JP6430071B1 - 多モード干渉型合分波器、および、これを用いた光学素子 - Google Patents

多モード干渉型合分波器、および、これを用いた光学素子 Download PDF

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Abstract

光をシングルモード導波路に導きつつ、多モード干渉型合分波器における反射戻り光を抑制する。多モード導波路（１）と、第１の端部に接続される第１のシングルモード導波路（２ａ）と、第１のシングルモード導波路と対向する第２のシングルモード導波路（２ｃ）と、第２の端部に接続される第３のシングルモード導波路（２ｂ）と、第３のシングルモード導波路と対向する反射面（４）と、側端部に接続される第４のシングルモード導波路（５）とを備える。第２または第３のシングルモード導波路から入射された光が、反射面において反射され、第４のシングルモード導波路の側端部における第１の接続部（３１）において結像する。

Description

本願明細書に開示される技術は、多モード干渉型合分波器において反射戻り光の抑制に関するものである。
従来から、光集積回路における合分波器として多モード干渉型合分波器が適用されているが、多モード干渉型合分波器における反射戻り光を低減することは、ＭＺ（マッハ・ツェンダー）変調器の消光比などの素子の特性を向上させるために有効である。
たとえば、特許文献１では、多モード干渉型合分波器に傾斜面を設け、反射戻り光となり得る光を多モード導波路に導く構成が開示されている。
特表２０１２−５２７０１０号公報
上記の特許文献１では、反射戻り光となり得る光の結像の位置を傾斜面としている。そのため、当該結像の位置から広がる反射光をシングルモード導波路に導くことはできず、多モード導波路に導く構造となっている。
しかしながら、多モード導波路では曲線導波路を形成した場合に光が放射しやすいなど、入射される光の扱いが難しくなる。一方で、反射戻り光となり得る光をシングルモード導波路に導くことができれば、曲線導波路によって取り回しすることができるため、集積回路におけるレイアウトが容易となる。
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を解決するためになされたものであり、反射戻り光となりうる光をシングルモード導波路に導きつつ、多モード干渉型合分波器における反射戻り光を抑制する技術を提供することを目的とするものである。
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、第１の端部と、前記第１の端部の反対側の端部である第２の端部と、互いに対向する第１の側端部および第２の側端部とを有する多モード導波路と、前記多モード導波路の前記第１の端部に接続される、第１のシングルモード導波路と、前記多モード導波路の前記第２の端部において、前記第１のシングルモード導波路と対向する位置に接続される、第２のシングルモード導波路と、前記多モード導波路の前記第２の端部において、前記第２のシングルモード導波路が接続される位置よりも前記第１の側端部に近い位置に接続される、第３のシングルモード導波路と、前記多モード導波路において、前記第３のシングルモード導波路と対向する位置に配置される反射面と、前記第１の側端部または前記第２の側端部に接続される、不要光用の第４のシングルモード導波路とを備え、前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ方向を第１の方向とし、前記第１の方向と交差する方向を第２の方向とし、前記第１の側端部と前記第２の側端部とは、前記第２の方向において互いに対向し、前記第２のシングルモード導波路または前記第３のシングルモード導波路から入射された不要光が、前記反射面において反射され、その後、前記第４のシングルモード導波路の第１の接続部において結像し、前記第１の接続部は、前記第１の側端部における接続部または前記第２の側端部における接続部である。
本願明細書に開示される技術の第２の態様は、上記の多モード干渉型合分波器を少なくとも１つ備える。
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、第１の端部と、前記第１の端部の反対側の端部である第２の端部と、互いに対向する第１の側端部および第２の側端部とを有する多モード導波路と、前記多モード導波路の前記第１の端部に接続される、第１のシングルモード導波路と、前記多モード導波路の前記第２の端部において、前記第１のシングルモード導波路と対向する位置に接続される、第２のシングルモード導波路と、前記多モード導波路の前記第２の端部において、前記第２のシングルモード導波路が接続される位置よりも前記第１の側端部に近い位置に接続される、第３のシングルモード導波路と、前記多モード導波路において、前記第３のシングルモード導波路と対向する位置に配置される反射面と、前記第１の側端部または前記第２の側端部に接続される、不要光用の第４のシングルモード導波路とを備え、前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ方向を第１の方向とし、前記第１の方向と交差する方向を第２の方向とし、前記第１の側端部と前記第２の側端部とは、前記第２の方向において互いに対向し、前記第２のシングルモード導波路または前記第３のシングルモード導波路から入射された不要光が、前記反射面において反射され、その後、前記第４のシングルモード導波路の第１の接続部において結像し、前記第１の接続部は、前記第１の側端部における接続部または前記第２の側端部における接続部であるものである。このような構成によれば、反射戻り光となりうる光を反射面において反射させ、かつ、第１の接続部において当該光を結像させることによって、第４のシングルモード導波路に導くことができる。したがって、不要光を取り回すための曲線導波路を含むレイアウトを容易に形成しつつ、多モード干渉型合分波器における反射戻り光を抑制することができる。

特に、第２の態様によれば、上記の多モード干渉型合分波器を少なくとも１つ備える。このような構成によれば、マッハ・ツェンダー型変調器または２波長集積変調器などの光学素子において、反射戻り光を抑制することができる。
本願明細書に開示される技術に関する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。
実施の形態に関する、多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。 図１におけるシングルモード導波路のＡ−Ａ’断面における断面図である。 図１に例示された多モード干渉型合分波器の構成の詳細を示す平面図である。 通常の２×２多モード干渉型合分波器の場合の、シングルモード導波路から入射する光の多モード導波路における伝搬の様子をシミュレーションした結果を例示する図である。 実施の形態に関する多モード干渉型合分波器の場合の、シングルモード導波路から入射する光の多モード導波路における伝搬の様子をシミュレーションした結果を例示する図である。 実施の形態に関する、多モード干渉型合分波器の変形例の構成を概略的に例示する平面図である。 実施の形態に関する、多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。 図７における吸収用シングルモード導波路のＢ−Ｂ’断面を例示する断面図である。 実施の形態に関する、ＭＺ変調器の構成を概略的に例示する平面図である。 図９における変調用電極が形成された位置におけるアーム部のＣ−Ｃ’断面を例示する断面図である。 実施の形態に関する、２波長集積変調器の構成を概略的に例示する平面図である。 図１１におけるＤ−Ｄ’断面を例示する断面図である。 多モード干渉型合分波器の構成の変形例を示す平面図である。 多モード干渉型合分波器の構成の変形例を示す平面図である。 実施の形態に関する、多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。 実施の形態に関する、多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。 図５に例示されたシミュレーション結果の一部を拡大した図である。 実施の形態に関する、多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。 通常の４×４多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。 図１８の多モード干渉型合分波器が適用された４波長集積変調器を例示する図である。
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。
また、以下に記載される説明において、「第１の」、または、「第２の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。
＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器について説明する。
＜多モード干渉型合分波器の構成について＞
図１は、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。図１に例示されるように、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器では、多モード導波路１と、シングルモード導波路２ａと、シングルモード導波路２ｂと、シングルモード導波路２ｃと、不要光用シングルモード導波路５とを備える。また、多モード導波路１のシングルモード導波路２ｂと対向する位置には、反射面４が配置される。
本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器は、シングルモード導波路２ａから入射される光を分波して、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃに出射する。または、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器は、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃから入射される光を合波して、シングルモード導波路２ａに出射する。
光が入射または出射されるシングルモード導波路２ａ、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃは、それぞれ接続部において多モード導波路１に接続される。接続部は、シングルモード導波路と多モード導波路とを接続する境界部分であり、光を入射または出射させるために両導波路を連通させるものである。シングルモード導波路２ａは、多モード導波路１の長手方向における端部１ａに接続され、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃは、多モード導波路１の長手方向における他方の端部、すなわち、シングルモード導波路２ａが接続される端部１ａとは反対側の端部１ｂに接続される。シングルモード導波路２ｃは、シングルモード導波路２ａと対向する位置に接続される。シングルモード導波路２ｂは、多モード導波路１の端部１ｂにおいて、シングルモード導波路２ｃが接続される位置よりも側端部１０ａに近い位置に接続される。また、反射面４は、端部１ａよりもＸ軸正方向に位置する。
不要光用シングルモード導波路５は、多モード導波路１の側端部１０ｂに接続される。不要光用シングルモード導波路５は、反射面４において反射された光、すなわち、多モード干渉型合分波器において反射戻り光となり得る光である不要光を導き、不要光を除去するための構成である。
本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器の基本設計は２×２多モード干渉型合分波器であるが、接続部３０において接続される使用しないシングルモード導波路３を除去して、代わりに反射面４と、接続部３１において接続される不要光用シングルモード導波路５とを配置している。
通常の２×２多モード干渉型合分波器を２つ接続してＭＺ干渉計を構成する場合、入射側および出射側でそれぞれ１本ずつ使用しないシングルモード導波路が配置されることとなる。したがって、そのようなシングルモード導波路を多モード導波路１の側端部１０ｂに接続し、不要光１００を除去するための不要光用シングルモード導波路５として流用することができる。
シングルモード導波路２ａから光が入射された場合には、多モード導波路１によって当該光は最終的に２つに分岐され、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃからそれぞれ出射される。
シングルモード導波路２ｂまたはシングルモード導波路２ｃから光が入射された場合には、多モード導波路１によって当該光は最終的に２つに分岐され、一方はシングルモード導波路２ａから出射され、もう一方は反射面４において反射して不要光用シングルモード導波路５に結合する。
図２は、図１におけるシングルモード導波路２ａのＡ−Ａ’断面における断面図である。図２に例示されたように、シングルモード導波路２ａは、基板５０と、基板５０の上面に形成された下部クラッド層５１と、下部クラッド層５１の上面に形成された導波層５２と、導波層５２の上面に形成された上部クラッド層５３とを備える。なお、多モード導波路１の構造は、図２に例示されたシングルモード導波路２ａの構造の、Ｙ軸方向の幅が広いものと同様である。
基板５０は、たとえば、ＩｎＰ基板である。このとき、下部クラッド層５１および上部クラッド層５３は、ＩｎＰ層である。また、導波層５２としては、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成されるバルク層または多重量子井戸層（ＭＱＷ層）などを選択し積層させることができる。
導波層５２は、フォトリソグラフィーによって任意の形状に形成することができ、本実施の形態では、図１に例示されるような半導体導波路のパターンを形成する。
図３は、図１に例示された多モード干渉型合分波器の構成の詳細を示す平面図である。本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器の基本設計は２×２多モード干渉型合分波器であり、多モード導波路１の幅に対する多モード導波路長、および、隣り合う２本のシングルモード導波路の間隔は２×２多モード干渉型合分波器の基本設計に基づいている。
多モード導波路幅Ｗに対し、多モード導波路長Ｌは、以下の式で表される。
ここで、ｎｅｆｆは等価屈折率を表し、λは波長を表す。また、多モード導波路１に接続するそれぞれのシングルモード導波路は、多モード導波路１の長手方向に沿う中心線Ｆから±Ｗ／６の位置にそれぞれ配置される。ここで、シングルモード導波路２ｂの長手方向に沿う軸線を軸線Ｅとし、シングルモード導波路２ｃの長手方向に沿う軸線を軸線Ｇとする。
すなわち、多モード導波路１においては、シングルモード導波路２ａから入射された光が、シングルモード導波路２ｂの接続部３４またはシングルモード導波路２ｃの接続部３５において結像するように、逆に、シングルモード導波路２ｂまたはシングルモード導波路２ｃから入射された光が、シングルモード導波路２ａの接続部３３において結像するように、多モード導波路幅Ｗおよび多モード導波路長Ｌが設定されている。
多モード導波路幅Ｗおよび多モード導波路長Ｌの具体例としては、たとえば、多モード導波路幅Ｗが１２μｍである場合に多モード導波路長Ｌが２０４μｍ、または、多モード導波路幅Ｗが１８μｍである場合に多モード導波路長Ｌが４６０μｍ（ともに、ｎｅｆｆは３．３、λは１．５５μｍ）が想定される。
図３においては、２×２多モード干渉型合分波器において元々設けられているが使用しないため除去されるシングルモード導波路３と、シングルモード導波路３に対向して接続されるシングルモード導波路２ｂとを結ぶ中心線は軸線Ｅとなる。また、軸線Ｅと反射面４との交点を交点Ｚとする。なお、交点Ｚは、シングルモード導波路２ｃまたはシングルモード導波路２ｂから入射された光が反射面４において反射される、代表的な反射点となる。
そして、交点Ｚと、不要光用シングルモード導波路５が接続された接続部３１との間の距離を距離Ｙとする。図３においては、距離ＹはＹ軸方向に沿う距離となり、かつ、長手方向に沿う軸線である軸線Ｈが交点Ｚを通るように配置された不要光用シングルモード導波路５の軸線Ｈに沿う距離となる。
また、交点Ｚと、除去前のシングルモード導波路３が多モード導波路１に接続される接続部３０との間の距離を距離Ｘとする。図３においては、距離ＸはＸ軸方向に沿う距離となる。
本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器では、距離Ｘと距離Ｙとが等しくなるように反射面４を配置することによって、シングルモード導波路３の接続部３０において結像するはずだった光は、反射面４において反射された後、多モード導波路１の側端部１０ｂにおける接続部３１で結像する。なお、図３においては、反射面４のＸ軸方向に対する角度は４５°とする。
よって、反射面４において反射された光は、長手方向に沿う軸線Ｈが交点Ｚを通るように配置された不要光用シングルモード導波路５の接続部３１において結像する。そして、当該光は、不要光用シングルモード導波路５に導かれつつ、除去される。
ここで、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃから入射される光は、多モード導波路１内において反射または干渉することによって様々な方向に進むが、反射面４が配置される位置においては、シングルモード導波路３において結像するために集光しつつある。そのため、反射面４において、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃから入射された光が反射する位置は、交点Ｚおよびその周辺となる。
また、上記のように、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃから入射された光は反射面４において集光しつつあるため、反射面４における当該光の進む方向はおおよそＸ軸負方向に揃っており、反射面４のＸ軸方向に対する角度が４５°である場合、反射面４において反射された光の進む方向も、おおよそＹ軸負方向に揃うこととなる。
＜多モード干渉型合分波器の動作について＞
シングルモード導波路から多モード導波路１に入射された光は、多モード導波路１の側端部において反射または干渉しながら伝搬し、最終的に２箇所で結像する。
図４は、通常の２×２多モード干渉型合分波器の場合の、シングルモード導波路２ｂから入射する光の多モード導波路１における伝搬の様子をシミュレーションした結果を例示する図である。
図４に例示されるように、通常の２×２多モード干渉型合分波器、すなわち、多モード導波路１の端部１ａにおいてシングルモード導波路２ａおよびシングルモード導波路３がそれぞれ接続されている場合では、シングルモード導波路２ａおよびシングルモード導波路３それぞれにおいて、シングルモード導波路２ｂから入射された光が結像する。なお、シングルモード導波路２ｃから入射する光の多モード導波路１における伝搬の様子をシミュレーションした場合には、図４に例示される態様とは線対称な伝搬となり、シングルモード導波路２ａおよびシングルモード導波路３それぞれにおいて、シングルモード導波路２ｃから入射された光が結像する。
光が２箇所で結像するため、その２つの点に向かい光が集光することとなるが、当該光が集光される途中の経路において反射面４において反射させて光の伝搬する向きを変えたとしても、集光角度は変わらない。そのため、反射された光は、反射面４が存在しない場合と同様の伝搬距離で結像する。
よって、上記のように距離Ｘと距離Ｙとが等しくなるように反射面４および不要光用シングルモード導波路５が配置されることによって、シングルモード導波路２ｂから入射された光は、多モード導波路１の側端部１０ｂに接続された不要光用シングルモード導波路５において結像する。
そして、当該箇所において結像した光は、シングルモード導波路において導くことができるため、不要光として容易に除去することができる。
図５は、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器を用いた場合の、シングルモード導波路２ｂから入射する光の多モード導波路１における伝搬の様子をシミュレーションした結果を例示する図である。
図５に例示されるように、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器を用いた場合には、片方の光、すなわち、図４においてシングルモード導波路３で結像するはずだった光を反射面４において反射して、不要光用シングルモード導波路５において不要光として結像させている。
＜多モード干渉型合分波器の変形例について＞
図１に例示された構成では、多モード導波路１の２つの側端部のうち、シングルモード導波路３が接続されていた接続部３０から遠い位置の側端部１０ｂに、不要光用シングルモード導波路５が接続されている。
そして、反射面４は、多モード導波路１の中心線Ｆから遠ざかるほど、多モード導波路１の端部１ｂに近づくように傾斜して形成される。
一方で、図６に例示されるように、多モード導波路１の２つの側端部のうち、シングルモード導波路３が接続されていた接続部３０から近い位置の側端部１０ａの接続部３２において、不要光用シングルモード導波路５ａが接続されていてもよい。
その場合、反射面４ａは、多モード導波路１の中心線Ｆから遠ざかるほど、多モード導波路１の端部１ｂから遠ざかるように傾斜して形成される。ここで、図６は、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器の変形例の構成を概略的に例示する平面図である。
なお、不要光用シングルモード導波路５ａの先端または不要光用シングルモード導波路５（図１を参照）の先端は、傾斜形状であってもよい。不要光用シングルモード導波路の先端が傾斜形状である場合には、不要光を当該導波路の外へ放射させてもよい。また、不要光用シングルモード導波路５ａの先端または不要光用シングルモード導波路５（図１を参照）の先端が基板５０の端部まで達するように配置することによって、基板５０の外へ不要光を放射させてもよい。
本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器によれば、反射戻り光となり得る光である不要光を不要光用シングルモード導波路に導くことができる。したがって、曲線導波路によって取り回しすることができるため、集積回路などでのレイアウトが容易となる。
仮に不要光を多モード導波路１へ導いた場合には、導波路幅が大きいため占有面積が広くなる。さらに、多モード導波路１を曲がり形状とする場合には多モード導波路１の外へ光が放射され、他の素子へ影響する迷光となる可能性がある。したがって、不要光を多モード導波路１に導いた場合には、特に集積回路において問題が生じる。
本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器によれば、多モード干渉型合分波器において発生する反射戻り光となり得る不要光を、シングルモード導波路に導きつつ除去することが可能となる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜多モード干渉型合分波器の構成について＞
図７は、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器では、多モード導波路１と、シングルモード導波路２ａと、シングルモード導波路２ｂと、シングルモード導波路２ｃと、不要光用シングルモード導波路５ｂと、不要光用シングルモード導波路５ｂの先端に接続される吸収用シングルモード導波路６とを備える。多モード導波路１のシングルモード導波路２ｂと対向する位置には、反射面４が配置される。
上記の構成では、反射面４において反射された光は不要光用シングルモード導波路５ｂの接続部３１において結像し、さらに、不要光用シングルモード導波路５ｂの接続部３１とは反対側の端部に接続された吸収用シングルモード導波路６において不要光として吸収される。
当該構成によれば、不要光を導波路の外または基板５０の外へ放射させる場合と比較して、光を吸収することによってモジュール内などで迷光が発生する可能性が低減される。当該構成は、集積回路における素子の配置の関係で、基板５０の端まで曲線導波路を配置することが難しい場合などに有効である。
また、不要光用シングルモード導波路５ｂと吸収用シングルモード導波路６との接続面１０１の角度をブリュースター角（たとえば、４５°）に傾斜させることで、無反射の接続面１０１とすることができる。その場合、不要光用シングルモード導波路５ｂに導かれた光を吸収用シングルモード導波路６においてすべて吸収することも可能となる。不要光用シングルモード導波路５ｂと吸収用シングルモード導波路６との接続面１０１の角度がブリュースター角となっていない場合には、接続面１０１において多少の反射戻り光が発生し得る。他方、不要光が導かれる導波路が多モード導波路である場合には、多モード導波路内を伝搬する光が広がり角を有しており、当該多モード導波路と吸収用シングルモード導波路６との接続面１０１の角度を調整しても、接続面１０１における光の反射を効果的に抑制することは難しい。
図８は、図７における吸収用シングルモード導波路６のＢ−Ｂ’断面を例示する断面図である。図８に例示されたように、吸収用シングルモード導波路６は、基板５０と、基板５０の上面に形成された下部クラッド層５１と、下部クラッド層５１の上面に形成された吸収層５４と、吸収層５４の上面に形成された上部クラッド層５３とを備える。
吸収用シングルモード導波路６に入射された不要光は、吸収層５４を有する吸収用シングルモード導波路６を伝搬しながら、吸収され消失する。
基板５０は、たとえば、ＩｎＰ基板である。このとき、下部クラッド層５１および上部クラッド層５３は、ＩｎＰ層である。
作製手順としては、まず、ＩｎＰ基板である基板５０の上面に、ＩｎＰ層である下部クラッド層５１を積層する。そして、下部クラッド層５１の上面に導波層として、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成されるバルク層を選択して積層することができる。
導波層は、フォトリソグラフィーによって任意の形状に形成することができ、本実施の形態では、図７に例示されるような導波路パターンを吸収用シングルモード導波路６以外の領域に形成する。
次に、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成される多重量子井戸層などを選択して積層し、フォトリソグラフィーによって、図７に例示されるような吸収用シングルモード導波路６のパターンを形成する。
その後、ＩｎＰ層である上部クラッド層５３を積層し、フォトリソグラフィーによってパターンを形成する。そして、シングルモード導波路２ａ、シングルモード導波路２ｂ、シングルモード導波路２ｃおよび多モード導波路１の領域は図２に例示されるような断面を、吸収用シングルモード導波路６の領域は図８に例示されるような断面を形成することができる。このような手順によって、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器を作製することができる。
なお、本実施の形態に関する吸収用シングルモード導波路６が接続された不要光用シングルモード導波路５ｂが、側端部１０ａに接続する構造も想定することができる。その場合、反射面は、たとえば、図６に例示されるように、多モード導波路１の中心線Ｆから遠ざかるほど、多モード導波路１の端部１ｂから遠ざかるように傾斜して形成される。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器、および、これを用いた光学素子としてのＭＺ変調器について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜ＭＺ変調器の構成について＞
図９は、本実施の形態に関するＭＺ変調器の構成を概略的に例示する平面図である。図９においては、図１に例示された多モード干渉型合分波器を備え、ＭＺ干渉計の２本のアーム部に電極が形成されたＭＺ変調器が例示される。
図９に例示されるように、ＭＺ変調器は、基板５０の上面にそれぞれ配置される、多モード干渉型合分波器２０ａと、多モード干渉型合分波器２０ｂと、多モード干渉型合分波器２０ａと多モード干渉型合分波器２０ｂとの間に互いに並列に接続されるアーム部４２ａおよびアーム部４２ｂとを備える。
アーム部４２ａは、多モード干渉型合分波器２０ａと多モード干渉型合分波器２０ｂとの間をそれぞれから延びるシングルモード導波路２ｂを介して接続する部分であり、シングルモード導波路２ｂの経路中に部分的に形成される変調器４１ａを備える。
アーム部４２ｂは、多モード干渉型合分波器２０ａと多モード干渉型合分波器２０ｂとの間をそれぞれから延びるシングルモード導波路２ｃを介して接続する部分であり、シングルモード導波路２ｃの経路中に部分的に形成される変調器４１ｂを備える。
多モード干渉型合分波器２０ａおよび多モード干渉型合分波器２０ｂそれぞれにおいて、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃにおける導波層は、多重量子井戸層（ＭＱＷ層）から構成される。変調器４１ａおよび変調器４１ｂに電圧が印加されることによってアーム部４２ａおよびアーム部４２ｂにおける光の位相がそれぞれ変化するため、強度変調または位相変調が可能となる。
光は、ＭＺ変調器の入射端６０から入射し、多モード干渉型合分波器２０ａにおいて２つに分岐される。そして、光は、変調器４１ａおよび変調器４１ｂにおいて変調された後、多モード干渉型合分波器２０ｂにおいて合波される。そして、光は、ＭＺ変調器の出射端６１から出射される。
入射側の多モード干渉型合分波器２０ａおよび出射側の多モード干渉型合分波器２０ｂにおいて、本来２×２多モード干渉型合分波器として配置されているシングルモード導波路３（図１を参照）へ結合されるはずの光は、反射面４（図１を参照）でそれぞれ反射されて不要光用シングルモード導波路５へと導かれる。そして、当該光は、不要光として基板５０の外へ放射される。
反射面４（図１を参照）において反射された光がＭＺ変調器内で迷光となることを防止するため、基板５０の端部に光を吸収する塗料を塗布して光を吸収させてもよい。また、第２の実施の形態に例示される場合と同様に、不要光用シングルモード導波路５ｂ（図７を参照）の先端に吸収用シングルモード導波路６（図７を参照）を接続することによって、不要光を吸収させてもよい。
図１０は、図９における変調用電極が形成された位置におけるアーム部のＣ−Ｃ’断面を例示する断面図である。図１０に例示されるように、アーム部４２ａは、基板５０と、基板５０の上面に形成された下部クラッド層５１と、下部クラッド層５１の上面に形成された多重量子井戸層５５と、多重量子井戸層５５の上面に形成された上部クラッド層５３と、上部クラッド層５３の上面に形成された変調用電極４１とを備える。
基板５０は、たとえば、ＩｎＰ基板である。このとき、下部クラッド層５１および上部クラッド層５３は、ＩｎＰ層である。また、多重量子井戸層５５は、ＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成される。また、変調用電極４１は、変調電圧を印加するための電極である。
作製手順としては、まず、ＩｎＰ基板である基板５０の上面に、ＩｎＰ層である下部クラッド層５１を積層する。そして、下部クラッド層５１の上面に導波層として、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成されるバルク層を選択して積層することができる。
導波層は、フォトリソグラフィーによって任意の形状に形成することができ、本実施の形態では、図９に例示されるような導波路パターンを変調器４１ａおよび変調器４１ｂ以外の領域、すなわち、多モード干渉型合分波器２０ａ、および、多モード干渉型合分波器２０ｂの領域に形成する。
次に、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成される多重量子井戸層などを選択して積層し、フォトリソグラフィーによって、図９に例示されるような変調器４１ａおよび変調器４１ｂの領域に多重量子井戸層５５を形成する。
その後、ＩｎＰ層である上部クラッド層５３を積層し、フォトリソグラフィーによってシングルモード導波路および多モード導波路を形成する。そして、変調器４１ａおよび変調器４１ｂの領域では、図１０に例示されるような断面となる電極を形成することができる。このような手順によって、本実施の形態に関するＭＺ変調器を作製することができる。
なお、図１０では導波路の側面は空気としているが、長期信頼性向上のため、導波路の側面がＳｉＯ２または有機材料などで埋められていてもよい。
本実施の形態に関するＭＺ変調器によれば、反射戻り光を抑制することができる。
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器、および、これを用いた光学素子としての２波長集積変調器について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜２波長集積変調器の構成について＞
図１１は、本実施の形態に関する２波長集積変調器の構成を概略的に例示する平面図である。光通信システムの大容量化に対応するため、２波長集積変調器を、波長多重信号を送信可能な変調器付きの光源として用いることができる。
図１１に例示されるように、２波長集積変調器は、発振波長の異なる２つのＬＤ１３２ａおよびＬＤ１３２ｂと、それぞれのＬＤに接続された２つのＥＡ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：電界吸収型）変調器１３１ａおよびＥＡ変調器１３１ｂと、ＥＡ変調器１３１ａおよびＥＡ変調器１３１ｂそれぞれに並列に接続される多モード干渉型合分波器２０ｃとを備える。
ＥＡ変調器１３１ａおよびＥＡ変調器１３１ｂから出射される光は、多モード干渉型合分波器２０ｃによって合波される。そのため、ＬＤ１３２ａおよびＬＤ１３２ｂのいずれの波長の信号光も同じ出力ポートから出力することができる。
図１１に例示される２波長集積変調器によれば、発振波長の異なる２つの素子を使用し、かつ、プリズムなどの光学系を用いてこれらの素子から出射される光を結合させる方式の構成と比較して、モジュールの小型化または組み立て工程の簡素化が可能となる。
ＬＤ１３２ａおよびＬＤ１３２ｂのうちのどちらかのＬＤを点灯させた場合、または、ＬＤ１３２ａおよびＬＤ１３２ｂの両方のＬＤを点灯させた場合において、ＬＤから出射される連続光は対応するＥＡ変調器において変調される。さらに、多モード干渉型合分波器２０ｃにおいて２つに分岐される。
このとき、２波長集積変調器の出射端７１から出射されずに反射面４（図１を参照）によって反射されて不要光用シングルモード導波路５に結合した光は、不要光として除去される。
ＬＤへの反射戻り光が発生すると良好な信号光を得られなくなるが、本実施の形態に関する２波長集積変調器によれば、反射戻り光を抑制することによって良好な信号光を得ることができる。
図１２には、図１１におけるＤ−Ｄ’断面を例示する断面図である。図１２に例示されるように、ＬＤ１３２ａおよびＥＡ変調器１３１ａに跨る構造は、基板５０と、基板５０の上面に形成された下部クラッド層５１と、下部クラッド層５１の上面のうちＬＤ１３２ａおよびＥＡ変調器１３１ａに対応する位置に形成された多重量子井戸層５５と、下部クラッド層５１の上面のうちシングルモード導波路２ｃに対応する位置に形成された導波層５２と、多重量子井戸層５５の上面および導波層５２の上面に形成された上部クラッド層５３と、上部クラッド層５３の内部に間欠的に形成された、ＬＤ１３２ａをある波長で発振させるための回折格子５６と、上部クラッド層５３の上面のうちＬＤ１３２ａに対応する位置に形成された、ＬＤ１３２ａに電流を流すためのＬＤ用電極１３２と、上部クラッド層５３の上面のうちＥＡ変調器１３１ａに対応する位置に形成された、変調電圧を印加するための変調用電極１３１とを備える。
ＬＤ用電極１３２によってＬＤ１３２ａに一定の電流を流す。そうすることによってＬＤ１３２ａから連続光を出射する。また、変調用電極１３１に印加する電圧を制御することで光出力のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となるため、強度変調信号を生成することができる。
基板５０は、たとえば、ＩｎＰ基板である。このとき、下部クラッド層５１および上部クラッド層５３は、ＩｎＰ層である。また、多重量子井戸層５５および導波層５２は、ＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成される。
作製手順としては、まず、ＩｎＰ基板である基板５０の上面に、ＩｎＰ層である下部クラッド層５１を積層する。そして、下部クラッド層５１の上面に導波層として、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成されるバルク層を選択して積層することができる。
導波層は、フォトリソグラフィーによって任意の形状に形成することができ、本実施の形態では、図１１に例示されるような導波路パターンをＬＤ１３２ａ、ＬＤ１３２ｂ、ＥＡ変調器１３１ａおよびＥＡ変調器１３１ｂ以外の領域、すなわち、多モード干渉型合分波器２０ｃの領域に形成する。
次に、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成される多重量子井戸層などを選択して積層し、フォトリソグラフィーによって、図１１に例示されるようなＬＤ１３２ａ、ＬＤ１３２ｂ、ＥＡ変調器１３１ａおよびＥＡ変調器１３１ｂの領域に多重量子井戸層５５を形成する。
その後、ＩｎＰ層である上部クラッド層５３を積層する。なお、ＬＤ１３２ａおよびＬＤ１３２ｂの領域では、ＩｎＧａＡｓＰ系の回折格子をフォトリソグラフィーによって形成した後に、ＩｎＰ層である上部クラッド層５３で埋め込む。そして、上部クラッド層５３の上面に、ＬＤ用電極１３２および変調用電極１３１を形成する。このような手順によって、本実施の形態に関する２波長集積変調器を作製することができる。
本実施の形態に関する２波長集積変調器によれば、反射戻り光を抑制することができる。
＜第５の実施の形態＞
図１５は、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器では、多モード導波路１と、シングルモード導波路１０２ａと、シングルモード導波路２ｂと、シングルモード導波路２ｃと、不要光用シングルモード導波路１０５とを備える。多モード導波路１のシングルモード導波路２ｂと対向する位置には、反射面４が配置される。
上記の構成では、反射面４において反射された光は不要光用シングルモード導波路１０５の接続部３１ｃにおいて結像し、さらに、不要光用シングルモード導波路１０５の接続部３１ｃとは反対側の端部に接続された吸収用シングルモード導波路６において不要光として吸収される。
シングルモード導波路１０２ａは、接続部３３ｃにおいて多モード導波路１と接続される。シングルモード導波路１０２ａは、多モード導波路１と接続される端部へ近づくほど広がるテーパー形状である。
不要光用シングルモード導波路１０５は、接続部３１ｃにおいて多モード導波路１と接続される。不要光用シングルモード導波路１０５は、多モード導波路１と接続される端部へ近づくほど広がるテーパー形状である。
シングルモード導波路３およびシングルモード導波路２ａが多モード導波路１に接続される通常の多モード干渉型合分波器では、シングルモード導波路３およびシングルモード導波路２ａを、上記のシングルモード導波路１０２ａおよび不要光用シングルモード導波路１０５のようなテーパー形状を有する構造とすると、シングルモード導波路３とシングルモード導波路２ａとの隙間が狭くなり、これらをうまく加工することができない。
加工がうまくできないと、シングルモード導波路２ａから入射された光はシミュレーション通りに伝搬せず、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃに光が結合しないなどの不具合が発生する。また、製造されたそれぞれの素子の加工にバラツキが生じるため、歩留まりが悪化する。
これに対し、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器によれば、２本のシングルモード導波路であるシングルモード導波路１０２ａおよび不要光用シングルモード導波路１０５が、多モード導波路１の異なる端部に接続されている。また、シングルモード導波路１０２ａと不要光用シングルモード導波路１０５とは離間して配置されているため、それらのシングルモード導波路の多モード導波路１との接続部をテーパー形状とした場合であっても、それらのシングルモード導波路の加工性が悪化しない。
一方で、シングルモード導波路１０２ａの、多モード導波路１との接続部３３ｃにおける形状をテーパー形状とすることによって、同様に、不要光用シングルモード導波路１０５の、多モード導波路１との接続部３１ｃにおける形状をテーパー形状とすることによって、これらの接続部における光の透過損失、および、接続部からの反射戻り光を低減することができる。すなわち、本実施の形態に関する構成によれば、加工性を悪化させずに、光の透過損失および反射戻り光を抑制することができる。
なお、テーパー形状を有するシングルモード導波路は、シングルモード導波路１０２ａおよび不要光用シングルモード導波路１０５のうちの少なくとも一方であればよい。たとえば、不要光用シングルモード導波路１０５がテーパー形状を有する場合には、より多くの反射戻り光を導いて除去することができる。
＜第６の実施の形態＞
図１６は、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器では、多モード導波路１と、シングルモード導波路１０２ａと、シングルモード導波路２ｂと、シングルモード導波路２ｃと、不要光用シングルモード導波路１０５とを備える。多モード導波路１のシングルモード導波路２ｂと対向する位置には、反射面４ａが配置される。
図１７は、図５に例示されたシミュレーション結果の一部を拡大した図である。シングルモード導波路２ｂから光が入力された場合には、図５および図１７が例示されるように、シングルモード導波路２ａおよび不要光用シングルモード導波路５へ光は導かれる。
シングルモード導波路２ａに導かれる光は、図１７における矢印２００の位置の角付近を通過する。そのため、当該角に少量の光が当たり、それによって損失または反射戻り光が発生する可能性がある。
また、シングルモード導波路２ａから光が入力された場合にも同様に光は伝搬するため、やはり光は矢印２００の位置の角付近を通過し、当該角に少量の光が当たる。そして、それによって損失または反射戻り光が発生する可能性がある。
光が当該角に当たらないようにするためには、図１６における反射面４ｄを矢印２０１の方向、すなわち、Ｘ軸負方向へ平行移動すればよい。ただし、そうすることによって反射点（すなわち、交点Ｚ）も平行移動する。
そのため、反射面４ｄを移動した長さ（すなわち、Ｙ軸方向の長さ）と同じ長さだけ、不要光用シングルモード導波路１０５もＸ軸負方向へ平行移動する必要がある。
この際に光の結像点も同じ長さだけＸ軸負方向へ移動するが、光の結像点はＹ軸正方向にも同じ長さだけ移動するため、多モード導波路１の内部に結像点が存在することになる。すなわち、交点Ｚと接続部３０との間の距離である距離Ｘよりも、交点Ｚと接続部３１ｃとの間の距離である距離Ｙが長い状態となる。
不要光用シングルモード導波路の接続部にテーパー形状を形成しない場合、すなわち、不要光用シングルモード導波路５を接続する場合には、上記の結像点の移動によって、不要光用シングルモード導波路５と多モード導波路１との結合損が増加する。
一方で、不要光用シングルモード導波路の接続部にテーパー形状を形成する場合、すなわち、不要光用シングルモード導波路１０５を接続する場合には、上記の結像点の移動によって結像位置が多少ずれたとしても、不要光用シングルモード導波路１０５に光が導かれやすくなる。そのため、結合損を増加させずに、不要光用シングルモード導波路１０５に導かれた光を反射戻り光として除去することができる。
なお、結像点がＹ軸正方向へ４μｍ程度ずれた場合、シングルモード導波路の接続部にテーパー形状を形成しない場合であっても、発生する過剰損は０．６ｄＢ程度である。同様の場合に、シングルモード導波路の接続部にテーパー形状を形成すれば、過剰損はさらに低減される。
本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器によれば、不要光用シングルモード導波路１０５の反射戻り光を除去する機能を低下させずに、シングルモード導波路１０２ａから入射または出射される光の損失および反射戻り光を抑制することができる。
＜第７の実施の形態＞
図１８は、本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。上記の各実施の形態では、基本設計は２×２多モード干渉型合分波器とされていたが、入力側および出力側のシングルモード導波路の本数を増やしてＮ×Ｎとしてもよい。たとえば、本実施の形態に例示されるように、４×４多モード干渉型合分波器であってもよい。
図１８に例示されるように、多モード導波路１ｃには、入力ポート３００、入力ポート３０１、入力ポート３０２および入力ポート３０３が接続される。また、多モード導波路１ｃには、出力ポート４００、出力ポート４０１、出力ポート４０２および出力ポート４０３が接続される。
一方で、図１９は、通常の４×４多モード干渉型合分波器の構成を概略的に例示する平面図である。図１９における多モード導波路１ｄは、反射面を有していない四角形の構成である。
図１９に例示されるように、多モード導波路１ｄには、入力ポート３００、入力ポート３０１、入力ポート３０２および入力ポート３０３が接続される。また、多モード導波路１ｄには、出力ポート４００、出力ポート４０１、出力ポート４０２および出力ポート４０３が接続される。
２×２多モード干渉型合分波器の場合と同様に、４×４多モード干渉型合分波器の基本設計においても、多モード導波路の幅が決まれば多モード導波路の長さ、および、シングルモード導波路を接続する位置も一義的に決まる。たとえば、多モード導波路の幅を２４μｍとした場合では、多モード導波路の長さは１２００μｍ、シングルモード導波路の間隔は６μｍとなる。
図１９においては、４本の入力ポートのいずれかから光が入射されると、光は４分岐されて４本の出力ポートから出力される。
一方で、図１８に例示される本実施の形態に関する多モード干渉型合分波器では、入力ポート３００、入力ポート３０１および入力ポート３０２から入射された光は、反射面で垂直に反射されて出力ポート４００、出力ポート４０１および出力ポート４０２へそれぞれ結合する。これらの光は、不要光として除去される。
入力ポート３０３から入射された光は、反射面では反射されずに出力ポート４０３から出射される。当該光は、たとえば信号光として用いられる。
このように、出力側に反射面を配置することによって、不要光を信号光の伝搬方向に対して垂直方向へ伝搬させる。不要光を垂直方向へ伝搬させることによって、不要光が信号光に混入することを抑制し、信号品質を保つことができる。
また、図１９に例示される場合と図１８に例示される場合とを比較すると、図１８に例示される場合では、たとえば信号光を出力する出力ポート４０３の近傍に他の出力ポートが存在しない。したがって、出力ポート４０３の加工性が向上し、また、歩留まりが向上する。
図１８に例示された経路長５００をＡ、経路長５０１をＢ、経路長５０２をＣ、経路長５０３をＤとする場合、多モード導波路１ｃの多モード導波路長Ｌが以下の式を満たすように、反射面と不要光用シングルモード導波路の接続位置とが設定される。
ここで、たとえば、長さＡ（経路長５００）は、入力ポート３００の多モード導波路１ｃとの接続部から、反射面までの水平方向の長さと、入力ポート３００の接続部を通るＸ軸方向に沿う線と反射面との交点から、出力ポート４００の多モード導波路１ｃとの接続部までの垂直方向の長さとの和である。
上記の設定とすることで、反射面で反射された光は、不要光用シングルモード導波路に導かれる。
図２０は、図１８の多モード干渉型合分波器が適用された４波長集積変調器を例示する図である。図１１に例示された２波長集積変調器は、２×２多モード干渉型合分波器を適用しているが、図２０は、４×４多モード干渉型合分波器が適用された４波長集積変調器を例示する。波長の異なる４つの信号光を合波して出力することによって、２つの信号光を合波する２波長集積変調器と比較してデータ容量を２倍にすることができる。
図２０に例示されるように、４波長集積変調器は、発振波長の異なる４つのＬＤ２３２ａ、ＬＤ２３２ｂ、ＬＤ２３２ｃおよびＬＤ１３２ｄと、それぞれのＬＤに接続された４つのＥＡ変調器２３１ａ、ＥＡ変調器２３１ｂ、ＥＡ変調器２３１ｃおよびＥＡ変調器２３１ｄと、ＥＡ変調器２３１ａ、ＥＡ変調器２３１ｂ、ＥＡ変調器２３１ｃおよびＥＡ変調器２３１ｄそれぞれに並列に接続される多モード干渉型合分波器２０ｄとを備える。
２波長集積変調器と同様に、本実施の形態に関する４波長集積変調器においても、不要な光は不要光用シングルモード導波路へ導かれて除去されるため、ＬＤへの反射戻り光となることもなく、良好な信号光を得ることができる。
＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果を例示する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。
以上に記載された実施の形態によれば、多モード干渉型合分波器は、多モード導波路１と、第１のシングルモード導波路と、第２のシングルモード導波路と、第３のシングルモード導波路と、反射面と、第１の接続部において接続される第４のシングルモード導波路とを備える。ここで、第１のシングルモード導波路は、たとえば、シングルモード導波路２ａに対応するものである。また、第２のシングルモード導波路は、たとえば、シングルモード導波路２ｃに対応するものである。また、第３のシングルモード導波路は、たとえば、シングルモード導波路２ｂに対応するものである。また、反射面は、たとえば、反射面４、反射面４ａ、反射面４ｂおよび反射面４ｃのうちのいずれか１つに対応するものである。また、第４のシングルモード導波路は、反射面に応じて、たとえば、不要光用シングルモード導波路５、不要光用シングルモード導波路５ａ、不要光用シングルモード導波路５ｂ、不要光用シングルモード導波路５ｃおよび不要光用シングルモード導波路５ｄのうちのいずれか１つに対応するものである。また、第１の接続部は、第４のシングルモード導波路に応じて、たとえば、接続部３１、接続部３１ａ、接続部３１ｂおよび接続部３２のうちのいずれか１つに対応するものである。多モード導波路１は、第１の端部と、第１の端部の反対側の端部である第２の端部と、互いに対向する第１の側端部および第２の側端部とを有する。第１の端部と第２の端部とを結ぶ方向を第１の方向とし、第１の方向と交差する方向を第２の方向とする場合、第１の側端部と第２の側端部とは、第２の方向において互いに対向する。ここで、第１の端部は、たとえば、端部１ａに対応するものである。また、第２の端部は、たとえば、端部１ｂに対応するものである。また、第１の方向は、たとえば、Ｘ軸方向に対応するものである。また、第２の方向は、たとえば、Ｙ軸方向に対応するものである。また、第１の側端部は、たとえば、側端部１０ａに対応するものである。また、第２の側端部は、たとえば、側端部１０ｂに対応するものである。シングルモード導波路２ａは、多モード導波路１の端部１ａに接続される。シングルモード導波路２ｃは、多モード導波路１の端部１ｂにおいて、シングルモード導波路２ａと対向する位置に接続される。シングルモード導波路２ｂは、多モード導波路１の端部１ｂにおいて、シングルモード導波路２ｃが接続される位置よりも側端部１０ａに近い位置に接続される。反射面４は、多モード導波路１において、シングルモード導波路２ｂと対向する位置に配置される。不要光用シングルモード導波路５は、側端部１０ｂに接続される。そして、シングルモード導波路２ｃまたはシングルモード導波路２ｂから入射された光が、反射面４において反射され、かつ、不要光用シングルモード導波路５の側端部１０ｂにおける接続部である接続部３１において結像する。
このような構成によれば、反射戻り光となりうる光を反射面４において反射させ、かつ、接続部３１において当該光を結像させることによって、不要光用シングルモード導波路５に導くことができる。したがって、不要光を取り回すための曲線導波路を含むレイアウトを容易に形成しつつ、多モード干渉型合分波器における反射戻り光を抑制することができる。
また、不要光用シングルモード導波路５を多モード導波路１の側端部１０ｂに接続するため、不要光用シングルモード導波路５を、シングルモード導波路２ａと比較的離れた位置に接続することができる。
フォトリソグラフィーによってパターンを形成する際に、２本のシングルモード導波路の隙間がたとえば２μｍ程度と狭い場合、それらの隙間がうまく加工できずに、除去されるべき下部クラッド層５１、導波層５２および上部クラッド層５３がそのまま残ってしまう可能性が高まる。また、加工がうまくできないと、シングルモード導波路２ａから入射された光はシミュレーション通りに伝搬せず、シングルモード導波路２ｂおよびシングルモード導波路２ｃに光が結合しないなどの不具合が発生する。
なお、これらの構成以外の本願明細書に例示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、少なくともこれらの構成を備えていれば、以上に記載された効果を生じさせることができる。
しかしながら、本願明細書に例示される他の構成のうちの少なくとも１つを以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては記載されなかった本願明細書に例示される他の構成を以上に記載された構成に追加した場合でも、同様に以上に記載された効果を生じさせることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、不要光用シングルモード導波路５は、側端部１０ｂに接続される。また、反射面４が、側端部１０ａに近づくにつれて端部１ｂに近づく傾斜面である。このような構成によれば、反射面４において反射された光が、側端部１０ｂに接続された不要光用シングルモード導波路５の接続部３１において結像する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、不要光用シングルモード導波路５ａは、側端部１０ａに接続される。また、反射面４ａが、側端部１０ａに近づくにつれて端部１ｂから遠ざかる傾斜面である。このような構成によれば、反射面４ａにおいて反射された光が、側端部１０ａに接続された不要光用シングルモード導波路５ａの接続部３２において結像する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、シングルモード導波路２ｃまたはシングルモード導波路２ｂから入射された光が反射面４において反射する点を反射点とし、Ｘ軸方向に沿う方向における、反射点と端部１ａとの間の距離を第１の距離とし、反射点と接続部３１との間の距離を第２の距離とする場合、第１の距離と第２の距離とが等しい。ここで、反射点は、たとえば、交点Ｚに対応するものである。また、第１の距離は、たとえば、距離Ｘに対応するものである。また、第２の距離は、たとえば、距離Ｙに対応するものである。このような構成によれば、シングルモード導波路３の接続部３０において結像するはずだった光は、反射面４において反射された後、多モード導波路１の側端部１０ｂにおける不要光用シングルモード導波路５の接続部３１で、反射面４が存在しない場合と同様の伝搬距離で結像する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、不要光用シングルモード導波路５の長手方向に沿う軸線Ｈが交点Ｚを通る。このような構成によれば、反射面４において反射された光が、不要光用シングルモード導波路５の接続部３１で結像し、かつ、不要光用シングルモード導波路５内に導かれて伝搬する。このとき、不要光用シングルモード導波路５に入射する光の方向が不要光用シングルモード導波路５の軸線Ｈの方向に沿う方向であるため、接続部３１における光の反射を抑制することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、多モード干渉型合分波器は、不要光用シングルモード導波路５ｂの接続部３１とは反対側の端部に接続される、入射される光を吸収する吸収層５４を有する第５のシングルモード導波路をさらに備える。ここで、第５のシングルモード導波路は、たとえば、吸収用シングルモード導波路６に対応するものである。このような構成によれば、不要光用シングルモード導波路５ｂ内に導かれた光は吸収用シングルモード導波路６内において吸収される。したがって、不要光を吸収することによってモジュール内などで迷光が発生する可能性が低減される。特に、集積回路における素子の配置の関係で、基板５０の端まで曲線導波路を配置することが難しい場合などに有効である。
また、以上に記載された実施の形態によれば、不要光用シングルモード導波路５ｂと吸収用シングルモード導波路６との間の接続面１０１の角度は、ブリュースター角である。このような構成によれば、不要光用シングルモード導波路５ｂと吸収用シングルモード導波路６との接続面１０１における光の反射を抑制することができる。理想的には、接続面１０１における反射をなくし、吸収層５４において不要光をすべて吸収させることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、上記の多モード干渉型合分波器を少なくとも１つ備える。このような構成によれば、マッハ・ツェンダー型変調器または２波長集積変調器などの光学素子において、反射戻り光を抑制することができる。たとえば、通常の２×２多モード干渉型合分波器を２つ接続してＭＺ干渉計を構成する場合、入射側および出射側でそれぞれ１本ずつ使用しないシングルモード導波路が配置されることとなる。そのようなシングルモード導波路を多モード導波路１の側端部に接続し、不要光を除去するための不要光用シングルモード導波路として流用することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、距離Ｘよりも距離Ｙが大きい。このような構成によれば、多モード導波路１の内部に結像点が存在するが、結像点がＹ軸正方向へずれたことによって生じる過剰損は大きくなく、また、シングルモード導波路の接続部にテーパー形状を形成すれば、過剰損はさらに低減される。
また、以上に記載された実施の形態によれば、シングルモード導波路１０２ａおよび不要光用シングルモード導波路１０５のうちの少なくとも１つが、テーパー形状を有する。このような構成によれば、接続部における光の透過損失、および、接続部からの反射戻り光を低減することができる。すなわち、加工性を悪化させずに、光の透過損失および反射戻り光を抑制することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、シングルモード導波路である入力ポート３００、入力ポート３０１、入力ポート３０２および入力ポート３０３と、それぞれのシングルモード導波路に対応する不要光用シングルモード導波路である出力ポート４００、出力ポート４０１、出力ポート４０２および出力ポート４０３とを備える。それぞれのシングルモード導波路から多モード導波路１ｃへ垂直に入射した光が、反射面において反射され、対応する不要光用シングルモード導波路に達するまでの経路長を、それぞれ、長さＡ、長さＢ、長さＣおよび長さＤとする場合、多モード導波路１ｃの長さＬが、
を満たす位置に、反射面および不要光用シングルモード導波路が配置される。このような構成によれば、不要な光は不要光用シングルモード導波路へ導かれて除去されるため、ＬＤへの反射戻り光となることもなく、良好な信号光を得ることができる。
＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、反射面４のＸ軸方向に対する角度は４５°とされたが、反射面の角度はこの場合に限られるものではない。
図１３は、反射面の角度が異なる場合の、多モード干渉型合分波器の構成の詳細を示す平面図である。図１３に例示されるように、反射面４ｂの角度が図３に例示される場合よりも大きい場合にも、距離Ｘと距離Ｙとが等しい関係が維持される。そして、交点Ｚにおける光の反射方向に伴って、不要光用シングルモード導波路５ｃの接続部３１ａがＸ軸負方向にずれた位置となる。
この場合、不要光用シングルモード導波路５ｃの長手方向に沿う軸線Ｈが交点Ｚを通るように、接続部３１ａにおける不要光用シングルモード導波路５ｃの接続角度も傾くことが望ましい。これは、反射面４ｂにおいて反射された光が不要光用シングルモード導波路５ｃに入射する際の、接続部３１ａにおける反射を抑制するためである。
図１４は、反射面の角度が異なる場合の、多モード干渉型合分波器の構成の詳細を示す平面図である。図１４に例示されるように、反射面４ｃの角度が図３に例示される場合よりも小さい場合にも、距離Ｘと距離Ｙとが等しい関係は維持される。そして、交点Ｚにおける光の反射方向に伴って、不要光用シングルモード導波路５ｄの接続部３１ｂがＸ軸正方向にずれた位置となる。
この場合、不要光用シングルモード導波路５ｄの長手方向に沿う軸線Ｈが交点Ｚを通るように、接続部３１ｂにおける不要光用シングルモード導波路５ｄの接続角度も傾くことが望ましい。これは、反射面４ｃにおいて反射された光が不要光用シングルモード導波路５ｄに入射する際の、接続部３１ｂにおける反射を抑制するためである。
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面において例示であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
したがって、例示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。
さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。
また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。
また、本願明細書における説明は、本技術に関するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。
１，１ｃ，１ｄ 多モード導波路、１ａ，１ｂ 端部、２ａ，２ｂ，２ｃ，３，１０２ａ シングルモード導波路、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 反射面、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，１０５ 不要光用シングルモード導波路、６ 吸収用シングルモード導波路、１０ａ，１０ｂ 側端部、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 多モード干渉型合分波器、３０，３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２，３３，３３ｃ，３４，３５ 接続部、４１，１３１ 変調用電極、４１ａ，４１ｂ 変調器、４２ａ，４２ｂ アーム部、５０ 基板、５１ 下部クラッド層、５２ 導波層、５３ 上部クラッド層、５４ 吸収層、５５ 多重量子井戸層、５６ 回折格子、６０ 入射端、６１，７１ 出射端、１００ 不要光、１０１ 接続面、１３１ａ，１３１ｂ，２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ，２３１ｄ ＥＡ変調器、１３２ ＬＤ用電極、１３２ａ，１３２ｂ ＬＤ、２００，２０１ 矢印、３００，３０１，３０２，３０３ 入力ポート、４００，４０１，４０２，４０３ 出力ポート、５００，５０１，５０２，５０３ 経路長、Ｅ，Ｇ，Ｈ 軸線、Ｆ 中心線、Ｌ 多モード導波路長、Ｗ 多モード導波路幅、Ｘ，Ｙ 距離、Ｚ 交点。

Claims (8)

  1. 第１の端部と、前記第１の端部の反対側の端部である第２の端部と、互いに対向する第１の側端部および第２の側端部とを有する多モード導波路と、
    前記多モード導波路の前記第１の端部に接続される、第１のシングルモード導波路と、
    前記多モード導波路の前記第２の端部において、前記第１のシングルモード導波路と対向する位置に接続される、第２のシングルモード導波路と、
    前記多モード導波路の前記第２の端部において、前記第２のシングルモード導波路が接続される位置よりも前記第１の側端部に近い位置に接続される、第３のシングルモード導波路と、
    前記多モード導波路において、前記第３のシングルモード導波路と対向する位置に配置される反射面と、
    前記第１の側端部または前記第２の側端部に接続される、不要光用の第４のシングルモード導波路とを備え、
    前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ方向を第１の方向とし、
    前記第１の方向と交差する方向を第２の方向とし、
    前記第１の側端部と前記第２の側端部とは、前記第２の方向において互いに対向し、
    前記第２のシングルモード導波路または前記第３のシングルモード導波路から入射された不要光が、前記反射面において反射され、その後、前記第４のシングルモード導波路の第１の接続部において結像し、
    前記第１の接続部は、前記第１の側端部における接続部または前記第２の側端部における接続部である、
    多モード干渉型合分波器。
  2. 前記第４のシングルモード導波路は、前記第２の側端部に接続され、
    前記反射面が、前記第１の側端部に近づくにつれて前記第２の端部に近づく傾斜面である、
    請求項１に記載の多モード干渉型合分波器。
  3. 前記第４のシングルモード導波路は、前記第１の側端部に接続され、
    前記反射面が、前記第１の側端部に近づくにつれて前記第２の端部から遠ざかる傾斜面である、
    請求項１に記載の多モード干渉型合分波器。
  4. 前記第２のシングルモード導波路または前記第３のシングルモード導波路から入射された光が前記反射面において反射する点を反射点とし、
    前記第１の方向に沿う方向における、前記反射点と前記第１の端部との間の距離を第１の距離とし、
    前記反射点と前記第１の接続部との間の距離を第２の距離とする場合、
    前記第１の距離と前記第２の距離とが等しい、
    請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の多モード干渉型合分波器。
  5. 前記第４のシングルモード導波路の長手方向に沿う軸線が前記反射点を通る、
    請求項４に記載の多モード干渉型合分波器。
  6. 前記第１のシングルモード導波路および前記第４のシングルモード導波路のうちの少なくとも１つが、テーパー形状を有する、
    請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の多モード干渉型合分波器。
  7. 複数の前記第３のシングルモード導波路と、
    それぞれの前記第３のシングルモード導波路に対応する複数の前記第４のシングルモード導波路とを備え、
    それぞれの前記第３のシングルモード導波路から前記多モード導波路へ垂直に入射した光が、前記反射面において反射され、対応する前記第４のシングルモード導波路に達するまでの経路長を、それぞれ、長さＡ、長さＢ、長さＣおよび長さＤとする場合、多モード導波路の長さＬが、
    を満たす位置に、前記反射面および前記第４のシングルモード導波路が配置される、
    請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の多モード干渉型合分波器。
  8. 請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載された多モード干渉型合分波器を少なくとも１つ備える、
    光学素子。
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