JP5594389B2 - 光素子 - Google Patents

Description

この発明は、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）通信において波長の異なる成分光の合分波に用いる光素子に関する。

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、ＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の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。ＧＥ−ＰＯＮでは、双方向で１Ｇｂｐｓ以上の速度で通信を行うことができる。近年、ＧＥ−ＰＯＮに代わる次世代の技術として、通信に用いる波長の多重度を上げたＷＤＭ−ＰＯＮが検討されている。ＷＤＭ−ＰＯＮでは、原理的には、双方向で１０Ｇｂｐｓを超える通信速度が得られる。

ＷＤＭ−ＰＯＮでは、通信に用いる光ファイバの両端部、すなわち、局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）と、加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）に、複数の波長の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。

このような光合分波素子の一例として、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）がある。ＡＷＧは、２個のスラブ導波路と、これらのスラブ導波路を接続し、光路長が一定値ずつ変化する多数の湾曲光導波路とを備える。ここで、「光路長」とは、一般に、光導波路の幾何学的な長さＦを、ある波長の光に関する光導波路の等価屈折率Ｇで補正した光学的な長さである。光路長をＬとすると、ＬはＦ×Ｇで与えられる。以降、「光路長」と記載しない長さ（幅、厚み、高さ等を含む）は、単に、幾何学的な長さを示す。

ＡＷＧは、通常、基板に、平板光導波路回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）として形成される。しかし、コアとクラッドの屈折率差が小さい石英系光導波路では、湾曲光導波路の曲率半径を小さくすることが難しく、ＡＷＧを小型化することが難しかった。

そこで、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を用いたＳｉ光導波路で、ＡＷＧを構成する例が報告されている（例えば、非特許文献１及び２参照）。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湾曲光導波路を形成できる。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ＡＷＧを小型化することができる。

ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．１，ｐ３３−４４，２０１０ ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．６，ｐ１３０１−１３０５，２００６ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．９，ｐｐ．８７８１−８７９４，２５ Ａｐｒｉｌ ２０１１

しかし、Ｓｉ光導波路製のＡＷＧで、曲率半径を小さくすると、湾曲光導波路で不可避的に生じる位相誤差が大きくなり、消光比（波長分離能力）の低下と、伝搬光の損失とを生じさせていた。

位相誤差により生じるこの問題を解決するために、湾曲光導波路の曲率半径を一定にする技術が開示されている（例えば、非特許文献３参照）。しかし、非特許文献３の技術では、曲率半径が一定の湾曲光導波路を配置するために、機能的には不必要な直線状光導波路を設ける必要があり、十分に小型化されているとは言えなかった。

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、十分な波長分離能力を保ちつつ、非特許文献３よりも小型でありＡＷＧとしても用いることができるＳｉ光導波路製光素子を得ることにある。

発明者は、鋭意検討の結果、２個のスラブ導波路を接続して、並列される複数の光導波路の配置を調整することで、上述の課題を解決できることに想到した。

従って、この発明の光素子は、第１及び第２スラブ導波路と、第１〜第Ｎチャネル型光導波路（Ｎは３以上の整数）とを備える。

ここで、第１及び第２スラブ導波路は一端面に１以上の光入出力ポートをそれぞれ有し、互いに形状が等しい。また、第１〜第Ｎチャネル型光導波路は、第１及び第２スラブ導波路の一端面に対向する他端面に、一端面上の中心点から等角度間隔且つ等距離で接続され、第１及び第２スラブ導波路の間に並列に設けられていて、第１及び第２スラブ導波路を接続する。

また、第１〜第Ｎチャネル型光導波路は、それぞれ、第１スラブ導波路との接続部を含む第１接続領域と、第２スラブ導波路との接続部を含む第２接続領域と、第１及び第２接続領域を接続する光路長調整領域とを備える。

そして、第１及び第２接続領域では、第１及び第２スラブ導波路のそれぞれの他端面に、曲率半径が等しい湾曲光導波路で構成される第ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）チャネル型光導波路が接続されるか、又は、第１接続領域の第Ｎチャネル型光導波路、及び第２接続領域の第１チャネル型光導波路が直線状光導波路である以外は、曲率半径が等しい湾曲光導波路で構成される第ｉチャネル型光導波路が接続されている。

また、第１接続領域の第ｉチャネル型光導波路の光路長と、第２接続領域の第ｉチャネル型光導波路の光路長との和が、全てのｉで等しく、光路長調整領域において、第ｉチャネル型光導波路の光路長が、ｉの増減とともに一定値ずつ増加又は減少する。

また、この発明の別の光素子は、第１〜第Ｎチャネル型光導波路と上述と同様の第１及び第２スラブ導波路とを備える。

また、第１〜第Ｎチャネル型光導波路は、それぞれ、第１スラブ導波路との接続部を含む第１接続領域と、第２スラブ導波路との接続部を含む第２接続領域と、第１及び第２接続領域を接続する光路長調整領域と、光路長調整領域中に設けられる第３接続領域とを備える。

そして、第１〜第３接続領域は、曲率半径が等しい湾曲光導波路で構成される第ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）チャネル型光導波路を備え、第１接続領域の第ｉチャネル型光導波路の光路長と、第２接続領域の第ｉチャネル型光導波路の光路長と、前記第３接続領域における第ｉチャネル型光導波路の光路長との和が、全てのｉで等しい。

この発明の光素子は、機能的には不要な直線状光導波路を用いないので、実用上十分な波長合分波能力を保ちつつ、非特許文献３の光素子よりも小型である。

（Ａ）は非特許文献３の光素子の概略的な構成を示す模式図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の要部拡大平面図である。 （Ａ）は本発明の光素子の概略的な構成を示す模式図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の要部拡大平面図である。 （Ａ）は実施形態１の光素子の構造を概略的に示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ１−Ａ１線に沿った切断端面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＡ２−Ａ２線に沿った切断端面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施形態２の光素子をそれぞれ示す模式図である 実施形態２の光素子の別の変形例を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の光素子のサーバへの応用を示す模式図である。 本発明の光素子の光入出力ＳＳＤへの応用を示す模式図である。 本発明の光素子の光トランシーバへの応用を示す模式図である。

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、この発明の一好適例であり、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及び図２を参照して、この発明の概要を説明する。図１（Ａ）は、非特許文献３の光素子（以下、従来型ＡＷＧとも称する。）の概略的な構成を示す模式図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の要部拡大平面図である。図２（Ａ）は、本発明の光素子（以下、第１ＡＷＧ又は光素子１０とも称する。）の概略的な構成を示す模式図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の要部拡大平面図である。なお、図１及び図２では、発明の理解に資するために、光素子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、及び各構成要素を単純化した図形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。また、入力光ＩＮが伝搬する方向に沿った方向を光伝搬方向と称する。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。

（ＡＷＧについての概説）
まず、図１（Ａ）を参照して、従来型ＡＷＧに代表される一般的なＡＷＧの構造と動作とを説明する。

従来型ＡＷＧ１００は、第１スラブ導波路１０３と、第１スラブ導波路１０３と同形の第２スラブ導波路１０５と、第１及び第２スラブ導波路１０３及び１０５を接続して、並列に設けられる第１〜第Ｎチャネル型光導波路（Ｎは３以上の整数）１０７_１〜１０７_Ｎとを備える。

第１スラブ導波路１０３の一端面には、１個の光入出力用の第１ポートＰ_１が設けられている。また、第１スラブ導波路１０３の他端面は、第１ポートＰ_１が接続された位置を中心とした円弧状に形成されている。そして、この中心点から、時計回りに放射状に等角度間隔且つ等距離で、Ｎ個のテーパ状光導波路１０３Ｔ_１〜１０３Ｔ_Ｎが設けられており、それぞれ、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１０７_１〜１０７_Ｎに接続されている。

第２スラブ導波路１０５の一端面には、４個の光入出力用の第２〜第５ポートＰ_２〜Ｐ_５が設けられている。また、第２スラブ導波路１０５の他端面にも、第１スラブ導波路１０３と同様に、Ｎ個のテーパ状光導波路１０５Ｔ_１〜１０５Ｔ_Ｎが放射状に等角度間隔且つ等距離で設けられており、それぞれ、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１０７_１〜１０７_Ｎに接続されている。なお、第１及び第２スラブ導波路１０３及び１０５の他端面同士は対向しているので、テーパ状光導波路１０５Ｔ_１〜１０５Ｔ_Ｎは、第２スラブ導波路１０５の一端面の中心点から反時計回りに設けられている。

第１〜第Ｎチャネル型光導波路１０７_１〜１０７_Ｎは、第１及び第２スラブ導波路１０３及び１０５の他端面の間に並列に設けられ、両者１０３及び１０５を接続している。以降、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１０７_１〜１０７_Ｎを、導波路アレイ１０７と総称することもある。また、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１０７_１〜１０７_Ｎ中の任意の一本を、第ｉチャネル型光導波路（ｉは、１〜Ｎの整数）とも称する。

導波路アレイ１０７は、第１スラブ導波路１０３に入力された光を伝搬させるものである。互いに隣接する第ｊ及び第ｊ＋１チャネル型光導波路１０７_ｊ及び１０７_ｊ＋１（ｊは、１〜Ｎ−１の整数）の光路長はｊによらず一定値ΔＬだけ異なっている。

なお、第２〜第５ポートＰ_２〜Ｐ_５は、例えば従来型ＡＷＧ１００によって分波又は合波される互いに異なる波長の成分光の数に応じて設けられる。また、導波路アレイ１０７を構成するチャネル型光導波路１０７_１〜１０７_Ｎは、通常、例えば１００本といったように多数設けられるが、同図においては、図の簡略化のために、一部を簡略的に示してある。

第１ポートＰ_１には、例えば局からの光ファイバ（図示せず）が接続されて、波長多重された入力光ＩＮが結合される。そして、この入力光ＩＮは、第１スラブ導波路１０３中を回折により広がりながら導波路アレイ１０７に入射し、導波路アレイ１０７を伝搬する。

導波路アレイ１０７を伝搬した光は、第２スラブ導波路１０５に達し、さらに、波長ごとに第２〜第５ポートＰ_２〜Ｐ_５に集光されて出力される。すなわち、互いにΔＬずつ光路長が異なるチャネル型光導波路１０７_１〜１０７_Ｎを伝搬した結果、各成分光には波長に応じた位相差が生じる。それにより、第２スラブ導波路１０５では、成分光の波長に応じて集束光の波面が傾き、それぞれの成分光は、この傾斜角により第２〜第５ポートＰ_２〜Ｐ_５の何れかに集光し、出力される。

例えば、図１（Ａ）に示すように、波長λ_１〜λ_４の４成分光を含む入力光ＩＮは、従来型ＡＷＧ１００により波長分離されて、第２〜第５ポートＰ_２〜Ｐ_５から出力光ＯＵＴ_１（波長λ_１）〜ＯＵＴ_４（波長λ_４）として、それぞれ出力される。

すなわち、従来型ＡＷＧ１００は、第１ポートＰ_１から入力される互いに異なる複数波長の成分光を含む入力光から１つ以上の波長の成分光を分波して第２〜第５ポートＰ_２〜Ｐ_５から出力する光分波機能を有している。ここで、分波される光の中心波長は、導波路アレイ１０７の隣り合うチャネル型光導波路１０７_ｊ及び１０７_ｊ＋１の光路長差ΔＬ、及びチャネル型光導波路１０７_ｉの等価屈折率ｎ_ｃに比例する。

従来型ＡＷＧ１００は、光の相反性（可逆性）を利用しているため、上述した光分波器の他に、光合波器として機能する。すなわち、第２〜第５ポートＰ_２〜Ｐ_５から互いに波長が異なる複数の成分光を入射させると、これらの光は、上述と逆の伝搬経路を通り、導波路アレイ１０７と第１スラブ導波路１０３とによって合波され、第１ポートＰ_１から、波長が多重化された出力光として出力される。

従来型ＡＷＧにおいては、波長分解能が導波路アレイ１０７の隣接するチャネル型光導波路１０７_ｊ及び１０７_ｊ＋１の光路長差ΔＬに比例する。そのため、ΔＬを大きくすることで、従来の回折格子では実現できなかった波長間隔の狭い波長多重光の光合分波が可能となる。その結果、ＷＤＭ−ＰＯＮで必要とされる波長間隔が１ｎｍ以下の複数の光信号を分波または合波することができる。

一般的に、従来型ＡＷＧ１００では、実用上十分な消光比で波長を分離するためには、出力ポート数、つまり分離すべき波長数の２倍以上のチャネル型光導波路を設けることが好ましく、４倍以上であればより一層好ましい。

（従来型ＡＷＧの特徴）
続いて、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照して、従来型ＡＷＧの特徴について説明する。図１（Ｂ）は、従来型ＡＷＧにおける第１スラブ導波路及び第１接続領域の拡大平面図であり、従来型ＡＷＧの特徴点の説明に用いる。例えば、従来型ＡＷＧでは１０７ａと１０７ｂにおいて、曲線部、直線部がそれぞれ複数個所あるが、これらを１０７ｒａｉと１０７ｓａｉとしてひとつの要素として描いている。

まず、図１（Ａ）を参照して、特徴点の説明に必要な従来型ＡＷＧ１００の構成について説明する。従来型ＡＷＧ１００において、導波路アレイ１０７は、第１スラブ導波路１０３側から第２スラブ導波路１０５側に向かって、第１接続領域１０７ａ、光路長調整領域１０７ｃ、及び第２接続領域１０７ｂの３領域に区画される。以降、各領域１０７ａ，１０７ｃ及び１０７ｂに位置する第ｉチャネル型光導波路１０７_ｉを、それぞれ、符号１０７_ｉａ，１０７_ｉｃ及び１０７_ｉｂで表す。

より詳細には、第１接続領域１０７ａにおいて、第ｉチャネル型光導波路１０７_ｉａは、湾曲光導波路部１０７ｒａ_ｉと、直線光導波路部１０７ｓａ_ｉで構成される。なお、湾曲光導波路１０７ｒａ_ｉの位置を明確にするために、湾曲光導波路の両端を点線の弦で結んで示している。（課題を解決する手段）で説明したように、位相誤差の発生を最小限に抑えるために、湾曲光導波路部１０７ｒａ_ｉの曲率半径Ｒ_１００と光路長とは、ｉに拠らず等しく形成されている。また、直線光導波路部１０７ｓａ_ｉは、第１接続領域１０７ａと、光路長調整領域１０７ｃとの境界Ａ−Ａにおいて、隣接するチャネル型光導波路１０７_ｊと１０７_ｊ＋１との間隔Ｄ_１００を等しくするために設けられる（図１（Ｂ））。第１接続領域１０７ａにおいては、直線光導波路部１０７ｓａ_ｉの光路長は、ｉと共に減少し、第Ｎチャネル型光導波路１０７_Ｎａでは、直線光導波路部１０７ｓａ_Ｎの光路長は０（ゼロ）となる。

第２接続領域１０７ｂは、第１接続領域１０７ａと回転対称の関係にあり、直線状光導波路部１０７ｓｂ_ｉの光路長がｉと共に増加する点以外は、第１接続領域１０７ａと同様に構成される。すなわち、第ｉチャネル型光導波路１０７_ｉｂは、直線光導波路部１０７ｓｂ_ｉと、湾曲光導波路部１０７ｒｂ_ｉとで構成される。ここで、湾曲光導波路１０７ｒｂ_ｉの曲率半径及び光路長は、湾曲光導波路１０７ｒａ_ｉと同様である。また、第１接続領域１０７ａと同様に、第２接続領域１０７ｂと、光路長調整領域１０７ｃとを区画する境界Ｂ−Ｂにおいて、隣接するチャネル型光導波路１０７_ｊと１０７_ｊ＋１との間隔はＤ_１００で等しい。

図１（Ａ）を参照すると第１接続領域１０７ａでは光路長が最も長い第１チャネル型光導波路１０７_１は、第２接続領域１０７ｂでは光路長が最も短く設定されている。一方の接続領域１０７ａ又は１０７ｂで光路長が長いチャネル型光導波路１０７_ｉが、他方の接続領域１０７ｂ及び１０７ａでは短い光路長を有する関係は、全てのｉについて成立する。その結果、両接続領域１０７ａ及び１０７ｂでの第ｉチャネル型光導波路１０７_ｉの光路長Ｌ（（１０７_ｉａ）及び（１０７_ｉｂ）の和）はｉに依らず等しくなる。これにより、両接続領域１０７ａ及び１０７ｂを伝搬する過程で、各成分光に位相差は生じない。

各成分光に、波長分離に必要な位相差を与えるのは、光路長調整領域１０７ｃである。光路長調整領域１０７ｃにおいて、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１０７_１ｃ〜１０７_Ｎｃは、それぞれＶ字形に直角に屈曲されている。また、上述のように、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１０７_１ｃ〜１０７_Ｎｃは、互いに等しい間隔Ｄ_１００ずつ離間している。その結果、光路長調整領域１０７ｃにおいて、第ｉチャネル型光導波路１０７_ｉｃの光路長は、ｉとともに一定値ΔＬずつ減少する。つまり、光路長調整領域１０７ｃにより、チャネル型光導波路１０７_１〜１０７_Ｎに波長分離に必要な光路長差ΔＬが生み出される。

このように、従来型ＡＷＧ１００では、第１及び第２接続領域１０７ａ及び１０７ｂと光路長調整部１０７ｃとの境界Ａ−Ａ及びＢ−Ｂにおいて、第ｊ及び第ｊ＋１チャネル型光導波路１０７_ｊと１０７_ｊ＋１の間隔Ｄ_１００が等しい。その結果、光路長調整部１０７ｃで、第ｊ及び第ｊ＋１チャネル型光導波路１０７_ｊｃと１０７_ｊ＋１ｃとの光路長差をΔＬで一定にすることが可能となる。

（第１ＡＷＧの特徴）
続いて、図２を参照して、第１ＡＷＧの特徴点について説明する。図２（Ａ）に示すように、第１ＡＷＧ１０は、第１〜第Ｎチャネル型光導波路７_１〜７_Ｎを備える導波路アレイ７と、従来型ＡＷＧと同様に構成された第１及び第２スラブ導波路１０３及び１０５とを備える。そして、第１ＡＷＧ１０の第１〜第Ｎチャネル型光導波路７_１〜７_Ｎは、第１スラブ導波路１０３との接続部を含む第１接続領域７ａと、第２スラブ導波路１０５との接続部を含む第２接続領域７ｂと、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂを接続する光路長調整領域７ｃとを備える。なお、「第１〜第Ｎチャネル型光導波路７_１〜７_Ｎと、第１スラブ導波路１０３との接続部」とは、テーパ状光導波路１０３Ｔ_１〜１０３Ｔ_Ｎと、第１〜第Ｎチャネル型光導波路７_１〜７_Ｎとが接続されている点を示す。

第１ＡＷＧ１０は、従来型ＡＷＧ１００と下記の３点で異なっており、その結果、波長合分波能力が従来型ＡＷＧ１００と同等でありながら、より小型化が達成されている。以下、この点について、図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。

（相違点１）第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂを構成する第ｉチャネル型光導波路７_ｉａ及び７_ｉｂがそれぞれ湾曲光導波路部７ｒａ_ｉ及び７ｒｂ_ｉのみで構成されている点。
（相違点２）光路長調整領域７ｃの形状が、Ｕ字形である点。
（相違点３）第１及び第２スラブ導波路１０３及び１０５の中心軸１０３Ｃ及び１０５Ｃが平行である点。

（相違点１について）
まず、主に図２（Ｂ）を参照して、相違点１について説明する。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の第１スラブ導波路１０３及び第１接続領域７ａ付近を拡大した要部拡大平面図である。図１（Ｂ）に示したように、従来型ＡＷＧ１００では、第１接続領域１０７ａの第ｉチャネル型光導波路１０７_ｉａが、湾曲光導波路部１０７ｒａ_ｉと、直線光導波路部１０７ｓａ_ｉとを備えていた。これは、光路長調整領域１０７ｃにおいて、隣接する第ｊ及び第ｊ＋１チャネル型光導波路１０７_ｊｃと１０７_ｊ＋１ｃの間隔を一定値Ｄ_１００に保つためである。従来型ＡＷＧ１００では、この一定間隔Ｄ_１００を利用して、第ｉチャネル型光導波路１０７_ｉｃを屈曲して、隣接するチャネル型光導波路１０７_ｊと１０７_ｊ＋１に一定の光路長差ΔＬを与える。

しかし、従来型ＡＷＧ１００では、隣接するチャネル型光導波路１０７_ｊｃと１０７_ｊ＋１ｃの間隔をＤ_１００に保つために、波長合分波能力には関係ない直線状光導波路１０７ｓａ_ｉ及び１０７ｓｂ_ｉを設ける必要があり、その結果、素子サイズの大型化を招いていた。

それに対し、第１ＡＷＧ１０は、第１接続領域７ａを構成する第ｉチャネル型光導波路７_ｉａを、一定の曲率半径Ｒ_１０の湾曲光導波路部７ｒａ_ｉのみで構成しており、機能的には不要な直線状光導波路が存在しない。その結果、第１ＡＷＧ１０は、素子サイズを従来型ＡＷＧ１００よりも小さくできる。具体的には、従来型ＡＷＧ１００は、素子の最大寸法が約８００μｍであるのに対し、第１ＡＷＧ１０は、同等の波長合分波能力を保ちつつ、最大寸法を４００μｍにまで小さくすることができる。

第１ＡＷＧ１０では、第ｉチャネル型光導波路７_ｉａを湾曲光導波路部７ｒａ_ｉのみで構成した結果、光路長調整領域７ｃに設けたＤ−Ｄ線において、隣接するチャネル型光導波路７_ｊと７_ｊ＋１との間の間隔Ｄ_ｊがそれぞれ異なる値となる。つまり、ｊと共に、間隔Ｄ_ｊが広がっていく。第２接続領域７ｂは、第ｉチャネル型光導波路７_ｉｂの光路長がｉの増加と共に徐々に増加する点を除いて、第１接続領域７ａと同様に構成されている。

従来型ＡＷＧ１００と同様に、第１ＡＷＧ１０でも、第１接続領域７ａでは第ｉチャネル型光導波路７_ｉａの光路長はｉの増加と共に徐々に減少し、逆に第２接続領域７ｂでは第ｉチャネル型光導波路７_ｉｂの光路長はｉの増加と共に徐々に増加する。その結果、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂを構成する第ｉチャネル型光導波路７_ｉａと７_ｉｂの光路長の和はｉによらず等しくなる。つまり、第１ＡＷＧ１０でも、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂを伝搬する過程で成分光には位相差は付与されない。

（相違点２について）
次に、光路長調整領域７ｃの全体形状がＵ字形である点について説明する。光路長調整領域７ｃを構成する第ｉチャネル型光導波路７_ｉｃは、第１ＡＷＧ１０の波長分離に必要な光路長差ΔＬを生じる。第ｉチャネル型光導波路７_ｉｃは、第１接続領域７ａの一端に接続される第１直線部９ａ_ｉと、第１直線部９ａ_ｉの出力端に接続され、第２スラブ導波路１０５の位置する方向に向かって直角に屈曲する第１湾曲部９ｂ_ｉと、第１湾曲部９ｂ_ｉの一端に接続される第２直線部９ｃ_ｉと、第２直線部９ｃ_ｉの一端に接続され、第２接続領域７ｂの方向に向かって直角に屈曲する第２湾曲部９ｄ_ｉと、第２湾曲部９ｄ_ｉの一端に接続され、第２接続領域７ｂに接続される第３直線部９ｅ_ｉとを備える。ここで、第１及び第２湾曲部９ｂ_ｉと９ｄ_ｉは、ｉによらず等しい曲率半径と光路長を有しており、位相誤差の発生を抑制している。

上述のように、従来型ＡＷＧ１００では、光路長調整領域１０７ｃにおいて、隣接するチャネル型光導波路１０７_ｊ及び１０７_ｊ＋１の間隔を一定に保った上で、チャネル型光導波路１０７_ｉｃをＶ字形に屈曲することで一定の光路長差ΔＬを生み出していた。

しかし、第１ＡＷＧ１０では、光路長調整領域７ｃにおいて、隣接するチャネル型光導波路７_ｊ及び７_ｊ＋１の間隔Ｄ_ｊがｊにより変化する。そのため、第１及び第２湾曲部９ｂ_ｉと９ｄ_ｉを利用するだけでは、一定の光路長差ΔＬを生み出すことができない。そこで、第１ＡＷＧ１０では、第１〜第３直線部９ａ_ｉ，９ｃ_ｉ及び９ｅ_ｉの長さを変えることにより波長分離に必要な光路長差ΔＬを生み出している。

このように、第１ＡＷＧ１０は、光路長調整領域７ｃ中に備えた２個の湾曲部９ｂ_ｉと９ｄ_ｉで、第ｉチャネル型光導波７_ｉを２回折り曲げる。それに対して、従来型ＡＷＧ１００では、一定の光路長差を得る技術的制約のために、光路長調整領域１０７ｃでの第ｉチャネル型光導波路１０７_ｉの折り曲げ回数は１回だけである。

ところで、波長合分波能力が等しい場合、従来型ＡＷＧ１００でも、第１ＡＷＧ１０でも、波長合分波に必要な光路長調整領域の直線部の長さは同じである。よって、光路長調整領域７ｃでの折り曲げ回数が従来型ＡＷＧ１００よりも多い第１ＡＷＧ１０は、従来型ＡＷＧ１００よりも小型化することができる。

（相違点３について）
図２（Ａ）に示すように、第１及び第２スラブ導波路１０３及び１０５の中心軸１０３Ｃ及び１０５Ｃは平行に配置されている。より詳細には、第１スラブ導波路１０３において、中心軸１０３Ｃから時計回りに測った第Ｎ光導波路７_Ｎの接続部とのなす角度をΘ_１とし、第２スラブ導波路１０５において、中心軸１０５Ｃから時計回りに測った第１チャネル型光導波路７_１とのなす角度をΘ_２とするとき、Θ_１＝Θ_２であり、Θ_１≠０°である。つまり、第１及び第２スラブ導波路１０３及び１０５は、同じ向きに配置されている。その結果、第ｉチャネル型光導波路７_ｉの光路長のｉに対する変化率が、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂにおいて逆になり、結果として、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂにおける第ｉチャネル型光導波路７_ｉの光路長の和をｉに拠らず一定にすることができる。

第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂでの第ｉ光導波路７_ｉの光路長の和を一定に保つためには、第１接続領域７ａと第２接続領域７ｂとで、ｉの増加に対する第ｉ光導波路７_ｉの光路長の変化率を逆にする必要がある。そのためには、中心軸１０３Ｃ及び１０５ＣとＹ軸とのなす角度を０°以外として、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂに接続される第ｉ光導波路７_ｉの光路長に差を生む必要がある。

以上説明したように、第１ＡＷＧ１０は、上述の相違点１〜３が従来型ＡＷＧ１００と異なっている。その結果、第１ＡＷＧ１０は、波長合分波能力を低下させること無く、従来型ＡＷＧ１００よりも小型化することが可能である。

［実施形態１］
続いて、図３を参照して、実施形態１の光素子（以下、第１の光素子又は光素子２０と称する。）について説明する。図３（Ａ）は、第１の光素子の構造を概略的に示す平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ１−Ａ１線に沿った切断端面図である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のＡ２−Ａ２線に沿った切断端面図である。なお、図３（Ａ）は、基板とクラッドとを図示した以外は、図２（Ａ）と同様に簡略化している。また、図３（Ａ）では、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。

なお、光素子２０は、光路長調整領域７ｃに第１〜第Ｎ位相調整領域１１_１〜１１_Ｎが設けられている点以外は、上述した光素子１０と同様に構成されている。従って、以下では、主に、この相違点について説明する。以降、第１〜第Ｎ位相調整領域１１_１〜１１_Ｎを総称して、位相調整領域１１とも称する。

（構造）
図３を参照すると、光素子２０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。

位相調整領域１１_１〜１１_Ｎは、第１〜第Ｎチャネル型光導波路７_１〜７_Ｎのそれぞれに設けられたチャネル型光導波路である。具体的には、図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように第ｉ位相調整領域１１_ｉにおけるコア幅Ｗ_１１は、他のチャネル型光導波路７_ｉのコア幅Ｗよりも大きい。また、第ｉ位相調整領域１１_ｉは、ｉの増加とともに光路長が徐々に短くなるように形成されている。

位相調整領域１１は、図３（Ｂ）に示すように、第１〜第Ｎチャネル型光導波路７_１〜７_Ｎのコア１３の幅Ｗの寸法誤差（以下、幅誤差とも称する。）による波長合分波能力のばらつきを抑制するための構造である。すなわち、幅誤差に対する等価屈折率の依存性が第ｉチャネル型光導波路７_ｉとは異なる位相調整領域１１_ｉを設けることで、隣接するチャネル型光導波路７_ｊ及び７_ｊ＋１の間で生じる幅誤差の影響を相殺する。

より詳細には、隣接するチャネル型光導波路７_ｊ及び７_ｊ＋１に、光路長がそれぞれ調整された位相調整領域１１_ｊ及び１１_ｊ＋１を設けることで、チャネル型光導波路７_ｊ及び７_ｊ＋１のコアの幅誤差由来の位相差を打ち消しあう。

また、光素子２０では、第１接続領域７ａの第Ｎチャネル型光導波路７_Ｎはテーパ状光導波路１０３Ｔ_Ｎから直線的に延在する直線状光導波路として構成されている。第１接続領域７ａを構成する他の第１〜第Ｎ−１チャネル型光導波路７_１〜７_Ｎ−１は、曲率半径がＲ_１０で等しく、ｉの増加に応じて光路長が減少するように構成されている。

同様に、第２接続領域７ｂの第１チャネル型光導波路７_１はテーパ状光導波路１０５Ｔ_１から直線的に延在する直線状光導波路として構成されている。第２接続領域７ｂを構成する他の第２〜第Ｎチャネル型光導波路７_２〜７_Ｎは、曲率半径がＲ_１０で等しく、ｉの増加に応じて光路長が増加するように構成されている。

発明者の評価では、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂの第Ｎ及び第１チャネル型光導波路７_Ｎ及び７_１を直線状とすることで、余分な湾曲光導波路が不要となり、波長合分波能力を維持しつつ光素子２０をより一層小型化できる。

なお、この例では、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂの第Ｎ及び第１チャネル型光導波路７_Ｎ及び７_１を直線状とする場合について説明したが、光素子２０を配置するスペースに余裕がある場合には、第Ｎ及び第１チャネル型光導波路７_Ｎ及び７_１として湾曲状光導波路を用いても良い。

続いて、主に、図３（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、基板８、コア１３及びクラッド１２について説明する。コア１３は、基板８の主面８ａ側に設けられたクラッド１２中に配置される。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。

続いて、光素子２０の製造方法について簡単に説明する。光素子２０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を備える光素子２０を得る。

［実施形態２］
次に図４〜図５を参照して、実施形態２の光素子について説明する。図４（Ａ）は、この光素子を示す模式図である。図４（Ｂ）は、この光素子の変形例を示す模式図である。図５はこの光素子の別の変形例を示す模式図である。なお、図４及び図５は、図１と同様に簡略化している。

図４（Ａ）を参照すると、実施形態２の光素子３０を構成する第ｉチャネル型光導波路７_ｉｃは、第１直線部９ａ_ｉと、第１湾曲部９ｂ_ｉと、第２直線部９ｃ_ｉと、第３接続領域７ｄ_ｉと、第４直線部９ｆ_ｉと、第２湾曲部９ｄ_ｉと、第３直線部９ｅ_ｉとを備える。

第１直線部９ａ_ｉは、第１接続領域７ａの一端に接続される。第１湾曲部９ｂ_ｉは、第１直線部９ａ_ｉの出力端に接続され、第２スラブ導波路１０５の位置する方向に向かって直角に屈曲する。第２直線部９ｃ_ｉは、第１湾曲部９ｂ_ｉの出力端に接続される。第３接続領域７ｄ_ｉは、第２直線部９ｃ_ｉの出力端に接続される。第４直線部９ｆ_ｉは、第３接続領域７ｄ_ｉの出力端に接続される。第２湾曲部９ｄ_ｉは、第４直線部９ｆ_ｉの出力端に接続され、第２接続領域７ｂの方向に向かって直角に屈曲する。第３直線部９ｅ_ｉは、第２湾曲部９ｄ_ｉの出力端に接続され、第２接続領域７ｂに接続される。すなわち、光素子３０は、以下の２点が異なっている以外は、光素子２０と略同様に構成されている。

（相違点１）第１及び第２スラブ導波路１０３及び１０５の中心軸が平行ではない点
（相違点２）光路長調整領域７ｃ中に第３接続領域７ｄが設けられている点
以下、これらの相違点について順に説明する。

（相違点１について）
光素子２０では、第１及び第２スラブ導波路の中心軸１０３Ｃ及び１０５Ｃは、平行に配置されていた。しかし、光素子３０では、両中心軸１０３Ｃ及び１０５Ｃが交差するように配置されている。

より詳細には、第１スラブ導波路１０３において、中心軸１０３Ｃから時計回りに測ったＹ軸に平行な第Ｎチャネル型光導波路７_Ｎの接続部とのなす角度をΘ_１とし、第２スラブ導波路１０５において、中心軸１０５Ｃから反時計回りに測ったＹ軸に平行な第Ｎチャネル型光導波路７_Ｎとのなす角度をΘ_２とするとき、Θ_１＝−Θ_２であり、Θ_１≠０である。

なお、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂを構成する第ｉチャネル型光導波路７_ｉの曲率半径は、ｉに拠らず等しい値Ｒ_３０を取る。

（相違点２について）
上述のように、第１及び第２スラブ導波路１０３及び１０５を、それぞれの中心軸１０３Ｃ及び１０５Ｃが交差するように配置すると、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂの第ｉチャネル型光導波路７_ｉａ及び７_ｉｂの光路長の和が一定値とならなくなる。そこで、それを吸収するために、光路長調整領域７ｃに、第３接続領域７ｄを設けている。

第３接続領域７ｄは、第１及び第２接続領域７ａ及び７ｂを構成する第ｉチャネル型導波路７_ｉと等しい曲率半径Ｒ_３０を有している。より詳細には、第３接続領域７ｄの第ｉチャネル型導波路７ｄ_ｉは、第２直線部９ｃ_ｉと第４直線部９ｆ_ｉとの間をなだらかに接続するために、３点を中心とする曲率半径Ｒ_３０の弧を組み合わせて構成されている。ｉ＝２の場合を例に取ると、第３接続領域７ｄ_２は、第３接続領域７ｄ_２のＹ方向下側にある点Ｏ_２を中心とするＲ_３０の円弧と、第３接続領域７ｄ_２のＹ方向上側にある点Ｏ_１を中心とするＲ_３０の円弧と、第３接続領域７ｄ_２のＹ方向下側にある点Ｏ_３を中心とするＲ_３０の円弧とが接続されて構成されている。また、第１、第２及び第３接続領域７ａ，７ｂ及び７ｄを構成する第ｉチャネル型光導波路７_ｉの光路長の和が、ｉによらず等しくなるように、第３接続領域７ｄの光路長が調整されている。これらにより、第１、第２及び第３接続領域７ａ，７ｂ及び７ｄを伝搬する過程で、成分光には、位相差が生じることは無い。

光素子３０では、光素子２０とは異なり、両スラブ導波路１０３及び１０５を平行に配置する必要が無いので、より設計自由度が高まる。

なお、図４（Ｂ）の変形例の光素子４０に示すように、第３接続領域７ｄを第１サブ領域７ｄ−１及び第２サブ領域７ｄ−２に分割し、その間を第５直線部９ｇ_ｉにより接続しても良い。光素子４０も光素子３０と同様の効果を奏する。曲線部と直線部の間での接続ロスを減らすために、直線部９ｃ_ｉと９ｆ_ｉは無いほうが良い。

続いて、図５を参照して、光素子２０の別の変形例について説明する。

この変形例の光素子５０は、光路長調整領域７ｃに設けられる第３接続領域７ｄの形状が、光素子３０及び４０とは異なっている。

光素子５０では、第３接続領域７ｄのＹ方向下側に存在する点Ｏ_２を中心とした曲率半径Ｒ_３０の円弧と、上側に存在する点Ｏ_３を中心とした曲率半径Ｒ_３０の円弧とを直列に組み合わせてＳ字形の第３接続領域７ｄを形成している。

その結果、第３接続領域７ｄ_ｉの前後において、Ｙ方向について第２直線部９ｃ_ｉが第４直線部９ｆ_ｉよりも高い位置に存在する。このように、第３接続領域７ｄ_ｉをＳ字形配置にすることにより、この例の場合、隣接する第３直線部９ｅ_ｊ及び９ｅ_ｊ＋１（例えば、９ｅ_２と９ｅ_３）に光路長差を発生させることができ、波長分離に必要なΔＬの光路長差を得ることが光素子２０〜４０に比べて、より一層容易になる。その結果、光素子５０の素子サイズを一層小型化できる。曲線部と直線部の接続箇所でのロスを低減するために、９ｃ_ｉは無いほうが良い。

［光素子の応用例］
以下、光素子１０〜５０の幾つかの応用例を例示する。まず図６（Ａ）を参照して、第１ＡＷＧの最も一般的な応用例を説明する。図６（Ａ）は、ＷＤＭ通信の概念を示す模式図である。ＡＷＧ１には、例えば、それぞれ異なる波長λ_１〜λ_Ｎの光が入力される。ＡＷＧ１は、上述した波長分離とは逆過程でこれらの波長の光を合波した信号光を、光ファイバＦＢ中を、ＡＷＧ２に向けて伝搬する。また、信号光を受信したＡＷＧ２は、上述と同様にして、信号光に含まれる波長λ_１〜λ_Ｎの光を波長分離して出力する。なお、ＡＷＧ１及び２と光ファイバＦＢとからなるシステムをＷＤＭ回線６０とも称する。また、この例では、ＡＷＧ１からＡＷＧ２への一方向通信のみについて説明したが、ＡＷＧ１及び２間での双方向通信を行うこともできる。

このようなＷＤＭ回線６０を用いた光通信システムは、高速且つ大容量な通信が可能であるために、波長分割多重通信のみでなく、さまざまな分野で応用することができる。なお、ＷＤＭ回線６０を電子回路に用いる場合には、電気信号と光信号とを相互変換するコンバータを両端のコネクタ部に備えたアクティブ光ケーブルを用いることが好ましい。

光素子１０〜５０の代表的な応用例としては、例えばサーバ、光入出力ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）及び光トランシーバが挙げられる。以下、順に説明する。

（サーバ）
図６（Ｂ）〜（Ｄ）を参照して、サーバへの応用について説明する。図６（Ｂ）は、複数のサーバ装置ＳＢが設置されたデータセンタＤＣ_１及びＤＣ_２の模式図である。各データセンタＤＣ_１及びＤＣ_２の双方向通信には、通信速度及び通信容量が大きい上述のＷＤＭ回線６０を用いることが好ましい。

個々のデータセンタＤＣ_１及びＤＣ_２には、複数のサーバＳＢが収容されている。これらのサーバは制御プログラムに従って、双方向通信を行い所定の動作を行う。これらのサーバＳＢ間の通信にも、通信速度及び通信容量が大きいＷＤＭ回線６０を用いることが好ましい。

図６（Ｃ）には、１個のサーバＳＢ（図６（Ｂ））の概略構成を示す。個々のサーバＳＢは、複数のサーバユニットＳＵを備えており、通常複数のサーバユニットＳＵは、双方向の通信回線で接続されている。このサーバユニットＳＵ間を結ぶ通信回線としても上述のＷＤＭ回線６０を用いることが好ましい。

また、個々のサーバユニットＳＵには図６（Ｄ）に示すようなボード基板ＳＵＢが収容されており、この基板ＳＵＢには、例えば、ＩＣチップＩＣ等の電子部品が搭載されている。これらの部品間の配線にも、上述のＷＤＭ回線６０を用いることが好ましい。

このように、従来、サーバＳＵを含むシステムにおいて、電子配線が用いられていた部分をＷＤＭ回線６０に置き換えることで、通信の高速化と大容量化とを達成できる。

（光入出力ＳＳＤについて）
図７を参照して、光入出力ＳＳＤへの応用について説明する。図７に示すように、光入出力ＳＳＤ７０は、光入出力部７２と、光／電気コンバータ７４と、記憶部本体７６とを備える。光入出力部７２には、上述した光素子１０〜５０の何れかを用いることができる。光入出力部７２は、外部から伝送される波長多重光信号を波長ごとに分離して、光／電気コンバータ７４へと出力する。光／電気コンバータ７４は、各波長に対応した複数の電圧信号を生成し、記憶部本体７６へと出力する。記憶部本体７６は、例えば多値ＮＡＮＤフラッシュメモリ等で構成されている。記憶部本体７６では、光／電気コンバータ７４が生成した複数の電圧信号に応じて書き込みが行われ、多値ＮＡＮＤフラッシュメモリのセルに、多値信号が記憶される。

（光トランシーバ）
図８を参照して、光トランシーバへの応用について説明する。図８に示した光トランシーバ８０は、ＷＤＭ−ＰＯＮにおいてＯＮＵに用いられる。不図示の局側から送信されるλ_１〜λ_Ｎの異なる波長の光を含む波長多重光ＩＮは、光ファイバに設けられた光スプリッタＳＰで、各加入者に分岐される。

波長多重光ＩＮが加入者側の光トランシーバ８０に入力されると、光分波器８２によりλ_１〜λ_Ｎの波長に分離される。光分波器８２としては光素子１０〜５０の何れかを用いることができる。このようにして波長分離された各光は波長選択回路８３に送信され、自局に必要な波長の光だけが選択される。選択された波長の光は、光電変換アンプ８４により、光信号から電気信号に変換され、さらに電気的に増幅された上で出力される。

一方、加入者側から局への上り信号は、電気信号が、光変調器８６と波長可変レーザ８５とにより、局から指示された波長の光信号に変換される。この光信号は、光合分波器８１で、下り信号と合波されて、光ファイバ中を局に向かって伝搬される。

７_ｉ 第ｉチャネル型光導波路（ｉは１〜Ｎ）
７ａ 第１接続領域
７ｂ 第２接続領域
７ｃ 光路長調整領域
７ｄ 第３接続領域
７ｄ−１ 第１サブ領域
７ｄ−２ 第２サブ領域
７ｒａ_ｉ，７ｒｂ_ｉ 湾曲光導波路
８ 基板
８ａ 主面
９ａ_ｉ 第１直線部
９ｂ_ｉ 第１湾曲部
９ｃ_ｉ 第２直線部
９ｄ_ｉ 第２湾曲部
９ｅ_ｉ 第３直線部
９ｆ_ｉ 第４直線部
９ｇ_ｉ 第５直線部
１０，２０，３０，４０，５０ 光素子
１１_ｉ 位相調整領域
１２ クラッド
１３ コア
１４ 光導波路
６０ ＷＤＭ回線
７０ 光入出力ＳＳＤ
７２ 光入出力部
７４ 光／電気コンバータ
７６ 記憶部本体
８０ 光トランシーバ
８１ 光合分波器
８２ 光分波器
８３ 波長選択回路
８４ 光電変換アンプ
８５ 波長可変レーザ
８６ 光変調器
１０３ 第１スラブ導波路
１０３Ｃ，１０５Ｃ 中心軸
１０３Ｔ_ｉ，１０５Ｔ_ｉ テーパ状光導波路
１０５ 第２スラブ導波路

Claims (9)

1. それぞれ一端面に１以上の光入出力ポートを有し、互いに形状が等しい第１及び第２スラブ導波路と、
   前記一端面に対向する他端面に、前記一端面上の中心点から等角度間隔且つ等距離で接続され、前記第１及び第２スラブ導波路の間に並列に設けられていて、前記第１及び第２スラブ導波路を接続する第１〜第Ｎチャネル型光導波路（Ｎは３以上の整数）とを備え、
   該第１〜第Ｎチャネル型光導波路は、それぞれ、前記第１スラブ導波路との接続部を含む第１接続領域と、前記第２スラブ導波路との接続部を含む第２接続領域と、前記第１及び第２接続領域を接続する光路長調整領域とを備え、
   前記第１及び第２接続領域では、前記第１及び第２スラブ導波路のそれぞれの前記他端面に、曲率半径が等しい湾曲光導波路で構成される第ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）チャネル型光導波路が接続されるか、又は、第１接続領域の第Ｎチャネル型光導波路、及び第２接続領域の第１チャネル型光導波路が直線状光導波路である以外は、曲率半径が等しい湾曲光導波路で構成される第ｉチャネル型光導波路が接続されており、
   前記第１接続領域の第ｉチャネル型光導波路の光路長と、前記第２接続領域の第ｉチャネル型光導波路の光路長との和が、全てのｉで等しく、
   前記光路長調整領域において、前記第ｉチャネル型光導波路の光路長が、ｉの増減とともに一定値ずつ増加又は減少することを特徴とする光素子。
2. 前記第１〜第Ｎチャネル型光導波路の前記光路長調整領域は、湾曲部と直線部とを備え、
   前記直線部の光路長がｉに従ってΔＬずつ変化する点以外は、互いに等しく構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
3. 前記第１スラブ導波路において、前記他端面に前記中心点を中心として時計まわりに第１〜Ｎチャネル型光導波路が順に設けられており、
   前記中心点を通る中心軸から時計回りに測った前記第Ｎチャネル型光導波路の接続部とのなす角度をΘ_１とし、前記第２スラブ導波路において、前記中心点を通る中心軸から時計回りに測った前記第１チャネル型光導波路とのなす角度をΘ_２とするとき、Θ_１＝Θ_２であり、Θ_１≠０°であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光素子。
4. 前記第ｉチャネル型光導波路の前記光路長調整領域は、
   前記第１接続領域の一端に接続される第１直線部と、
   該第１直線部の出力端に接続され、前記第２スラブ導波路の位置する方向に向かって直角に屈曲する第１湾曲部と、
   該第１湾曲部の一端に接続される第２直線部と、
   該第２直線部の一端に接続され、前記第２接続領域の方向に向かって直角に屈曲する第２湾曲部と、
   該第２湾曲部の一端に接続され、前記第２接続領域に接続される第３直線部とを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光素子。
5. それぞれ一端面に１以上の光入出力ポートを有し、互いに形状が等しい第１及び第２スラブ導波路と、
   前記一端面に対向する他端面に、前記一端面上の中心点から等角度間隔且つ等距離で接続され、前記第１及び第２スラブ導波路の間に並列に設けられていて、前記第１及び第２スラブ導波路を接続する第１〜第Ｎチャネル型光導波路（Ｎは３以上の整数）とを備え、
   該第１〜第Ｎチャネル型光導波路は、それぞれ、前記第１スラブ導波路との接続部を含む第１接続領域と、前記第２スラブ導波路との接続部を含む第２接続領域と、前記第１及び第２接続領域を接続する光路長調整領域と、該光路長調整領域中に設けられる第３接続領域とを備え、
   前記第１〜第３接続領域は、曲率半径が等しい湾曲光導波路で構成される第ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）チャネル型光導波路を備え、
   前記第１接続領域の第ｉチャネル型光導波路の光路長と、前記第２接続領域の第ｉチャネル型光導波路の光路長と、前記第３接続領域における第ｉチャネル型光導波路の光路長との和が、全てのｉで等しいことを特徴とする光素子。
6. 前記第１〜第Ｎ光導波路の前記光路長調整領域は、湾曲部と直線部とを備え、
   直線部の光路長がｉに従ってΔＬずつ変化する点以外は等しく構成されていることを特徴とする請求項５に記載の光素子。
7. 前記第１スラブ導波路において、前記他端面に前記中心点を中心として時計まわりに第１〜Ｎチャネル型光導波路が順に設けられており、
   前記中心点を通る中心軸から時計回りに測った前記第Ｎチャネル型光導波路の接続部とのなす角度をΘ_１とし、前記第２スラブ導波路において、前記中心点を通る中心軸から反時計回りに測った前記第Ｎチャネル型光導波路とのなす角度をΘ_２とするとき、Θ_１＝−Θ_２であり、Θ１≠０°であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光素子。
8. 前記第ｉチャネル型光導波路の前記光路長調整領域は、
   前記第１接続領域の出力端に接続される第１直線部と、
   該第１直線部の出力端に接続され、前記第２スラブ導波路の位置する方向に向かって直角に屈曲する第１湾曲部と、
   該第１湾曲部の出力端に接続される第２直線部と、
   該第２直線部の出力端に接続される前記第３接続領域と、
   該第３接続領域の出力端に接続される第４直線部と、
   該第４直線部の出力端に接続され、前記第２接続領域の方向に向かって直角に屈曲する第２湾曲部と、
   該第２湾曲部の出力端に接続され、前記第２接続領域に接続される第３直線部とを備えることを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の光素子。
9. 前記光路長調整領域に、等価屈折率の異なる位相調整領域を備え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素子。