇ及びΔＧは正数）の距離だけ離間させて隣接させ、及び前記第２及び第４端部をＧの距離だけ離間させて隣接させて、前記基板の前記第１主面に平行な対称軸を中心として、前記第１及び第２中心軸が線対称になるように前記第１主面上に設けられてなる非対称幅分岐導波路と、
   前記第１端部に接続されていて、上り光信号を外部に向けて伝播し、及び下り光信号を外部から前記第１光導波路に向けて伝播する入出力用光導波路と、
   前記第３端部に接続されていて、上り光信号を前記第２光導波路に向けて伝播する入力用光導波路と、
   前記第２及び第４端部の双方に接続されていて前記対称軸に沿って延在するとともに、当該対称軸を挟んで一方側と他方側とで半周期ずれた第１及び第２グレーティングを備えた平面型多モード光導波路と、
   前記平面型多モード光導波路の前記第２及び第４端部が接続されている端部とは反対側の端部に接続されていて、当該端部から離間するにつれて光伝播方向に直交し基板の第１主面に平行な幅が狭くなるテーパ状光導波路と、
   該テーパ状光導波路の先端部に接続されていて、下り光信号を外部に向けて伝播する出力用光導波路とを備えることを特徴とする光波長フィルタ。
5. 前記第１及び第２グレーティングを、第１波長の前記上り光信号を反射する周期に形成することを特徴とする請求項４に記載の光波長フィルタ。
6. 前記第１及び第２光導波路、前記入出力用光導波路、前記入力用光導波路、前記平面型多モード光導波路、前記テーパ状光導波路及び前記出力用光導波路をＳｉで形成することを特徴とする請求項４又は５に記載の光波長フィルタ。