JP2012022273A

JP2012022273A - 導波路型光回路

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Publication number: JP2012022273A
Application number: JP2010162186A
Authority: JP
Inventors: Noritaka Matsubara; 礼高松原; Kazutaka Nara; 一孝奈良
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: JP5019649B2

Abstract

【課題】ＰＤＬが低減された導波路型光回路を提供すること。
【解決手段】導波路コア同士が近接して配置されて構成された光分岐結合器である光カプラと、前記光カプラの前記導波路コアの両側に沿って形成され、該導波路コアの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターンと、を備える。好ましくは、前記ダミーパターンの長さは、前記光カプラの結合に寄与する結合部の長さと同等、或いはそれ以上である。好ましくは、前記ダミーパターンと前記光カプラの導波路コアとの間隔は、前記光カプラの前記導波路コア間のギャップサイズと同じ大きさか、或いはそれ以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、方向性結合器などの光カプラを備えた導波路型光回路に関する。

従来の方向性結合器（Directional Coupler、ＤＣ）において、特許文献１に記載されているように、導波路近接部の２つの導波路コアに挟まれた領域（ギャップ部）では、導波路パターンが近接していることが原因で上部クラッド形成時にガラス微粒子の供給が少なくなり、ガラス微粒子密度が疎になる。一方、２つの導波路コアに挟まれていない領域（非ギャップ部）ではガラス微粒子の供給は十分である。このため、ギャップ部と非ギャップ部においてガラス微粒子密度が異なることになり、上部クラッド形成後に２つの導波路コアにギャップ部の内側へ傾ける応力が発生する。その結果、２つの導波路コアの光学主軸が傾き、偏波モード結合が生じる。

国際公開ＷＯ２００６／０７５７０２号公報（段落００２４）

従って、ＤＣ或いはＤＣを用いたマッハツェンダ干渉計（Mach-Zehnder Interferometer、ＭＺＩ）回路では、ＤＣでの偏波モード結合起因の偏波依存損失（Polarization Dependent Loss、ＰＤＬ）が発生する。ＤＣなどの光分岐結合器として例えば平面光導波路（Planar Lightwave Circuit、ＰＬＣ）型2x2カプラなどのＰＬＣ型光カプラがある。また、ＤＣを用いたＭＺＩ回路としてＰＬＣ型可変光減衰器などがある。しかし、ＰＤＬが大きいことがＰＬＣ型光カプラやＰＬＣ型可変光減衰器などの普及を妨げているという問題があった。また、導波路コアが近接した構造を持つ多モード干渉（Multi-Mode Interference、ＭＭＩ）カプラやＹ分岐器などの光分岐結合器においてもＤＣと同じ現象が起きるため、ＭＭＩカプラやＹ分岐器などの光分岐結合器を用いたＭＺＩ回路でも、偏波モード結合起因のＰＤＬが発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＤＬが低減された導波路型光回路を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る導波路型光回路は、導波路コア同士が近接して配置されて構成された光分岐結合器である光カプラと、前記光カプラの前記導波路コアの両側に沿って形成され、該導波路コアの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターンと、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記ダミーパターンの長さは、前記光カプラの結合に寄与する結合部の長さと同等、或いはそれ以上であることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記ダミーパターンと前記光カプラの導波路コアとの間隔は、前記光カプラの前記導波路コア間のギャップサイズと同じ大きさか、或いはそれ以上であることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記ダミーパターンの幅は、前記光カプラの導波路伝播光の基底モードが結合しない幅、或いはそれ以上であることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記光カプラが、方向性結合器であることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記ダミーパターンの長さは、結合部の長さＬ１と同等、或いはそれ以上であることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記光カプラが、多モード干渉カプラであることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記光カプラの偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、前記ダミーパターンと前記光カプラの導波路コアとの間隔、前記ダミーパターンの長さおよび前記ダミーパターンの幅の少なくとも一つを設定したことを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、２つの前記光カプラと、該２つの光カプラ間に接続された２本のアーム導波路とで構成されるマッハツェンダ干渉計回路を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、火炎堆積法でオーバークラッドを形成した平面光波回路であることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記平面光波回路は、ＰＬＣ型光カプラであることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記平面光波回路は、ＰＬＣ型スターカプラであることを特徴とする。

また、本発明に係る導波路型光回路は、上記の発明において、前記平面光波回路は、２つの前記光カプラと該２つの光カプラ間に接続された２本のアーム導波路とで構成されるマッハツェンダ干渉計回路と、前記２本のアーム導波路の少なくとも一方の上部に形成された薄膜ヒータとを備え、前記薄膜ヒータを位相シフタとして機能させるＰＬＣ型可変光減衰器であることを特徴とする。

本発明によれば、ＰＤＬが低減された導波路型光回路を実現できるという効果を奏する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る導波路型光回路の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図３は、図１でのダミーパターンの長さを説明する図である。図４は、ダミーパターンの無い従来の導波路型光回路を示す平面図である。図５は、図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。図６は、コアにかかる応力とコアが傾く様子を説明するための図である。図７は、本発明の第２実施形態に係る導波路型光回路の概略構成を示す平面図である。図８は、図７に示す導波路型光回路の結合効率を示すグラフである。図９は、図７に示す導波路型光回路のＰＤＬを示すグラフである。図１０は、図７に示す導波路型光回路の過剰損失を示すグラフである。図１１は、図７に示す導波路型光回路の変形例を示す平面図である。図１２は、図７に示す導波路型光回路の別の変形例を示す平面図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る導波路型光回路の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合がことに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（第１実施形態）
はじめに、本発明の第１実施形態に係る導波路型光回路について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る導波路型光回路の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図３は、図１でのダミーパターンの長さを説明する図である。

本第１実施形態に係る導波路型光回路１０は、一つの方向性結合器１１を備えている。方向性結合器１１は、導波路コア１１ａ，１１ｂ同士が近接して対向するように配置されて構成された光カプラ（光分岐結合器）である。導波路コア１１ａ，１１ｂの両側に沿って、導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターン２１，２１がそれぞれ形成されている。つまり、ダミーパターン２１，２１は、導波路コア１１ａ，１１ｂの近接した部分を挟むように、該導波路コア１１ａ，１１ｂの両側に形成されている。また、図２に示すように、導波路コア１１ａ，１１ｂおよびダミーパターン２１，２１は、下部クラッド層３２、側部クラッド層３３、および上部クラッド層３４によりその周囲を囲まれている。

なお、ダミーパターン２１，２１は、偏波保持性を高めるために、それ自身に付与される複屈折率が１ｘ１０^−４以上となる材質を用いることが望ましく、たとえば、導波路コア１１ａ，１１ｂと同じ材質を用いることができる。

各ダミーパターン２１，２１の長さＬ（図１参照）は、方向性結合器１１の結合に寄与する結合部の長さＬ１（図３参照）と同等、或いはそれ以上であっても良い。ここで、結合部とは結合効率が０％より大きい領域を指す。

図１および図２に示すように、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａとの間隔Ｂ及びダミーパターン２１と導波路コア１１ｂとの間隔Ｂは、方向性結合器１１の近接した導波路コア１１ａ，１１ｂ間のギャップサイズＡと同じか、或いはそれ以上であっても良い。

間隔Ｂについては、方向性結合器１１での偏波モード結合起因のＰＤＬを低減するためには、間隔ＢをギャップサイズＡと同じ大きさにするのが一番よい。また、各ダミーパターン２１を方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂに近づけ過ぎると、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａ，１１ｂとの間で微小な光結合が生じてしまうので、間隔ＢをギャップサイズＡ×１．０より大きくすることで、微小な光結合が生じるのを抑制して、損失を抑えつつ、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。

各ダミーパターン２１，２１の最小幅Ｗ（図１、図２参照）は、方向性結合器１１の導波路伝播光の基底モード（導波路コア１１ａ，１１ｂを導波することができる単一のモード）が結合しない幅、或いはそれ以上であっても良い。なお、ここで「導波路伝播光の基底モードが結合しない」とは結合効率がほぼ０％であることを意味する。

ダミーパターン２１の幅Ｗが、方向性結合器１１の導波路伝播光の基底モードが結合する幅であると、方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂを導波する基底モードの光がダミーパターン２１に結合し、出力側導波路には光が結合せず、クラッドモードの光となって過剰損失になる。ダミーパターン２１の幅Ｗを、導波路伝播光の基底モードが結合しない幅、或いはそれ以上に広くすると、導波路コア１１ａ，１１ｂとダミーパターン２１とで伝播定数が違うので、導波路コア１１ａ，１１ｂを導波する基底モードの光がダミーパターン２１には結合しなくなり、過剰損失が生じない。これにより、過剰損失を抑制することができる。

また、導波路型光回路１０では、方向性結合器１１の偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、ダミーパターン２１の長さＬ、上記間隔Ｂおよびダミーパターン２１の幅Ｗの少なくとも一つを設定するのが好ましい。

（第１実施形態の作製方法）
以上の構成を有する導波路型光回路１０の作製方法（以下の工程（１）〜（３））を図２に基づいて説明する。

（１）火炎堆積（Flame Hydrolysis Deposition、ＦＨＤ）法により、シリコン（Si）基板３１上に、下部クラッド層３２および導波路およびダミーパターンを形成するための不図示のコア層となるシリカ材料（SiO₂系のガラス微粒子）を堆積し、加熱してガラス膜を溶融透明化する。

（２）この後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングでコア層から所望の導波路およびダミーパターンを形成する。ここでは、方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂと、導波路コア１１ａ，１１ｂに沿ったダミーパターン２１、２１とを形成する。ここで、ダミーパターン２１、２１を導波路コア１１ａ，１１ｂと同じ材質で形成するものとする。フォトリソグラフィで用いる導波路パターンが描かれたフォトマスクに、ダミーパターン２１，２１を描いておけば、作製工程の追加をすることなく、コア層に導波路コア１１ａ，１１ｂとダミーパターン２１，２１とを同時に形成できる。

（３）この後、ＦＨＤ法により、側部クラッド層３３および上部クラッド層３４となるシリカ材料（SiO₂系のガラス微粒子）を堆積して各導波路コア１１ａ，１１ｂおよびダミーパターン２１，２１を側部クラッド層３３および上部クラッド層３４で埋め込み、高温で加熱してガラス膜を溶融透明化（ガラス化）する。

このようにして、図１に示す導波路型光回路１０が作製される。ところで、上記工程（３）で、側部クラッド層３３および上部クラッド層３４となるガラス微粒子を堆積し、ガラス化して側部クラッド層３３および上部クラッド層３４を形成する際に、導波路コア１１ａ，１１ｂの間隔Ｂの間隔Ｂが数μｍと狭く、ガラス微粒子が導波路コア１１ａ，１１ｂ間にあまり入っていかない。このため、導波路コア１１ａ，１１ｂ間のガラス微粒子密度がそれぞれ疎になる。

しかしながら、本第１実施形態に係る導波路型光回路１０では、方向性結合器１１の両側にダミーパターン２１，２１が設けられ、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａ，１１ｂとの間隔Ｂを上記ギャップサイズＡと同じか、或いはそれ以上にしている。このため、導波路コア１１ａ，１１ｂ間のガラス微粒子密度は疎になるが、その周囲もガラス微粒子密度が疎になるので、導波路コア１１ａ，１１ｂがそれぞれ内側に傾く等の不具合は発生しない。

つまり、導波路コア１１ａ，１１ｂ間のガラス微粒子密度が、各ダミーパターン２１，２１と各導波路コア間のガラス微粒子密度に近づくので、両導波路コア１１ａ，１１ｂを内側へ傾けようとする応力の発生が抑制される。このため、両導波路コアコア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くことが抑制され、方向性結合器１１において偏波クロストーク光の発生が抑制され、偏波モード結合が抑えられる。これにより、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。

（ダミーパターンの無い導波路型光回路）
次に、上記第１実施形態の比較例として、ダミーパターンの無い従来の導波路型光回路の作製方法（以下の工程（１ａ）〜（３ａ））を、図４〜図６に基づいて説明する。

図４は、方向性結合器１１０を備えた従来の導波路型光回路を示す平面図である。この導波路型光回路は次のようにして作製する。図５、図６は、図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。特に、図６（Ａ），（Ｂ）は、コアにかかる応力とコアが傾く様子を説明するための図である。

（１ａ）ＦＨＤ法により、シリコン（Si）基板３１０上に、下部クラッド層３２０および導波路を形成するための不図示のコア層となるシリカ材料（SiO₂系のガラス微粒子）を堆積し（図５参照）、加熱してガラス膜を溶融透明化する。

（２ａ）この後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングでコア層から所望の導波路を形成する。ここでは、方向性結合器１１０の導波路コア１１０ａ，１１０ｂ等の導波路を形成する。

（３ａ）この後、ＦＨＤ法により、側部クラッド層３３０および上部クラッド層３４０となるシリカ材料を堆積して各導波路コア１１０ａ，１１０ｂを側部クラッド層３３０および上部クラッド層３４０で埋め込み、高温で加熱してガラス膜を溶融透明化（ガラス化）する。
このようにして、方向性結合器１１０を含む導波路型光回路が作製される。

ところで、上記工程（３ａ）で、側部クラッド層３３０および上部クラッド層３４０となるガラス微粒子を堆積し、ガラス化して側部クラッド層３３０および上部クラッド層３４０を形成する際に、導波路コア１１０ａ，１１０ｂの間隔が１μｍと狭く、ガラス微粒子が導波路コア１１０ａ，１１０ｂ間にあまり入っていかない。このため、導波路コア１１０ａ，１１０ｂ間のガラス微粒子密度がそれぞれ疎になる。このとき、両導波路コア１１０ａ，１１０ｂを内側へ傾ける力Ｆ（図６（Ａ）参照）が働いてガラス化される。これにより、非常に極端な場合で言えば、両導波路コア１１０ａ，１１０ｂが若干変形した状態で内側へ傾き、導波路コア１１０ａ，１１０ｂの光学主軸が傾く（図６（Ｂ）参照）。

このような比較例の状態では異なる偏波の光同士での結合（偏波モード結合）が起き、光回路の偏波依存性が大きくなるため、偏波モード結合起因のＰＤＬが発生する。

以上のように構成された第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂの両側に沿ってダミーパターン２１，２１を形成し、非ギャップ部（２つの導波路コアに挟まれていない領域）にダミーパターン２１と導波路コア１１ａまたは導波路コア１１ｂとに挟まれた構造を設けている。これにより、２つの導波路コア１１ａ，１１ｂ間（ギャップ部）においてガラス微粒子密度が疎になるのと同じように、上記非ギャップ部におけるガラス微粒子密度を疎にすることができる。従って、ダミーパターン２１の形成により、非ギャップ部のガラス微粒子密度をギャップ部のガラス微粒子密度に近づけることができる。このとき各導波路コア１１ａ，１１ｂの両側（非ギャップ部とギャップ部）におけるガラス微粒子密度が近くなるため、上部クラッド層形成過程においてガラス微粒子密度の差によって生じる導波路コア１１ａ，１１ｂをギャップ内側へ傾けようとする応力の発生を抑制することができる。すなわち、ダミーパターン２１を設けることで、前記応力により両導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾き方向性結合器１１において異なる偏波同士の光で結合が起きる偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。

（２）各ダミーパターン２１，２１の長さＬを、方向性結合器１１の結合に寄与する結合部の長さＬ１と同等、或いはそれ以上にしている。これにより、結合に寄与している全領域（結合部の長さＬ１）において、導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くことが抑制されるため、偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができるという効果がより適切にあらわれる。上記偏波モード結合起因のＰＤＬをより効果的に低減することができる。

（３）上記間隔Ｂを上記ギャップサイズＡと同じか、或いはそれ以上にしている。これにより、数μｍ程度のギャップ構造ではギャップサイズＡに依存してガラス微粒子密度が疎になるため、間隔ＢとギャップサイズＡを一致させることにより、各導波路コア１１ａ，１１ｂの両側（非ギャップ部とギャップ部）におけるガラス微粒子密度を一致させることができ、前記応力発生を最も効果的に抑制することができる。このため、両導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くことが抑制され、方向性結合器１１での偏波モード結合が抑えられ、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。上記間隔Ｂは上記ギャップサイズＡと同じ大きさが一番よい。しかし、ダミーパターン２１を導波路コア１１ａ，１１ｂに近づけ過ぎると、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａ，１１ｂとの間で微小な光結合が生じてしまうので、間隔ＢをギャップサイズＡ以上にすることで、微小な光結合が生じるのを抑制して、損失を抑えることができる。さらに、ダミーパターン２１を設けることで、前記応力により両導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾き方向性結合器１１において偏波同士で結合が起きる偏波モード結合を抑制でき、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。このように、損失を抑えることができると共に、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。

（４）ダミーパターン２１の幅Ｗを、方向性結合器１１の導波路伝播光の基底モードが結合しない幅、或いはそれ以上にしている。ダミーパターン２１の幅Ｗが、方向性結合器１１の導波路伝播光の基底モードがダミーパターン２１に結合する幅であると、方向性結合器１１の導波路コアを導波する基底モードの光がダミーパターン２１に結合し、出力側導波路には光が結合せず、クラッドモードの光となって過剰損失になる。ダミーパターン２１の幅Ｗを、導波路伝播光の基底モードが結合しない幅、或いはそれ以上に広くすると、導波路コア１１ａ，１１ｂとダミーパターン２１とで伝播定数が違うことになる。その結果、導波路コア１１ａ，１１ｂを導波する基底モードの光がダミーパターン２１には結合しなくなり、過剰損失が生じない。これにより、過剰損失を抑制することができる。

（５）方向性結合器１１の偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、ダミーパターン２１の長さＬ、上記間隔Ｂおよびダミーパターン２１の幅Ｗの少なくとも一つを設定している。これにより、方向性結合器１１において過剰損失を抑制しつつ、偏波モード結合を−２５ｄＢ以下という十分に小さい値にすることができ、ＰＤＬ低減効果が得られる。

（６）上述した導波路型光回路１０の作製方法によれば、その製法は従来とほぼ同じであり、特段の作製工程の追加をすることなく導波路型光回路１０を作製することができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る導波路型光回路１０Ａの概略構成を示す平面図である。図７に示す第２実施形態に係る導波路型光回路は、ＰＬＣ型可変光減衰器（PLC-VOA）１０Ａとして構成されている。

PLC-VOA１０Ａは、２つの方向性結合器１１，１２と、２つの方向性結合器１１，１２間に接続された２本のアーム導波路１３，１４と、アーム導波路１４上部に設けた薄膜ヒータ１５とで構成されるマッハツェンダ干渉計（MZI）回路２０を備える。なお、ここでは１つのMZI回路から構成されるPLC-VOAについて説明するが、本発明はMZI回路中の光カプラに適用するものであるため、MZI回路を多段に接続して構成されるPLC-VOAにも本発明は適用可能である。

PLC-VOA１０Ａでは、薄膜ヒータ１５に外部から電力を印加することにより、アーム導波路１４を加熱し、発熱量に応じた熱光学効果を介して、アーム導波路１４の実効屈折率を変化させることができる。アーム導波路１４の実効屈折率の変化は、伝播する信号光にとって光路長が変化することに対応する。すなわち、薄膜ヒータ１５への印加電圧を変えることによりアーム導波路１３、１４間の光路長差を設定することが可能である。

PLC-VOA１０Ａでは、MZI回路２０の入力ポートＰ１から入力された信号光は入力側の方向性結合器１１で分岐され、２本のアーム導波路１３、１４を独立に伝播した後、所望の光路長差をもって出力側の方向性結合器１２で再結合され、出力ポートＰ３から出力される。このとき、MZI回路２０の結合効率は、アーム導波路１３、１４間の光路長差が０のとき最大（１）となり、光路長差が信号光波長の２分の１に等しいとき最小（０）となる。また光路長差がこれらの間のとき結合効率は１から０まで連続的に変化する。すなわち、光路長差を適時設定することにより所望の結合効率を得ることができ、可変光減衰器として動作させることができる。

PLC-VOA１０Ａでは、方向性結合器１１の両側にその導波路コア１１ａ，１１ｂの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターン２１が形成されていると共に、方向性結合器１２の両側にその導波路コア１２ａ，１２ｂの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターン２２が形成されている。なお、図２に示すPLC-VOA１０Ａにおける間隔Ｂ，ギャップサイズＡ，ダミーパターン２１，２２の長さＬ、およびダミーパターン２１，２２の幅Ｗなどの各パラメータは、図１に示す導波路型光回路１０における各パラメータと同じである。また、PLC-VOA１０Ａでは、方向性結合器１１，１２の偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、ダミーパターン２１，２２の長さＬ、上記間隔Ｂおよびダミーパターン２１，２２の幅Ｗの少なくとも一つを設定するのが好ましい。

（第２実施形態の作製方法）
このような構成を有するPLC-VOA１０Ａの作製方法（以下の工程（１）〜（４））を、上述した第１実施形態の作製方法および図７に基づいて説明する。

（１）ＦＨＤ法により、シリコン（Si）基板上に、下部クラッド層および導波路コアおよびダミーパターンを形成するためのコア層となるシリカ材料（SiO₂系のガラス微粒子）を堆積し、加熱してガラス膜を溶融透明化する。

（２）この後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングでコア層から所望の導波路およびダミーパターンを形成する。ここでは、方向性結合器１１の導波路コア１１ａ，１１ｂ、２本のアーム導波路１３，１４、および方向性結合器１２の導波路コア１２ａ，１２ｂ等の導波路と、導波路コア１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂに沿ったダミーパターン２１，２２とを形成する。ここで、フォトリソグラフィで用いる導波路パターンが描かれたフォトマスクに、ダミーパターンを描いておけば、作製工程の追加をすることなく、コア層に導波路とダミーパターンを同時に形成できる。

（３）この後、ＦＨＤ法により、側部クラッド層および上部クラッド層となるシリカ材料（SiO₂系のガラス微粒子）を堆積して各導波路およびダミーパターンを側部クラッド層および上部クラッド層で埋め込み、高温で加熱してガラス膜を溶融透明化（ガラス化）する。

（４）続いて上部クラッド層上にヒータと配線電極を形成する。

このようにして、PLC-VOA１０Ａが作製される。ところで、上記工程（３）で、側部クラッド層および上部クラッド層となるガラス微粒子を堆積し、ガラス化して側部クラッド層および上部クラッド層を形成する際に、導波路コア１１ａ，１１ｂの間隔Ｂ及び導波路コア１２ａ，１２ｂの間隔Ｂが数μｍと狭く、ガラス微粒子が導波路コア１１ａ，１１ｂ間および導波路コア１２ａ，１２ｂ間にあまり入っていかない。このため、導波路コア１１ａ，１１ｂ間及び導波路コア１２ａ，１２ｂ間のガラス微粒子密度がそれぞれ疎になる。

しかしながら、本実施形態に係るPLC-VOA１０Ａでは、方向性結合器１１，１２の両側にダミーパターン２１，２２がそれぞれ設けられ、ダミーパターン２１と導波路コア１１ａ，１１ｂとの間隔Ｂ及びダミーパターン２２と導波路コア１２ａ，１２ｂとの間隔Ｂを上記ギャップサイズＡと同じか、或いはそれ以上にしている。このため、導波路コア１１ａ，１１ｂ間及び導波路コア１２ａ，１２ｂ間のガラス微粒子密度は疎になるが、その周囲もガラス微粒子密度が疎になるので、導波路コア１１ａ，１１ｂ及び導波路コア１２ａ，１２ｂがそれぞれ内側に傾く等の不具合は発生しない。

つまり、導波路コア１１ａ，１１ｂ間及び導波路コア１２ａ，１２ｂ間のガラス微粒子密度が、各ダミーパターン２１，２２と各導波路コア間のガラス微粒子密度に近づくので、両導波路コア１１ａ，１１ｂ及び１２ａ，１２ｂを内側へ傾けようとする応力の発生が抑制される。このため、両導波路コア１１ａ，１１ｂ及び１２ａ，１２ｂの光学主軸が傾くことが抑制され、各方向性結合器１１，１２において異なる偏波の光同士で結合が起きる偏波モード結合が抑えられ、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。

以上のように構成された第２実施形態によれば、以下のように、上記第２実施形態と同様の作用効果およびこれに加えてさらなる作用効果を奏する。

（１）方向性結合器１１，１２の両側にダミーパターン２１，２２がそれぞれ設けられているので、上記第１実施形態の場合と同様に、方向性結合器１１，１２において偏波モード結合が抑えられ、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減することができる。

（２）PLC-VOA１０Ａでは、結合効率が０と１００の間の領域を使って光を消光させるが消光比が大きい（すなわち結合効率が小さい）ほど偏波依存性の影響が出やすくなりＰＤＬが大きくなるので、低ＰＤＬ化が重要なデバイスである。本実施形態によれば、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減したPLC-VOA１０Ａを実現することができる。

（３）図７に示すPLC-VOA１０ＡにおいてＭＺＩ回路２０のポートＰ１（入力ポート）からポートＰ３（出力ポート）への結合効率を４％程度に設定した場合において、上記間隔ＢをそれぞれギャップサイズＡと同じ大きさである１（μｍ），あるいはギャップサイズＡより大きい３（μｍ），５（μｍ）及び１０（μｍ）とした場合と、比較のためダミーパターンが無い場合について、実測した結合効率、ＰＤＬ、過剰損失をそれぞれ図８、図９、図１０に示している。

図８より、上記間隔Ｂをそれぞれ１（μｍ），３（μｍ），５（μｍｍ）及び１０（μｍ）とした場合に、ダミーパターンが無い場合と同程度の上記結合効率が得られることが分かる。

図９において、ＰＤＬは、間隔Ｂ＝１（μｍ）のときに最も小さく、間隔Ｂ＝1，３，５（μｍ）の順に増加し、Ｂ＝５（μｍ）以上のＢ＝１０（μｍ）ではほとんど変わらない。また間隔Ｂ＝1，３，５，１０（μｍ）のいずれもダミーパターン無しの場合に比べてＰＤＬは小さい。したがって、ダミーパターンを形成することによりＰＤＬが小さくなり本発明の効果が得られていることがわかる。さらにＢ≦５（μｍ）の範囲ではＰＤＬはギャップ幅に依存して小さくなり、間隔ＢをギャップサイズＡと同じ大きさである１（μｍ）にした場合に、ＰＤＬが最も小さくなる。すなわち間隔ＢをギャップサイズＡと同じ大きさとした場合に本発明のＰＤＬ低減効果が最も高く得られていることが分かる。またＢ≧５（μｍ）において、ＰＤＬはＢ＝５（μｍ）の場合とほぼ同じ値であり、ＰＤＬの間隔Ｂ依存性はほとんどない上に、ＰＤＬはダミーパターン無しよりも小さい。すなわち間隔Ｂ≧５（μｍ）を用いれば、Ｂの作製誤差に影響を受けず一定のＰＤＬ低減効果を得ることができる。

一方、図１０より、Ｂ＝１（μｍ）のときのみ過剰損失が高いことがわかる。これは各ダミーパターン２１，２２を各方向性結合器１１，１２の導波路コアに近づけ過ぎると、微小な光結合が生じてしまうためである。すなわち、Ｂ＝１（μｍ）ではＰＤＬ低減効果は最も高いが過剰損失が生じてしまう。そこで、間隔ＢをギャップサイズＡより大きくして、たとえばＢ＝３，５，１０（μｍ）を用いれば、その過剰損失を抑えつつＰＤＬ低減効果を得ることができる。なお、図１０に示す過剰損失には、結合損失も含まれている。

（４）上述したPLC-VOA１０Ａの作製方法によれば、その製法は従来とほぼ同じであり、特段の作製工程の追加をすることなくPLC-VOA１０Ａを作製することができる。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
上記第２実施形態に係るPLC-VOA１０Ａにおいて、導波路コア同士が近接した光カプラ（光分岐結合器）の一例として説明した方向性結合器１１，１２に代えて、図１１に示すようなＭＭＩカプラ４０を２つ用い、これら２つのＭＭＩカプラ４０と、２つのＭＭＩカプラ４０間に接続された２本のアーム導波路でそれぞれ構成される複数のMZI回路を備えたPLC-VOA等の導波路型光回路にも本発明は適用可能である。ＭＭＩカプラ４０は、互いに近接した入力側の２つの導波路コア４１ａ，４１ｂと、互いに近接した出力側の２つの導波路コア４２ａ，４２ｂと、を備えている。導波路コア４１ａ，４１ｂの両側にダミーパターン４３，４３が、導波路コア４２ａ，４２ｂの両側にダミーパターン４４，４４がそれぞれ形成されている。なお、図１１において符号「４５」はマルチモード光干渉を発生させるためのスラブ導波路である。

また、上記第２実施形態に係るPLC-VOA１０Ａにおいて、導波路コア同士が近接した光カプラの一例として説明した方向性結合器１１，１２に代えて、図１１と同様のＭＭＩカプラ４０を２つ用いる場合、図１２に示すようにＭＭＩカプラ４０の両側にダミーパターン４６，４６を形成しても良い。ダミーパターン４６、４６は、導波路コア４１ａ，４２ａの外側および導波路コア４１ｂ，４２ｂの外側にそれぞれ位置するダミーパターン４３，４４がＭＭＩカプラ４０の外側で接続されてそれぞれ１つのダミーパターンとなっているものである。

また、上記第２実施形態に係るPLC-VOA１０Ａにおいて方向性結合器１１，１２に代えて、非対称Ｘ型分岐器など、導波路コアが近接する領域において偏波モード結合が発生する光カプラ（光分岐結合器）を用いたPLC-VOA等の導波路型光回路にも本発明は適用可能である。

また、上記第２実施形態では、導波路型光回路の一例としてＰＬＣ型可変光減衰器（PLC-VOA）について説明したが、ＰＬＣ型スターカプラやＰＬＣ型２×２カプラなどのＰＬＣ型光カプラとして構成された導波路型光回路にも本発明は適用可能である。

また、本発明は、導波路コアを近接した構造をそれぞれ持つ２つの光カプラと、２つの光カプラ間に接続された２本のアーム導波路で構成されるＭＺＩ回路を備える導波路型光回路で、DQPSK（Differential Quadrature Phase Shift Keying)方式を用いた光伝送システムに用いる遅延復調デバイスにも適用可能である。このような遅延復調デバイスに、上記PLC-VOA１０Ａと同様に、本発明を適用することにより、偏波モード結合起因のＰＤＬを低減した遅延復調デバイスを実現することができる。

１０導波路型光回路
１０Ａ PLC-VOA
１１，１２方向性結合器
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ導波路コア
１３，１４アーム導波路
１５薄膜ヒータ
２０ MZI回路
２１，２２ダミーパターン
Ａギャップサイズ
Ｂ間隔
Ｌ，Ｌ１長さ
Ｐ１入力ポート
Ｐ３出力ポート
Ｗ幅

なお、この発明は以下のように変更して参考例とすることもできる。
上記第２実施形態に係るPLC-VOA１０Ａにおいて、導波路コア同士が近接した光カプラ（光分岐結合器）の一例として説明した方向性結合器１１，１２に代えて、図１１に示すようなＭＭＩカプラ４０を２つ用い、これら２つのＭＭＩカプラ４０と、２つのＭＭＩカプラ４０間に接続された２本のアーム導波路でそれぞれ構成される複数のMZI回路を備えたPLC-VOA等の導波路型光回路を構成することが可能である。ＭＭＩカプラ４０は、互いに近接した入力側の２つの導波路コア４１ａ，４１ｂと、互いに近接した出力側の２つの導波路コア４２ａ，４２ｂと、を備えている。導波路コア４１ａ，４１ｂの両側にダミーパターン４３，４３が、導波路コア４２ａ，４２ｂの両側にダミーパターン４４，４４がそれぞれ形成されている。なお、図１１において符号「４５」はマルチモード光干渉を発生させるためのスラブ導波路である。

また、参考例として、上記第２実施形態に係るPLC-VOA１０Ａにおいて、導波路コア同士が近接した光カプラの一例として説明した方向性結合器１１，１２に代えて、図１１と同様のＭＭＩカプラ４０を２つ用いる場合、図１２に示すようにＭＭＩカプラ４０の両側にダミーパターン４６，４６を形成しても良い。ダミーパターン４６、４６は、導波路コア４１ａ，４２ａの外側および導波路コア４１ｂ，４２ｂの外側にそれぞれ位置するダミーパターン４３，４４がＭＭＩカプラ４０の外側で接続されてそれぞれ１つのダミーパターンとなっているものである。

また、上記第２実施形態に係るPLC-VOA１０Ａにおいて方向性結合器１１，１２に代えて、非対称Ｘ型分岐器など、導波路コアが近接する領域において偏波モード結合が発生する光カプラ（光分岐結合器）を用いたPLC-VOA等の導波路型光回路を構成することも可能である。

Claims

導波路コア同士が近接して配置されて構成された光分岐結合器である光カプラと、
前記光カプラの前記導波路コアの両側に沿って形成され、該導波路コアの光学主軸が傾くのを抑制するダミーパターンと、
を備えることを特徴とする導波路型光回路。
前記ダミーパターンの長さは、前記光カプラの結合に寄与する結合部の長さと同等、或いはそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光回路。
前記ダミーパターンと前記光カプラの導波路コアとの間隔は、前記光カプラの前記導波路コア間のギャップサイズと同じ大きさか、或いはそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光回路。
前記ダミーパターンの幅は、前記光カプラの導波路伝播光の基底モードが結合しない幅、或いはそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光回路。
前記光カプラが、方向性結合器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
前記ダミーパターンの長さは、結合部の長さＬ１と同等、或いはそれ以上であることを特徴とする請求項５に記載の導波路型光回路。
前記光カプラが、多モード干渉カプラであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
前記光カプラの偏波モード結合量が−２５ｄＢ以下となるように、前記ダミーパターンと前記光カプラの導波路コアとの間隔、前記ダミーパターンの長さおよび前記ダミーパターンの幅の少なくとも一つを設定したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
２つの前記光カプラと、該２つの光カプラ間に接続された２本のアーム導波路とで構成されるマッハツェンダ干渉計回路を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
火炎堆積法でオーバークラッドを形成した平面光波回路であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の導波路型光回路。
前記平面光波回路は、ＰＬＣ型光カプラであることを特徴とする請求項１０に記載の導波路型光回路。
前記平面光波回路は、ＰＬＣ型スターカプラであることを特徴とする請求項１０に記載の導波路型光回路。
前記平面光波回路は、２つの前記光カプラと該２つの光カプラ間に接続された２本のアーム導波路とで構成されるマッハツェンダ干渉計回路と、前記２本のアーム導波路の少なくとも一方の上部に形成された薄膜ヒータとを備え、前記薄膜ヒータを位相シフタとして機能させるＰＬＣ型可変光減衰器であることを特徴とする請求項１０に記載の導波路型光回路。