JP2014170049A - 光干渉器 - Google Patents

Abstract

【課題】温度チューニング性と、出力の温度補償とを両立した干渉器を提供する。
【解決手段】２個の光カプラ１６及び１８と、２個の光カプラ１６及び１８の間に並列に設けられ、２個の光カプラ１６及び１８を接続する第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂと、一方の光カプラ１６に備えられた第１ポートＰ_１と、他方の光カプラ１８に備えられた第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３とを備え、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの何れか一方又は双方に、合計Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の位相調整領域２２_１〜２２Ｋ又は２２ａ〜２２Ｋが設けられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、波長が多重化された双方向通信の終端装置に用いられ、発光素子から出力される光と、受光素子へと入力される光との合分波を行う光干渉器に関する。

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）とを１本の光ファイバで行う光加入者系通信システム（以下、加入者系システムとも称する。）においては、上り通信及び下り通信に異なる波長の光を用いることがある。この場合、局側及び加入者側の双方で、波長の異なる光を合分波する光素子（以下、光合分波素子とも称する。）が必要となる。

光合分波素子は、発光素子及び受光素子と空間光学的に光軸合わせされて、ＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システム等の加入者系システムの加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）や、局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）に用いられる。

この光軸合わせの手間を軽減するために、光導波路により構成された光合分波素子が開発されている（例えば、特許文献１〜５参照）。この光合分波素子では、光の伝搬経路を、予め作りこまれた光導波路内に限定するので、光合分波素子にレンズやミラー等が不要となる。さらに、光軸合わせの際、予め光合分波素子に作成された基準マークをもとにして、発光素子及び受光素子を、光導波路の入出射端に位置合わせすればよい。そのため、光軸合わせの手間が大幅に省かれる。

近年、シリコン（Ｓｉ）を材料とするコアと、Ｓｉとの屈折率差が大きな酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を材料とするクラッドとで光導波路（以下、Ｓｉ光導波路とも称する。）を構成した光合分波素子が報告されている（例えば、非特許文献１〜３参照）。

Ｓｉ光導波路は、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも非常に大きいので、光の閉じ込めが強い。このため、光を１μｍ程度の小さい曲率半径で曲げる曲線状光導波路を実現することができる。また、Ｓｉ電子デバイスの加工技術を利用して製造できるために、きわめて微細なサブミクロンの断面構造を実現できる。これらのことから、Ｓｉ光導波路を用いることで光合分波素子を小型化することができる。

Ｓｉ光導波路は、このようなメリットを有する反面、以下の２つの課題を有していた。

（課題１）：Ｓｉ光導波路は、屈折率が高いために、コアの寸法誤差等の僅かな外乱で、光導波路の等価屈折率に大きな誤差が生じる。これにより、光合分波素子の波長選択特性が設計波長からずれてしまい、所望の光合分波能力が得られない場合がある。

（課題２）：ＳｉＯ_２の約１８倍の熱光学係数を持つＳｉは、温度変化に敏感なため、素子の温度変化で等価屈折率が変化して、光合分波素子の波長選択特性が不所望に変動してしまう。ここで、「熱光学係数」とは、単位温度変化当たりの材料の屈折率変化量である。

課題２として挙げたように，Ｓｉは大きな熱光学係数を有する。従って、光導波路の温度変化により、等価屈折率を変化させ、その結果、波長選択特性を変えることができる。そこで、課題１の解決のために、ヒータ等で光導波路の温度調整を行い、それにより波長選択特性を設計波長に調整する技術（以下、技術１又は温度チューニングとも称する。）がある。

課題２に関して、光ファイバ等に用いられる石英（ＳｉＯ_２）系光導波路については、屈折率の温度依存性を補償する技術（以下、単に、「温度補償」とも称する。）が、種々提案されている（例えば、特許文献６〜２４参照）。しかし、極めて温度依存性が高いＳｉ光導波路に、石英系光導波路の技術を単純に応用することは難しかった。

近年、石英系光導波路の応用とは別に、Ｓｉ光導波路の温度補償を行う技術が幾つか提案されている。その１つが、ポリマー製のクラッドを用いる技術である（例えば、非特許文献４参照）。しかし、ポリマーは無機材料に比べると劣化し易いために、光合分波素子の信頼性を損なう虞がある。他の例として、Ｓｉ光導波路製のマッハツェンダ干渉計において、アーム部に温度補償領域を設ける技術（以下、技術２とも称する。）がある（例えば、非特許文献５参照）。

Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２２，ｐ．２３９２，２００６年１１月 Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２３，ｐ．１９６８，２００８年１２月 Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２３，ｐ．２３８９１，２０１０年１１月 Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．１７，ｐｐ．１４６２７−１４６３３，Ａｕｇｕｓｔ １７，２００９ Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．５，ｐｐ．５９９−６０１，Ｍａｒｃｈ １，２００９

米国特許４８６０２９４号明細書 米国特許５７６４８２６号明細書 米国特許５９６０１３５号明細書 米国特許７０７２５４１号明細書 特開平８−１６３０２８号公報 特開２０００−２０６３４８号公報 特開２００７−３１６３３５号公報 特開２００９−２３７２０５号公報 特開２０００−０３５５２３号公報 特開２００１−３５００３８号公報 特開２００３−１４９４７８号公報 特開２００５−１４８５８５号公報 特開２００９−１８６６８８号公報 特開２００１−０８３３３９号公報 特開２００１−２７２５５４号公報 特開２００１−３３７２３３号公報 特開２００１−３５６２２５号公報 特開２００２−０３１７２９号公報 特開２００２−３４１１６３号公報 特開２００３−１１４３５８号公報 特開２００６−２８４６３２号公報 特開２００７−０６５５６２号公報 特開２０００−３５２６３３号公報 特開２００１−０６６４４６号公報

上述した技術１により課題１を解決でき、技術２により課題２を解決できる。しかし、今まで、課題１及び２を同時に解決する技術は存在しなかった。それは、Ｓｉの屈折率の高い温度依存性を積極的に利用する技術１と、温度補償領域を設けることにより温度チューニング（技術１）に必要な温度依存性を打ち消す技術２とは両立不可能と考えられたためである。

本発明はこのような技術的背景でなされた。従って、本発明の目的は、上述の課題１及び２を同時に解決する光干渉器を得ることにある。

発明者は、鋭意検討の結果、光干渉器を構成するアーム光導波路に、温度依存性が異なる２個以上の位相調整領域と、温度を調整するヒータとを設けることにより、上述の目的を達成できることに想到した。

従って、この発明の光干渉器は、２個の光カプラと、２個の光カプラの間に並列に設けられ、２個の光カプラを接続する第１及び第２アーム光導波路と、第１及び第２アーム光導波路の何れか一方又は双方に設けられた温度制御手段と、一方の光カプラに備えられた第１ポートと、他方の光カプラに備えられた第２及び第３ポートとを備える。

そして、第１及び第２アーム光導波路の一方又は双方に、合計Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の位相調整領域が設けられる。

また、この発明の別の光干渉器は、２個の光カプラと、２個の光カプラの間に並列に設けられ、２個の光カプラを接続する第１〜第Ｕ光導波路（Ｕは３以上の整数）と、一方の前記光カプラに備えられた第１ポートと、他方の光カプラに備えられた第２〜第Ｓポート（Ｓは、Ｕ＋１≧Ｓの整数）とを備える。

そして、第１〜第Ｕ光導波路は互いに異なる光路長を備え、第１〜第Ｕ光導波路に、それぞれＫ個の位相調整領域（Ｋは２以上の整数）を備える。ここで、第１ポートに波長の異なる複数の成分光を含む入力光が入力されたときに、温度補償されて第２〜第Ｓポートから出力される成分光である温度補償光の数がＶ個（Ｖは１≦Ｖ≦Ｋ−１の整数）であり、また、第１ポートに入力された光の内、独立に干渉次数を選択可能な成分光である次数選択光の数がＷ個（Ｗは１≦Ｗ≦Ｋ−１の整数）であるとともに、Ｖ＋Ｗ≦Ｋが成り立つ。

この発明の光干渉器は、Ｋ個の位相調整領域と、ヒータとを備えているので、これらの設定に応じて、不所望な設計波長からのズレを温度チューニングしつつ、光導波路の温度変動による波長分離特性の劣化を抑えることができる。すなわち、この光干渉器は、上述の課題１及び２を同時に解決できる。

（Ａ）は、光干渉器の構造の一例を示す模式図であり、（Ｂ）は、別の光干渉器の構造を示す模式図である。 実施形態１の光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ図２を、Ａ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線に沿って切断した切断端面図である。 実施形態２の光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。 実施形態３の光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図では構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示している。また、以下の各実施形態は、この発明の好適構成の一例であり、各構成要素の材質や数値的条件なども、好適な場合の例示に過ぎない。従って、この発明は、以下の各実施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。

［発明の概要］
図１を参照して、この発明の概要を説明する。図１（Ａ）は、本発明の光干渉器の構造の一例を示す模式図である。図１（Ｂ）は、別の光干渉器の構造を示す模式図である。なお、図１（Ａ）及び（Ｂ）では、発明の理解に資するために、光干渉器を簡略的に描いている。つまり、基板及びクラッドの図示を省略するとともに、コアを単なる曲線で、及び各構成要素を矩形のボックスで、それぞれ描いている。

まず、図１（Ａ）を参照して、以下の説明で用いる光干渉器１０の方向及び寸法を定義する。図１（Ａ）に示したような右手系の直交座標系を考え、Ｘ方向を図が描かれた紙面の左から右に向かう方向とし、長さ方向とも称する。また、Ｚ方向を図が描かれた紙面の裏面から表面に向かう方向とし、高さ方向又は厚み方向とも称する。また、Ｙ方向を図が描かれた紙面の下方から上方に向かう方向とし、幅方向とも称する。そして、Ｘ方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」とも称し、Ｙ方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」とも称し、Ｚ方向に沿って測った幾何学的長さを「高さ」又は「厚さ」とも称する。ここでは、入力光ＩＮの光伝搬方向をＸ方向とする。また、所定の構造体の光伝搬方向に垂直な断面のことを「横断面」と称する。また、この例では、不図示の基板の主面は、ＸＹ平面（紙面）に平行に延在する。

（構造）
続いて、光干渉器１０の構造を簡単に説明する。光干渉器１０は、２個の光カプラ１６及び１８と、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂと、温度制御手段２８とを備える。

第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂはチャネル型光導波路である。第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは２個の光カプラ１６及び１８の間に並列に設けられ、２個の光カプラ１６及び１８を接続している。以降、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの両者を示す場合には、「アーム部２０」とも称する。

第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの一方又は双方には、この例では、合計２個の位相調整領域２２_１及び２２_２が設けられている。詳細には、第１アーム光導波路２０ａに位相調整領域２２_１が設けられ、第２アーム光導波路２０ｂに位相調整領域２２_２が設けられる。これらの位相調整領域２２_１及び２２_２を含む第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの光路長は互いに異なっている。これは、入力光ＩＮに所定の位相差を与えて波長分離を行うためである。以降、これらの位相調整領域２２_１及び２２_２を、それぞれ第１位相調整領域２２_１及び第２位相調整領域２２_２とも称する。そして、第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２の長さをそれぞれＬ_１及びＬ_２とする。両位相調整領域２２_１及び２２_２は、この例では、互いに幅が異なるチャネル型光導波路として構成されている。

ここで、「光路長」とは、一般に、光導波路の幾何学的な長さＰを、ある波長の光に関する光導波路の等価屈折率Ｑで補正した光学的な長さである。光路長をＲとすると、ＲはＰ×Ｑで与えられる。以降、「光路長」と記載しない長さ（幅、厚み、高さ等）は、単に、幾何学的な長さを示す。

第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２は、波長λ_１の光に関して、それぞれ、異なる等価屈折率ｎ_１１及びｎ_１２を有する。これらの等価屈折率ｎ_１１及びｎ_１２は、温度Ｔの関数であり、それぞれ異なる温度依存性を有する。つまり、（ｄｎ_１１／ｄＴ）≠（ｄｎ_１２／ｄＴ）である。

一方の光カプラ１６には光入出力用の第１ポートＰ_１が備えられ、他方の光カプラ１８には光入出力用の第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３が備えられる。この例では、光カプラ１６の第１ポートＰ_１から入力光ＩＮが入力され、光カプラ１８の第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３から、後述する干渉次数に応じた分配比で出力光ＯＵＴ１及びＯＵＴ２が出力される。ここで、「分配比」とは、ある波長の入力光ＩＮが第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３に分配されて出力される際の、出力光ＯＵＴ１及びＯＵＴ２の強度比のことである。

光入力側の光カプラ１６としては、任意の１入力２出力、又は２入力２出力のカプラを用いることができる。光カプラ１６用の１入力２出力のカプラとしては、例えば、Ｙ分岐導波路等を用いることができる。光出力側の光カプラ１８には、任意の２入力２出力のカプラを用いることができる。２入力２出力のカプラとしては、例えば、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラや、方向性結合器を用いることができる。

温度制御手段２８は、この例では、電気式ヒータとして構成されており、第１位相調整領域２２_１の温度を制御する。この例では、温度制御手段２８は、第１アーム光導波路２０ａの全領域を覆っている。温度制御手段２８は、第１位相調整領域２２_１の温度を変更して、光干渉器１０の温度チューニングを行う。

また、この例では、コアの幅を変えて等価屈折率を調整したチャネル型光導波路を第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２とした例を示した。しかし、コアの周囲のクラッドの屈折率を変えることで等価屈折率を調整した光導波路の部分領域を、第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２としても良い。具体的には、クラッドの材料を変更した光導波路の部分領域を第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２としても良い。

（温度補償の原理）
次に、光干渉器１０による温度補償の原理について説明する。光干渉器１０は、等価屈折率の温度依存性が異なる第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２により、入力光ＩＮに生じる温度変化由来の不所望な位相差を相殺する。以下、この点を詳述する。理解を容易にするために、入力光ＩＮが、波長λ_１の第１成分光Ｃ_１のみを含む場合を考える。

光干渉器１０で第１成分光Ｃ_１を温度補償するためには、温度補償条件だけでなく、光干渉器１０からの出力態様を決定する干渉条件を満足する必要がある。以下、それぞれの条件について説明する。

（干渉条件）
第１成分光Ｃ_１を光干渉器１０の所望のポートから出力させるためには、下記式（１）の干渉条件が成り立つ必要があることが知られている。

ｎ_１１Ｌ_１＋ｎ_１２Ｌ_２＝ｍ_１λ_１・・・（１）
ここで、ｍ_１は、第１成分光Ｃ_１に関する干渉次数（正の実数）であり、第１成分光Ｃ_１が両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂを伝搬する過程で生じる位相差に関する。より詳細には、この位相差は、干渉次数ｍ_１に２πを乗じた値である。

つまり、干渉次数ｍ_１が、「１／２×奇数」の場合には、第１成分光Ｃ_１に与えられる位相差は「πの奇数倍」となる。この場合、第１成分光Ｃ_１は、第２ポートＰ_２から、出力光ＯＵＴ１として出力される。また、干渉次数ｍ_１が「１／２×偶数」の場合には、位相差は「πの偶数倍」となる。この場合、第１成分光Ｃ_１は、第３ポートＰ_３から、出力光ＯＵＴ２として出力される。

なお、干渉次数ｍ_１は設計に応じて所望の値を選択でき、これにより第１成分光Ｃ_１の分配比を任意に変化させることができる。つまり、「Ｉｎｔ」を０以上の整数、ｘを０〜１の実数とするとき、干渉次数ｍ_１を「Ｉｎｔ＋ｘ」とすれば、第２及び第３ポートから任意の強度比で第１成分光Ｃ_１を出力させることができる。例えば、ｘ＝０．５とすれば、位相差は「πの半整数倍」となり、光干渉器１０は、第１成分光Ｃ_１を第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３に等分配する３ｄＢカプラとして機能する。

また、式（１）において、等価屈折率ｎ_１１及びｎ_１２は既知である。すなわち、ｎ_１１及びｎ_１２は、波長λ_１と、第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２の寸法及び材質と、クラッドの材質等からシミュレーション等の手法で求めることできる。

（温度補償条件）
温度補償を行い、第１成分光Ｃ_１の分配比を温度変動によらず一定に保つためには、下記式（２）の第１成分光Ｃ_１に関する温度補償条件式が成り立つ必要がある。詳細には、第１成分光Ｃ_１の出力特性を温度無依存とするには、式（１）を温度Ｔで微分した式において、（ｄｍ_１／ｄＴ）＝０、且つ（ｄλ_１／ｄＴ）＝０とする必要がある。この条件より、温度補償条件である下記式（２）が求められる。

（ｄｎ_１１／ｄＴ）Ｌ_１＋（ｄｎ_１２／ｄＴ）Ｌ_２＝０・・・（２）
式（２）を変形すると、下記式（２）’となる。

Ｌ_２／Ｌ_１＝−（（ｄｎ_１１／ｄＴ）／（ｄｎ_１２／ｄＴ））・・・（２）’
この式（２）’を式（１）に代入すると、下記式（３）となる。

（ｎ_１１−ｎ_１２（（ｄｎ_１１／ｄＴ）／（ｄｎ_１２／ｄＴ）））Ｌ_１＝ｍ_１λ_１・・・（３）
ところで、（ｄｎ_１１／ｄＴ）及び（ｄｎ_１２／ｄＴ）は、シミュレーション等の別手法で求めることができる既知の量であるので、式（３）よりＬ_１を求めることができる。そして、このＬ_１を、式（２）に代入することによりＬ_２を求めることができる。

このように、第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２の長さを、Ｌ_１及びＬ_２とすることで、光干渉器１０は、第１成分光Ｃ_１を素子の温度変動に依らず一定の分配比で第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３から出力できる。

このように、第１成分光Ｃ_１の温度補償のために、２個の位相調整領域２２_１及び２２_２を要するのは、式（２）の温度補償条件と、式（１）の干渉条件とを同時に満足する必要があるからである。つまり、これら２本の連立方程式を一意に解くためには２個の変数Ｌ_１及びＬ_２が必要であり、これらを与えるために２個の位相調整領域２２_１及び２２_２を必要とする。

（温度補償と温度チューニングの両立）
次に、光干渉器１０では、上述した２個の位相調整領域２２_１及び２２_２による第１成分光Ｃ_１の温度補償と、光干渉器１０の温度チューニングとが両立する点について説明する。

光干渉器１０において、温度調整手段２８により第１位相調整領域２２_１の温度を変化させることで、等価屈折率がｎ_１１＋Δｎ_１１に変化し、光干渉器１０の設計時の選択波長（設計波長）がλ_１＋Δλ_１に変化したとする。

このとき、第１成分光Ｃ_１の出力時の温度補償を担保する式（３）は、下記式（４）へと変形できる。
（Δｎ_１１＋Δλ_１（ｄｎ_１１／ｄλ）＋Δλ_１（ｄｎ_１２／ｄλ）（（ｄｎ_１１／ｄＴ）／（ｄｎ_１２／ｄＴ）））Ｌ_１＝ｍ_１Δλ_１・・・（４）
式（４）は、下記式（５）となる。

Δｎ_１１Ｌ_１＝Δλ_１（ｍ_１−Ｌ_１（ｄｎ_１１／ｄλ）−Ｌ_１（ｄｎ_１２／ｄλ）（（ｄｎ_１１／ｄＴ）／（ｄｎ_１２／ｄＴ）））＝Ｌ_１Δλ_１（ｎ_ｇ１１−ｎ_ｇ１２（（ｄｎ_１１／ｄＴ）／（ｄｎ_１２／ｄＴ）））／λ_１・・・（５）
ここで、ｎ_ｇ１１及びｎ_ｇ１２は、それぞれ、第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２の群屈折率を表し、ｎ_ｇ１１＝ｎ_１１−λ_１（ｄｎ_１１／ｄλ）であり、ｎ_ｇ１２＝ｎ_１２−λ_１（ｄｎ_１２／ｄλ）で与えられる。

式（５）より、最終的な結果である下記式（６）が得られる。

Δλ_１／λ_１＝Δｎ_１１／（ｎ_ｇ１１−ｎ_ｇ１２（（ｄｎ_１１／ｄＴ）／（ｄｎ_１２／ｄＴ）））・・・（６）
式（６）において、左辺のΔλ_１／λ_１は、温度調整手段２８により生じる第１位相調整領域２２_１の温度変化当たりの、設計波長λ_１の変化率であり、温度チューニングの容易さを表す。以下、Δλ_１／λ_１を「チューニング指標」とも称する。チューニング指標が大きいほど、第１位相調整領域２２_１の温度変化が小さくとも、Δλ_１が大きくなり、広い波長範囲で温度チューニングを行える。

ところで、式（６）の分母は、２個の位相調整領域２２_１及び２２_２の群屈折率ｎ_ｇ１１及びｎ_ｇ１２の「差」である。それに対し、位相調整領域を持たない光導波路で構成された光干渉器（以下、「従来型干渉器」とも称する。）では、式（６）の分母は、「差」では無く、単独の光導波路の群屈折率である。

よって、光干渉器１０は、分母が「差」である分だけ、式（６）の分母を従来型干渉器より小さくできる。つまり、２個の位相調整領域２２_１及び２２_２を設けることにより、光干渉器１０は、チューニング指標を従来型干渉器より大きくできる。

例えば、第１成分光Ｃ_１の波長λ_１を１．５５μｍとし、第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２のコアの幅をそれぞれ２００ｎｍ及び５００ｎｍとした場合に、ｎ_ｇ１１及びｎ_ｇ１２は、それぞれ４．１９及び２．２５である。また、Ｌ_２／Ｌ_１は０．１９である。

これらの値を用いると、光干渉器１０では、式（６）の分母は約１．４５となる。それに対し、従来型干渉器における式（６）の分母は約４である。つまり、光干渉器１０は、従来型干渉器よりも約２．７５倍（＝４／１．４５）大きなチューニング指標を有する。つまり、光干渉器１０は、従来型干渉器に比較して、第１位相調整領域２２_１の単位温度変化当たりの設計波長λ_１の変化率が２．７５倍大きく、従来型干渉器に比べて効率良く温度チューニングできる。

このように、第１及び第２位相調整領域２２_１及び２２_２と、温度制御手段２８とを備える光干渉器１０は、分配比の温度補償と、設計波長の容易な温度チューニングとを両立することができる。

この例では、入力光ＩＮが第１成分光Ｃ_１のみで構成される場合について説明した。しかし、入力光ＩＮが２以上の成分光で構成される場合も、温度補償を行いながら各成分光を出力しつつ、光干渉器２０の温度チューニングを容易に行うことができる。

（位相調整領域数と温度補償できる波長数との関係）
次に、主に、図１（Ｂ）を参照して、位相調整領域の数と、温度補償できる波長数との関係について説明する。

まず以下の説明で用いる変数を定義する。入力光ＩＮが、互いに波長の異なるＪ（Ｊは１以上の整数）の成分光で構成されているとする。ここで、Ｊの成分光の中で、任意の１の成分光を第ｂ成分光Ｃ_ｂ（ｂは１〜Ｊの整数）と称し、その波長をλ_ｂとし、その干渉次数をｍ_ｂとする。

また、互いにコアの幅を異ならせた位相調整領域の個数をＫ（Ｋは２以上の整数）とし、その中の任意の１個の位相調整領域を第ａ位相調整領域２２_ａ（ａは１〜Ｋの整数）と称する。また、第ａ位相調整領域２２_ａの長さをＬ_ａとする。そして、第ｂ成分光Ｃ_ｂに関する第ａ位相調整領域２２ａの等価屈折率をｎ_ｂａとする。

また、入力光ＩＮに含まれる第１〜第Ｊ成分光の中で、温度補償されて第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３から出力される成分光を温度補償光とも称し、その数をＶとする。また、入力光ＩＮに含まれる第１〜第Ｊ成分光の中で、独立に干渉次数ｍ_ｂを選択可能な成分光を次数選択光とも称し、その数をＷとする。ここで、独立に干渉次数ｍ_ｂを選択できるとは、第ｂ成分光Ｃ_ｂが第２及び第３ポートから出力される際の分配比を、ｍ_ｂに応じて自由に設定できることを意味する。

この場合に、Ｋ，Ｖ及びＷの間には、下記式（７）〜（９）の関係が成り立つ。
１≦Ｖ≦Ｋ−１・・・（７）
１≦Ｗ≦Ｋ−１・・・（８）
Ｖ＋Ｗ≦Ｋ ・・・（９）

まず、式（９）について説明する。この式は、温度補償光と次数選択光の個数の和（Ｖ＋Ｗ）が位相調整領域の数Ｋ以下であることを示している。この式の意味を、まず、Ｖ＋Ｗ＝Ｋの場合について説明し、次いで、Ｖ＋Ｗ＜Ｋの場合について説明する。

（Ｖ＋Ｗ＝Ｋの場合について）
温度補償光の数がＶのとき、各温度補償光が温度補償条件（式（２）に対応）を満たす必要があるため、合計Ｖ本の温度補償条件式が必要となる。同様に、次数選択光の数がＷのとき、各次数選択光が干渉条件（式（１）に対応）を満たす必要があるため、合計Ｗ本の干渉条件式が必要となる。つまり、Ｖの成分光で温度補償を行い、且つＷの成分光で干渉次数の選択を行うためには、合計（Ｖ＋Ｗ）本の連立方程式を解く必要がある。

これらの式を一意に解くには、（Ｖ＋Ｗ）個の変数を要する。従って、位相調整領域２２_１〜２２_Ｋの数Ｋを（Ｖ＋Ｗ）とすれば、各々の領域２２_１〜２２_Ｋの長さＬ_１〜Ｌ_Ｋを変数として、この連立方程式を解くことができる。これにより、入力光ＩＮに含まれるＶの成分光を温度補償し、Ｗの成分光で干渉次数を独立に選択できる光干渉器２０が得られる。

式（７）の「１≦Ｖ」との条件は、技術的な要請ではなく、「１以上の成分光の温度補償を行う」という発明の目的を勘案した条件である。式（７）の「Ｖ≦Ｋ−１」との条件は、技術的な要請である。すなわち、光干渉器２０に（Ｖ＋Ｗ）の成分光を伝搬させるためには、少なくとも１の成分光については、独立に干渉条件が満たされる必要がある。つまり、（Ｖ＋Ｗ）の成分光は、１以上（Ｗ≧１）の次数選択光を含む必要がある。このことより、式（７）の「Ｖ≦Ｋ−１」との条件が導かれる。

式（８）の「１≦Ｗ」との条件は、上述の（Ｖ＋Ｗ）の成分光が１以上の次数選択光を含む必要があるとの技術的要請から導かれる。式（８）の「Ｗ≦Ｋ−１」との条件は、上述の（Ｖ＋Ｗ）の成分光が１以上の温度補償光を含む必要がある（１≦Ｖ）との条件から導かれる。

以下、式（７）〜（９）について、温度補償条件式及び干渉条件式を用いてさらに詳細に説明する。

まず、干渉条件について説明する。Ｗ個の次数選択光として選択された成分光に対応するｂに対しては、下記式（Ａ）が成り立つ必要がある。

式（Ａ）を展開した下記式（Ａ−１）〜（Ａ−Ｊ）を用いて、より詳細に説明すると、第ｂ成分光Ｃ_ｂで干渉次数ｍ_ｂを選択する場合、式（Ａ−ｂ）を満足させる必要がある。同様に、次数選択光の数がＷの場合には、式（Ａ−１）〜（Ａ−Ｊ）の中から、対応するＷの成分光のそれぞれについて、Ｗ本の式を満足させる必要がある。また、全ての成分光Ｃ_１〜Ｃ_Ｊで干渉次数の選択を行う場合には式（Ａ−１）〜（Ａ−Ｊ）の全てが成り立つ必要がある。
n₁₁L₁+n₁₂L₂+・・・+ n_1aL_a+・・・+n_1(K-1)L_(K-1)+n_1KL_K=m₁λ₁・・・(A-1)
n₂₁L₁+n₂₂L₂+・・・+ n_2aL_a+・・・+n_2(K-1)L_(K-1)+n_2KL_K=m₂λ₂・・・(A-2)
・ ・
・ ・
n_b1L₁+n_b2L₂+・・・+ n_baL_a+・・・+n_b(K-1)L_(K-1)+n_bKL_K=m_bλ_b・・・(A-b)
・ ・
・ ・
n_J1L₁+n_J2L₂+・・・+ n_JaL_a+・・・+n_J(K-1)L_(K-1)+n_JKL_K=m_Jλ_J・・・(A-J)
なお、各式の左辺は、位相調整領域の数であるＫ個の項の和で表される。

次に、温度補償条件について説明する。Ｖ個の温度補償光として選択された成分光に対応するｂに対しては、下記式（Ｂ）が成り立つ必要がある。

式（Ｂ）を展開した下記式（Ｂ−１）〜（Ｂ−Ｊ）で表されるＪ本の式は、第１〜第Ｊ成分光Ｃ_１〜Ｃ_Ｊを温度補償する場合の温度補償条件式を示している。つまり、任意の第ｂ成分光Ｃ_ｂを温度補償するためには、第ｂ成分光Ｃ_ｂに関する温度補償式（Ｂ−ｂ）を満足する必要がある。同様に、温度補償光の数がＶの場合には、式（Ｂ−１）〜（Ｂ−Ｊ）の中から、温度補償すべきＶの成分光のそれぞれについて、Ｖ本の式を満足する必要がある。また、Ｖ＝Ｊの場合、つまり、全ての成分光Ｃ_１〜Ｃ_Ｊで温度補償を行う場合には式（Ｂ−１）〜（Ｂ−Ｊ）の全てが成り立つ必要がある。
(dn₁₁/dT)L₁+(dn₁₂/dT)L₂+・・・+(dn_1a/dT)L_a+・・・+(dn_1(K-1)/dT)L_(K-1)+(dn_1K/dT)L_K=0・・・(B-1)
(dn₂₁/dT)L₁+(dn₂₂/dT)L₂+・・・+(dn_2a/dT)L_a+・・・+(dn_2(K-1)/dT)L_(K-1)+(dn_2K/dT)L_K=0・・・(B-2)
・ ・
・ ・
(dn_b1/dT)L₁+(dn_b2/dT)L₂+・・・+(dn_ba/dT)L_a+・・・+(dn_b(K-1)/dT)L_(K-1)+(dn_bK/dT)L_K=0・・・(B-b)
・ ・
・ ・
(dn_J1/dT)L₁+(dn_J2/dT)L₂+・・・+(dn_Ja/dT)L_a+・・・+(dn_J(K-1)/dT)L_(K-1)+(dn_JK/dT)L_K=0・・・(B-J)
なお、各式の左辺は、位相調整領域の数であるＫ個の項の和で表される。

つまり、Ｖの成分光を温度補償し、且つＷの成分光で干渉次数を選択するには、式（Ｂ−１）〜（Ｂ−Ｊ）からＶ本、且つ式（Ａ−１）〜（Ａ−Ｊ）からＷ本の合計（Ｖ＋Ｗ）本の式を解く必要がある。この（Ｖ＋Ｗ）本の連立方程式を一意に解くためには、（Ｖ＋Ｗ）の変数を要し、そのためには、変数Ｌ_１〜Ｌ_Ｋを与えるＫ個（＝Ｖ＋Ｗ）の位相調整領域２２_１〜２２_Ｋが必要となる。例えば、入力光ＩＮに含まれるＪの成分光の全てについて、温度補償と、干渉次数の選択を行うためには、上述の（Ａ−１）〜（Ｂ−Ｊ）の合計２Ｊ個の式を満たす必要がある。

また、上述の式（７）〜（９）が成立する限り、Ｖの温度補償光と、Ｗの次数選択光の選択にはなんら制限はなく、第１〜第Ｊ成分光Ｃ_１〜Ｃ_Ｊから、それぞれ独立して選択可能である。つまり、同じ第ｂ成分光Ｃ_ｂを同時に温度補償光と次数選択光としても良い。この場合は、式（Ａ−ｂ）と式（Ｂ−ｂ）とを成り立たせればよい。また、温度補償と、干渉次数の選択のどちらか一方を行っても良い。また、温度補償と、干渉次数の選択の両者を行わない成分光が存在しても良い。

なお、入力光ＩＮの成分光数Ｊが温度補償光数Ｖより多い場合（Ｊ＞Ｖ）には、温度補償光ではない（Ｊ−Ｖ）の成分光は、温度補償されずに、各々の干渉条件に従って、第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３から出力される。

また、Ｗの次数選択光は、独立して自由に選択された干渉次数ｍ_ｂに応じた分配比で第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３から出力される。しかし、次数選択光ではない（Ｊ−Ｗ）の成分光（以下、従属選択光とも称する。）が、光干渉器２０を伝搬するためには、何らかの形で干渉条件を満たす必要がある。以下、従属選択光が、次数選択光に従属する形で干渉条件を満たすことについて説明する。

ここで、従属選択光に対応する成分光を第ｅ成分光Ｃ_ｅ（ｅは、次数選択光に対応する成分光のｂを除く、１〜Ｊの整数）とし、その波長と干渉次数とをそれぞれλ_ｅ及びｍ_ｅとする。以降、第ｅ成分光Ｃ_ｅを、従属選択光Ｃ_ｅとも称する。

同様に、所定の次数選択光に対応する成分光を第ｆ成分光Ｃ_ｆ（ｆは、次数選択光に対応する成分光のｂ）とし、その波長と干渉次数とをそれぞれλ_ｆ及びｍ_ｆとする。以降、第ｆ成分光Ｃ_ｆを、次数選択光Ｃ_ｆとも称する。

この場合、上述のように、次数選択光Ｃ_ｆは、下記式（Ａ−ｆ）の干渉条件を満足する。

同様に、従属選択光Ｃ_ｅも、下記式（Ａ−ｅ）の干渉条件を満足する必要がある。

Σ(C_f)＝n_f1L₁+n_f2L₂+・・・+ n_faL_a+・・・+n_f(K-1)L_(K-1)+n_fKL_K=m_fλ_f・・・(A-f)
Σ(C_e)＝n_e1L₁+n_e2L₂+・・・+ n_eaL_a+・・・+n_e(K-1)L_(K-1)+n_eKL_K=m_eλ_e・・・(A-e)
ここで、従属選択光Ｃ_ｅのｍ_ｅが、次数選択光Ｃ_ｆのｍ_ｆを用いて、下記式（１０）と表されるとする。

m_e=(m_f+Int)・・・(10)
この場合、従属選択光Ｃ_ｅの干渉条件式(A-e)は、下記式(A-e-2)となる。

Σ(C_e)＝(m_f+Int)λ_e・・・(A-e-2)
さらに、式(A-e-2)は、式(A-f)を用いて、下記式(A-e-3)となる。

Σ(C_e)＝(Σ(C_f)/λ_f+ Int)λ_e・・・(A-e-3)
さらに、式(A-e-3)は、式(A-e-4)となる。

λ_e＝Σ(C_e)/ (Σ(C_f)/λ_f+ Int) ・・・(A-e-4)
つまり、式（１０）が成り立つときに、従属選択光Ｃ_ｅが式（Ａ−ｅ−４）に従う波長λ_ｅであれば、次数選択光Ｃ_ｆの干渉条件式(A-f)に従属する形で、従属選択光Ｃ_ｅでも干渉条件が満足される。

（Ｖ＋Ｗ＜Ｋの場合について）
次に、式（９）において「Ｖ＋Ｗ＜Ｋ」の場合、つまり、位相調整領域の数Ｋよりも、温度補償光の数Ｖと次数選択光の数Ｗの和が小さい場合について説明する。理解の容易さを考えて、まず具体例で説明し、次いで一般化する。

ここで、第１〜第５位相調整領域２２_１〜２２_５により、第１〜第４成分光Ｃ_１〜Ｃ_４を含む入力光ＩＮで、温度補償光と次数選択光とを以下の（１）〜（３）のように設定したとする。

（１）温度補償光：第１及び第２成分光Ｃ_１及びＣ_２
（２）温度補償光＋次数選択光：第３成分光Ｃ_３
（３）次数選択光：第４成分光Ｃ_４
この場合、位相調整領域数Ｋ＝５、温度補償光数Ｖ＝３、及び次数選択光数Ｗ＝２である。これは、第１〜第５位相調整領域２２_１〜２２_５が、第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ_３に関する温度補償条件式（Ｂ−１）〜（Ｂ−３）と、第３及び第４成分光Ｃ_３及びＣ_４に関する干渉条件式（Ａ−３）及び（Ａ−４）を満たすことを意味する。

このように４成分光Ｃ_１〜Ｃ_４用に設定された光干渉器２０に、仮に第２及び第３成分光Ｃ_２及びＣ_３のみが入力された場合を考える。これは、Ｖ＋Ｗ＜Ｋの場合に対応する。

この場合には、光干渉器２０は、上記（１）〜（３）のように設計されているので、入力光ＩＮの成分光数が減少したとしても、第２成分光Ｃ_２では温度補償がなされ、第３成分光Ｃ_３では温度補償と次数の選択がなされる。このように、Ｖ＋Ｗ＜Ｋの場合であっても、予め設定された成分光が入力される場合には、光干渉器２０は設計通りに動作する。

次に、この具体例をより一般化して説明する。式（９）で「Ｖ＋Ｗ＜Ｋ」の場合とは、左辺がＫ個の項の和である合計２Ｊ個の上記式（Ａ−１）〜（Ｂ−Ｊ）の中から、Ｋ個未満の式を選択することに相当する。

位相調整領域が５個（Ｋ＝５）であり、入力光ＩＮが第２及び第３成分光Ｃ_２及びＣ_３である上の例で言えば、温度補償条件式として下記式（Ｂ−２）及び（Ｂ−３）が成り立ち、干渉条件式として下記式（Ａ−３）が成り立つことを意味する。
(dn₂₁/dT)L₁+(dn₂₂/dT)L₂+(dn₂₃/dT)L₃+(dn₂₄/dT)L₄+(dn₂₅/dT)L₅=0・・・(B-2)
(dn₃₁/dT)L₁+(dn₃₂/dT)L₂+(dn₃₃/dT)L₃+(dn₃₄/dT)L₄+(dn₃₅/dT)L₅=0・・・(B-3)
n₃₁L₁+n₃₂L₂+n₃₃L₃+n₃₄L₄+n₃₅L₅=m₃λ₃・・・(A-3)
これらの３式は、Ｋ（＝５）個の未知数Ｌ_１〜Ｌ_５に対して、式数（Ｖ＋Ｗ＝３）が少ない。このような場合には、連立方程式の解Ｌ_１〜Ｌ_５は一意には定まらず、不定解となる。つまり、Ｌ_１〜Ｌ_５の値の様々な組み合わせに関して連立方程式が満たされる。

つまり、Ｖ＋Ｗ＜Ｋでも、位相調整領域２０_１〜２０_Ｋを適当に設計することにより、Ｖの温度補償光で温度補償を行い、Ｗの次数選択光で干渉次数の選択を行うことができる。

（変形例）
なお、この例では、図１（Ｂ）に示すように、第１アーム光導波路２０ａに位相調整領域２２_１〜２２_{（ａ−１）}を設け、第２アーム光導波路２０ｂに位相調整領域２２_ａ〜２２_Ｋを設けた場合について説明した。しかし、位相調整領域２２_１〜２２_Ｋの配置態様には特に制限はない。設計に応じて好適な個数を、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂに配置すればよい。例えば、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの何れか一方のみに、全ての位相調整領域２２_１〜２２_Ｋを設けても良い。

また、この実施形態では、横断面構造が互いに等しく構成された第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂ中に、Ｋ個の位相調整領域２２_１〜２２_Ｋを設ける場合について説明した。しかし、構造が互いに異なる第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂを用いることで、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂ自体を位相調整領域２２_Ｋとしても良い。すなわち、位相調整領域２２_Ｋを、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂから位相調整領域２２_１〜２２_Ｋ−１を除いた部分領域としてもよい。なお、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの部分領域を位相調整領域２２_Ｋとする場合には、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの光路長は共に０（ゼロ）と考える。

［実施形態１］
以下、図２及び図３を参照して、実施形態１の光干渉器について説明する。この光干渉器は、上述の光干渉器１０の具体例である。つまり、この光干渉器は、ＧＥ−ＰＯＮで用いられる波長λ_１が１．５５μｍの第１成分光Ｃ_１を温度補償光及び次数選択光とする場合に対応する。なお、この第１成分光Ｃ_１は、映像信号を加入者側に送信する際の下り信号に用いられる。

図２は、光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。図３（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿って切断した切断端面図であり、図３（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図であり、図３（Ｃ）は、図２のＣ−Ｃ線に沿って切断した切断端面図である。なお、図２においては、コア１３は、クラッド１２に覆われているため直接目視できないが、強調するために実線で描いている。また、図２及び図３において、図１と同様の構成要素には同符号を付して、重複する説明を省略する場合もある。

（構造）
図２及び図３を参照すると、光干渉器３０は、基板８に設けられたクラッド１２と、コア１３とで構成された光導波路１４を有している。この例では、光導波路１４はＳｉ光導波路である。すなわち、コア１３を屈折率が約３．４７のＳｉとし、クラッド１２を屈折率が約１．４５のＳｉＯ_２とする。なお、基板８，コア１３及びクラッド１２については後述する。

光干渉器３０は、光導波路１４で構成され、上述の光干渉器１０であるマッハツェンダ干渉計ＭＺと、任意的な構成として入力部２４及び出力部２６を備えている。

マッハツェンダ干渉計ＭＺは、光カプラ１６として第１方向性結合器と、光カプラ１８として第２方向性結合器と、第１及び第２方向性結合器を接続するアーム部２０と、温度制御手段２８とを備える。以下、この実施の形態においては、「光カプラ１６」を「第１方向性結合器１６」と、「光カプラ１８」を「第２方向性結合器１８」ともそれぞれ称する。

アーム部２０は、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂを備える。第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは、互いに光路長が異なり、この例では、第１アーム光導波路２０ａの方が第２アーム光導波路２０ｂよりも光路長が長い。

第１アーム光導波路２０ａは、第１位相調整領域２２_１及び非調整領域２１ａを備えている。同様に、第２アーム光導波路２０ｂは、第２位相調整領域２２_２及び非調整領域２１ｂを備える。

ここで、非調整領域２１ａとは、第１アーム光導波路２０ａから、第１位相調整領域２２_１を除いた部分領域を示す。同様に、非調整領域２１ｂとは、第２アーム光導波路２０ｂから、第２位相調整領域２２_２を除いた部分領域を示す。両非調整領域２１ａ及び２１ｂは、横断面形状及び光路長が等しく形成されたチャネル型光導波路である。

より詳細には、図３（Ｂ）を参照すると、これらの非調整領域２１ａ及び２１ｂの横断面形状は幅Ｗが約２９０ｎｍで、高さＨが約３００ｎｍの矩形状である。この横断面形状は、寸法も含めて、入力部２４及び出力部２６を構成する光導波路２４ａ，２４ｂ，２６ａ及び２６ｂでも同様である。

光導波路２４ａと２４ｂの光路長、光導波路２６ａと２６ｂの光路長、及び、非調整領域２１ａと２１ｂの光路長をそれぞれ等しくすることにより、これらの領域を伝搬する過程で、第１成分光Ｃ_１に位相差は生じない。

第１位相調整領域２２_１は第１アーム光導波路２０ａに設けられ、２個のサブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒに分割されている。両サブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒとも、光伝搬方向に沿った長さがＬ_１／２であり、図３（Ａ）に示すように幅はＷ_１であり、厚みはＨである。この例では、サブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒの長さＬ_１／２は、それぞれ約２μｍである。よって、第１位相調整領域２２_１の全長Ｌ_１は約４μｍである。また、両サブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒの幅Ｗ_１は約２００ｎｍであり、高さＨは約３００ｎｍである。第１位相調整領域２２_１の等価屈折率の温度依存性（ｄｎ_１１／ｄＴ）は約０．３７×１０^−４である。

第２位相調整領域２２_２は第２アーム光導波路２０ｂに設けられ、２個のサブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒに分割されている。両サブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒとも、光伝搬方向に沿った長さがＬ_２／２であり、図３（Ｃ）に示すように幅はＷ_２であり、高さはＨである。この例では、サブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒの長さＬ_２／２は、それぞれ約０．３８μｍである。よって、第２位相調整領域２２_２の全長Ｌ_２は約０．７６μｍである。この全長Ｌ_２は、上述したＬ_２／Ｌ_１＝０．１９に従っている。また、両サブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒの幅Ｗ_２は約５００ｎｍであり、高さＨは約３００ｎｍである。第２位相調整領域２２_２の等価屈折率の温度依存性（ｄｎ_１２／ｄＴ）は約１．９４×１０^−４である。

両位相調整領域２２_１及び２２_２の全長Ｌ_１及びＬ_２をこの値とすることで、干渉次数ｍ_１は、「１／２×奇数倍」となり、第１ポートＰ_１から入力された第１成分光Ｃ_１は、第２ポートＰ_２から出力される。

このように、２個の位相調整領域２２_１及び２２_２と、非調整領域２１ａ及び２１ｂと、入力部２４及び出力部２６を構成するコア１３の高さ及び幅は約２００〜５００ｎｍの範囲に収まっている。コア１３の高さ及び幅をこの範囲の値にすることで、光導波路１４を高さ方向及び幅方向の両方向に関してシングルモード光導波路とすることができる。

なお、この例では、サブ領域２２_１Ｌと２２_１Ｒ、及び２２_２Ｌと２２_２Ｒ同士の長さが等しい場合について説明したが、全長Ｌ_１及びＬ_２が変化しなければ、サブ領域同士の長さは等しくなくとも良い。

また、各位相調整領域２２_１及び２２_２を構成するサブ領域の個数も、２個には限定されず、設計に応じて３個以上としてもよい。

また、この例では、各位相調整領域２２_１及び２２_２を直線状のチャネル型光導波路とする場合について説明したが、位相調整領域は、湾曲したチャネル型光導波路でもよい。ただ、この場合、湾曲部での等価屈折率は直線状のチャネル型光導波路と異なるので、横断面形状と全長も湾曲形状に応じて定める必要がある。

また、この例では、クラッド１２をＳｉＯ_２とした場合を例示した。しかし、クラッド１２を構成する材料は、ＳｉＯ_２に限定されず、コア１３の屈折率の７１．４％以下の材料を用いることができる。この条件の屈折率の材料をクラッド１２に用いることで、コア１３とクラッド１２との屈折率差を大きくでき、光導波路１４内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、例えば、曲率半径が１μｍ程度の湾曲光導波路を形成できる等、光干渉器１０を小型化することができる。また、クラッド１２の材料としては、ＳｉＯ_ｐＮ_ｑ（ただし、ｐ及びｑは、２≧ｐ≧０かつ４／３≧ｑ≧０）を用いても良い。

たとえば、クラッド１２として屈折率が約２の材料を用い、第１位相調整領域２２_１の幅Ｗ_１を３００ｎｍとし、第２位相調整領域２２_２の幅Ｗ_２を５００ｎｍとした場合を考える。この場合、式（２）及び（３）から、Ｌ_２／Ｌ_１＝０．７２である。また、この例では、第１位相調整領域２２_１の群屈折率ｎ_ｇ１１は３．８８であり、第２位相調整領域２２_２の群屈折率ｎ_ｇ１２は２．４９となる。その結果、式（６）の分母は約１．３９となり、従来型干渉器よりも約２．９倍（＝４／１．３９）効率良く温度チューニングを行える。

第１方向性結合器１６は、第１光導波路１６ａと第２光導波路１６ｂとを備えている。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、立体形状が等しい直線状に形成されている。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、光結合可能な距離を隔てて互いに平行に配置されている。第１光導波路１６ａの一端は第１ポートＰ_１であり、入力部２４の光導波路２４ａに接続されている。第１光導波路１６ａの他端は第１アーム光導波路２０ａに接続されている。第２光導波路１６ｂの一端は第４ポートＰ_４であり、入力部２４の光導波路２４ｂに接続されている。第２光導波路１６ｂの他端は第２アーム光導波路２０ｂに接続されている。この第４ポートＰ_４は光が入出力されないポート、言わばダミーポートであり、この実施形態では光干渉器３０の動作に何ら関係しない。

第２方向性結合器１８は第１方向性結合器１６と等しく構成されている。すなわち、第２方向性結合器１８は、第３光導波路１８ａと第４光導波路１８ｂとを備えている。第３及び第４光導波路１８ａ及び１８ｂは、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂとそれぞれ立体形状が等しい。また、第３及び第４光導波路１８ａ及び１８ｂは、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂ間の距離と等しい距離を隔てて互いに平行に配置されている。第３光導波路１８ａの一端は第２ポートＰ_２であり、出力部２６の光導波路２６ａに接続されている。第３光導波路１８ａの他端は第１アーム光導波路２０ａに接続されている。第４光導波路１８ｂの一端は第３ポートＰ_３であり、出力部２６の光導波路２６ｂに接続されている。第４光導波路１８ｂの他端は第２アーム光導波路２０ｂに接続されている。

コア１３は、基板８の主面８ａ側に設けられたクラッド１２中に設けられている。クラッド１２は、主面８ａ上に一様な厚みで延在する層状体である。より詳細には、クラッド１２は、コア１３の上面と下面及び両側面とを覆っている。

また、基板８の主面８ａから測ったクラッド１２の厚みは、例えば、約３μｍとする。光導波路１４を伝搬する光の基板８への不所望な結合を防ぐためには、コア１３と基板８との間に１μｍ以上の厚みのクラッド１２を介在させることが好ましい。この例では、主面８ａとコア１３の下面との間に、約１．５μｍのクラッド１２を介在させている。基板８は、例えば、Ｓｉを材料とする。

このように、光干渉器３０によれば、第１成分光Ｃ_１を温度補償して、温度に依存しない一定の分配比で出力するとともに、光干渉器３０の温度チューニングを効率良く行うことができる。

なお、この実施形態では、光干渉器３０が波長λ_１＝１．５５μｍの第１成分光Ｃ_１のみを扱う場合を例示した。しかし、光干渉器３０は、ＧＥ−ＰＯＮシステムで用いられる波長１．４９μｍ光や、波長１．３３μｍ光の温度補償を行うこともできる。また、光干渉器３０は、下り波長として１．５７７μｍ光を用い、上り波長として１．２７μｍ光を用いる次世代の１０Ｇ（１０ Ｇｂｉｔ／ｓ）−ＰＯＮシステムにも応用できる。

続いて、光干渉器３０の製造方法について簡単に説明する。光干渉器３０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２層とＳｉ層とがこの順序で積層されたＳＯＩ（Ｓｉ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用して作成される。すなわち、最上層のＳｉ層を利用してコア１３を形成し、ＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ−ＯＸｉｄｅ）層であるＳｉＯ_２層をクラッド１２の下層に利用する。より詳細には、最上層のＳｉ層を従来公知のドライエッチング法等でパターニングしてコア１３を作成する。そして、このコア１３を埋め込むように、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で、クラッド１２の上層に対応するＳｉＯ_２層を形成する。これにより、光導波路１４を備える光干渉器３０を得る。

［実施形態２］
続いて、図４を参照して、実施形態２の光干渉器について説明する。図４は、実施形態２の光干渉器４０の構造を概略的に示す平面図である。

図４を参照すると、光干渉器４０は、３個の位相調整領域２２_１〜２２_３を備え、２の成分光の温度補償を行うことができる点を除き、図２に示した光干渉器３０と同様に構成されている。よって、以下、この相違点を中心に説明する。

第１及び第３位相調整領域２２_１及び２２_３は、第１アーム光導波路２０ａに設けられており、それぞれ等しい形状の２個のサブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒと、２２_３Ｌ及び２２_３Ｒに分割されている。ここで、第１位相調整領域２２_１の幅Ｗ_１は約４５０ｎｍであり、長さＬ_１は、約３１μｍとする。また、第３位相調整領域２２_３の幅Ｗ_３は約３００ｎｍであり、長さＬ_３は、約５．４μｍとする。第２位相調整領域２２_２は、第２アーム光導波路２０ｂに設けられており、２個のサブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒに分割されている。ここで、第２位相調整領域２２_２の幅Ｗ_２は約１９０ｎｍであり、長さＬ_２は、約１μｍとする。また、第１〜第３位相調整領域２２_１〜２２_３を含むコア１３全体の厚みＨは約２５０μｍである。

このような寸法の第１〜第３位相調整領域２２_１〜２２_３を有する光干渉器４０は、波長λ_１及びλ_２が、１．５５μｍ及び１．５６μｍの第１及び第２成分光Ｃ_１及びＣ_２の温度補償を行う。

２の成分光Ｃ_１及びＣ_２を温度補償する光干渉器４０では、チューニング指標を与える式（６）の分母は、下記式（１１）となる。

ｎ_ｇ１１＋ｎ_ｇ１２（（ｄｎ_１１／ｄＴ）／（ｄｎ_１２／ｄＴ）））−ｎ_ｇ１３（（ｄｎ_１１／ｄＴ）／（ｄｎ_１３／ｄＴ）））・・・（１１）
上述の数値から、式（１１）は、約１．５となる。これは、１の成分光Ｃ_１の温度補償を行う場合（１．３９）と同等の値である。このことより、光干渉器４０は、第１及び第２成分光Ｃ_１及びＣ_２の温度補償を行いつつ、効率良い温度チューニングが可能である。

［実施形態３］
続いて、図５を参照して、実施形態３の光干渉器について説明する。図５は、実施形態３の光干渉器５０の構造を概略的に示す平面図である。

光干渉器５０は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇｓ）に本発明を応用した例である。

光干渉器５０は、２個の光カプラ５０ａ及び５０ｂと、これらの光カプラ５０ａ及び５０ｂの間に並列に設けられ、これらの光カプラ５０ａ及び５０ｂを接続する第１〜第Ｕ光導波路２０−１〜２０−Ｕ（Ｕは３以上の整数）を備えるアレイ導波路２３と、一方の光カプラ５０ａに備えられた光入出力用の第１ポートＰ_１と、他方の光カプラ５０ｂに備えられた光入出力用の第２〜第ＳポートＰ_２〜Ｐ_Ｓ（Ｓは、Ｓ≦Ｕ＋１の整数）と、アレイ導波路２３の一部を被覆する温度調整手段２８を備えている。

アレイ導波路２３を構成する第１〜第Ｕ光導波路２０−１〜２０−Ｕのそれぞれには、等価屈折率がそれぞれ異なる第１〜第Ｋ位相調整領域２２_１−１〜２２_１−Ｕ，・・・，及び２２_Ｋ−１〜２２_Ｋ−Ｕが設けられる（Ｋは２以上の整数）。この例では、Ｕは６であり、Ｓは４であり、Ｋは６である。

そして、入力光に所望の位相差を付与するために、第１〜第６位相調整領域を含めた第１〜第６光導波路２０−１〜２０−６の光路長を互いに異ならせている。

この光干渉器５０には、それぞれ波長が異なる第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ_３を含む入力光ＩＮが第１ポートＰ_１に入力される。そして、第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ_３の全てが温度補償されて第２〜第４ポートＰ_２〜Ｐ_４から出力される。つまり、温度補償光の数Ｖ（Ｖは１≦Ｖ≦Ｋ−１の整数）は３である。

また、第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ_３の全てで独立に干渉次数を選択可能である。つまり、次数選択光の数Ｗ（Ｗは１≦Ｗ≦Ｋ−１の整数）は３である。よって、この例では、Ｖ＋Ｗ≦Ｋが成り立っている。

このように、光干渉器５０に入力された第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ_３は、第１〜第６位相調整領域により温度補償を受け、任意に選ばれた干渉次数に応じた分配比で、第２〜第４ポートＰ_２〜Ｐ_４から出力される。つまり、１成分光当たり２個の位相調整領域を有する光干渉器５０は、各成分光を、温度補償光且つ次数選択光とすることができる。

さらに、アレイ導波路２３の一部に温度調整手段２８を設けているので、素子全体の温度チューニングの効率を高めることができる。

この実施形態では、成分光数が３であり、アレイ導波路２３を構成する光導波路数Ｕが６の場合について説明した。しかし、成分光数とＵとの関係はこれには限定されず、Ｕは成分光数以上であれば良い。ただ、実用上十分な消光比で波長分離を行うためには、Ｕは、成分光数の２倍以上であることが好ましく、成分光数の４倍以上であればより一層好ましい。

８ 基板
８ａ 主面
１２ クラッド
１３ コア
１４，２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ 光導波路
１０，２０，３０，４０，５０ 光干渉器
１６ 光カプラ（第１方向性結合器）
１６ａ 第１光導波路
１６ｂ 第２光導波路
１８ 光カプラ（第２方向性結合器）
１８ａ 第３光導波路
１８ｂ 第４光導波路
２０ アーム部
２０ａ 第１アーム光導波路
２０ｂ 第２アーム光導波路
２０−１〜２０−６ 第１〜第６光導波路
２１ａ，２１ｂ 非調整領域
２２_１〜２２_Ｋ 位相調整領域（第１〜第Ｋ位相調整領域）
２２_１−１〜２２_１−６ 第１位相調整領域
２２_２−１〜２２_２−６ 第２位相調整領域
２２_３−１〜２２_３−６ 第３位相調整領域
２２_４−１〜２２_４−６ 第４位相調整領域
２２_５−１〜２２_５−６ 第５位相調整領域
２２_６−１〜２２_６−６ 第６位相調整領域
２２_１Ｌ，２２_１Ｒ，２２_２Ｌ，２２_２Ｒ，２２_３Ｌ，２２_３Ｒ サブ領域
２３ アレイ導波路
２４ 入力部
２６ 出力部
２８ 温度制御手段

Claims (14)

1. 基板の主面側に設けられたクラッドとコアとで構成された光導波路を有し、該光導波路が、
   ２個の光カプラと、
   ２個の該光カプラの間に並列に設けられ、２個の該光カプラを接続する第１及び第２アーム光導波路と、
   該第１及び第２アーム光導波路の何れか一方又は双方に設けられた温度制御手段と、
   一方の前記光カプラに備えられた第１ポートと、
   他方の前記光カプラに備えられた第２及び第３ポートとを備え、
   前記第１及び第２アーム光導波路の何れか一方又は双方に、合計Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の位相調整領域が設けられることを特徴とする光干渉器。
2. 前記第１ポートに１以上の波長の成分光を含む入力光が入力されたときに、
   前記成分光の内、温度補償されて前記第２及び第３ポートから出力される光である温度補償光の数をＶ（Ｖは１≦Ｖ≦Ｋ−１の整数）とし、及び、独立に干渉次数を選択可能な光である次数選択光の数をＷ（Ｗは１≦Ｗ≦Ｋ−１の整数）とするとき、Ｖ＋Ｗ≦Ｋが成り立つことを特徴とする請求項１に記載の光干渉器。
3. 前記Ｋ個の位相調整領域を、第ａ位相調整領域(ａは1〜Ｋの整数)と称し、その光伝搬方向に沿った幾何学的長さL_aとし、
   前記成分光の内で所望の成分光を、第ｂ成分光(ｂは１〜Ｋ−１の整数)と称し、
   該第ｂ成分光の波長をλ_bとし、前記第ｂ成分光に関する前記第ａ位相調整領域の等価屈折率をn_baとし、前記第ｂ成分光に関する干渉次数をm_bとし、及び、温度をＴとするとき、
   下記式（Ａ）が、Ｗ個の前記次数選択光として選択された成分光に対応するｂに対して成立し、
   

   

   下記式（Ｂ）が、Ｖ個の前記温度補償光として選択された成分光に対応するｂに対して成立する
   

   

   ことを特徴とする請求項２に記載の光干渉器。
4. 前記第Ｋ位相調整領域が、前記第１〜第（Ｋ−１）位相調整領域を除いた、前記第１及び第２アーム光導波路の部分領域であることを特徴とする請求項３に記載の光干渉器。
5. 前記第１〜第Ｋ位相調整領域を除いた、前記第１及び第２アーム光導波路の光路長が互いに等しいことを特徴とする請求項３又は４に記載に光干渉器。
6. 前記Ｋ個の位相調整領域の少なくとも１領域では、屈折率が前記クラッドと異なる位相調整用クラッドが前記コアの周囲に設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光干渉器。
7. 前記Ｋ個の位相調整領域の、光伝搬方向に直交し、前記主面に平行な長さである幅が、互いに異なっていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光干渉器。
8. 前記クラッドの材料として、前記コアの屈折率の７１．４％以下の材料を用いることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の光干渉器。
9. 前記コアの材料としてＳｉを用い、前記クラッドの材料として、ＳｉＯ_ｐＮ_ｑ（ただし、ｐ及びｑは、２≧ｐ≧０かつ４／３≧ｑ≧０）を用いることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の光干渉器。
10. 前記一方及び他方の光カプラが、それぞれ方向性結合器であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光干渉器。
11. 前記一方及び他方の光カプラが、それぞれ多モード干渉光導波路であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光干渉器。
12. 前記Ｋ個の位相調整領域の少なくとも１領域が、複数のサブ領域を備えることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の光干渉器。
13. 光伝搬方向に直交し、前記主面に垂直な長さである前記コアの厚みが、２００〜５００ｎｍの範囲の値であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の光干渉器。
14. ２個の光カプラと、２個の該光カプラの間に並列に設けられ、２個の該光カプラを接続する第１〜第Ｕ光導波路（Ｕは３以上の整数）と、一方の前記光カプラに備えられた第１ポートと、他方の前記光カプラに備えられた第２〜第Ｓポート（Ｓは、Ｕ＋１≧Ｓの整数）とを備え、
    前記第１〜第Ｕ光導波路は互いに異なる光路長を備え、
    前記第１〜第Ｕ光導波路に、それぞれＫ個の位相調整領域（Ｋは２以上の整数）を備え、
    前記第１ポートに波長の異なる複数の成分光を含む入力光が入力されたときに、
    温度補償されて前記第２〜第Ｓポートから出力される前記成分光である温度補償光の数がＶ個（Ｖは１≦Ｖ≦Ｋ−１の整数）であり、前記第１ポートに入力された光の内、独立に干渉次数を選択可能な前記成分光である次数選択光の数がＷ個（Ｗは１≦Ｗ≦Ｋ−１の整数）であるとともに、
    Ｖ＋Ｗ≦Ｋが成り立つことを特徴とする光干渉器。

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