JPH0667048A

JPH0667048A - 導波路型光合分波器

Info

Publication number: JPH0667048A
Application number: JP22251692A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Kominato; 俊海小湊; Yasuji Omori; 保治大森
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1994-03-11
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JP3128974B2

Abstract

(57)【要約】【目的】方向性結合器の設定誤差に強く、漏話の小さ
い導波型光合分波器を得る。【構成】導波路型マッハ・ツェンダ光干渉計型光合分
波器の合分波する２つの信号あるいは信号群（第一の信
号波長あるいは信号群の中心波長λ₁、第二の信号波長
あるいは信号群の中心波長λ₂）の波長λ₁がλ₁₁であ
り、波長λ₂がλ₂₁である第一のマッハ・ツェンダ光干
渉計の透過ポートに、波長λ₁がλ₂₁であり、波長λ₂が
λ₁₁であるマッハ・ツェンダ光干渉計の入力ポートに接
続する。さらに、第一のマッハ・ツェンダ光干渉計の対
角ポートに、波長λ₁がλ₁₁であり、波長λ₂がλ₂₁であ
るマッハ・ツェンダ光干渉計を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野等で用いる
光合分波器に関するものであり、さらに詳しくは、漏話
に優れた光合分波器の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信システムを構築するため
に、光合分波器は、発光素子、受光素子、光分岐結合
器、光スイッチ、光アンプ等とともに重要な構成部品と
なっている。特に、波長分割多重システムや周波数分割
多重システムでは、波長（あるいは周波数）の異なる複
数波長の信号光を合波あるいは分波する部品が必要不可
欠となっている。例えば、最近、加入者系において、電
話信号を１.３μｍ帯にて、ＣＡＴＶや各種情報信号を
１.５５μｍ帯にて同時に伝送する方式が考えられ、シ
ステム実験が試みられている。この伝送のためには、
１.３μｍ帯と１.５５μｍ帯とを光合分波する素子が重
要である。

【０００３】光合分波器の構成形態としては、従来か
ら、１）バルク型、２）ファイバ型、３）導波型が提案
されている。

【０００４】バルク型は、多層膜フィルタ、可動プリズ
ム、ミラーやレンズ等を構成要素としたもので、その特
性は波長依存性が小さいとする利点があるものの、組立
調整工程が煩雑であり、長期信頼性に問題がある。

【０００５】ファイバ型は、２本以上のファイバを融着
してつくられる光分岐器や方向性結合器等を構成要素と
し、その特性は低損失であるとする利点があるものの、
安定した特性で使うためには、煩雑な梱包が必要であ
り、小型化が難しい。また、マッハ・ツェンダ光干渉計
等の分波器の波長設定精度に難がある。

【０００６】導波路型は、平面基板上の光導波路を基本
として構成され、フォトリソグラフィや微細加工技術に
より集積型光回路を平面基板上に一括大量形成しようと
するものであり、バルク型やファイバ型の欠点である長
期信頼性や波長設定精度についても利点がある。

【０００７】従来の導波型光合分波器は、方向性結合器
型とマッハ・ツェンダ光干渉計型がよく知られている。
マッハ・ツェンダ光干渉計型は、方向性結合器型に比較
して作製誤差の影響が小さいとする特徴をもっており
（例えば、小湊俊海、河内正夫、高戸範夫、”マッハ・
ツェンダ光干渉計で構成した導波型光ＷＤＭ回路”、電
子通信学会論文誌 C-I、Vol.J73-C-I,pp354-359（199
0））、それを組み合わせた多波長の光合分波器等が考
えられている（例えば、N.Takato,T.Kominato,A.Sugit
a,J.Jinguji,H.Toda, and M.Kawachi,"Silica-based In
tegrated Optical Mach-Zehnder Multi／Demultiplexer
Famoly with Channel Spacing of 0.01-250nm",IEEE J
ournal on Selected Areas in Communications,Vol.8,p
p1120-1127（1990））。

【０００８】このマッハ・ツェンダ光干渉計型光合分波
器は、２つの波長が数百ｎｍ以上の離れた（例えば、
１.３１μｍと１.５３μｍ）信号光から２つの波長が、
０.０１ｎｍオーダの極めて近接した（例えば、１.５４
９９６μｍと１.５５μｍ）の光信号までを光合分波す
ることができる。

【０００９】図６は、マッハ・ツェンダ光干渉計型光合
分波器の構成例である。平面基板１と、平面基板１上に
形成された第１の光導波路２１ａ及び第２の光導波路２
１ｂと、各光導波路２１ａ，２１ｂにより２箇所で互い
に近接させて２個の方向性結合器２２ａ，２２ｂにより
構成している。この方向性結合器２２ａと２２ｂ間の第
１の導波路２１ａの長さＬ＋△Ｌと第２の導波路２１ｂ
の長さＬとの導波路長差△Ｌは、光合分波する２つの波
長（第１及び第２の波長λ₁、λ₂）に対して、

【００１０】

【数１】 △Ｌ＝（Ｎ±０.５）・λ₁／ｎ（λ₁）
…（１）

【００１１】

【数２】＝Ｎ・λ₂／ｎ（λ₂）
…（２）ただし、ｎ（λ₁）：第一の波長λ₁での実効屈折率ｎ（λ₂）：第二の波長λ₂での実効屈折率Ｎ：整数を満たすように設定される。

【００１２】マッハ・ツェンダ光干渉計では、公知の光
干渉により、光導波路２１ｂの入力ポート２３ｂから入
力された２つの波長（第１の波長λ₁及び第２の波長
λ₂）の光信号のうち、第１の波長λ₁の信号光は、第２
の光導波路２１ｂの出力ポート（以下、「透過ポート」
と称す）２４ｂから出力され、第２の波長λ₂の信号光
は導波路２１ａの出力ポート（以下、「対角ポート」と
称す）２４ａから出力される。このとき、方向性結合器
２２ａ及び２２ｂの光強度結合比（以下、「結合比」と
称す）は、第２の波長λ₂に対して５０％になるように
構成する。例えば、光導波路が石英ガラス系光導波路の
場合、ｎ＝１.４５であるからλ₁＝１.３１μｍ、λ₂＝
１.５３μｍでは、△Ｌ＝３.２μｍにし、方向性結合器
２２ａ及び２２ｂの結合比を、λ₂＝１.５３μｍで５０
％にする。また、λ₁＝１.５４９９６μｍ、λ₂＝１.５
５μｍでは、△Ｌ＝２.０７μｍにし、方向性結合器２
２ａ及び２２ｂの結合比を、λ₂＝１.５５μｍで５０％
にする。

【００１３】入力ポート２３ｂから入力された信号光に
対する第１の波長λ₁の光信号の光強度透過率（以下、
「透過率」と称す）Ｔthroughと、入力ポート２３ｂか
ら入力された光信号に対する第２の波長λ₂の光信号の
透過率Ｔcrossとはそれぞれ、

【００１４】

【数３】Ｔthrough＝(1-2・k(λ))²+4k(λ)・(1-k(λ))sin²(β・△L/2） …（３）

【００１５】

【数４】Ｔcross ＝4k(λ)・(1-k(λ))cos²(β・△L/2） …（４）ただし、ｋ（λ）：波長λでの方向性結合器２２ａ及び
２２ｂの結合比 β＝２π・ｎ（λ）／λ ｎ（λ）：波長λでの導波路２１ａ、２１ｂの実効屈折
率である。式（３），（４）からわかるように、Ｔthroug
h及びＴcrossは、結合比ｋ（λ）の関数である。また、
透過ポート２４ｂから出力される第１の波長λ₁の信号
光の透過率は、結合比ｋ（λ）に依存しないが、漏話と
なる第２の波長λ₂の信号光の透過率は、ｋ（λ）に依
存する。逆に、対角ポート２４ａから出力される第２の
波長λ₂の信号光の透過率は、結合比ｋ（λ）に依存す
るが、漏話となる第１の波長λ₁の光信号の透過率は、
ｋ（λ）に依存しないとする特徴がある。

【００１６】前述したマッハ・ツェンダ光干渉計型光合
分波器が、理想的に動作するためには、構成要素である
方向性結合器２２ａ，２２ｂの結合比ｋ（λ）が波長λ
₂において正確に５０％である必要がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たマッハ・ツェンダ光干渉計型光合分波器では、実際の
光導波路の作製プロセスは多少誤差を含み、結合比ｋ
（λ）を５０％に設定することは困難である。なぜな
ら、方向性結合器は、前述したように作製誤差に極めて
敏感である。すなわち、光導波路の幅や光導波路の間
隔、光導波路のコアとクラッド間の比屈折率差等のわず
かなプロセス誤差により結合比ｋ（λ）が変動しやす
い。

【００１８】前述したように図６のマッハ・ツェンダ光
干渉計の方向性結合器２２ａ，２２ｂの結合比ｋ（λ）
に対して対角ポート２４ａでの漏話となる第１の波長λ
₁の信号光の透過率はｋ（λ）に影響されないが、透過
ポート２４ｂでの漏話となる第２の波長λ₂の信号光の
透過率は影響されることになる。

【００１９】例えば、図６の方向性結合器２２ａ，２２
ｂの結合比が５０％から±５％づれると、入力ポート２
３ａから入力した２つの波長（第１の波長λ₁及び第２
の波長λ₂）の信号光のうち、第１の波長λ₁の信号光は
透過ポート２４ｂから出力されるが、第２の波長λ₂の
信号光強度の０.０１％含まれて出力される。すなわ
ち、漏話特性が劣下することになる。例えば、第２の波
長λ₂の信号光強度が第１の波長λ₁の信号光強度に比べ
て１００倍大きい場合、透過ポート２４ｂから第１の波
長λ₁の信号光強度と同程度の第２の波長λ₂の信号光が
出力されることになり、波長λ₁の信号を判別すること
が困難になる。

【００２０】方向性結合器の結合比ｋ（λ）の設定が５
０％に対して、実際の光導波路プロセスにおいて、±５
％程度、場合によっては±１０％程度の誤差を伴うこと
がある。そのため、作製の歩留まりを向上させる障害と
なっていた。また、方向性結合器の結合比ｋ（λ）に偏
波依存性がある場合、両偏波で同時にこの結合比ｋ
（λ）を５０％に設定することはできず、偏波を規定し
て光合分波器を用いない限り、漏話は避けられない。

【００２１】また、設定した信号波長に対して光合分波
器が理想的にできたとしても、信号光はある波長幅を有
している。それゆえ、漏話は避けられない。特に、複数
の異なる波長をもつ信号光を多重化した信号光群を合分
波する場合には、単一の信号光に比較してさらに広い波
長幅を有するので、さらに漏話が大きくなることがあ
る。

【００２２】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、方向性結合器の設
定誤差に強く、漏話の小さい導波型光合分波器を提供す
ることにある。

【００２３】前記目的ならびにその他の目的及び新規な
特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかに
する。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、図６に示したような構造をもつ単一の
導波型マッハ・ツェンダ光干渉計型光合分波器を縦続接
続したことを特徴としている。

【００２５】具体的には、波長λ₁がほぼλ₁₁であり、
前記波長λ₂がほぼλ₂₁である第一のマッハ・ツェンダ
光干渉計と第一のマッハ・ツェンダ光干渉計の透過ポー
トに、波長λ₁がほぼλ₂₁であり、波長λ₂がほぼλ₁₁と
なる第二のマッハ・ツェンダ光干渉計を接続した、ある
いは、この単一の第二のマッハ・ツェンダ光干渉計の代
わりに、第二のマッハ・ツェンダ光干渉計とほぼ同構造
の複数のマッハ・ツェンダ光干渉計をそれぞれ前段の対
角ポートに後段の入力ポートを縦続接続した一連のマッ
ハ・ツェンダ光干渉計を接続したことを特徴とする。

【００２６】また、この光合分波器の第１のマッハ・ツ
ェンダ光干渉計の対角ポートに、波長λ₁がほぼλ₁₁で
あり、波長λ₂がほぼλ₂₁である第三のマッハ・ツェン
ダ光干渉計を接続するか、あるいは、この単一の第三の
マッハ・ツェンダ光干渉計の代わりに、第三のマッハ・
ツェンダ光干渉計とほぼ同構造の複数のマッハ・ツェン
ダ光干渉計を、それぞれ、前段の対角ポートに後段の入
力ポートを縦続接続した一連のマッハ・ツェンダ光干渉
計を接続したことを特徴とする。

【００２７】さらに、これらのマッハ・ツェンダ光干渉
計の方向性結合器が、それぞれ波長λ₂に対して光強度
結合比がほぼ５０％となることを特徴とする。

【００２８】また、光合分波器を構成する光導波路が単
一モード石英系光導波路であることを特徴とする。

【００２９】

【作用】前述の手段によれば、図６に示した導波型マッ
ハ・ツェンダ光干渉計型光合分波器の対角ポートでの漏
話が、方向性結合器の作製誤差に影響されないことを利
用しており、すなわち、対角ポート２４ａで漏話となる
第１の波長λ₁の光信号の透過率が、方向性結合器の結
合比ｋ（λ）に依存しないことを利用している。具体的
には、波長λ₁がほぼλ₁₁であり、前記波長λ₂がほぼλ
₂₁である第一のマッハ・ツェンダ光干渉計の対角ポート
を波長λ₂₁の出力ポートとし、この第一のマッハ・ツェ
ンダ光干渉計の透過ポートに接続した、波長λ₁がほぼ
λ₂₁であり、波長λ₂がほぼλ₁₁となる第二のマッハ・
ツェンダ光干渉計の対角ポートを波長λ₁₁の出力ポート
とする。これにより、第一のマッハ・ツェンダ光干渉計
では波長λ₁₁の信号による漏話を抑え、第二のマッハ・
ツェンダ光干渉計にて波長λ₂₁の信号光により生じる漏
話を抑圧している。

【００３０】すなわち、それぞれの出力ポートでの漏話
を、方向性結合器の作製誤差による結合比ｋ（λ）の変
動の影響を受けることなく抑圧できる。また、この第二
のマッハ・ツェンダ光干渉計の代わりに、第二のマッハ
・ツェンダ光干渉計とほぼ同構造の複数のマッハ・ツェ
ンダ光干渉計をそれぞれ前段の対角ポートに後段の入力
ポートを縦続接続した一連のマッハ・ツェンダ光干渉計
を用いることにより、漏話をさらに抑圧でき、かつ、抑
圧できる波長範囲あるいは周波数幅を広げることができ
る。

【００３１】それぞれのマッハ・ツェンダ光干渉計の△
Ｌは、式（１），（２）を満たすように設定するが、△
Ｌは異なるＮに対して複数決まり得る。ここではそのう
ちの最小値を選ぶ。△Ｌとして最小値を選定するのは、
λ₁とλ₂間で波長に対して光強度特性に山や谷が現れな
いように、すなわち、極値を持たないように考慮しての
ことである。上記の「最小」の条件をはずすと、λ₁と
λ₂の間に山や谷が現れ、光合分波器としてのいわゆる
通過帯域幅や阻止帯域幅の減少を招き、一般的に望まし
くない。

【００３２】なお、式（１），（２）を厳密に解くと、
Ｎは必ずしも整数にならないが、四捨五入して整数値を
設定すると良い。しかし、Ｎが整数値からの誤差が±
０.１程度の範囲内にあれば、四捨五入で整数値を設定
しても実用上差し支えないが、それ以上の場合は、λ₁
とλ₂の波長を入れ換えるなどして、整数値からの誤差
の少ない別のＮ値解を求めることが望ましい。

【００３３】先に述べたように、本発明の光合分波器の
第二のマッハ・ツェンダ光干渉計の波長λ₂をλ₁₁と
し、式（１），（２）に従いＮを適当に選択し、波長λ
₁をλ₂₁付近になるように設定することにより、波長λ
₁₁の信号の透過率を落とすことなく波長λ₂₁付近の信号
による漏話を抑えている。ここで、マッハ・ツェンダ光
干渉計においてλ₁やλ₂を「ほぼλ₁₁」や「λ₁₁付近」
あるいは「ほぼλ₂₁」や「λ₂₁付近」としたのは、シス
テムにおいて許容できる漏話以下となる波長範囲を広げ
ることができるからである。例えば、漏話を信号光強度
の１％以下に抑えるには、第二のマッハ・ツェンダ光干
渉計の波長λ₁を波長λ₂₁より┃λ₂₁−λ₁ ₁┃の約２割
以下の範囲で長いか、短くしても良い。

【００３４】この第二のマッハ・ツェンダ光干渉計の波
長λ₂をほぼλ₁₁とすると、波長λ₁ ₁の信号の透過率を
劣下させることになる。それゆえ、この波長λ₂をλ₁₁
に設定し、式（１），（２）に従いＮを適当に選択し、
波長λ₁をλ₂₁付近になるように設定することが望まし
い。

【００３５】また、本発明の光合分波器の第一のマッハ
・ツェンダ光干渉計の対角ポートに、さらに、この第一
のマッハ・ツェンダ光干渉計とほぼ同一のマッハ・ツェ
ンダ光干渉計を接続し、このマッハ・ツェンダ光干渉計
の対角ポートを波長λ₂₁の出力ポートとすることによ
り、このポートでの漏話をさらに抑圧でき、かつ、抑圧
できる波長範囲あるいは周波数幅を広げることができ
る。また、先の第二のマッハ・ツェンダ光干渉計の接続
と同様に、この第三のマッハ・ツェンダ光干渉計の代わ
りに、第三のマッハ・ツェンダ光干渉計とほぼ同構造の
複数のマッハ・ツェンダ光干渉計を、それぞれ前段の対
角ポートに後段の入力ポートを縦続接続した一連のマッ
ハ・ツェンダ光干渉計を用いることにより、漏話をより
抑圧でき、かつ、抑圧できる波長範囲あるいは周波数幅
をより広げることができる。

【００３６】この第三のマッハ・ツェンダ光干渉計の波
長λ₂をほぼλ₂₁とすると、波長λ₂ ₁の信号の透過率を
劣下させることになる。それゆえ、この波長λ₂をλ₂₁
に設置し、式（１），（２）に従いＮを適当に選択し、
波長λ₁をλ₁₁付近になるように設定することが望まし
い。

【００３７】マッハ・ツェンダ光干渉計の対角ポートで
は、方向性結合器の結合比が５０％からづれても、漏話
はほとんど生じないが、信号光の透過率は劣下する。そ
れゆえ、それぞれのマッハ・ツェンダ光干渉計の方向性
結合器の結合比を波長λ₂に対してほぼ５０％となるよ
うに構成することにより、光合分波される信号光を高効
率で透過できる。

【００３８】また、これらの導波路を単一モード石英系
光導波路で構成することにより、低挿入損失で、光ファ
イバとの低接続損失な光合分波器を実現できる。

【００３９】

【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。

【００４０】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光導波路を使用し
て説明するが、これは、単一モード光ファイバとの接続
性に優れるためであり、この導波路に限定されるわけで
はない。

【００４１】（実施例１）図１は、本発明の実施例１の
導波路型光合分波器の概略構成を示す平面図であり、図
２は、図１に示すＡ−Ａ線で切った断面の拡大断面図で
ある。

【００４２】本実施例１の導波路型光合分波器は、図１
及び図２に示すように、シリコン基板１上には、膜厚６
０μｍ程度のＳｉＯ₂系ガラス層１２が形成され、か
つ、このガラス層１２内には、ＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂系ガラ
スよりなる８μｍ角程度の断面形状を有する３本の光導
波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられている。光導波
路２１ａ，２１ｂ，２１ｃとガラス層１２の比屈折率差
は０.３％である。

【００４３】光導波路２１ａ，２１ｂは、２箇所で互い
に近接して形成され、それぞれの光導波路を進行してき
た異なる波長の信号光を合分波する方向性結合器２２
ａ，２２ｂを形成し、導波路２１ａが２１ｂより導波路
長差△Ｌ₁だけ長く設定し、マッハ・ツェンダ光干渉計
３ａとしている。同様に、光導波路２１ｂ，２１ｃは、
２箇所で互いに近接して形成され、それぞれの比導波路
を進行してきた異なる波長の信号光を合分波する方向性
結合器２２ｃ，２２ｄを形成し、導波路２１ｃが２１ｂ
より導波路長差△Ｌ₂だけ長く設定し、マッハ・ツェン
ダ光干渉計３ｂとしている。

【００４４】ここで、方向性結合器２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ，２２ｄは、本実施例１において、光導波路２１ａ
と２１ｂ、あるいは、光導波路２１ｂと２１ｃを間隔数
μｍ程度に保ち、かつ、０.５ｍｍ程度の距離にわたっ
て平行に配置することにより構成されている。

【００４５】本実施例１では、第一のマッハ・ツェンダ
光干渉計３ａの透過ポート２４ｂに出力される信号光の
波長λ₁₁を１.５７μｍとし、対角ポートに出力される
信号光の波長λ₂₁を１.３１μｍとした。石英系ガラス
からなる各導波路２１ａ，２１ｂの屈折率ｎは、１.４
５であるので、（１），（２）式よりＮ＝３、△Ｌ₁＝
２.７μｍであった。また、方向性結合器２２ａ，２２
ｂの結合比を波長λ₂₁である１.３１μｍに対して５０
％になるように設定した。第一のマッハ・ツェンダ光干
渉計３ａの透過ポート２４ｂでの波長λ₂₁＝１.３１μ
ｍの信号光による漏話を充分に抑圧するために、第二の
マッハ・ツェンダ光干渉計３ｂの透過ポート２６ｂに出
力される信号光の波長λ₁₂をほぼ１.３１μｍ、すなわ
ち、１.２８μｍ、１.３３μｍ、１.３７μｍとし、対
角ポートに出力される信号光の波長λ₂₂をほぼ１.５７
μｍ、すなわち、１.５μｍ、１.５５μｍ、１.６μｍ
とした。石英系ガラスからなる各導波路２１ｂ，２１ｃ
の屈折率ｎが１.４５であることから、式（１），
（２）よりＮ〜３であり、△Ｌ２＝３.１μｍ、３.２μ
ｍ、３.３μｍの３種類を設定した。方向性結合器２２
ｃ，２２ｄの結合比を、それぞれ波長λ₂₂である１.５
μｍ、１.５５μｍ、１.６μｍで５０％になるように設
定した。

【００４６】図２に、入力ポートを２３ｂとしたとき
の、出力ポート２６ａでの光強度透過率の波長特性を太
い実線で、出力ポート２４ａでの光強度透過率の波長特
性を太い点線で示した。また、比較のために従来構成で
ある第一だけのマッハ・ツェンダ光干渉計を作製し、図
１の第一の出力ポート２４ｂに相当する特性を実線で示
した。波長１.３μｍ帯での漏話を２０ｄＢと抑えられ
る周波数幅が、従来構成に比較して、本実施例１の構成
では３から４倍広げられる。

【００４７】波長λ₁₁と波長λ₂₂が、及び、波長λ₂₁と
λ₁₂が等しいと、その２つの波長λ₁₁、λ₂₁の信号の漏
話を最も抑圧できることになる。しかし、信号はある波
長幅をもつので、波長λ₂₁と波長λ₁₂が等しくなるよう
に設定する方法ばかりでなく、信号の中心波長が、若干
離れた波長λ₂₁と波長λ₁₂のほぼ中間にくるようにマッ
ハ・ツェンダ光干渉計３ａ，３ｂの光路長差△Ｌ₁，△
Ｌ₂を設定してもよい。

【００４８】（実施例２）図４は、本発明の実施例２の
導波型光合分波器の概略構成を示す平面図である。

【００４９】本実施例２の導波型光合分波器は、図４に
示すように、前記実施例１と同様にシリコン基板１上に
は膜圧６０μｍ程度のＳｉＯ₂系ガラス層１２が形成さ
れている。このガラス層１２内にはＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂系
ガラスよりなる６μｍ角程度の断面形状を有する４本の
光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが設けられて
いる。導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄとガラス
層１２の比屈折率差は０.７５％である。本実施例２の
構成要素であるマッハ・ツェンダ光干渉計３ａと３ｂの
構成及び接続は、前記実施例１と同様であり、光導波路
２１ａ，２１ｄは、２箇所で互いに近接して形成され、
それぞれの光導波路を進行してきた異なる波長の信号光
を合分波する方向性結合部２２ｅ，２２ｆを形成し、導
波路２１ｄが２１ｃより導波路長差△Ｌ₂だけ長く設定
し、マッハ・ツェンダ光干渉計３ｃとしている。

【００５０】本実施例２では、第一のマッハ・ツェンダ
光干渉計３ａにおける透過ポートでの信号光出力波長λ
₁₁を１.４８μｍとし、対角ポートへの信号光出力波長
λ₂₁を１.５５μｍとした。石英系ガラスからなる各導
波路２１ａ，２１ｂの屈折率ｎが１.４５であるから、
式（１），（２）よりＮ〜１１、△Ｌ₁＝１１.７μｍで
あった。また、方向性結合器２２ａ，２２ｂの結合比を
波長λ₂₁である１.５５μｍに対して５０％になるよう
に設定した。

【００５１】波長λ₂₁＝１.５５μｍの漏話を十分に抑
圧するために、導波路２１ｂ側の第二のマッハ・ツェン
ダ光干渉計３ｂの透過ポートでの信号光出力波長λ₁₂を
ほぼ１.５５μｍ、すなわち、１.５３μｍ、１.５５μ
ｍ、１.５６μｍとし、対角ポートでの出力波長λ₂₂を
ほぼ１.４８μｍ、すなわち、１.４７μｍ、１.４８μ
ｍ、１.４９μｍとした。石英系ガラスからなる各導波
路２１ｂ，２１ｃの屈折率ｎを１.４５であることか
ら、式（１），（２）よりＮ〜１１であり、△Ｌ₂＝１
１.１μｍ、１２.２μｍ、１２.３μｍの３種類を設定
した。また、方向性結合器２２ｃ，２２ｄの結合比を波
長λ₂₂である１.４７μｍ、１.４８μｍ、１.４９μｍ
に対して５０％になるように設定した。

【００５２】次に、波長λ₁₁である１.４８μｍの漏話
をさらに十分に抑圧するために、導波路２１ａ側の第三
のマッハ・ツェンダ光干渉計３ｃの対角ポートに信号光
出力波長λ₁₃を１.４８μｍ、すなわち、１.４６μｍ、
１.４８μｍ、１.４９μｍとし、透過ポートへの信号光
出力波長λ₂₃をほぼ１.５５μｍ、すなわち、１.５３μ
ｍ、１.５４μｍ、１.５５μｍとした。石英系ガラスか
らなる各導波路２１ｅ，２１ｆの屈折率ｎを１.４５で
あるから、式（１），（２）よりＮ〜１１である。それ
ゆえ、△Ｌ₃を１１.６μｍ、１１.７μｍ、１１.８μｍ
の３種類を設定した。

【００５３】また、方向性結合器２２ｅ，２２ｆの結合
比を波長λ₂₂である１.５３μｍ、１.５４μｍ、１.５
５μｍに対して５０％になるように設定した。

【００５４】図５に、入力ポートを２３ｂとしたとき
の、出力ポート２６ａでの透過率の波長特性を太い実線
で、出力ポート２６ｃでの透過率の波長特性を太い点線
で示した。また、比較のために従来構成である第一のマ
ッハ・ツェンダ光干渉計と同構造のマッハ・ツェンダ光
干渉計を作製し、図７の第一のマッハ・ツェンダ光干渉
計の出力ポート２４ｂに相当する特性を実線で示し、出
力ポート２４ａに相当する特性を点線で示した。波長
１.４８μｍ帯、及び１.５５μｍ帯での漏話を２０ｄＢ
と抑えられる周波数幅が、従来構成に比較して、本実施
例２の構成では約３から約４倍広げられる。

【００５５】第一のマッハ・ツェンダ光干渉計３ａと導
波路２１ｂ側の第二のマッハ・ツェンダ光干渉計３ｂの
構成は、本発明の実施例１で述べたことと基本的に同じ
である。導波路２１ａ側の第三のマッハ・ツェンダ光干
渉計３ｃは、マッハ・ツェンダ光干渉計３ａとほぼ同構
成を用いている。しかしながら、本実施例２の構成で
は、合分波による漏話は抑えられるものの、合分波信号
の透過特性が劣下する。

【００５６】この、透過特性の劣下を防ぐために、第二
のマッハ・ツェンダ光干渉計３ｂの波長λ₂₂を１.４８
μｍとし、波長λ₁₂を１.５５μｍ付近に設定するため
に、１.５７μｍ、１.５５μｍ、１.５３μｍとした。
この時、Ｎは９，１１，１５であり、△Ｌ₂を９.２μ
ｍ、１１.２μｍ、１５.３μｍに設定した。方向性結合
器２２ｃ，２２ｄの結合比を、１.４８μｍで５０％と
なるように設定した。

【００５７】また、第三のマッハ・ツェンダ光干渉計３
ｃの波長λ₂₃を１.５５μｍとし、波長λ₁₃を１.４８μ
ｍ付近に設定するために、１.４７μｍ、１.４８μｍ、
１.５０μｍとした。この時、Ｎは９，１１，１５であ
り、△Ｌ₂を９.６μｍ、１１.８μｍ、１６.０μｍに設
定した。方向性結合器２２ｅ，２２ｆの結合比を、１.
５５μｍで５０％となるように設定した。

【００５８】図６に、入力ポートを２３ｂとしたとき
の、出力ポート２６ａでの透過率の波長特性を太い実線
で、出力ポート２６ｃでの透過率の波長特性を太い点線
で示した。

【００５９】また、比較のために従来構成である一段目
だけのマッハ・ツェンダ光干渉計を作製し、図７の第一
のマッハ・ツェンダ光干渉計の出力ポート２４ｂに相当
する特性を実線で示し、出力ポート２４ａに相当する特
性を点線で示した。漏話を２０ｄＢと抑えられる周波数
幅が、従来構成に比較して、波長１.４８μｍ帯で約３
倍、１.５５μｍ帯で約３から約４倍広げられる。波長
１.４８μｍと波長１.５５μｍの信号光の光透過強度も
ほとんど劣下しない。

【００６０】第一のマッハ・ツェンダ光干渉計３ａと二
段目のマッハ・ツェンダ光干渉計３ｃが同構造である
と、波長λ₂₁の信号の漏話をさらに抑圧することができ
る。

【００６１】しかし、信号はある波長幅をもつので、信
号の中心波長に対して、その中心波長より若干離れた波
長λ₂₁の波長λ₂₂のほぼ中間にくるようにマッハ・ツェ
ンダ光干渉計３ａ，３ｃの光路長差△Ｌ₁、△Ｌ₃を設定
するとよい。

【００６２】ところで、上記実施例では、光導波路とし
て、シリコン基板上の石英系単一モード光導波路を扱っ
たが、本発明は、これに限定されるものではなく、他の
材料系の光導波路でも適用対象になる。例えば、多成分
ガラス基板やニオブ酸リチウム結晶基板上に金属イオン
拡散技術により作製されるイオン拡散導波路も本発明を
適用できる。材料系により光導波路の屈折率ｎも異なる
ので、この点を考慮して式（１），（２）等を扱う必要
があることは、もちろんである。

【００６３】また、上記実施例では、２つのマッハ・ツ
ェンダ光干渉計を接続したパターンを基本としたが、第
二及び第三のマッハ・ツェンダ光干渉計に、さらに繰り
返しほぼ同構造のマッハ・ツェンダ光干渉計を従属接続
し、それぞれの接続は、前段の対角ポートに接続する構
成とし、最終段に接続したマッハ・ツェンダ光干渉計の
対角ポートから出力を取り出すことにより、漏話をさら
に抑えることができる。例えば、それぞれ実施例２の第
二と第三のマッハ・ツェンダ光干渉計の対角ポート２６
ａと２６ｃにほぼ第二と第三と同構造のマッハ・ツェン
ダ光干渉計を接続し、最終段のマッハ・ツェンダ光干渉
計の対角ポートより出力を取り出すようにすればよい。

【００６４】また、上記実施例では、分波波長を、１.
３１μｍと１.５７μｍ、及び、１.４８μｍと１.５５
μｍの例を示したが、これに限定されるものではなく、
従来技術で述べたようにマッハ・ツェンダ光干渉計型合
分波器は、２つの波長が数百ｎｍ以上の離れた信号光か
ら２つの波長が０.０１ｎｍオーダよりも狭い、極めて
近接した信号光を光合分波することができ、本発明の構
成を適用できる。

【００６５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、導波路型マッハ・ツェンダ光干渉計型光合分波器の
合分波する２つの信号あるいは信号群（第一の信号波長
あるいは信号群の中心波長λ₁、第二の信号波長あるい
は信号群の中心波長λ₂）の波長λ₁がλ₁₁であり、波長
λ₂がλ₂₁である第一のマッハ・ツェンダ光干渉計の透
過ポートに、波長λ₁がλ₂₁であり、波長λ₂がλ₁₁であ
るマッハ・ツェンダ光干渉計の入力ポートに接続するこ
とにより、さらに、第一のマッハ・ツェンダ光干渉計の
対角ポートに、波長λ₁がλ₁₁であり、波長λ₂がλ₂₁で
あるマッハ・ツェンダ光干渉計を接続することにより、
方向性結合器の作製誤差による漏話特性の劣下を抑える
ことができる。

【００６６】さらに、低漏話の波長範囲を広げることが
できることから、複数の信号を多重化した信号群の分波
にも漏話を抑えることができる。これらの特徴から、単
独のマッハ・ツェンダ光干渉計のみで構成していた光合
分波器に比較して、本発明の構成の光合分波器の方が作
製の歩留まりを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導波型光合分波器の実施例１の概略
構成を示す平面図、

【図２】図１に示すＡ−Ａ線で切った断面の拡大断面
図、

【図３】図１に示す２３ｂを入射ポートとしたときの
出力ポート２４ａ及び２６ａから出力される光透過強度
の波長特性図、

【図４】本発明の導波型光合分波器の実施例１の概略
構成を示す平面図、

【図５】図４に示す２３ｂを入射ポートとしたときの
出力ポート２６ａ及び２６ｃから出力される光透過強度
の波長特性図、

【図６】図４に示す２３ｂを入射ポートとしたときの
出力ポート２６ａ及び２６ｃから出力される光透過強度
の波長特性図、

【図７】従来のマッハ・ツェンダ光干渉計型光合分波
器の概略構成の一例を示す平面図。

【符号の説明】

１１…シリコン基板、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ
…光導波路、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２
ｅ，２２ｆ…方向性結合部、２３ａ，２３ｂ，２５ａ，
２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ…マッハ・ツェンダ光干渉計の
入力ポート、２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ，２６
ｃ，２６ｄ…マッハ・ツェンダ光干渉計の出力ポート、
３ａ，３ｂ，３ｃ…マッハ・ツェンダ光干渉計、１２…
ガラス層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に２本の光導波路を２箇所で互い
に近接させて２個の方向性結合器とし、前記２個の方向
性結合器間の２本の光導波路の長さの差を△Ｌとし、前
記光導波路の実効屈折率を波長λでｎ（λ）とし、前記
２本の光導波路の一端を入力ポートとし、他端を出力ポ
ートとし、前記一方の光導波路の入力ポートから入力し
た波長λ₁と波長λ₂の２つの信号光を、前記一方の出力
ポートである第１の出力ポートから波長λ₁の信号光
を、前記他方の光導波路の出力ポートである第２の出力
ポートから波長λ₂の光信号を出力するとし、前記光導
波路長差△Ｌが、前記２つの信号光の波長λ₁、λ₂に対
して、ｎ（λ₁）・△Ｌ＝（ｍ±０．５）・λ₁（ｍ：整数）ｎ（λ₂）・△Ｌ＝ｍ・λ₂ となる構成のマッハ・ツェンダ光干渉計を用いた光合分
波器において、前記波長λ₁がほぼλ₁₁であり、前記波
長λ₂がほぼλ₂₁である第一の前記マッハ・ツェンダ光
干渉計と、前記第一のマッハ・ツェンダ光干渉計の第一
の出力ポートに接続された、前記波長λ₁がほぼλ₂₁で
あり、前記波長λ₂がほぼλ₁₁となる前記第二のマッハ
・ツェンダ光干渉計により、または、前記第二のマッハ
・ツェンダ光干渉計とほぼ同構造の複数のマッハ・ツェ
ンダ光干渉計を、それぞれ前段の出力ポートに後段の入
力ポートを縦続接続した一連のマッハ・ツェンダ光干渉
計により構成されたことを特徴とする導波路型光合分波
器。
【請求項２】請求項１記載の光合分波器と、前記第一
のマッハ・ツェンダ光干渉計の前記第二の出力ポートに
接続された、前記波長λ₁がほぼλ₁₁であり、前記波長
λ₂がほぼλ₂₁である第三の前記マッハ・ツェンダ光干
渉計により、あるいは、前記第三のマッハ・ツェンダ光
干渉計とほぼ同構造の複数のマッハ・ツェンダ光干渉計
を、それぞれ前段の出力ポートに後段の入力ポートを縦
続接続した一連のマッハ・ツェンダ光干渉計により構成
されたことを特徴とする導波路型光合分波器。
【請求項３】請求項１又は２記載の導波路型光合分波
器において、前記マッハ・ツェンダ光干渉計の前記方向
性結合器が、λ₂に対して光強度結合比がほぼ５０％と
なる導波路型マッハ・ツェンダ光干渉計であることを特
徴とする導波路型光合分波器。
【請求項４】請求項１乃至３のうちいずれか１項に記
載の導波路型光合分波器において、前記光導波路が単一
モード石英系光導波路であることを特徴とする導波路型
光合分波器。