JP6868152B2 - 導波路型光干渉計回路 - Google Patents
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Description
従来、光通信の技術分野においては、光通信の3要素として「光ファイバ」、「発光素子」、「受光素子」が基本要素であると言われている。光ファイバの優れた伝送特性を生かした光通信システムにおいては、この3つの要素以外にも、光フィルタ、光合波器、光分波器、光スイッチ、光変調器など様々な光部品や関連技術が必要となる。これらの光部品が、光通信ネットワークの機能と信頼性、経済性を高めるために用いられ、光通信システムの進化に貢献してきた。
一方、光測定・分析の技術分野においては、優れた導波路型光干渉計であるAWGやMZIの応用として、850nm帯や1.3μm帯、1.5〜1.7μm帯の光通信波長帯以外に、200nm〜780nmの紫外・可視光帯、もしくは、約2.5μm〜約25μmの赤外光帯での利用を可能とした、分光器やセンサー回路など様々な測定・分析用の光回路の検討がなされている。
まず従来の導波路型光干渉計回路の一例として、マッハツェンダ干渉計(MZI)の概略を説明する。図1には、マッハツェンダ干渉計型の光干渉計回路の概略構成を説明する基板平面図を示す。
ここで、kは正の整数である。
続いて、従来の導波路型光干渉計回路の他の例として、アレイ導波路回折格子(AWG)について説明する。図2には、アレイ導波路回折格子(AWG)の概略構成を説明する基板平面図を示す。
現在の広帯域、大伝送容量の光通信システムにおいては、通信効率を高めるため、時間多重、光波長多重、位相多重など様々な信号多重技術により、1本の伝送用光ファイバで多チャンネルの信号が同時伝送されている。そのため、光導波路回路においても光導波路の一つのコアに多チャンネルの信号が多重化されて伝送されている。
また、光測定・分析の技術分野では、前述のように200nm〜780nmの紫外・可視光帯や、約2.5μm〜約25μmの赤外光帯で、分光器、センサーなどの応用を行う場合、入射する光強度が大きいほど、検出感度が大きくなるという事情がある。
一般的に光強度が非常に強い場合には、どんな光学材料でも光非線形現象を示し、例えば非線形屈折率効果によって屈折率が光強度に応じて一定値ではなく変動する。つまり、光学的距離L(光学的光路長ともいう。光が媒質中を通るとき、その媒質の絶対屈折率 nと物理的な通過距離 lとの積 nl、もしくは、空間的な線素 ds に絶対屈折率 n をかけた nds を経路に沿って積分したもの)が光強度Iに応じて変化する。導波路型光干渉計を形成する導波路材料においても、入射光強度に対する実効屈折率の変化(非線形屈折率効果)が無視できなくなる。
レーザーなどを用いた強力な光による電場は、線形分極に加えて、光の電場の高次の項に比例する非線形分極が誘起される。これらの高次の分極は入射光の強い電場により、イオン、分子、錯体等の電子構造が歪められることにより、発現するとされている。
ここで、n0は通常の線形屈折率で無次元数、n2(m2/W)は非線形屈折率と呼ばれる係数である。
非線形屈折率効果が生じる物理的要因を、その非線形屈折率n2の大きい順(一般的に、応答時間τの遅い順)に対応させて列挙すると,
(1)熱効果(屈折率の温度係数、熱膨張などによる効果)(n2≒10-3〜10-6(m2/W), τ≒10-1 sec)
(2)クラマース・クローニッヒの関係から光共鳴吸収飽和の虚部として生じる効果(2光子吸収飽和効果も含む)
(3)電歪効果(τ≒10-7〜10-9 sec)
(4)分子再配向効果(n2≒10-16(m2/W),τ≒10-12 sec)
(5)分子内原子核の光誘起運動による効果(τ≒10-14〜10-16 sec)
(6)原子分子内束縛電子系の光誘起電子雲ひずみによる電子分極(n2≒10-19(m2/W),τ≒10-15 sec)などが挙げられる。
前述のとおり、従来のマッハツェンダ干渉計(MZI)やアレイ導波路型波長合分波器(AWG)を光波長フィルタとして用いる場合には、マッハツェンダ干渉計(MZI)とアレイ導波路型波長合分波器(AWG)の光透過スペクトルの透過率が最大となる波長λc、λc’は、それぞれ前述の式(2)、(3)で表される。両式から明らかなように、どちらも導波路の光路長(実効屈折率と長さの積)の差、n×ΔLに依存する。
前述のように、光強度が非常に強い場合、どんな材料でも光非線形現象を示す。特に3次の非線形光学材料のKerr効果のように、光強度によって直接的に屈折率が変化する材料で光導波路を作製した場合、光強度の増加により光導波路の実効屈折率は変動し、光学的距離も光強度により変化する。
本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、マッハツェンダ干渉計(MZI)やアレイ導波路回折格子(AWG)などの導波路型光干渉計回路への高強度光信号の入力により発生する、光回路の特性の光信号強度に対する依存性を低減することにある。
同一平面内に構成された導波路型光干渉計回路であって、入力導波路、光分岐部、光結合部、出力導波路、及び前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路を含む導波路型光干渉計回路において、
前記光分岐部または前記光結合部の少なくとも一方に設けられ、光経路を横断する少なくとも1本の溝として形成された光強度補償部位を備え、
前記光強度補償部位がない場合に前記入力導波路からの接続端の中心と、前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたi番目(iは正の整数)の前記光導波路への接続端の中心とを結ぶ光経路の直線をK、Kの光学的距離をLaiとし、前記i番目の光導波路の光学的距離をLbiとし、前記i番目の前記直線Kの光経路によって横断された前記溝の溝幅の光強度補償部位の形成による光学的距離の変化分の合計値をLri、前記光強度補償部位がない場合に全入射光強度Ptotalに対する光学的距離の光強度係数をd/dPtotalとしたとき、
d(2×Lai+Lbi+Lri)/dPtotal=C
但しi=1〜N、Cはiによらない一定値、Nは光導波路の本数であることを特徴とする導波路型光干渉計回路。
(構成2)
j番目(jは正の整数かつj≠i)の光経路によって横断された前記溝の溝幅の光学的距離の合計値をLrjとしたとき、前記i番目の光導波路の光学的距離Lbiが、前記j番目の光導波路の光学的距離Lbjより長い場合、
Lri<Lrj
としたことを特徴とする構成1に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成3)
前記i番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をLqi、j番目(jは正の整数かつj≠i)の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をLqjとしたとき、前記i番目の光導波路の光学的距離Lbiが、前記j番目の光導波路の光学的距離Lbjより長い場合、
Lqi<Lqj
としたことを特徴とする構成1に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成4)
j番目(jは正の整数かつj≠i)の光経路によって横断された前記溝幅の光学的距離の合計値をLrj、前記i番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をLqi、前記j番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をLqjとしたとき、前記i番目の光導波路の光学的距離Lbiが、前記j番目の光導波路の光学的距離Lbjより長い場合、
(Lri/Lqi)≦(Lrj/Lqj)
としたことを特徴とする構成1に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成5)
前記溝の溝幅、もしくは複数の溝の間隔の各合計が、前記入力導波路より入射された光が前記光分岐部内を放射される時の光強度分布に比例することを特徴とする構成1に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成6)
i番目(iは正の整数)の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝間の間隔の光学的距離の合計をLqiとするとき、Lqiをθの関数として、ガウス分布の関数としたこと特徴とする構成5に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成7)
i番目(iは正の整数)の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝幅の光学的距離の合計をLriとするとき、Lriをθの関数として、定数からLriを差し引いた差分をガウス分布の関数としたこと特徴とする構成5に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成8)
i番目(iは正の整数)の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝間の間隔の光学的距離の合計をLqiとするとき、Lqiをθの関数として、Sinc関数としたこと特徴とする構成5に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成9)
i番目(iは正の整数)の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝幅の光学的距離の合計をLriとするとき、Lriをθの関数として、定数からLriを差し引いた差分をSinc関数としたこと特徴とする構成5記載の導波路型光干渉計回路。
(構成10)
前記光強度補償部位の表面、または底面に、前記光経路に沿って、熱伝導率の異なる材料を配置する構造を有することを特徴とする構成1ないし9のいずれか1項に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成11)
前記光分岐部、もしくは前記光結合部はスラブ光導波路で構成され、下部クラッド、コア及び上部クラッドから構成される埋め込み導波路構造であり、
前記光強度補償部位は、光経路を横断して、少なくとも部分的に前記コアを横断する溝構造を形成することを特徴とする構成1ないし9のいずれか1項に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成12)
前記複数の光導波路の少なくとも1つに設けられた第2の光強度補償部位をさらに備えたことを特徴とする構成1に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成13)
前記第2の光強度補償部位は、前記光導波路を少なくとも部分的に横断する溝で形成されることを特徴とする構成12に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成14)
前記第2の光強度補償部位の周囲に、前記光導波路に沿って、温度調整用の溝を形成することを特徴とする構成12に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成15)
前記第2の光強度補償部位の周囲に、前記光導波路に沿って、熱伝導率の異なる材料を配置する構造を有することを特徴とする構成12に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成16)
長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路における第2の光強度補償部位の光学的距離の平均値Lajが、長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路における第2の光強度補償部位の光学的距離の平均値Lbkよりも短くなることを特徴とする構成12に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成17)
長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路における複数の第2の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Lcjが、長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路における複数の第2の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Ldkよりも長くなることを特徴とする構成12に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成18)
長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路において、複数の第2の光強度補償部位の光学的距離の平均値Lajと、複数の第2の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Lcjとの比を(Laj/Lcj)とし、長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路において、複数の第2の光強度補償部位の光学的距離の平均値Lbkと、複数の第2の光強度補償部位の間の導波路の光学的距離の平均値Ldkとの比を(Lbk/Ldk)としたとき、
(Laj/Lcj)≦(Lbk/Ldk)
であることを特徴とする構成12に記載の導波路型光干渉計回路。
(構成19)
前記光導波路は、下部クラッド、コア及び上部クラッドから構成される埋め込み導波路構造であり、前記光強度補償部位は、光波の進行方向に交差して、少なくとも部分的に前記コアを横断する溝構造を形成する
ことを特徴とする構成12ないし18のいずれか1項に記載の導波路型光干渉計回路。
石英系の平面光波回路は、量産性、低コスト性および高信頼性の面から優れた特徴をもち、様々な光干渉回路が実現可能であり、光通信分野において実用化されている。このような平面型光波回路は、標準的なフォトリソグラフィ法、ドライエッチング技術およびFHD(Flame Hydrolysis Deposition)等のガラス堆積技術によって作製することが可能である。
前述のように、光ファイバの伝送光損失は、1550nm帯の波長域において、約0.2dB/kmと低損失であり、それと比較して、石英系の平面光波回路(PLC)の伝送光損失は、約0.3dB/m程度と3桁以上大きい。
光強度補償材料としては、光導波路コア材料よりも光吸収率が大きく、屈折率の温度係数が大きい方が望ましい。例えば、石英系ガラスを光導波路材料に用いる場合、
光強度補償材料としては、ほとんどの有機材料を用いることができる。
R1-((R4)Si(R3)-O)-((R4)Si(R3)-O)n-((R4)Si(R3)-O)-R2
・・・ 式(5)
その際、光経路を伝搬する光に対する実効屈折率の入射光強度の光強度係数と、この光強度補償部位を伝搬する光に対する実効屈折率の入射光強度の光強度係数が異なるように光強度補償部位が形成されている。
図4は、本発明の実施例1のマッハツェンダ干渉計(MZI)型の導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図であり、図5は、本発明の実施例1のアレイ型導波路格子(AWG)型の導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図である。
dLi/dPtotal < 25(μm/W) 式(6)
となるように各光導波路の光経路に対応して光強度補償部位(溝)の数と長さと充填材料が構成されている。光強度補償部位の溝は複数あっても良い。
このようにするのは例えば、約2.5μm〜約25μm帯の赤外光帯での分光器応用(光源0.5W以上)を考えた場合、25μmの半値幅のバントパスフィルタが実現できれば、最低でも測定域の半分の測定スペクトルの切り分けが可能となるので
dLi/dPtotal < 25μm/2/0.5W = 25μm/W
となるように各アームを設定して光強度補償のバランスをとっている。
本発明の実施例1の光強度補償部位の、溝の近傍における温度変化を確認するために、高強度光が光導波路に入力された際の温度分布を有限要素法により解析を行った。
以下の説明では、AWG型で代表される光干渉計回路において、スラブ光導波路に設けられた光強度補償部位を、スラブ光導波路内で分波される複数の光の光経路を横断する1乃至複数本の溝構造として形成し、溝に光強度補償材料を充填した場合を説明する。
本発明の光強度補償部位の構造の説明のために、まず実施例2の構造を詳細に説明する。
d(2×Lai+Lbi+Lri)/dPtotal=C
(但しi=1〜N、Cはiによらない一定値、Nは光導波路の本数) 式(7)
となることが必要になる。
図13は、上記の考え方を発展させた本発明の実施例3の導波路型光干渉計回路の、スラブ光導波路503部分の基板平面の拡大図であり、光強度補償部位504の溝構造の一例を説明するための模式図である。図12と同じ部分は同じ番号で示すが、図13では光強度補償部位504が、溝の長手方向に溝幅と溝の間隔の変化する3本の溝131〜133で構成されている。
Lbi>Lbj ならば Lri<Lrj 式(8)
とすることを特徴としている。
図14は、本発明の実施例4の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路503部分の基板平面の拡大図であり、光強度補償部位504の溝構造の別の一例を説明するための模式図である。図12と同じ部分は同じ番号で示すが、図14では光強度補償部位504が、溝の長手方向に溝幅が一定で溝の間の間隔が異なる3本の溝141〜143で構成されている。
Lbi>Lbj ならば Lqi<Lqj 式(9)
とすることを特徴としている。
図15は、本発明の実施例5の導波路型光干渉計回路の、スラブ光導波路503部分の基板平面の拡大図であり、光強度補償部位504の溝構造の一例を説明するための模式図である。図12と同じ部分は同じ番号で示すが、図15では光強度補償部位504が、溝の長手方向に溝幅が変化し、溝の中心線の間の間隔が一定の、3本の溝151〜153で構成されている。
入力導波路502からの入力端と、i番目(iは正の整数)の光導波路507iへの出力端を結ぶ光経路の直線をK、直線Kによって横断された光強度補償部位の各溝の溝幅の光学的距離の合計値をLriとし、直線Kによって横断された光強度補償部位の各溝に挟まれた溝間の間隔(光経路長)の光学的距離の合計値をLqiとして、j(≠i)番目の光経路についても同様にLrj、Lqjを規定している。
Lbi>Lbj ならば (Lri/Lqi) ≦ (Lrj/Lqj) 式(10)
とすることを特徴としている。
以下の図16から図25には実施例6の関連として、入力導波路からいくつかの形状のスラブ光導波路へ入射された光の導波状態について、2次元FD−BPM法(有限差分ビーム伝搬法)により光導波モードの解析を実施した結果を示す。
図16および図17に、長方形スラブ形状のMMIを有する光分岐部での光導波モード解析結果を示す。
また図16Bに導波光のX−Z平面での光強度分布を示し、図17A〜17Dに50μmの入射光導波路を含む、光入射位置からそれぞれ、50μm、110μm、1000μm、2000μmのZ位置での光強度のX方向断面プロファイルを示している。
図18および図19に、台形スラブ形状のMMIを有する光分岐部での光導波モード解析結果を示す。
図20および図21に、テーパー形状のスラブ導波路を有する光分岐部での光導波モード解析結果を示す。
図22および図23に、パラボラ形状のスラブ導波路を有する光分岐部での光導波モード解析結果を示す。
図24および図25に、スラブ形状の比較対象として、コア端部よりクラッド媒質中を自由放射させた場合の光導波解析結果を示す。
以上の2次元FD−BPM解析は、全てTEモードにて計算したが、TMモードでもの解析結果は同様であった。
図26に、本発明の実施例7の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位の一つの形態(実施例7−1)を説明する基板平面図を例示する。
図27に、本発明の実施例7の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位のもう一つの形態(実施例7−2)を説明する基板平面図を例示する。図26と同じ部分は同じ番号で示す。
図28に、本発明の実施例8の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位の一つの形態(実施例8−1)を説明する基板平面図を例示する。
また、図29に、本発明の実施例8の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位のもう一つの形態(実施例8−2)を説明する基板平面図を例示する。
図30に、本発明の実施例8の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位の更にもう一つの形態(実施例8−3)を説明する基板平面図を例示する。
前述の実施例7,8のように、導波路型光干渉計回路の光分岐部のスラブ光導波路での光強度分布による光学的距離の変化分のバランスを補償するだけでなく、導波路型光干渉計回路の長さが異なる複数のアレイ状光導波路での光学的距離の変化分を同時に考慮に入れてバランスを補償する場合は、実施例7と8を組み合わせて実施することができる。
図31に、本発明の実施例9の導波路型光干渉計回路の光強度補償部位の、スラブ光導波路のコアを含む光経路に沿った方向の基板断面図を示す。
図33に、本発明の実施例10の導波路型光干渉計回路の光強度補償部位の、スラブ光導波路のコアを含む光経路に沿った方向の基板断面図を示す。
(実施例11)
図34は、本発明の実施例11の導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図である。図34では、図1のマッハツェンダ干渉計回路の光合分波器と同様に、平面光波回路(PLC)の基板401上に、2本の入力導波路402、方向性結合器403及び406、両結合器に挟まれて接続する長さの異なる2つのアーム導波路404および405、2本の出力導波路407が形成されている。
dLi/dPtotal < 25(μm/W) 式(6)
となるように光強度補償部位(溝)の数と長さと充填材料が構成されている。光強度補償部位の溝は複数あっても良い。
例えば、約2.5μm〜約25μm帯の赤外光帯での分光器応用(光源0.5W以上)を考えた場合、25μmの半値幅のバントパスフィルタが実現できれば、最低でも測定域の半分の測定スペクトルの切り分けが可能となるので
dLi/dPtotal < 25μm/2/0.5W = 25μm/W
となるように各アームを設定して光強度補償のバランスをとっている。
図35は、本発明の実施例2の導波路型光干渉計回路の光導波路の光強度補償部位のコアを含む平面の近傍の構造を説明する基板平面図(a)、およびそのコアに垂直な断面35B−35B’における基板断面図(b)である。
以下の実施例13〜15では、光強度補償部位の構造を光導波路を横断する1乃至複数の溝構造として形成し、溝構造に光強度補償材料を充填する場合を説明する。特に、光強度補償部位は光導波方向に長さの異なる複数の溝として形成され、それらの溝に光強度係数が正である、同一の光強度補償材料を充填することにより、所望の光強度に対する光学的距離の変化を補償する光強度補償部位とした場合について説明する。この場合は、光強度補償部位の光学的距離の変化分は溝の物理的長さに比例するため、簡便に、溝の長さを用いて光強度補償部位の光学的距離の変化分を説明する。
しかし、実際には、光強度補償部位は、例えば、同一の物理的長さの溝を複数形成し、それぞれ所望の光強度係数を有する異なる種類の複数の光強度補償材料を充填することによっても、同様の効果を得ることができるのは明らかであり、以下の各図に示す溝の長さ、溝間の光導波路の長さは、光強度補償部位の光強度に対する光学的距離として規定されるものである。
Laj<Lbk 式(11)
として干渉計の各アームにある複数の光強度補償部位にて、長アームの溝長の平均値Lajを、短アームの溝長の平均値Lbkより短くすることによって、両アーム間の光強度補償のバランスを向上することができる。
図37は、本発明の実施例14の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造を、短アームと長アームで対比して説明する基板平面図である。
Lcj>Ldk 式(12)
として干渉計の各アームにある複数の光強度補償部位にて、長アームの溝間の光導波路の長さの平均値Lcjを、短アームの溝間の光導波路の長さの平均値Ldkより長くすることによっても、両アーム間の光強度補償のバランスを向上することができる。
図38は、本発明の実施例15の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造を、短アームと長アームで対比して説明する基板平面図である。
(Laj/Lcj)≦(Lbk/Ldk) 式(13)
であることを特徴とする。
いずれの実施例においても、上部クラッド、コア及び下部クラッドの導波路材料としては一般の光導波路と同様に種々の光学材料が使用可能であるが、特にコア材料としては、Ge(ゲルマニウム)、B(ボロン)、 P(リン)、Sn(スズ)、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、 Mg(マグネシウム)、Nb(ニオブ)、Zr(ジルコニア)、 Hf(ハフニウム)などの材料をドーパントとして取り入れて屈折率を高めたSiO2(石英ガラス)を用いることができる。このとき、上部クラッド及び下部クラッド導波路材料としては、純粋なSiO2(石英ガラス)や、コアとの間の屈折率差を調整したドーパントを含んだSiO2(石英ガラス)を用いることができる。
102、202、402、502,262 入力導波路
103、106、方向性結合器
403、406 MMI
263、503、506 スラブ光導波路
104、105、404、405 アーム導波路
107、208、407、508 出力導波路
203 光分岐部
206 光結合部
207、507、267 (アレイ)光導波路
610、620、5041〜5043、131〜133、141〜143、151〜153、2641〜2645、2741〜2745、2841〜2845、2941〜2945、3041〜3044、910、410 溝
408,504 光強度補償部位
520 温度調整用の溝
603、901 コア層
602、902 下部クラッド層
604、903 上部クラッド層
640 高強度光
911 熱伝導率の異なる材料で形成された領域
Claims (19)
- 同一平面内に構成された導波路型光干渉計回路であって、入力導波路、光分岐部、光結合部、出力導波路、及び前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路を含む導波路型光干渉計回路において、
前記光分岐部または前記光結合部の少なくとも一方に設けられ、光経路を横断する少なくとも1本の溝として形成された光強度補償部位を備え、
前記光強度補償部位がない場合に前記入力導波路からの接続端の中心と、前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたi番目(iは正の整数)の前記光導波路への接続端の中心とを結ぶ光経路の直線をK、Kの光学的距離をLaiとし、前記i番目の光導波路の光学的距離をLbiとし、前記i番目の前記直線Kの光経路によって横断された前記溝の溝幅の光強度補償部位の形成による光学的距離の変化分の合計値をLri、前記光強度補償部位がない場合に全入射光強度Ptotalに対する光学的距離の光強度係数をd/dPtotalとしたとき、
d(2×Lai+Lbi+Lri)/dPtotal=C
但しi=1〜N、Cはiによらない一定値、Nは光導波路の本数であることを特徴とする導波路型光干渉計回路。 - j番目(jは正の整数かつj≠i)の光経路によって横断された前記溝の溝幅の光学的距離の合計値をLrjとしたとき、前記i番目の光導波路の光学的距離Lbiが、前記j番目の光導波路の光学的距離Lbjより長い場合、
Lri<Lrj
としたことを特徴とする請求項1に記載の導波路型光干渉計回路。 - 前記i番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をLqi、j番目(jは正の整数かつj≠i)の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をLqjとしたとき、前記i番目の光導波路の光学的距離Lbiが、前記j番目の光導波路の光学的距離Lbjより長い場合、
Lqi<Lqj
としたことを特徴とする請求項1に記載の導波路型光干渉計回路。 - j番目(jは正の整数かつj≠i)の光経路によって横断された前記溝幅の光学的距離の合計値をLrj、前記i番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をLqi、前記j番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をLqjとしたとき、前記i番目の光導波路の光学的距離Lbiが、前記j番目の光導波路の光学的距離Lbjより長い場合、
(Lri/Lqi ≦(Lrj/Lqj)
としたことを特徴とする請求項1に記載の導波路型光干渉計回路。 - 前記溝の溝幅、もしくは複数の溝の間隔の各合計が、前記入力導波路より入射された光が前記光分岐部内を放射される時の光強度分布に比例することを特徴とする請求項1に記載の導波路型光干渉計回路。
- i番目(iは正の整数)の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝間の間隔の光学的距離の合計をLqiとするとき、Lqiをθの関数として、ガウス分布の関数としたこと特徴とする請求項5に記載の導波路型光干渉計回路。
- i番目(iは正の整数)の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝幅の光学的距離の合計をLriとするとき、Lriをθの関数として、定数からLriを差し引いた差分をガウス分布の関数としたこと特徴とする請求項5に記載の導波路型光干渉計回路。
- i番目(iは正の整数)の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝間の間隔の光学的距離の合計をLqiとするとき、Lqiをθの関数として、Sinc関数としたこと特徴とする請求項5に記載の導波路型光干渉計回路。
- i番目(iは正の整数)の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝幅の光学的距離の合計をLriとするとき、Lriをθの関数として、定数からLriを差し引いた差分をSinc関数としたこと特徴とする請求項5記載の導波路型光干渉計回路。
- 前記光強度補償部位の表面、または底面に、前記光経路に沿って、熱伝導率の異なる材料を配置する構造を有することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の導波路型光干渉計回路。
- 前記光分岐部、もしくは前記光結合部はスラブ光導波路で構成され、下部クラッド、コア及び上部クラッドから構成される埋め込み導波路構造であり、
前記光強度補償部位は、光経路を横断して、少なくとも部分的に前記コアを横断する溝構造を形成することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の導波路型光干渉計回路。 - 前記複数の光導波路の少なくとも1つに設けられた第2の光強度補償部位をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の導波路型光干渉計回路。
- 前記第2の光強度補償部位は、前記光導波路を少なくとも部分的に横断する溝で形成されることを特徴とする請求項12に記載の導波路型光干渉計回路。
- 前記第2の光強度補償部位の周囲に、前記光導波路に沿って、温度調整用の溝を形成することを特徴とする請求項12に記載の導波路型光干渉計回路。
- 前記第2の光強度補償部位の周囲に、前記光導波路に沿って、熱伝導率の異なる材料を配置する構造を有することを特徴とする請求項12に記載の導波路型光干渉計回路。
- 長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路における第2の光強度補償部位の光学的距離の平均値Lajが、長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路における第2の光強度補償部位の光学的距離の平均値Lbkよりも短くなることを特徴とする請求項12に記載の導波路型光干渉計回路。
- 長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路における複数の第2の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Lcjが、長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路における複数の第2の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Ldkよりも長くなることを特徴とする請求項12に記載の導波路型光干渉計回路。
- 長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路において、複数の第2の光強度補償部位の光学的距離の平均値Lajと、複数の第2の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Lcjとの比を(Laj/Lcj)とし、長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路において、複数の第2の光強度補償部位の光学的距離の平均値Lbkと、複数の第2の光強度補償部位の間の導波路の光学的距離の平均値Ldkとの比を(Lbk/Ldk)としたとき、
(Laj/Lcj)≦(Lbk/Ldk)
であることを特徴とする請求項12に記載の導波路型光干渉計回路。 - 前記光導波路は、下部クラッド、コア及び上部クラッドから構成される埋め込み導波路構造であり、前記光強度補償部位は、光波の進行方向に交差して、少なくとも部分的に前記コアを横断する溝構造を形成することを特徴とする請求項12ないし18のいずれか1項に記載の導波路型光干渉計回路。
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