JP4901768B2

JP4901768B2 - 光合分波器

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Publication number: JP4901768B2
Application number: JP2008009501A
Authority: JP
Inventors: 浩上村; 英人古山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: JP2009169281A; US7929817B2; US20090185803A1

Description

本発明は、光合分波器に関する。

近年、ＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）配線の信号伝送における遅延・クロストーク・損失などの問題が重要視される中で、高速・電磁ノイズフリー・低損失といった特長を有する光信号をＬＳＩにおける信号伝送に適用しようとする機運が高まっている。このような状況において、ＬＳＩへの集積化も視野に入れた各種の光デバイスが考案されている。中でも、単一もしくは複数の波長光を選択的に光導波路主線から光導波路支線へとドロップ（分離）する、もしくは、単一もしくは複数の波長光を選択的に光導波路支線から光導波路主線へとアッド（追加）する、マイクロリング光共振器には大きな期待が寄せられている（たとえば、特許文献１参照）。なぜなら、大容量信号伝送を実現する波長多重光伝送において、マイクロリング光共振器は光信号の合分波器としてＬＳＩ内に集積可能な上、小型・高速という利点を有するからである。

しかしながら、特許文献１に記載されたようなマイクロリング光共振器のリング直径は、小さいものでも、たとえば１０マイクロメートルであり、現代のＬＳＩにおける回路サイズ（たとえば１マイクロメートル）に比べて非常に大きい。そのため、複数のマイクロリング光共振器をＬＳＩ内に高密度で集積することは困難であった。
特表２００６−５０４１４５号公報

本発明は、ＬＳＩ内に複数のマイクロリング光共振器を高密度に集積することが可能な光合分波器を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、複数の波長の光を導波する光導波路主線と直接光結合する２つ以上のマイクロリング光共振器を、前記光導波路主線の配置面に対して、上層、同層または下層のいずれか２層に配置してなることを特徴とする光合分波器が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、複数の波長の光を導波する光導波路主線と直接光結合する２つ以上のマイクロリング光共振器を、前記光導波路主線の光導波方向に沿う両側に配置してなることを特徴とする光合分波器が提供される。

ＬＳＩ内に複数のマイクロリング光共振器を高密度に集積することが可能な光合分波器を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的なものであり、各図面の寸法および比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係および／または比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。特に、以下に示すいくつかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。この発明の技術思想は、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることができる。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について詳細に説明する前に、まず、図２を用いて、本発明の概念について簡単に説明する。図２において、１００は光導波路主線、１０１ａ，１０１ｂは、それぞれ、光導波路主線１００と光結合するマイクロリング光共振器、１０２ａ，１０２ｂは、それぞれ、マイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂの中心点である。また、図中の、１／２・ａはマイクロリング光共振器１０１ａのリング導波路の外径の１／２、１／２・ｂはマイクロリング光共振器１０１ｂのリング導波路の外径の１／２、ｃはマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂの中心間距離である。

本図より、マイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂの中心間距離ｃが、それぞれのマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂの外径の１／２の合計以下となる場合、すなわち、ｃ≦１／２（ａ＋ｂ）である場合、２つのマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂのリング導波路どうしが接触することは明らかであり、このとき、一方（または、他方）のマイクロリング光共振器内を導波する光が他方（または、一方）のマイクロリング光共振器内に漏れ出し、波長選択性および出力光強度などの面において、マイクロリング光共振器の特性が悪化することは明らかである。

これに対し、本発明の第１の実施形態においては、複数の波長の光を導波する光導波路主線と直接光結合する２つ以上のマイクロリング光共振器を、上記光導波路主線の配置面に対して、上層、同層または下層のいずれか２層に配置するようにしたものであって、これにより、たとえば２つのマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂを、そのマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂの中心間距離ｃが、２つのマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂの配置面と平行な同一水平射影面において、ｃ≦１／２（ａ＋ｂ）を満たすように配置することが可能となる。すなわち、特性を悪化させることなく、ＬＳＩ内に複数のマイクロリング光共振器を高密度に集積することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態にしたがった、ＬＳＩ内で波長多重光伝送を行うための光合分波器の構成例を示すものである。ここでは、単一もしくは複数の波長光を選択的に光導波路主線から光導波路支線へとドロップする、分波器として利用する場合を例に説明する。図１において、１０は、複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λn-1 ，λn ）を導波する光導波路主線である。１１ａ〜１１ｆは、それぞれ、光導波路主線１０の上層に配置されたマイクロリング光共振器である。１２ａ〜１２ｅは、それぞれ、光導波路主線１０の下層に配置されたマイクロリング光共振器である。１３ａ〜１３ｆは、それぞれ、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆの光導波路支線であり、１４ａ〜１４ｅは、それぞれ、マイクロリング光共振器１２ａ〜１２ｅの光導波路支線である。光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅは、光導波路主線１０と同層に設けられている。

マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅは、それぞれ、共振波長ごとに異なるリング直径を有し、たとえば、光導波路主線１０の光導波方向に沿って、リング直径が徐々に小さく（もしくは、徐々に大きく）なるように順番に並べられている。

また、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅは、たとえば、マイクロリング光共振器１１ａとマイクロリング光共振器１２ａとの中心間距離、マイクロリング光共振器１２ａとマイクロリング光共振器１１ｂとの中心間距離、マイクロリング光共振器１１ｂとマイクロリング光共振器１２ｂとの中心間距離、マイクロリング光共振器１２ｂとマイクロリング光共振器１１ｃとの中心間距離、マイクロリング光共振器１１ｃとマイクロリング光共振器１２ｃとの中心間距離、マイクロリング光共振器１２ｃとマイクロリング光共振器１１ｄとの中心間距離、マイクロリング光共振器１１ｄとマイクロリング光共振器１２ｄとの中心間距離、マイクロリング光共振器１２ｄとマイクロリング光共振器１１ｅとの中心間距離、マイクロリング光共振器１１ｅとマイクロリング光共振器１２ｅとの中心間距離、マイクロリング光共振器１２ｅとマイクロリング光共振器１１ｆとの中心間距離が、それぞれのリング導波路の外径の１／２の合計よりも小さくなるように配置されている。

なお、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅは、光導波路主線１０の上層および下層に交互に配置されている。また、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅは光導波路主線１０と光結合するように配置され、光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅともそれぞれ光結合するように配置されている。

このような構成においては、光導波路主線１０を導波する複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λn-1 ，λn ）のうち、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅがそれぞれ有する共振波長と一致した波長光のみ、それぞれ、光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅにドロップされる。本実施形態の場合、波長光λ1 は、マイクロリング光共振器１１ａによって、光導波路支線１３ａにドロップされる。同様に、波長光λ2 は、マイクロリング光共振器１２ａによって、光導波路支線１４ａにドロップされる。同様に、波長光λ3 は、マイクロリング光共振器１１ｂによって、光導波路支線１３ｂにドロップされる。同様に、波長光λ4 は、マイクロリング光共振器１２ｂによって、光導波路支線１４ｂにドロップされる。同様に、波長光λ5 は、マイクロリング光共振器１１ｃによって、光導波路支線１３ｃにドロップされる。同様に、波長光λ6 は、マイクロリング光共振器１２ｃによって、光導波路支線１４ｃにドロップされる。同様に、波長光λ7 は、マイクロリング光共振器１１ｄによって、光導波路支線１３ｄにドロップされる。同様に、波長光λ8 は、マイクロリング光共振器１２ｄによって、光導波路支線１４ｄにドロップされる。同様に、波長光λ9 は、マイクロリング光共振器１１ｅによって、光導波路支線１３ｅにドロップされる。同様に、波長光λ10は、マイクロリング光共振器１２ｅによって、光導波路支線１４ｅにドロップされる。同様に、波長光λ11は、マイクロリング光共振器１１ｆによって、光導波路支線１３ｆにドロップされる。これにより、光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅには、それぞれ、単一（もしくは、複数）の波長光λ1 〜λ11のみが導波される。

本実施形態によれば、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅを、光導波路主線１０の上層および下層に積層させて配置するようにしたので、１層（単層）のみに配置する場合に比べて、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅの集積密度を２倍程度か、それ以上に高めることが可能となる。よって、ＬＳＩ内に光合分波器を集積する場合において、マイクロリング光共振器を高密度に配置することが可能となり、ＬＳＩに光配線を効果的に適用できるようになるなど、ＬＳＩの高性能化に大きく貢献することが可能となるものである。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態にしたがった、ＬＳＩ内で波長多重光伝送を行うための光合分波器の構成例を示すものである。ここでは、単一もしくは複数の波長光を選択的に光導波路主線から光導波路支線へとドロップする、分波器として利用する場合を例に説明する。なお、図１に示した光合分波器（分波器）と同一部分には同一符号を付して、詳しい説明は割愛する。

第１の実施形態で示した光合分波器（図１参照）において、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅを介して光導波路主線１０と結合する光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅは、光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅと直接光結合しない他のマイクロリング光共振器との干渉を最小限に抑えるため、水平射影面上において、光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅの光導波方向と、光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅと直接光結合しない他のマイクロリング光共振器の光導波方向、すなわちマイクロリング光共振器の接線方向とが、垂直に交差するように配置するのが望ましい。

そこで、本実施形態においては、たとえば図３に示すように、光導波路支線１３ａ’〜１３ｅ’（１３ｆ’），１４ａ’〜１４ｅ’を、光導波路主線１０に対して非垂直（非直交）方向にまず直線部として引き出した後、垂直（直交）方向にさらに直線部として引き出すようにしている。これにより、光導波路支線１３ａ’〜１３ｅ’（１３ｆ’），１４ａ’〜１４ｅ’を、それぞれ、直接光結合しないマイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅとほぼ垂直に交差するように配置できる。

具体的には、図３に示した構成の分波器において、光導波路支線１３ａ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１２ａのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。同様に、光導波路支線１４ａ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１１ｂのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。同様に、光導波路支線１３ｂ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１２ｂのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。同様に、光導波路支線１４ｂ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１１ｃのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。同様に、光導波路支線１３ｃ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１２ｃのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。同様に、光導波路支線１４ｃ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１１ｄのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。同様に、光導波路支線１３ｄ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１２ｄのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。同様に、光導波路支線１４ｄ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１１ｅのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。同様に、光導波路支線１３ｅ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１２ｅのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。同様に、光導波路支線１４ｅ’は、直接光結合しないマイクロリング光共振器１１ｆのリング導波路とほぼ垂直に交差するように配置される。

本実施形態によれば、光導波路支線１３ａ’〜１３ｅ’（１３ｆ’），１４ａ’〜１４ｅ’を、それぞれ、直接光結合しないマイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅとほぼ垂直に交差するように配置できるようになる結果、不要な光結合による光損失を抑えることが可能となるものである。

なお、上記した第１の実施形態および第２の実施形態においては、いずれも、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅを光導波路主線１０の上層と下層とに、それぞれ配置するようにした場合を例に説明した。これに限らず、たとえば、マイクロリング光共振器を光導波路主線の上層と同層もしくは同層と下層の少なくとも２層に配置するようにしてもよいし、上層と同層と下層の３層に配置するようにしてもよいことは述べるまでもない。

また、光導波路支線１３ａ’〜１３ｅ’（１３ｆ’），１４ａ’〜１４ｅ’は、たとえば、光導波路主線１０に対して非垂直（非直交）方向にまず直線部を引き出し、曲線部を経て、垂直（直交）方向にさらに直線部を引き出すことにより、光導波路支線１３ａ’〜１３ｅ’（１３ｆ’），１４ａ’〜１４ｅ’を、それぞれ、直接光結合しないマイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅとほぼ垂直に交差するように配置することもできる。

さらに、光導波路主線１０および光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅ，１３ａ’〜１３ｆ’，１４ａ’〜１４ｅ’は、共に、導波光の導波方向が１方向に限定されるものではないし、光導波路主線１０と光導波路支線１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅ，１３ａ’〜１３ｆ’，１４ａ’〜１４ｅ’とを多層構造とすることも可能である。

他の構成例（合分波器）について、さらに図４を用いて説明する。なお、図１に示した分波器と同一部分には同一符号を付して、詳しい説明は割愛する。

図４において、１０は、複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λ10 ，λ11 ）を導波する光導波路主線、１１ａ〜１１ｆは、それぞれ、光導波路主線１０の上層に配置されたマイクロリング光共振器、１２ａ〜１２ｅは、それぞれ、光導波路主線１０の下層に配置されたマイクロリング光共振器、１３ａ’’〜１３ｆ’’は、それぞれ、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆによって光導波路主線１０から波長選択的に光がドロップされる光導波路支線、１４ａ’’〜１４ｅ’’は、それぞれ、マイクロリング光共振器１２ａ〜１２ｅによって光導波路主線１０へと波長選択的に光がアッドされる光導波路支線である。光導波路支線１３ａ’’〜１３ｆ’’は、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆに対してさらに上層にあり、光導波路支線１４ａ’’〜１４ｅ’’は、マイクロリング光共振器１２ａ〜１２ｅに対してさらに下層にある。

本構成の場合、光導波路主線１０を導波する複数の波長光（λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4 ，λ5 ，λ6 ）は、図において、光導波路主線１０の左側から入射され、マイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆがそれぞれ有する共振波長と一致した波長光のみ、光導波路支線１３ａ’’〜１３ｆ’’にそれぞれドロップされる。一方、光導波路支線１４ａ’’〜１４ｅ’’をそれぞれ導波する波長光（λ7 ，λ8 ，λ9 ，λ10，λ11）は、それぞれの共振波長を有するマイクロリング光共振器１２ａ〜１２ｅによって、それぞれ光導波路主線１０にアッドされる。その結果、光導波路主線１０には複数の波長光（λ7 ，λ8 ，λ9 ，λ10，λ11）が導波され、図において、光導波路主線１０の左側へ出射される。

このような構成においては、光導波路主線１０から導波光をドロップするためのマイクロリング光共振器１１ａ〜１１ｆに接続する光導波路支線（ドロップ用光導波路支線）１３ａ’’〜１３ｆ’’と、光導波路主線１０へと導波光をアッドするためのマイクロリング光共振器１２ａ〜１２ｅに接続する光導波路支線（アッド用光導波路支線）１４ａ’’〜１４ｅ’’と、光導波路主線１０とが、間に、少なくともマイクロリング光共振器が形成される１層分の間隔を隔ててそれぞれ別層に配置される。したがって、これらドロップ用光導波路支線１３ａ’’〜１３ｆ’’、アッド用光導波路支線１４ａ’’〜１４ｅ’’、および、光導波路主線１０との間において、導波光の相互干渉がないように、それぞれの距離を近づけたり、交差させたりすることが自由に可能になる。これは、光導波路支線１３ａ’’〜１３ｆ’’，１４ａ’’〜１４ｅ’’、および、光導波路主線１０の引き回しに対して多大なる自由度を与えることができるものである。

さらには、ドロップ用光導波路支線１３ａ’’〜１３ｆ’’において、光導波路主線１０と接続する側と逆側の先端には、ドロップされた導波光を検出するための受光器、もしくは、ドロップ用光導波路支線１３ａ’’〜１３ｆ’’から別の光導波路主線（または、支線）へと導波光を選択的にアッドする光デバイス（アッド用光デバイス）が接続される。また、アッド用光導波路支線１４ａ’’〜１４ｅ’’において、光導波路主線１０と接続する側と逆側の先端には、アッドするための導波光を発生する発光器、もしくは、別の光導波路主線（または、支線）からアッド用光導波路支線１４ａ’’〜１４ｅ’’へ導波光を選択的にドロップする光デバイス（ドロップ用光デバイス）が接続される。

前述のように、光導波路支線１３ａ’’〜１３ｆ’’，１４ａ’’〜１４ｅ’’、および、光導波路主線１０は、それぞれ別層に配置されているため、これら導波路に接続される光導波路主線・支線、受・発光器、アッド用・ドロップ用光デバイスも、それぞれ容易に別層に配置することができる。また、前述のように、光導波路支線１３ａ’’〜１３ｆ’’，１４ａ’’〜１４ｅ’’、および、光導波路主線１０については、導波光の干渉などなく自由に引き回し可能であり、その結果、これら導波路に接続される光導波路主線・支線、受・発光器、アッド用・ドロップ用光デバイスのそれぞれの配置について、容易に分離・集約することが可能となる。これにより、それら各種光デバイス、ひいては、それら光デバイスに接続されるＬＳＩ電子回路のさらなる高密度集積化にも寄与することが可能である。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について詳細に説明する前に、図６を用いて、まず、本発明の概念について簡単に説明する。図６（ａ）において、１００は光導波路主線、１０１ａ，１０１ｂは、それぞれ、光導波路主線１００と光結合するマイクロリング光共振器、１０２ａ，１０２ｂは、それぞれ、マイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂの中心点、１０３ａ，１０３ｂは、それぞれ、光導波路主線１００とマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂのそれぞれの外周との距離が最小となるような光導波路主線１００の中心線上の点（この場合、そのような点はそれぞれ２点ずつあるため、それら２点の中心点をそれぞれ１０３ａ，１０３ｂとしている）である。また、図中の、１／２・ａはマイクロリング光共振器１０１ａのリング導波路の外径の１／２、１／２・ｂはマイクロリング光共振器１０１ｂのリング導波路の外径の１／２、ｃは光導波路主線１００の中心線上の点１０３ａ，１０３ｂ間の距離である。

ここで、上記マイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂの外周が接する場合、距離ｃは、たとえば図６（ｂ）に示す台形の一辺と同等の長さを有することが分かる。すなわち、距離ｃが下記数１の式（１）を満たす場合、２つのマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂのリング導波路どうしが接触することは明らかであり、このとき、一方（または、他方）のマイクロリング光共振器内を導波する光が他方（または、一方）のマイクロリング光共振器内に漏れ出し、波長選択性および出力光強度などの面において、マイクロリング光共振器の特性が悪化することは明らかである。

これに対し、本発明の第３の実施形態においては、複数の波長の光を導波する光導波路主線と直接光結合する２つ以上のマイクロリング光共振器を、光導波路主線の導波方向に沿って、光結合する順に、光導波路主線の両側に交互に配置するようにしたものであって、これにより、たとえば２つのマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂを、光導波路主線１００とマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂのそれぞれの外周との距離が最小となるような光導波路主線１００の中心線上の点１０３ａ，１０３ｂ間の距離ｃが、２つのマイクロリング光共振器１０１ａ，１０１ｂの配置面と平行な同一水平射影面において、上記式（１）を満たすように配置することが可能となり、前述の効果を享受するものである。

図５は、本発明の第３の実施形態にしたがった、ＬＳＩ内で波長多重光伝送を行うための光合分波器の構成例を示すものである。ここでは、単一もしくは複数の波長光を選択的に光導波路主線から光導波路支線へとドロップする、分波器として利用する場合を例に説明する。図５において、２０は、複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λn-1 ，λn ）を導波する光導波路主線である。２１ａ〜２１ｋは、それぞれ、光導波路主線２０の両側に交互に配置されたマイクロリング光共振器である。２２ａ〜２２ｋは、それぞれ、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋの光導波路支線である。マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋは光導波路主線２０の上層に設けられ、光導波路支線２２ａ〜２２ｋは光導波路主線２０と同層に設けられている。

マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋは、それぞれ、共振波長ごとに異なるリング直径を有し、たとえば、光導波路主線２０の光導波方向に沿って、リング直径が徐々に小さく（もしくは、徐々に大きく）なるように順番に並べられている。また、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋは、光導波方向に沿って光導波路主線２０と連続して光結合し、かつ、一方（外径ａ）および他方（外径ｂ）の２つのマイクロリング光共振器を、光導波路主線２０およびマイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋの配置面と平行な同一水平射影面において、光導波路主線２０と２つのマイクロリング光共振器のそれぞれの外周との距離が最小となるような光導波路主線２０の中心線上のそれぞれの点間距離ｃが、上記式（１）となるように配置されている。

たとえば、図５の範囲２３を拡大した図７において、マイクロリング光共振器２１ａの外径をａ、マイクロリング光共振器２１ｂの外径をｂとしたとき、マイクロリング光共振器２１ａ，２１ｂは、それぞれの外周９２１ａ，９２１ｂとの距離が最小となる光導波路主線２０の、中心線９２０上の２点９２２ａ，９２３ａおよび２点９２２ｂ，９２３ｂのそれぞれの中心点９２４ａ，９２４ｂについて、それら中心点９２４ａ，９２４ｂ間の距離ｃが、上記式（１）を満たすように配置されている。同様に、マイクロリング光共振器２１ｂの外径をａ、マイクロリング光共振器２１ｃの外径をｂとしたとき、マイクロリング光共振器２１ｂ，２１ｃは、それぞれの外周９２１ｂ，９２１ｃとの距離が最小となる光導波路主線２０の、中心線９２０上の２点９２２ｂ，９２３ｂおよび２点９２２ｃ，９２３ｃのそれぞれの中心点９２４ｂ，９２４ｃについて、それら中心点９２４ｂ，９２４ｃ間の距離ｃが、上記式（１）を満たすように配置されている。

なお、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋのうち、マイクロリング光共振器２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇ，２１ｉ，２１ｋは、光導波路主線２０の光導波方向に沿う一方の側に配置され、マイクロリング光共振器２１ｂ，２１ｄ，２１ｆ，２１ｈ，２１ｊは、光導波路主線２０の光導波方向に沿う他方の側に配置されている。また、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋは光導波路主線２０と光結合するように配置され、光導波路支線２２ａ〜２２ｋともそれぞれ光結合するように配置されている。

このような構成においては、光導波路主線２０を導波する複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λn-1 ，λn ）のうち、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋがそれぞれ有する共振波長と一致した波長光のみ、それぞれ、光導波路支線２２ａ〜２２ｋにドロップされる。これにより、光導波路支線２２ａ〜２２ｋには、それぞれ、単一（もしくは、複数）の波長光λ1 〜λ11のみが導波される。

本実施形態によれば、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋを、光導波路主線２０の両側に、光導波路主線２０の光導波方向に沿って、光結合する順に交互に同一層にて配置するようにしたので、光導波路主線２０の光導波方向に沿う片側のみに配置する場合に比べて、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋの集積密度を２倍程度か、それ以上に高めることが可能となる。よって、ＬＳＩ内に光合分波器を集積する場合において、マイクロリング光共振器を高密度に配置することが可能となり、ＬＳＩに光配線を効果的に適用できるようになるなど、ＬＳＩの高性能化に大きく貢献することが可能となるものである。

［第４の実施形態］
図８は、本発明の第４の実施形態にしたがった、ＬＳＩ内で波長多重光伝送を行うための光合分波器の構成例を示すものである。ここでは、単一もしくは複数の波長光を選択的に光導波路主線から光導波路支線へとドロップする、分波器として利用する場合を例に説明する。なお、図５に示した光合分波器（分波器）と導一部分には同一符号を付して、詳しい説明は割愛する。

第３の実施形態で示した光合分波器（図５参照）において、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋは、光導波路主線２０の光導波方向に沿うそれぞれの側に、リング直径が最も大きい（もしくは、最も小さい）マイクロリング光共振器から、リング直径の大きさの順に光導波路主線２０と光結合するように配置するのが望ましい。

そこで、本実施形態においては、たとえば図８に示すように、光導波路主線２０の光導波方向に沿う一方の側に、まず、リング直径の大きさの順にマイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｆを配置するとともに、光導波路主線２０の光導波方向に沿う他方の側に、残りの、マイクロリング光共振器２１ｇ〜２１ｋをリング直径の大きさの順に配置するようにしている。これにより、光導波路主線２０の両側に、光導波路主線２０の光導波方向に沿って、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋを配置した際の集積密度をより高めることが可能となる。

本実施形態によれば、光導波路主線２０の両側に複数のマイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋを配置した際の集積密度をより高めることが可能となる結果、ＬＳＩ内に光合分波器を集積する場合において、高性能化とともに、ＬＳＩの小型化にも貢献できるものである。

なお、上記した第３の実施形態および第４の実施形態においては、いずれも、光導波路主線２０の両側にそれぞれ配置されたマイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋに合わせて、光導波路支線２２ａ〜２２ｋが光導波路主線２０の両側へ引き出されている例を示した。これに限らず、たとえば、光導波路主線と交差する形で、光導波路支線を光導波路主線の光導波方向に沿う片側方向へのみ引き出す構成とすることも可能である。

また、光導波路主線２０および光導波路支線２２ａ〜２２ｋは、共に、導波光の導波方向が１方向に限定されるものではないし、光導波路主線２０と光導波路支線２２ａ〜２２ｋとを単層または多層構造とすることも可能である。

他の構成例（合分波器）について、さらに図９を用いて説明する。なお、図８に示した分波器と同一部分には同一符号を付して、詳しい説明は割愛する。

図９において、２０は、複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λ10，λ11）を導波する光導波路主線、２１ａ〜２１ｋは、それぞれ、光導波路主線２０と同層に配置されたマイクロリング光共振器、２２ａ〜２２ｋは、それぞれ、光導波路主線２０と同層に設けられた光導波路支線である。

本構成の場合、光導波路主線２０を導波する複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λ5 ，λ6 ）は、図において、光導波路主線２０の左側から入射され、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｆがそれぞれ有する共振波長と一致した波長光のみ、光導波路支線２２ａ〜２２ｆにそれぞれドロップされる。一方、光導波路支線２２ｇ〜２２ｋをそれぞれ導波する波長光（λ7 ，λ8 ，λ9 ，λ10，λ11）は、それぞれの共振波長を有するマイクロリング光共振器２１ｇ〜２１ｋによって、それぞれ光導波路主線２０にアッドされる。その結果、光導波路主線２０には複数の波長光（λ7 ，λ8 ，λ9 ，λ10，λ11）が導波され、図において、光導波路主線２０の左側へと出射される。

このような構成においては、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｆとそれぞれ光結合する光導波路支線２２ａ〜２２ｆと、マイクロリング光共振器２１ｇ〜２１ｋとそれぞれ光結合する光導波路支線２２ｇ〜２２ｋとを、光導波路主線２０に沿う片側一方ずつに分離して配置することができる。すなわち、一方はドロップするためのマイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｆに接続する光導波路支線（ドロップ用光導波路支線）２２ａ〜２２ｆのみ、他方はアッドするためのマイクロリング光共振器２１ｇ〜２１ｋに接続する光導波路支線（アッド用光導波路支線）２２ｇ〜２２ｋのみとすることができる。これにより、図８に示すように、光導波路主線２０、光導波路支線２２ａ〜２２ｋ、および、マイクロリング光共振器２１ａ〜２１ｋがすべて同一層にある場合でも、光導波路支線２２ａ〜２２ｋと光導波路主線２０とが交わって、導波光の相互干渉が起きたりしないようにすることが可能であり、光導波路支線２２ａ〜２２ｋおよび光導波路主線２０の引き回しに対して大きな自由度を与えることができるものである。

さらには、ドロップ用光導波路支線２２ａ〜２２ｆにおいて、光導波路主線２０と接続する側と逆側の先端には、ドロップされた導波光を検出するための受光器、もしくは、ドロップ用光導波路支線２２ａ〜２２ｆから別の光導波路主線（または、支線）へと導波光を選択的にアッドする光デバイス（アッド用光デバイス）が接続される。また、アッド用光導波路支線２２ｇ〜２２ｋにおいて、光導波路主線２０と接続する側と逆側の先端には、アッドするための導波光を発生する発光器、もしくは、別の光導波路主線（または、支線）からアッド用光導波路支線２２ｇ〜２２ｋへ導波光を選択的にドロップする光デバイス（ドロップ用光デバイス）が接続される。

前述のように、光導波路支線２２ａ〜２２ｋは、光導波路主線２０に沿う片側一方ずつに分離して配置されているため、これら導波路に接続される光導波路主線・支線、受・発光器、アッド用・ドロップ用光デバイスも、それぞれ容易に光導波路主線２０に沿う片側一方ずつに分離・集約して配置することが可能になる。これにより、それら各種光デバイス、ひいては、それら光デバイスに接続されるＬＳＩ電子回路のさらなる高密度集積化にも寄与することが可能である。

［第５の実施形態］
図１０は、本発明の第５の実施形態にしたがった、ＬＳＩ内で波長多重光伝送を行うための光合分波器の構成例を示すものである。ここでは、単一もしくは複数の波長光を選択的に光導波路主線から光導波路支線へとドロップする、分波器として利用する場合を例に説明する。

本実施形態は、上述した第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせた場合を例に示すものであって、複数の波長光を導波する光導波路主線と直接光結合する２つ以上のマイクロリング光共振器を備えた分波器において、一方のマイクロリング光共振器の外径をａとし、他方のマイクロリング光共振器の外径をｂとすると、上記一方のマイクロリング光共振器および上記他方のマイクロリング光共振器を、２つのマイクロリング光共振器の中心間距離ｃが、それぞれ、マイクロリング光共振器の配置面と平行な同一水平射影面において、ｃ≦１／２（ａ＋ｂ）を満たすとともに、上記光導波路主線と上記一方のマイクロリング光共振器および上記他方のマイクロリング光共振器のそれぞれの外周との距離が最小となるような上記光導波路主線の中心線上のそれぞれの点間の距離ｄが、下記数２の式（２）となるように、光導波方向に沿う光導波路主線の両側に交互に、かつ、光導波路主線の配置面に対して、複数の層（上層、同層、または、下層のいずれか２層）に配置するようにしたものである。

すなわち、図１０において、３０は、複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λn-1 ，λn ）を導波する光導波路主線である。３１ａ〜３１ｋは、それぞれ、光導波路主線３０の上層で、かつ、光導波路主線３０の両側に交互に配置されたマイクロリング光共振器である。３２ａ〜３２ｉは、それぞれ、光導波路主線３０の下層で、かつ、光導波路主線３０の両側に交互に配置されたマイクロリング光共振器である。３３ａ〜３３ｋは、それぞれ、マイクロリング光共振器３１ａ〜３１ｋの光導波路支線であり、３４ａ〜３４ｉは、それぞれ、マイクロリング光共振器３２ａ〜３２ｉの光導波路支線である。光導波路支線３３ａ〜３３ｋ，３４ａ〜３４ｉは、光導波路主線３０と同層に設けられている。

このような構成においては、光導波路主線３０を導波する複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λn-1 ，λn ）のうち、マイクロリング光共振器３１ａ〜３１ｋ，３２ａ〜３２ｉがそれぞれ有する共振波長と一致した波長光のみ、それぞれ、光導波路支線３３ａ〜３３ｋ，３４ａ〜３４ｉにドロップされる。これにより、光導波路支線３３ａ〜３３ｋ，３４ａ〜３４ｉには、それぞれ、単一（もしくは、複数）の波長光λ1 〜λ20のみが導波される。

上記したように、第１の実施形態で示した分波器および第３の実施形態で示した分波器は組み合わせることが可能であり、組み合わせた場合には、マイクロリング光共振器３１ａ〜３１ｋ，３２ａ〜３２ｉの集積密度を格段に向上でき、ＬＳＩの高性能化に大きく貢献することが可能となるものである。

なお、本実施形態の構成においても、不要な光結合による光損失を抑えるために、光導波路支線３３ａ〜３３ｉ，３４ａ〜３４ｉを、それぞれ、直接光結合しないマイクロリング光共振器３１ａ〜３１ｋ，３２ａ〜３２ｉとほぼ垂直に交差するように配置できることは勿論である。すなわち、第１の実施形態で示した分波器（光合分波器）と第３の実施形態で示した分波器（光合分波器）とを組み合わせる場合に限らず、たとえば、第２の実施形態で示した分波器（光合分波器）と第３の実施形態で示した分波器（光合分波器）とを組み合わせることも可能である。

同様に、第１の実施形態で示した分波器（光合分波器）と第４の実施形態で示した分波器（光合分波器）とを組み合わせることも、第２の実施形態で示した分波器（光合分波器）と第４の実施形態で示した分波器（光合分波器）とを組み合わせることも可能である。

［第６の実施形態］
上述した各実施形態においては、いずれも、光導波路主線を直線部のみとした分波器について示したが、これに限らず、たとえば光導波路主線は曲線部のみからなるものであってもよいし、直線部と曲線部とを組み合わせてなるものであってもよい。

図１１は、本発明の第６の実施形態にしたがった、ＬＳＩ内で波長多重光伝送を行うための光合分波器の構成例を示すものである。ここでは、単一もしくは複数の波長光を選択的に光導波路主線から光導波路支線へとドロップする、分波器として利用する場合を例に説明する。

すなわち、図１１において、４０は、複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λn-1 ，λn ）を導波する光導波路主線であり、直線部と曲線部とを有している。４１ａ〜４１ｈは、それぞれ、光導波路主線４０の上層で、かつ、光導波路主線４０の片側もしくは両側に配置されたマイクロリング光共振器である。４２ａ〜４２ｄは、それぞれ、光導波路主線４０の下層で、かつ、光導波路主線４０の片側もしくは両側に配置されたマイクロリング光共振器である。４３ａ〜４３ｈは、それぞれ、マイクロリング光共振器４１ａ〜４１ｈの光導波路支線であり、４４ａ〜４４ｄは、それぞれ、マイクロリング光共振器４２ａ〜４２ｄの光導波路支線である。光導波路支線４３ａ〜４３ｈ，４４ａ〜４４ｄは、光導波路主線４０と同層に設けられている。

このような構成においては、光導波路主線４０を導波する複数の波長光（λ1 ，λ2 ，…，λn-1 ，λn ）のうち、マイクロリング光共振器４１ａ〜４１ｈ，４２ａ〜４２ｄがそれぞれ有する共振波長と一致した波長光のみ、それぞれ、光導波路支線４３ａ〜４３ｈ，４４ａ〜４４ｄにドロップされる。これにより、光導波路支線４３ａ〜４３ｈ，４４ａ〜４４ｄには、それぞれ、単一もしくは複数の波長光λ1 〜λ12のみが導波される。

上記したように、光導波路主線４０に直線部と曲線部とを設けることにより、マイクロリング光共振器４１ａ〜４１ｈ，４２ａ〜４２ｄを高密度に集積できるのみでなく、光導波路支線４３ａ〜４３ｈ，４４ａ〜４４ｄをもより高密度に集積でき、ＬＳＩへの光配線の効果的な適用を可能とすることでＬＳＩの高性能化に大きく貢献することが可能となるものである。

その他の実施形態としては、たとえば、光信号によるＬＳＩ内のデータバス（オンチップデータバス）通信にも適用することが可能である。すなわち、アッド専用とドロップ専用のマイクロリング光共振器の組、もしくは、アッドとドロップの両方の機能を同時に有するマイクロリング光共振器を、回路ブロックにおける入出力ポートとし、これを多数用意して光導波路主線と光結合させることで、複数の回路ブロック間で光通信を行うことが可能となる。この場合、多数のマイクロリング光共振器を高密度に集積できることにより、非常に大容量のデータ通信が可能な光データバスを構成できる可能性がある。

さらには、光信号の合分波器に限らず、光導波路支線を有しない変調器、または、リング型レーザとしても適用することが可能である。

特に、上記した各実施形態におけるマイクロリング光共振器、および、変調器またはリング型レーザについて、その形状は円でなくとも、楕円または直線と円弧とを組み合わせたものであっても構わない。

また、マイクロリング光共振器の個数も各実施形態に限定されないことは勿論である。

その他、本願発明は、上記（各）実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記（各）実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、（各）実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも１つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも１つ）が得られる場合には、その構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

第１の実施形態に係る光合分波器（分波器）の構成例を示す平面図。図１に示した分波器の基本概念について説明するために示す図。第２の実施形態に係る光合分波器（分波器）の構成例を示す平面図。合分波器を構成した場合を例に示す平面図。第３の実施形態に係る光合分波器（分波器）の構成例を示す平面図。図５に示した分波器の基本概念について説明するために示す図。図５に示した分波器の一部を取り出して示す図。第４の実施形態に係る光合分波器（分波器）の構成例を示す平面図。合分波器を構成した場合を例に示す平面図。第５の実施形態に係る光合分波器（分波器）の構成例を示す平面図。第６の実施形態に係る光合分波器（分波器）の構成例を示す平面図。

符号の説明

１０，２０，３０，４０…光導波路主線、１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｅ，２１ａ〜２１ｋ，３１ａ〜３１ｋ，３２ａ〜３２ｉ，４１ａ〜４１ｈ，４２ａ〜４２ｄ…マイクロリング光共振器、１３ａ〜１３ｆ，１４ａ〜１４ｅ，１３ａ’〜１３ｆ’，１４ａ’〜１４ｅ’，１３ａ’’〜１３ｆ’’，１４ａ’’〜１４ｅ’’，２２ａ〜２２ｋ，３３ａ〜３３ｋ，３４ａ〜３４ｉ，４３ａ〜４３ｈ，４４ａ〜４４ｄ…光導波路支線。

Claims

複数の波長の光を導波する光導波路主線と直接光結合する２つ以上のマイクロリング光共振器を、前記光導波路主線の配置面に対して、上層、同層または下層のいずれか２層に配置してなり、
前記２つ以上のマイクロリング光共振器を介して、それぞれ、前記光導波路主線と結合する光導波路支線をさらに備え、
前記光導波路支線は、前記２つ以上のマイクロリング光共振器の配置面と平行な同一水平射影面において、直接光結合しないマイクロリング光共振器と垂直に交差するように配置されることを特徴とする光合分波器。
前記２つ以上のマイクロリング光共振器を、前記光導波路主線の光導波方向に沿う両側に配置してなることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
前記２つ以上のマイクロリング光共振器は、前記光導波方向に沿う前記光導波路主線の両側に、それぞれ光結合する順に交互に配置されることを特徴とする請求項２に記載の光合分波器。
前記２つ以上のマイクロリング光共振器は、異なる層に配置されて隣接するもの同士が一部重なり合っていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光合分波器。