JPH07191226A - 光ブランチングデバイスおよび光学部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた加工安定性を有するとともに、損失を
低減することができる光ブランチングデバイスを提供す
る。 【構成】 本発明の光ブランチングデバイスは、基板１
と、テーパ導波路１１と、第２導波路２０、第３導波路
２１を備えており、テーパ導波路１１の末端幅は、第２
および第３導波路２０，２１の末端の幅よりも広い。

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、光信号処理等
の分野で用いられる光学部品に関するもので、特に、分
岐導波路や方向性結合器などの光ブランチングデバイス
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１つの路を伝達してきた光を８つの路に
分岐させる光分岐素子が知られている。この１×８の構
造を有する導波路型光分岐素子は、光通信、光信号処理
等の分野で頻繁に用いられており、この光導波路型光分
岐素子は、特開平５−１１１３０号公報に記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】導波路型光分岐素子の
基本的構成要素は、Ｙ型分岐素子である。本願発明者ら
によって考えられた１つのＹ型分岐素子は、図９に示さ
れる。光通信分野においては、分岐素子の分岐部をシャ
ープに製造することができず、その分岐過剰損失を低減
することができなかった。

【０００４】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、分岐過剰損失を低減させ、光導波路型分
岐素子の光結合効率を増加させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の光ブランチング
デバイスおよび光導波路型分岐素子は、従来の素子と比
較して結合効率を著しく改良した素子である。

【０００６】本発明は、光ブランチングデバイスにおい
て、クラッド部材および第１ないし第３もコア部材とを
備える。

【０００７】第１コア部材は、クラッド部材内に埋設さ
れている。第２コア部材は、クラッド部材内に埋設さ
れ、第１コア部材の第１端面に対して第１の間隔を隔て
て対向する第２端面を有している。第３コア部材は、ク
ラッド部材内に埋設され、第１コア部材の第１端面に対
して第２の間隔を隔てて対向する第３端面を有する。

【０００８】クラッド部材は、第１表面を有している。
第１コア部材は、第１表面に対して垂直な第１面と交差
することにより規定される第１垂直断面、第１表面に対
して垂直な第２面であって第１端面と第１面との間に位
置する第２面と交差することにより規定される第２垂直
断面、および第１表面に対して平行な第３面と交差する
ことにより規定される第１水平断面を有している。第２
コア部材は、第１表面に対して垂直な第４面と交差する
ことにより規定される第３垂直断面、および第３面と交
差することにより規定される第２水平断面を有してい
る。

【０００９】第３コア部材は、第４面と交差することに
より規定される第４垂直断面、および第３面と交差する
ことにより規定される第３水平断面を有している。第１
コア部材は、第１コア部材に入力された光が、第１垂直
断面および第２垂直断面を横切って第１水平断面に沿っ
た方向に伝搬して第１端面から出力されるように配置さ
れている。第２コア部材は、第１端面から出力された光
が、第２端面を通って第２コア部材に入力され、第３垂
直断面を横切って第２水平断面に沿った方向に伝搬して
第２コア部材から出力されるように配置されている。第
３コア部材は、第１端面から出力された光が、第３端面
を通って第３コア部材に入力され、第４垂直断面を横切
って第３水平断面に沿った方向に伝搬して第３コア部材
から出力されるように配置されている。

【００１０】ここで、第１端面の面積は、第１垂直断面
の面積よりも大きい。すなわち、第１コア部材は、第２
および第３コア部材方向に向かって広がったテーパー形
状の部分を有している。これにより、第１コア部材の第
１垂直断面側から入力された光のエネルギーは、この光
が第１端面から出射される際に減少する。光ブランチン
グデバイスにおける光の結合効率をさらに向上させるた
めに、第２垂直断面の面積が、第１端面の面積と等しい
こととした。なお、以下の説明において、面積が等しい
とは、実質的にそれらの面積が等しいことであって、一
方の面積が他方の面積の１００±３％以内であれば、こ
れらの面積はほぼ等しいこととする。

【００１１】

【作用】すなわち、第１コア部材に入力された光は、第
１垂直断面から第１端面に進行するにしたがって、光の
パワー密度（エネルギー密度）が減少すると同時に、こ
の光の波面(wave front)が第１水平断面内において扇型
に変形する。この第２垂直断面の面積が、第１端面の面
積と等しいこととすれば、この光が、第２垂直断面から
第１端面へ伝搬する間にその波面が、第１端面にほぼ平
行になる。したがって、第１端面から出力された光の指
向性は高くなり、第２コア部材および第３コア部材に結
合する光の結合効率は高くなる。波面と第１端面のなす
角度が±３度以内であれば、これらはほぼ平行であるこ
ととする。

【００１２】本発明の光ブランチングデバイスにおい
て、第２端面および第３端面は、第１端面から出射され
る光の波面にほぼ平行であるので、光の結合効率は高く
なる。

【００１３】すなわち、本発明の光ブランチングデバイ
スにおいて、第１コア部材は、第１端面を有し、入力さ
れた光のエネルギー密度を低下させるとともに、光の波
面を第１端面に対して平行にして光を第１端面から出射
する形状を有しており、第２コア部材は、第１端面に対
して所定の間隔をあけて対向する第２端面を有してお
り、第３コア部材は、第１端面に対して所定の間隔をあ
けて対向する第３端面を有している。

【００１４】この光は、一定の幅（コアサイズ）を有す
る光伝送路（コア）内を通過する。光伝送路波は、第１
コア部材の一部分であり、第１垂直断面に連続し、第１
垂直断面の面積と等しい断面積を有している。

【００１５】前記光の結合効率を増加させるために、本
発明光ブランチングデバイスにおいては、第１水平断面
と第１端面との交線の長さＬ１を、第２水平断面と第２
端面との交線の長さＬ２と、第３水平断面と第３端面と
の交線の長さＬ３と、第２端面と第３端面との間の距離
Ｌ４との和よりも大きくすることにした。すなわち、Ｌ
１は、Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４よりも大きい。

【００１６】第１コア部材は、第４端面を有している。
光ブランチングデバイスは、クラッド部材内に埋設さ
れ、第１コア部材の第４端面に対して所定の間隔を隔て
て対向する第５端面を有する第４コア部材と、クラッド
部材内に埋設され、第１コア部材の第４端面に対して所
定の間隔を隔てて対向する第６端面を有する第５コア部
材とを備えている。したがって、第４コア部材および第
５コア部材を介して第１コア部材（光ミキサー）に入力
された光は、第２コア部材および第３コア部材に出力さ
れる。それぞれの第４コア部材および第５コア部材に
は、異なる波長の光信号を入力することにしてもよく、
この場合は、本光ブランチングデバイスは、オプテクィ
カルマルチプレクサ（またはディマルチプレクサ）とし
て機能することができる。また、第４コア部材および第
５コア部材には、同じ波長の光信号を入力することにし
てもよく、この場合は、この光ブランチングデバイス
は、光カプラー（オプティカルデバイダーを含む）とし
て機能することができる。

【００１７】第２コア部材と第３コア部材とを近接させ
ると、それぞれの部材内を伝搬する光が干渉する。した
がって、この干渉を防止するためには、第２コア部材と
第３コア部材とは、エバネセントフィールド結合しない
程度に離れていることが望ましい。また、第２コア部材
と第３コア部材とが離れすぎると、前記結合効率が低下
するので、本発明の光ブランチングデバイスにおいて、
第２コア部材は、第１コア部材に近づくにしたがって細
くなっている。

【００１８】第３コア部材は、第１コア部材に近づくに
したがって細くなっていることとした。これにより、こ
れらのコア部材を細くしないものと比較して結合効率を
高くすることができる。すなわち、第２端面の面積は、
第３垂直断面の面積よりも小さく、第３端面の面積は、
第４垂直断面の面積よりも小さい。

【００１９】第２コア部材と第３コア部材とは、所定の
スペースを有しているので、第１コア部材からこれらの
第２および第３コア部材に入力された光がこのスペース
からが洩れる。洩れた光は、他の光学部材に影響を与え
ることがあるので、本発明の光ブランチングデバイス
は、第２コア部材と第３コア部材との間に介在する遮光
部材を備えることとした。これにより、洩れた光が他の
素子への影響を与えるのを防止するとともに、この遮光
部材を用いることにした。これらの第２コア部材と第３
コア部材とは、第２および第３コア部材内を伝搬する光
が干渉しない程度（エバネセントフィールド結合しない
程度）にこれらの第２および第３コア部材を離すことが
望ましい。これにより、結合効率を向上させることがで
きる。

【００２０】第１コア部材は、第１コア部材に入力され
た光の波面を第１端面から平行に出射する形状を有して
いることを特徴とする光ブランチングデバイス。

【００２１】以上のように、本発明に係る光ブランチン
グデバイス（オプティカルコンポーネント）は、このデ
バイスに入力された光をミキシングして出力する。本デ
バイスに入射された入射光と本デバイスから出力される
出力光との比率は、図９に示したＹ分岐素子よりも高く
なる。

【００２２】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【００２３】まず、本願発明者が考えた光分岐素子（光
ブランチングデバイス）について、図９を用いて説明す
る。

【００２４】図９は、１つの非分岐側導波路１０から直
線導波路１２に付加されたテーパ導波路１１を介して連
続的に分岐側導波路２０、２１へ分岐する形状の光ブラ
ンチングデバイスを示す断面図である。

【００２５】この導波路型光分岐素子には、導波路を形
成する際に、分岐部にある鋭角形状のくさび部３０の先
端が丸くなることが避けられず、その結果、光分岐素子
全体の損失が増加しやい。十分に損失を抑えた光分岐素
子を大量生産する場合、歩留りをさらに向上させること
が必要である。

【００２６】これを解決する導波路型光分岐素子（光ブ
ランチングデバイス）として、図１１に示すような、非
分岐側導波路１０と分岐側導波路２０、２１とを分離し
た分岐部構造を有する導波路型光分岐素子が考えられ
る。ここで、直線導波路１２に付加されたテーパ導波路
(tapered waveguide) １１の末端幅（Ｗｔ）は、分岐側
導波路２０、２１の幅（図１１の例では、ともにＷであ
る。）の和（２Ｗ）と、分岐側導波路２０、２１の分岐
部における間隔（Ａ）との総和（２Ｗ＋Ａ）に等しい。

【００２７】図１１に示した導波路型光分岐素子は、図
９に示した導波路型光分岐素子におけるくさび部３０の
ような、作製上なまりやすい部分を有していない。した
がって、図１１の導波路型光分岐素子は、分岐部の加工
が比較的容易である。したがって、図１１の素子は、図
９に示した素子よりも優れた加工安定性のもとに再現性
よく作製することができる。それゆえ、この導波路型光
分岐素子は、図９の素子と比べ歩留りよく大量生産する
ことが可能である。

【００２８】一方、図１１に示される比較例の導波路型
光分岐素子は、加工安定性を高めようとして分岐側導波
路２０と２１の間隔を大きくすると、図１１に示される
ような分岐側導波路２０と２１の間からの導波光の放射
が増加し、光分岐における損失が急激に上昇する。

【００２９】逆に、光分岐における放射を抑えるために
分岐側導波路２０と２１との間隔を小さくすると、加工
安定性が低下し、歩留りをさらに向上させることができ
ず、量産に向かないものとなってしまう。この様に、図
１１の導波路型光分岐素子には、十分な加工安定性を保
持する必要から、損失の低減化において改良すべき点が
ある。

【００３０】図１は、本発明の１つの実施例に係る光ブ
ランチングデバイスを示す斜視図である。図２Ａは、こ
のデバイスを図の矢印Ｈ−Ｈを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図２Ｂは、図２Ａに示したデバイス
を図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切ったデバイスの断面図
である。図２Ｃは、図２Ａに示したデバイスを図の矢印
Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図
２Ｄは、図２Ａに示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図２Ｅは、図
２Ａに示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。図２Ｆは、図２Ａに示し
たデバイスを図の矢印Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図３は、図２Ａに示したデバイスの
断面図である。

【００３１】この光ブランチングデバイスは、図１１に
示したデバイスをさらに改良した素子である。光ブラン
チングデバイスの特性を改良するために、この導波路光
分岐素子は、端部１１がテーパ導波路１１となっている
非分岐側導波路１０と、テーパ導波路１１の端面１１ｃ
と所定の間隔をあけて対向し、互いに分離した２つの分
岐側導波路２０，２１とを備えている。

【００３２】テーパ導波路１０の末端１１ｃの幅（Ｗ
ｔ）は、２つの分岐側導波路２０，２１の分岐部側の末
端２０ｃ，２１ｃの各幅（Ｗ）の和（２Ｗ）と、２つの
分岐側導波路２０，２１の分岐部における間隔（Ａ）と
の総和（２Ｗ＋Ａ）よりも大きい。

【００３３】ここで、テーパ導波路は、後述するよう
に、テーパ部１１５と、テーパ部１１５の先端に付加さ
れ、テーパ部１１５の末端とほぼ同一幅の直線部１１６
とを有しており、テーパ導波路の直線部１１６の末端の
幅が、２つの分岐側導波路１２０，１２１の分岐部側の
末端１２０ｃ，１２１ｃの各幅の和と、２つの分岐側導
波路１２０，１２１の分岐部における間隔との総和より
大きい。

【００３４】上記の導波路型光分岐素子において、テー
パ導波路の末端の幅（Ｗｔ）が、２つの分岐側導波路２
０，２１の分岐部側の末端の各幅（Ｗ）の和（２Ｗ）
と、２つの分岐側導波路２０，２１の分岐部における間
隔（Ａ）との総和よりも、約１０μｍ以下の長さだけ大
きい。また、後述するテーパ導波路の直線部が約３００
μｍ以下の長さであってもよい。さらに、後述するよう
に、本発明に係る導波路光分岐素子は、上記の導波路型
光分岐素子を複数備え、一つの前記導波路型光分岐素子
の前記分岐側導波路の末端を、他の前記導波路型光分岐
素子の前記非分岐側導波路としてもよい。

【００３５】本実施例に係る導波路型光分岐素子は、非
分岐側導波路１０と分岐側導波路２０，２１とが分離し
ているので、加工困難なくさび部（図９の符号３０）を
設けることなく、端面１２ｃから第１コア部材１０に入
力された導波光を分岐させることができる。また、非分
岐側導波路１０の端部１１にあるテーパ導波路１１の末
端１１ｃの幅（Ｗｔ）が、２つの分岐側導波路２０，２
１の分岐部側の末端２０ｃ，２１ｃの各幅（Ｗ）の和
（２Ｗ）と、２つの分岐側導波路２０，２１の分岐部に
おける間隔（Ａ）との総和（２Ｗ＋Ａ）よりも大きいの
で、テーパ導波路１１の末端１１ｃにおける前記導波光
の電界分布が幅方向に拡大して、光分岐の前後における
電界分布の重なりを大きくしながら導波光を分岐させる
ことができる。これにより、光分岐前後の電磁界分布の
結合効率が向上するので、２つの分岐側導波路２０，２
１間からの導波光放射（放射損失）を大幅に減少させ、
光分岐における損失を低減しつつ導波光を分岐させるこ
とができる。

【００３６】また、後述するように、導波路型光分岐素
子のうち、テーパ導波路がテーパ部と、テーパ部の先端
に付加され、テーパ部の末端とほぼ同一幅の直線部とを
有するものは、上記の作用に加え、テーパ部１１６にて
放射状に広がった波面を平面状に戻してから導波光を分
岐側導波路に入射させることができる。これにより、テ
ーパ導波路の端面のうち、２つの分岐側導波路の分岐部
側の末端の各幅と、２つの分岐側導波路の分岐部におけ
る間隔との総和よりも幅を大きくした部分からの導波光
放射を抑えて、光分岐における損失をさらに低減しつつ
導波光を分岐させることができる。

【００３７】また、後述するように、上記の導波路型光
分岐素子を複数備える導波路型光分岐素子は、上記の作
用が複数回繰り返され、光分岐における損失を格段に低
減しつつ導波光を分岐して出力することができる。

【００３８】図１の導波路型光分岐素子は、例えばシリ
コンを含む材料から作られる基板１と、その上面に形成
された、例えばＳｉＯ₂ （ガラス、シリカガラス）から
なる透明材料層（クラッド部材２およびコア部材１０，
２０，２１）と備えている。すなわち、この透明材料層
は、クラッド２よりも高屈折率のコア１０，２０，２１
を備えている。透明材料層は、非分岐側導波路１０およ
び互いに分離した分岐側導波路２０，２１と、このコア
１０が埋め込まれたコア１０のそれよりも低屈折率のク
ラッド２からなっている。なお、導波路１０，２０およ
び２１は、いずれも光が伝搬する方向に沿って形成され
ている。

【００３９】ここで、非分岐側導波路１０は、直線導波
路１２の端部に、平面形状が末広がりのテーパ状である
テーパ導波路１１が付加されたものである。また、分岐
側導波路２０、２１は、ともに一定の幅と曲率半径を有
する曲り導波路２０，２１であり、テーパ導波路１１の
端面１１ｃと所定の間隔をあけて対向している。

【００４０】図１に示される構造をより詳しく説明する
と、図２Ａおよび図３に示すように、分岐側導波路２
０，２１は一定の幅（Ｗ）および曲率半径（Ｒ）を有す
る曲り導波路となっており、分岐部側の端部で間隔
（Ａ）をあけて近接している。また、これらはテーパ導
波路１１の端面と所定の間隔（Ｂ）をあけて対向してお
り、非分岐側光導波路１０の中央線（図３の一点鎖線で
示す）に関して対称に、なおかつ、光の伝搬する方向に
向かって徐々に互いの間隔が大きくなるように配置され
ている。

【００４１】図１ないし３に示される導波路型光分岐素
子の１つの特徴的な点は、テーパ導波路１１の末端幅
（Ｗｔ）が、分岐側導波路２０、２１の分岐部側の末端
の幅の和（２Ｗ）と、分岐側導波路２０、２１の分岐部
における間隔（Ａ）との総和（２Ｗ＋Ａ）よりも大きい
ことである。すなわち、Ｗｔ＞２Ｗ＋Ａである。この点
において、この導波路型光分岐素子は、図１１に示した
導波路型光分岐素子と異なる。

【００４２】図２Ａの導波路型光分岐素子は、非分岐側
導波路１０と分岐側導波路２０，２１とを分離した分岐
部構造を採用しているので、図９に示した鋭角形状の
「くさび部」が不要となって、分岐部の加工が容易にな
り、優れた加工安定性を有する。これに加えて、上記の
ようにテーパ導波路１１の末端幅が拡大されているの
で、導波光の電界分布をテーパ導波路１１の幅方向、す
なわち光の伝搬方向に対して垂直な方向に拡大して、光
分岐の前後における電界分布をより合致させることがで
きる。

【００４３】さらに詳しく説明すると、非分岐側導波路
１０と分岐側導波路２０、２１とが分離した導波路型光
分岐素子においては、非分岐側導波路１０の分岐部側の
末端における導波光の電磁界と、分岐側導波路２０、２
１の分岐部側の末端における導波光の電磁界との間の結
合効率が大きいほど、光分岐における損失を低減するこ
とができる。

【００４４】本実施例に係る導波路型光分岐素子では、
上述したように、導波路を対向して分離させた分岐部構
造を採用し、しかもテーパ導波路１１の末端幅を拡大し
ているので、テーパ導波路１１の末端における電界分布
がテーパ導波路１１の幅方向に広がる。この結果、光分
岐前後の電界の重なり部分の面積が大きくなり、図１１
に示したデバイスよりも結合効率を高めることができ
る。

【００４５】以下、上述したデバイスをさらに詳しく説
明する。

【００４６】本実施例の導波路型光分岐素子（光ブラン
チングデバイス）は、シリコン基板１と、保持基板１上
に形成されたクラッド部材２と、第１コア部材（第１テ
ーパ導波路）１０と、第２コア部材（第２導波路）２０
と、第３コア部材（第３導波路）２１とを備える。

【００４７】第１コア部材１０は、クラッド部材２内に
埋設されている。第２コア部材２０は、クラッド部材２
内に埋設されている。第２コア部材２０は、第１コア部
材１０の第１端面１１ｃに対して第１の間隔Ｂを隔てて
対向する第２端面２０ｃを有している。第３コア部材２
１も、クラッド部材２内に埋設されている。第３コア部
材２１は、第１コア部材１０の第１端面１１ｃに対して
第２の間隔Ｂを隔てて対向する第３端面２１ｃを有して
いる。ここで、第１の間隔Ｂと第２の間隔Ｂとは等しく
してある。

【００４８】クラッド部材２（クラッド２，クラッド層
２）は、第１表面２ａを有している。第１表面２ａは、
基板１の主表面１ａに平行である。この第１表面２ａに
垂直な方向と光の伝搬する方向の双方に垂直な方向を幅
方向とする。また、第１表面２ａに垂直な方向を厚み方
向とする。第１コア部材１０は、一定の幅および厚みを
有する光伝送路１２、一定の厚みを有し、光伝送路１２
に連続してこの光伝送路１２から離れるほど広い幅を有
するテーパー型のコア部分１１とを有している。光伝送
路１２の幅１２は、図２Ａの面１２ａと面１２ｂとの間
の距離により規定される。

【００４９】第１コア部材１０は、第１表面２ａに対し
て垂直な第１面（図２Ａの矢印Ｂ−Ｂを通る平面）と交
差することにより規定される第１垂直断面１２ｄを有し
ている。第１コア部材１０は、第１表面２ａに対して垂
直な第２面（図２Ａの矢印Ｃ−Ｃを通る平面）であって
第１端面１１ｃと第１面（Ｂ−Ｂ面）との間に位置する
第２面（Ｃ−Ｃ面）と交差することにより規定される第
２垂直断面１２ｅを有している。第１コア部材１０は、
第１表面２ａに対して平行な第３面（図１の矢印Ｈ−Ｈ
を通る平面）と交差することにより規定される第１水平
断面（図２Ａの符号１０ａで示される）を有している。

【００５０】第２コア部材２０は、第１表面２ａに対し
て垂直な第４面（図２Ａの矢印Ｅ−Ｅを通る平面）と交
差することにより規定される第３垂直断面２０ｅを有し
ている。第２コア部材２０は、第３面（Ｈ−Ｈ面）と交
差することにより規定される第２水平断面（図２Ａの符
号２０ｆで示される）を有している。第３コア部材２１
は、第４面（Ｅ−Ｅ面）と交差することにより規定され
る第４垂直断面２１ｅを有している。第３コア部材２１
は、第３面（Ｈ−Ｈ面）と交差することにより規定され
る第３水平断面２１ｆを有している。

【００５１】換言すれば、図１ないし図３に示された分
岐導波路は、基板１、第１テーパ導波路１０、第２導波
路２０および第３導波路２１を有している。

【００５２】基板１は、基板表面１ａを有している。

【００５３】第１テーパ導波路１０は、基板表面１ａ上
に形成されており、第１端面１１ｃを有している。

【００５４】第２導波路２０は、基板表面１ａ上に形成
されている。第２導波路２０は、第１端面１１ｃに対し
て所定の間隔をあけて対向する第２端面２０ｃ、基板表
面１ａと交差する面を含む第１側面２０ａ、第１側面２
０ａに対向する第２側面２０ｂを有している。

【００５５】第３導波路２１は、基板表面１ａ上に形成
されている。第１端面１１ｃに対して所定の間隔をあけ
て対向する第３端面２１ｃ、基板表面１ａと交差する面
を含む第３側面２１ａ、第３側面２１ａに対向する第４
側面２１ｂを有している。第４側面２１ｂは、第１側面
２０ａと第３側面２１ａとの間に配置されている。第１
側面２０ａは、第２側面２０ｂと第４側面２１ｂとの間
に配置されている。

【００５６】第１端面１ａの幅は、基板表面１ａの法線
方向（厚み方向）および第１端面１１ｃの法線方向（光
軸方向）の双方に垂直な方向（幅方向）に沿った第１端
面１ａの長さである。第１端面１１ｃの幅（Ｗｔ）は、
第２端面２０ｃと第３端面２１ｃとの間の距離よりも大
きい。すなわち、側面２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ
と第１端面１１ｃとの交線をそれぞれ、交線２０ｉ、２
０ｊ、２１ｊ、２１ｉとし、第１端面１１ｃと端面１１
ｂとの間の交線を１１ｉとし、第１端面１１ｃと側面１
１ａとの交線を１１ｊとすれば、第１端面１１ｃの幅は
Ｗｔは、交線１１ｉと交線１１ｊとの間の距離で規定さ
れる。また、第２端面２０ｃの幅（Ｗ）は、交線２０ｉ
と２０ｊとの間の距離によって規定され、第３端面２１
ｃの幅（Ｗ）は、交線２１ｉと２１ｊとの間の距離によ
って規定される。第３端面２１ｃと第２端面２０ｃとの
間の距離（Ａ）は、交線２０ｊと２１ｊとの間の距離に
よって規定される。つまり、交線１１ｉと交線１１ｊと
の間の距離（Ｗｔ）は、交線２０ｉと２１ｉとの間の距
離（Ｗ＋Ｗ＋Ａ）よりも大きい。

【００５７】第１コア部材１０は、端面１２ｃを介して
第１コア部材１０に入力された光が、第１垂直断面１２
ｄおよび第２垂直断面１２ｅを横切って第１水平断面１
０ａに沿った方向に伝搬して第１端面１１ｃから出力さ
れるように配置されている。

【００５８】第２コア部材は、第１端面１１ｃから出力
された光が、第２端面２０ｃを通って第２コア部材２０
に入力され、第３垂直断面２０ｅを横切って第２水平断
面２０ｆに沿った方向に伝搬して第２コア部材２０の端
面２０ｄを通って出力されるように配置されている。第
３コア部材２１は、第１端面から出力された光が、第３
端面を通って第３コア部材に入力され、第４垂直断面を
横切って第３水平断面に沿った方向に伝搬して第３コア
部材から出力されるように配置されている。

【００５９】ここで、第１端面１１ｃの面積は、第１垂
直断面１２ｄの面積よりも大きい。すなわち、第１コア
部材１０は、第２および第３コア部材方向に向かって広
がったテーパー形状の部分１１を有している。テーパー
形状の部分１１は、第１コア部材１０の光軸ＯＰ（中心
線）に対して所定の角度を有する面１１ａおよび１１ｂ
を有している。換言すれば、テーパー形状の部分１１
は、部分１１の第１表面２ａに垂直な２つの表面と、第
３表面（Ｈ−Ｈ面）との交線１１ａ，１１ｂは、第３表
面第１コア部材１０の光軸ＯＰ（中心線）に対して所定
の角度を有している。第１コア部材１０がテーパー部分
１１を含んでいることにより、第１コア部材１０の端面
１２ｃに入力された光信号のエネルギー（パワー）密度
は、この光が第１垂直断面１２ｄを通過して第１端面１
１ｃに向かうにしたがって減少する。

【００６０】第１コア部材１０の端面１１ｃから出力さ
れた光は、第２端面２０ｃから第２コア部材２０に入力
され、第３端面２１ｃから第３コア部材２１に入力され
る。本願発明者らは、これまでの研究から、２つの光部
品間を伝搬する光の結合効率を増加されるためには、そ
れぞれの光部品の対向する端面を光の伝搬する方向に対
して垂直にすることが有効であることに気付いた。本実
施例の光ブランチングデバイスの第１端面１１ｃは、こ
の第１端面を通過する光の進行方向に対して垂直であ
る。また、第２端面２０ｃは、この第２端面２０ｃに入
射される光の進行方向に対して垂直である。第３端面２
１ｃは、この第３端面２１ｃに入射される光の進行方向
に対して垂直である。したがって、第１端面１１ｃは、
第２端面２０ｃに対して対向しており、第１端面１１ｃ
は第２端面２０ｃに平行である。第１端面１１ｃは、第
３端面２１ｃに対して対向しており、第１端面１１ｃは
第３端面２１ｃに平行である。

【００６１】第２コア部材２０は、第１表面２ａに対し
て垂直な面２０ａおよび２０ｂを有している。面２０ａ
および面２０ｂは、第２コア部材２０内を伝搬する光の
進行方向に対して平行である。また、面２０ａと面２０
ｂとは互いに対向しており、面２０ａおよび面２０ｂは
平行である。したがって、面２０ａと面２０ｂは、第１
表面２ａと第２端面２０ｃの双方に垂直である。

【００６２】同様に、第３コア部材２１は、第１表面２
ａに対して垂直な面２１ａおよび２１ｂを有している。
面２１ａおよび面２１ｂは、第３コア部材２１内を伝搬
する光の進行方向に対して平行である。また、面２１ａ
と面２１ｂとは互いに対向しており、面２１ａおよび面
２１ｂは平行である。したがって、面２１ａと面２１ｂ
は、第１表面２ａと第３端面２１ｃの双方に垂直であ
る。

【００６３】第２コア部材２０と第３コア部材２１との
間隔は、第１コア部材１０から離れるにしたがって広く
なる。すなわち、第２コア部材２０は、第３コア部材２
１から離れる方向に曲った曲面３０ａおよび３０ｂを有
している。曲面３０ａは、平面２０ａに連続しており、
曲面３０ｂは、平面２０ｂに連続している。曲面３０ａ
の曲率半径はＲであり、曲面３０ｂの曲率半径もほぼＲ
である。第３コア部材２１は、第２コア部材２０から離
れる方向に曲った曲面３１ａおよび３１ｂを有してい
る。曲面３１ａは、平面２１ａに連続しており、曲面３
１ｂは、平面２１ｂに連続している。曲面３０ａの曲率
半径はＲであり、曲面３０ｂの曲率半径もほぼＲであ
る。第２コア部材２０および第３コア部材２１は、Ｓ字
形導波路である。

【００６４】第２端面２０ｃから第２コア部材２０に入
力された光は、第２コア部材２０の端面２０ｄから出力
される。第３端面２１ｃから第３コア部材２１に入力さ
れた光は、第３コア部材２１の端面２１ｄから出力され
る。ここで、第２コア部材２０の入力端面２０ｃから出
力端面２０ｄまでの光路長は、第３コア部材２１の入力
端面２１ｃから出力端面２１ｄまでの光路長に等しい。
したがって、第１コア部材１０からこれらのコア部材２
０，２１に入力された光がコア部材２０，２１から出力
される場合において、コア部材２０，２１によって分岐
されたそれぞれの光ビームの出力端面２０ｄ，２１ｄに
おける位相は揃っている。それぞれの端面２０ｄ，２１
ｄから出力された光ビームの位相は、お互いに揃ってい
るので、これらの出力光を再び合成する場合などにおい
ても、それぞれのビームの位相は容易に整合する。

【００６５】図４は、図２Ａに示した光ブランチングデ
バイスの第２コア部材２０および第３コア部材２１の端
面２０ｄ，２１ｄを改良したデバイスである。図２Ａに
示した光ブランチングデバイスの端面２０ｄ，２１ｄ
は、露出している。露出した端面２０ｄの法線方向は、
第３コア部材２１の内を伝搬する光の進行方向（光軸方
向）に対して所定の角度を有している。また、露出した
端面２１ｄの法線方向は、第３コア部材２１内を伝搬す
る光の進行方向に対して所定の角度を有している。前述
のように、本願発明者らは、これまでの研究から、２つ
の光部品間を伝搬する光の結合効率を増加されるために
は、それぞれの光部品の対向する端面を光の伝搬する方
向（光軸）に対して垂直にすることが有効であることに
気付いた。そこで、本実施例の光ブランチングデバイス
は、図４に示すように、第２コア部材２０の出力端面２
０ｄが、第２コア部材２０の光軸ＯＰ２（一点鎖線で示
す）に対して垂直になるように第２コア部材２０を配置
する。第２コア部材２０の端面２０ｄに対向する位置に
レンズＬ２を介して光ファイバＦ２を配置する。また、
第３コア部材２１の出力端面２１ｄが、第３コア部材２
１の光軸ＯＰ３（一点鎖線で示す）に対して垂直になる
ように第３コア部材２１を配置する。第３コア部材２１
の端面２１ｄに対向する位置にレンズＬ３を介して光フ
ァイバＦ３を配置する。また、第１コア部材１０の入力
端面１２ｃが、第１コア部材１０の光軸ＯＰ１（一点鎖
線で示す）に対して垂直になるように第１コア部材１０
を配置する。第１コア部材１０の端面１２ｃに対向する
位置にレンズＬ１を介して光ファイバＦ１を配置する。

【００６６】図５は、図４に示した光ブランチングデバ
イスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイスＢ
Ｒ１，ＢＲ２，ＢＲ３を接続した１ｘ４構造を有する光
ブランチングデバイスである。この光ブランチングデバ
イスは、第１の光ブランチングデバイスＢＲ１と、第１
の光ブランチングデバイスＢＲ１の出力端面２０ｄに、
第２の光ブランチングデバイスＢＲ２の入力端面１２ｃ
が接続された第２の光ブランチングデバイスＢＲ２と、
第１の光ブランチングデバイスＢＲ１の出力端面２１ｄ
に、第３の光ブランチングデバイスＢＲ３の入力端面１
２ｃが接続された第３の光ブランチングデバイスＢＲ３
とを備える。

【００６７】端面Ｐ１から第１の光ブランチングデバイ
スＢＲ１に入力された光信号（図の実線矢印で示す）
は、この光ブランチングデバイスによって、分離され
て、第２の光ブランチングデバイスＢＲ２の端面Ｐ２，
Ｐ３、および第３の光ブランチングデバイスＢＲ３の端
面Ｐ４，Ｐ５から出力される。一方、端面Ｐ２〜Ｐ５か
ら入力されたそれぞれの光信号（図の一点鎖線矢印で示
す）は、この光ブランチングデバイスによって、合成さ
れて、端面Ｐ１から出力される。

【００６８】図６は、図４に示した光ブランチングデバ
イスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイスＢ
Ｒ１，ＢＲ２，ＢＲ３，ＢＲ４，ＢＲ５，ＢＲ６，ＢＲ
７を接続した１ｘ８構造を有する光ブランチングデバイ
スである。この光ブランチングデバイスは、入力端面
（入力ポート）を有する第１の光ブランチングデバイス
ＢＲ１と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ１の出力
端面２０ｄに、第２の光ブランチングデバイスＢＲ２の
入力端面１２ｃが接続された第２の光ブランチングデバ
イスＢＲ２と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ１の
出力端面２１ｄに、第３の光ブランチングデバイスＢＲ
３の入力端面１２ｃが接続された第３の光ブランチング
デバイスＢＲ３とを有している。

【００６９】さらに、この光ブランチングデバイスは、
第２の光ブランチングデバイスＢＲ２の出力端面２０ｄ
に、第４の光ブランチングデバイスＢＲ４の入力端面１
２ｃが接続された第４の光ブランチングデバイスＢＲ４
と、第２の光ブランチングデバイスＢＲ２の出力端面２
１ｄに、第５のブランチングデバイスＢＲ５の入力端面
１２ｃが接続された第５の光ブランチングデバイスＢＲ
５と、第３の光ブランチングデバイスＢＲ３の出力端面
２０ｄに、第６の光ブランチングデバイスＢＲ６の入力
端面１２ｃが接続された第６の光ブランチングデバイス
ＢＲ６と、第３の光ブランチングデバイスＢＲ３の出力
端面２１ｄに、第７の光ブランチングデバイスＢＲ７の
入力端面１２ｃが接続された第７の光ブランチングデバ
イスＢＲ７とを備える。

【００７０】したがって、この光ブランチングデバイス
は、このデバイスに入力された１つの光ビームを８つの
ビームに分岐することができ、このデバイスに入力され
た８つのビームを１つのビームに合成することができ
る。なお、これらの光ブランチングデバイスＢＲ１，Ｂ
Ｒ２，ＢＲ３，ＢＲ４，ＢＲ５，ＢＲ６，ＢＲ７は同一
基板１上に形成されている。

【００７１】次に、図１ないし図３を用いて説明した光
ブランチングデバイスの形状の最適化について説明す
る。

【００７２】図７Ｂは、図１ないし図３に示した光ブラ
ンチングデバイスの第１コア部材１０，第２コア部材２
０，第３コア部材２１を図１ないし図３から抜出して示
す図である。図７Ｂには、座標軸が示してある。図７Ａ
は、図７Ｂに示した第１コア部材１０の末端、すなわ
ち、座標Ｙ１、における導波光の電界分布（コア部材固
有の界分布であって、導波してきた光の電界分布との一
致度が高いほど結合効率が高くなる。以下この分布につ
いては同様である。）、および、第２および第３コア部
材２０，２１の末端、すなわち、座標Ｙ２における導波
光の電界分布を示すグラフである。図７Ａにおいて、座
標Ｙ１における導波光の電界分布は、実線で示し、座標
Ｙ２における導波光の電界分布は、点線で示す。図７Ａ
に示された座標Ｘ１，Ｘ２は、図７Ｂの位置座標Ｘ１，
Ｘ２にそれぞれ対応している。導波光とは、本光ブラン
チングデバイスのコア部材１０，２０，２１内を伝搬す
る光である。図７Ａ内の各分布は、各導波モードが運ぶ
光パワーが１になるように正規化(nomalization for po
wer)して示してある。なお、ここでは、非分岐側導波路
１０および分岐側導波路２０，２１のいずれにおいても
最低次モードのみが励振されると仮定している。

【００７３】本実施例の光ブランチングデバイスは、第
１水平断面１０ａと第１端面１１ｃとの交線の長さ（Ｗ
ｔ）を、第２水平断面２０ａと第２端面２０ｃとの交線
の長さ（Ｗ１）と、第３水平断面２１ａと第３端面２１
ｃとの交線の長さ（Ｗ２）と、第２端面（２０ｃ）と第
３端面（２１ｃ）との間の距離（Ａ）との和よりも大き
い。Ｗｔは、Ｗ１＋Ｗ２＋Ａよりも大きい。すなわち、
Ｗｔ＞Ｗ１＋Ｗ２＋Ａである。なお、本実施例におい
て、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗである。

【００７４】一方、図１１に示した比較例の光ブランチ
ングデバイスの電界分布は、図１０に示される。図１１
に示した光ブランチングデバイスは、直線導波路１２に
付加されたテーパ導波路１１の末端幅（Ｗｔ）は、分岐
側導波路２０、２１の幅（図１１の例では、ともにＷで
ある。）の和（２Ｗ）と、分岐側導波路２０、２１の分
岐部における間隔（Ａ）との総和（２Ｗ＋Ａ）に等し
い。

【００７５】図１０Ｂは、図１１に示した光ブランチン
グデバイスの第１コア部材１０，第２コア部材２０，第
３コア部材２１を図１０から抜出して示す図である。図
１０Ｂには、座標軸が示してある。

【００７６】図１０Ａは、図１０Ｂに示した第１コア部
材１０の末端、すなわち、座標Ｙ１、における導波光の
電界分布、および、第２および第３コア部材２０，２１
の末端、すなわち、座標Ｙ２における導波光の電界分布
を示すグラフである。図１０Ａにおいて、座標Ｙ１にお
ける導波光の電界分布は、実線で示し、座標Ｙ２におけ
る導波光の電界分布は、点線で示す。図１０Ａに示され
た座標Ｘ１，Ｘ２は、図１０Ｂの位置座標Ｘ１，Ｘ２に
それぞれ対応している。導波光とは、本光ブランチング
デバイスのコア部材１０，２０，２１内を伝搬する光で
ある。図１０Ａ内の各分布は光パワーが１になるように
正規化して示してある。なお、ここでは、非分岐側導波
路１０および分岐側導波路２０，２１のいずれにおいて
も最低次モードのみが励振されると仮定している。

【００７７】このように、図７Ａ、図７Ｂに示した光ブ
ランチングデバイスは、テーパー部１１の第１端面１１
ｃの幅（Ｗｔ）を、図１０Ａ、図１０Ｂに示した光ブラ
ンチングデバイスのそれよりも広げたデバイスである。

【００７８】図７Ａから、テーパ導波路１１の末端幅
（Ｗｔ）を拡大することによりテーパ導波路１１の末端
における電界分布がテーパ導波路１１の幅方向に広が
り、光分岐前後の電界の重なり部分の面積が大きくな
る。したがって、光分岐前後の電磁界分布の重畳積分
（overlap integral) で与えられる結合効率が向上す
る。このため、分岐側導波路２０と２１の間からの導波
光放射が抑えられ、比較例の導波路型光分岐素子に比べ
て光分岐の際の損失が低くなる。

【００７９】以上で説明したように、図７Ａ，７Ｂに示
した、Ｗｔ＞Ｗ１＋Ｗ２＋Ａの関係を有する光ブランチ
ングデバイスは、図１０Ａ，１０Ｂに示した、Ｗｔ＝Ｗ
１＋Ｗ２＋Ａの関係を有する光ブランチングデバイスよ
りも光結合効率を上昇させることができることが判明し
た。

【００８０】次に、光結合効率を増加させるためには、
さらに、光ブランチングデバイスの改良が必要である。

【００８１】図８は、テーパ導波路１１の末端幅１１ｃ
（Ｗｔ）と図１ないし図３に示した光ブランチングデバ
イスの分岐過剰損（exess loss (dB))との関係を示すグ
ラフである。すなわち、図８は、導波光の波長が１．５
５μｍの場合における分岐過剰損を、テーパ導波路１１
の末端幅１１ｃ（Ｗｔ）を変化させつつ計算した結果を
示したグラフである。なお、分岐過剰損の計算はビーム
伝搬法により行った。この計算にあたっては、図２Ａお
よび図３に示される導波路型光分岐素子の各部の寸法
を、Ａ＝４μｍ、Ｂ＝４μｍ、Ｗ＝８μｍ、Ｌｔ＝１２
００μｍ、Ｒ＝５０ｍｍとし、コアとクラッドの比屈折
率差を０．３％とした。Ｂは、第２コア部材２０の第２
端面２０ｃと第１コア部材１０の第１端面１１ｃとの距
離である。なお、Ｂは、第３コア部材２１の第３端面２
１ｃと第１コア部材１０の第１端面１１ｃとの間隔に等
しい。Ｌｔは、図３に示した、テーパー部１１の端面１
１ｃと、テーパー部１１と直線部１２との界面１１ｄと
の間の距離である。

【００８２】良好な加工安定性を保持しつつ損失を十分
に抑えるためには、分岐側導波路間２０、２１の分岐部
における間隔（Ａ）は、約２〜４μｍであることが好ま
しく、非分岐側導波路１０と分岐側導波路２０、２１の
対向間隔（Ｂ）は、約２〜８μｍであることが好まし
い。

【００８３】図８に示されるグラフによれば、テーパ導
波路１１の末端幅１１ｃ（Ｗｔ）が、分岐側導波路２
０、２１の末端２０ｃ，２１ｃの幅（Ｗ）の和（Ｗ＋
Ｗ）と、分岐側導波路２０、２１の間隔（Ａ）との総和
（２Ｗ＋Ａ）である２０μｍより、６μｍ大きいとき、
すなわち、Ｗｔ＝２６μｍの値のときにおいて最低損失
値０．２７ｄＢが得られる。Ｗｔ＝２０μｍのスケール
を持つ光ブランチングデバイスの分岐過剰損は、０．４
２ｄＢであり、Ｗｔ＝２６μｍのスケールを持つ光ブラ
ンチングデバイスの分岐過剰損は、０．２７ｄＢであ
る。したがって、図７Ａ，７Ｂに示した光ブランチング
デバイスは、図１０Ａ、図１０Ｂに示した末端幅１１ｃ
の拡大を行わない光ブランチングデバイス（Ｗｔ＝２０
μｍ）の０．４２ｄＢに比べて大幅な損失値の低下が認
めらる。

【００８４】また、テーパ導波路１１の末端１１ｃの幅
（Ｗｔ）を拡大しすぎた場合、末端幅１１ｃの拡大した
部分からの導波光の放射（後述する。）が増加し、損失
が増加する。したがって、図７に示されるグラフから、
テーパ導波路１１の末端１１ｃの幅（Ｗｔ）の拡大値は
約１０μｍ以下であることが好ましい。長距離光通信を
行うためには、分岐過剰損は、０．３ｄＢ以下であるこ
とが望ましい。したがって、末端１１ｃの幅（Ｗｔ）
は、２３マイクロメーターより大きく、２９マイクロメ
ーターより小さいことが望ましい。特に、テーパ導波路
１１の末端幅（Ｗｔ）が約２５μｍ〜２７μｍ（末端幅
の拡大値が、約５μｍ〜７μｍ）のときに分岐過剰損
は、一定値０．２７ｄＢに収束する。したがって、最も
損失が減らすためには、末端１１ｃの幅（Ｗｔ）が、２
５マイクロメーターより大きく、２７マイクロメーター
より小さいことが望ましい。

【００８５】次に、本発明の１つの実施例に係る光ブラ
ンチングデバイスについて説明する。

【００８６】図１２は、本発明の１つの実施例に係る光
ブランチングデバイスを示す斜視図である。図１３Ａ
は、このデバイスを図１２の矢印Ｈ−Ｈを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。図１２Ｂは、図１３Ａに
示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切ったデ
バイスの断面図である。図１３Ｃは、図１３Ａに示した
デバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイス
の断面図である。図１３Ｄは、図１３Ａに示したデバイ
スを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で切ったデバイスの断面
図である。図１３Ｅは、図１３Ａに示したデバイスを図
の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデバイスの断面図であ
る。図１３Ｆは、図１３Ａに示したデバイスを図の矢印
Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図
１３Ｇは、図１３Ａに示したデバイスを図の矢印Ｇ−Ｇ
を通る平面で切ったデバイスの断面図である。図１４
は、図１３Ａに示したデバイスの断面図である。

【００８７】この導波路型光分岐素子は、図１に示した
導波路光分岐素子のテーパ導波路１１の末端１１ｃに、
このテーパ部１１の末端１１ｃとほぼ同一幅の直線部１
６が付加された構造のテーパー導波路１１５を有してい
る。

【００８８】このため、テーパ部１１５にて放射状に広
がった波面を直線部１１６にて平面状に戻してから、導
波光を分岐側導波路１２０，１２１に入射させることが
できる。

【００８９】この波面が進行する様子を、図１５に示
す。これにより、テーパ導波路１１１の分岐部側の端面
のうち、末端幅を拡大するために設けられた部分（分岐
側導波路１２０、１２１の末端幅と、分岐側導波路１２
０、１２１の間隔との総和よりも幅を大きくした部分）
にて生じる導波光の放射（反射、回折）を抑え、分岐部
での放射損失（radiation loss) をさらに低減すること
ができる。

【００９０】本実施例の光ブランチングデバイスについ
てさらに詳しく説明する。

【００９１】図１２に示すように、本実施例の導波路型
光分岐素子（光ブランチングデバイス）は、シリコン基
板１０１と、保持基板１０１上に形成されたクラッド部
材１０２と、第１コア部材１１０と、第２コア部材１２
０と、第３コア部材１２１とを備える。

【００９２】第１コア部材１１０は、クラッド部材１０
２内に埋設されている。第２コア部材１２０は、クラッ
ド部材１０２内に埋設されている。第２コア部材１２０
は、第１コア部材１１０の第１端面１１１ｃに対して第
１の間隔Ｂを隔てて対向する第２端面１２０ｃを有して
いる。第３コア部材１２１も、クラッド部材１０２内に
埋設されている。第３コア部材１２１は、第１コア部材
１１０の第１端面１１１ｃに対して第２の間隔Ｂを隔て
て対向する第３端面２１ｃを有している。ここで、第１
の間隔Ｂと第２の間隔Ｂとは等しくしてある。

【００９３】クラッド部材１０２（クラッド１０２，ク
ラッド層１０２）は、第１表面１０２ａを有している。
第１表面１０２ａは、基板１０１の主表面１０１ａに平
行である。主表面１０１ａは、クラッド部材１０２と基
板１０１との界面で規定される。この第１表面１０２ａ
に垂直な方向と光の伝搬する方向の双方に垂直な方向を
幅方向とする。また、第１表面１０２ａに垂直な方向を
厚み方向とする。第１コア部材１１０は、一定の幅およ
び厚みを有する光伝送路１１２、一定の厚みを有し、光
伝送路１１２に連続してこの光伝送路１１２から離れる
ほど広い幅を有するテーパー型の第１コア部分１１５
と、一定の厚みおよび幅を有し、コア部分１１５に連続
した第２コア部分１１６とを有する。

【００９４】光伝送路１１２の幅１１２は、図１１３Ａ
の面１１２ａと面１１２ｂとの間の距離により規定され
る。

【００９５】第１コア部材１１０は、第１表面１０２ａ
に対して垂直な面（図１３Ａの矢印Ｂ−Ｂを通る平面）
と交差することにより規定される第５垂直断面１１２ｄ
を有している。

【００９６】第１コア部材１１０は、第１表面１０２ａ
に対して垂直な第１面（図１３Ａの矢印Ｃ−Ｃを通る平
面）と交差することにより規定される第１垂直断面１１
２ｅを有している。

【００９７】第１コア部材１１０は、第１表面１０２ａ
に対して垂直な第２面（図１３Ａの矢印Ｇ−Ｇを通る平
面）であって第１端面１１１ｃと第１面（Ｂ−Ｂ面）と
の間に位置する第２面（Ｇ−Ｇ面）と交差することによ
り規定される第２垂直断面１１６ｃを有している。

【００９８】第１コア部材１１０は、第１表面２ａに対
して平行な第３面（図１の矢印Ｈ−Ｈを通る平面）と交
差することにより規定される第１水平断面（図１３Ａの
符号１１０ａで示される）を有している。

【００９９】第２コア部材１２０は、第１表面１０２ａ
に対して垂直な第４面（図１３Ａの矢印Ｅ−Ｅを通る平
面）と交差することにより規定される第３垂直断面１２
０ｅを有している。第２コア部材１２０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第２水平断面
（図１３Ａの符号１２０ｆで示される）を有している。
第３コア部材１２１は、第４面（Ｅ−Ｅ面）と交差する
ことにより規定される第４垂直断面１２１ｅを有してい
る。第３コア部材１２１は、第３面（Ｈ−Ｈ面）と交差
することにより規定される第３水平断面１２１ｆを有し
ている。

【０１００】第１コア部材１１０は、端面１１２ｃを介
して第１コア部材１１０に入力された光が、第１垂直断
面１１２ｅおよび第２垂直断面１１６ｃを横切って第１
水平断面１１０ａに沿った方向に伝搬して第１端面１１
１ｃから出力されるように配置されている。

【０１０１】なお、断面は、第１端面１１１ｃに平行で
あり、導波光の進行方向に垂直であるとする。

【０１０２】第２コア部材１２０は、第１端面１１１ｃ
から出力された光が、第２端面１２０ｃを通って第２コ
ア部材１２０に入力され、第３垂直断面１２０ｅを横切
って第２水平断面１１２０ｆに沿った方向に伝搬して第
２コア部材１２０の端面１２０ｄを通って出力されるよ
うに配置されている。第３コア部材１２１は、第１端面
から出力された光が、第３端面１２１ｃを通って第３コ
ア部材１２１に入力され、第４垂直断面１２１ｅを横切
って第３水平断面１２１ｆに沿った方向に伝搬して第３
コア部材１２１から出力されるように配置されている。

【０１０３】ここで、第１端面１１１ｃの面積は、第１
垂直断面１１２ｅの面積よりも大きい。すなわち、第１
コア部材１１０は、第２および第３コア部材１２０，１
２１方向に向かって広がったテーパー形状の部分１１５
を有している。テーパー形状の部分１１５は、第１コア
部材１１０の光軸ＯＰ（中心線）に対して所定の角度を
有する面１１５ａおよび１１５ｂを有している。換言す
れば、部分１１５における第１表面１０２ａに垂直な２
つの表面１１５ａ，１１５ｂと、第３表面（Ｈ−Ｈ面）
との交線１１５ａ，１１５ｂは、第３表面内において第
１コア部材１１０の光軸ＯＰ（中心線）に対して所定の
角度を有している。また、第１端面１０１ａの幅は、基
板表面１０１ａの法線方向（厚み方向）および第１端面
１１１ｃの法線方向（光軸方向）の双方に垂直な方向
（幅方向）に沿った第１端面１０１ａの長さである。第
１端面１１１ｃの幅（Ｗｔ）は、第２端面１２０ｃと第
３端面１２１ｃとの間の距離よりも大きい。すなわち、
側面１２０ａ、１２０ｂ、１２１ａ、１２１ｂと第１端
面１１１ｃとの交線をそれぞれ、交線１２０ｉ、１２０
ｊ、１２１ｊ、１２１ｉとし、第１端面１１１ｃと端面
１１６との間の交線を１１１ｉとし、第１端面１１１ｃ
と端面１１６との交線を１１１ｊとすれば、第１端面１
１１ｃの幅はＷｔは、交線１１１ｉと交線１１１ｊとの
間の距離で規定される。また、第２端面１２０ｃの幅
（Ｗ）は、交線１２０ｉと１２０ｊとの間の距離によっ
て規定され、第３端面１２１ｃの幅（Ｗ）は、交線１２
１ｉと１２１ｊとの間の距離によって規定される。第３
端面１２１ｃと第２端面１２０ｃとの間の距離（Ａ）
は、交線１２０ｊと１２１ｊとの間の距離によって規定
される。つまり、交線１１１ｉと交線１１１ｊとの間の
距離（Ｗｔ）は、交線１２０ｉと１２１ｉとの間の距離
（Ｗ＋Ｗ＋Ａ）よりも大きい。

【０１０４】換言すれば、この光ブランチングデバイス
は、基板表面１０１ａを有する基板１０１、第１テーパ
導波路１１０、第２導波路１２０および第３導波路１２
１を有している。

【０１０５】１テーパ導波路１１０は、第４導波路１１
６とこの第４導波路１１６に連続した第２テーパ導波路
１１５を有している。第１テーパ導波路１１０は、基板
表面１ａ上に形成されている。

【０１０６】第４導波路１１６は、基板表面１０１ａと
交差する面を含む第１端面１１１ｃ、基板表面１ａと交
差する面を含む第５側面１１６ａ、第５側面１１６ａに
ほぼ平行な第６側面１１６ｂを有している。したがっ
て、第５側面１１６ａと第６側面１１６ｂとのなす角度
は３度以下である。

【０１０７】第２テーパ導波路１１５は、第４導波路１
１６（まっすぐな導波路）に連続している。第２テーパ
導波路１１５は、第４導波路１１６に近付く方向に広が
っている。第２導波路１２０は、基板表面１０１ａ上に
形成されている。第２導波路１２０は、第１端面１１１
ｃに対して所定の間隔をあけて対向する第２端面１２０
ｃを有している。

【０１０８】第３導波路１２１は、基板表面１ａ上に形
成されている。第３導波路１２１は、第１端面１１１ｃ
に対して所定の間隔をあけて対向する第３端面１２１ｃ
を有している。第１コア部材がテーパー部分１１５を含
んでいることにより、第１コア部材１１０の端面１１２
ｃに入力された光信号のエネルギー（パワー）密度は、
この光が第１垂直断面１１２ｄを通過して第１端面１１
１ｃに向かうにしたがって減少する。

【０１０９】第１コア部材１１０の端面１１１ｃから出
力された光は、第２端面１２０ｃから第２コア部材１２
０に入力され、第３端面１２１ｃから第３コア部材１２
１に入力される。本願発明者らは、これまでの研究か
ら、２つの光部品間を伝搬する光の結合効率を増加され
るためには、それぞれの光部品の対向する端面を光の伝
搬する方向に対して垂直にすることが有効であることに
気付いた。本実施例の光ブランチングデバイスの第１端
面１１１ｃは、この第１端面１１１ｃを通過する光の進
行方向に対して垂直である。また、第２端面１２０ｃ
は、この第２端面１２０ｃに入射される光の進行方向に
対して垂直である。第３端面１２１ｃは、この第３端面
１２１ｃに入射される光の進行方向に対して垂直であ
る。

【０１１０】したがって、第１端面１１１ｃは、第２端
面１２０ｃに対して対向しており、第１端面１１１ｃは
第２端面１２０ｃに平行である。第１端面１１１ｃは、
第３端面１２１ｃに対して対向しており、第１端面１１
１ｃは第３端面１２１ｃに平行である。

【０１１１】光ブランチングデバイスにおける光の結合
効率をさらに向上させるために、本実施例の光ブランチ
ングデバイスでは、第２垂直断面１１６ｃの面積が、第
１端面１１１ｃの面積と等しいこととした。換言すれ
ば、第２垂直断面１１６ｃの幅は、第１端面１１１ｃの
幅（Ｗｔ）とほぼ等しく、これらの面積の違いは３％以
下である。

【０１１２】すなわち、図１５に示すように、第１コア
部材１１０に入力された光は、第１垂直断面１１２ｅか
ら第１端面１１１ｃに進行するにしたがって、光のパワ
ー密度（エネルギー密度）が減少すると同時に、この光
の波面ＷＡ１が第１水平断面１１０ａ内において扇型に
変形する。この第２垂直断面１１６ｃの面積が、第１端
面１１１ｃの面積と等しいこととすれば、この光が、第
２垂直断面１１６ｃから第１端面１１１ｃへ伝搬する間
にその波面が、第１端面１１１ｃに平行になる。同図か
ら明らかなように、本実施例に係る光学部品は、端面１
１２ｃに取り付けられた光入力手段ＩＭを有している。
光入力手段ＩＭは、レーザダイオードＩＭ１と、レーザ
ダイオードＩＭ１から出力された光ＩＭ２が入力される
ように配置されたレンズＩＭ３と、レンズＩＭ３から出
力された光が入力されるように配置されたファイバＩＭ
４とファイバＩＭ５から出力された光が入力されるレン
ズＩＭ５と、レンズＩＭ５で集光された光がその端面に
入力されるファイバＩＭ６とを備えている。ファイバＩ
Ｍ６の端面は、直接、第１導波路１１０の端面１１２ｃ
に接続されている。ファイバＩＭ６内を通過した光ＩＭ
７は、第１導波路１１０内を伝搬して、第２および第３
導波路１２０，１２１の第１端面１１１ｃに対向する一
端からこれらの導波路１２０，１２１に入力される。第
２導波路１２０に入力された光ＩＭ８は、第２導波路１
２０の他端１２０ｄから出力され、この出力された光Ｉ
Ｍ１０は、ファイバＦ１０２に入力される。ファイバＦ
１０２は、光検出器ＯＭ１に接続されている。一方、第
３導波路１２１に入力された光ＩＭ９は、第３導波路１
２１の他端１２１ｄから出力され、この出力された光Ｉ
Ｍ１１は、ファイバＦ１０３に入力される。ファイバＦ
１０３は、光検出器ＩＭ２に接続されている。

【０１１３】したがって、第１端面１１１ｃから出力さ
れた光の指向性は高くなり、第２コア部材１２０および
第３コア部材１２１に結合する光の結合効率は高くな
る。

【０１１４】また、第２端面１２０ｃおよび第３端面１
２１ｃは、第１端面１１１ｃから出射される光の波面Ｗ
Ａ２に平行であるので、光の結合効率は高くなる。

【０１１５】すなわち、第１コア部材１１０は、第１端
面１１１ｃを有し、入力された光のエネルギー密度を低
下させるとともに、光の波面ＷＡ１を第１端面１１１ｃ
に対して平行にして光を第１端面１１１ｃから出射する
形状を有している。第２コア部材１２０は、第１端面１
１１ｃに対して所定の間隔をあけて対向する第２端面１
２０ｃを有しており、第３コア部材１２１ｃは、第１端
面１１１ｃに対して所定の間隔（Ｂ）をあけて対向する
第３端面１２１ｃを有している。

【０１１６】この光は、一定の幅（コアサイズ）を有す
る光伝送路（コア）１１２内を通過する。光伝送路１１
２ｃは、第１コア部材１１０の一部分であり、テーパー
導波路部１１５に連続し、第１垂直断面１１２ｅの断面
積の最小値と等しい断面積を有している。

【０１１７】第２コア部材１２０は、第１表面１０２ａ
に対して垂直な面１２０ａおよび１２０ｂを有してい
る。面１２０ａおよび面１２０ｂは、第２コア部材１２
０内を伝搬する光の進行方向に対して平行である。ま
た、面１２０ａと面１２０ｂとは互いに対向しており、
面１２０ａおよび面１２０ｂは平行である。したがっ
て、面１２０ａと面１２０ｂは、第１表面１０２ａと第
２端面１２０ｃの双方に垂直である。

【０１１８】同様に、第３コア部材１２１は、第１表面
１０２ａに対して垂直な面１２１ａおよび１２１ｂを有
している。面１２１ａおよび面１２１ｂは、第３コア部
材１２１内を伝搬する光の進行方向に対して平行であ
る。また、面１２１ａと面１２１ｂとは互いに対向して
おり、面１２１ａおよび面１２１ｂは平行である。した
がって、面１２１ａと面１２１ｂは、第１表面１０２ａ
と第３端面１２１ｃの双方に垂直である。

【０１１９】第２部材１２０と第３部材１２１との間隔
は、第１コア部材１１０から離れるにしたがって広くな
る。すなわち、第２コア部材１２０は、第３コア部材１
２１から離れる方向に曲った曲面１３０ａおよび１３０
ｂを有している。曲面１３０ａは、平面１２０ａに連続
しており、曲面１３０ｂは、平面１２０ｂに連続してい
る。曲面１３０ａの曲率半径はＲであり、曲面１３０ｂ
の曲率半径もほぼＲである。第３コア部材１２１は、第
２コア部材１２０から離れる方向に曲った曲面１３１ａ
および１３１ｂを有している。曲面１３１ａは、平面１
２１ａに連続しており、曲面１３１ｂは、平面１２１ｂ
に連続している。曲面１３０ａの曲率半径はＲであり、
曲面１３１ｂの曲率半径もほぼＲである。

【０１２０】第２端面１２０ｃから第２コア部材１２０
に入力された光は、第２コア部材１２０の端面２０ｄか
ら出力される。第３端面１２１ｃから第３コア部材１２
１に入力された光は、第３コア部材１２１の端面１２１
ｄから出力される。ここで、第２コア部材１２０の入力
端面１２０ｃから出力端面１２０ｄまでの光路長は、第
３コア部材１２１の入力端面１２１ｃから出力端面１２
１ｄまでの光路長に等しい。したがって、第１コア部材
１１０からこれらのコア部材１２０，１２１に入力され
た光がコア部材１２０，１２１から出力される場合にお
いて、コア部材１２０，１２１によって分岐されたそれ
ぞれの光ビームの出力端面１２０ｄ，１２１ｄにおける
位相は揃っている。それぞれの端面１２０ｄ，１２１ｄ
から出力された光ビームの位相は、お互いに揃っている
ので、これらの出力光を再び合成する場合などにおいて
も、それぞれのビームの位相は容易に整合する。

【０１２１】図１６は、図１３Ａに示した光ブランチン
グデバイスの第２コア部材１２０および第３コア部材１
２１の端面１２０ｄ，１２１ｄを改良したデバイスであ
る。図１３Ａに示した光ブランチングデバイスの端面１
２０ｄ，１２１ｄは、露出している。露出した端面１２
０ｄの法線方向は、第３コア部材１２１の内を伝搬する
光の進行方向（光軸方向）に対して所定の角度を有して
いる。また、露出した端面１２１ｄの法線方向は、第３
コア部材１２１内を伝搬する光の進行方向に対して所定
の角度を有している。すなわち、第２コア部材１２０お
よび第３コア部材１２１は、Ｓ字形導波路(S-shaped wa
veguid) である。前述のように、本願発明者らは、これ
までの研究から、２つの光部品間を伝搬する光の結合効
率を増加されるためには、それぞれの光部品の対向する
端面を光の伝搬する方向（光軸）に対して垂直にするこ
とが有効であることに気付いた。そこで、本実施例の光
ブランチングデバイスは、図１６に示すように、第２コ
ア部材１２０の出力端面１２０ｄが、第２コア部材１２
０の光軸ＯＰ２（一点鎖線で示す）に対して垂直になる
ように第２コア部材１２０を配置する。第２コア部材１
２０の端面１２０ｄに対向する位置にレンズＬ１０２を
介して光ファイバＦ１０２を配置する。また、第３コア
部材１２１の出力端面１２１ｄが、第３コア部材２１の
光軸ＯＰ３（一点鎖線で示す）に対して垂直になるよう
に第３コア部材１２１を配置する。第３コア部材１２１
の端面１２１ｄに対向する位置にレンズＬ１０２を介し
て光ファイバＦ１０３を配置する。また、第１コア部材
１１０の入力端面１１２ｃが、第１コア部材１１０の光
軸ＯＰ１（一点鎖線で示す）に対して垂直になるように
第１コア部材１１０を配置する。第１コア部材１１０の
端面１１２ｃに対向する位置にレンズＬ１０１を介して
光ファイバＦ１０１を配置する。

【０１２２】図１７は、図１６に示した光ブランチング
デバイスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ１０１，ＢＲ１０２，ＢＲ１０３を接続した１ｘ
４構造を有する光ブランチングデバイスである。この光
ブランチングデバイスは、第１の光ブランチングデバイ
スＢＲ１０１と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ１
０１の出力端面１２０ｄに、第２の光ブランチングデバ
イスＢＲ１０２の入力端面１１２ｃが接続された第２の
光ブランチングデバイスＢＲ１０２と、第１の光ブラン
チングデバイスＢＲ１０１の出力端面１２１ｄに、第３
の光ブランチングデバイスＢＲ１０３の入力端面１１２
ｃが接続された第３の光ブランチングデバイスＢＲ１０
３とを備える。端面Ｐ１０１から第１の光ブランチング
デバイスＢＲ１０１に入力された光信号（図の実線矢印
で示す）は、この光ブランチングデバイスによって、分
離されて、第２の光ブランチングデバイスＢＲ１０２の
端面Ｐ１０２，Ｐ１０３、および第３の光ブランチング
デバイスＢＲ１０３の端面Ｐ１０４，Ｐ１０５から出力
される。一方、端面Ｐ１０２〜Ｐ１０５から入力された
それぞれの光信号（図の一点鎖線矢印で示す）は、この
光ブランチングデバイスによって、合成されて、端面Ｐ
１０１から出力される。

【０１２３】図２０は、図１６に示した光ブランチング
デバイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ１０１，ＢＲ１０２，ＢＲ１０３，ＢＲ１０４，
ＢＲ１０５，ＢＲ１０６，ＢＲ１０７を接続した１ｘ８
構造を有する光ブランチングデバイスである。この光ブ
ランチングデバイスは、入力端面（入力ポート）を有す
る第１の光ブランチングデバイスＢＲ１０１と、第１の
光ブランチングデバイスＢＲ１０１の出力端面１２０ｄ
に、第２の光ブランチングデバイスＢＲ１０２の入力端
面１１２ｃが接続された第２の光ブランチングデバイス
ＢＲ１０２と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ１０
１の出力端面１２１ｄに、第３の光ブランチングデバイ
スＢＲ１０３の入力端面１１２ｃが接続された第３の光
ブランチングデバイスＢＲ１０３とを有している。さら
に、この光ブランチングデバイスは、第２の光ブランチ
ングデバイスＢＲ１０２の出力端面１２０ｄに、第４の
光ブランチングデバイスＢＲ４の入力端面１１２ｃが接
続された第４の光ブランチングデバイスＢＲ１０４と、
第２の光ブランチングデバイスＢＲ１０２の出力端面１
２１ｄに、第５のブランチングデバイスＢＲ１０５の入
力端面１１２ｃが接続された第５の光ブランチングデバ
イスＢＲ１０５と、第３の光ブランチングデバイスＢＲ
１０３の出力端面１２０ｄに、第６の光ブランチングデ
バイスＢＲ１０６の入力端面１１２ｃが接続された第６
の光ブランチングデバイスＢＲ１０６と、第３の光ブラ
ンチングデバイスＢＲ１０３の出力端面１２１ｄに、第
７の光ブランチングデバイスＢＲ７の入力端面１１２ｃ
が接続された第７の光ブランチングデバイスＢＲ１０７
とを備える。

【０１２４】したがって、この光ブランチングデバイス
は、このデバイスに入力された１つの光ビームを８つの
ビームに分岐することができ、このデバイスに入力され
た８つのビームを１つのビームに合成することができ
る。なお、これらの光ブランチングデバイスＢＲ１０
１，ＢＲ１０２，ＢＲ１０３，ＢＲ１０４，ＢＲ１０
５，ＢＲ１０６，ＢＲ１０７は同一基板１０１上に形成
されている。

【０１２５】図１８は、直線部１１６の長さＬｓと分岐
過剰損との関係を示すグラフである。すなわち、図１８
は、導波光の波長１．５５μｍにおける図１２に示した
光ブランチングデバイスの分岐過剰損をビーム伝搬法に
より計算した結果を表したグラフである。計算にあたっ
て、導波路型光分岐素子の各部の寸法は、Ａ＝４μｍ、
Ｂ＝４μｍ、Ｗ＝８μｍ、Ｌｔ＝１２００μｍ、Ｒ＝５
０ｍｍとした。テーパ部１５の末端幅（Ｗｔ）は、図１
の導波路型光分岐素子において最も損失低減の効果が現
れた値である２６μｍである（図８参照）。また、コア
とクラッドの比屈折率差は０．３％とした。Ｂは、第２
コア部材１２０の第２端面１２０ｃと第１コア部材１１
０の第１端面１１１ｃとの距離である。なお、Ｂは、第
３コア部材１２１の第３端面１２１ｃと第１コア部材１
１０の第１端面１１１ｃとの間隔に等しい。Ｌｓは、図
１４に示した、テーパー部１１１の第４導波路１１６の
端面１１１ｃと、第４導波路１１６と第２テーパ導波路
１１５との界面１１１ｅとの間の距離である。Ｌｔは、
図１４に示した、界面１１１ｅと、第２テーパ導波路１
１５と光導波路１１２との界面１１１ｄとの間の距離で
ある。

【０１２６】図１８に示されるグラフによれば、図１２
の導波路型光分岐素子に関して、分岐過剰損の最低値
は、０．２３ｄＢである。この最低値は、直線部１１６
の長さが約３００μｍのときに得られる。図１の導波路
型光分岐素子の分岐過剰損の最低値は、０．２７ｄＢで
ある。したがって、図１２に示した光ブランチングデバ
イスは、図１に示した光ブランチングデバイスよりも優
れている。図１２に示した導波路型光分岐素子によれ
ば、さらなる損失の低減効果が得られることが確認され
る。

【０１２７】また、直線部（第４導波路）１１６が長く
なり過ぎると、高次モードの発生等により分岐部以外の
部分において損失が上昇する。したがって、直線部１１
６の長さ（Ｌｓ）、すなわち、第６側面１１６ｃの長さ
は、損失が最低になる約３００μｍ以下であるのが好ま
しい。また、分岐過剰損失は、直線部１１６の長さが、
４００マイクロメータよりも小さく、１００μｍよりも
大きい場合に顕著に減少する。したがって、第４導波路
１１６の長さ、すなわち、第６側面１１６ｂの長さは、
４００マイクロメータよりも小さく、１００μｍよりも
大きいことが望ましい。直線部１１６の長さ、すなわ
ち、第６側面１１６ｃの長さが、３００マイクロメータ
以下であり、２５０μｍよりも大きい場合に、分岐過剰
損の値は、一定値（最低値０．２３ｄＢ）に収束する。

【０１２８】本発明者らは、実施例に係る光ブランチン
グデバイスの効果を確認するために、図１、図１２、お
よび図１１に示した光ブランチングデバイスを作製し
た。本願発明者らは、これらデバイスの光伝送特性を測
定した。以下、この結果を示す。

【０１２９】（第１実験）本願発明者らは、図１、図１
２、図１１の導波路型光分岐素子を製造した。図１１の
分岐導波路は、図１および図１２に示した分岐導波路と
その特性を比較するために作製した。これらの分岐導波
路は、１ｘ２構造を有している。

【０１３０】これらの導波路型光分岐素子は、シリコン
基板１，１０１上に火炎堆積法でＳｉＯ₂ ガラス層
（クラッド）を形成し、次いで、ドーパントを含んだ高
屈折率のＳｉＯ₂ ガラス層を堆積して、エッチングする
ことによりコアを形成し、さらに上部クラッドとしての
ＳｉＯ₂ ガラス層を堆積して形成することにより作製し
た。

【０１３１】各素子の各部の寸法は、図１、図１２、図
１１における符号を用いて表すと、 Ａ＝４μｍ Ｂ＝４μｍ Ｗ＝８μｍ Ｌｔ＝１２００μｍ Ｒ＝５０ｍｍ （以上の寸法は、図１、１２、１１の３タイプに共通）
であり、第１テーパ導波路１１，１１１の末端幅（Ｗ
ｔ）および直線部１６の長さＬｓについては、 図１のタイプ（実施例）…Ｗｔ＝２６μｍ、Ｌｓ＝０μ
ｍ 図１２のタイプ（実施例）…Ｗｔ＝２６μｍ、Ｌｓ＝２
５０μｍ 図１１のタイプ（比較例）…Ｗｔ＝２０μｍ、Ｌｓ＝０
μｍ と異ならせている。また、いずれにおいても、コアとク
ラッドの比屈折率差は０．３％、導波路の厚さは８μｍ
とした。

【０１３２】上記の導波路型光分岐素子にシングルモー
ドファイバを通じて波長１．５５μｍのレーザダイオー
ド光を入出力して、分岐過剰損を測定した。分岐過剰損
は、光分岐素子全体の損失から１×２分岐構造の本質的
な損失３ｄＢ、入出力ファイバとの結合損、導波路の伝
送損失を差し引いた値で定義される。

【０１３３】各タイプの素子について各１０個づつのサ
ンプルを用意し、測定値の平均を求めた。この結果、平
均分岐過剰損は、 図１のタイプ（実施例）…０．３６ｄＢ 図１２のタイプ（実施例）…０．３２ｄＢ 図１１のタイプ（比較例）…０．５５ｄＢ であった。測定誤差は±０．０５ｄＢである。したがっ
て、測定誤差を考慮しても、本実施例に係る素子と比較
例に係る素子との間には有効な差が認めらる。第１テー
パ導波路１１，１１１の末端幅拡大により光分岐の際の
損失が低減されることが実際に確認された。

【０１３４】（第２実験）本願発明者らは、図６、図２
０に示した１ｘ８構造を有する導波路型光分岐素子を製
造した。また、図１１の分岐導波路を用いて１ｘ８構造
を有する分岐導波路（第２比較例に係る素子）を製造し
た。第２比較例に係る素子は、図６および図２０に示し
た分岐導波路とその特性を比較するために作製した。本
願発明者らは、それぞれの素子について分岐過剰損の測
定を行った。この１×８素子は、実施例の１×２素子に
おける分岐側導波路２０，２１（１２０，１２１）の末
端を、実施例の別の１×２素子の第１テーパ導波路１１
（１１１）に連続させるた素子である。この素子は、光
伝搬方向に沿って実施例の１×２素子を複数組み合わせ
たものである。

【０１３５】作製された素子は、図１の１×２素子を３
段組み合わせた１×８素子、図１２の素子を３段組み合
わせた１×８素子である。また、比較例に係る図１１の
素子を３段組み合わせた１×８素子も併せて作製した。

【０１３６】導波光波長が１．５５μｍの場合の平均分
岐過剰損を、１×８素子の８個の出力ポートの出力平均
を測定して求めた。この測定の結果、図６に示した１×
８素子の平均分岐過剰損は１．０２ｄＢ、図２０に示し
た１×８素子の平均分岐過剰損は０．８９ｄＢであっ
た。図１１の素子を用いた１ｘ８素子（第２比較例の素
子）の平均分岐過剰損は１．５３ｄＢであった。図６お
よび図２０に示した素子の平均分岐過剰損は、図１１に
示した素子の平均分岐過剰損よりも低い。したがって、
図６に示した分岐導波路は、第２比較例の素子よりも優
れていることが実験的にも判明した。図２０に示した素
子は、図６に示した素子よりもさらに優れていることが
実験的にも判明した。改善された素子の平均分岐過剰損
の低下量は、測定誤差の値よりもはるかに大きい。これ
は、図１，図１２の１×２素子を３段組み合わせたこと
により、直線部１１６を付加した効果が累積的に現れた
ものである。したがって、図１２の導波路型光分岐素子
で、さらに効果的に光分岐における損失が低減されるこ
とが確認された。

【０１３７】図１９は、図２０の１×８素子と第２比較
例に係る１×８素子について、分岐過剰損の波長特性を
測定した結果を示したグラフである。測定にあたって
は、各素子に分光器から出射した光を入射させた。

【０１３８】図１９に示されるグラフによれば、広範囲
にわたる導波光の波長領域において、図２０の１×８素
子の方が第２比較例の素子より低損失であることが確認
できる。また、本実施例のタイプは比較例のタイプに比
べ導波光波長の変化による損失の変動が小さい。したが
って、本発明の導波路型光分岐素子は、広波長域にわた
る光を掃引するような光測定システムなどにおいて好適
な使用が可能な点でも優れている。

【０１３９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、様々な変形が可能である。例えば、テーパ
導波路の末端幅が拡大されているかぎり、導波路型光分
岐素子の組成や、各部の形状、寸法等は、上記実施例の
ものに限定されない。また、導波路型光分岐素子の構造
は、本実施例の埋込み型構造に限られず、リッジ型や装
荷型といった他の構造であってもよい。また、２つの分
岐側導波路は、上記実施例のように、非分岐側導波路の
中央線に関して対称に配置されるものに限られず、非対
称の光分岐素子であっても上記実施例と同様に損失低減
の効果が得られるものと考えられる。

【０１４０】以上、詳細に説明した通り、本発明の導波
路型光分岐素子は、非分岐側導波路と分岐側導波路とを
分離した分岐部構造を採用しているので、加工困難なく
さび部を設けることなく導波光を分岐させることができ
る。このため、優れた加工安定性のもとに再現性よく作
製でき、とくに、大規模光通信システムの構築にあたっ
て、歩留りよく大量生産することが可能である。

【０１４１】また、本発明の導波路型光分岐素子はこれ
に加えて、以下の効果を有する。すなわち、テーパ導波
路の末端の幅が、２つの分岐側導波路の分岐部側の末端
の各幅と、２つの分岐側導波路の分岐部における間隔と
の総和よりも大きいので、光分岐の前後における導波光
の電界分布の重なりを大きくし、結合効率を向上させな
がら導波光を分岐させることができる。これにより、２
つの分岐側導波路間からの導波光放射を大幅に減少さ
せ、広い波長域にわたって光分岐における損失を低減し
つつ導波光を分岐させることができる。

【０１４２】また、本発明の導波路型光分岐素子のう
ち、テーパ導波路が、テーパ部と、テーパ部の先端に付
加され、テーパ部の末端とほぼ同一幅の直線部とを有す
るものは、末広がりのテーパ部に直線部が付加されてい
るので、テーパ部にて放射状に広がった波面を平面状に
戻してから導波光を分岐側導波路に入射させ、非分岐側
導波路の分岐部側の端面のうち、２つの分岐側導波路の
分岐部側の末端の各幅と、２つの分岐側導波路の分岐部
における間隔との総和よりも幅を大きくした部分からの
導波光放射を抑えて、広い波長域にわたって光分岐にお
ける損失をさらに低減しつつ導波光を分岐させることが
できる。

【０１４３】また、上記の導波路型光分岐素子を複数段
組み合わせてなる導波路型光分岐素子では、上記の効果
が累積されて、広い波長域にわたって光分岐における損
失を格段に低減しつつ導波光を分岐して出力することが
できる。

【０１４４】なお、第２コア部材１２０および第３コア
部材１２１内を伝搬する光ビームを完全に分離するため
には、図２１に示すように、第２コア部材１２０と第３
コア部材１２１との間に遮光部材１４０を配置する。

【０１４５】次に、本発明の１つの実施例に係る光ブラ
ンチングデバイスについて説明する。

【０１４６】本発明の１つの実施例に係る光ブランチン
グデバイスを図２２ないし図２４に示す。これは単一モ
ード導波路３１２または３２０、３２１によって伝送さ
れる導波光を、多モードのテーパ導波路３１１を介して
分岐、結合させる略Ｙ字状の分岐結合素子（Ｙ字状素
子）である。

【０１４７】本発明に係る導波路型光分岐結合素子の一
つは、多モード導波路３１０と、２つの単一モード導波
路３２０，３２１とを備えている。単一モード導波路３
２０，３２１は、多モード導波路３１０側の端部３２０
ｃ，３２１ｃが互いに近接している。端面３２０ｃ，３
２１ｃは、多モード導波路３１０の一方の端面３１１ｃ
と所定の間隔（Ｂ）をあけて対向している。

【０１４８】２つの単一モード導波路３２０，３２１の
うち少なくとも１つの導波路は、基端部側から多モード
導波路３１１側に向かって徐々にその幅が縮小されてい
る。

【０１４９】ここで、多モード導波路３１０は、所定幅
の単一モード導波路３１２と端部に接続されたテーパ導
波路３１１とからなる。このテーパ導波路３１１は、後
述するように、所定幅の導波路に接続され平面形状がテ
ーパ状のテーパ部と、テーパ部に接続されテーパ部の末
端とほぼ同一幅の直線部とを有するものであってもよ
い。また、後述するように、多モード導波路側の端部が
互いに近接し、多モード導波路の他方の端面と所定の間
隔をあけて対向する２つの単一モード導波路をさらに備
えてもよい。

【０１５０】光ブランチングデバイスは、多モード導波
路と、多モード導波路の一方の末端に接続され、多モー
ド導波路側の端部が互いに近接する２つの単一モード導
波路とを備え、２つの単一モード導波路のうち少なくと
も１つが基端部側から多モード導波路側に向かって徐々
に幅が縮小されることにより、２つの単一モード導波路
の中心間の間隔が狭められたことを特徴としている。

【０１５１】この導波路型光分岐結合素子は、多モード
導波路の他方の末端に接続され、多モード導波路側の端
部が互いに近接する２つの単一モード導波路をさらに備
えてもよい。以上の導波路型光分岐結合素子は、単一モ
ード導波路の多モード導波路側の末端幅が基端部の幅の
１／２〜４／５になるように縮小されていてもよい。

【０１５２】本発明に係る導波路型光分岐結合素子のう
ち、多モード導波路の一方の端面と２つの単一モード導
波路の端面が対向するものは、多モード導波路と２つの
単一モード導波路とが分離した分岐部構造を有するの
で、分岐部に加工困難な間隙部を設けることなく導波光
の分岐、結合が可能である。このため、分岐部の加工が
容易で優れた加工安定性を有する。

【０１５３】さらに、２つの単一モード導波路の幅が基
端部側から多モード導波路側に向かって徐々に縮小され
ているので、２つの単一モード導波路の中心間の間隔が
狭められる。これにより、単一モード導波路の末端にお
ける電界分布の２つのピークが接近し、分岐部での電磁
界分布の結合効率が高まる。したがって、分岐部での損
失を低減しつつ導波光を分岐、結合させて出力すること
ができる。

【０１５４】また、上記の導波路型光分岐素子のうち、
多モード導波路がテーパ部と直線部とを有するテーパ導
波路であるものは、上記の作用に加えて特に以下の作用
を有する。すなわち、導波光が多モード導波路から単一
モード導波路へ向かって伝送される場合、導波光は、テ
ーパ部にて放射状に広がった波面が直線部にて平面状に
戻されてから単一モード導波路に入射する。これによ
り、多モード導波路の端面のうち、単一モード導波路の
末端幅縮小により、対向する導波路端面が存在しなくな
った部分にて生じる導波光の放射を抑えながら導波光を
分岐して出力することができる。

【０１５５】また、本発明に係る導波路型光分岐素子の
うち、多モード導波路の一方の末端に２つの単一モード
導波路が接続されているものは、２つの単一モード導波
路の幅が基端部側から多モード導波路側に向かって徐々
に縮小されているので、２つの単一モード導波路の中心
間の間隔が狭められる。これにより、２つの単一モード
導波路の末端における電界分布の２つのピークが接近
し、分岐部での電磁界分布の結合効率が高まって、分岐
部での損失を低減しつつ導波光を分岐、結合させて出力
することができる。

【０１５６】図２２のように、例えばシリコンからなる
基板３０１の上面に、例えばＳｉＯ₂ からなる透明材料
層が形成されている。この透明材料層は高屈折率のコ
ア、すなわち単一モード導波路３１２、多モードのテー
パ導波路３１１および分岐側の単一モード導波路（以
下、分岐側導波路と呼ぶ。）３２０，３２１と、このコ
アが埋め込まれた低屈折率のクラッド３０２とからな
る。なお、導波路３１１，３１２，３２０および３２１
は、いずれもこれらの部材内を光が伝搬する方向に沿っ
て形成されている。

【０１５７】テーパ導波路３１１は単一モード導波路３
１２に接続されている。また、分岐側導波路３２０，３
２１の端面３２０ｃ，３２１ｃはともに、テーパ導波路
３１１の端面と所定の間隔をあけて対向している。

【０１５８】単一モード導波路３１２の、基板の表面方
向に沿った平面形状は直線であり、テーパ導波路３１１
の平面形状は、単一モード導波路３１２側から分岐部側
に向かって末広がりのテーパ形状である。また、分岐側
導波路３２０，３２１は、基端部３２０ｄ，３２１ｄ側
からテーパ導波路３１２に向かって徐々に幅が縮小され
ている。

【０１５９】図２４を用いて、図２２および図２３Ａ−
２３Ｅに示される光ブランチングデバイスの構造をより
詳しく説明する。図２４のように、テーパ導波路３１１
は末端幅がＷｔ、長さがＬｔであり、幅がＷ１の単一モ
ード導波路３１２に接続されている。分岐側の単一モー
ド導波路３２０，３２１の端面３２０ｃ，３２１ｃは、
テーパ導波路３１１の端面と所定の間隔Ｂをあけて対向
している。また、分岐側導波路３２０、３２１は、分岐
部側の端部が間隔Ａをあけて互いに近接しており、テー
パ導波路３１１の中央線に関して対称に、なおかつ、光
の伝搬する方向に向かって徐々に互いの間隔が大きくな
るように配置されている。優れた加工安定性と低損失性
を同時に実現するためには、テーパ導波路３１１の端面
と分岐側導波路３２０、３２１の端面との間隔Ｂは、２
〜８μｍ程度であることが好ましい。

【０１６０】分岐側導波路３２０、３２１は、一定幅の
基端部３２０ｘ，３２１ｘに、外縁の曲率半径がＲでテ
ーパ導波路３１１に向かって徐々に幅が縮小された単一
モード導波路３２０ｙ，３２１ｙが接続されたものであ
る。ここで、基端部３２０ｘ，３２１ｘは、共に、幅が
Ｗ１で曲率半径がＲの曲線形状の単一モード導波路であ
る。また、分岐側導波路３２０、３２１の第１端面３１
１ｃ側の末端幅はＷ２である。なお、分岐側導波路３２
０、３２１の幅は、基端部３２０ｘ，３２１ｘ側から導
波路の光軸中心軸に沿って１ｍｍテーパ導波路１２側に
向かうごとに３μｍ小さくなる。

【０１６１】ここで、単一モード導波路の幅について述
べると、単一モード条件の下で十分な電磁界の閉じ込め
作用を実現し、スラブの導波路からの放射を抑えながら
光を伝送するためには、導波路の正規化周波数Ｖが、 （３／８）π≦Ｖ≦（１／２）π…（１） の条件を満たすように導波路の幅（Ｗ）を設定すること
が好ましい。なお、 Ｖ＝（π・Ｗ／λ）・（Ｎ₁ ² −Ｎ₂ ² ）^1/2 ここで、Ｗ…導波路の幅 λ…導波光の波長 Ｎ₁ …コアの屈折率 Ｎ₂ …クラッドの屈折率 である。

【０１６２】本実施例に係る図２４の素子では、基端部
３２０ｘ，３２１ｘおよび単一モード導波路３１２の幅
は、式（１）の条件をみたす様に設定される。基端部３
２０ｘ，３２１ｘおよび単一モード導波路３１２の幅の
値は、それぞれＷ１である。しかし、テーパ導波路３１
１と分岐側導波路３２０、３２１とが分離した分岐部構
造を有する点、および分岐側導波路３２０、３２１の末
端幅（＝Ｗ２）が基端部３２０ｘ，３２１ｘおよび単一
モード導波路３１２の幅（＝Ｗ１）より縮小されている
点で図１１の素子と異なっている。

【０１６３】本実施例の素子について、さらに詳しく説
明する。

【０１６４】第２コア部材３２０および第３コア部材３
２１は、第１端面３１１ｃに近づくにしたがって、細く
なっている。

【０１６５】図２２は、この光ブランチングデバイスを
示す斜視図である。図２３Ａは、このデバイスを図の矢
印Ｈ−Ｈを通る平面で切ったデバイスの断面図である。
図２３Ｂは、図２３Ａに示したデバイスを図の矢印Ｂ−
Ｂを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図２３
Ｃは、図２３Ａに示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図２３Ｄは、
図２３Ａに示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面
で切ったデバイスの断面図である。図２３Ｅは、図２３
Ａに示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切っ
たデバイスの断面図である。図２３Ｆは、図２３Ａに示
したデバイスを図の矢印Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバ
イスの断面図である。図２３Ｇは、図２３Ａに示したデ
バイスを図の矢印Ｇ−Ｇを通る平面で切ったデバイスの
断面図である。図２４は、図２３Ａに示した光ブランチ
ングデバイスを示す図である。

【０１６６】本実施例の導波路型光分岐素子（光ブラン
チングデバイス）は、シリコン基板３０１と、保持基板
３０１上に形成されたクラッド部材３０２と、第１コア
部材（第１テーパ導波路）３１０と、第２コア部材（第
２導波路）３２０と、第３コア部材（第３導波路）３２
１とを備える。

【０１６７】第１コア部材３１０は、クラッド部材３０
２内に埋設されている。第２コア部材３２０は、クラッ
ド部材３０２内に埋設されている。第２コア部材３２０
は、第１コア部材３１０の第１端面３１１ｃに第１の間
隔をあけて対向する第２の端面３２０ｃを有している。
第３コア部材３２１も、クラッド部材３０２内に埋設さ
れている。第３コア部材３２１は、第１コア部材１０の
第１端面３１１ｃに第２の間隔を開けて対向する第３端
面３２１ｃを有している。

【０１６８】クラッド部材３０２（クラッド３０２，ク
ラッド層３０２）は、第１表面３０２ａを有している。
第１表面３０２ａは、基板３０１の主表面３０１ａに平
行である。この第１表面３０２ａに垂直な方向と光の伝
搬する方向の双方に垂直な方向を幅方向とする。また、
第１表面３０２ａに垂直な方向を厚み方向とする。第１
コア部材３１０は、一定の幅および厚みを有する光伝送
路３１２、一定の厚みを有し、光伝送路３１２に連続し
てこの光伝送路３１２から離れるほど広い幅を有するテ
ーパー型のコア部分３１１とを有している。光伝送路３
１２の幅３１２は、図２３Ａの面３１２ａと面３１２ｂ
との間の距離により規定される。

【０１６９】第１コア部材３１０は、第１表面３０２ａ
に対して垂直な第１面（図２３Ａの矢印Ｂ−Ｂを通る平
面）と交差することにより規定される第１垂直断面３１
２ｄを有している。第１コア部材３１０は、第１表面３
０２ａに対して垂直な第２面（図２３Ａの矢印Ｃ−Ｃを
通る平面）であって第１端面３１１ｃと第１面（Ｂ−Ｂ
面）との間に位置する第２面（Ｃ−Ｃ面）と交差するこ
とにより規定される第２垂直断面３１２ｅを有してい
る。第１コア部材３１０は、第１表面２ａに対して平行
な第３面（図２２の矢印Ｈ−Ｈを通る平面）と交差する
ことにより規定される第１水平断面（図２３Ａの符号３
１０ａで示される）を有している。

【０１７０】第２コア部材３２０は、第１表面３０２ａ
に対して垂直な第４面（図２３Ａの矢印Ｅ−Ｅを通る平
面）と交差することにより規定される第３垂直断面３２
０ｅを有している。第２コア部材３２０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第２水平断面
（図２３Ａの符号３２０ｆで示される）を有している。

【０１７１】第３コア部材３２１は、第４面（Ｅ−Ｅ
面）と交差することにより規定される第４垂直断面３２
１ｅを有している。第３コア部材３２１は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第３水平断面
３２１ｆを有している。

【０１７２】換言すれば、図２２ないし図２４に示され
た分岐導波路は、基板１、第１テーパ導波路３１０、第
２導波路３２０および第３導波路３２１を有している。

【０１７３】第２コア部材３２０は、第１コア部材３１
０に近づくにしたがって細くなっている。第３コア部材
３２１も、第１コア部材３１０に近づくにしたがって細
くなっている。さらに、第２コア部材３２０と第３コア
部材３２１との間の間隔は、第１コア部材３１０に近づ
くにしたがって狭くなっている。この光ブランチングデ
バイスにおいて、第１コア部材３１０は、第１のマルチ
モード導波路３１０であり、第２コア部材３２０は、第
２のシングルモード導波路３２０であり、第３コア部材
３２１は、第３のシングルモード導波路３２１ある。第
１コア部材３１０はテーパ導波路３１１を含む。

【０１７４】第２コア部材３２０と第３コア部材３２１
は、共に先細りの形状を有しているので、第２コア部材
３２０と第３コア部材３２１との間のスペースを一定と
した場合において、第２端面３２０ｃにおける第２コア
部材３２０の光軸と、第３端面３２１ｃにおける第３コ
ア部材３２１の光軸との距離を近接させることができ
る。

【０１７５】したがって、第２コア部材３２０の第２端
面３２０ｃにおいて、この第２コア部材３２０内を伝達
する光は，コア３２０の径方向に電界分布を有する。電
界分布のピーク位置（第１ピーク位置）は、第２コア部
材３２０の光軸のある位置である。第３コア部材３２１
の第３端面３２１ｃにおいて、この第３コア部材３２１
ｃ内を伝達する光は，コア３２１の径方向に電界分布を
有する。電界分布のピーク位置（第２ピーク位置）は、
第３コア部材３２１の光軸のある位置である。第１ピー
クと第２ピークとを近接させれば、第１コア部材３１０
と第２コア部材３２０との間を伝搬する光の結合効率お
よび第１コア部材３１０と第３コア部材３２１との間を
伝搬する光の結合効率は高めることができる。したがっ
て、本発明によれば、分岐部での損失を低減しつつ導波
光を分岐、結合させて出力することができる。

【０１７６】第２コア部材３２０は、第２端面３２０
ｃ、第３垂直断面３２０ｅおよび第２水平断面３２０ｆ
を有している。第２端面３２０ｃは、第１コア部材（第
１テーパ導波路）３１０の第１端面３１１ｃに対して対
向している。

【０１７７】第３垂直断面３２０ｅは、第１表面３０２
ａに対して垂直な第４面（Ｅ−Ｅ面）と交差することに
より規定される。第２水平断面３２０ｆは、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される。ここで、第
２コア部材３２０は、先細りの形状であるので、第２端
面３２０ｃの面積は、第３垂直断面３２０ｅの面積より
も小さい。また、第２コア部材３２０は、第４面と平行
な面（Ｇ−Ｇ面）と交差することによって規定される断
面３２０ｈを有している。第３垂直断面３２０ｅは、界
面３２０ｃと断面３２０ｈとの間に配置される。断面３
２０ｈの面積は、第３垂直断面３２０ｅの面積よりも大
きい。

【０１７８】第３コア部材３２１は、クラッド部材３０
２内に埋設されている。第３コア部材３２１は、第３端
面３２１ｃ、第４垂直断面３２１ｅ、第３水平断面３２
１ｆを有している。第３端面）３２１ｃは、第１コア部
材３１０の第１端面３１１ｃに対して対向している。第
４垂直断面３２１ｅは、この第３コア部材３２１が、第
４面（Ｅ−Ｅ面）と交差することにより規定される。第
３水平断面３２１ｆは、第３コア部材３２１が、第３面
（Ｈ−Ｈ面）と交差することにより規定される。第３コ
ア部材３２１は、先細りの形状を有しているので、第３
端面３２１ｃの面積は、第４垂直断面３２１ｅの面積よ
りも小さい。また、第３コア部材３２１は、第４面（Ｅ
−Ｅ面）と平行な面（Ｇ−Ｇ面）と交差することによっ
て規定される断面３２１ｈを有している。第４垂直断面
３２１ｅは、界面３２１ｃと断面３２１ｈとの間に配置
される。断面３２１ｈの面積は、第４垂直断面３２１ｅ
の面積よりも大きい。

【０１７９】基板３０１は、基板表面３０１ａを有して
いる。第１テーパ導波路３１０は、基板表面３０１ａ上
に形成されており、第１端面３１１ｃを有している。第
２導波路３２０は、基板表面３０１ａ上に形成されてい
る。第２導波路３２０は、第１端面３１１ｃとの界面３
２０ｃ、基板表面３０１ａと交差する面を含む第１側面
３２０ａ、第１側面３２０ａに対向する第２側面３２０
ｂを有している。

【０１８０】第３導波路３２１は、基板表面３０１ａ上
に形成されている。第１端面３１１ｃとの界面３２１
ｃ、基板表面３０１ａと交差する面を含む第３側面３２
１ａ、第３側面３２１ａに対向する第４側面３２１ｂを
有している。第４側面３２１ｂは、第１側面３２０ａと
第３側面３２１ａとの間に配置されている。第１側面３
２０ａは、第２側面３２０ｂと第４側面３２１ｂとの間
に配置されている。

【０１８１】第１端面３１１ｃの幅は、基板表面３０１
ａの法線方向（厚み方向）および第１端面３１１ｃの法
線方向（光軸方向）の双方に垂直な方向（幅方向）に沿
った第１端面３１１ｃの長さである。第１端面３１１ｃ
の幅（Ｗｔ）は、第２側面３２０ａと第３側面３２１ｂ
との間の距離よりも大きい。すなわち、側面３２０ａ、
３２０ｂ、３２１ａ、３２１ｂと第１端面３１１ｃとの
交線をそれぞれ、交線３２０ｉ、３２０ｊ、３２１ｊ、
３２１ｉとし、第１端面３１１ｃと端面３１１ｂとの間
の交線を３１１ｉとし、第１端面３１１ｃと端面３１１
ａとの交線を３１１ｊとすれば、第１端面３１１ｃの幅
はＷｔは、交線３１１ｉと交線３１１ｊとの間の距離で
規定される。また、第２端面３２０ｃの幅（Ｗ２）は、
交線３２０ｉと３２０ｊとの間の距離によって規定さ
れ、第３端面３２１ｃの幅（Ｗ２）は、交線３２１ｉと
３２１ｊとの間の距離によって規定される。第３端面３
２１ｃと第２端面３２０ｃとの間の距離（Ａ）は、交線
３２０ｊと３２１ｊとの間の距離によって規定される。
つまり、交線３１１ｉと交線３１１ｊとの間の距離（Ｗ
ｔ）は、交線３２０ｉと３２１ｉとの間の距離（Ｗ２＋
Ｗ２＋Ａ）よりも大きい。

【０１８２】第１コア部材３１０は、界面３１２ｃを介
して第１コア部材３１０に入力された光が、第１垂直断
面３１２ｄおよび第３垂直断面３１２ｅを横切って第１
水平断面３１０ａに沿った方向に伝搬して第１端面３１
１ｃから出力されるように配置されている。

【０１８３】第２コア部材は、第１端面３１１ｃから出
力された光が、第２界面３２０ｃを通って第２コア部材
３２０に入力され、第３垂直断面３２０ｅを横切って第
２水平断面３２０ｆに沿った方向に伝搬して第２コア部
材３２０の端面３２０ｄを通って出力されるように配置
されている。

【０１８４】第３コア部材３２１は、第１端面３１１ｃ
から出力された光が、第３端面３２１ｃを通って第３コ
ア部材３１１に入力され、第４垂直断面３２１ｅを横切
って第３水平断面３２１ｆに沿った方向に伝搬して第３
コア部材３２１から出力されるように配置されている。

【０１８５】ここで、第１端面３１１ｃの面積は、第１
垂直断面３１２ｄの面積よりも大きい。すなわち、第１
コア部材３１０は、第２および第３コア部材方向３２
０，３２１に向かって広がったテーパー形状の部分３１
１を有している。テーパー形状の部分３１１は、第１コ
ア部材３１０の光軸ＯＰ３１０（中心線）に対して所定
の角度を有する面３１１ａおよび３１１ｂを有してい
る。換言すれば、テーパー形状の部分（テーパ導波路）
３１１の第１表面３０２ａに垂直な２つの表面と、第３
表面（Ｈ−Ｈ面）との交線３１１ａ，３１１ｂは、第３
表面の第１コア部材３１０の光軸ＯＰ３１０（中心線）
に対して所定の角度を有している。第１コア部材３１０
がテーパー部分３１１を含んでいることにより、第１コ
ア部材３１０の端面（第４端面）３１２ｃに入力された
光信号のエネルギー（パワー）密度は、この光が第１垂
直断面３１２ｄを通過して第１端面３１１ｃに向かうに
したがって減少する。

【０１８６】第１コア部材３１０の端面３１１ｃから出
力された光は、界面３２０ｃから第２コア部材３２０に
入力され、第３端面３２１ｃから第３コア部材３２１に
入力される。

【０１８７】光ブランチングデバイスの第１端面３１１
ｃは、第１端面３１１ｃを通過する光の進行方向に対し
て垂直である。したがって、第２端面３２０ｃは、この
第２端面３２０ｃに入射される光の進行方向に対して垂
直である。第３端面３２１ｃは、この第３端面３２１ｃ
に入射される光の進行方向に対して垂直である。したが
って、第１端面３１１ｃは、第２端面３２０ｃに対して
対向しており、第１端面３１１ｃは第２端面３２０ｃに
平行である。第１端面３１１ｃは、第３端面３２１ｃに
対して対向しており、第１端面３１１ｃは第３端面３２
１ｃに平行である。

【０１８８】第２コア部材３２０は、第１表面３０２ａ
に対して垂直な面３２０ａおよび３２０ｂを有してい
る。面３２０ａおよび面３２０ｂは、第２コア部材３２
０内を伝搬する光の進行方向に対して平行である。ま
た、面３２０ａと面３２０ｂとは互いに対向しており、
面３２０ａおよび面３２０ｂは平行である。したがっ
て、面３２０ａと面３２０ｂは、第１表面３０２ａと第
２端面３２０ｃの双方に垂直である。

【０１８９】同様に、第３コア部材３２１は、第１表面
３０２ａに対して垂直な面３２１ａおよび３２１ｂを有
している。面３２１ａおよび面３２１ｂは、第３コア部
材３２１内を伝搬する光の進行方向に対して平行であ
る。また、面３２１ａと面３２１ｂとは互いに対向して
おり、面３２１ａおよび面３２１ｂは平行である。した
がって、面３２１ａと面３２１ｂは、第１表面３０２ａ
と第３端面３２１ｃの双方に垂直である。

【０１９０】第２導波路３２０は、一定の幅を有する一
定幅導波路３２０ｘと、一定幅導波路３２０ｘに連続し
た傾斜幅導波路３２０ｙとを有している。傾斜幅導波路
３２０ｙは、第１端面３１１ｃに近づくにしたがって、
その幅が細くなっており、傾斜幅導波路３２０ｙの幅
は、一定幅導波路３２０ｘの幅の１／２ないし４／５で
ある。

【０１９１】第３導波路３２１は、一定の幅を有する一
定幅導波路３２１ｘと、一定幅導波路３２１ｘに連続し
た傾斜幅導波路３２１ｙとを有している。傾斜幅導波路
３２１ｙは、第１端面３１１ｃに近づくにしたがって、
その幅が細くなっており、傾斜幅導波路３２１ｙの幅
は、一定幅導波路３２１ｘの幅の１／２ないし４／５で
ある。

【０１９２】第２コア部材３２０と第３コア部材３２１
との間隔は、第１コア部材３１０から離れるにしたがっ
て広くなる。すなわち、第２コア部材３２０は、第３コ
ア部材３２１から離れる方向に曲った曲面３３０ａおよ
び３３０ｂを有している。曲面３３０ａは、平面３２０
ａに連続しており、曲面３３０ｂは、平面３２０ｂに連
続している。曲面３３０ａの曲率半径はＲであり、曲面
３３０ｂの曲率半径もほぼＲである。第３コア部材３２
１は、第２コア部材３２０から離れる方向に曲った曲面
３３１ａおよび３３１ｂを有している。曲面３３１ａ
は、平面３２１ａに連続しており、曲面３３１ｂは、平
面３２１ｂに連続している。曲面３３０ａの曲率半径は
Ｒであり、曲面３３０ｂの曲率半径もほぼＲである。第
２コア部材３２０および第３コア部材３２１は、Ｓ字形
導波路である。

【０１９３】第２端面３２０ｃから第２コア部材３２０
に入力された光は、第２コア部材３２０の端面３２０ｄ
から出力される。第３端面３２１ｃから第３コア部材３
２１に入力された光は、第３コア部材３２１の端面３２
１ｄから出力される。ここで、第２コア部材３２０の入
力端面３２０ｃから出力端面３２０ｄまでの光路長は、
第３コア部材３２１の入力端面３２１ｃから出力端面３
２１ｄまでの光路長に等しい。

【０１９４】したがって、第１コア部材３１０からこれ
らのコア部材３２０，３２１に入力された光がコア部材
３２０，３２１から出力される場合において、コア部材
３２０，３２１によって分岐されたそれぞれの光ビーム
の出力端面３２０ｄ，３２１ｄにおける位相は揃ってい
る。それぞれの端面３２０ｄ，３２１ｄから出力された
光ビームの位相は、お互いに揃っているので、これらの
出力光を再び合成する場合などにおいても、それぞれの
ビームの位相は容易に整合する。

【０１９５】図２５は、図２３Ａに示した光ブランチン
グデバイスの第２コア部材３２０および第３コア部材３
２１の端面３２０ｄ，３２１ｄを改良したデバイスであ
る。図２３Ａに示した光ブランチングデバイスの端面３
２０ｄ，３２１ｄは、露出している。露出した端面３２
０ｄの法線方向は、第３コア部材３２１の内を伝搬する
光の進行方向（光軸方向）に対して所定の角度を有して
いる。また、露出した端面３２１ｄの法線方向は、第３
コア部材３２１内を伝搬する光の進行方向に対して所定
の角度を有している。前述のように、本願発明者らは、
これまでの研究から、２つの光部品間を伝搬する光の結
合効率を増加されるためには、それぞれの光部品の対向
する端面を光の伝搬する方向（光軸）に対して垂直にす
ることが有効であることに気付いた。

【０１９６】そこで、本実施例の光ブランチングデバイ
スは、図２５に示すように、第２コア部材３２０の出力
端面３２０ｄが、第２コア部材３２０の光軸ＯＰ３０２
（一点鎖線で示す）に対して垂直になるように第２コア
部材３２０を配置する。第２コア部材３２０の端面３２
０ｄに対向する位置にレンズＬ３０２を介して光ファイ
バＦ３０２を配置する。また、第３コア部材３２１の出
力端面３２１ｄが、第３コア部材３２１の光軸ＯＰ３０
３（一点鎖線で示す）に対して垂直になるように第３コ
ア部材３２１を配置する。第３コア部材３２１の端面３
２１ｄに対向する位置にレンズＬ３０３を介して光ファ
イバＦ３０３を配置する。また、第１コア部材３１０の
入力端面３１２ｃが、第１コア部材３１０の光軸ＯＰ３
０１（一点鎖線で示す）に対して垂直になるように第１
コア部材３１０を配置する。第１コア部材３１０の端面
３１２ｃに対向する位置にレンズＬ３０１を介して光フ
ァイバＦ３０１を配置する。

【０１９７】図２６は、図２５に示した光ブランチング
デバイスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ３０１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３を接続した１ｘ
４構造を有する光ブランチングデバイスである。この光
ブランチングデバイスは、第１の光ブランチングデバイ
スＢＲ３０１と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ３
０１の出力端面３２０ｄに、第２の光ブランチングデバ
イスＢＲ３０２の入力端面３１２ｃが接続された第２の
光ブランチングデバイスＢＲ３０２と、第１の光ブラン
チングデバイスＢＲ１の出力端面３２１ｄに、第３の光
ブランチングデバイスＢＲ３０３の入力端面３１２ｃが
接続された第３の光ブランチングデバイスＢＲ３０３と
を備える。したがって、Ｓ字型導波路の一端部分は、テ
ーパ導波路を構成している。

【０１９８】端面Ｐ３０１から第１の光ブランチングデ
バイスＢＲ３０１に入力された光信号（図の実線矢印で
示す）は、この光ブランチングデバイスによって、分離
されて、第２の光ブランチングデバイスＢＲ３０２の端
面Ｐ３０２，Ｐ３０３、および第３の光ブランチングデ
バイスＢＲ３の端面Ｐ３０４，Ｐ３０５から出力され
る。一方、端面Ｐ３０２〜Ｐ３０５から入力されたそれ
ぞれの光信号（図の一点鎖線矢印で示す）は、この光ブ
ランチングデバイスによって、合成されて、端面Ｐ３０
１から出力される。

【０１９９】図２７は、図２５に示した光ブランチング
デバイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ３０１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３，ＢＲ３０４，
ＢＲ３０５，ＢＲ３０６，ＢＲ３０７を接続した１ｘ８
構造を有する光ブランチングデバイスである。この光ブ
ランチングデバイスは、入力端面（入力ポート）を有す
る第１の光ブランチングデバイスＢＲ３０１と、第１の
光ブランチングデバイスＢＲ３０１の出力端面３２０ｄ
に、第２の光ブランチングデバイスＢＲ３０２の入力端
面３１２ｃが接続された第２の光ブランチングデバイス
ＢＲ３０２と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ３０
１の出力端面３２１ｄに、第３の光ブランチングデバイ
スＢＲ３０３の入力端面３１２ｃが接続された第３の光
ブランチングデバイスＢＲ３０３とを有している。

【０２００】さらに、この光ブランチングデバイスは、
第２の光ブランチングデバイスＢ３０Ｒ２の出力端面３
２０ｄに、第４の光ブランチングデバイスＢＲ３０４の
入力端面３１２ｃが接続された第４の光ブランチングデ
バイスＢＲ３０４と、第２の光ブランチングデバイスＢ
Ｒ３０２の出力端面３２１ｄに、第５のブランチングデ
バイスＢＲ３０５の入力端面３１２ｃが接続された第５
の光ブランチングデバイスＢＲ３０５と、第３の光ブラ
ンチングデバイスＢＲ３０３の出力端面３２０ｄに、第
６の光ブランチングデバイスＢＲ６の入力端面３１２ｃ
が接続された第６の光ブランチングデバイスＢＲ３０６
と、第３の光ブランチングデバイスＢＲ３０３の出力端
面３２１ｄに、第７の光ブランチングデバイスＢＲ３０
７の入力端面３１２ｃが接続された第７の光ブランチン
グデバイスＢＲ３０７とを備える。

【０２０１】したがって、この光ブランチングデバイス
は、このデバイスに入力された１つの光ビームを８つの
ビームに分岐することができ、このデバイスに入力され
た８つのビームを１つのビームに合成することができ
る。なお、これらの光ブランチングデバイスＢＲ３０
１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３，ＢＲ３０４，ＢＲ３０
５，ＢＲ３０６，ＢＲ３０７は同一基板３０１上に形成
されている。

【０２０２】本実施例のＹ字状素子は、テーパ導波路３
１１と分岐側導波路３２０，３２１とが分離した分岐部
構造を有している点で、図９のＹ字状素子と異なる。し
たがって、図９における鋭角形状の間隙部８０が不要と
なって分岐部の加工が容易になる。この結果、本実施例
の光ブランチングデバイスは、大規模通信システムの構
築の際などに歩留まりよく大量生産することができる。

【０２０３】図１１の素子の分岐側導波路２０，２１は
一定幅（Ｗ）であるのに対し、本実施例の素子は、その
末端幅が基端部３２０ｘ，３２１ｘの幅より縮小された
分岐側導波路３２０，３２１を備えている。

【０２０４】したがって、本実施例の素子では、分岐部
において、分岐側導波路３２０，３２１の末端３２０
ｃ，３２１ｃでの電界分布が多モード導波路３１１の末
端３１１ｃでの電界分布により合致する。

【０２０５】詳しく説明すると、本実施例の光分岐結合
素子における分岐部のような導波路の形状が急激に変化
する箇所では、多モード導波路３１１の末端３１１ｃお
よび３２０，３２１の末端３２０ｃ，３２１ｃにおける
導波光の電磁界分布の結合効率が大きいほど、導波光の
分岐、結合の際の損失は低減される。

【０２０６】２８Ｂ、図２２なし図２４した光ブランチ
ングデバイスの第１コア部材３１０，第２コア部材３２
０，第３コア部材３２１を図２２ないし図２４から抜出
して示す図である。図２８Ｂには、座標軸が示してあ
る。図２８Ａは、図２８Ｂに示した第１コア部材３１０
の末端、すなわち、座標Ｙ１、における導波光の電界分
布、および、第２および第３コア部材３２０，３２１の
末端、すなわち、座標Ｙ２における導波光の電界分布を
示すグラフである。図２８Ａにおいて、座標Ｙ１におけ
る導波光の電界分布は、実線で示し、座標Ｙ２における
導波光の電界分布は、点線で示す。図２８Ａに示された
座標Ｘ１，Ｘ２は、図２８Ｂの位置座標Ｘ１，Ｘ２にそ
れぞれ対応している。導波光とは、本光ブランチングデ
バイスのコア部材３１０，３２０，３２１内を伝搬する
光である。ここで、第２および第３コア部材３２０，３
２１の末端３２０ｃ，３２１ｃの幅は、それぞれ、図１
１に示した第２コア部材２０，２１の末端２０ｃ，２１
ｃの幅の半分である。

【０２０７】図２８Ａ内の各電界分布は、各導波モード
が運ぶ光パワーが１になるように正規化(nomalization
for power)して示してある。なお、ここでは、非分岐側
導波路３１０および分岐側導波路３２０，３２１のいず
れにおいても最低次モードのみが励振されると仮定して
いる。光分岐後の電界分布は、分岐側導波路３２０、３
２１における各電界分布を合成して得られる。

【０２０８】一方、図１１に示した比較例の光ブランチ
ングデバイスの電界分布は、図１０Ａに示される。

【０２０９】図２８Ａから、第１端面３１１ｃに近づく
にしたがって細くなった第２コア部材３２０、第１端面
３１１ｃに近づくにしたがって細くなった第３コア部材
３２１を用いることにより、第２コア部材３２０および
第３コア部材３２１の末端３２０ｃ，３２１ｃにおける
電界分布と、テーパ導波路３１１の末端３１１ｃにおけ
る電界分布を図１１に示した光ブランチングデバイスの
それらよりも多く重ねることができる。すなわち、光分
岐前後の電界の重なり部分の面積が大きくなる。したが
って、光分岐前後の電磁界分布の重畳積分（overlap in
tegral) で与えられる結合効率が向上する。このため、
分岐側導波路３２０と３２１の間からの導波光放射が抑
えられ、比較例の導波路型光分岐素子に比べて光分岐の
際の損失が低くなる。

【０２１０】図２８Ａから明らかなように、分岐側導波
路３２０、３２１の末端３２０ｃ，３２１ｃの幅を基端
３２０ｘ，３２１ｘの幅よりも縮小することによって、
分岐側導波路３２０、３２１の中心間（光軸間）の間隔
が狭まるので、分岐導波路３２０、３２１側の電界分布
（点線）の２つのピーク（ＰＥ１，ＰＥ２）が接近し、
多モード導波路３１１側の電界分布に非常によく合致す
る。

【０２１１】図２８Ａに示した多モード導波路３１１の
電界分布のピーク位置ＰＥと、第１のピークＰＥ１との
間の距離は、１マイクロメータ以上、２マイクロメータ
以下であることが望ましい。

【０２１２】図２８Ａに示した多モード導波路３１１の
電界分布のピーク位置ＰＥと、第２のピークＰＥ２との
間の距離は、１マイクロメータ以上、２マイクロメータ
以下であることが望ましい。

【０２１３】これにより、電界の重なる面積が大きくな
り、分岐導波路３２０、３２１側および多モード導波路
３１１側の電磁界分布の重畳積分で与えられる結合効率
が向上する。その結果、導波光を分岐、結合して出力す
るにあたり、分岐部での結合損失を低減することが可能
である。

【０２１４】換言すれば、第２コア部材３２０の第２端
面３２０ｃにおいて、この第２コア部材３２０内を伝達
する光は，コア３２０の径方向に電界分布を有する。電
界分布のピーク位置（第１ピーク位置）は、第２コア部
材３２０の光軸ＯＰ３２０のある位置である。第３コア
部材３２１の第３端面３２１ｃにおいて、この第３コア
部材３２１ｃ内を伝達する光は，コア３２１の径方向に
電界分布を有する。電界分布のピーク位置（第２ピーク
位置）は、第３コア部材３２１の光軸ＯＰ３２１のある
位置である。第１ピークと第２ピークとを近接させれ
ば、第１コア部材３１０と第２コア部材３２０との間を
伝搬する光の結合効率および第１コア部材３１０と第３
コア部材３２１との間を伝搬する光の結合効率は高める
ことができる。したがって、本発明によれば、分岐部で
の損失を低減しつつ導波光を分岐、結合させて出力する
ことができる。

【０２１５】ところが、間隔を狭め過ぎると加工安定性
が低下し、歩留まりの悪化を招いてしまう。

【０２１６】歩留まりの悪化を防ぎ、十分な加工安定性
と低損失性をともに実現するには、第２導波路３２０と
第３導波路３２１との間の間隔の値は２〜４μｍである
ことが好ましい。

【０２１７】これに対し、実施例のＹ字状素子は、分岐
側導波路３２０，３２１の末端３２０ｃ，３２１ｃの幅
が基端部３２０ｘ，３２１ｘの幅より縮小された構造を
有している。したがって、分岐側導波路３２０と３２１
の間隔を狭めることなく、導波路３２０、３２１の中心
同士（素子のコアの中心同士）の間隔を狭まくすること
ができる。そして、第２導波路３２０と第３導波路３２
１との間の間隔の値が２〜４μｍであるので、その加工
が容易である。

【０２１８】本実施例の光ブランチングデバイスは、図
１１に示した光ブランチングデバイスよりも、導波光の
分岐、結合の際の損失を低減することができる。

【０２１９】次に、本発明の１つの実施例に係る光ブラ
ンチングデバイスについて説明する。

【０２２０】図２９は、本発明の１つの実施例に係る光
ブランチングデバイスを示す斜視図である。図３０Ａ
は、このデバイスを図２９の矢印Ｈ−Ｈを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。図３０Ｂは、図３０Ａに
示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切ったデ
バイスの断面図である。図３０Ｃは、図３０Ａに示した
デバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイス
の断面図である。図３０Ｄは、図３０Ａに示したデバイ
スを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で切ったデバイスの断面
図である。図３０Ｅは、図３０Ａに示したデバイスを図
の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデバイスの断面図であ
る。図３０Ｆは、図３０Ａに示したデバイスを図の矢印
Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図
３０Ｇは、図３０Ａに示したデバイスを図の矢印Ｇ−Ｇ
を通る平面で切ったデバイスの断面図である。図３１
は、図３０Ａに示したデバイスの断面図である。

【０２２１】図２９ないし図３１に示されるように、こ
のＹ字状素子では、末端幅がＷｔのテーパ部４１５に、
幅がＷｔで長さがＬｓの直線部４１６が接続されてい
る。このため、導波光がテーパ導波路４１１から分岐側
導波路へ向かって伝送される場合、テーパ部４１５にて
放射状に広がった波面を直線部４１６にて平面状に戻し
てから、導波光を分岐側導波路４２０，４２１に入射さ
せることができる。

【０２２２】これによって、テーパ導波路４１１の端面
４１１ｃのうち、分岐側導波路４２０，４２１の末端幅
縮小により対向する導波路端面が存在しなくなった部分
（テーパ導波路４１２の端面のうち、分岐側導波路４２
０，４２１の末端幅と分岐側導波路４２０，４２１の間
隔との総和よりも幅が大きくなった部分）にて生じる導
波光の放射（反射、回折）を抑え、光分岐の際の損失を
さらに低減することができる。

【０２２３】この導波路型光分岐素子は、テーパ導波路
（第１テーパ導波路）４１１の末端４１１ｃに、このテ
ーパ部４１６の末端３１１ｃとほぼ同一幅の直線部４１
６が付加された構造を有している。

【０２２４】このため、テーパ部４１５にて放射状に広
がった波面を直線部４１６にて平面状に戻してから、導
波光を分岐側導波路４２０，１４１に入射させることが
できる。

【０２２５】この波面が進行する様子を、図３７に示
す。これにより、テーパ導波路４１１の分岐部側の端面
のうち、末端幅を拡大するために設けられた部分（分岐
側導波路４２０、４２１の末端幅と、分岐側導波路４２
０、４２１の間隔との総和よりも幅を大きくした部分）
にて生じる導波光の放射（反射、回折）を抑え、分岐部
での放射損失（radiation loss) をさらに低減すること
ができる。

【０２２６】入力手段ＩＭは、光源ＩＭ１と、光源ＩＭ
１から出射された光ＩＭ４が入力される光ファイバＩＭ
２と、光ファイバＩＭ２から出力された光ＩＭ５が入力
されるレンズＩＭ３とを有している。レンズＩＭ３から
出力された光ＩＭ６は、第１コア部材１１０の第４端面
４１２ｄに入力される。この光ＩＭ６は、第１コア部材
４１０を通って、第１端面４１１ｃから出力される。第
１端面４１１ｃから出力された光ＩＭ７は、第２コア部
材４２０に入力される。第１端面４１１ｃから出力され
た光ＩＭ８は。第コア部材４３０に入力される。第２コ
ア部材４２０から出力された光ＩＭ９は、光検出器ＯＭ
１に入力される。第３コア部材４２１から出力された光
ＩＭ１０は、光検出器ＯＭ２に入力される。

【０２２７】本実施例の光ブランチングデバイスについ
てさらに詳しく説明する。

【０２２８】図２９ないし図３１に示すように、本実施
例の光ブランチングデバイスは、シリコン基板４０１
と、保持基板４０１上に形成されたクラッド部材４０２
と、第１コア部材４１０と、第２コア部材４２０と、第
３コア部材４２１とを備える。

【０２２９】第１コア部材４１０は、クラッド部材４０
２内に埋設されている。第２コア部材４２０は、クラッ
ド部材４０２内に埋設されている。第２コア部材４２０
は、第１コア部材４１０の第１端面４１１ｃに対して第
１の間隔Ｂを隔てて対向する第２端面４２０ｃを有して
いる。第３コア部材４２１も、クラッド部材４０２内に
埋設されている。第３コア部材４２１は、第１コア部材
４１０の第１端面４１１ｃに対して第２の間隔Ｂを隔て
て対向する第３端面４２１ｃを有している。ここで、第
１の間隔Ｂと第２の間隔Ｂとは等しくしてある。

【０２３０】クラッド部材４０２（クラッド４０２，ク
ラッド層４０２）は、第１表面４０２ａを有している。
第１表面４０２ａは、基板４０１の主表面４０１ａに平
行である。主表面４０１ａは、クラッド部材４０２と基
板４０１との界面で規定される。この第１表面４０２ａ
に垂直な方向と光の伝搬する方向の双方に垂直な方向を
幅方向とする。また、第１表面４０２ａに垂直な方向を
厚み方向とする。第１コア部材４１０は、一定の幅およ
び厚みを有する光伝送路４１２、一定の厚みを有し、光
伝送路４１２に連続してこの光伝送路４１２から離れる
ほど広い幅を有するテーパー型の第１コア部分４１５
と、一定の厚みおよび幅を有し、コア部分４１５に連続
した第２コア部分４１６とを有する。

【０２３１】光伝送路４１２の幅４１２は、図３０Ａの
面４１２ａと面４１２ｂとの間の距離により規定され
る。

【０２３２】第１コア部材４１０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な面（図３０Ａの矢印Ｂ−Ｂを通る平面）
と交差することにより規定される第５垂直断面４１２ｄ
を有している。

【０２３３】第１コア部材４１０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な第１面（図３０Ａの矢印Ｃ−Ｃを通る平
面）と交差することにより規定される第１垂直断面４１
２ｅを有している。

【０２３４】第１コア部材４１０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な第２面（図３０Ａの矢印Ｇ−Ｇを通る平
面）であって第１端面４１１ｃと第１面（Ｂ−Ｂ面）と
の間に位置する第２面（Ｇ−Ｇ面）と交差することによ
り規定される第２垂直断面４１６ｃを有している。

【０２３５】第１コア部材４１０は、第１表面２ａに対
して平行な第３面（図２９の矢印Ｈ−Ｈを通る平面）と
交差することにより規定される第１水平断面（図３０Ａ
の符号４１０ａで示される）を有している。

【０２３６】第２コア部材４２０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な第４面（図３０Ａの矢印Ｅ−Ｅを通る平
面）と交差することにより規定される第３垂直断面４２
０ｅを有している。第２コア部材４２０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第２水平断面
（図３０Ａの符号４２０ｆで示される）を有している。
第３コア部材４２１は、第４面（Ｅ−Ｅ面）と交差する
ことにより規定される第４垂直断面４２１ｅを有してい
る。第３コア部材４２１は、第３面（Ｈ−Ｈ面）と交差
することにより規定される第３水平断面４２１ｆを有し
ている。

【０２３７】第１コア部材４１０は、端面４１２ｃを介
して第１コア部材４１０に入力された光が、第１垂直断
面４１２ｅおよび第２垂直断面４１６ｃを横切って第１
水平断面４１０ａに沿った方向に伝搬して第１端面４１
１ｃから出力されるように配置されている。

【０２３８】なお、断面は、第１端面４１１ｃに平行で
あり、導波光の進行方向に垂直であるとする。

【０２３９】第２コア部材４２０は、第１端面４１１ｃ
から出力された光が、第２端面４２０ｃを通って第２コ
ア部材４２０に入力され、第３垂直断面４２０ｅを横切
って第２水平断面４２０ｆに沿った方向に伝搬して第２
コア部材４２０の端面４２０ｄを通って出力されるよう
に配置されている。第３コア部材４２１は、第１端面か
ら出力された光が、第３端面４２１ｃを通って第３コア
部材４２１に入力され、第４垂直断面４２１ｅを横切っ
て第３水平断面４２１ｆに沿った方向に伝搬して第３コ
ア部材４２１から出力されるように配置されている。

【０２４０】ここで、第１端面４１１ｃの面積は、第１
垂直断面４１２ｅの面積よりも大きい。すなわち、第１
コア部材４１０は、第２および第３コア部材４２０，４
２１方向に向かって広がったテーパー形状の部分４１５
を有している。テーパー形状の部分４１５は、第１コア
部材４１０の光軸ＯＰ４１０（中心線）に対して所定の
角度を有する面４１５ａおよび４１５ｂを有している。
換言すれば、部分４１５における第１表面４０２ａに垂
直な２つの表面４１５ａ，４１５ｂと、第３表面（Ｈ−
Ｈ面）との交線４１５ａ，４１５ｂは、第３表面内にお
いて第１コア部材４１０の光軸ＯＰ４１０（中心線）に
対して所定の角度を有している。

【０２４１】換言すれば、この光ブランチングデバイス
は、基板表面４０１ａを有する基板４０１、第１テーパ
導波路４１０、第２導波路４２０および第３導波路４２
１を有している。

【０２４２】１テーパ導波路４１０は、第４導波路４１
６とこの第４導波路４１６に連続した第２テーパ導波路
４１５を有している。第１テーパ導波路４１０は、基板
表面４０１ａ上に形成されている。

【０２４３】第４導波路４１６は、基板表面４０１ａと
交差する面を含む第１端面４１１ｃ、基板表面４０１ａ
と交差する面を含む第５側面４１６ａ、第５側面４１６
ａに平行な第６側面４１６ｂを有している。第１端面４
１１ｃの幅（Ｗｔ）は、第２側面４２０ｂと第３側面４
２１ａとの間の距離よりも大きい。すなわち、側面４２
０ａ、４２０ｂ、４２１ａ、４２１ｂと第１端面４１１
ｃとの交線をそれぞれ、交線４２０ｉ、４２０ｊ、４２
１ｊ、４２１ｉとし、第１端面４１１ｃと端面４１１ｂ
との間の交線を４１１ｉとし、第１端面４１１ｃと端面
４１１ａとの交線を４１１ｊとすれば、第１端面４１１
ｃの幅はＷｔは、交線４１１ｉと交線４１１ｊとの間の
距離で規定される。また、第２端面４２０ｃの幅（Ｗ
２）は、交線４２０ｉと４２０ｊとの間の距離によって
規定され、第３端面４２１ｃの幅（Ｗ２）は、交線４２
１ｉと４２１ｊとの間の距離によって規定される。第３
端面４２１ｃと第２端面４２０ｃとの間の距離（Ａ）
は、交線４２０ｊと４２１ｊとの間の距離によって規定
される。つまり、交線４１１ｉと交線４１１ｊとの間の
距離（Ｗｔ）は、交線４２０ｉと４２１ｉとの間の距離
（Ｗ２＋Ｗ２＋Ａ）よりも大きい。

【０２４４】第２テーパ導波路４１５は、第４導波路
（真っ直ぐな導波路）４１６に連続している。第２テー
パ導波路４１５は、第４導波路４１６に近付く方向に広
がっている。第２導波路４２０は、基板表面４０１ａ上
に形成されている。第２導波路４２０は、第１端面４１
１ｃに対して所定の間隔をあけて対向する第２端面４２
０ｃを有している。

【０２４５】第３導波路４２１は、基板表面４０１ａ上
に形成されている。第３導波路４２１は、第１端面４１
１ｃに対して所定の間隔をあけて対向する第３端面４２
１ｃを有している。第１コア部材がテーパー部分４１５
を含んでいることにより、第１コア部材４１０の端面４
１２ｃに入力された光信号のエネルギー（パワー）密度
は、この光が第１垂直断面４１２ｄを通過して第１端面
４１１ｃに向かうにしたがって減少する。

【０２４６】第１コア部材４１０の端面４１１ｃから出
力された光は、第２端面４２０ｃから第２コア部材４２
０に入力され、第３端面４２１ｃから第３コア部材４２
１に入力される。本願発明者らは、これまでの研究か
ら、２つの光部品間を伝搬する光の結合効率を増加され
るためには、それぞれの光部品の対向する端面を光の伝
搬する方向に対して垂直にすることが有効であることに
気付いた。本実施例の光ブランチングデバイスの第１端
面４１１ｃは、この第１端面４１１ｃを通過する光の進
行方向に対して垂直である。また、第２端面４２０ｃ
は、この第２端面４２０ｃに入射される光の進行方向に
対して垂直である。第３端面４２１ｃは、この第３端面
４２１ｃに入射される光の進行方向に対して垂直であ
る。

【０２４７】したがって、第１端面４１１ｃは、第２端
面４２０ｃに対して対向しており、第１端面４１１ｃは
第２端面４２０ｃに平行である。第１端面４１１ｃは、
第３端面４２１ｃに対して対向しており、第１端面４１
１ｃは第３端面４２１ｃに平行である。

【０２４８】光ブランチングデバイスにおける光の結合
効率をさらに向上させるために、本実施例の光ブランチ
ングデバイスでは、第２垂直断面４１６ｃの面積が、第
１端面４１１ｃの面積と等しいこととした。換言すれ
ば、第２垂直断面４１６ｃの幅は、第１端面４１１ｃの
幅（Ｗｔ）とほぼ等しく、その違いは±３％以内であ
る。

【０２４９】すなわち、図３０に示すように、第１コア
部材４１０に入力された光は、第１垂直断面４１２ｅか
ら第１端面４１１ｃに進行するにしたがって、光のパワ
ー密度（エネルギー密度）が減少すると同時に、この光
の波面ＷＡ１が第１水平断面４１０ａ内において扇型に
変形する。この第２垂直断面４１６ｃの面積が、第１端
面４１１ｃの面積と等しいこととすれば、この光が、第
２垂直断面４１６ｃから第１端面４１１ｃへ伝搬する間
にその波面が、第１端面４１１ｃに平行になる。

【０２５０】したがって、第１端面４１１ｃから出力さ
れた光の指向性は高くなり、第２コア部材４２０および
第３コア部材４２１に結合する光の結合効率は高くな
る。

【０２５１】また、第２端面４２０ｃおよび第３端面４
２１ｃは、第１端面４１１ｃから出射される光の波面Ｗ
Ａ２に平行であるので、光の結合効率は高くなる。

【０２５２】すなわち、第１コア部材４１０は、第１端
面４１１ｃを有し、入力された光のエネルギー密度を低
下させるとともに、光の波面ＷＡ１を第１端面４１１ｃ
に対して平行にして光を第１端面４１１ｃから出射する
形状を有している。第２コア部材４２０は、第１端面４
１１ｃに対して所定の間隔をあけて対向する第２端面４
２０ｃを有しており、第３コア部材４２１ｃは、第１端
面４１１ｃに対して所定の間隔（Ｂ）をあけて対向する
第３端面４２１ｃを有している。

【０２５３】この光は、一定の幅（コアサイズ）を有す
る光伝送路（コア）４１２内を通過する。光伝送路４１
２ｃは、第１コア部材４１０の一部分であり、テーパー
導波路部４１５に連続し、第１垂直断面４１２ｅの断面
積の最小値と等しい断面積を有している。

【０２５４】第２コア部材４２０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な面４２０ａおよび４２０ｂを有してい
る。面４２０ａおよび面４２０ｂは、第２コア部材４２
０内を伝搬する光の進行方向に対して平行である。ま
た、面４２０ａと面４２０ｂとは互いに対向しており、
面４２０ａおよび面４２０ｂは平行である。したがっ
て、面４２０ａと面４２０ｂは、第１表面４０２ａと第
２端面４２０ｃの双方に垂直である。

【０２５５】同様に、第３コア部材４２１は、第１表面
４０２ａに対して垂直な面４２１ａおよび４２１ｂを有
している。面４２１ａおよび面４２１ｂは、第３コア部
材４２１内を伝搬する光の進行方向に対して平行であ
る。また、面４２１ａと面４２１ｂとは互いに対向して
おり、面４２１ａおよび面４２１ｂは平行である。した
がって、面４２１ａと面４２１ｂは、第１表面４０２ａ
と第３端面４２１ｃの双方に垂直である。

【０２５６】第２部材４２０と第３部材４２１との間隔
は、第１コア部材４１０から離れるにしたがって広くな
る。すなわち、第２コア部材４２０は、第３コア部材４
２１から離れる方向に曲った曲面４３０ａおよび４３０
ｂを有している。曲面４３０ａは、平面４２０ａに連続
しており、曲面４３０ｂは、平面４２０ｂに連続してい
る。曲面４３０ａの曲率半径はＲであり、曲面４３０ｂ
の曲率半径もほぼＲである。第３コア部材４２１は、第
２コア部材４２０から離れる方向に曲った曲面４３１ａ
および４３１ｂを有している。曲面４３１ａは、平面４
２１ａに連続しており、曲面４３１ｂは、平面４２１ｂ
に連続している。曲面４３０ａの曲率半径はＲであり、
曲面４３１ｂの曲率半径もほぼＲである。

【０２５７】第２端面４２０ｃから第２コア部材４２０
に入力された光は、第２コア部材４２０の端面４２０ｄ
から出力される。第３端面４２１ｃから第３コア部材４
２１に入力された光は、第３コア部材４２１の端面４２
１ｄから出力される。ここで、第２コア部材４２０の入
力端面４２０ｃから出力端面４２０ｄまでの光路長は、
第３コア部材４２１の入力端面４２１ｃから出力端面４
２１ｄまでの光路長に等しい。したがって、第１コア部
材４１０からこれらのコア部材４２０，４２１に入力さ
れた光がコア部材４２０，４２１から出力される場合に
おいて、コア部材４２０，４２１によって分岐されたそ
れぞれの光ビームの出力端面４２０ｄ，４２１ｄにおけ
る位相は揃っている。それぞれの端面４２０ｄ，４２１
ｄから出力された光ビームの位相は、お互いに揃ってい
るので、これらの出力光を再び合成する場合などにおい
ても、それぞれのビームの位相は容易に整合する。

【０２５８】図３２は、図３０Ａに示した光ブランチン
グデバイスの第２コア部材４２０および第３コア部材４
２１の端面４２０ｄ，４２１ｄを改良したデバイスであ
る。図３０Ａに示した光ブランチングデバイスの端面４
２０ｄ，４２１ｄは、露出している。露出した端面４２
０ｄの法線方向は、第３コア部材４２１の内を伝搬する
光の進行方向（光軸方向）に対して所定の角度を有して
いる。また、露出した端面４２１ｄの法線方向は、第３
コア部材４２１内を伝搬する光の進行方向に対して所定
の角度を有している。すなわち、第２コア部材４２０お
よび第３コア部材４２１は、Ｓ字形導波路(S-shaped wa
veguid) である。前述のように、本願発明者らは、これ
までの研究から、２つの光部品間を伝搬する光の結合効
率を増加されるためには、それぞれの光部品の対向する
端面を光の伝搬する方向（光軸）に対して垂直にするこ
とが有効であることに気付いた。そこで、本実施例の光
ブランチングデバイスは、図３２に示すように、第２コ
ア部材４２０の出力端面４２０ｄが、第２コア部材４２
０の光軸ＯＰ４０２（一点鎖線で示す）に対して垂直に
なるように第２コア部材４２０を配置する。第２コア部
材４２０の端面４２０ｄに対向する位置にレンズＬ４０
２を介して光ファイバＦ４０２を配置する。また、第３
コア部材４２１の出力端面４２１ｄが、第３コア部材４
２１の光軸ＯＰ４０３（一点鎖線で示す）に対して垂直
になるように第３コア部材４２１を配置する。第３コア
部材４２１の端面４２１ｄに対向する位置にレンズＬ４
０２を介して光ファイバＦ４０３を配置する。また、第
１コア部材４１０の入力端面４１２ｃが、第１コア部材
４１０の光軸ＯＰ４０１（一点鎖線で示す）に対して垂
直になるように第１コア部材４１０を配置する。第１コ
ア部材４１０の端面４１２ｃに対向する位置にレンズＬ
４０１を介して光ファイバＦ４０１を配置する。

【０２５９】図３３は、図３２に示した光ブランチング
デバイスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ４０１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３を接続した１ｘ
４構造を有する光ブランチングデバイスの断面図であ
る。この光ブランチングデバイスは、第１の光ブランチ
ングデバイスＢＲ４０１と、第１の光ブランチングデバ
イスＢＲ４０１の出力端面４２０ｄに、第２の光ブラン
チングデバイスＢＲ４０２の入力端面４１２ｃが接続さ
れた第２の光ブランチングデバイスＢＲ４０２と、第１
の光ブランチングデバイスＢＲ４０１の出力端面４２１
ｄに、第３の光ブランチングデバイスＢＲ４０３の入力
端面４１２ｃが接続された第３の光ブランチングデバイ
スＢＲ４０３とを備える。端面Ｐ４０１から第１の光ブ
ランチングデバイスＢＲ４０１に入力された光信号（図
の実線矢印で示す）は、この光ブランチングデバイスに
よって、分離されて、第２の光ブランチングデバイスＢ
Ｒ４０２の端面Ｐ４０２，Ｐ４０３、および第３の光ブ
ランチングデバイスＢＲ４０３の端面Ｐ４０４，Ｐ４０
５から出力される。一方、端面Ｐ４０２〜Ｐ４０５から
入力されたそれぞれの光信号（図の一点鎖線矢印で示
す）は、この光ブランチングデバイスによって、合成さ
れて、端面Ｐ４０１から出力される。

【０２６０】図３５は、図３２に示した光ブランチング
デバイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ４０１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３，ＢＲ４０４，
ＢＲ４０５，ＢＲ４０６，ＢＲ４０７を接続した１ｘ８
構造を有する光ブランチングデバイスの断面図である。
この光ブランチングデバイスは、入力端面（入力ポー
ト）を有する第１の光ブランチングデバイスＢＲ４０１
と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ４０１の出力端
面４２０ｄに、第２の光ブランチングデバイスＢＲ４０
２の入力端面４１２ｃが接続された第２の光ブランチン
グデバイスＢＲ４０２と、第１の光ブランチングデバイ
スＢＲ４０１の出力端面４２１ｄに、第３の光ブランチ
ングデバイスＢＲ４０３の入力端面４１２ｃが接続され
た第３の光ブランチングデバイスＢＲ４０３とを有して
いる。さらに、この光ブランチングデバイスは、第２の
光ブランチングデバイスＢＲ２の出力端面４２０ｄに、
第４の光ブランチングデバイスＢＲ４の入力端面４１２
ｃが接続された第４の光ブランチングデバイスＢＲ４０
４と、第２の光ブランチングデバイスＢＲ４０２の出力
端面４２１ｄに、第５のブランチングデバイスＢＲ４０
５の入力端面４１２ｃが接続された第５の光ブランチン
グデバイスＢＲ４０５と、第３の光ブランチングデバイ
スＢＲ４０３の出力端面４２０ｄに、第６の光ブランチ
ングデバイスＢＲ４０６の入力端面４１２ｃが接続され
た第６の光ブランチングデバイスＢＲ４０６と、第３の
光ブランチングデバイスＢＲ３の出力端面４２１ｄに、
第７の光ブランチングデバイスＢＲ７の入力端面４１２
ｃが接続された第７の光ブランチングデバイスＢＲ４０
７とを備える。

【０２６１】したがって、この光ブランチングデバイス
は、このデバイスに入力された１つの光ビームを８つの
ビームに分岐することができ、このデバイスに入力され
た８つのビームを１つのビームに合成することができ
る。なお、これらの光ブランチングデバイスＢＲ４０
１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３，ＢＲ４０４，ＢＲ４０
５，ＢＲ４０６，ＢＲ４０７は同一基板４０１上に形成
されている。

【０２６２】図３４は、図２９ないし図３１に示した本
実施例のＹ字状素子について、直線部４１６の幅（＝Ｗ
ｔ）と分岐側導波路４２０，４２１の末端幅（＝Ｗ２）
をパラメーターとして、導波光の波長が１．５５μｍの
場合の分岐過剰損を計算し、その結果を示したグラフで
ある。分岐過剰損の計算はビーム伝搬法により行った。
計算にあたっては、図３１に示される各部の寸法を、Ａ
＝４μｍ、Ｂ＝４μｍ、Ｗ１＝８μｍ、Ｌｔ＝１２００
μｍ、Ｒ＝５０ｍｍとし、コアとクラッドの比屈折率差
を０．３％とした。また、末端幅の各数値ごとに直線部
４１６の幅（＝Ｗｔ）を１μｍ間隔で異ならせてデータ
を５個ずつ求めた。

【０２６３】図３４のグラフによれば、分岐側導波路４
２０，４２１の末端幅（＝Ｗ２）を小さくすると分岐過
剰損の最小値を与える直線部４１６の幅（＝Ｗｔ）が小
さくなり、最小値自体も小さくなる傾向が認められる。

【０２６４】ただし、末端幅を縮小し過ぎると、電界の
閉じ込め作用が弱まって電界が広がり、放射損失が増加
するうえ、加工性も低下する。本発明者らの知見によれ
ば、末端幅縮小による効果が顕著で放射損失の増加を上
回り、なおかつ十分な加工安定性を維持するためには、
分岐側導波路４２０，４２１の末端４２０ｃ，４２１ｃ
の幅は、基端部４２０ｘ，４２１ｘの幅の１／２〜４／
５であることが望ましい。ここで、導波光の波長は約
１．３〜１．５５μｍを想定している。

【０２６５】本発明者らは、実施例のＹ字状素子の効果
を確認するために、図３５に示されるような１×８構造
を有する分岐結合素子を作製した。図３５に示される素
子は、図３２のＹ字状素子を光伝搬方向に沿って３段組
み合わせて作製した光学部品である。図３５に示される
光学部品について、その伝送特性を測定した。また、比
較のために図１１のＹ字状素子（比較例）を３段組み合
わせた１×８素子も併せて作製し、伝送特性を測定し
た。

【０２６６】１×８素子は、シリコン基板４０１上に火
炎堆積法でＳｉＯ₂ ガラス層（クラッド）を形成し、次
いで、ドーパントを含んだ高屈折率のＳｉＯ₂ ガラス層
を堆積して、エッチングすることによりコアを形成し、
さらに上部クラッドとしてのＳｉＯ₂ ガラス層を堆積し
て形成することにより作製された。

【０２６７】１×８素子を構成するＹ字状素子の各部の
寸法は、図３１、図１１における符号を用いて表すと、
次の通りである。

【０２６８】Ａ＝４μｍ Ｂ＝４μｍ Ｗ１＝８μｍ Ｌｔ＝１２００μｍ Ｒ＝５０ｍｍ であり、分岐側導波路４２０、４２１の末端幅（＝Ｗ
２）、直線部４１６の末端幅Ｗｔおよび直線部４１６の
長さＬｓは、以下の通りである。

【０２６９】図３５の素子…Ｗ２＝４μｍ、Ｗｔ＝１８
μｍ、Ｌｓ＝１５０μｍ。

【０２７０】図１１の素子（比較例）…Ｗ２＝Ｗ１＝８
μｍ、Ｗｔ＝２０μｍ、Ｌｓ＝０μｍ。

【０２７１】いずれの素子においても、コアとクラッド
の比屈折率差は０．３％、導波路の厚さは８μｍとし
た。なお、図２９ないし図３５の素子において上記の寸
法を採用した理由は、図３４に示されたデータに基づ
く。この寸法を有する光ブランチングデバイスは、図３
４のグラフに表されるＷ２＝４μｍのデータの中で比較
的低い分岐過剰損を示したからである。

【０２７２】分岐過剰損（素子全体の損失から１×８分
岐の本質的な損失９ｄＢ、入出力ファイバとの結合損、
導波路の伝送損失を差し引いた値）の測定は、図３５、
１１のＹ字状素子にシングルモードファイバを通じて波
長１．５５μｍのレーザダイオード光を入出力すること
により行われた。

【０２７３】１×８素子の８個の出力ポートの出力平均
を測定して平均分岐過剰損を求めたところ、図１１のタ
イプの１×８素子（比較例）は１．５３ｄＢであるのに
対し、図３５の素子（図２９の素子を含む）の１×８素
子の平均分岐過剰損は、０．８０ｄＢであり、比較例の
素子に比べ格段に優れた特性を示した。これは、分岐側
導波路４２０、４２１の末端幅が縮小された構造を採用
したことに基づく効果の現れである。

【０２７４】図３６は、図３５の１×８素子（実施例）
および図１１の１×８素子（比較例）の分岐過剰損の波
長特性を測定した結果を示したグラフである。なお、こ
こでの分岐過剰損とは、分岐一段当たりのもので、１×
８素子全体の分岐過剰損を３等分したものである。

【０２７５】図３６によれば、測定波長全域にわたり図
２９の素子（実施例）のほうが低損失で、とくに、長波
長領域での実施例の素子の損失は図１１の素子（比較
例）のそれの半分程度である。広範囲にわたる導波光の
波長領域において、実施例の素子の方が比較例の素子よ
り優れていることが確認できる。また、実施例の素子は
比較例の素子に比べ導波光波長の変化による損失の変動
が小さい。したがって、本発明の導波路型光分岐素子
は、広波長域にわたる光を掃引するような光測定システ
ムなどにおいて好適な使用が可能な点でも優れている。

【０２７６】次に、本発明の１つの実施例に係る方向性
結合器について説明する。

【０２７７】図３８はこの方向性結合器の斜視図であ
る。図３９は、図３８のデバイスを図３８の矢印Ｈ−Ｈ
を通る平面で切ったデバイスの断面図である。図４０Ａ
は、図３３に示したデバイスを図の矢印Ａ−Ａを通る平
面で切ったデバイスの断面図である。図４０Ｂは、図３
９に示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切っ
たデバイスの断面図である。

【０２７８】図４０Ｃは、図３９に示したデバイスを図
の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイスの断面図であ
る。図４０Ｄは、図３９に示したデバイスを図の矢印Ｄ
−Ｄを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図４
０Ｅは、図３９に示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。

【０２７９】本実施例の方向性結合器は、シリコン基板
６０１と、保持基板６０１上に形成されたクラッド部材
６０２と、第１コア部材６６０と、第２コア部材（第２
導波路）６２０と、第３コア部材（第３導波路）６２１
とを備える。

【０２８０】第１コア部材６６０は、クラッド部材６０
２内に埋設されている。第２コア部材６２０は、クラッ
ド部材６０２内に埋設されている。第２コア部材６２０
は、第１コア部材６６０の第１端面６１１ｃに所定の間
隔（Ｂ）をあけて対向する第２端面６２０ｃを有してい
る。第３コア部材６２１も、クラッド部材２内に埋設さ
れている。第３コア部材６２１は、第１コア部材６６０
の第１端面６１１ｃに所定の間隔（Ｂ）をあけて対向し
た第３端面６２１ｃを有している。

【０２８１】第１コア部材６６０は、第１端面６１１ｃ
に対向する第４端面６１１ｄを有している。

【０２８２】第４コア部材６４０は、クラッド部材６０
２内に埋設されている。第４コア部材６４０は、第１コ
ア部材６６０の第４端面６１１ｄに対して所定の間隔
（Ｂ）をあけて対向した第５端面６４０ｃを有してい
る。

【０２８３】第５コア部材６４１も、クラッド部材６０
２内に埋設されている。第５コア部材６４１は、第１コ
ア部材６６０の第４端面６１１ｄに対して所定の間隔
（Ｂ）をあけて対向した第６端面６２１ｄを有してい
る。

【０２８４】クラッド部材６０２（クラッド６０２，ク
ラッド層６０２）は、第１表面６０２ａを有している。
第１表面６０２ａは、基板６０１の主表面６０１ａに平
行である。この第１表面６０２ａに垂直な方向と光の伝
搬する方向の双方に垂直な方向を幅方向とする。また、
第１表面６０２ａに垂直な方向を厚み方向とする。第１
コア部材６６０は、一定の幅および厚みを有している。

【０２８５】第１コア部材６６０は、第１表面６０２ａ
に対して垂直な第１面（図３９の矢印Ｃ−Ｃを通る平
面）と交差することにより規定される第１垂直断面６１
２ｄを有している。第１垂直断面６１２ｄの幅は一定で
ある。

【０２８６】第１コア部材６６０は、第１表面６０２ａ
に対して平行な第３面（図３８の矢印Ｈ−Ｈを通る平
面）と交差することにより規定される第１水平断面（図
３９の符号６６０ａで示される）を有している。

【０２８７】第２コア部材６２０は、第１表面６０２ａ
に対して垂直な第４面（図３９の矢印Ｅ−Ｅを通る平
面）と交差することにより規定される第３垂直断面６２
０ｅを有している。第２コア部材６２０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第２水平断面
（図３９の符号６２０ｆで示される）を有している。

【０２８８】第３コア部材６２１は、第４面（Ｅ−Ｅ
面）と交差することにより規定される第４垂直断面６２
１ｅを有している。第３コア部材６２１は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第３水平断面
６２１ｆを有している。

【０２８９】第４コア部材６４０は、第１表面６０２ａ
に対して垂直な第５面（図３９の矢印Ａ−Ａを通る平
面）と交差することにより規定される第５垂直断面６４
０ｅを有している。第４コア部材６４０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第４水平断面
（図３９の符号６４０ｆで示される）を有している。

【０２９０】第５コア部材６４１は、第５面（Ａ−Ａ
面）と交差することにより規定される第６垂直断面６４
１ｅを有している。第５コア部材６４１は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第５水平断面
６４１ｆを有している。

【０２９１】換言すれば、図３８ないし図４０Ｅに示さ
れた分岐導波路は、基板６０１、直線導波路（ミキサ
ー）６６０、第２導波路６２０、第３導波路６２１、第
４導波路６４０および第５導波路６４１を有している。

【０２９２】第１端面６１１ｃの幅は、基板表面６０１
ａの法線方向（厚み方向）および第１端面６１１ｃの法
線方向（光軸方向）の双方に垂直な方向（幅方向）に沿
った第１端面６１１ｃの長さである。第１端面６１１ｃ
の幅は、第２端面６２０ｃと第３端面６２１ｃとの間の
距離よりも大きい。第１端面６１１ｃの幅は、第２側面
６２０ｂと第３側面６２１ａとの間の距離よりも大き
い。

【０２９３】第２導波路６２０の幅は、ミキサー６６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面６２０ｅの面積は、第２端面６２０ｃの面積よりも
大きい。

【０２９４】第３導波路６２１の幅は、ミキサー６６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面６２１ｅの面積は、第３端面６２１ｃの面積よりも
大きい。

【０２９５】第４導波路６４０の幅は、ミキサー６６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面６４０ｅの面積は、第５端面６４０ｃの面積よりも
大きい。

【０２９６】第５導波路６４１の幅は、ミキサー６６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面６２１ｅの面積は、第６端面６２１ｃの面積よりも
大きい。

【０２９７】第１コア部材６６０は、第４導波路６４０
および第５導波路６４１を通って第１コア部材６６０に
入力された光が、第２導波路６２０および第３導波路６
２１を通って光ブランチングデバイスから出力されるよ
うに配置されている。

【０２９８】図３９の方向性結合器は、本実施例のＹ字
状素子と同様に、シリコンからなる基板６０１上に形成
されたコア、すなわち単一モード導波路６２０，６２
１，６４０，６４１および多モード導波路６６０と、こ
のコアが埋め込まれたクラッド６０２とを備えている。

【０２９９】多モード導波路６６０の一方の末端６１１
ｃには、単一モード導波路６２０、６２１が接続されて
おり、他方の末端６１１ｄには単一モード導波路６４
０、６４１が接続されている。単一モード導波路６２
０，６２１および６４０，６４１は、それぞれ多モード
導波路６６０側の端部が間隔Ａをあけて互いに近接し、
多モード導波路６６０の中央線（光軸）ＯＰ６６０に関
して対称に配置されている。また、第１コア部材６６０
から離れるほど、単一モード導波路６２０と６２１との
間隔は、広くなる。第１コア部材６６０から離れるほ
ど、単一モード導波路６４０と６４１との間隔は、広く
なる。

【０３００】図３９に示される構造をさらに説明する
と、単一モード導波路６４０，６４１の端面６４０ｃ，
６４１ｃは、多モード導波路６６０の端面６６０ｄと間
隔Ｂをあけて対向している。単一モード導波路６２０，
６２１についても同様である。なお、本実施例の光ブラ
ンチングデバイスにおいて、優れた加工安定性と十分な
低損失性を実現するためには、単一モード導波路６４
０，６４１および６２０，６２１の端面６４０ｃ，６４
１ｃおよび６２０ｃ，６２１ｃと多モード導波路６６０
の端面６６０ｄ，６６０ｃとの間隔Ｂは、２〜８μｍ程
度であることが好ましい。

【０３０１】図３９の方向性結合器は単一モード導波路
６２０，６２１，６４０，６４１とマルチモード導波路
６６０とが分離した分岐部構造を有している。したがっ
て、図９の光ブランチングデバイスにおける分岐部付近
の間隙部ような作製上なまりやすい部分を有さない。し
たがって、図３９の素子は、図９の素子よりもさらに優
れた加工安定性を有しており、歩留まりよく大量生産す
ることができるので、大規模通信システム等の構築にい
っそう適している。

【０３０２】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、様々な変形が可能である。例えば、分岐側の単一
モード導波路の末端幅が基端部より縮小された構造を有
するかぎり、導波路型光分岐結合素子の組成や、各部の
形状、寸法等は、上記実施例のものに限定されない。ま
た、導波路型光分岐結合素子の構造は、本実施例の埋込
み型構造に限られず、リッジ型や装荷型といった他の構
造であってもよい。

【０３０３】また、分岐側の単一モード導波路は、上記
実施例のように多モード導波路の中央線に関して対称に
配置されるものに限られない。本発明者らは、非対称の
光分岐結合素子であっても上記実施例と同様に優れた加
工安定性と低損失性が実現できるものと考える。

【０３０４】また、光分岐結合素子の例として、Ｙ字状
素子と方向性結合器をあげたが、このほかにもスターカ
プラなどがあり、このような素子も本発明の特徴である
分岐部構造を有する限り本発明に含まれる。

【０３０５】また、本発明の光分岐結合素子を、一の素
子の出力側導波路の末端を他の素子の入力側導波路とす
ることにより複数組み合わせて一つの導波路型素子とす
ることもできる。この導波路型素子は、各素子の効果が
累積されるので、優れた加工安定性を有するとともに格
段に損失を抑えて、導波光を分岐、結合させて出力する
ことができる。

【０３０６】本発明の特徴は、多モード導波路側の末端
幅が基端部の導波路幅より縮小された単一モード導波路
を備えることより、２つの単一モード導波路の中心同士
の間隔が狭められていることであり、このような構造を
有する導波路型素子は本発明に含まれる。

【０３０７】図４１は、図３９に示された光ブランチン
グデバイスＢＲ６０１を３つ用意し、これらの光ブラン
チングデバイスを接続した光学部品である。それぞれの
光ブランチングデバイスをＢＲ６０１，ＢＲ６０２，Ｂ
Ｒ６０３とする。

【０３０８】この光学部品は、第１光ミキサー６６０
と、第１の端部６２１ｃと第２の端部６２１ｐを有する
Ｓ字型導波路６２１と、第１の端部６２０ｃと第２の端
部６２０ｐを有するＳ字型導波路６２０と、第２光ミキ
サー１６６０と、第３光ミキサー２６６０とを備える。

【０３０９】第１の端部６２１ｃは、第１ミキサー６６
０に対向している。第２の端部６２１ｐは、第３のミキ
サー２６６０に対向している。第１の端部６２０ｃは、
第１ミキサー６６０に対向している。第２の端部６２０
ｐは、第２のミキサー１６６０に対向している。

【０３１０】ポートＰ１ないしＰ４から入力された光
は、合成されてポートＰ４ないしＰ８から出力される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の１つの実施例に係る光ブラン
チングデバイスを示す斜視図である。

【図２】図２Ａは、図１に示したデバイスを図１の矢印
Ｈ−Ｈを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図
２Ｂは、図２Ａに示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図２Ｃは、図
２Ａに示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。図２Ｄは、図２Ａに示し
たデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図２Ｅは、図２Ａに示したデバイス
を図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデバイスの断面図
である。図２Ｆは、図２Ａに示したデバイスを図の矢印
Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバイスの断面図である。

【図３】図３は、図２Ａに示したデバイスの断面図であ
る。

【図４】図４は、図２に示した光ブランチングデバイス
の第２コア部材２０および第３コア部材２１の端面２０
ｄ，２１ｄを改良したデバイスの断面図である。

【図５】図５は、図４に示した光ブランチングデバイス
を３つ用意し、これらの光ブランチングデバイスＢＲ
１，ＢＲ２，ＢＲ３を接続した１ｘ４構造を有する光ブ
ランチングデバイスの断面図である。

【図６】図６は、図４に示した光ブランチングデバイス
を７つ用意し、これらの光ブランチングデバイスＢＲ
１，ＢＲ２，ＢＲ３，ＢＲ４，ＢＲ５，ＢＲ６，ＢＲ７
を接続した１ｘ８構造を有する光ブランチングデバイス
の断面図である。

【図７】図７Ａは、図７Ｂに示した第１コア部材１０の
末端、すなわち、座標Ｙ１、における導波光の電界分
布、および、第２および第３コア部材２０，２１の末
端、すなわち、座標Ｙ２における導波光の電界分布を示
すグラフである。図７Ａにおいて、座標Ｙ１における導
波光の電界分布は、実線で示し、座標Ｙ２における導波
光の電界分布は、点線で示す。図７Ａに示された座標Ｘ
１，Ｘ２は、図７Ｂの位置座標Ｘ１，Ｘ２にそれぞれ対
応している。図７Ｂは、図１ないし図３に示した光ブラ
ンチングデバイスの第１コア部材１０，第２コア部材２
０，第３コア部材２１を図１ないし図３から抜出して示
す図である。図７Ｂには、座標系が示してある。

【図８】図８は、テーパ導波路１１の末端幅１１ｃ（Ｗ
ｔ）と図１ないし図３に示した光ブランチングデバイス
の分岐過剰損（exess loss (dB))との関係を示すグラフ
である。導波光の波長は、１．５５μｍである。

【図９】図９は、１つの非分岐側導波路１０から直線導
波路１２に付加されたテーパ導波路１１を介して連続的
に分岐側導波路２０、２１へ分岐する形状の光ブランチ
ングデバイスを示す断面図である。

【図１０】図１０Ａは、図１０Ｂに示した第１コア部材
１０の末端、すなわち、座標Ｙ１、における導波光の電
界分布、および、第２および第３コア部材２０，２１の
末端、すなわち、座標Ｙ２における導波光の電界分布を
示すグラフである。図１０Ａにおいて、座標Ｙ１におけ
る導波光の電界分布は、実線で示し、座標Ｙ２における
導波光の電界分布は、点線で示す。図１０Ａに示された
座標Ｘ１，Ｘ２は、図１０Ｂの位置座標Ｘ１，Ｘ２にそ
れぞれ対応している。図１０Ｂは、図１１に示した光ブ
ランチングデバイスの第１コア部材１０，第２コア部材
２０，第３コア部材２１を図１０から抜出して示す図で
ある。図１０Ｂには、座標軸が示してある。

【図１１】図１１は、比較例に係る光ブランチングデバ
イスの断面図である。

【図１２】図１２は、本発明の１つの実施例に係る光ブ
ランチングデバイスを示す斜視図である。

【図１３】図１３Ａは、図１２のデバイスを図１２の矢
印Ｈ−Ｈを通る平面で切ったデバイスの断面図である。
図１３Ｂは、図１３Ａに示したデバイスを図の矢印Ｂ−
Ｂを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図１３
Ｃは、図１３Ａに示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図１３Ｄは、
図１３Ａに示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面
で切ったデバイスの断面図である。図１３Ｅは、図１３
Ａに示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切っ
たデバイスの断面図である。図１３Ｆは、図１３Ａに示
したデバイスを図の矢印Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバ
イスの断面図である。図１３Ｇは、図１３Ａに示したデ
バイスを図の矢印Ｇ−Ｇを通る平面で切ったデバイスの
断面図である。

【図１４】図１４は、図１３Ａに示したデバイスの断面
図である。

【図１５】図１５は、図１４に示したデバイス内を光の
波面が伝搬していくようすを示す図である。第１コア部
材１１０に入力された光は、第１垂直断面１１２ｅから
第１端面１１１ｃに進行するにしたがって、光のパワー
密度（エネルギー密度）が減少すると同時に、この光の
波面ＷＡ１が第１水平断面１１０ａ内において扇型に変
形する。この第２垂直断面１１６ｃの面積が、第１端面
１１１ｃの面積と等しいので、この光が、第２垂直断面
１１６ｃから第１端面１１１ｃへ伝搬する間にその波面
ＷＡ２が、第１端面１１１ｃに平行になる。

【図１６】図１６は、図１３Ａに示した光ブランチング
デバイスの第２コア部材１２０および第３コア部材１２
１の端面１２０ｄ，１２１ｄを改良したデバイスの断面
図である。

【図１７】図１７は、図１６に示した光ブランチングデ
バイスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイス
ＢＲ１０１，ＢＲ１０２，ＢＲ１０３を接続した１ｘ４
構造を有する光ブランチングデバイスの断面図である。

【図１８】図１８は、直線部１１６の長さＬｓと分岐過
剰損との関係を示すグラフである。すなわち、導波光の
波長は１．５５μｍである。

【図１９】図１９は、図２０の１×８素子と第２比較例
に係る１×８素子について、分岐過剰損の波長特性を測
定した結果を示したグラフである。測定にあたっては、
各素子に分光器から出射した光を入射させた。

【図２０】図２０は、図１６に示した光ブランチングデ
バイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイス
ＢＲ１，ＢＲ２，ＢＲ３，ＢＲ４，ＢＲ５，ＢＲ６，Ｂ
Ｒ７を接続した１ｘ８構造を有する光ブランチングデバ
イスの断面図である。

【図２１】実施例に係る光ブランチングデバイスの水平
断面図である。

【図２２】図２２は、この光ブランチングデバイスを示
す斜視図である。

【図２３】図２３Ａは、このデバイスを図の矢印Ｈ−Ｈ
を通る平面で切ったデバイスの断面図である。図２３Ｂ
は、図２３Ａに示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る
平面で切ったデバイスの断面図である。図２３Ｃは、図
２３Ａに示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で
切ったデバイスの断面図である。図２３Ｄは、図２３Ａ
に示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で切った
デバイスの断面図である。図２３Ｅは、図２３Ａに示し
たデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図２３Ｆは、図２３Ａに示したデバ
イスを図の矢印Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバイスの断
面図である。図２３Ｇは、図２３Ａに示したデバイスを
図の矢印Ｇ−Ｇを通る平面で切ったデバイスの断面図で
ある。

【図２４】図２４は、図２３Ａに示した光ブランチング
デバイスを示す図である。

【図２５】図２５は、図２３Ａに示した光ブランチング
デバイスの第２コア部材３２０および第３コア部材３２
１の端面３２０ｄ，３２１ｄを改良したデバイスの断面
図である。

【図２６】図２６は、図２５に示した光ブランチングデ
バイスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイス
ＢＲ３０１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３を接続した１ｘ４
構造を有する光ブランチングデバイスの断面図である。

【図２７】図２７は、図２５に示した光ブランチングデ
バイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイス
ＢＲ３０１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３，ＢＲ３０４，Ｂ
Ｒ３０５，ＢＲ３０６，ＢＲ３０７を接続した１ｘ８構
造を有する光ブランチングデバイスの断面図である。

【図２８】図２８Ａは、図２８Ｂに示した第１コア部材
３１０の末端、すなわち、座標Ｙ１、における導波光の
電界分布、および、第２および第３コア部材３２０，３
２１の末端、すなわち、座標Ｙ２における導波光の電界
分布を示すグラフである。図２８Ｂは、図２２ないし図
２４示した光ブランチングデバイスの第１コア部材３１
０，第２コア部材３２０，第３コア部材３２１を図２２
ないし図２４から抜出して示す図である。図２８Ｂに
は、座標軸が示してある。

【図２９】図２９は、本発明の１つの実施例に係る光ブ
ランチングデバイスを示す斜視図である。

【図３０】図３０Ａは、このデバイスを図２９の矢印Ｈ
−Ｈを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図３
０Ｂは、図３０Ａに示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを
通る平面で切ったデバイスの断面図である。図３０Ｃ
は、図３０Ａに示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る
平面で切ったデバイスの断面図である。図３０Ｄは、図
３０Ａに示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で
切ったデバイスの断面図である。図３０Ｅは、図３０Ａ
に示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切った
デバイスの断面図である。図３０Ｆは、図３０Ａに示し
たデバイスを図の矢印Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図３０Ｇは、図３０Ａに示したデバ
イスを図の矢印Ｇ−Ｇを通る平面で切ったデバイスの断
面図である。

【図３１】図３１は、図３０Ａに示したデバイスの断面
図である。

【図３２】図３２は、図３０Ａに示した光ブランチング
デバイスの第２コア部材４２０および第３コア部材４２
１の端面４２０ｄ，４２１ｄを改良したデバイスの断面
図である。

【図３３】図３３は、図３２に示した光ブランチングデ
バイスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイス
ＢＲ４０１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３を接続した１ｘ４
構造を有する光ブランチングデバイスを示す図である。

【図３４】図３４は、図２９ないし図３１に示した本実
施例のＹ字状素子について、直線部４１６の幅（＝Ｗ
ｔ）と分岐側導波路４２０，４２１の末端幅（＝Ｗ２）
をパラメーターとして、導波光の波長が１．５５μｍの
場合の分岐過剰損を計算し、その結果を示したグラフで
ある。

【図３５】図３５は、図３２に示した光ブランチングデ
バイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイス
ＢＲ４０１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３，ＢＲ４０４，Ｂ
Ｒ４０５，ＢＲ４０６，ＢＲ４０７を接続した１ｘ８構
造を有する光ブランチングデバイスの断面図である。

【図３６】図３６は、図３５の１×８素子（実施例）お
よび図１１の１×８素子（比較例）の分岐過剰損の波長
特性を測定した結果を示したグラフである。

【図３７】実施例に係る光ブランチングデバイス内を波
面が伝搬するようすを示す断面図である。

【図３８】図３８は、方向性結合器の斜視図である。

【図３９】図３９は、図３８のデバイスを図３８の矢印
Ｈ−Ｈを通る平面で切ったデバイスの断面図である。

【図４０】図４０Ａは、図３９に示したデバイスを図の
矢印Ａ−Ａを通る平面で切ったデバイスの断面図であ
る。図４０Ｂは、図３９に示したデバイスを図の矢印Ｂ
−Ｂを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図４
０Ｃは、図３９に示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図４０Ｄは、
図３９に示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で
切ったデバイスの断面図である。図４０Ｅは、図３９に
示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデ
バイスの断面図である。

【図４１】図４１は、図３９に示された光ブランチング
デバイスを３つ用意し、これらを接続した光学部品の断
面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…クラッド、１０…第１コア部材（第１テ
ーパ導波路）、１１，１５…テーパ導波路（第２テーパ
導波路）、１２…直線導波路、１６…第４導波路、２０
…第２コア部材（第２導波路）、２０…第３コア部材
（第３導波路）、３０…くさび部。

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導波路を備えた光ブランチングデバイス
   において、 前記導波路は、 第１表面を有するクラッド部材と、 前記クラッド部材内に埋設され、第１端面、前記第１表
   面に対して垂直な第１面と交差することにより規定され
   る第１垂直断面、前記第１表面に対して垂直な第２面で
   あって前記第１端面と前記第１面との間に位置する第２
   面と交差することにより規定される第２垂直断面、およ
   び前記第１表面に対して平行な第３面と交差することに
   より規定される第１水平断面を有するとともに、前記第
   １端面の面積が前記第１垂直断面の面積よりも大きく、
   かつ、前記第２垂直断面の面積が前記第１端面の面積と
   等しくなる形状を有する第１コア部材と、 前記クラッド部材内に埋設され、前記第１コア部材の前
   記第１端面に対して第１の間隔を隔てて対向する第２端
   面、前記第１表面に対して垂直な第４面と交差すること
   により規定される第３垂直断面、および前記第３面と交
   差することにより規定される第２水平断面を有する第２
   コア部材と、 前記クラッド部材内に埋設され、前記第１コア部材の前
   記第１端面に対して第２の間隔を隔てて対向する第３端
   面、前記第４面と交差することにより規定される第４垂
   直断面、および前記第３面と交差することにより規定さ
   れる第３水平断面を有する第３コア部材と、を備えるこ
   とを特徴とする光ブランチングデバイス。
2. 【請求項２】 前記第１コア部材は、前記第１垂直断面
   に連続し、前記第１垂直断面の面積と等しい断面積を有
   する光伝送路を有することを特徴する請求項１に記載の
   光ブランチングデバイス。
3. 【請求項３】 前記第１水平断面と前記第１端面との交
   線の長さは、前記第２水平断面と前記第２端面との交線
   の長さと、前記第３水平断面と前記第３端面との交線の
   長さと、前記第２端面と前記第３端面との間の距離との
   和よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光ブ
   ランチングデバイス。
4. 【請求項４】 前記第１コア部材は、第４端面を有し、
   前記光ブランチングデバイスは、前記クラッド部材内に
   埋設され、前記第１コア部材の前記第４端面に対して所
   定の間隔を隔てて対向する第５端面を有する第４コア部
   材と、前記クラッド部材内に埋設され、前記第１コア部
   材の前記第４端面に対して所定の間隔を隔てて対向する
   第６端面を有する第５コア部材と、を備えることを特徴
   とする請求項１に記載の光ブランチングデバイス。
5. 【請求項５】 前記第２コア部材は、前記第１コア部材
   に近づくにしたがって細くなっており、 前記第３コア部材は、前記第１コア部材に近づくにした
   がって細くなっていることを特徴とする請求項１に記載
   の光ブランチングデバイス。
6. 【請求項６】 前記第２端面の面積は、前記第３垂直断
   面の面積よりも小さく、 前記第３端面の面積は、前記第４垂直断面の面積よりも
   小さいことを特徴とする請求項１に記載の光ブランチン
   グデバイス。
7. 【請求項７】 前記光ブランチングデバイスは、前記第
   ２コア部材と前記第３コア部材との間に介在する遮光部
   材を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ブラン
   チングデバイス。
8. 【請求項８】 前記第１コア部材は、前記第１コア部材
   に入力された光の波面を前記第１端面から略平行に出射
   する形状を有していることを特徴とする請求項１に記載
   の光ブランチングデバイス。
9. 【請求項９】 前記第２端面および前記第３端面は、前
   記第１端面から出射される光の波面に略平行であること
   を特徴とする請求項１に記載の光ブランチングデバイ
   ス。
10. 【請求項１０】 前記第１の間隔は、前記第２の間隔と
    前記第２コア部材内を伝搬する光の波長との和以下であ
    り、前記第２の間隔と前記第２コア部材内を伝搬する光
    の波長との差以上でありることを特徴とする請求項１記
    載の光ブランチングデバイス。
11. 【請求項１１】 導波路を備えた光ブランチングデバイ
    スにおいて、 前記導波路は、 第１表面を有するクラッド部材と、 前記クラッド部材内に埋設され、第１端面、前記第１表
    面に対して垂直な第１面と交差することにより規定され
    る第１垂直断面、前記第１表面に対して垂直な第２面で
    あって前記第１端面と前記第１面との間に位置する第２
    面と交差することにより規定される第２垂直断面、およ
    び前記第１表面に対して平行な第３面と交差することに
    より規定される第１水平断面を有する第１コア部材と、 前記クラッド部材内に埋設され、前記第１コア部材の前
    記第１端面に対して第１の間隔を隔てて対向する第２端
    面、前記第１表面に対して垂直な第４面と交差すること
    により規定される第３垂直断面、および前記第３面と交
    差することにより規定される第２水平断面を有する第２
    コア部材と、 前記クラッド部材内に埋設され、前記第１コア部材の前
    記第１端面に対して第２の間隔を隔てて対向する第３端
    面、前記第４面と交差することにより規定される第４垂
    直断面、および前記第３面と交差することにより規定さ
    れる第３水平断面を有する第３コア部材と、を備え、 前記第１水平断面と前記第１端面との交線の長さは、前
    記第２水平断面と前記第２端面との交線の長さと、前記
    第３水平断面と前記第３端面との交線の長さと、前記第
    ２端面と前記第３端面との間の距離との和よりも大きい
    ことを特徴とする光ブランチングデバイス。
12. 【請求項１２】 前記第１端面の面積は、前記第１垂直
    断面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１１に
    記載の光ブランチングデバイス。
13. 【請求項１３】 前記第２垂直断面の面積は、前記第１
    端面の面積と等しいことを特徴とする請求項１１に記載
    の光ブランチングデバイス。
14. 【請求項１４】 前記第１コア部材は、前記第１垂直断
    面に連続し、前記第１垂直断面の面積と等しい断面積を
    有する光伝送路を有することを特徴する請求項１１に記
    載の光ブランチングデバイス。
15. 【請求項１５】 前記第１コア部材は第４端面を有し、
    前記光ブランチングデバイスは、前記クラッド部材内に
    埋設され、前記第１コア部材の前記第４端面に対して所
    定の間隔を隔てて対向する第５端面を有する第４コア部
    材と、前記クラッド部材内に埋設され、前記第１コア部
    材の前記第４端面に対して所定の間隔を隔てて対向する
    第６端面を有する第５コア部材とを備えることを特徴と
    する請求項１１に記載の光ブランチングデバイス。
16. 【請求項１６】 前記第２コア部材は、前記第１コア部
    材に近づくにしたがって細くなっており、前記第３コア
    部材は、前記第１コア部材に近づくにしたがって細くな
    っていることを特徴とする請求項１１に記載の光ブラン
    チングデバイス。
17. 【請求項１７】 前記第２端面の面積は、前記第３垂直
    断面の面積よりも小さく、 前記第３端面の面積は、前記第４垂直断面の面積よりも
    小さいことを特徴とする請求項１１に記載の光ブランチ
    ングデバイス。
18. 【請求項１８】 前記光ブランチングデバイスは、前記
    第２コア部材と前記第３コア部材との間に介在する遮光
    部材を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光ブ
    ランチングデバイス。
19. 【請求項１９】 前記第１コア部材は、前記第１コア部
    材に入力された光の波面を前記第１端面から略平行に出
    射する形状を有していることを特徴とする請求項１１に
    記載の光ブランチングデバイス。
20. 【請求項２０】 前記第２端面および前記第３端面は、
    前記第１端面から出射される光の波面に略平行であるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の光ブランチングデバ
    イス。
21. 【請求項２１】 前記第１の間隔は、前記第２の間隔と
    前記第２コア部材内を伝搬する光の波長との和以下であ
    り、前記第２の間隔と前記第２コア部材内を伝搬する光
    の波長との差以上であることを特徴とする請求項１１に
    記載の光ブランチングデバイス。
22. 【請求項２２】 導波路を備えた光ブランチングデバイ
    スにおいて、 前記導波路は、 第１端面を有し、入力された光のエネルギー密度を低下
    させるとともに、前記光の波面を前記第１端面に対して
    平行にして前記光を前記第１端面から出射する第１コア
    部材と、 前記第１端面に対して所定の間隔をあけて対向する第２
    端面を有する第２コア部材と、 前記第１端面に対して所定の間隔をあけて対向する第３
    端面を有する第３コア部材と、を備えることを特徴とす
    る光ブランチングデバイス。
23. 【請求項２３】 請求項２２に記載の光ブランチングデ
    バイスにおいて、前記第２端面および前記第３端面は、
    前記第１端面から出射される光の波面に略平行であるこ
    とを特徴とする光ブランチングデバイス。
24. 【請求項２４】 分岐導波路を備えた光学部品におい
    て、 前記分岐導波路は、 基板表面を有する基板と、 前記基板表面上に形成され、第１端面を有する第１テー
    パ導波路と、 前記基板表面上に形成され、前記第１端面に対して所定
    の間隔をあけて対向する第２端面、前記基板表面と交差
    する面を含む第１側面、および前記第１側面に対向する
    第２側面を有する第２導波路と、 前記基板表面上に形成され、前記第１端面に対して所定
    の間隔をあけて対向する第３端面、前記基板表面と交差
    する面を含む第３側面、および前記第３側面に対向する
    第４側面を有するとともに、前記第４側面が前記第１側
    面と前記第３側面との間に配置され、前記第１側面が前
    記第２側面と前記第４側面との間に配置されるように配
    置された第３導波路と、を備え、 前記基板表面の法線方向および前記第１端面の法線方向
    の双方に垂直な方向に沿った前記第１端面の幅は、前記
    第２側面と前記第３側面との間の距離よりも大きいこと
    を特徴とする光学部品。
25. 【請求項２５】 前記第１テーパ導波路は、 前記基板表面と交差する面を含む第５側面、前記第５側
    面に平行な第６側面、および、前記第１端面を有する第
    ４導波路と、 前記第４導波路に連続し、前記第４導波路に近付く方向
    に広がった第２テーパ導波路とを有することを特徴とす
    る請求項２４に記載の光学部品。
26. 【請求項２６】 前記第１端面の幅は、前記第２側面と
    前記第３側面との間の長さに１０マイクロメータを加え
    た値よりも小さいことを特徴とする請求項２４に記載の
    光学部品。
27. 【請求項２７】 前記第１端面の幅は、２３マイクロメ
    ータよりも大きく、２９マイクロメータよりも小さいこ
    とを特徴とする請求項２４に記載の光学部品。
28. 【請求項２８】 前記第１端面の幅は、２５マイクロメ
    ータよりも大きく、２７マイクロメータよりも小さいこ
    とを特徴とする請求項２４に記載の光学部品。
29. 【請求項２９】 前記光学部品は、 前記分岐導波路を複数備え、一つの前記分岐導波路の前
    記第１導波路の末端は、他の前記分岐導波路の前記第３
    導波路に接続されることを特徴とする請求項２４に記載
    の光学部品。
30. 【請求項３０】 前記第６側面の長さは、４００マイク
    ロメータよりも小さく、１００μｍよりも大きいことを
    特徴とする請求項２５に記載の光学部品。
31. 【請求項３１】 前記第６側面の長さは、３００μｍ以
    下であることを特徴とする請求項２５に記載の光学部
    品。
32. 【請求項３２】 前記第６側面の長さは、３００マイク
    ロメータ以下であり、２５０μｍよりも大きいことを特
    徴とする請求項２５に記載の光学部品。
33. 【請求項３３】 導波路を備えた光学部品において、 前記導波路は、 基板表面を有する基板と、 前記基板表面上に形成され、前記基板表面と交差する面
    を含む第１端面、前記基板表面と交差する面を含む第５
    側面、および、前記第５側面に平行な第６側面を有する
    第４導波路、並びに、前記第４導波路に連続するととも
    に前記第４導波路に近付く方向に広がった第２テーパ導
    波路、を有する第１テーパ導波路と、 前記基板表面上に形成され、前記第１端面に対して所定
    の間隔をあけて対向する第２端面を有する第２導波路
    と、 前記基板表面上に形成され前記第１端面に対して所定の
    間隔をあけて対向する第３端面を有する第３導波路と、
    を備えることを特徴とする光学部品。