JP4776082B2 - 平面光導波路型マッハツェンダー回路および該平面光導波路型マッハツェンダー回路を用いた平面光導波回路ならびに光合分波器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等で用いられる平面光導波路型マッハツェンダー回路および平面光導波路型マッハツェンダー回路を用いた平面光導波回路ならびに光合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野において、平面光導波路型マッハツェンダー回路が広く用いられている。図１０に示すように、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０は、基板上に同図に示す導波路構成を有する導波路形成領域を形成したものである。なお、説明を分かりやすくするために、同図においては、導波路構成をハッチングにより示している。
【０００３】
上記導波路構成は、第１の光導波路３と、該第１の光導波路３と並設された第２の光導波路４とを有し、第１の光導波路３と第２の光導波路４を近接させて成る第１の方向性結合部１と、該第１の方向性結合部１と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の光導波路３と前記第２の光導波路４を近接させて成る第２の方向性結合部２とを有し、該第２の方向性結合部２と前記第１の方向性結合部１に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４から成る位相シフタを有している。
【０００４】
同図に示す平面光導波路型マッハツェンダー回路１０において、位相シフタは、２つの方向性結合部１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さを互いに異なる長さとして形成している。
【０００５】
同図に示すような構成の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０は、２つの方向性結合部１，２の結合効率η１、η２と、２つの方向性結合部１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さの差ΔＬの３つのパラメータを適切に設定することにより、波長無依存カプラ、光合分波器（光波長合分波器）、分散等価器等の機能を実現することができる。
【０００６】
また、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０は、２つの方向性結合部１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の光路長差をヒーター等により変化させることにより、光スイッチ、可変光減衰器等として適用することもできる。なお、２つの方向性結合部１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の光路長差は、２つの方向性結合部１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さの差ΔＬと前記第１および第２の光導波路３，４の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）である。
【０００７】
平面光導波路型マッハツェンダー回路１０において、第１の光導波路３の入射側から入力されて第２の光導波路４の出射側から出力される光波長、又は、前記第２の光導波路４の入射側から入力されて前記第１の光導波路３の出射側から出力される光波長はクロス伝搬波長と呼ばれる。また、第１の光導波路３の入射側から入力されて該第１の光導波路３の出射側から出力される光波長、又は、第２の光導波路４の入射側から入力されて該第２の光導波路４の出射側から出力される光波長はスルー伝搬波長と呼ばれる。
【０００８】
平面光導波路型マッハツェンダー回路１０を光合分波器として適用する場合、以下の設計条件で平面光導波路型マッハツェンダー回路を設計することにより、図１０に示すように、第１の光導波路３の入射側から入射した波長λ１の光と第２の光導波路４の入射側から入射した波長λ２の光を合波して、第２の光導波路４の出射側から出射することができる。
【０００９】
上記設計条件は、２つの方向性結合部１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の光路長差（ΔＬ・ｎ）を、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛けた値とし、かつ、スルー伝搬波長に（Ｍ＋０．５）を掛けた値（Ｍは０以上の整数）にすることである。
【００１０】
上記設計条件に基づいて平面光導波路型マッハツェンダー回路１０を設計すると、例えば前記長さの差ΔＬを５１．２μｍとし、第１と第２の方向性結合部１，２の結合効率を５０％に設定することにより、第１の光導波路３の入射端から入射する波長λ１（λ１＝１４８０ｎｍ）の光と、第２の光導波路４の入射端から入射する波長λ２（λ２＝１４９５ｎｍ）の光を低損失で合分波する平面光導波路型マッハツェンダー回路１０を形成できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような平面光導波路型マッハツェンダー回路においては、波長合分波特性が安定していることが望まれている。しかしながら、平面光導波回路に平面光導波路型マッハツェンダー回路１０を形成する場合、その他の回路構成も基板上に形成されることがあり、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０に隣接する回路の導波路と平面光導波路型マッハツェンダー回路１０との距離による相互の影響が懸念される。
【００１２】
そこで、本発明者は、上記相互の影響を調べるために、以下の検討を行なった。すなわち、図１１に示すように、互いに間隔を介して５つの平面光導波路型マッハツェンダー回路１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）を並設し、前記間隔にダミーの直線導波路９を形成した。なお、同図においても、導波路構成（第１、第２の光導波路３，４および直線導波路９）にはハッチングを施している。
【００１３】
そして、この直線導波路９と平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の第１の光導波路３のうち第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれた部分とのコア中心間最短距離および、直線導波路９と第２の光導波路４のうち第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれた部分とのコア中心最短間距離を様々に変えて平面光導波路型マッハツェンダー回路１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）に対する直線導波路９の影響を検討した。
【００１４】
なお、同図に示すように、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０ａの第１の光導波路３および第２の光導波路４のうち第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれた部分と、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０ａを長手方向に沿って挟む両側の直線導波路９との間隔（直線導波路９の幅方向（Ｘ方向）中心と第１の光導波路３の幅方向中心との最短距離（コア中心間距離）および、直線導波路９の幅方向中心と第２の光導波路４の幅方向中心との最短距離）は共に６０μｍとした。
【００１５】
また、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０ｂの第１の光導波路３および第２の光導波路４のうち第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれた部分と、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０ｂを長手方向に沿って挟む両側の直線導波路９との間隔は共に８０μｍとし、同様に、それぞれの平面光導波路型マッハツェンダー回路１０ｃ，１０ｄ，１０ｅと直線導波路９との間隔（コア中心間距離）は、１２５μｍ、２５０μｍ、５００μｍずつとした。
【００１６】
そして、同図に示す回路構成を、基板となる直径４インチのウェハー上に８個配設した。
【００１７】
また、上記回路構成の作製は以下のようにして行なった。すなわち、まず、図１２の（ａ）に示すように、シリコン基板１１上に火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスから成る下部クラッド膜１２と、石英系ガラスにＴｉＯ_２をドープしたコア膜１３を成膜し、焼結透明化した。なお、図中４０は、バーナを示している。そして、コア膜１３と下部クラッド膜１２の材質を上記のようにすることにより、コア膜１３の屈折率を下部クラッド膜１２より屈折率を高め、比屈折率差Δを約０．４％とした。
【００１８】
次に、図１１に示した回路構成を備えたフォトマスクを用い、フォトリソグラフィー法とドライエッチング法により、上記回路構成のコア１３ａを形成し、断面が例えば図１２の（ｂ）に示す状態となるようにする。そして、同図の（ｃ）に示すように、コア１３ａを覆う石英径ガラスの上部クラッド膜１４を火炎堆積加水分解法により成膜し、コア構成をクラッド中に埋め込み、焼結、透明化して同図の（ｄ）に示す状態にした。
【００１９】
図１３には、上記のようにして作製した回路構成において、第１の光導波路３の入射側から広帯域光源の光を入射したときの、第２の光導波路４の出射側から出射された光のスペクトル例を示す。なお、図１３において、特性線ａはＴＥモードの光による測定結果、特性線ｂはＴＭモードの光による測定結果をそれぞれ示している。同図に示すように、上記スペクトルは、波長１４８０ｎｍ付近に最小損失ピークを持つスペクトルとなった。以下、この最小損失ピークの波長をピーク波長と呼ぶ。
【００２０】
このようなスペクトル測定を４ウェハー分の３２チップについて行ない、前記直線導波路９との間隔に応じて、各平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の１４８０ｎｍ付近におけるＴＥモードのピーク波長がどのようにばらつくかを検討した。その結果が図１４に示されている。なお、同図において、×は各チップのＴＥモードのピーク波長をそれぞれ示し、○は３２チップのＴＥモードのピーク波長の平均ピーク波長を示している。
【００２１】
同図から明らかなように、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０と隣接導波路（ここでは直線導波路９）との間隔が小さくなるにつれて、平均ピーク波長が長波長側にシフトしている。また、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０と直線導波路９との間隔が小さくなるにつれて、ピーク波長のばらつきが大きくなる傾向が見られる。
【００２２】
例えば平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の第１の光導波路３および第２の光導波路４と直線導波路９との間隔が６０μｍ〜５００μｍの範囲内で変化した場合のピーク波長変化量は約２．１ｎｍとなった。
【００２３】
また、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の第１の光導波路３および第２の光導波路と直線導波路９との間隔が一定の場合でも、ピーク波長は、例えば上記間隔が６０μｍのときには±３ｎｍ程度ばらつくため、両者を合わせると、最大で５ｎｍ程度の波長ばらつきが生じることになる。
【００２４】
そして、波長ずれが５ｎｍ生じた場合、図１３のスペクトルから明らかなように、波長ずれがない場合と比較して約１．２ｄＢもの挿入損失の増加が生じることになる。
【００２５】
さらに、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０を用いた光合分波器の中心波長付近のスペクトルは、同図から明らかなように、ピーク波長から遠ざかるにしたがって偏波依存性損失（ＴＥモードとＴＭモードにおける損失差の絶対値）が大きくなるため、波長ずれが５ｎｍ生じた場合、波長ずれがない場合と比較して、偏波依存性損失が０．１ｄＢ増加してしまうことになる。
【００２６】
また、平面光導波路型マッハツェンダー回路を２つ以上接続して光波長合分波器として機能する平面光導波回路を構成した場合、各平面光導波路型マッハツェンダー回路における波長ずれの傾向が重なった場合は更なる損失増加を生じるため、非常に問題であった。
【００２７】
本発明は上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、隣接する導波路の影響によるピーク波長のばらつきや、挿入損失増加、偏波依存性損失増加等が生じることを抑制できる平面光導波路型マッハツェンダー回路および該平面光導波路型マッハツェンダー回路を用いた平面光導波回路ならびに光合分波器を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路は、第１の光導波路と、該第１の光導波路と並設された第２の光導波路とを有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第１の方向性結合部と、該第１の方向性結合部と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第２の方向性結合部とを有し、該第２の方向性結合部と前記第１の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路から成る位相シフタを有し、前記第１の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟まれる領域内の第１の光導波路と第２の光導波路の長手方向に沿った側部両側、および第１及び第２の方向性結合部が形成されている領域の該方向性結合部を構成している第１の光導波路と第２の光導波路のそれぞれ外側には、第１の光導波路および第２の光導波路と同一の間隔を介して非結合コア部が設けられるとともに、第１及び第２の光導波路の入出力端付近には非結合コア部を設けずにクラッド部とし、非結合コア部と第１および第２の光導波路との間隔を５μｍ以上２０μｍ以下とし、第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路に長さの差を設けることによって複数波長の合分波を行う構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３１】
さらに、第２の発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路は、上記第１の発明の構成に加え、前記第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた前記第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差は、第１の光導波路の入射側から入力されて第２の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて前記第１の光導波路の出射側から出力される光波長をクロス伝搬波長とし、前記第１の光導波路の入射側から入力されて該第１の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて該第２の光導波路の出射側から出力される光波長をスルー伝搬波長としたときに、前記第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差ΔＬと前記第１および第２の光導波路の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）が、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛けた値であり、かつ、スルー伝搬波長に（Ｍ＋０．５）を掛けた値（Ｍは０以上の整数）である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３２】
さらに、第３の発明の平面光導波回路は、平面光導波路型マッハツェンダー回路を複数有し、これら複数の平面光導波路型マッハツェンダー回路のうち少なくとも１つを上記第１又は第２の発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３３】
さらに、第４の発明の光合分波器は、上記第１または第２の発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路または上記第３の発明の平面光導波回路を少なくとも１つ有している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３４】
周知の如く、平面光導波路型マッハツェンダー回路のピーク波長は、２つの方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の光路長差（ｎ・ΔＬ）により決定されるので、本発明者は、この値のばらつきを抑制することによりピーク波長のばらつきを抑制できると考えた。
【００３５】
上記光路長差（ｎ・ΔＬ）のばらつきは、光導波路の回路構成を形成するエッチング時のローディング効果（被エッチング面積の変化によりエッチング量が変化する現象）等による光導波路幅のばらつき、上部クラッド形成時の上部クラッドガラス堆積ばらつき及びコアにかかる応力ばらつき等の製造時ばらつきにより引き起こされていると考えられる。
【００３６】
従来の平面光導波路型マッハツェンダー回路においては、例えば図１０に示したように、その長手方向中央部において、第１の光導波路３と第２の光導波路４とが離れており、この間隔全域に上部クラッド膜１４が形成される。
【００３７】
そして、図１１に示したように、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の長手方向に沿って平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の両側部側に隣接させて直線導波路９を形成すると、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の中央部における断面構成は、例えば図１２の（ｄ）に示したようになり、第１の光導波路３と第２の光導波路４との距離よりもむしろ、第１の光導波路３と直線導波路９との距離および第２の光導波路４と直線導波路９との距離が短くなる。
【００３８】
上記のように、第１の光導波路３と第２の光導波路４とが離れ、第１の光導波路３と直線導波路９とが近接し、第２の光導波路４と直線導波路９とが近接すると、例えば上部クラッド膜１４のガラス微粒子堆積時やその後の焼結時に、第１、第２の光導波路３，４のコア１３ａ加わる応力のバランスが崩れて、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の光路長差が上記製造時ばらつきの影響を受け易い。
【００３９】
したがって、従来の平面光導波路型マッハツェンダー回路は、前記の如く、ピーク波長がばらつき、それに伴い、挿入損失や偏波依存性損失の増加が生じていたと考えられる。
【００４０】
上記構成の本発明においては、前記第１の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟まれる領域内の第１の光導波路と第２の光導波路の長手方向に沿った側部両側、および第１及び第２の方向性結合部が含まれる領域内の第１の光導波路と第２の光導波路のそれぞれ外側には、第１の光導波路および第２の光導波路と同一の間隔を介して非結合コア部が設けられており、例えば平面光導波路型マッハツェンダー回路の中央部の断面が図３に示すようになる。なお、図中、非結合コア部には符号５を付してある。
【００４１】
また、例えば平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の長手方向に沿って平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の両側部側に隣接させて直線導波路９を形成すると、この回路の中央部の断面は、図５に示すようになる。
【００４２】
すなわち、本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路を適用すると、上記図３、図５のいずれにおいても、第１の光導波路３および第２の光導波路４と例えば一定間隔を介して、非結合コア部５が形成されているので、従来例と異なり、第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の光路長差が上記製造時ばらつきの影響を受け難くなり、上記光路長差がほぼ設計通りの一定の値となる。
【００４３】
したがって、本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路は、ピーク波長のばらつきや、それに伴う挿入損失および偏波依存性損失の増加を抑制することが可能となり、また、本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路を用いた平面光導波回路ならびに光合分波器は、挿入損失や偏波依存性損失が小さく、設計通りの波長合分波機能を発揮することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には、本発明に係る平面光導波路型マッハツェンダー回路の実施形態例が平面図により模式的に示されている。
【００４５】
本実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０は従来例とほぼ同様に構成されており、本実施形態例が従来例と異なる特徴的なことは、少なくとも第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の長手方向に沿った側部両側近傍に、第１の光導波路３および第２の光導波路４と間隔を介して、伝搬光と殆ど光結合を生じない非結合コア部５が設けられていることである。
【００４６】
なお、図１および以下に述べる図２、図４、図８、図９において、非結合コア部５は第１、第２の光導波路３，４と逆向きのハッチングにより示している。
【００４７】
同図において、Ｅ１、Ｅ２で示した距離は、Ｅ１＝Ｅ２＝３００μｍであり、非結合コア部５は、第１の方向性結合部１の出射端よりも３００μｍ光入射側寄りの位置から第２の方向性結合部２の入射端よりも３００μｍ光出射側寄りの位置までの範囲において、第１の光導波路３と第２の光導波路４の長手方向に沿った側部両側近傍に設けられている。なお、ここでは、第１、第２の方向性結合部１，２の入射端、出射端とは、第１、第２の光導波路３，４の間の光結合が生じている範囲の両端を示している。
【００４８】
また、非結合コア部５は第１の光導波路３および第２の光導波路４と一定間隔ｄ（図２参照）を介して形成されており、非結合コア部５と第１および第２の光導波路３，４との間隔ｄを、第１実施形態例においては２０μｍとし、参考例においては４０μｍとした。
【００４９】
本実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０は、第１と第２の２つの方向性結合部１，２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さの差ΔＬを５１．２μｍとし、第１と第２の方向性結合部１，２の結合効率を５０％に設定している。そして、本実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０は、第１の光導波路３の入射端から入射する波長λ１＝１４８０ｎｍの光と、第２の光導波路４の入射端から入射する光の波長λ２＝１４９５ｎｍの光を合分波する光合分波器として機能する回路とした。
【００５０】
さらに、本実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０は、図３に示すように、石英系ガラスから成るクラッド（下部クラッド膜１２と上部クラッド膜１４）に、第１の光導波路３と第２の光導波路４を形成するコア１３ａと非結合コア部５を埋め込み形成したものであり、コア１３ａと非結合コア部５は共に、ＴｉＯ_２をドープした石英系ガラスにより形成されている。
【００５１】
本実施形態例では、図１に示した回路構成を形成するために、フォトマスクを従来用いたフォトマスクと異なるものとし、図１の回路構成を有するフォトマスクとした以外は、従来と同様の製造方法で製造されており、比屈折率差Δも従来と同様の約０．４％である。
【００５２】
本実施形態例は以上のように構成されており、第１の方向性結合部１の出射端よりも３００μｍ光入射側寄りの位置から第２の方向性結合部２の入射端よりも３００μｍ光出射側寄りの位置までの範囲において、第１の光導波路３と第２の光導波路４の長手方向に沿った側部両側近傍に、伝搬光と殆ど光結合を生じない非結合コア部５を設けているので、例えば第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２との間の領域における断面図が図３に示すようになる。
【００５３】
すなわち、本実施形態例では、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０において、第１の光導波路３と第２の光導波路４および直線導波路９を除く全域に上部クラッドが形成される従来例と異なり、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の光路長差が製造時ばらつきの影響を受け難く、その値をほぼ設計通りの値に形成することができる。
【００５４】
したがって、本実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０は、ピーク波長のばらつきや、それに伴う挿入損失および偏波依存性損失の増加を抑制することができる。
【００５５】
なお、本発明者は、本実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０において、この回路１０に隣接する導波路上記相互の影響を調べるために、以下の検討を行なった。
【００５６】
すなわち、図４に示すように、従来の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０における検討と同様に、互いに間隔を介して５つの平面光導波路型マッハツェンダー回路１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）を並設し、前記間隔にダミーの直線導波路９を形成した。そして、この直線導波路９とそれぞれの平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の第１の光導波路３のうち第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれた部分とのコア中心間距離および、直線導波路９と第２の光導波路４のうち第１と第２の方向性結合部１，２に挟まれた部分とのコア中心間距離を様々に変えて平面光導波路型マッハツェンダー回路１０に対する直線導波路９の影響を検討した。
【００５７】
なお、直線導波路９と平面光導波路型マッハツェンダー回路１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）の第１の光導波路３とのコア中心間距離および、直線導波路９と第２の光導波路４とのコア中心間距離も、従来例と同様に、それぞれ、同図に示すように、６０μｍ、８０μｍ、１２５μｍ、２５０μｍ、５００μｍずつとし、図４に示す回路構成を基板となる直径４インチのウェハー上に８個配設した。
【００５８】
図６には、上記のようにして作製した回路構成において、第１の光導波路３の入射側から広帯域光源の光を入射したときの、第２の光導波路４の出射側から出射された光のスペクトル例を示す。なお、図６において、特性線ａはＴＥモードの光による測定結果、特性線ｂはＴＭモードの光による測定結果をそれぞれ示している。同図から明らかなように、本実施形態例においても従来例と同様に、ピーク波長は１４８０ｎｍ付近となった。
【００５９】
このようなスペクトル測定を４ウェハー分の３２チップについて行ない、前記直線導波路９との間隔に応じて、各平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の１４８０ｎｍ付近におけるＴＥモードのピーク波長がどのようにばらつくかを検討した。本実施形態例についての検討結果が図７の（ａ）に、参考例についての検討結果が同図の（ｂ）にそれぞれ示されている。なお、同図において、×は各チップのＴＥモードのピーク波長をそれぞれ示し、○は３２チップのＴＥモードのピーク波長の平均ピーク波長を示している。
【００６０】
同図から明らかなように、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０と直線導波路９との間隔の変化に伴う平均ピーク波長変化は、本実施形態例において約１．１ｎｍ、参考例において約１．７ｎｍとなり、いずれも従来例の約２．１ｎｍに比較して良好な結果が得れられた。また、ピーク波長ばらつきは、直線導波路９と平面光導波路型マッハツェンダー回路１０との間隔によらず、約±２．０ｎｍ程度のばらつきとなっており、本実施形態例は、従来例に比べてピーク波長ばらつきを抑制できることが確認できた。
【００６１】
図８には、上記実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０を適用して形成した平面光導波回路の構成例が示されている。同図に示す平面光導波回路は、第１段目に平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ａ，１０Ｂを複数（ここでは２つ）並設し、第２段目に平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ｃを１つ以上（ここでは１つ）並設するといったように、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０を多段に接続して形成されている。
【００６２】
この平面光導波回路においては、第１段目の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ａの出力と平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ｂの光出力を第２段目の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ｃにより合波するという如く、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを複数段（ここでは２段）に接続し、前段の対の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の光出力を後段の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０で合波する構成としている。
【００６３】
この平面光導波回路は、例えば同図に示すように、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ａの第１の光導波路３の入射側から入射される波長λ１の光と第２の光導波路４の入射側から入射される波長λ２の光を合波して第２の光導波路４の出射側から出射する。また、同様に、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ｂの第１の光導波路３の入射側から入射される波長λ３の光と第２の光導波路４の入射側から入射される波長λ４の光を合波して第１の光導波路３の出射側から出射する。
【００６４】
そして、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ａの第２の光導波路４から出射された波長λ１と波長λ２の光と、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ｂの第２の光導波路４から出射された波長λ３と波長λ４の光が、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ｃで合波されて、その第２の光導波路４の出射側から出射される。
【００６５】
図８に示す平面光導波回路は、平面光導波路型マッハツェンダー回路を複数有する平面光導波回路において、少なくとも１つ（ここでは３つ）の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを上記実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０により形成したものであるから、平面光導波回路全体の挿入損失や偏波依存性損失を抑制することができるし、合分波する波長特性を良好にすることができる。
【００６６】
また、このような平面光導波回路を少なくとも１つ有する光合分波器は、従来の平面光導波路型マッハツェンダー回路のみから成る光合分波器に比べ、合分波する波長特性が良好で、挿入損失や偏波依存性損失が小さい優れた光合分波器とすることができる。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上記実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路１０では、図１のＥ１、Ｅ２で示した距離を、Ｅ１＝Ｅ２＝３００μｍとしたが、Ｅ１、Ｅ２の大きさは特に限定されるものではなく、０以上の適宜の値に設定されるものである。
【００６８】
すなわち、本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路は、少なくとも前記第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の長手方向に沿った側部両側に、第１の光導波路３および第２の光導波路４と間隔を介して、非結合コア部５を設けて構成すればよい。
【００６９】
また、上記実施形態例では、非結合コア部５は第１の光導波路３および第２の光導波路４と一定間隔を介して形成され、非結合コア部５と第１および第２の光導波路３，４との間隔が、実施形態例においては２０μｍ、参考例においては４０μｍに形成されていたが、この間隔ｄは、好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下の範囲内で適宜設定されるものである。
【００７０】
さらに、非結合コア部５と第１および第２の光導波路３，４との間隔は一定であることが好ましいが、必ずしも一定でなくてもよい。
【００７１】
さらに、非結合コア部５は、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の光導波路４の長手方向に沿った側部両側に設けられていればよいので、非結合コア部５の形態は、例えば図９に示すような形態としてもよい。
【００７２】
さらに、非結合コア部５は必ずしも図１に示したようなモノリシックな形態である必要はなく、ストライプ状、島状のように分割された形態としてもよいし、メッシュ状のような内部に隙間を有する形態としてもよい。
【００７５】
さらに、上記実施形態例では、コア膜１３およびクラッド膜１２，１４を火炎加水分解堆積法を適用して形成したが、例えば真空蒸着法、プラズマＣＶＤ（プラズマ化学蒸着）法、ゾルゲル法、スパッタ法等の様々な方法を適用して形成し、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０を形成することができる。
【００７６】
さらに、上記実施形態例では、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０を光合分波器に適用する例を述べたが、平面光導波路型マッハツェンダー回路１０の適用例は特に限定されるものではなく適宜設定されるものである。すなわち、上記実施形態例で示したような本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路を適用して、波長無依存カプラ、光波長合分波器、分散等価器、光スイッチ、可変光減衰器等の様々な平面光導波回路や、それらを少なくとも１つ有する光導波回路を複数個集結した光導波回路を構成し、本発明の平面光導波回路とすることができる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路によれば、非結合コア部を設けることによって、第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の光路長差が製造時ばらつきの影響を受けることを抑制できるので、上記光路長をほぼ設計通りの一定の値とすることができ、ピーク波長のばらつきや、それに伴う挿入損失および偏波依存性損失の増加を抑制することができる。
【００７９】
さらに、本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路において、非結合コア部と第１および第２の光導波路との間隔を５μｍ以上２０μｍ以下としたので、上記光路長差の製造時ばらつきの影響をさらにより一層確実に抑制し、効果をさらにより一層確実に発揮することができる。
【００８０】
さらに、本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路において、第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差ΔＬと前記第１および第２の光導波路の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）を、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛けた値とし、かつ、スルー伝搬波長に（Ｍ＋０．５）を掛けた値（Ｍは０以上の整数）とした構成によれば、クロス伝搬波長とスルー伝搬波長の合波及び分波を適切に行なえ、かつ、挿入損失の小さい優れた平面光導波路型マッハツェンダー回路とすることができる。
【００８１】
さらに、本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路を用いた平面光導波回路ならびに光合分波器は、本発明の平面光導波路型マッハツェンダー回路を適用することにより、挿入損失や偏波依存性損失が小さく、例えば波長合分波機能等の機能を設計通り発揮することができる優れた平面光導波回路ならびに光合分波器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る平面光導波路型マッハツェンダー回路の実施形態例を模式的に示す要部構成図である。
【図２】図１の回路中央部の拡大図である。
【図３】図１の回路中央部の断面を示す模式図である。
【図４】上記実施形態例の回路に隣接する導波路が上記実施形態例の回路に与える影響の検討に用いた回路の回路図である。
【図５】図４の回路における平面光導波路型マッハツェンダー回路１０ｂと、その両側部側の直線導波路９を中央部で切断したときの断面を示す模式図である。
【図６】図４の回路の光通過スペクトル例を示すグラフである。
【図７】上記実施形態例の平面光導波路型マッハツェンダー回路とそれに隣接する直線導波路との間隔によりピーク波長ばらつきに与える影響を示すグラフである。
【図８】本発明の平面光導波回路の一例を模式的に示す平面説明図である。
【図９】本発明に係る平面光導波路型マッハツェンダー回路の他の実施形態例を模式的に示す平面説明図である。
【図１０】従来の平面光導波路型マッハツェンダー回路の構成を示す説明図である。
【図１１】従来の平面光導波路型マッハツェンダー回路に隣接する導波路が平面光導波路型マッハツェンダー回路に与える影響の検討に用いた回路の回路図である。
【図１２】図１１の平面光導波路型マッハツェンダー回路の製造方法例を断面図により模式的に示す説明図である。
【図１３】図１１の回路の光通過スペクトル例を示すグラフである。
【図１４】図１１に示した平面光導波路型マッハツェンダー回路とそれに隣接する直線導波路との間隔によりピーク波長ばらつきに与える影響を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 第１の方向性結合部
２ 第２の方向性結合部
３ 第１の光導波路
４ 第２の光導波路
５ 非結合コア部
９ 直線導波路
１０，１０ａ〜１０ｄ，１０Ａ〜１０Ｃ 平面光導波路型マッハツェンダー回路

Claims (4)

1. 第１の光導波路と、該第１の光導波路と並設された第２の光導波路とを有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第１の方向性結合部と、該第１の方向性結合部と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第２の方向性結合部とを有し、該第２の方向性結合部と前記第１の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路から成る位相シフタを有し、前記第１の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟まれる領域内の第１の光導波路と第２の光導波路の長手方向に沿った側部両側、および第１及び第２の方向性結合部が形成されている領域の該方向性結合部を構成している第１の光導波路と第２の光導波路のそれぞれ外側には、第１の光導波路および第２の光導波路と同一の間隔を介して非結合コア部が設けられるとともに、
   第１及び第２の光導波路の入出力端付近には非結合コア部を設けずにクラッド部とし、
   非結合コア部と第１および第２の光導波路との間隔を５μｍ以上２０μｍ以下とし、
   第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路に長さの差を設けることによって複数波長の合分波を行うことを特徴とする平面光導波路型マッハツェンダー回路。
2. 第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた前記第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差は、第１の光導波路の入射側から入力されて第２の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて前記第１の光導波路の出射側から出力される光波長をクロス伝搬波長とし、前記第１の光導波路の入射側から入力されて該第１の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて該第２の光導波路の出射側から出力される光波長をスルー伝搬波長としたときに、前記第１の方向性結合部と第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差ΔＬと前記第１および第２の光導波路の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）が、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛けた値であり、かつ、スルー伝搬波長に（Ｍ＋０．５）を掛けた値（Ｍは０以上の整数）であることを特徴とする請求項１記載の平面光導波路型マッハツェンダー回路。
3. 平面光導波路型マッハツェンダー回路を複数有し、これら複数の平面光導波路型マッハツェンダー回路のうち少なくとも１つを請求項１又は請求項２に記載の平面光導波路型マッハツェンダー回路としたことを特徴とする平面光導波回路。
4. 請求項１または請求項２の平面光導波路型マッハツェンダー回路または請求項３記載の平面光導波回路を少なくとも１つ有していることを特徴とする光合分波器。

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