JPH04179905A - 導波型光分岐素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野Ｊ 本発明は、光通信分野等で用いる導波型光分岐素子に関
するものであり、さらに詳細には、パワー結合率の波長
依存性を緩和した導波型光分岐素子に関するものである
。

［従来の技術］ 光フアイバ通信の普及のためには、光ファイバと受光素
子および発光素子に加えて、各種の光部品が必要である
。なかでも、光分岐素子は、最も基本的な光部品であり
、５０％分岐、２０％分岐。

数％分岐等の分岐比（結合率）を持つ分岐素子が要求さ
れている。特に広い波長域にわたって波長依存性が少な
い光分岐素子に対する黒要は大きい。

（３Ｘ３）光分岐素子は、光カブラとも呼ばれ、その形
態により、ｌ）バルク型、２）ファイバ型、３）導波型
に大別することができる。

バルク型は、マイクロレンズやプリズム、干渉膜フィル
タ等を組み合わせて構成するものであり、波長依存性の
少ない分岐素子を提供でき、−応実用のレベルにあるも
のの、組立調整に長時間を要し、長網信頼性や価格、サ
イズの点で問題を残している。

ファイバ型は光フアイバ自身を構成材料として研摩や融
着・延伸工程を経て構成されるものであり、波長依存性
の低減されたタイプも実現可能であるが、そ−の作製工
程には職人芸を要し、再現性が不良で量産に適さないと
いう欠点がある。

これらに対して、導波型は、フォトリングラフィ工程に
より、平面基板上に一括大量生産できる利点があるので
将来型の光分岐素子として注目されている。

第１θ図は、従来の導波型（３Ｘ３）光分岐素子（カプ
ラ）の構成例を示す平面図である。第１０図において、
平面基板２１上に３本の光導波路２１ａ、　２１ｂおよ
び２１ｃが配置され、これら光導波路の一部は互いに近
接して方向性結合器２２を構成している。方向性結合器
２２は、例えばポート２３ｂから入射された信号光を、
ポート２４ａ、　２４ｂ、　２４ｃに分岐して出力する
ように設計されている。このとき、方向性結合器のパワ
ー結合率を、希望する特定の波長で所望の値に設定する
ことは可能であるが、広い波長域で光分岐素子を使用す
る場合には、結合率の波長依存性が問題であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１１図は、第１０図に示した導波型光分岐素子の結合
率の波長依存性の一例である。この例では、波長１．３
μｍにおいて信号光が各出力ポート２４ａ。

２４ｂ、　２４ｃに等分配されるよう各出力ポートの結
合比（１２１ｂ−２４ａ”ｈＲｂ４４６＝０．３３、ｒ
ｚｓｂ−ａ４ｂ：０．３４）を得た場合、波長１．５μ
ｍでは、（Ｉ！！ａｉ４ａ＝Ｉｚｓｌ、−１＊ｃ＝０．
４５、工２゜−＊４ｂ＝ｏ、　１０）となってしまい、
波長１．３μｍと波長１．５μｌの双方において同時に
等分配光分岐素子として動作させることはできなかった
。

一般に、（３ｘ３）方向性結合器の中心導波路（ここで
は導波路２１ｂ）から信号光を入射した際のバワー結合
率Ｃ（”ｌ２Ｚｂ−２４ａ”１２ｍｂ−ｔ４ｅ）は、概
ね次式で与えられる。

Ｃ＝　（ｓｉｎ”ψ）／２　　−（１）ここで、甲は、
方向性結合器の結合部の光導波路間隔や結合部長さ、波
長等に依存する。通常、甲は波長の増加につれて増加し
、この事実が、第１１図において３３％結合率（Ｃ＝０
．３３）を広い波長域にわたって保持することができな
かった理由である。

以上、従来の光分岐素子の問題点を導波型を例にとって
説明してきたが、ファイバ型についても同様の問題が存
在していた。

そこで、本発明の目的は、上記の欠点を解決し、所望の
波長域、例えば１．３μｍｘ１．６μｍを含む波長域に
おいて、結合率の波長依存性が、大幅に緩和された導波
型光分岐素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

かかる目的を達成するため、本発明の第１形態は、基板
と、前記基板上に配置された３つの光導波路と、該３つ
の光導波路の各々の一箇所を互いに近接させて構成した
１個の方向性結合器とを有し、前記３つの光導波路のう
ちの中央先導波路の片端を入力ポートとなし、前記中央
光導波路の他端および前記中央光導波路の両側に配置さ
れた２つの外側光導波路の他端を、それぞれ、第１出力
ポート、第２出力ポート、第３出力ポートとする導波型
光分岐素子において、前記方向性結合器内の結合領域に
おける前記３つの光導波路のうち、前記中央光導波路の
幅が前記２つの外側光導波路の各幅と互いに異なり、前
記２つの外側導波路の幅が互いに同じであり、および前
記３つの光導波路の各々の深さはすべて同じであること
を特徴とする。

本発明の第２形態は、前記方向性結合器内の結合領域に
おける前記中央光導波路の幅を前記入力ポートおよび前
記第１出力ポートに結合すべき光ファイバのコア径にほ
ぼ等しく定め、前記２つの外側光導波路の各々の幅を前
記中央光導波路の幅のほぼ５０〜１５０％の幅となし、
前記中央および２つの外側光導波路の各々の深さを前記
光ファイバのコア径にほぼ等しく定め、前記中央光導波
路の前記入力ポートから前記第１出力ポート、第２出力
ポートおよび第３出力ポートへの光パワーの結合率の波
長依存性を波長１．２μｍから１．８μｍ程度にわたっ
て緩和するように設定したことを特徴とする。

本発明の第３形態は、前記入力ポートおよび前記第１．
第２および第３出力ポートの近傍の前記中央光導波路お
よび前記２つの外側光導波路の幅を、前記入力ポートお
よび前記第１．第２および第３出力ポートに結合すべき
光ファイバのコア径にほぼ等しくなし、前記２つの外側
光導波路なテーパ状の過渡領域を経て前記方向性結合器
の結合領域内の前記２つの外側光導波路に連結したこと
を特徴とする。

〔作　用〕

本発明導波型光分岐素子は、３本の光導波路の１箇所を
互いに近接させた方向性結合器において、その結合領域
における中央導波路の幅と中央導波路の両側の２つの外
側導波路の幅が互いに異なる構造を有する。

したがって、本発明は、構造が極めて簡単であり、従来
の方向性結合器型光分岐素子とほぼ同じ大きさとなるの
で、集積化および小形化の点からも大きな利点を有する
。

その結果、本発明では、導波膜堆積法（例えば火災堆積
法、スパッタ法等）と、フォトリソグラフィや反応性イ
オンエツチング等の微細加工ブレーナ技術との公知技術
の組み合わせで作製する方向性結合器型光分岐素子につ
いて実用的な構造を提供して、所望の波長域、例えば１
．３μｍ〜１゜５５μｍを含む波長域において、例えば
、ｐ＋＝ｐｓ＝ｉ。

％±２％、　Ｐ２＝８０％±５％、あるいはＰ＋＝Ｐｉ
＝Ｐｘ＝３３％±５％等の波長依存性の小さい、実用的
な導波型光分岐素子を提供することができる。

原理的には、各導波路の高さ、屈折率差等の導波路パラ
メータを変化させることによっても各導波路の伝搬定数
を実効的に変えて、上述した本発明における導波路幅を
異ならせる構造の場合と同様の機能を実現することがで
きるが、本発明では、フォトリソグラフィや反応性イオ
ンエツチング等の微細加工ブレーナ技術を用いるという
設計および製造の容易さを考慮して、導波路幅のみを適
正に設定している。

よって、本発明による導波型光分岐素子は、広い波長域
に広がる光信号の分配用やモ＼ニタ用。

タップ用として幅広い用途が期待できる。さらに加えて
、平面基板上に本発明の光分岐素子を多段に連結するこ
とにより、９分岐素子や２７分岐素子への拡張も容易で
ある。さらにまた、同一基板上に光分岐素子をアレイ上
に形成し、例えば、２５０μｍピッチの光フアイバアレ
イと接続して使用することも可能である。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

以下の実施例では、光導波路としてシリコン基板上に形
成した石英系単一モード導波路を使用しているが、これ
は、石英系単一モード導波路が単一モード光ファイバと
の接続性に優れ、実用的な導波型光分岐素子を提供でき
るためである。しかし、本発明は、このような石英系光
導波路に限定されるものではないこと、もちろんである
。

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）および（Ｄ）は
、本発明の第１実施例の導波型光分岐素子の構造を示す
、それぞれ、平面図、切断線Ａ−Ａ　’またはＥ−Ｅ’
に沿う断面図、切断線Ｂ−Ｂ　’またはＤ−Ｄ’に沿う
断面図、および切断線ｃ−ｃ　’に沿う断面図である。

ここで、１はシリコン基板、ｌａ、　ｌｂ、　ｌｃはシ
リコン基板１上に石英系ガラス材料により形成された石
英系光導波路である。

光導波路１ａ、　Ｉｂ、およびｌｃを１箇所で互いに近
接させ、方向性結合器２を構成する。方向性結合器２お
よびその周辺での光導波路１ａ、　２ａおよび光導波路
１ｃ、　２ｃの幅Ｂは等しく、かつそれらを光導波路１
ｂ、　２ｂの幅Ａより小さくなるように設定されている
。光導波路１ａ、２ａ、　ｌｂ、２ｂおよびｌｃ、　２
ｃは、膜厚５０Ｌｔｍ程度のＳｉｎｇ系ガラスによるク
ラッド層８に埋設されたＳｉＯ□−ＴｉＯ□系ガラメガ
ラス３１部Ｈ）からなり、互いに間隔Ｇだけ離隔し、直
線パターンと曲率半径５０ｍｍの円弧パターンとの組み
合わせにより回路を構成した。方向性結合器２における
光導波路２ａ、　２ｂ、　２ｃの互いに平行な部分の長
さをＬとする。

このような石英系光導波路１ａ、　ｌｂ、およびｌｃは
四塩化シリコンや四塩化チタンの火炎加水分解反応を利
用したガラス膜堆積技術と反応性イオンエツチングによ
る微細加工技術との公知の組合せで形成できる。

６つの入出力ポートのうち、４つの入出力ポート３ａ、
　３ｂ、　５ａ、　５ｂにおける導波路の断面形状は８
μ璽×８μｍの正方形を構成しており、それらの入出力
ポート付近では、外部に接続されるべき光ファイバとの
整合性を良くするために、放射モードが生じない程度に
十分なめらかなテーパ導波路６ａ、　６ｂ、　７ａ、　
７ｂで接続されている。光導波路１ｂの一端４ａを入力
ポートとし、光導波路１ａ、　ｌｂ、およびＩＣの各他
端３ｂ、　４ｂ、　５ｂを、それぞれ、出力ポートとす
る。

Ｐ、は入力ポート４ａに入来する入力光であり、Ｐ＋、
ｈおよびＰ３は、それぞれ、光導波路１ａ、　ｌｂ、お
よびｌｃの各他端３ｂ、　４ｂ、　５ｂから取り出され
る出力光である。

入力ポート３ａ、　４ａ、　Ｓａ問および出力ポート３
ｂ、　４ｂ。

５ｂ間の各間隔は、本実施例ではいずれも０．２５０ｍ
ｍに設計されている。

第２図は第１実施例における各出力導波路での結合比の
波長依存性を示す図であり、本実施例は、波長域１３　
μｅａ　〜１．５５ｇｍで、Ｐ、＝Ｐ、＝Ｐ、＝３３％
±５％の出力パワーを有するように、第１図（Ｄ）に示
す各部首法Ａ＝８．０　ｇｍ、　Ｂ＝７．０μｍ、Ｈ４
，０μｍ、　Ｇ＝４．０μｍ、各光導波路のコアークラ
ッド間屈折率差Δｎ＝０．２５％、光導波路２ａ、　２
ｂ、　２ｃの平行部分の長さＬ＝０．５ｍｍと構造設計
されている。

第２図において、実線は計算値、黒印は実験値を示して
おり、両者は極めてよく一致していることがわかる。こ
のように、本実施例では、第１Ｏ図に示した従来例の場
合とくらべて、外側導波路２ａ、　２ｃの幅Ｂを中央導
波路２ｂの幅Ａより小さ（かつ適正に設定することによ
り伝搬定数の差を一層太き（して、波長域１．３　μｍ
　〜１．５５μｍで、５ｄＢカブラ（局分岐素子）を実
現することができる。

第３図は、本発明の第２実施例におけるｌ各出力導波路
での結合比の波長依存性を示す図である。本実施例では
、波長域１．３μｍ〜１．５５μｍで、Ｐ、＝Ｐ、＝ｌ
Ｏ％、Ｐ２＝８０％の出力パワーを有するように、Ａ＝
８．０　ｕ　ｍ、Ｂ：６．０　ｕ　ｍ、　Ｈ＝８．０μ
ｍ、　Ｇ＝５．５８ｍ＋Δｎ＝０．２５％、Ｌ＝　０．
９ｍｍと構造設計されている。

第３図において、実線は計算値、魚卵は実験値を示して
おり、両者は極めてよく一致していることがわかる。こ
のように、本実施例においても、第１０図に示した従来
例の場合とくらべて、外側導波路２ａ、　２ｃの幅Ｂを
中央導波路２ｂの幅Ａより小さくかつ適正に設定するこ
とにより伝搬定数の差を一層大きくして、波長域１．３
μｍ＝１．５５μｍで、Ｐ、＝Ｐ、＝１０％、　Ｐ、＝
８０％のパワー分岐比を実現することができる。

第４図は、本発明の第３実施例におけるｌ各圧力導波路
の結合比の波長依存性を示す図である。

本実施例では、波長域１．３　μｍ−１，５５μｍで、
Ｐ。

＝Ｐ、＝５％、Ｐ、＝９０％の出力パワーを有するよう
に、Ａ＝８．０μｍ、Ｂ＝５．Ｏμｔｎ、　Ｈ＝８．０
μｍ、　Ｇ＝４．０４ｍ、八〇＝０．２５％、　ｌ＝０
．１ｍｍと構造設計されている。

第４図において、実線は計算値、魚卵は実験値を示して
おり、両者は極めてよ（一致していることがわかる。こ
のように、本実施例においても、第１θ図に示した従来
例の場合とくらべて、外側導波路２ａ、　２ｃの幅Ｂを
中央導波路２ｂの幅Ａより小さ（かつ適正に設定するこ
とにより伝搬定数の差を一層太き（して、波長域１．３
μｍ〜１．５５μｍで、Ｐ、＝Ｐ、＝５％、　Ｐ、＝９
０％のパワー分岐比を実現することができる。

これまで説明した第１実施例〜第３実施例では、いずれ
の場合にも、外側導波路２ａ、　２ｃの幅を中央導波路
２ｂの幅より小さくかつ適正に設定することにより伝搬
定数の差を一層大きくして、パワー分岐比の波長依存性
を緩和していた。

これに対して、外側導波路２ａ、　２ｃの幅Ｂを中央導
波路２ｂの幅Ａより大きくかつ適正に設定することによ
っても伝搬定数の差を同様に太き（することが可能であ
り、例えば、波長域１．３μｍ〜１．５５μｍで、パワ
ー結合率の波長依存性を緩和することができる。以下で
はこの場合の各種実施例について述べる。

第５図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）および（Ｄ）は
、本発明の第４実施例としての導波型（３Ｘ３）光分岐
素子の構造を示す、それぞれ、平面図、切断線Ａ−Ａ　
’またはＥ−Ｅ　’に沿う断面図、切断線Ｂ−Ｂ　’ま
たはＤ−Ｄ　’に沿う断面図および切断線ｃ−ｃ　’に
沿う断面図である。ここで、各構成要素は、第１実施例
の場合とほぼ同じであるが、外側導波路１ａ、　２ａ、
　ｌｃ、　２ｃの幅を中央導波路１ｂ、　２ｂの幅より
大きくしている点で第１実施例と大きく異なる。その他
の点は第１実施例と同様であり、各光導波路の高さは等
しくＨであり、互いの間隔はＧであり、方向性結合器２
における各光導波路２ａ、　２ｂ、　２ｃの平行部分の
長さはＬとする。

第６図は、第４実施例の各出力導波路での結合比の波長
依存性を示す図であり、本実施例は、波長域１．３　μ
ｒｎ−１，５５ｇｍで、Ｐ、＝Ｐ、＝Ｐ、＝　３３％±
５％の出力パワーを有するように、Ａ・８．０μｍ。

Ｂ＝１１．０　μｍ、Ｈ＝８．０　μｍ、　Ｇ＝４．０
μｍ、Δｎ＝０．２５％。

Ｌ＝０．９ｍｍと構造設計されている。このように、本
実施例では、第１Ｏ図に示した従来例の場合とくらべて
、外側導波路２ａ、　２ｃの幅Ｂを中央導波路２ｂの輻
Ａより小さくかつ適正に設定することにより伝搬定数の
差を一層大きくして、波長域１．３μｍ〜１．５５μｍ
で、５ｄＢカブラ（届分岐素子）を実現することができ
る。

第７図は、本発明の第５実施例における／各出力導波路
での結合比の波長依存性を示す図である。本実施例では
、波長域１．３μｍｘ１．５５μ節で、Ｐ、＝Ｐ、＝１
０％、　Ｐ、＝　８０％の出力パワーを有するように、
Ａ：８．０μｍ、Ｂ＝１１．０μｍ、　Ｈ＝８．０μｍ
、　Ｇ＝５．０ｕｍ＋Δｎ＝ｏ、２５％、　Ｌ＝１．８
５ｍｍと構造設計されている。このように、本実施例に
おいても、第１Ｏ図に示した従来例の場合と（らべて、
外側導波路２ａ。

２ｃの幅Ｂを中央導波路２ｂの幅Ａより小さくかつ適正
に設定することにより伝搬定数の差を一層太き（して、
波長域１．３μｍ−１，５５μｍで、Ｐ＋＝Ｐｓ＝ｌＯ
％、Ｐ、＝８０％のパワー分岐比を実現することができ
る。

これまでの第１〜第５実施例の波長依存性を解析してき
た過程において、外側導波路２ａ、　２ｃから出射する
光バク−の最大結合率（分岐比）と外側導波路幅との関
係に着目すると、第８図に示される、光分岐素子設計上
有用なグラフが得られる。

なお、第８図において、横軸の外側導波路幅の大きさは
、中央導波路幅（８，０μｍｌで規格化しである。

第８図から、外側導波路２ａ、　２ｃに結合する最大結
合率は５０％であり、そのときの外側導波路２ａ、　２
ｃの幅Ｂの大きさは中央導波路２ｂの幅Ａに一致せず、
１割程度大きい幅のときに可能であることがわかる。す
なわち、外側導波路２ａ、　２ｃの幅を中央導波路２ｂ
の幅より若干大きくかつ適正に設定することによって、
３本の導波路幅がすべて等しい従来の（３ｘ３）光分岐
素子では不可能であった３ｄＢカブラを実現することが
可能となる。最後に、この３ｄＢカブラの実施例につい
て述べる。

第９図は、本発明の第６実施例における、各出力導波路
での結合比の波長依存性を示す図である。本実施例では
、波長域１．３μｍ〜１．５５μｍで、Ｐ、＝Ｐ３＝５
０％、ｐ、＝ｏ％の出力パワーを有するように、Ａ＝８
．０　μｍ、　Ｂ；９．０μｍ、　Ｈ＝８．０μｍ、　
Ｇ：３．５ｕｌｌｌ＋＋Δｎ＝０．２５％、　Ｌ＝０．
３ａｍと構造設計されている。

このように、外側導波路２ａ、　２ｃの幅Ｂを中央導波
路２ｂの幅Ａよりも若干大きくかつ適正に設定すれば、
外側導波路２ａ、　２ｃが感じる伝搬定数と、中央導波
路２ｂが感じる伝搬定数を同一にすることができ、中央
導波路２ｂに入射した光パワーは中央導波路２ｂに残留
せず、はぼｐ、＝ｐ、＝ｓｏ％、　Ｐ２＝Ｏ％なる３ｄ
Ｂカブラのパワー結合率を実現することができる。

しかも、本実施例の３ｄＢカブラは、たとえ波長が太き
（変動したとしてもパワー分岐比は決して５０％を越え
ず、中央導波路へ戻す作用を持っており、この点で、従
来の（２Ｘ２）光分岐素子による３ｄＢカブラと大きく
異なる。もし、さらに外側導波路の幅を大きくすると、
第８図からもわかるように、中央導波路からのパワー結
合率は再び、５０％に到達しないこと、もちろんである
。

上述した各実施例における光導波路ｌａ、２ａ、　ｌｂ
。

２ｂ、　ｌｃ、２ｃの各寸法について述べる。中央光導
波路１ｂ、　２ｂの幅は、入出力ポートに結合すべき光
ファイバと損失少く光パワーの入出力を行うべく、かか
る光ファイバのコア径、あるいはシングルモード条件を
満たすコア径にほぼ等しくなし、残余の２つの外側光導
波路１ａ、２ａ、　ｌｃ、２ｃについては、損失の点か
らは前記コア径に近い値とすることと、屈折率差をも考
慮した設計上の許容度から考えて、中央光導波路１ｂ、
　２ｂの５０〜１５０％程度の大きさとするのが好適で
あることが実験的検証により確められた。３つの光導波
路１ａ、　２ａ、　ｌｂ、　２ｂ。

ｌｃ、　２ｃの各深さについては、前記コア径程度に定
めるのが好ましい。上述した実施例かられかるように、
たとえばコア径が８μｍ程度の場合には、中央光導波路
の幅を８μｍ程度となし、外側光導波路の幅を４μｍ−
１２μｍ程度となし、すべての光導波路の深さを８μｍ
程度とするのが好ましかった。

以上の各実施例において、方向性結合器の結合部の構造
パラメータについて記述したが、方向性結合器はきわめ
て構造敏感な光回路素子であるので、製造者はそれぞれ
の製造工程の癖などを考慮して、そのパラメータを変更
することができる。

また、上記の各実施例では、１個の方向性結合器の結合
部における中央導波路の幅と外側導波路の幅を互いに異
なるようにした場合を扱ったが、これを拡張して、Ｎ個
の方向性結合器を連結して全体でよりフラットな波長依
存性を達成することも可能である。

さらにまた、以上の各実施例においては、シリコン基板
１上の石英系（ＳｉＯ□−ＴｉＯ□）光導波路１ａ。

２ａ、　ｌｂ、　２ｂ、　ｌｃ、　２ｃにより光分岐素
子を構成したが、本発明における基板は、シリコン基板
に限定されず、石英ガラス基板等に変更することが可能
である。あるいはまた、コア部の主ドーパントとしてＧ
ｅＯ□を用いた（ＳｉＯ□−ＧｅＯ７）光導波路を用い
ることもできる。

さらにまた、前述したように、本発明はこれらの石英系
光導波路に限定されるものではなく、他の導波路材料系
、例えば多成分ガラス導波路系やニオブ駿リチウム導波
路系にも適用できる。

さらにまた、上述の各実施例では、伝搬定数の差を導波
路幅の差によって設定したが、場合によっては３本の光
導波路の各幅を互いに同一にしておき、かつ中央導波路
と外側導波路の屈折率値に僅かな差を与える方法、ある
いはコア領域を異種コア材料で複合化することにより、
実効的な伝搬定数差を設定する構成としてもよい。

例えば、方向性結合器間の光導波路の上部に薄膜ヒータ
を装着しておき、中央導波路側の光導波路の屈折率値を
熱光学効果により調整して所望の光分岐素子を実現する
こともできる。

あるいはまた、予め設定しておいた伝搬定数差に加えて
、中央導波路または外側導波路上に予備。

的な薄膜ヒータを装荷しておき、薄膜ヒータを′オン・
オフすることにより結合特性を波長依存性小の特性と波
長依存性大の特性との間でスイッチングすることも可能
である。

さらにまた、上述の実施例では、３本の光導波路１ａ、
　ｌｂ、　ｌｃのうちの中心導波路１ｂの一端の入力ポ
ート４ａから信号光を入力した際の、結合特性について
扱った。これは、このような使用形態が最も一般的であ
るからである。しかし、本発明の光分岐素子の波長依存
性緩和特性は、他の入カポ−）３ａあるいは５ａから信
号光を入力しても維持されることを指摘しておく。もち
ろん、入力ポート３ａあるいは５ａを用いた場合には、
出力ポート３ｂの出力光強度と出力ポート５ｂの出力光
強度とには、通常、大きな強度差が見られることはもち
ろんである。また、本発明の光分岐素子は３つの入力ポ
ートと３つの出力ポートとから成る（３Ｘ３）構造を基
本とするが、場合によっては、たとえば、入力ポートの
うちの２個を省略して、見かけ上（ｌＸ３）カブラとし
て構成する等の変形を与えることも適宜できる。

なお、以上の実施例では（３Ｘ３）の光分岐素子につい
て説明したが、同様な考え方から、アレイ状の結合導波
路を持つ（５Ｘ５）、　（７Ｘ７）、　（９Ｘ９）、・
・・（ＮＸＮ）　（Ｎ：奇数）等の方向性結合器につい
ても本発明を適用して同様な光分岐素子を実現すること
もできる。すなわち、最端に位置する導波路の幅を、そ
れ以外の導波路の幅と異ならしめることによっても、同
じような光分岐素子を構成することができることを付記
しておく。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、火炎堆積法やス
パッタ法等の導波膜堆積法とフォトリングラフィや反応
性イオンエツチング等の微細加工ブレーナ技術との公知
技術の組み合わせで作製する方向性結合器型光分岐素子
について実用的な構造を提供して、所望の波長域、例え
ば１．３μｍ〜１．５５μｍを含む波長域において、結
合率の波長依存性が、たとえば３３％±５％に緩和され
た低損失な導波型光分岐素子を提供することができる。

さらに加えて、本発明では、入出力ポート近傍の導波路
幅をテーパ状にして光ファイバとの接続を容易にする構
造を提供することができる。

このような本発明による導波型光分岐素子は、広い波長
域に分布する光信号の分配用やモニタ用、タップ用とし
て幅広い用途が期待される。さらにまた、平面基板上に
、本発明の光分岐素子を多段に連結して配置することに
より、９分岐素子や２７分岐素子への拡張も容易である
。しかもまた、本発明によれば、同一基板上に光分岐素
子なアレイ状に形成し、例えば、２５０μｍピッチの光
フアイバアレイと接続して使用することも可能である。

さらにまた、本発明光分岐素子は、平面基板上に大量に
一括作製することができることから、低価格化も期待で
き、本発明の光分岐素子およびその応用素子は、光通信
システムの普及に大きく貢献するものと期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）および（Ｄ）は
、本発明の第１実施例の導波型光分岐素子の構造を示す
それぞれ、平面図、切断線Ａ−Ａ　’またはＥ−Ｅ　’
に沿う断面図、切断線Ｂ−８’またはＤ−Ｄ　’に沿う
断面図、および切断線ｃ−ｃ　’に沿う断面図、 第２図は、第１実施例における各出力導波路での結合率
の波長依存性（ｐ＋＝ｐｚ＝ｐｓ＝３３％±５％）を示
す特性図、 第３図は、第２実施例における各出力導波路での結合率
の波長依存性（Ｐ、＝Ｐ、＝ｌＯ％、ｐ＊＝ｇｏ％）を
示す特性図、 第４図は、第３実施例における各出力導波路での結合率
の波長依存性（Ｐｌ：Ｐ３：５％、　Ｐ！＝９０％）を
示す特性図、 第５図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）およびＣＤ）は
、本発明の第４実施例の導波路型光分岐素子の構造を示
す、それぞれ、平面図、切断線Ａ−Ａ’またはＥ−Ｅ　
’に沿う断面図、切断ｍＢ−Ｂ　’またはＤ−Ｄ’に沿
う断面図、および切断線ｃ−ｃ　’に沿う断面図、 第６図は、第４実施例における各出力導波路での結合率
の波長依存性（Ｐ、＝Ｐ２＝Ｐ、＝３３％±５％）を示
す特性図、 第７図は、第５実施例における各出力導波路での結合率
の波長依存性（Ｐ、＝Ｐ３＝１０％、Ｐ２＝８０％）を
示す特性図、 第８図は、外側導波路からの出射光パワーＰＩ。 Ｐｓの最大結合率と外側導波路幅との関係を示す特性図
、 第９図は、第６実施例における各出力導波路での結合率
の波長依存性（Ｐ、＝Ｐ、＝５０％、Ｐｉ”０％）を示
す特性図、 第１Ｏ図は、結合領域における３本の光導波路の幅がす
べて等しい、従来の導波型（３Ｘ３）光分岐素子の構成
例を示す平面図、 第１１図は、第１Ｏ図に示した、従来の導波型（３Ｘ３
）光分岐素子における結合率の波長依存性の説明図であ
る。 １・・・シリコン基板、 ｌａ、　ｌｂ、　ｌｃ・・・石英系光導波路、２・・・
方向性結合器、 ２ａ、　２ｂ、　２ｃ・・・石英系光導波路、３ａ、３
ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ　−−・入出力ポート用導
波路、 ６ａ、　６ｂ、　７ａ、　７ｂ　＝テーパ導波路、８・
・・クラッド層、 ２１・・・基板。 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ　＝・光導波路、２２・・・方
向性結合器、 ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ　＝・入力ポート、２４ａ、２
４ｂ、２４ｃ　＝・出力ポート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基板と、前記基板上に配置された３つの光導波路と
   、該３つの光導波路の各々の一箇所を互いに近接させて
   構成した１個の方向性結合器とを有し、前記３つの光導
   波路のうちの中央光導波路の片端を入力ポートとなし、
   前記中央光導波路の他端および前記中央光導波路の両側
   に配置された２つの外側光導波路の他端を、それぞれ、
   第１出力ポート、第２出力ポート、第３出力ポートとす
   る導波型光分岐素子において、 前記方向性結合器内の結合領域における前記３つの光導
   波路のうち、前記中央光導波路の幅が前記２つの外側光
   導波路の各幅と互いに異なり、前記２つの外側導波路の
   幅が互いに同じであり、および前記３つの光導波路の各
   々の深さはすべて同じであることを特徴とする導波型光
   分岐素子。 ２）前記方向性結合器内の結合領域における前記中央光
   導波路の幅を前記入力ポートおよび前記第１出力ポート
   に結合すべき光ファイバのコア径にほぼ等しく定め、前
   記２つの外側光導波路の各々の幅を前記中央光導波路の
   幅のほぼ５０〜１５０％の幅となし、前記中央および２
   つの外側光導波路の各々の深さを前記光ファイバのコア
   径にほぼ等しく定め、前記中央光導波路の前記入力ポー
   トから前記第１出力ポート、第２出力ポートおよび第３
   出力ポートへの光パワーの結合率の波長依存性を波長１
   ．２μｍから１．８μｍ程度にわたって緩和するように
   設定したことを特徴とする請求項１に記載の導波型光分
   岐素子。 ３）前記入力ポートおよび前記第１、第２および第３出
   力ポートの近傍の前記中央光導波路および前記２つの外
   側光導波路の幅を、前記入力ポートおよび前記第１、第
   ２および第３出力ポートに結合すべき光ファイバのコア
   径にほぼ等しくなし、前記２つの外側光導波路をテーパ
   状の過渡領域を経て前記方向性結合器の結合領域内の前
   記２つの外側光導波路に連結したことを特徴とする請求
   項１または２に記載の導波型光分岐素子。