JP2016114643A

JP2016114643A - モード合分波器

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Publication number: JP2016114643A
Application number: JP2014250741A
Authority: JP
Inventors: 達郎開; Tatsuro Hiraki; 浩治山田; Koji Yamada
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: JP6346079B2

Abstract

【課題】製造が容易で、縮退する成分を区別して合分波できるようモード合分波器を提供する。【解決手段】第１層コア１０１，１０２は、第２層コア１０３，１０４より高い実効屈折率とされている。また、光ファイバとの結合部となる接続端１２１からモード分離部１２２までのモード結合領域１２３は、２つの第１層コア１０１，１０２および第２層コア１０３，１０４が、導波方向に垂直な断面上で互いに光結合可能な間隔で配置されている。また、モード分離部１２２から先のモード分離領域１２４は、異なる層のコア同士は光結合しない状態とされている。【選択図】図１

Description

本発明は、伝搬モードが異なる複数の直線偏光を合波または分波するモード合分波器に関する。

１本のマルチモード光ファイバで複数本のシングルモード光ファイバに相当する通信容量を可能とする、モード分割多重通信技術が開発され、この１つに空間多重伝送技術がある。空間多重伝送技術では、マルチモード光ファイバを伝搬する各直線偏波（ＬＰ：Linearly Polarized）モードに独立した信号を変調し、出力端ではモード毎に分離している。例えば、図１１に示すように、各々異なる電界分布を示す５つのＬＰモードがある。ＬＰ１１、ＬＰ２１モードは縮退した２成分（ａ，ｂ）を有するため、図１１に示すように、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１モードで最大５モード多重が可能となる。

空間多重伝送技術における理論的な通信容量は、各モードあたりの伝送速度に多重化するモード数を乗じた値となる。各モードの多重化と分離の技術が確立できれば、１本のマルチモード光ファイバでシングルモード光ファイバ複数本分の通信容量をもたらすことが可能になる。従って、空間多重伝送技術では、上述したＬＰモードを合波、分波するためのモード合分波器の技術が重要となる。

これまで、モード合分波器は、空間光学系やファイバ系、光導波路回路などを用いて作製されてきたが、光導波路回路が、低損失化、小型化、安定動作化が容易であり、有望なモード合分波器となる。

以下、現在開発されているモード合分波器について図１２を用いて説明する（特許文献１参照）。このモード合分波器は、平面光回路部５０１と平面光回路部５０２とを備える。平面光回路部５０１と平面光回路部５０２とは、縦列接続されている。平面光回路部５０１において、光導波路５１１は、ＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ２１モードを伝搬する構造であり、マルチモード光ファイバと結合する。

光導波路５１２は、ＬＰ０１モードの伝搬定数が、光導波路５１１のＬＰ１１ａモードと整合する構成とされている。光導波路５１３は、ＬＰ１１ｂモードの伝搬定数が、光導波路５１１のＬＰ２１ａモードと整合する構成とされている。平面光回路部５０１の光導波路５１２は、光導波路５１１と非対称方向性結合器を形成し、光導波路５１１を導波してきたＬＰ１１モード光は、結合領域５１４において光導波路５１２に選択的に結合して出力される。

また、光導波路５１３は、光導波路５１１と非対称結合器を形成し、光導波路５１１を導波してきたＬＰ２１モード光は、結合領域５１５において光導波路５１３に選択的に結合して出力される。ここで、ＬＰ２１モードと結合する光導波路５１３のモードはＬＰ１１ｂモードであるが、平面光回路部５０１に対して９０度回転させた平面光回路部５０２の光導波路５２１と、光導波路５１３とを縦列接続すると、光導波路５１３のＬＰ１１ｂモードと光導波路５１２のＬＰ１１ａモードが結合し、最終的に光導波路５２２のＬＰ０１モードに結合する。従って、結合領域５１４を出力したＬＰ２１モード光は、光導波路５２１に入力し、結合領域５２３で光導波路５２２に選択的に結合して出力される。

また、光導波路５１１に入力されて伝搬するＬＰ０１は、いずれの非対称方向性結合器とも結合しないため、光導波路５１１を伝搬して出力される。以上に説明したように、ＬＰ０１は光導波路５１１を入出力ポートとし、ＬＰ１１は光導波路５１２を入出力ポートとし、ＬＰ２１モードは光導波路５２２を入出力ポートとする、３モード合分波器となる。

特開２０１４−１４９４６９号公報

しかしながら、上述した技術では、単一の光回路で縮退する成分であるＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂモードおよびＬＰ２１ａ、ＬＰ２１ｂモードを区別して合分波できない。また、上述した技術では、２つの平面光回路部を用い、一方を他方に対して９０°回転させた状態で配置する必要があり、製造が容易ではなく、寸法の増大を招き、また、位置ずれなども発生しやすく高い信頼性が得にくいという問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、製造が容易な状態で、縮退する成分を区別して合分波できるようにすることを目的とする。

本発明に係るモード合分波器は、下部クラッド層と、下部クラッド層の平面に平行な第１層に配列された２つの第１層コアと、下部クラッド層の平面に平行で第１層とは異なる第２層に配置された第２層コアと、第１層コアおよび第２層コアを覆って下部クラッド層の上に形成された上部クラッド層とを備え、第１層コアは、第２層コアとは異なる屈折率とされ、光ファイバとの結合部となる接続端からモード分離部までのモード結合領域では、２つの第１層コアおよび第２層コアは、導波方向に垂直な断面上で隣り合うコア同士が互いに光結合可能な間隔で配置され、モード分離部から先のモード分離領域は、異なる層のコア同士は光結合しない状態とされ、第１層コア、２層コアの総数は光ファイバの伝搬モード数以上とされ、接続端では、第１層コアおよび第２層コアの屈折率が大きい方がより狭い幅とされ、モード分離部では、第１層コアおよび第２層コアは、互いに異なる実効屈折率となる状態のコア幅とされ、第１層コア、２層コアは、接続端からモード分離部にかけて暫時に幅が変化する状態に形成されている。

上記モード合分波器において、同じコア幅とされた２つの第２層コアが第２層に形成されていればよい。

上記モード合分波器において、下部クラッド層の平面に平行で第１層および第２層とは異なり、第２層を第１層とで挾む第３層に配置された第３層コアを備え、３つの第２層コアを備え、モード結合領域では、２つの第１層コア、３つの第２層コア、および第３層コアは、導波方向に垂直な断面上で隣り合うコア同士が互いに光結合可能な間隔で配置され、モード分離部では、第２層コアおよび第３層コアと第１層コアとが、異なる実効屈折率とされている、モード分離部では、第１層コアと第２層コア、第３層コアが、異なる実効屈折率とされているようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、製造が容易な状態で、縮退する成分を区別して合分波できるようになるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１におけるモード合分波器の一部構成を示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるモード合分波器の一部構成を示す断面図である。図３は、実施の形態１のモード合分波器における接続端１２１およびモード分離部１２２の各コアにおける固有モードフィールドパターンを示す説明図である。図４は、実施の形態１のモード合分波器において、モード結合領域１２３の長さを３ｍｍとした場合におけるＢＰＭ計算結果を示す説明図である。図５は、本発明の実施の形態２におけるモード合分波器の一部構成を示す平面図である。図６は、本発明の実施の形態２におけるモード合分波器の一部構成を示す断面図である。図７は、実施の形態２のモード合分波器におけるモード分離部２２２の各コアにおける固有モードフィールドパターンを示す説明図である。図８は、本発明の実施の形態３におけるモード合分波器の一部構成を示す平面図である。図９は、本発明の実施の形態３におけるモード合分波器の一部構成を示す断面図である。図１０は、実施の形態３のモード合分波器における接続端２２１およびモード分離部２２２のお各コアにおける固有モードフィールドパターンを示す説明図である。図１１は、直線偏波の５つのモードにおける電界分布を示す説明図である。図１２は、モード合分波器の構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について、図１，図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるモード合分波器の一部構成を示す平面図である。また、図２は、図１に示すモード合分波器のａａ’線の断面（ａ）およびｂｂ’線の断面（ｂ）を示す断面図である。

このモード合分波器は、下部クラッド層１１１と、下部クラッド層１１１の平面に平行な第１層に配列された第１層コア１０１，１０２と、下部クラッド層１１１の平面に平行で第１層とは異なる第２層に配置された第２層コア１０３，１０４と、第１層コア１０１，１０２および第２層コア１０３，１０４を覆って下部クラッド層１１１の上に形成された上部クラッド層１１２とを備える。なお、図１では、下部クラッド層１１１および上部クラッド層１１２を省略している。

ここで、第１層コア１０１，１０２は、第２層コア１０３，１０４より高い実効屈折率とされている。また、光ファイバとの結合部となる接続端１２１からモード分離部１２２までのモード結合領域１２３では、２つの第１層コア１０１，１０２および第２層コア１０３，１０４は、導波方向に垂直な断面上で隣り合うコア同士が互いに光結合可能な間隔で配置されている。実施の形態１において、第２層コア１０３および第２層コア１０４は、同じコア幅としている。また、モード分離部１２２から先のモード分離領域１２４は、異なる層のコア同士は光結合しない状態とされている。実施の形態１では、第１層コア１０１と第１層コア１０２との間隔が、モード分離部１２２より離れるに従い、暫時に広がる状態とすることで、モード分離領域１２４では、異なる層のコア同士は光結合しない状態としている。

また、第１層コア１０１，１０２は、第２層コア１０３，１０４とは異なる屈折率とされている。加えて、第１層コア１０１，１０２は、接続端１２１では、第２層コア１０３，１０４より狭いコア幅とされ、モード分離部１２２では、第１層コア１０１，１０２および第２層コア１０３，１０４は、互いに異なる実効屈折率となる状態のコア幅とされている。また、接続端１２１からモード分離部１２２にかけて暫時にコア幅が変化する状態に形成されている。実施の形態１では、暫時にコア幅が広がる状態としている。

なお、コアの材料は、シリコン，窒素、酸素の原子組成比を制御して成膜されるＳｉＯ_xまたはＳｉＯ_xＮ_yから構成すればよい。これら材料を用いることで、各層のコア屈折率を１．４６〜１．９とすることができる。

上述した構成とすることで、まず、各コアの非結合状態における実効屈折率が概ね等しい場合、各固有モードのモードプロファイルは、モード結合領域１２３において、接続端１２１に接続されるマルチモード光ファイバのＬＰモードと、各々が近似的にマッチング可能であり、各固有モードが各ＬＰモードと１対１で結合可能となる（第１状態）。また、各コアの実効屈折率値が異なる場合、各固有モードのプロファイルは、モード結合領域１２３においてそれぞれ異なるコアに強度が集中するプロファイルにすることが可能となる（第２状態）。

第１状態を満たす接続端１２１と、第２状態を満たすモード分離部１２２の間（モード結合領域１２３）において、所定のコアは暫時に広がる状態として各固有モード間を断熱的に接続することで、マルチモード光ファイバの各ＬＰモード光は、各々異なるコアに強度が集中するモードに変換され、各コアを入出力ポートとするようになり、モード合分波器とすることができる。

この動作原理は、従来の方向性結合器型とは異なり、分離可能なモード数は、モード分離部で用いた非結合状態における実効屈折率の種類数によって決定される。Ｍ種類（Ｍは自然数）のコアを用いてモード分離部を構成する場合、Ｍ個のＬＰモードを分離することができる。本発明によれば、モード結合領域を構成するコアの数、断面寸法、実効屈折率を変えることで、容易に空間多重度を増大させることができる。

実施の形態１におけるモード合分波器は、３モード合分波器である。実施の形態１では、第１層コア１０１，１０２と第２層コア１０３，１０４との間では、コア屈折率またはコアの厚さにより実効屈折率の違いを制御する。また、同一の層内の第１層コア１０１と第１層コア１０２との間、および第２層コア１０３と第２層コア１０４との間は、コア幅を設計して実効屈折率を制御する。実施の形態１では、いずれの層もコア厚さは３μｍとして、各層において異なるコア屈折率とし、同一層内ではコア幅を変えている。

図２の（ａ）に示すように、接続端１２１の断面（端面）では、第１層コア１０１，１０２は、幅１．９μｍとし、第２層コア１０３，１０４は、幅３μｍとした。また、第１層コア１０１，１０２は、第２層コア１０３，１０４に比較して高い屈折率とした。この構成とすることで、接続端１２１では、非結合状態における実効屈折率が、第１層コア１０１≒第１層コア１０２≒第２層コア１０３≒第２層コア１０４となる。

このように構成した接続端１２１の各コアにおける固有モードフィールドパターンは、図３の（ａ）モード１，（ｂ）モード２，（ｃ）モード３となる。図中には、各コアの位相（０ｏｒπ）も示してある。モード（Mode）１，２，３は、各々ＬＰ０１，１１ａ，１１ｂモードと近似的にマッチングするフィールドパターンであり、モード１，２，３はＬＰ０１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂモードと１対１で結合可能である。

図２の（ｂ）に示すように、モード分離部１２２では、高屈折率層の第１層コア１０１は、幅３．２μｍとし、第１層コア１０２は、幅２．８μｍとする。また、低屈折率層の第２層コア１０３および第２層コア１０４は、幅はいずれも幅３．２μｍとする。この構成とすることで、モード分離部１２２における非結合状態における実効屈折率は、「第１層コア１０１＞コア第１層コア１０２＞第２層コア１０３，第２層コア１０４」となる。この構造における各固有モードフィールドパターンの電界分布は、図３の（ｄ）モード１，（ｅ）モード２，（ｆ）モード３となる。各固有モードのモード１，２，３の強度は、それぞれ異なる第１層コア１０１、第１層コア１０２、第２層コア１０３＋第２層コア１０４に集中していることが分かる。

実施の形態１において、接続端１２１とモード分離部１２２の構造の違いは、各コアの幅のみであるため、これらの間は各コアを断熱テーパで接続することで、両者の間の断熱モード変換が可能となる。モード結合領域１２３の長さが３ｍｍのテーパ長で両者を接続した場合におけるＢＰＭ（beam-propagation method）計算結果を図４に示す。図４は、接続端１２１に各ＬＰモードを入射した場合の計算結果を示す説明図である。図中、接続端１２１を原点として、伝搬距離Ｌを定義した。

接続端１２１（Ｌ＝０ｍｍ）の固有モードモード１，２，３は、断熱テーパによりそれぞれモード分離部１２２（Ｌ＝３ｍｍ）の固有モードモード１，２，３に変換される。モード分離部１２２の各コアは、断熱的に分離することで、モード１，２，３の大部分の強度はそれぞれ第１層コア１０１，第１層コア１０２、第２層コア１０３＋第２層コア１０４（Ｌ＝３．２ｍｍ）に分離される。最終的に、第１層コア１０１を入出力ポート１３１、第２層コア１０３と第２層コア１０４を２×１多重モード干渉型（multi-mode interferometer；ＭＭＩ）１０５で合波して入出力ポート１３２、第１層コア１０２を入出力ポート１３３とする。なお、実施の形態１において、モード分離部１２２における各コアの曲げ半径は７５０μｍである。

以上に説明したように、実施の形態１によれば、縮退する成分を区別して合分波できるようになる。また、実施の形態１によれば、公知の光導波路作製技術により、クラッドおよびコアを積層することで作製することができ、２つのパーツを各々直交する状態に組み合わせる必要などがなく、製造が容易である。

ところで、接続端１２１における、各コアの非結合状態における実効屈折率は、必ずしも同値である必要はなく、いずれも同一値に近い実効屈折率値で設計してあれば概ねマルチモード光ファイバの各ＬＰモード光との１対１結合が可能である。また、接続端１２１におけるコア数は必ずしも４つである必要はなく、空間多重数Ｍに対してＮ（≧Ｍ）個のコアを用いればよい。

また、接続端１２１のコアが同一円周上に等間隔配置される場合が、マルチモード光ファイバの各ＬＰモードに最も近い固有モードパターンを形成するが、上記に近い配置であれば、マルチモード光ファイバの各ＬＰモード光と１対１で結合可能である。

また、モード分離部１２２における非結合状態における実効屈折率値は、実施の形態１では、第１層コア１０１、第１層コア１０２、第２層コア１０３＆第２層コア１０４の３種類としたが、これは空間多重数Ｍと同じである必要がある。また、モード分離部１２２における各層内のコア幅はシングルモード条件を満たす範囲でなければならない。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図５、図６を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態２におけるモード合分波器の一部構成を示す平面図である。また、図６は、図５に示すモード合分波器のａａ’線の断面（ａ）およびｂｂ’線の断面（ｂ）を示す断面図である。

このモード合分波器は、下部クラッド層２１１と、下部クラッド層２１１の平面に平行な第１層に配列された第１層コア２０１，２０２と、下部クラッド層２１１の平面に平行で第１層とは異なる第２層に配置された第２層コア２０３，２０４と、第１層コア２０１，２０２および第２層コア２０３，２０４を覆って下部クラッド層２１１の上に形成された上部クラッド層２１２とを備える。なお、図５では、下部クラッド層２１１および上部クラッド層２１２を省略している。

ここで、第１層コア２０１，２０２は、第２層コア２０３，２０４より高い実効屈折率とされている。また、光ファイバとの結合部となる接続端２２１からモード分離部２２２までのモード結合領域２２３では、２つの第１層コア２０１，２０２および第２層コア２０３，２０４は、導波方向に垂直な断面上で隣り合うコア同士が互いに光結合可能な間隔で配置されている。実施の形態２においても、第２層コア２０３および第２層コア２０４は、同じコア幅としている。また、モード分離部２２２から先のモード分離領域２２４は、異なる層のコア同士は光結合しない状態とされている。

実施の形態２では、第１層コア２０１と第１層コア２０２との間隔、および第２層コア２０３と第２層コア２０４との間隔は、全域にわたってほぼ共通としている。実施の形態２では、第１層コア２０１、第１層コア２０２の延在する方向と、第２層コア２０３、第２層コア２０４の延在する方向とを、モード分離部１２２より異なる状態とすることで、モード分離領域２２４では、異なる層のコア同士は光結合しない状態としている。

また、第１層コア２０１，２０２は、接続端２２１では、第２層コア２０３，２０４より狭いコア幅とされ、接続端２２１からモード分離部２２２にかけて暫時にコア幅が広がる状態に形成されている。また、実施の形態２においても、第１層コア２０１，２０２は、第２層コア２０３，２０４とは異なる屈折率とされている。また、第１層コア２０１，２０２は、接続端２２１では、第２層コア２０３，２０４より狭いコア幅とされ、モード分離部２２２では、第１層コア２０１，２０２および第２層コア２０３，２０４は、互いに異なる実効屈折率となる状態のコア幅とされている。

実施の形態２におけるモード合分波器も、３モード合分波器である。実施の形態２では、第１層コア２０１，２０２と第２層コア２０３，２０４との間では、コア屈折率またはコアの厚さにより実効屈折率の違いを制御する。また、同一の層内の第１層コア２０１と第１層コア２０２との間、および第２層コア２０３と第２層コア２０４との間は、コア幅を設計して実効屈折率を制御する。実施の形態２では、いずれの層もコア厚さは３μｍとして、各層において異なるコア屈折率とし、同一層内ではコア幅を変えている。

図６の（ａ）に示すように、接続端２２１の断面（端面）では、第１層コア２０１，２０２は、幅１．９μｍとし、第２層コア２０３，２０４は、幅３μｍとした。また、第１層コア２０１，２０２は、第２層コア２０３，２０４に比較して高い屈折率とした。この構成とすることで、接続端２２１における非結合状態における実効屈折率が、第１層コア２０１≒第１層コア２０２≒第２層コア２０３≒第２層コア２０４となる。

図６の（ｂ）に示すように、モード分離部２２２では、高屈折率層の第１層コア２０１および第１層コア２０２を、幅３．２μｍとする。また、低屈折率層の第２層コア２０３および第２層コア２０４は、幅はいずれも幅３．２μｍとする。加えて、実施の形態２では、モード分離領域２２４における第１層コア２０１および第１層コア２０２が、２×２多重モード干渉計２０６に接続している。

実施の形態２では、層毎にコアの屈折率は異なるが、第１層コア２０１および第１層コア２０２は、コア幅が同一とされ、第２層コア２０３および第２層コア２０４も、コア幅が同一とされている。なお、コアの材料は、シリコン，窒素、酸素の原子組成比を制御して成膜されるＳｉＯ_xまたはＳｉＯ_xＮ_yから構成すればよい。これら材料を用いることで、各層のコア屈折率を１．４６〜１．９とすることができる。

実施の形態２におけるモード分離部２２２の各コアにおける固有モードフィールドパターンは、図７の（ａ）モード１，（ｂ）モード２，（ｃ）モード３となる。図中には、各コアの位相（０ｏｒπ）も示してある。のモード１，２の強度は、第１層コア２０１＋第１層コア２０２に集中していることが分かる。このため、このまま第１層コア２０１と第１層コア２０２とを分離しても、各モードは別々の入出力ポート２３１，２３３に分離されない。しかし、モード１，２は、第１層コア２０１と第１層コア２０２との間の位相が異なる。従って、この位相差に応じて出力ポートが異なる２×２多重モード干渉計２０６を設けることで、入出力ポート２３１，２３３とに、モード１，２も分離させることができる。

以上に説明したように、実施の形態２においても、縮退する成分を区別して合分波できるようになる。また、実施の形態２においても、公知の光導波路作製技術により、クラッドおよびコアを積層することで作製することができ、２つのパーツを各々直交する状態に組み合わせる必要などがなく、製造が容易である。

［実施の形態３］
はじめに、本発明の実施の形態３について、図８，図９を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態３におけるモード合分波器の一部構成を示す構成図である。また、図９は、図８に示すモード合分波器のａａ’線の断面（ａ）およびｂｂ’線の断面（ｂ）を示す断面図である。

このモード合分波器は、下部クラッド層３１１と、下部クラッド層３１１の平面に平行な第１層に配列された第１層コア３０１，３０２と、下部クラッド層３１１の平面に平行で第１層とは異なる第２層に配置された第２層コア３０３，３０４，３０５と、第１層および第２層とは異なり下部クラッド層３１１の平面に平行な第３層に設けられた第３層コア３０６とを備える。また、第１層コア３０１，３０２、第２層コア３０３，３０４，３０５、および第３層コア３０６を覆って下部クラッド層３１１の上に形成された上部クラッド層３１２を備える。実施の形態３におけるモード合分波器は、５モード合分波器である。なお、図８では、下部クラッド層３１１および上部クラッド層３１２を省略している。

ここで、第１層コア３０１，３０２は、屈折率が１．５１とされ、第２層コア３０３，３０４，３０５は、屈折率が１．４９とされ、第３層コア３０６は、屈折率が１．５０とされている。少なくとも接続端３２１においては、上下に隣り合う層のコア同士は、互いに異なる屈折率とされていればよい。また、モード分離部３２２では、異なる層のコアは、互いに異なる実効屈折率となる状態のコア幅とされていればよい。なお、コアの材料は、シリコン，窒素、酸素の原子組成比を制御して成膜されるＳｉＯ_xまたはＳｉＯ_xＮ_yから構成すればよい。これら材料を用いることで、各層のコア屈折率を１．４６〜１．９とすることができる。

また、光ファイバとの結合部となる接続端３２１からモード分離部３２２までのモード結合領域３２３では、２つの第１層コア３０１，３０２、第２層コア３０３，３０４，３０５、および第３層コア３０６は、導波方向に垂直な断面上で隣り合うコア同士が互いに光結合可能な間隔で配置されている。なお、図８では、モード結合領域３２３の各コアの構成を簡略化して示している。また、モード分離部３２２から先のモード分離領域３２４は、異なる層のコア同士は光結合しない状態とされている。実施の形態３では、各コアの間隔が、平面視でモード分離部３２２より離れるに従い、暫時に広がる状態とすることで、モード分離領域３２４では、異なる層のコア同士は光結合しない状態としている。

また、第１層コア３０１，３０２は、接続端３２１では、第２層コア３０３，３０４，３０５より狭いコア幅とされ、接続端３２１からモード分離部３２２にかけて暫時にコア幅が広がる状態に形成されている。実施の形態３では、第１層コア３０１のコア幅が、１．４μｍから２．６μｍに広がり、第１層コア３０２のコア幅が、１．４μｍから３．２μｍに広がっている。

一方、実施の形態３では、第２層コア３０３，３０４，３０５、接続端３２１からモード分離部３２２にかけて暫時にコア幅が小さくなる状態に形成されている。第２層コア３０３のコア幅は、３．４μｍから２．６μｍに狭まり、第２層コア３０４のコア幅は、３．４μｍから３．２μｍに狭まり、第２層コア３０５のコア幅は、３．４μｍから２．６μｍに狭まっている。なお、第３層コア３０６は、接続端３２１からモード分離部３２２にかけて暫時にコア幅が広がる状態に形成されている。第３層コア３０６のコア幅は、２．２μｍから３．２μｍに広がっている。

上記構成とすることで、接続端３２１における非結合状態における実効屈折率が、第１層コア３０１≒第１層コア３０２≒第２層コア３０３≒第２層コア３０４≒第２層コア３０５≒第３層コア３０６となる。また、モード分離部３２２における、高屈折率層の第１層コア３０１は、幅３．２μｍとし、第１層コア３０２は、幅２．８μｍとする。また、低屈折率層の第２層コア３０３および第２層コア３０４は、幅はいずれも幅３．２μｍとする。この構成とすることで、非結合状態における実効屈折率は、「第１層コア３０１＞コア第１層コア３０２＞第２層コア３０３，第２層コア３０４」となる。

このように構成した接続端３２１の各コアにおける固有モードフィールドパターンは、図１０の（ａ−２）モード１，（ｂ−２）モード２，（ｃ−２）モード３，（ｅ−２）モード４，（ｄ−２）モード５となる。図中には、各コアの位相（０ｏｒπ）も示してある。なお、図１０の（ａ−１）は、ＬＰ０１の電界分布を示し、（ｂ−１）は、ＬＰ１１ａの電界分布を示し、（ｃ−１）は、ＬＰ１ｂ１の電界分布を示し、（ｄ−１）は、ＬＰ２１ａの電界分布を示し、（ｅ−１）は、ＬＰ２１ｂの電界分布を示している。モード１，２，３，４，５は、各々ＬＰ０１，１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂモードと近似的にマッチングするフィールドパターンであり、モード１，２，３，４，５は、ＬＰ０１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂ，２１ａ，２１ｂモードと１対１で結合可能である。

また、モード分離部３２２の各コアにおける固有モードフィールドパターンは、図１０の（ａ−３）モード１，（ｂ−３）モード２，（ｃ−３）モード３，（ｅ−３）モード４，（ｄ−３）モード５となる。各固有モード１，２，３，４，５の強度は、各々異なるコアに集中していることが分かる。

実施の形態３においても、モード結合領域３２３における各コアのコア幅を、接続端３２１からモード分離部３２２にかけて、暫時に変化させているので、各ＬＰモードはそれぞれ異なるコアに強度が集中する固有モードに変換される。各コアを分離して各々入出力ポートとすることで各ＬＰモードは光学的に合分波される。ここで、モード分離部３２２におけるモード４は、第２層コア３０３，第２層コア３０５に強度が集中しているため、これら合波することで２つの入出力ポートにすることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、製造が容易な状態で、縮退する成分を区別して合分波できるようになる。なお、コアの総数は、光ファイバの伝搬モード数以上とされていることが重要である。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１，１０２…第１層コア、１０３，１０４…第２層コア、１０５…２×１多重モード干渉型（multi-mode interferometer；ＭＭＩ）、１２１…接続端、１２２…モード分離部、１２３…モード結合領域、１３１，１３２，１３３…入出力ポート。

Claims

下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の平面に平行な第１層に配列された２つの第１層コアと、
前記下部クラッド層の平面に平行で前記第１層とは異なる第２層に配置された第２層コアと、
前記第１層コアおよび前記第２層コアを覆って前記下部クラッド層の上に形成された上部クラッド層と
を備え、
前記第１層コアは、前記第２層コアとは異なる屈折率とされ、
光ファイバとの結合部となる接続端からモード分離部までのモード結合領域では、２つの前記第１層コアおよび前記第２層コアは、導波方向に垂直な断面上で隣り合うコア同士が互いに光結合可能な間隔で配置され、
前記モード分離部から先のモード分離領域は、異なる層のコア同士は光結合しない状態とされ、
前記接続端では、前記第１層コアおよび前記第２層コアの屈折率が大きい方がより狭い幅とされ、
前記モード分離部では、前記第１層コアおよび前記第２層コアは、互いに異なる実効屈折率となる状態のコア幅とされ、
前記第１層コア、前記２層コアは、前記接続端から前記モード分離部にかけて暫時に幅が変化する状態に形成され、
コアの総数は前記光ファイバの伝搬モード数以上とされている
ことを特徴とするモード合分波器。
請求項１記載のモード合分波器において、
同じコア幅とされた２つの前記第２層コアが前記第２層に形成されていることを特徴とするモード合分波器。
請求項１記載のモード合分波器において、
前記下部クラッド層の平面に平行で前記第１層および前記第２層とは異なり、前記第２層を前記第１層とで挾む第３層に配置された第３層コアを備え、
３つの前記第２層コアを備え、
前記モード結合領域では、２つの前記第１層コア、３つの前記第２層コア、および前記第３層コアは、導波方向に垂直な断面上で隣り合うコア同士が互いに光結合可能な間隔で配置され、
前記モード分離部では、前記第１層コアと前記第２層コア、前記第３層コアが、異なる実効屈折率とされている
ことを特徴とするモード合分波器。