JP5817147B2 - 光フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、多モード光干渉導波路を備える光フィルタに関する。

近年、インターネットによる情報通信社会の進展に伴い、基幹系ネットワークだけではなく、今後の情報需要や新しいサービスに対応するために、ローカルエリア系ネットワークにも波長多重技術（波長分割多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex））が適用されるようになってきた。ただし、ローカルエリア系ネットワークでは、特にコストやネットワーク管理運用上の観点から、基幹系ネットワークで普及した波長多重方式(ＤＷＤＭ（Dense WDM）方式)ではなく、広い波長範囲を利用する波長多重方式（ＣＷＤＭ（Coarse WDM）方式)を利用するのが一般的である。

波長多重方式を実現する上でのキーデバイスの一つは、所望の波長を選択することのできる波長フィルタであり、ＤＷＤＭ方式においては、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating：アレイ導波路回折格子）が広く用いられてきている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＣＷＤＭ方式においては、広い波長範囲をカバーするフィルタが必要であることからＡＷＧは適当ではなく、これまでは、多層膜フィルタ板を挿入する等の現実的な対応が取られていた。ただし、この方式では、２波長のうちどちらかを選択するという基本的な波長フィルタリングであれば良いが、波長数が増えてくると、多層膜フィルタ板の挿入箇所も増え、機械的挿入であるがための光学的損失も無視できずに限界があった。そこで、半導体レーザや半導体受光素子との集積が容易な、光フィルタの開発が急務となっている。

これに対し、光フィルタのうち、比較的設計自由度が高く、ＣＷＤＭ方式用のフィルタ設計が可能であるものとして、マッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルタが報告されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。

特開平１１−７２６３３号公報

肥田安弘他、「マッハ・ツェンダ干渉計の点対称接続により構成した非正弦的なフィルタ特性を有する波長合分波器」、電子情報通信学会論文誌C-I,Vol.J80-C-I,No.11、社団法人電子情報通信学会、１９９７年１１月、ｐｐ．５１７−５２４ 松尾慎治他、「ラダー型フィルタとリング共振器を用いた波長可変レーザ」、電子情報通信学会技術研究報告 LQE,103(526)、社団法人電子情報通信学会、２００３年１２月、ｐｐ．３３−３６

従来の光導波型フィルタは、アレイ導波路型フィルタであり、出力側スラブ導波路により伝播光を結像させ、出力用導波路に伝播光を導くために、各アレイ導波路間の間隔は中心波長の整数倍を満たすような規則性が必要である。また、従来のＡＷＧは、アレイ導波路の中心線を基準にして正確に左右対称な基本構造にする必要があると共に、ローランド円の構成に従う２つのスラブ導波路を形成しなければならないという製造上の制約がある
という課題がある。

また、従来のマッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルタは、基本的には入射光を２つに分岐した後に、異なる導波路長を経たうえで合波させるもので、２つの経路間の位相差に対応し、位相が合わないものは放射され、位相が整合するものは透過するという原理に基づいている。ただし、所望の透過特性を得る為には、導波方向に数段の重ね合わせを行なう必要があり、その結果、光フィルタの全長が長くなるという課題がある。また、従来のマッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルタは、導波方向に数段の重ね合わせに伴い、構造が複雑化し、歩留り悪化の要因になり、ひいてはコスト高の要因にもなるという課題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、従来の光フィルタと比較して、小型化及び低コスト化を図ると共に、光フィルタを透過させたい所望の波長帯域（以下、透過波長帯域と称す）以外の波長帯域（以下、非透過波長帯域と称す）の迷光（透過波長帯域の信号光ではない混入光）が多モード光干渉導波路の出力ポートから射出されることを抑制して、透過波長帯域の信号光に非透過波長帯域の迷光が混入する現象（クロストーク）を改善することができる光フィルタを提供するものである。

本発明に係る光フィルタにおいては、コア層を有する多モード光干渉導波路と、多モード光干渉導波路の導波方向に対して垂直なコア層における信号光が結像する複数の結像点を含む仮想面のうち当該結像点を除く非結像領域に、コア層の屈折率と異なる屈折率の媒質を介在させてなる迷光除去部と、を備えるものである。

本発明に係る光フィルタにおいては、非透過波長帯域の迷光が多モード光干渉導波路の出力ポートから射出されることを抑制して、透過波長帯域の信号光に対する非透過波長帯域の迷光によるクロストークを改善することができる。

（ａ）は第１の実施形態に係る光フィルタの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は第１の実施形態に係る光フィルタの概略構成の他の例を示す平面図である。 （ａ）は図１に示す光フィルタの矢視Ａ−Ａ'線の断面図であり、（ｂ）は図１に示す光フィルタの矢視Ｂ−Ｂ'線の断面図であり、（ｃ）は図１に示す光フィルタの矢視Ｃ−Ｃ'線の断面図である。 （ａ）は迷光除去部を有しない導波路長２６０μｍ及び導波路幅２０μｍの４×１型多モード光干渉導波路における透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｂ）は迷光除去部を有しない導波路長１５７５μｍ及び導波路幅３０μｍの４×１型多モード光干渉導波路における透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｃ）は図３（ｂ）に示す光フィールドに基づいて迷光除去部を配設した４×１型多モード光干渉導波路の概略構成を示す平面図である。 （ａ）は１×１型多モード光干渉導波路の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は図４（ａ）に示す１×１型多モード光干渉導波路における透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図である。 第１の実施形態に係る光フィルタの原理を説明する説明図であり、（ａ）はおよそ２６ｎｍ毎に透過ピークが表れる場合の透過スペクトルであり、（ｂ）はおよそ１３ｎｍ毎に透過ピークが表れる場合の透過スペクトルである。 第１の実施形態に係る光フィルタの原理を説明する説明図であり、（ａ）はおよそ２６ｎｍ毎に透過ピークが表れる場合の透過スペクトルとおよそ１３ｎｍ毎に透過ピークが表れる場合の透過スペクトルとを重ねた図であり、（ｂ）は図１に示す光フィルタにより得られる透過スペクトルである。 第１の実施形態に係る光フィルタの製造方法を説明する説明図であり、（ａ）は図１に示す光フィルタの矢視Ａ−Ａ'線の断面図に対応するＳＯＩ基板上にＳｉＯ₂膜を堆積した状態の断面図であり、（ｂ）は図１に示す光フィルタの矢視Ａ−Ａ'線の断面図に対応するマスクを形成した状態の断面図であり、（ｃ）は図１に示す光フィルタの矢視Ａ−Ａ'線の断面図に対応するエッチングによりハイメサ構造を形成した状態の断面図である。 （ａ）は迷光除去部を有しない４×１型多モード光干渉導波路を備えた光フィルタと迷光除去部を有する４×１型多モード光干渉導波路を備えた光フィルタによる透過スペクトル図であり、（ｂ）は迷光除去部を有しない４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｃ）は迷光除去部を有する４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図である。 （ａ）は第２の光導波路群の光導波路が３本の場合における光フィルタの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は第２の光導波路群の光導波路が４本の場合における光フィルタの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｃ）は第２の光導波路群の光導波路が６本の場合における光フィルタの概略構成の一例を示す平面図である。 （ａ）は図９（ａ）に示す３×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｂ）は図９（ｂ）に示す４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｃ）は図９（ｃ）に示す６×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図である。 （ａ）は導波路幅２０μｍの４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｂ）は導波路幅３０μｍの４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｃ）は導波路幅４０μｍの４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図である。 （ａ）は図９に示す各光フィルタによる透過スペクトル図であり、（ｂ）は図１１に示す特性を有する各光フィルタによる透過スペクトル図である。 （ａ）は迷光除去部を有しない導波路長１７５０μｍ及び導波路幅３０μｍの６×１型多モード光干渉導波路における透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｂ）は図１３（ａ）に示す光フィールドに基づいて迷光除去部を配設した６×１型多モード光干渉導波路の概略構成を示す平面図である。 （ａ）は図１３（ｂ）に示す６×１型多モード光干渉導波路を備えた光フィルタの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は図１４（ｂ）に示す６×１型多モード光干渉導波路における透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｃ）は図９（ａ）及び図１４（ａ）に示す各光フィルタによる透過スペクトル図である。 実施例に係る光フィルタの第１の光導波路群、第３の光導波路群、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路及びＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路のパラメータを説明するための説明図である。 実施例に係る光フィルタの第２の光導波路群のパラメータを説明するための説明図である。 （ａ）は図１５に示すパラメータの６×１型多モード光干渉導波路における透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、（ｂ）は図１５及び図１６に示すパラメータの光フィルタのうち迷光除去部を有する光フィルタと迷光除去部を有しない光フィルタによる透過スペクトル図である。

（本発明の第１の実施形態）
光フィルタ１００は、基板１０上に、光導波路及び多モード光干渉導波路が配設され、外部から入射された光を分岐し、光の位相を整合させたうえで、光を合波して外部に出射する。このため、光フィルタ１００は、基板１０の一端面１０ａ側における光導波路の端面を入射面とし、基板１０の一端面１０ａに対向する他端面１０ｂ側における光導波路の端面を出射面とする場合に、分波用及び合波用の多モード光干渉導波路をそれぞれ備える必要がある。この場合には、光フィルタ１００は、後述する、第１の光導波路群１、第２の光導波路群２、第３の光導波路群３、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４及びＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５を少なくとも備える（例えば、図１（ａ）参照）。

また、光フィルタ１００は、基板１０の一端面１０ａ側における光導波路の端面を入射面及び出射面とし、基板１０の他端面１０ｂ側における光導波路の端面を反射面とする場合に、分波及び合波を兼用する多モード光干渉導波路を備えればよい。この場合には、光フィルタ１００は、第１の光導波路群１、第２の光導波路群２及びＭ×Ｎ型多モード光干渉導波路４を少なくとも備える（例えば、図１（ｂ）参照）。

なお、本実施形態においては、基板１０の一端面１０ａ側における光導波路の端面を入射面とし、基板１０の他端面１０ｂ側における光導波路の端面を出射面とする場合を例に挙げて説明するが、基板１０の一端面１０ａ側における光導波路の端面を入射面及び出射面とし、基板１０の他端面１０ｂ側における光導波路の端面を反射面とする光フィルタ１００であってもよい。

本実施形態に係る光フィルタ１００は、図１（ａ）に示すように、基板１０上に、入射光導波路としての第１の光導波路群１と、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４と、光位相整合領域２０としての第２の光導波路群２と、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５と、出射光導波路としての第３の光導波路群３とが集積されている。

第１の光導波路群１、第２の光導波路群２、第３の光導波路群３、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４及びＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５は、層構造が同一であり、ハイメサ導波路である。また、これらの断面構造は、図２に示すように、Ｓｉ基板を基材とする基板層１０上に、ＳｉＯ₂からなる第１のクラッド層１１、Ｓｉからなるコア層１２、及びＳｉＯ₂からなる第２のクラッド層１３が、それぞれ積層されたハイメサ構造である。特に、本実施形態においては、第１のクラッド層１１の膜厚は１μｍ程度であり、コア層１２の膜厚は０．３μｍ程度であり、第２のクラッド層１３の膜厚は１μｍ程度である。

また、本実施形態に係る層構造は、光導波路の材料系として、ＳｉＯ₂/Ｓｉ/ＳｉＯ₂構造としているが、この材料系に限定するものではなく、例えば、ＩｎＰ系半導体材料であってもよいし、ＬｉＮｂＯ₃系材料であっても適用可能である。

なお、本実施形態に係る光フィルタ１００は、第１の光導波路群１、第２の光導波路群２、第３の光導波路群３、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４及びＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５をハイメサ導波路としているが、層構造を限定するものではなく、リッジ構造
や埋め込み構造であっても適用可能である。

Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４は、Ｍ（Ｍは１以上の整数）入力かつＮ（Ｎは３以上の整数）出力型である多モード光干渉導波路である。なお、本実施形態においては、Ｍを１とし、Ｎを４とする１×４型多モード光干渉導波路４ａを例に挙げて説明するが、この１×４型多モード光干渉導波路４ａに限られるものではない。特に、本実施形態に係る１×４型多モード光干渉導波路４ａは、光の導波方向に沿った導波路の長さ（以下、導波路長と称す）が１５７５μｍ程度であり、導波路幅が３０μｍ程度である、略矩形状の干渉領域を有する。

Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）入力かつＭ'（Ｍ'は１以上の整数）出力型である多モード光干渉導波路である。なお、本実施形態においては、Ｎを４とし、Ｍ'を１とする４×１型多モード光干渉導波路５ａを例に挙げて説明するが、この４×１型多モード光干渉導波路５ａに限られるものではない。特に、本実施形態に係る４×１型多モード光干渉導波路５ａは、導波路長が１５７５μｍ程度であり、導波路幅が３０μｍ程度である、略矩形状の干渉領域を有する。

また、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５は、図２（ｃ）に示すように、導波方向に対して垂直な仮想面８（信号光が結像する結像点８ａを含むコア層１２）のうち結像点８ａを除く非結像領域８ｂに、コア層１２の屈折率と異なる屈折率の媒質を介在させてなる迷光除去部７を備える。なお、仮想面８とは、例えば、図３（ｂ）に示すように、光干渉の結果、入射光と同じ光フィールドが周期的に現れる結像位置（結像点８ａ）を与える、導波方向に対して垂直な面をいう。

なお、迷光除去部７を構成する媒質は、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の出力ポートから迷光を射出させる割合を低減させるのであれば、特に限定されるものではなく、迷光の伝播方向を変化させる媒質や、迷光を吸収する媒質などが挙げられる。

特に、迷光除去部７は、迷光の伝播方向を変化させる媒質であれば、コア層１２（半導体）との界面で迷光を反射又は屈折させて、迷光の伝播方向を変化させ、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の出力ポート以外の端面（特に、導波方向に平行な面）におけるコア層１１（半導体）と外部（空気）との界面で迷光を全反射させることなく、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の外部に射出させる。

また、迷光除去部７は、コア層１２の媒質（半導体）の屈折率より小さな屈折率の媒質であることにより、コア層１２と迷光除去部７との界面においてコア層１２から迷光除去部７に入射する迷光を全反射させる可能性が高く、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の導波方向に平行な面から外部に射出させることができる。

なお、本実施形態においては、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５が、非結像領域８ｂに対応して、上面からコア層１２の下層（第１のクラッド層１１又は基板層１０）まで達する凹部７ａを有し、迷光除去部７が、凹部７ａ内に介在させる空気である。

この構成は、コア層１２（本実施形態においては、Ｓｉ）の屈折率と比較して空気の屈折率が非常に小さいため、半導体（コア層１２）との屈折率の差を大きくすることができ、半導体（コア層１２）と空気（迷光除去部７）との界面での光の全反射を生じさせ易く、迷光の伝播方向を変化させるうえで有効である。

また、迷光除去部７は、コア層１２にドーピングされる不純物であるならば、コア層１２を光導波路として機能させ、コア層１２の屈折率が迷光除去部７の屈折率より大きくな
るように、コア層１２にも不純物をドーピングする必要がある。

また、迷光除去部７は、迷光を吸収する媒質とするならば、例えば、シリコーン樹脂を母材としてカーボンブラックを混合した光吸収体を凹部７ａ内に配設する。この構成により、迷光除去部７は、迷光を吸収して、迷光の伝播方向を変化させる媒質と同様に、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の出力ポートから迷光を射出させる割合を低減させることができる。

ここで、迷光除去部７を有さず、導波路長が２６０μｍであり、導波路幅が２０μｍである、４×１型多モード光干渉導波路において、例えば、透過波長帯域をUpstream（１２６０ｎｍ〜１２８０ｎｍ）として透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図３（ａ）に示すように、４×１型多モード光干渉導波路の入力ポート側の端面から所定の距離毎に結像点８ａ及び非結像領域８ｂが表れる。

そこで、図３（ａ）に示す光フィールドに基づき、４×１型多モード光干渉導波路５ａにおける信号光の非結像領域８ｂに迷光除去部７を配設するのであるが、図３（ａ）に示す光フィールドでは、個々の非結像領域８ｂの平面形状における面積が狭いため、有効な迷光除去部７を形成することができない。

このため、本実施形態においては、一の仮想面８における結像点８ａのスポット数を少なく（例えば、２箇所に）出現させて個々の非結像領域８ｂの平面形状における面積を広くするように、導波路長１５７５μｍ及び導波路幅３０μｍの４×１型多モード光干渉導波路において、透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした（図３（ｂ）参照）。

そして、本実施形態においては、図３（ｂ）に示す光フィールドに基づき、図３（ｃ）に示すように、４×１型多モード光干渉導波路５ａの入力ポート側の端面から５００μｍ近傍の距離にある非結像領域８ｂに対応させて、当該非結像領域８ｂの領域に収まる平面形状（導波方向に対して傾斜したテーパー面を有する形状）で迷光除去部７を配設した。

なお、迷光除去部７を配設する位置は、有効な迷光除去部７を形成することができ、非結像領域８ｂに配設することができるのであれば、この距離にある非結像領域８ｂに限られるものではない。

また、迷光除去部７の平面形状は、透過設定波長の信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドで得られる、非結像領域８ｂの領域に収まる平面形状であれば、導波方向に対して傾斜したテーパー面を有する形状に限られるものでない。

また、多モード光干渉導波路は、公知の技術を用いて設計できるのであるが、例えば、ＭＭＩ（Multimode Interference：多モード干渉）理論に基づいて、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４及びＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５を、以下のように設計することができる。

多モード光干渉導波路の長さ（Ｌπ）の式は、下記数１のように示すことができる。ただし、数１の式に示す、Ｗ_eは多モード干渉領域の実効幅を表し、ｎ_rは導波路（コア）の実効屈折率を表し、ｎ_cはクラッドの実効屈折率を表し、λ₀は入射光波長（中心波長）を表す。また、σはＴＥモードのときσ＝０を表し、ＴＭモードのときσ＝１を表す。
〔数１〕
Ｗ_e＝Ｗ₁＋（λ₀／π）（ｎ_c／ｎ_r）²σ（ｎ_r ²−ｎ_c ²）^-1/2
Ｌπ＝４ｎ_rＷ_e ²／３λ₀ ・・・（１）
また、多モード光干渉導波路は、下記数２の式で表されるとき、１×Ｎ型の光導波路として動作することができる。また、多モード光干渉導波路は、下記数３の式で表されるとき、Ｍ×Ｎ型の光導波路として動作することができる。なお、Ｍ及びＮは正の整数であり、入力側のＭは１であってもよく、出力側のＮは２以上とすることができる。ただし、数２及び数３の式に示すＬ_MMIは、多モード光干渉導波路の長さを表す。
〔数２〕
Ｌ_MMI＝（３／４Ｎ）Ｌπ（Ｎは正の整数） ・・・（２）
〔数３〕
Ｌ_MMI＝（３／Ｎ）Ｌπ（Ｎは正の整数） ・・・（３）
ここで、上記数２のＮを１とした１×１型多モード光干渉導波路（図４（ａ）参照）において、例えば、透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした場合には、図４（ｂ）に示す光フィールドが得られる。

図４（ｂ）に示すように、１×１型多モード光干渉導波路の導波路長Ｌ₁×₁の半分の長さが２×１型多モード光干渉導波路の導波路長Ｌ₂×₁となり、１×１型多モード光干渉導波路の中央における非結像領域８ｂに迷光除去部７を配設することが、迷光を除去するうえで、最も効果的である。

なお、図４（ｂ）に示すように、１×１型多モード光干渉導波路の入力ポート（又は出力ポート）側から４分の１の領域が１×４型多モード光干渉導波路（又は４×１型多モード光干渉導波路）に対応しており、１×１型多モード光干渉導波路の導波路長Ｌ₁×₁の４分の１の長さが本実施形態に係る４×１型多モード光干渉導波路５ａの導波路長Ｌ₁×₄として設定すればよいことになる。

第１の光導波路群１は、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４の入力側の各ポート（入力ポート）に一端がそれぞれ接続されるＭ本の光導波路からなる。また、第１の光導波路群１は、各光導波路の他端を入射面とする。なお、本実施形態においては、１×４型多モード光干渉導波路４ａを例に挙げて説明するために、第１の光導波路群１は、１本の光導波路（以下、入射光導波路１ａと称す）からなる。特に、本実施形態に係る入射光導波路１ａは、導波路長が５０μｍ程度であり、導波路幅が１．０μｍ程度である、直線領域のみからなる直線導波路である。また、入射光導波路１ａは、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４の入力側の辺に対して略中央に接続されている。

第２の光導波路群２は、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４の出力側の各ポート（以下、分岐ポートと称す）に一端がそれぞれ接続され、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の入力側の各ポート（以下、合波ポートを称す）に他端がそれぞれ接続されるＮ本の光導波路からなる。また、第２の光導波路群２は、Ｎ本の光導波路のうち、一の光導波路の長さが、他の光導波路の長さと異なる。すなわち、一の光導波路及び他の光導波路は、１本又は複数本の光導波路であり、第２の光導波路群２は、二種以上の異なる長さを有するＮ本の光導波路からなる。

なお、本実施形態においては、１×４型多モード光干渉導波路４ａ及び４×１型多モード光干渉導波路５ａを例に挙げて説明するために、第２の光導波路群２は、４本の光導波路からなる。

また、第２の光導波路群２は、直線領域のみからなる直線導波路（第２の位相整合導波路２ｂ）と、直線領域及び曲線領域からなる曲線導波路（第１の位相整合導波路２ａ、第３の位相整合導波路２ｃ、第４の位相整合導波路２ｄ）とから構成され、各光導波路の導波路長を互いに異ならせているが、二種以上の異なる長さを有する４本の光導波路から構成されるのであれば、例えば、４本の光導波路のうち、３本の光導波路の導波路長を同一
とし、残り１本の光導波路の導波路長を異ならせてもよい。

また、第２の光導波路群２は、直線導波路（第２の位相整合導波路２ｂ）と曲線導波路（第１の位相整合導波路２ａ、第３の位相整合導波路２ｃ、第４の位相整合導波路２ｄ）とから構成されているが、二種以上の異なる長さを有する４本の光導波路から構成されるのであれば、直線導波路及び曲線導波路の組合せに限られるものではなく、例えば、第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）を曲線導波路で形成し、４本の光導波路を全て曲線導波路で構成してもよい。特に、第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）に対して導波路長を同じくする曲線導波路に変更した場合には、光位相整合領域２０の領域長が短くなり、光フィルタ１００素子の全長を短くすることができる。また、第２の光導波路群２は、曲線導波路の替わりに、屈曲領域を含む光導波路であってもよいが、屈曲領域における伝播光の放射による光の伝播ロスが生じるために、曲線導波路にすることが好ましい。

第２の光導波路群２は、図１（ａ）に示すように、１×４型多モード光干渉導波路４ａ及び４×１型多モード光干渉導波路５ａ間に、第１の位相整合導波路２ａ、第２の位相整合導波路２ｂ、第３の位相整合導波路２ｃ及び第４の位相整合導波路２ｄが並設され、１×４型多モード光干渉導波路４ａの分岐ポート及び４×１型多モード光干渉導波路５ａの合波ポートにおいて等間隔でそれぞれ接続される。

特に、光位相整合領域２０が領域長として１００μｍ程度であるために、光位相整合領域２０の領域長に一致する第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）は、導波路長が１００μｍ程度であり、導波路幅が１．０μｍ程度である。

第４の位相整合導波路２ｄは、後述する数５に基づき、光フィルタ１００からの透過光の繰り返しピークの間隔（以下、波長ピーク周期と称す）Δλがおよそ１３ｎｍとなるように、後述する数４に基づき、第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）の導波路長に対する第４の位相整合導波路２ｄの導波路長の差Δｄがおよそ５２μｍだけ第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）よりもその長さが長くなるように設定されている。

このため、第４の位相整合導波路２ｄは、図１（ａ）に示すように、曲率半径Ｒがおよそ２３μｍである略Ｓ字の曲線領域を光位相整合領域２０の中央で結合し、その前後（１×４型多モード光干渉導波路４ａ側及び４×１型多モード光干渉導波路５ａ側）におよそ４μｍ程度の長さの直線領域がそれぞれ配置された構成の光導波路である。

第１の位相整合導波路２ａ及び第３の位相整合導波路２ｃは、第４の位相整合導波路２ｄと同様に、後述する数５に基づき、波長ピーク周期Δλがおよそ２６ｎｍとなるように、後述する数４に基づき、第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）の導波路長に対する第３の位相整合導波路２ｃの導波路長の差Δｄがおよそ２７μｍだけ第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）よりもその長さが長くなるように設定されている。

このため、第１の位相整合導波路２ａ及び第３の位相整合導波路２ｃは、図１（ａ）に示すように、曲率半径Ｒがおよそ１２μｍである略Ｓ字の曲線領域を光位相整合領域２０の中央で結合し、その前後（１×４型多モード光干渉導波路４ａ側及び４×１型多モード光干渉導波路５ａ側）におよそ２６μｍ程度の長さの直線領域がそれぞれ配置された構成の光導波路である。

第３の光導波路群３は、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の出力側の各ポート（出力ポート）に一端がそれぞれ接続されるＭ'本の光導波路からなる。また、第３の光導波路群３は、各光導波路の他端を出射面とする。なお、本実施形態においては、４×１型多モード光干渉導波路５ａを例に挙げて説明するために、第３の光導波路群３は、１本の光導
波路（以下、出射光導波路３ａと称す）からなる。特に、本実施形態に係る出射光導波路３ａは、導波路長が５０μｍ程度であり、導波路幅が１．０μｍ程度である、直線領域のみからなる直線導波路である。

以下、本実施形態に係る光フィルタ１００によって、小型の光フィルタが実現できる原理を説明する。

一般に、多モード光干渉導波路でＮ分岐された波長λ₀の光は、それぞれの振幅が等しく、また、それぞれの位相が各分岐ポート間で相対的に決まった位相で出力される。

例えば、本実施形態に係る１×４型多モード光干渉導波路４ａでは、４出力側の分岐ポートにおいて、略中央に位置する、第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）に接続する分岐ポート（以下、第２の分岐ポートと称す）及び第３の位相整合導波路２ｃに接続する分岐ポート（以下、第３の分岐ポートと称す）から出力される光の位相を０とした場合に、その略中央の２つの分岐ポート（第２の分岐ポート、第３の分岐ポート）の外側に位置する第１の位相整合導波路２ａに接続する分岐ポート（以下、第１の分岐ポートと称す）及び第４の位相整合導波路２ｄに接続する分岐ポート（以下、第４の分岐ポートと称す）から出力される光の位相はπ／３となる。

したがって、Ｎ分岐された光を、再び、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５で合波させる場合には、例え、Ｎ本の全ての光導波路を伝播する光の振幅が等しくても、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の各合波ポート間で相対的に決まった位相で入力しないと、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５を用いて確実に合波することができず、一部もしくは大部分の光はＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５から放射してしまうことになる。

すなわち、相対的に決まった位相でＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の各合波ポートに光が入力されていない場合は、光損失が生じ、光は光フィルタ１００を完全には透過しなくなることを意味する。このため、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４を用いてＮ分岐した光を、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５で合波させる場合は、光位相整合領域２０を用いて、入力側の各合波ポート間で相対的に決まった位相でＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に光を入力させる必要がある。

なお、本実施形態に係る４×１型多モード光干渉導波路５ａでは、４入力側の合波ポートにおいて、略中央に位置する、第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）に接続する合波ポート（以下、第２の合波ポートと称す）及び第３の位相整合導波路２ｃに接続する合波ポート（以下、第３の合波ポートと称す）に入力される光の位相を０とした場合に、その略中央の２つの合波ポート（第２の合波ポート、第３の合波ポート）の外側に位置する第１の位相整合導波路２ａに接続する合波ポート（以下、第１の合波ポートと称す）及び第４の位相整合導波路２ｄに接続する合波ポート（以下、第４の合波ポートと称す）での光の位相は５π／３として入力させるようにすればよい。

具体的には、１×４型多モード光干渉導波路４ａの各分岐ポートにおける略中央の２つの分岐ポート（第２の分岐ポート、第３の分岐ポート）の外側に位置する２つの分岐ポート（第１の分岐ポート、第４の分岐ポート）から出力された光が、４×１型多モード光干渉導波路５ａの各ポートにおける略中央の２つの合波ポート（第２の合波ポート、第３の合波ポート）の外側に位置する２つの合波ポート（第１の合波ポート、第４の合波ポート）に至るまでに、その略中央の２つの合波ポート（第２の合波ポート、第３の合波ポート）に入力される光との位相差が５π／３となるように、第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）に対して第１の位相整合導波路２ａ及び第４の位相整合導波路２ｄの長さを共に長くすれば、この位相差を得ることができる。

ここで、多モード光干渉導波路の各分岐ポートから並設する複数の光導波路のうち、中心とする光導波路の導波路長に対する、中心とする光導波路の外側にある光導波路の導波路長との差をΔｄとすると、下記数４の式で表される。ただし、数４の式に示す、ｎ_eqは光位相整合領域の光導波路の等価屈折率であり、Φ₀は初期整合位相であり、ｍは整数である。
〔数４〕
Δｄ＝λ₀（Φ₀＋２π（ｍ−１））／２πｎ_eq ・・・（４）
なお、本実施形態においては、前述したように、１×４型多モード光干渉導波路４ａの４出力側の分岐ポートにおいて、その略中央の２つの分岐ポート（第２の分岐ポート、第３の分岐ポート）から出力される光の位相を０とした場合に、その略中央の２つの分岐ポートの外側に位置する２つの分岐ポート（第１の分岐ポート、第４の分岐ポート）から出力される光の位相はπ／３となることと、４×１型多モード光干渉導波路５ａの４入力側の合波ポートにおいて、その略中央の２つの合波ポート（第２の合波ポート、第３の合波ポート）に入力される光の位相を０とした場合に、その略中央の２つの合波ポートの外側に位置する２つの合波ポート（第１の合波ポート、第４の合波ポート）での位相は５π／３となることとから、初期整合位相Φ₀は、Φ₀＝５π／３−π／３で与えられる。

ここで、数４を参照すると、第２の位相整合導波路２ｂ（直線導波路）の導波路長に対する第１の位相整合導波路２ａ、第３の位相整合導波路２ｃ及び第４の位相整合導波路２ｄの導波路長の差Δｄは、必ずしも１つの値に限られるわけではなく、ｍの関数であることがわかる。このことから、ある整数ｍにおけるΔｄと同一の値であるΔｄが、整数ｍとは異なる整数ｍ'及び波長λ₀とは別の波長λ'によって実現できることを意味する。

すなわち、本願発明に係る光フィルタ１００は、ある一定のＦＳＲ（Free Spectral Range：自由スペクトル領域）を有する波長フィルタであることがわかる。このＦＳＲを波長ピーク周期Δλとすると、波長ピーク周期Δλは、下記数５の式で表される。
〔数５〕
Δλ＝λ₀／ｍ ・・・（５）
このように、本願発明に係る光フィルタ１００は、以上に説明した原理に従い、波長ピーク周期Δλを自由に設定することができるという特徴を有している。

ここで、本実施形態では、第１の位相整合導波路２ａ及び第３の位相整合導波路２ｃの導波路長の長さと第４の位相整合導波路２ｄの導波路長の長さとを異なる長さとしているが、仮に、第１の位相整合導波路２ａ、第３の位相整合導波路２ｃ及び第４の位相整合導波路２ｄの導波路長が全て同じ長さであり、かつ、数４及び数５を満たすように設計した場合には、その透過スペクトルが、例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すようになる。

なお、図５（ａ）は、波長ピーク周期Δλがおよそ２６ｎｍになるように、第１の位相整合導波路２ａ（第３の位相整合導波路２ｃ、第４の位相整合導波路２ｄ）の導波路長を設定した場合における光フィルタ１００による透過スペクトルであり、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率である。また、図５（ｂ）は、波長ピーク周期Δλがおよそ１３ｎｍになるように、第１の位相整合導波路２ａ（第３の位相整合導波路２ｃ、第４の位相整合導波路２ｄ）の導波路長を設定した場合における光フィルタ１００による透過スペクトルであり、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率である。

この図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、数４及び数５を満たすように、第１の位相整合導波路２ａ、第３の位相整合導波路２ｃ及び第４の位相整合導波路２ｄを設計することで、光フィルタ１００として、波長ピーク周期Δλの異なる透過スペクトルを自由に
実現することができる。

その一方で、透過スペクトルの一つの透過ピークの線幅と波長ピーク周期Δλとは直接的に相関し、透過ピークの線幅を狭くしようとすると、波長ピーク周期Δλも同時に狭くなってしまう。特に、第１の位相整合導波路２ａ、第３の位相整合導波路２ｃ及び第４の位相整合導波路２ｄの導波路長が全て同じ長さでは、波長域を広い範囲で使うことが想定されるローカルエリア系ネットワークの用途として、光フィルタ１００の適用が困難である。

そこで、本実施形態に係る光フィルタ１００は、更に次のような動作原理をも有している。

通常、前述したように、波長ピーク周期Δλと一つの透過ピークの線幅とを個別に設計する場合には、透過特性の異なる光フィルタを直列的にいくつか接続（従属接続）し、それぞれの透過特性の積として、所望の透過特性を設計することができる。例えば、背景技術で説明したマッハ・ツェンダ型やラダー型の光フィルタは、その代表例である。

本願発明においても、マッハ・ツェンダ型やラダー型の光フィルタと同様に、波長ピーク周期Δλが２６ｎｍの波長フィルタと波長ピーク周期Δλが１３ｎｍの波長フィルタとを、導波方向に従属接続した形に集積すれば、図６（ａ）に示す２つの波長フィルタの透過特性の積として、図６（ｂ）に示す透過特性が得られる。すなわち、図６（ｂ）に示す透過特性は、波長ピーク周期Δλとしてはおよそ２６ｎｍであるが、中心波長における線幅としては狭い線幅の透過スペクトルが得られる。これは、波長ピーク周期Δλが２６ｎｍの波長フィルタにおける透過ピークによる山又は谷と、波長ピーク周期Δλが１３ｎｍの波長フィルタにおける透過ピークによる谷又は山とを合わせて、透過ピークを減少させて、サイドモードを抑圧した結果である。なお、図６（ａ）において、実線が波長ピーク周期Δλが１３ｎｍの波長フィルタの透過特性を示し、破線が波長ピーク周期Δλが２６ｎｍの波長フィルタの透過特性を示している。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）において、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率である。

しかしながら、このような従属接続を行なう場合には、複数の波長フィルタを導波方向に直列的に接続しなければならず、光フィルタ１００の長さが必然的に長くなってしまうという課題があり、光フィルタ１００の小型化及び低コスト化という観点からは好ましくない。

本実施形態に係る光フィルタ１００においては、この従来の課題を解決すべく、第１の位相整合導波路２ａ（第３の位相整合導波路２ｃ）及び第４の位相整合導波路２ｄの導波路長が互いに異なる長さとすることで、複数の波長フィルタを従属接続することなく、図６（ｂ）に示す透過特性を実現し得ることが、発明者の最近の研究結果からわかった。

従って、本実施形態に係る光フィルタ１００においては、複数の異なる透過スペクトルの積が、光フィルタ１００の全長を長くすることなく実現できることになり、波長ピーク周期Δλ及び線幅の自由な設定だけではなく、従来技術では達成が困難であった光フィルタ１００の小型化及び低コスト化までをも実現できることになる。

つぎに、図７を参照して、本実施形態に係る光フィルタ１００の製造方法を説明する。

まず、通常のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板３０上に、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法を用いて、ＳｉＯ₂膜４０を堆積する（図７（ａ））。

そして、ステッパ（縮小投影露光装置）によるフォトリソグラフィ法を用いて、図１（ａ）に示す、第１の光導波路群１、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４、第２の光導波路群２、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５（迷光除去部７の凹部７ａとなる領域を除く）及び第３の光導波路群３の平面形状に合わせて、エッチング用のマスク５０を形成する（図７（ｂ））。

このマスク５０を用いて、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）法によりドライエッチングを施して、第２のクラッド層１３となるＳｉＯ₂膜４０、コア層１２となるＳＯＩ基板３０のＳｉ層、及び第１のクラッド層１１となるＳＯＩ基板３０のＳｉＯ₂層における不要な部分を除去し、断面形状としてハイメサ構造を形成すると共に、迷光除去部７の凹部７ａを形成する（図７（ｃ））。なお、図７（ｃ）においては、エッチングの進行が、ＳＯＩ基板３０の基板層１０の表面まで達して一部が除去されており、基板層１０にエッチング底面１０ｃを図示している。

この後、第２のクラッド層１３の直上にあるマスク５０を、有機溶剤及びアッシング法により除去する（図２（ａ））。

そして、複数の光フィルタ１００素子が形成された基板１０に対して、光フィルタ１００素子間の境界に沿って劈開することで、図１（ａ）及び図２に示す構造を有する光フィルタ１００素子を得ることができる。この劈開により、光フィルタ１００素子の後方端面（基板１０の一端面１０ａ、入射光導波路１ａの入射面）及び前方端面（基板１０の他端面１０ｂ、出射光導波路３ａの出射面）がそれぞれ形成される。

最後に、前方端面及び後方端面に反射防止膜をそれぞれ形成して、光フィルタ１００素子の製造を終了する。なお、図１（ｂ）に示す光フィルタ１００の場合には、前方端面（基板１０の一端面１０ａ、入射光導波路１ａの入射面）に反射防止膜を形成し、後方端面（基板１０の他端面１０ｂ、第２の光導波路群２の出射面）に高反射膜を形成して、光フィルタ１００素子の製造を終了する。

なお、本実施形態に係る製造方法においては、フォトリソグラフィ法にステッパを用いているが、必ずしもこれに限られるわけではなく、例えば、電子ビーム露光装置であっても適用可能である。

また、本実施形態に係る製造方法においては、ＳｉＯ₂膜４０の形成に熱ＣＶＤ法を用いているが、例えば、プラズマＣＶＤ法であっても、スパッタ法であっても適用可能である。

また、本実施形態に係る製造方法においては、ハイメサ構造の製造工程をＩＣＰ法に限られるものではなく、例えば、ＮＬＤ（magnetic neutral loop discharge）法、もしくはＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング ）法であっても適用可能である。

さらに、本実施形態に係る製造方法においては、エッチングの進行を基板層１０にまで到達させたハイメサ構造としているが、必ずしも基板層１０にまでエッチングを施す必要はなく、コア層１２となるＳＯＩ基板３０のＳｉ層がエッチングされていればよく、例えば、メサ構造であってもよい。

また、本実施形態に係る製造方法においては、光フィルタ１００素子の後方端面及び前方端面の形成は、必ずしも劈開である必要はなく、例えば、光フィルタ１００素子を切り出した後に研磨してもよいし、切り出した光フィルタ１００素子の後方端面及び前方端面
に、コーティング等を施してもよい。

以上のように、本実施形態に係る光フィルタ１００は、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４及びＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５間に、Ｎ本（Ｎは３以上の整数）の光導波路からなる第２の光導波路群２を備え、第２の光導波路群２のうち、一の光導波路の長さが、他の光導波路の長さと異なることにより、波長ピーク周期Δλを自由に設定することができ、ある一定のＦＳＲを有することができるという作用効果を奏する。

特に、従来のマッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルタは、透過光と非透過光との比を大きくする（透過ピークの線幅を狭める）ために、同一の透過特性を有する光フィルタを従属接続（例えば、２段）する必要があった。

これに対し、本実施形態に係る光フィルタ１００は、第２の光導波路群２を二種以上（例えば、１本の直線導波路と、同一の導波路長である２本の曲線導波路との二種類）の光導波路にすることにより、従来のマッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルタによる従属接続（例えば、２段）と同様に、透過ピークの線幅を狭めることができる。そのうえ、光フィルタ１００は、多段の従属接続が不要であり、構成として比較的単純である光フィルタを実現することができるという作用効果を奏する。

また、波長域を広い範囲で使うことが想定されるローカルエリア系ネットワークに光フィルタ１００を適用する場合に、第２の光導波路群２が、三種以上の異なる長さを有するＮ本の光導波路からなることにより、異なる帯域フィルタを集積することと同じ作用効果を、光フィルタのサイズを大きくすることなく実現することができるという作用効果を奏する。

さらに、本実施形態に係る光フィルタ１００においては、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５における信号光の非結像領域８ｂに迷光除去部７を配設することにより、図８（ａ）に示すように、透過設定波長１２７０±５ｎｍの透過率に対する非透過設定波長１３２０±１０ｎｍの透過率を、−１２ｄＢ程度（迷光除去部７を有しない場合）から−１８ｄＢ程度（迷光除去部７を有する場合）まで低減することができるという作用効果を奏する。なお、図８（ａ）において、実線が迷光除去部７を有するＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５を備えた光フィルタ１００による透過特性を示し、破線が迷光除去部７を有しないＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５を備えた光フィルタ１００による透過特性を示す。また、図８（ａ）において、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率［ｄＢ］である。

また、迷光除去部７を有しない４×１型多モード光干渉導波路において、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図８（ｂ）に示すように、４×１型多モード光干渉導波路の出力ポート側の端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度が強いことがわかる。

これに対し、本実施形態に係る迷光除去部７を有する４×１型多モード光干渉導波路５ａにおいて、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図８（ｃ）に示すように、４×１型多モード光干渉導波路５ａの出力ポート側の端面で迷光が分散して射出され、当該端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度が弱くなっていることがわかる。

すなわち、本実施形態に係る光フィルタ１００においては、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５における信号光の非結像領域８ｂに迷光除去部７を配設することにより、非透過波長帯域の迷光が出力ポートから射出されることを抑制して、透過波長帯域の信号光に非透過波長帯域の迷光が混入する現象（クロストーク）を改善することができるという作用
効果を奏する。

なお、本実施形態に係る光フィルタ１００は、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５における信号光の非結像領域８ｂに迷光除去部７を配設する場合について説明したが、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４における信号光の非結像領域８ｂに迷光除去部７を配設する場合についても同様の作用効果を奏する。

また、本実施形態に係る光フィルタ１００は、第４の位相整合導波路２ｄの略Ｓ字の曲線領域における曲率半径Ｒを２３μｍとし、第１の位相整合導波路２ａ及び第３の位相整合導波路２ｃの略Ｓ字の曲線領域における曲率半径Ｒを１２μｍとしているが、所望の導波路長の差Δｄが実現できるのであれば、この曲率半径に限られるものではない。

また、本実施形態に係る入射光導波路１ａ及び出射光導波路３ａは、直線導波路としているが、必ずしも直線導波路である必要はなく、例えば、テーパー構造等によるスポットサイズ変換機能を直線導波路の一部に持たせ、光ファイバーとの光結合効率を高める構造であってもよい。
また、本実施形態に係る光フィルタ１００は、必ずしも従属接続を否定するものではなく、従属接続が併用されていても問題はない。

さらに、本実施形態に係る光フィルタ１００においては、第１の光導波路群１、第２の光導波路群２、第３の光導波路群３、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路４及びＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の一部を、ＰＮ接合間に活性層を有する層構造にして、アクティブ化することによって光損失の補償も実現できる。すなわち、この層構造では、ＰＮ接合間に順バイアスを加えて、正孔と電子が活性層に閉じ込められ、再結合して発光した光により、光導波路を伝播するうちに損失した光を補償することができるという作用効果を奏する。

（その他の実施形態）
図９（ａ）は第２の光導波路群の光導波路が３本の場合における光フィルタの概略構成の一例を示す平面図であり、図９（ｂ）は第２の光導波路群の光導波路が４本の場合における光フィルタの概略構成の一例を示す平面図であり、図９（ｃ）は第２の光導波路群の光導波路が６本の場合における光フィルタの概略構成の一例を示す平面図である。図１０（ａ）は図９（ａ）に示す３×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、図１０（ｂ）は図９（ｂ）に示す４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、図１０（ｃ）は図９（ｃ）に示す６×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図である。図１１（ａ）は導波路幅２０μｍの４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、図１１（ｂ）は導波路幅３０μｍの４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、図１１（ｃ）は導波路幅４０μｍの４×１型多モード光干渉導波路における非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図である。図１２（ａ）は図９に示す各光フィルタによる透過スペクトル図であり、図１２（ｂ）は図１１に示す特性を有する各光フィルタによる透過スペクトル図である。図１３（ａ）は迷光除去部を有しない導波路長１７５０μｍ及び導波路幅３０μｍの６×１型多モード光干渉導波路における透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示す光フィールドに基づいて迷光除去部を配設した６×１型多モード光干渉導波
路の概略構成を示す平面図である。図１４（ａ）は図１３（ｂ）に示す６×１型多モード光干渉導波路を備えた光フィルタの概略構成の一例を示す平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ｂ）に示す６×１型多モード光干渉導波路における透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、図１４（ｃ）は図９（ａ）及び図１４（ａ）に示す各光フィルタによる透過スペクトル図である。図１５は実施例に係る光フィルタの第１の光導波路群、第３の光導波路群、Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路及びＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路のパラメータを説明するための説明図である。図１６は実施例に係る光フィルタの第２の光導波路群のパラメータを説明するための説明図である。図１７（ａ）は図１５に示すパラメータの６×１型多モード光干渉導波路における透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした光フィールドを示す説明図であり、図１７（ｂ）は図１５及び図１６に示すパラメータの光フィルタのうち迷光除去部を有する光フィルタと迷光除去部を有しない光フィルタによる透過スペクトル図である。図９乃至図１７において、図１乃至図８と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

第１の実施形態においては、透過波長帯域の信号光に非透過波長帯域の迷光が混入する現象（クロストーク）を改善するために、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を配設した場合について説明したが、本実施形態においては、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を配設することなく、後述するパラメータを変化させることにより、クロストークの改善を試みた。

まず、本実施形態においては、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を配設することなく、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を変化させることにより、クロストークを改善することができるかについて検討した。

図９（ａ）に示す光フィルタ１００は、導波路長３１０μｍ及び導波路幅２０μｍの１×３型多モード光干渉導波路４並びに３×１型多モード光干渉導波路５を備え、第２の光導波路群２が、１本の直線導波路と、２本の曲線導波路とから構成され、三種類の異なる長さを有する３本の光導波路からなる。また、図９（ｂ）に示す光フィルタ１００は、導波路長２３５μｍ及び導波路幅２０μｍの１×４型多モード光干渉導波路４並びに４×１型多モード光干渉導波路５を備え、第２の光導波路群２が、１本の直線導波路と、３本の曲線導波路とから構成され、三種類の異なる長さを有する４本の光導波路からなる。また、図９（ｃ）に示す光フィルタ１００は、導波路長１６０μｍ及び導波路幅２０μｍの１×６型多モード光干渉導波路４並びに６×１型多モード光干渉導波路５を備え、第２の光導波路群２が、１本の直線導波路と、５本の曲線導波路とから構成され、四種類の異なる長さを有する６本の光導波路からなる。

図９に示す各光フィルタ１００は、図１２（ａ）に示すように、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を増加させることにより、透過設定波長１２７０±５ｎｍの透過率に対する非透過設定波長１３２０±１０ｎｍの透過率を低減することがわかる。

特に、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を３本から４本に増加させた場合の透過率の下げ幅は、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を４本から６本に増加させた場合の透過率の下げ幅より、顕著に大きいことがわかる。

これは、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数が奇数の場合に、入力ポートの１つが、多モード光干渉導波路の入力ポート側の端面の中央に配設され、出力ポートの対向する位置にあり、多モード光干渉導波路の出力ポート側の端面の中
央（出力ポート）に迷光が結像する傾向にあると考えられる。逆に、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数が偶数の場合には、入力ポートの１つが、多モード光干渉導波路の入力ポート側の端面の中央に配設されず、出力ポートの対向する位置になく、多モード光干渉導波路の出力ポート側の端面の中央（出力ポート）に迷光が結像しない傾向にあると考えられる。すなわち、透過率の下げ幅の顕著な違いは、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を、奇数（３本）から偶数（４本）に増加させた場合と、偶数（４本）から偶数（６本）に増加させた場合との違いにあると考えられる。

なお、図１２（ａ）において、実線が図９（ｃ）に示す光フィルタ１００の透過特性を示し、破線が図９（ｂ）に示す光フィルタ１００の透過特性を示し、一点鎖線が図９（ａ）に示す光フィルタ１００の透過特性を示す。また、図１２（ａ）において、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率［ｄＢ］である。

また、図９（ａ）に示す３×１型多モード光干渉導波路５において、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図１０（ａ）に示すように、３×１型多モード光干渉導波路５の出力ポート側の端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度が強いことがわかる。

これに対し、図９（ｂ）に示す４×１型多モード光干渉導波路５において、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図１０（ｂ）に示すように、４×１型多モード光干渉導波路５の出力ポート側の端面で迷光が分散して射出され、当該端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度が弱くなっていることがわかる。

これに対し、図９（ｃ）に示す６×１型多モード光干渉導波路５において、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図１０（ｃ）に示すように、６×１型多モード光干渉導波路５の出力ポート側の端面で迷光がさらに分散して射出され、当該端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度がさらに弱くなっていることがわかる。

すなわち、光フィルタ１００においては、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を増加させることにより、非透過波長帯域の迷光が出力ポートから射出されることを抑制して、透過波長帯域の信号光に非透過波長帯域の迷光が混入する現象（クロストーク）を改善することがわかる。

つぎに、本実施形態においては、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を配設することなく、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の導波路幅Ｗを変化させることにより、クロストークを改善することができるかについて検討した。

検証した光フィルタ１００は、図９（ｂ）に示すように、１×４型多モード光干渉導波路４及び４×１型多モード光干渉導波路５を備え、４×１型多モード光干渉導波路５の導波路幅Ｗを２０μｍ（導波路長２６０μｍ）、３０μｍ（導波路長５２５μｍ）又は４０μｍ（導波路長９２５μｍ）と変化させた。

各光フィルタ１００は、図１２（ｂ）に示すように、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の導波路幅Ｗを増加させることにより、透過設定波長１２７０±５ｎｍの透過率に対する非透過設定波長１３２０±１０ｎｍの透過率を低減することがわかる。

なお、図１２（ｂ）において、実線が導波路幅４０μｍの４×１型多モード光干渉導波
路５を備える光フィルタ１００の透過特性を示し、破線が導波路幅３０μｍの４×１型多モード光干渉導波路５を備える光フィルタ１００の透過特性を示し、一点鎖線が導波路幅２０μｍの４×１型多モード光干渉導波路５を備える光フィルタ１００の透過特性を示す。また、図１２（ｂ）において、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率［ｄＢ］である。

また、導波路幅２０μｍの４×１型多モード光干渉導波路５において、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図１１（ａ）に示すように、４×１型多モード光干渉導波路５の出力ポート側の端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度が強いことがわかる。

これに対し、導波路幅３０μｍの４×１型多モード光干渉導波路５において、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図１１（ｂ）に示すように、４×１型多モード光干渉導波路５の出力ポート側の端面で迷光が分散して射出され、当該端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度が弱くなっていることがわかる。

これに対し、導波路幅４０μｍの４×１型多モード光干渉導波路５において、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図１１（ｃ）に示すように、４×１型多モード光干渉導波路５の出力ポート側の端面で迷光がさらに分散して射出され、当該端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度がさらに弱くなっていることがわかる。

すなわち、光フィルタ１００においては、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の導波路幅Ｗを増加させることにより、非透過波長帯域の迷光が出力ポートから射出されることを抑制して、透過波長帯域の信号光に非透過波長帯域の迷光が混入する現象（クロストーク）を改善することがわかる。

つぎに、本実施形態においては、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を配設し、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を増加させ、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の導波路幅Ｗを増加させることにより、クロストークがどの程度改善するかについて検討した。

比較例としては、図９（ａ）に示すように、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を３本とし、導波路幅Ｗを２０μｍとし、迷光除去部７を有しない、３×１型多モード光干渉導波路５を備える光フィルタ（改善前）を用いた。

これに対し、本実施形態としては、一の仮想面８における結像点８ａのスポット数を少なく出現させて個々の非結像領域８ｂの平面形状における面積を広くするように、導波路長１７５０μｍ及び導波路幅３０μｍの６×１型多モード光干渉導波路において、透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした（図１３（ａ）参照）。

そして、本実施形態に係る光フィルタ１００（改善後）としては、図１３（ａ）に示す光フィールドに基づき、図１３（ｂ）に示すように、６×１型多モード光干渉導波路５ａの入力ポート側の端面から３５０μｍ近傍及び７００μｍ近傍の距離にある非結像領域８ｂに対応させて、当該非結像領域８ｂの領域に収まる平面形状（導波方向に対して傾斜したテーパー面を有する形状）で迷光除去部７を配設した。

すなわち、本実施形態に係る光フィルタ１００（改善後）は、比較例に係る光フィルタ
（改善前）に対して、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を有し、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を３本から６本に増加し、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の導波路幅Ｗを２０μｍから３０μｍに増加した。

本実施形態に係る光フィルタ１００（改善後）は、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を配設し、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を３本から６本に増加し、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の導波路幅Ｗを２０μｍから３０μｍに増加することにより、図１４（ｃ）に示すように、透過設定波長１２７０±５ｎｍの透過率に対する非透過設定波長１３２０±１０ｎｍの透過率を、−９．８ｄＢ（改善前）から−１８．３ｄＢ（改善後）まで低減することがわかる。なお、図１４（ｃ）において、実線がクロストーク改善後のＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５を備えた光フィルタ１００の透過特性を示し、破線がクロストーク改善前のＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５を備えた光フィルタの透過特性を示す。また、図１４（ｃ）において、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率［ｄＢ］である。

また、クロストーク改善前のＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５において、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図１０（ａ）に示すように、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の出力ポート側の端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度が強いことがわかる。

これに対し、クロストーク改善後のＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５において、非透過設定波長λが１．３５μｍの迷光の光強度をシミュレーションした光フィールドは、図１４（ｂ）に示すように、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の出力ポート側の端面で迷光が分散して射出され、当該端面の略中央（出力ポート）において迷光の光強度が非常に弱くなっていることがわかる。

すなわち、本実施形態に係る光フィルタ１００（改善後）は、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を配設し、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を３本から６本に増加し、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５の導波路幅Ｗを２０μｍから３０μｍに増加することにより、非透過波長帯域の迷光が出力ポートから射出されることを抑制して、透過波長帯域の信号光に非透過波長帯域の迷光が混入する現象（クロストーク）を大幅に改善することがわかる。

最後に、図１５及び図１６に示すパラメータで光フィルタ１００を設計し、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を有する場合（実施例）と、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を有しない場合とにおいて、透過設定波長１２７０±５ｎｍの透過率に対する非透過設定波長１３２０±１０ｎｍの透過率を検証した。なお、図１６において、ｎ（ｎ＝１、２、３、４、５、６）本目の位相整合導波路は、例えば、図１４（ａ）に示す光フィルタの平面図において、上から順にｎ本目の位相整合導波路のパラメータを示している。

実施例としては、一の仮想面８における結像点８ａのスポット数を少なく出現させて個々の非結像領域８ｂの平面形状における面積を広くするように、導波路長３１５０μｍ及び導波路幅４０μｍの６×１型多モード光干渉導波路において、透過設定波長λが１．２７μｍの信号光の光強度をシミュレーションした（図１７（ａ）参照）。

そして、実施例に係る光フィルタ１００としては、図１７（ａ）に示す光フィールドに基づき、図１７（ｂ）に示すように、６×１型多モード光干渉導波路５ａの入力ポート側の端面から６００μｍ近傍及び１２５０μｍ近傍の距離にある非結像領域８ｂに対応させて、当該非結像領域８ｂの領域に収まる平面形状（導波方向に対して傾斜したテーパー面
を有する形状）で迷光除去部７を配設した。

実施例に係る光フィルタ１００は、Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５に迷光除去部７を配設することにより、図１７（ｃ）に示すように、透過設定波長１２７０±５ｎｍの透過率に対する非透過設定波長１３２０±１０ｎｍの透過率を大幅に低減することがわかる。なお、図１７（ｃ）において、実線が迷光除去部７を有するＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５を備えた光フィルタ１００の透過特性を示し、破線が迷光除去部７を有しないＮ×Ｍ'型多モード光干渉導波路５を備えた光フィルタの透過特性を示す。また、図１７（ｃ）において、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率である。

１ 第１の光導波路群
１ａ 入射光導波路
２ 第２の光導波路群
２ａ 第１の位相整合導波路
２ｂ 第２の位相整合導波路
２ｃ 第３の位相整合導波路
２ｄ 第４の位相整合導波路
３ 第３の光導波路群
３ａ 出射光導波路
４ Ｍ×Ｎ型多モード光干渉導波路
４ａ １×４型多モード光干渉導波路
５ Ｎ×Ｍ'型多モード光干渉導波路
５ａ ４×１型多モード光干渉導波路
７ 迷光除去部
７ａ 凹部
８ 仮想面
８ａ 結像点
８ｂ 非結像領域
１０ 基板，基板層
１０ａ 一端面
１０ｂ 他端面
１０ｃ エッチング底面
１１ 第１のクラッド層
１２ コア層
１３ 第２のクラッド層
２０ 光位相整合領域
３０ ＳＯＩ基板
４０ ＳｉＯ₂膜
５０ マスク
１００ 光フィルタ

Claims (6)

1. コア層を有する多モード光干渉導波路と、
   前記多モード光干渉導波路の導波方向に対して垂直な前記コア層における信号光が結像する複数の結像点を含む仮想面のうち当該結像点を除く非結像領域に、前記コア層の屈折率と異なる屈折率の媒質を介在させてなる迷光除去部と、
   を備えることを特徴とする光フィルタ。
2. 前記請求項１に記載の光フィルタにおいて、
   前記迷光除去部が、前記多モード光干渉導波路の導波方向に対して傾斜したテーパー面を有する形状であることを特徴とする光フィルタ。
3. 前記請求項１又は２に記載の光フィルタにおいて、
   前記仮想面が、前記多モード光干渉導波路の導波方向に沿って複数存在し、
   前記迷光除去部が、二以上の仮想面に存在することを特徴とする光フィルタ。
4. 前記請求項１乃至３のいずれかに記載の光フィルタにおいて、
   前記迷光除去部は、前記コア層の屈折率より小さな屈折率の媒質であることを特徴とする光フィルタ。
5. 前記請求項１乃至４のいずれかに記載の光フィルタにおいて、
   前記多モード光干渉導波路が、前記非結像領域に対応して、上面から前記コア層の下層まで達する凹部を有し、
   前記迷光除去部が、前記凹部内に介在させる空気であることを特徴とする光フィルタ。
6. 前記請求項１乃至４のいずれかに記載の光フィルタにおいて、
   前記迷光除去部が、光吸収体であることを特徴とする光フィルタ。

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