WO2019163924A1

WO2019163924A1 - 導波路型光干渉計回路

Info

Publication number: WO2019163924A1
Application number: PCT/JP2019/006667
Authority: WO
Inventors: 信建小勝負; 笠原　亮一; 平林　克彦
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2019-08-29
Also published as: EP3757633A4; EP3757633B1; JPWO2019163924A1; EP3757633A1; CA3092131A1; CA3092131C; US20200386943A1; US11269139B2; JP6868152B2; CN111758055A; CN111758055B

Abstract

導波路型光干渉計回路において、高強度の光信号を入力することにより発生する光回路の特性の光信号強度に対する依存性を低減する。同一平面内に構成された導波路型光干渉計回路であって、入力導波路、光分岐部、光結合部、出力導波路、及び前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路を含み、前記光分岐部から前記光結合部に至る光経路に光強度補償部位が形成され、前記光強度補償部位は、前記光経路における入射光強度に対する光学的距離の光強度係数と異なる光強度係数の光強度補償材料を用いて形成されることを特徴とする導波路型光干渉計回路とした。

Description

導波路型光干渉計回路

　本発明は、導波路型光干渉計回路に関し、より詳細には、例えば光通信や光情報処理、光測定・分析などに利用可能な、高光強度の入力信号に対して高い安定性を有する高光パワー耐性を持った光導波路を用いた導波路型光干渉計回路に関する。

（石英系平面光波回路）
　従来、光通信の技術分野においては、光通信の３要素として「光ファイバ」、「発光素子」、「受光素子」が基本要素であると言われている。光ファイバの優れた伝送特性を生かした光通信システムにおいては、この３つの要素以外にも、光フィルタ、光合波器、光分波器、光スイッチ、光変調器など様々な光部品や関連技術が必要となる。これらの光部品が、光通信ネットワークの機能と信頼性、経済性を高めるために用いられ、光通信システムの進化に貢献してきた。

　このような光部品は、基板平面上に形成した光導波路を用いた平面光波回路（ＰＬＣ）を利用することによって、様々な機能を実現することが可能となる。ＩｎＰやＳｉなど半導体や高分子など種々の材料を用いた光導波路で光回路を構成した様々な光部品の研究開発が行なわれてきている。なかでも石英系ガラスを用いた石英系のＰＬＣは、量産性、低コスト性および高信頼性に優れた特徴をもち、光を相互に様々に干渉させる光干渉回路が実現可能であり、光通信分野において幅広く実用化されている。

　ＰＬＣにおいては、例えば信号光の分光や、干渉による光路変換をデバイスの目的としており、特にマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）やアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）においては、複数の光の干渉を用いて優れた波長合分波機能を有するデバイスを実現している。

（可視光分析用ＰＬＣ、赤外分光用ＰＬＣ）
　一方、光測定・分析の技術分野においては、優れた導波路型光干渉計であるＡＷＧやＭＺＩの応用として、850ｎｍ帯や1.3μｍ帯、1.5～1.7μｍ帯の光通信波長帯以外に、200ｎｍ～780ｎｍの紫外・可視光帯、もしくは、約2.5μｍ～約25μｍの赤外光帯での利用を可能とした、分光器やセンサー回路など様々な測定・分析用の光回路の検討がなされている。

　具体的には、例えば下記非特許文献１、２のようにＡＷＧによる可視光の分光器応用や、ＭＺＩによる表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を利用したセンサーの応用などの検討が行われている。

（マッハツェンダ干渉計）
　まず従来の導波路型光干渉計回路の一例として、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）の概略を説明する。図１には、マッハツェンダ干渉計型の光干渉計回路の概略構成を説明する基板平面図を示す。

　図１では、平面光波回路（ＰＬＣ）の基板１０１上に、２本の入力導波路１０２、方向性結合器１０３及び１０６、両結合器に挟まれたそれぞれ長さの異なる２つのアーム導波路１０４および１０５、２本の出力導波路１０７が形成されている。図1左の入力導波路１０２から入力された信号光は、方向性結合器１０３において２つのアーム導波路１０４および１０５に分波され、各アーム導波路をそれぞれ伝搬した後、右の方向性結合器１０６において合波され、各アーム導波路を通った光が干渉し、各出力導波路１０７に出力される。

　信号光の使用波長をλ、光導波路の実効屈折率をｎ、２本の長さの異なるアーム導波路１０４、１０５の長さの差をΔＬとすると、図１のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）の透過率の波長依存性は、次の式（１）で表される。

　Ｊ（λ）＝１／２×｛１＋ｃｏｓ［２πｎΔＬ／λ］｝　式（１）

　式（１）より、図１のマッハツェンダ干渉計型の光干渉計回路において、透過率が最大となる波長λｃは次式（２）で与えられる。

　λｃ＝ｎ×ΔＬ／ｋ　　　　　　　　　　　　式（２）
　ここで、ｋは正の整数である。

（アレイ導波路回折格子）
　続いて、従来の導波路型光干渉計回路の他の例として、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）について説明する。図２には、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）の概略構成を説明する基板平面図を示す。

　図２では、平面光波回路（ＰＬＣ）の基板２０１上に、入力導波路２０２、光分岐部２０３、光結合部２０６、複数のアレイ光導波路２０７、複数の出力導波路２０８が形成されている。

　図２のＡＷＧでは図1と同様に、左の入力導波路２０２から入力された信号光は、光分岐部２０３において複数の各アレイ光導波路２０７に分波され、それぞれ長さの異なるアレイ状光導波路を伝搬した後、右の光結合部２０６において各アーム導波路からの光が互いに合波、干渉し、複数の出力導波路２０８からそれぞれ干渉光が出力される。

　このようなアレイ導波路型波長合分波器では、並列に配置された互いにその長さがΔＬずつ異なる数十～数百本のアレイ光導波路２０７を伝搬した複数の光の干渉により、多数の波長を含む波長多重光の合波・分波を一括して行える特徴を有し、波長多重光通信のキーデバイスとして用いられている。

　図３には、図２のＡＷＧの中心入力ポートから中心出力ポートへ透過率スペクトルの一例を示す。図３の透過率スペクトルでは、1545.5ｎｍのピーク中心で透過帯域が約１ｎｍと優れた狭帯域特性が得られている。

　この透過率スペクトルにおいて、最も透過率が最大となる波長λｃ’は、次式（３）で与えられる。

　　　λｃ’＝ｎ×ΔＬ／ｍ　　　　　　　　　　式（３）

　ここで、ｍは回折次数（正の整数）であり、ｎは導波路の実効屈折率である。また、ΔＬは隣接したアレイ光導波路間の長さの差であり、具体的には１０～１００μｍ程度の値である。

可視域アレイ導波路格子を用いた小型分光センサの設計と環境センシングへの応用、レーザ研究、第35巻4号、2007年4月、pp 265-272 エバネセント波を利用する導波路化学・バイオセンサー、光学、34巻 10号、2005年、pp 513-517

　上述のような従来の導波路型光干渉計回路では、以下のような課題がある。

（光通信の用途に於ける信号多重による光パワー密度の高強度化の課題）
　現在の広帯域、大伝送容量の光通信システムにおいては、通信効率を高めるため、時間多重、光波長多重、位相多重など様々な信号多重技術により、１本の伝送用光ファイバで多チャンネルの信号が同時伝送されている。そのため、光導波路回路においても光導波路の一つのコアに多チャンネルの信号が多重化されて伝送されている。

　各チャンネルの光信号のＳ／Ｎ比を一定以上で維持し、設備的事情から光増幅せずに伝送する距離を稼ぐため、各チャンネルでは一定強度以上の光信号が伝送される必要がある。各チャンネル信号の光強度がそれほど高くなくとも非常に多数のチャンネル信号が多重化されて伝送されるので、結果として１つの光導波路コア中を非常に強度の強い光信号が流れることになる。例えば、１チャンネルの光強度が約0.1ｍＷであっても、１０００チャンネル以上が信号多重されることになると、１００ｍＷを超える高強度光がμｍオーダのサイズの１つの光導波路コア内を伝送されることになり、コア材料の劣化、破壊にもつながりかねない光学特性の不安定性を有している。

（ラマン分光、ＦＴ－ＩＲなどの光測定・分析用途に於ける課題）
　また、光測定・分析の技術分野では、前述のように200ｎｍ～780ｎｍの紫外・可視光帯や、約2.5μｍ～約25μｍの赤外光帯で、分光器、センサーなどの応用を行う場合、入射する光強度が大きいほど、検出感度が大きくなるという事情がある。

　例えば、ラマン散乱による分光器では、入射光の信号強度が１０^-6程度に減衰するため、充分な検出感度を確保するためには、数ｍＷ以上の入射光強度が必要となる。具体的には、波長532ｎｍのレーザで、一般的に出力約５ｍＷ以上の励起光源が使用される。

　また、フーリエ変換赤外分光計(ＦＴ－ＩＲ)の光源としては、波数12500ｃｍ^-1(0.8μｍ)～3800ｃｍ^-1(波長約2.63μｍ)の領域はタングステン・ヨウ素ランプが、7800ｃｍ^-1(1.282μｍ)～240ｃｍ^-1(41.7μｍ)の領域では高輝度セラミック光源が用いられ、光源の光強度は、いずれも約0.5ｍＷ程度以上が求められる。

　以上のように、光通信分野において光通信波長帯の近赤外光域を使用する場合のみならず、分光器やセンサー応用の分野で紫外・可視光帯や赤外光帯を使用する場合においても、ＭＺＩやＡＷＧなどの導波路型光干渉計の光波長フィルタには、検出感度を向上させるために各光波長での高光強度入力に対する光学特性の安定性が求められる。

（光強度による光学的距離の変化）
　一般的に光強度が非常に強い場合には、どんな光学材料でも光非線形現象を示し、例えば非線形屈折率効果によって屈折率が光強度に応じて一定値ではなく変動する。つまり、光学的距離Ｌ（光学的光路長ともいう。光が媒質中を通るとき、その媒質の絶対屈折率 nと物理的な通過距離 lとの積 nl、もしくは、空間的な線素 ds に絶対屈折率 n をかけた nds を経路に沿って積分したもの）が光強度Ｉに応じて変化する。導波路型光干渉計を形成する導波路材料においても、入射光強度に対する実効屈折率の変化（非線形屈折率効果）が無視できなくなる。

（非線形屈折率効果）
　レーザーなどを用いた強力な光による電場は、線形分極に加えて、光の電場の高次の項に比例する非線形分極が誘起される。これらの高次の分極は入射光の強い電場により、イオン、分子、錯体等の電子構造が歪められることにより、発現するとされている。

　入射光の光強度が強い場合、光と媒質が強く相互作用する非線形分極のために、屈折率変化、あるいは吸収が誘起される。非線形光学感受率は、複素数（χ＝χ’＋iχ”）であり、実部(χ’)は非線形屈折、虚部（χ”）は正の場合は吸収、負の場合は放出にそれぞれ関連つけられる。屈折率(ｎ)の光強度（Ｉ[Ｗ／ｍ^２]）依存性は、ＳＩ単位系では、次のように表される。

　ｎ＝ｎ₀ ＋ｎ₂×Ｉ　　　　　　　　　　　　　式（４）
ここで、ｎ₀は通常の線形屈折率で無次元数、ｎ₂（ｍ²／Ｗ）は非線形屈折率と呼ばれる係数である。

（非線形屈折率効果の要因）
　非線形屈折率効果が生じる物理的要因を、その非線形屈折率ｎ₂の大きい順（一般的に、応答時間τの遅い順）に対応させて列挙すると，
（１）熱効果（屈折率の温度係数、熱膨張などによる効果）（ｎ₂≒１０^-3～１０^-6（ｍ²／Ｗ）, τ≒１０^-1 sec)
（２）クラマース・クローニッヒの関係から光共鳴吸収飽和の虚部として生じる効果(２光子吸収飽和効果も含む)
（３）電歪効果（τ≒１０^-7～１０^-9 sec)
（４）分子再配向効果(ｎ₂≒１０^-16（ｍ²／Ｗ），τ≒１０^-12 sec)
（５）分子内原子核の光誘起運動による効果（τ≒１０^-14～１０^-16 sec)
（６）原子分子内束縛電子系の光誘起電子雲ひずみによる電子分極（ｎ₂≒１０^-19（ｍ²／Ｗ），τ≒１０^-15 sec)などが挙げられる。

　例外的に分子内電荷移動を示す有機分子材料は、ｎ₂Iが非常に大きく超高速応答を示す。

　また、２次非線形光学結晶から擬似的な位相整合条件下で第二高調波を発生させる２次非線形光学効果を２度、カスケード的に利用することによっても、実効的な非線形屈折率現象が観測される。

　ちなみに、石英系ガラス（ＳｉＯ₂)の非線形屈折率ｎ₂の値は、約2×１０^-20（ｍ²／Ｗ）程度であり、顕著な効果が現れるには、非常に巨大な光強度が必要となる。

（従来のＭＺＩとＡＷＧの光強度依存性）
　前述のとおり、従来のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）やアレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ)を光波長フィルタとして用いる場合には、マッハツェンダ干渉計(ＭＺＩ)とアレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ)の光透過スペクトルの透過率が最大となる波長λｃ、λｃ’は、それぞれ前述の式（２）、（３）で表される。両式から明らかなように、どちらも導波路の光路長（実効屈折率と長さの積）の差、ｎ×ΔＬに依存する。

　光導波路の実効屈折率ｎもしくは光路長差ΔＬが、光強度に依存して変化するとき、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）とアレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ)の光透過スペクトルも光強度に依存して変化し、光波長フィルタの特性が変化することになる。

　また、最も単純な構造のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）での光透過特性は、式（１）で表されるため、光透過スペクトルの透過率が最大となる波長λｃで使用していても、光強度変化によって導波路の光路長（実効屈折率と長さの積）の差ｎ×ΔＬが、波長λｃ同じ長さ程度になった場合には、光透過率が最小となり、全く光波長フィルタとしての特性を有していないことになる。

（光強度による光学的距離の変化）
　前述のように、光強度が非常に強い場合、どんな材料でも光非線形現象を示す。特に３次の非線形光学材料のKerr効果のように、光強度によって直接的に屈折率が変化する材料で光導波路を作製した場合、光強度の増加により光導波路の実効屈折率は変動し、光学的距離も光強度により変化する。

　また、特定エネルギー以上の光照射などで、分子構造が変化する光異性化材料などで光導波路を作製した場合は、光強度が比較的低くても光導波路の実効屈折率は変動するため、前述の式（２）、式（３）に示されるように光波長フィルタとしての光学特性が変化する。

　さらに、光ファイバの伝送光損失は、1550ｎｍ帯の波長域において、約0.2ｄＢ／ｋｍと比較的低損失であるが、それと比較して、石英系ガラスの平面光波回路（ＰＬＣ）の伝送光損失は、約0.3ｄＢ／ｍ程度である。

　つまり、実際の光導波路材料では、現実に使用する光波長での透過率が100％ではない上に、屈折率の温度係数もゼロではないため、非線形屈折率効果の要因のうちの熱効果の影響が無視できなくなる。つまり、入射光信号の吸収により導波路が発熱し、屈折率の温度依存性（ｄｎ／ｄｔ）がゼロでないために、光導波路の実効屈折率が変動して、式（２）、式（３）で表される光波長フィルタ特性が変化することになる。

（本発明の目的）
　本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）やアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）などの導波路型光干渉計回路への高強度光信号の入力により発生する、光回路の特性の光信号強度に対する依存性を低減することにある。

　このような目的を達成するために、本願発明の一態様は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（構成１）
　同一平面内に構成された導波路型光干渉計回路であって、入力導波路、光分岐部、光結合部、出力導波路、及び前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路を含み、
　前記光分岐部から前記光結合部に至る光経路に光強度補償部位が形成され、
　前記光経路を伝搬する光に対する実効屈折率の入射光強度の光強度係数と、前記光強度補償部位を伝搬する光に対する実効屈折率の入射光強度の光強度係数が異なることを特徴とする導波路型光干渉計回路。

（構成２）
　前記光強度補償部位は、前記光分岐部、もしくは前記光結合部の少なくとも一方に設けられ、前記光経路を横断する少なくとも１本の溝として形成される、
ことを特徴とする構成１に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成３）
　前記光分岐部に入射される全入射光強度をＰtotalとし、
　前記光分岐部において、前記光強度補償部位がない場合に前記入力導波路からの接続端の中心と、前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたｉ番目（ｉは正の整数）の前記光導波路への接続端の中心とを結ぶ光経路の直線をＫ、Ｋの光学的距離をＬａｉとし、前記ｉ番目の光導波路の光学的距離をＬｂｉとし、
　前記ｉ番目の前記直線Ｋの光経路によって横断された前記溝の溝幅の光強度補償部位の形成による光学的距離の変化分の合計値をＬｒｉ、ｄ／ｄＰtotalを全入射光強度Ｐtotalに対する光学的距離の光強度係数としたとき、
　ｄ（２×Ｌａｉ＋Ｌｂｉ＋Ｌｒｉ）／ｄＰtotal＝Ｃ
　　但しｉ＝１～Ｎ、Ｃはｉによらない一定値、Ｎは光導波路の本数
としたことを特徴とする構成２に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成４）
　ｊ番目（ｊは正の整数かつｊ≠ｉ）の光経路によって横断された前記溝の溝幅の光学的距離の合計値をＬｒｊとしたとき、
　前記ｉ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｉが、前記ｊ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｊより長い場合、
　Ｌｒｉ＞　Ｌｒｊ
としたことを特徴とする構成３に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成５）
　前記ｉ番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をＬｑｉ、ｊ番目（ｊは正の整数かつｊ≠ｉ）の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をＬｑｊとしたとき、
　前記ｉ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｉが、前記ｊ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｊより長い場合、
　Ｌｑｉ＞　Ｌｑｊ　
としたことを特徴とする構成３に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成６）
　ｊ番目（ｊは正の整数かつｊ≠ｉ）の光経路によって横断された前記溝幅の光学的距離の合計値をＬｒｊ、前記ｉ番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をＬｑｉ、前記ｊ番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をＬｑｊとしたとき、
　前記ｉ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｉが、前記ｊ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｊより長い場合、
　（Ｌｒｉ／Ｌｑｉ） ≦　（Ｌｒｊ／Ｌｑｊ）
としたことを特徴とする構成３に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成７）
　前記溝の溝幅、もしくは複数の溝の間隔の各合計が、前記入力導波路より入射された光が前記光分岐部内を放射される時の光強度分布に比例することを特徴とする構成２に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成８）
　ｉ番目（ｉは正の整数）の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝間の間隔の光学的距離の合計をＬｑｉとするとき、
　Ｌｑｉをθの関数として、ガウス分布の関数とした
こと特徴とする構成７に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成９）
　ｉ番目（ｉは正の整数）の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝幅の光学的距離の合計をＬｒｉとするとき、
　Ｌｒｉをθの関数として、定数からＬｒｉを差し引いた差分をガウス分布の関数とした
こと特徴とする構成７に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１０）
　ｉ番目（ｉは正の整数）の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝間の間隔の光学的距離の合計をＬｑｉとするとき、
　Ｌｑｉをθの関数として、Ｓｉｎｃ関数とした
こと特徴とする構成７に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１１）
　ｉ番目（ｉは正の整数）の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝幅の光学的距離の合計をＬｒｉとするとき、
　Ｌｒｉをθの関数として、定数からＬｒｉを差し引いた差分をＳｉｎｃ関数とした
こと特徴とする構成７記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１２）
　前記光強度補償部位の表面、または底面に、前記光経路に沿って、熱伝導率の異なる材料を配置する構造を有する
ことを特徴とする構成１ないし１１のいずれか１項に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１３）
　前記光分岐部、もしくは前記光結合部はスラブ光導波路で構成され、下部クラッド、コア及び上部クラッドから構成される埋め込み導波路構造であり、
　前記光強度補償部位は、光経路を横断して、少なくとも部分的に前記コアを横断する溝構造を形成する
ことを特徴とする構成１ないし１１のいずれか１項に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１４）
　前記光強度補償部位は、前記光導波路の少なくとも１つに設けられる
ことを特徴とする構成１に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１５）
　前記光強度補償部位は、前記光導波路を少なくとも部分的に横断する溝で形成される
ことを特徴とする構成１４に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１６）
　前記光強度補償部位の周囲に、前記光導波路に沿って、温度調整用の溝を形成する
ことを特徴とする構成１４に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１７）
　前記光強度補償部位の周囲に、前記光導波路に沿って、熱伝導率の異なる材料を配置する構造を有する
ことを特徴とする構成１４に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１８）
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路における光強度補償部位の光学的距離の平均値Ｌａｊが、
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路における光強度補償部位の光学的距離の平均値Ｌｂｋよりも短くなる
ことを特徴とする構成１４に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成１９）
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路における複数の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Ｌｃｊが、
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路における複数の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Ｌｄｋよりも長くなる
ことを特徴とする構成１４に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成２０）
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路において、複数の光強度補償部位の光学的距離の平均値Ｌａｊと、複数の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Ｌｃｊとの比を（Ｌａｊ／Ｌｃｊ）とし、
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路において、複数の光強度補償部位の光学的距離の平均値Ｌｂｋと、複数の光強度補償部位の間の導波路の光学的距離の平均値Ｌｄｋとの比を（Ｌｂｋ／Ｌｄｋ）としたとき、
　（Ｌａｊ／Ｌｃｊ）≦（Ｌｂｋ／Ｌｄｋ）
である
ことを特徴とする構成１４に記載の導波路型光干渉計回路。

（構成２１）
　前記光導波路は、下部クラッド、コア及び上部クラッドから構成される埋め込み導波路構造であり、前記光強度補償部位は、光波の進行方向に交差して、少なくとも部分的に前記コアを横断する溝構造を形成する
ことを特徴とする構成１４から構成２０のいずれか１項に記載の導波路型光干渉計回路。

　本発明によれば、導波路型光干渉計回路において、高強度の光信号を入力することにより発生する光回路の特性の光信号強度に対する依存性を低減することが可能となる。

従来の導波路型光干渉計回路の一例である、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）の概略構成を説明する基板平面図である。従来の導波路型光干渉計回路の一例である、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）の概略構成を説明する基板平面図である。図２のＡＷＧの中心入力ポートから中心出力ポートへの透過率スペクトルの一例を示す図である。本発明の実施例１の導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図であり、マッハツェンダ干渉計型の光分岐部（ＭＭＩ）に光強度補償部位を設けた図である。本発明の実施例１の導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図であり、アレイ型導波路格子の光分岐部（スラブ光導波路）に光強度補償部位を設けた図である。有限要素法による温度分布解析に用いた光強度補償部位のモデルの、高強度光ビームに沿った概略の基板断面図である。有限要素法による温度分布解析で、２つの溝の溝幅が16.2μｍ、溝の中心距離が80μｍの場合の温度変化のＸ方向の分布を示すグラフである。有限要素法による温度分布解析で、溝幅を変えたときの溝中心温度の変化を示すグラフである。有限要素法による温度分布解析で、２つの溝の溝中心間隔変えたときの温度変化を、４通りの溝幅の場合について示すグラフである。有限要素法による温度分布解析で、溝幅を変えたときの温度変化を、８通りの溝中心間隔の場合について示すグラフである。本発明の実施例２の導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図である。本発明の実施例２の導波路型光干渉計回路の光分岐部のスラブ光導波路の基板平面の拡大図である。本発明の実施例３の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路部分の基板平面の拡大図である。本発明の実施例４の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路部分の基板平面の拡大図である。本発明の実施例５の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路部分の基板平面の拡大図である。本発明の実施例６に関連して検討した、長方形スラブ導波路ＭＭＩの光導波モードの解析結果の説明図Ａである。本発明の実施例６に関連して検討した、長方形スラブ導波路ＭＭＩの光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図１６の長方形スラブ導波路ＭＭＩの、光導波モードの解析結果の説明図Ａである。図１６の長方形スラブ導波路ＭＭＩの、光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図１６の長方形スラブ導波路ＭＭＩの、光導波モードの解析結果の説明図Ｃである。図１６の長方形スラブ導波路ＭＭＩの、光導波モードの解析結果の説明図Ｄである。本発明の実施例６に関連して検討した、台形スラブ導波路ＭＭＩの光導波モードの解析結果の説明図Ａである。本発明の実施例６に関連して検討した、台形スラブ導波路ＭＭＩの光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図１８の台形スラブ導波路ＭＭＩの、光導波モードの解析結果の説明図Ａである。図１８の台形スラブ導波路ＭＭＩの、光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図１８の台形スラブ導波路ＭＭＩの、光導波モードの解析結果の説明図Ｃである。図１８の台形スラブ導波路ＭＭＩの、光導波モードの解析結果の説明図Ｄである。本発明の実施例６として検討した、テーパー形状スラブ導波路の光導波モードの解析結果の説明図Ａである。本発明の実施例６として検討した、テーパー形状スラブ導波路の光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図２０のテーパー形状スラブ導波路の、光導波モードの解析結果の説明図Ａである。図２０のテーパー形状スラブ導波路の、光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図２０のテーパー形状スラブ導波路の、光導波モードの解析結果の説明図Ｃである。図２０のテーパー形状スラブ導波路の、光導波モードの解析結果の説明図Ｄである。本発明の実施例６として検討した、パラボラ形状スラブ導波路の光導波モードの解析結果の説明図Ａである。本発明の実施例６として検討した、パラボラ形状スラブ導波路の光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図２２のパラボラ形状スラブ導波路の、光導波モードの解析結果の説明図Ａである。図２２のパラボラ形状スラブ導波路の、光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図２２のパラボラ形状スラブ導波路の、光導波モードの解析結果の説明図Ｃである。図２２のパラボラ形状スラブ導波路の、光導波モードの解析結果の説明図Ｄである。比較対象として検討した、コア端部よりクラッド媒質中を自由放射させた場合の光導波モードの解析結果の説明図Ａである。比較対象として検討した、コア端部よりクラッド媒質中を自由放射させた場合の光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図２４の自由放射させた場合の、光導波モードの解析結果の説明図Ａである。図２４の自由放射させた場合の、光導波モードの解析結果の説明図Ｂである。図２４の自由放射させた場合の、光導波モードの解析結果の説明図Ｃである。図２４の自由放射させた場合の、光導波モードの解析結果の説明図Ｄである。本発明の実施例７－１の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位を説明する基板平面図である。本発明の実施例７－２の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位を説明する基板平面図である。本発明の実施例８－１の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位を説明する基板平面図である。本発明の実施例８－２の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位を説明する基板平面図である。本発明の実施例８－３の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位を説明する基板平面図である。本発明の実施例９の導波路型光干渉計回路の、光強度補償部位のスラブ光導波路コアを含む長手方向の基板断面図である。本発明の実施例９の導波路型光干渉計回路の、光強度補償部位のスラブ光導波路コアを説明する基板平面図である。本発明の実施例１０の導波路型光干渉計回路の、光強度補償部位のスラブ光導波路コアを含む長手方向の基板断面図である。本発明の実施例１１の導波路型光干渉計回路の構成を説明する、基板平面図である。本発明の実施例１２の導波路型光干渉計回路の光導波路の、光強度補償部位のコア近傍の構造を説明する基板平面図Ａである。本発明の実施例１２の導波路型光干渉計回路の光導波路の、コアに垂直な断面図Ｂである。本発明の実施例１３の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造を、短アームと長アームで対比して説明する基板平面図である。本発明の実施例１４の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造を、短アームと長アームで対比して説明する基板平面図である。本発明の実施例１５の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造を、短アームと長アームで対比して説明する基板平面図である。

　最初に、本発明の導波路型光干渉計回路の光導波路の作製法を示す。

（石英系光導波路の作製方法）
　石英系の平面光波回路は、量産性、低コスト性および高信頼性の面から優れた特徴をもち、様々な光干渉回路が実現可能であり、光通信分野において実用化されている。このような平面型光波回路は、標準的なフォトリソグラフィ法、ドライエッチング技術およびＦＨＤ（Flame Hydrolysis Deposition）等のガラス堆積技術によって作製することが可能である。

　本実施形態の光導波路の具体的な製造プロセスは、最初に、Ｓｉ等の基板上に、石英ガラス等を主原料とする下部クラッド層と、クラッド層より高い屈折率を持つコア層とを堆積させる。その後、コア層の上に様々な導波路パターンをフォトリソグラフィ法によりレジストパターンとして形成し、そのレジストパターンを元にドライエッチング法によって加工することにより、導波路パターンを有するコア層を作製する。最後に上部クラッド層によってコア層から形成された導波路を埋め込む。このようなプロセスにより、導波路型の光機能回路が作製される。

　本発明で用いた光導波路は、ゲルマニウム(Ge)を添加した石英ガラスなどで形成された埋め込み導波路構造で、コアとクラッドの比屈折率差を例えば２％とし、標準の導波路のコアの高さを４μｍ、コアの幅を４μｍとした。

　本実施形態においては以下に詳述するように、光分岐部または光結合部に光強度補償のため、光導波路の光学的距離の光強度係数（光学的距離Ｌの光強度Ｉに対する変化係数、ｄＬ／ｄＩ）と異なる光強度係数を有する光強度補償材料で構成された部位、領域、溝を設けることを特徴とする。なお、本実施形態の導波路型光干渉計回路の溝の断面の構造は上部クラッド、コア及び下部クラッド導波路をすべて横断する構造に限定されるものではなく、少なくとも部分的にコアを横断する構造であれば充分である。

　上述の光強度補償材料としては、例えば３次光非線形材料、光異性化材料、エキシマー材料など様々な材料を用いることができる。本発明では、前述の通り、最も大きな非線形屈折率効果である熱効果（屈折率の温度係数、熱膨張などによる効果）を有する光強度補償材料について説明する。特に具体的には、光吸収の温度上昇で熱膨張した結果生ずる屈折率変化を利用した光強度補償材料について説明する。

（光導波路と有機系樹脂材料の光吸収率の差異）
　前述のように、光ファイバの伝送光損失は、1550ｎｍ帯の波長域において、約0.2ｄＢ／ｋｍと低損失であり、それと比較して、石英系の平面光波回路（ＰＬＣ）の伝送光損失は、約0.３ｄＢ／ｍ程度と３桁以上大きい。

　それと比較して、上述の光強度補償材料に使用される有機材料系の樹脂材料の伝送光損失は、少なくとも約0.1ｄＢ／ｃｍ程度の光損失を有しており、これは石英系の平面光波回路の伝送光損失の更に数十倍以上となる。この光損失は、主に有機材料で特有のＣ－Ｈ結合の伸縮振動と旋回振動の高調波による、1400ｎｍ帯付近や1650ｎｍ帯付近などの波長の光吸収で生ずるものであり、材料物性に起因しているため、完全に取り除くことは困難である。

　つまり、光導波路コア材料と光強度補償材料とでは、光導波路コア材料に低損失な石英系ガラスを用い、光強度補償材料として有機材料を用いた場合、1550ｎｍの通信波長帯において、数十倍の光吸収量の差が発生することになる。

　したがって、前述のように一つの光導波路コア中に非常に高強度の光が伝送される場合、石英系平面光波回路（ＰＬＣ）のコア部分と、光強度補償材料の部分では、光吸収量の差異によって局所的温度分布が発生することになる。光強度補償材料の屈折率の温度係数は、石英系ガラスと比較して、符号が逆で数十倍の大きさの違いがあるため、それに伴う局所的な光位相差の変動が発生する。

　この局所的温度分布や光位相の変動は、環境温度や光導波路素子の平均温度によって生じるものではなく、光導波路コアに入射された光強度に依存するものであるため、環境温度や光導波路素子の平均温度がどのような温度であっても、局所的温度分布が発生し、それに伴う光学的距離の変動が発生する。　特に、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）やアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）のように、複数光束に位相差を生じさせ、互いに干渉させることによって機能させる光導波路素子の場合には、高強度の光信号によって発生する光学的距離の変動は無視できないだけでなく、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）やアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）の光学特性を悪化させる原因となる。

　このため、光強度補償材料を用いて光強度を補償する光導波路素子の場合、光強度補償材料の内部での局所的温度ばらつきによる光導波路コアへの入射光強度に対する光学的距離の変動を抑えるために、光導波路長が異なり光位相差を発生させる各光導波路間で、光学的距離の変化分のバランスをとることが必要となってくる。より具体的には、各光導波路間で光位相差が入射光強度に対して変動しない、もしくは実用に耐えうるほど光位相変動幅が小さいことが必要となる。

（光強度補償材料の例）
　光強度補償材料としては、光導波路コア材料よりも光吸収率が大きく、屈折率の温度係数が大きい方が望ましい。例えば、石英系ガラスを光導波路材料に用いる場合、
光強度補償材料としては、ほとんどの有機材料を用いることができる。

　たとえば、ベンゼン、トルエン等の芳香族化合物、シクロヘキサン等の環状炭化水素化合物、イソオクタン、ｎ-ヘキサン、ｎ-オクタン、ｎ-デカン、ｎ-ヘキサデカン等の直鎖状炭化水素化合物、四塩化炭素等の塩化物、２硫化炭素等の硫化物、メチルエチルケトン等のケトン類等の低分子材料、また、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン等のポリオレフィン、ポリブタジエン、天然ゴム等のポリジエン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸ドデシル等のビニル重合体、直鎖オレフィン系のポリエーテルや、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、およびその共重合体やブレンド体、エーテル基とスルホン基を混在させたポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、エーテル基とカルボニル基を混在させたポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、チオエーテル基を持つポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やポリスルホン（ＰＳＯ）等のポリエーテル、およびその共重合体やブレンド体、またポリオレフィンの末端にＯＨ基、チオール基、カルボニル基、ハロゲン基などの置換基を少なくとも一つ有するもの、例えば、ＨＯ-（Ｃ-Ｃ-Ｃ-Ｃ-）_ｎ-（Ｃ-Ｃ-(Ｃ-Ｃ-)_ｍ）-ＯＨなど、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリオキシドやポリブチルイソシアナート、ポリフッ化ビニリデン等の高分子材料、さらには、エポキシ樹脂、オリゴマ物と硬化剤による架橋物がある。また、さらに、これらの材料を２種以上混合した混合物を使用してもよい。

　さらに付け加えるならば、ポリシロキサンまたはポリシロキサンの架橋物（一般には、シリコーン樹脂と呼ばれている。）を用いることが良い。この材料は、屈折率の温度係数が大きいだけでなく、耐水性、長期安定性に優れ、本発明の光強度補償材料として最も適当なものである。

　ポリシロキサンは、下記の一般化学式（５）で示される。
Ｒ１-((Ｒ４)Ｓｉ(Ｒ３)-Ｏ)-((Ｒ４)Ｓｉ(Ｒ３)-Ｏ)_ｎ-((Ｒ４)Ｓｉ(Ｒ３)-Ｏ)-Ｒ２
　　・・・　式（５）

　上式中で、左右両端のＲ１，Ｒ２は末端基を示し、水素、アルキル基、水酸基、ビニル基、アミノ基、アミノアルキル基、エポキシ基、アルキルエポキシ基、アルコキシエポキシ基、メタクリレート基、クロル基、アセトキシ基のいずれかからなる。

　シロキサン結合のＲ３、Ｒ４は側鎖基を示し、水素、アルキル基、アルコキシ基、水酸基、ビニル基、アミノ基、アミノアルキル基、エポキシ基、メタクリレート基、クロル基、アセトキシ基、フェニル基、フロロアルキル基、アルキルフェニル基およびシクロヘキサン基からなる。搭載するポリシロキサンは１種類でも複数の種類を混合してもよい。

　一方、ポリシロキサンの架橋物は、末端基がビニル基、水素、シラノール基、アミノ基、エポキシ基、カルビノール基を有する反応性ポリシロキサンとポリシロキサンを白金触媒、ラジカル、酸性、塩基等の存在下で反応させたものである。また、搭載するポリシロキサンを柔らかいゲル状にしたもの、およびゲル状のポリシロキサンに低分子量のポリシロキサンを含有させた複合物、高分子材料量のポリシロキサンと低分子量のポリシロキサンとを混合しておき架橋反応させたものも、使用できる。

　本発明の導波路型光干渉計回路では、このような光強度補償材料を用いて、光分岐部から光結合部に至る導波路型光干渉計回路の光経路上に、光強度による光特性の変化を補償する補償光強度補償部位を形成する。
その際、光経路を伝搬する光に対する実効屈折率の入射光強度の光強度係数と、この光強度補償部位を伝搬する光に対する実効屈折率の入射光強度の光強度係数が異なるように光強度補償部位が形成されている。

　以下の実施例１から１０では、光分岐部または光結合部の少なくとも一方に、光強度補償部位を形成する例を説明する。また、実施例１１から１５では、光分岐部と光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路の少なくとも１つに、光強度補償部位を形成する例を説明する。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施例の形態について詳細に説明する。

（実施例１）
　図４は、本発明の実施例１のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型の導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図であり、図５は、本発明の実施例１のアレイ型導波路格子（ＡＷＧ）型の導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図である。

　図４では、平面光波回路（ＰＬＣ）の基板４０１上に、２本の入力導波路４０２、光分岐部、光結合部として機能する多モード干渉導波路(Multi Mode Interference, ＭＭＩ)４０３及び４０６、両結合器に挟まれて接続する長さの異なる２つのアーム導波路４０４および４０５、２本の出力導波路４０７が形成されている。

　図５では、平面光波回路（ＰＬＣ）の基板５０１上に、１本の入力導波路５０２、光分岐部、光結合部として機能するスラブ光導波路５０３及び５０６、両結合器に挟まれて接続する長さの異なる複数の光導波路５０７からなるアレイ光導波路、および複数の出力導波路５０８が形成されている。

　このような導波路型光干渉計回路は、図４のＭＺＩ型と図５のＡＷＧ構成の場合を含めて、同一平面内に構成された光干渉計回路であって、光分岐部、光結合部、及び光分岐部と光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路から構成される光経路を備えた導波路型光干渉計回路であるということができる。

　図４および図５の本発明の実施例１の導波路型光干渉計回路では、入力側の光分岐部であるＭＭＩ４０３およびスラブ導波路５０３の中に、分岐される複数の光の経路を横断して、光強度補償のための材料で充填された少なくとも一本の、あるいは並行する複数本の溝を含む光強度補償部位４０８、５０４が設けられている。

　出力側の光結合部のＭＭＩ４０６またはスラブ光導波路５０６の中に、同様な光強度補償部位を設けてもよい。本願発明では、光分岐部または光結合部あるいはその両方に光強度補償部位を設けている点が特徴である。この様にすることによって、たとえば光導波路の途中に光強度補償部位を設けた場合と異なり、光強度補償部位を各光導波路に分散することがなく集中して配置できるので製造工程が簡略となり、また、各光導波路の設計とは独立して光強度補償部位を構成できるのが利点となる。

　本発明の光強度補償部位が備える基本条件について検討する。図４および図５において長さの異なる２つのアーム導波路４０４，４０５またはアレイをなす各々の光導波路５０７（以下、光導波路と称する）において、光分岐部であるＭＭＩ４０３またはスラブ導波路５０３に入射される全入射光強度をＰtotalとし、ｉ番目（ｉ=１～Ｎ，Ｎはアレイをなす光導波路の総本数、ＭＺＩの場合はＮ＝２）の各光導波路において、Ｐtotalが入射されたときの各光導波路の光学的距離をＬｉとし、ｄＬｉ／ｄＰtotalを全入射光強度Ｐtotalに対する各光導波路の光学的距離の光強度係数としたとき、
　ｄＬｉ／ｄＰtotal　＜　25（μｍ／Ｗ）　　　　　　式（６）
となるように各光導波路の光経路に対応して光強度補償部位（溝）の数と長さと充填材料が構成されている。光強度補償部位の溝は複数あっても良い。

（式（６）の限定の根拠）
　このようにするのは例えば、約2.5μｍ～約25μｍ帯の赤外光帯での分光器応用（光源0.5W以上）を考えた場合、25μｍの半値幅のバントパスフィルタが実現できれば、最低でも測定域の半分の測定スペクトルの切り分けが可能となるので
　ｄＬｉ／ｄＰtotal　＜　25μm／２／0.5Ｗ　＝ 25μm／Ｗ
となるように各アームを設定して光強度補償のバランスをとっている。

　図５のように導波路型光干渉計回路としてＡＷＧを構成する場合には、光分岐部のスラブ導波路だけでなく、光結合部のスラブ導波路にも光強度補償部位を設けてもよい。各光強度補償部位はそれぞれ、同一の基板平面において分岐または結合される各光の経路を横断する１本の溝、または光導波方向に間隔をあけて並行する複数の溝で構成され、各溝の幅（溝の光方向の長さ）及び間隔が溝の長手方向に同じかまたは変化する複数の溝で構成することができる。すなわち、スラブ導波路の光学的距離の光強度係数と異なる光強度係数を有する光強度補償部位を、光結合部または光分岐部の少なくとも一方に設けて、上記式（６）の条件で各アームの光強度補償のバランスをとることができる。

（実施例１の光強度補償部位の溝の近傍における温度変化）
　本発明の実施例１の光強度補償部位の、溝の近傍における温度変化を確認するために、高強度光が光導波路に入力された際の温度分布を有限要素法により解析を行った。

　図６に、解析に使用した本発明の導波路型光干渉計回路の光分岐部の光強度補償部位のモデルにおける、光ビーム（高強度光６４０）に沿った概略の基板断面図を示す。

　図６の光強度補償部位のモデルでは、光ビームの方向に離隔した２つの溝６１０、６２０が設けられた場合を想定し、光導波路コアの光ビーム進行方向をＸ軸、膜厚方向をＹ軸とし、厚さ200μｍのＳｉ基板６０１上に下部クラッド（石英ガラス）６０２、光導波路コア６０３、上部クラッド（石英ガラス）６０４を、それぞれ厚さ15μm、6μｍ、14μｍで構成した。

　図６では、光導波路コア６０３中をＸ軸の正の方向に200μｍに渡って、23dBmの高強度光６４０が伝搬するとし、光導波路での光吸収は、光強度補償部位での光吸収よりも無視できるほど小さい、つまり0.１ｄB/cm未満であり、一方、光強度補償部位の溝内の光強度補償材料の光吸収率は、1.8dB/cmと設定した。

　また、各部位の熱伝導率は、Ｓｉ基板が149[W/mK]、光導波路コアとクラッドが1.35[W/mK]、光強度補償材料が0.2[W/mK]と設定し、２つの光強度補償部位の溝幅は等しく、溝幅と溝中心間の距離をそれぞれ変化させて有限要素法による温度分布解析を行った。

　図７に、光強度補償部位の２つの溝幅を16.2μｍ、溝中心距離を80μｍ（溝の間隔は63.8μｍ）に設定したときの、熱拡散による温度変化（℃）のＸ方向の分布を示す。これは光導波路コアの中心軸に沿った定常温度の分布を示したものであるが、各溝内だけでなく、周辺部分でも温度上昇が起っている。特に２つの光強度補償部位の溝の中間（X=0.04ｍｍ）では、両方の溝からの熱拡散の影響で、温度上昇が大きくなっており、光吸収がない光導波路コア部分でも0.1℃程度の温度上昇がみられる。

　図８には、有限要素法による温度分布解析で溝幅を変えたときの溝中心温度（図７のピークに相当）の変化を示す。これは、各溝における光導波路コア中心位置での温度上昇をプロットしたグラフであるが、溝幅が広くなるに従って中心温度が上昇した。したがって、光強度補償材料の温度を上昇させる、つまり光学的距離の変化分を大きくするためには、溝幅を大きくすれば良く、光強度補償材料の温度上昇を小さくすれば良いことが分かる。

　図９には、有限要素法による温度分布解析で２つの溝の中心間隔を変えた時の温度変化を、４通りの溝幅の場合について解析した結果を示す。溝中心間隔が狭くなるに従って、２つの溝の中間位置での光導波路コアの温度上昇が大きくなり、その傾向は溝幅が広くなるに従って大きくなることが分かる。

　図１０には、有限要素法による温度分布解析で２つの溝の溝幅を等しく保ちつつ変えた時の温度変化を、８通りの溝中心間隔の場合について解析した結果を示す。溝幅が大きくなるに従って、２つの溝の中間位置での温度変化は大きくなり、特に、２つの溝の中心間隔が狭くなるに従って、その温度上昇傾向は大きくなることがわかる。

　つまり、上記の解析結果を踏まえると、溝幅を小さく、各溝の中心間隔を広くすれば、各光強度補償部位の溝中心、もしくは溝間における光導波路の温度上昇を抑えることができ、光学的距離の変化分を小さくすることが可能となる。また逆に、溝幅を大きく、各溝の中心間隔を小さくすれば、光学的距離の変化分を大きくすることが可能となる。

（スラブ光導波路における光強度補償部位の構造）
　以下の説明では、ＡＷＧ型で代表される光干渉計回路において、スラブ光導波路に設けられた光強度補償部位を、スラブ光導波路内で分波される複数の光の光経路を横断する１乃至複数本の溝構造として形成し、溝に光強度補償材料を充填した場合を説明する。

　特に、溝構造は、同一の基板平面において分岐または結合される各光の経路を横断する１本の溝、または光導波方向に間隔をあけて並行する複数の溝で構成され、各溝は溝の長手方向に幅または間隔の少なくともいずれかが一定または変化する溝として形成されている。

　各溝には光強度係数が正である、同一の光強度補償材料を充填することにより、所望の光強度に対する光学的距離の変化を補償する光強度補償部位とした場合について説明する。この場合は、光強度補償部位における光学的距離の変化分は、光経路を横断する各溝の物理的距離（幅、または間隔）の総和に比例するため、簡便に、溝幅、または溝の間隔を用いて光強度補償部位の光学的距離の変化分を説明する。

　しかし、実際には、光強度補償部位は、例えば、同一の溝幅（物理的長さ）の溝を複数形成し、それぞれの溝に所望の光強度係数を有する異なる種類の光強度補償材料を充填することによっても、光強度補償の効果を得ることができるのは明らかである。以下の各図に示す溝の溝幅、溝間の光経路の長さ（溝間の距離、間隔）は、光強度補償部位の光強度に対する光学的距離として規定されるものである。

　また、さらに導波路型光干渉計回路において、光導波路自体の光強度係数が、光強度補償材料の光強度係数より大きい場合には、光強度補償材料の相対的な光強度係数が「負」であるとして規定可能であることは言うまでもない。

（実施例２）
　本発明の光強度補償部位の構造の説明のために、まず実施例２の構造を詳細に説明する。

　図１１は、実施例１の図５と同様に、本発明の実施例２のＡＷＧ型導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図である。図１１では、平面光波回路（ＰＬＣ）の基板５０１の平面上に、１本の入力導波路５０２、光分岐部、光結合部として機能するスラブ光導波路５０３及び５０６、両結合器に挟まれて接続する長さの異なる複数のアレイ状光導波路５０７、複数の出力導波路５０８が形成されている。

　図１１の本発明の実施例２の導波路型光干渉計回路の光導波路では、入力導波路５０２から入射された光は、入力側のスラブ光導波路５０３によって分波され、アレイ状の長さの異なる複数の光導波路５０７に分かれる。各光導波路５０７の長さの違いにより分波された光間に位相差が発生し、それら位相差を含んだ光をスラブ光導波路５０６で合波して干渉させ、各出力導波路５０８に出力する。図１１のスラブ光導波路５０３には、分波される複数の光の経路Kを等幅、等間隔で横断する複数の溝５０４１～５０４３からなる溝構造の光強度補償部位が例示される。

　このとき、出力側（合波側）のスラブ光導波路５０６にも、1本の出力導波路５０８に着目すればほとんどの場合、入力側（分波側）のスラブ光導波路５０３と略対称な構造を取ることができるため、スラブ光導波路５０３での光学的距離を考慮すれは、導波路型光干渉計回路の入力から出力に至る全体の光経路での光学的距離の変化を計算することが可能となる。具体的には、各光導波路５０７の光学的距離Ｌｂｉと、各光導波路に分波された光のスラブ光導波路５０３上における光経路の光学的距離Ｌａｉの２倍を合計することによって、導波路型光干渉計回路の入出力の全長にわたる光学的距離を計算することが可能となる。

　つまり、図１１の光分岐のスラブ光導波路５０３において光強度補償部位がない場合を考えると、入力導波路５０２からの接続端の中心と、ｉ番目（ｉは正の整数で１からＮの値をとる、但しＮはアレイを構成する光導波路５０７の本数）の光導波路５０７への接続端（出力端）の中心とを結ぶ光経路の直線をＫ、直線Ｋの光学的距離をＬａｉとし、ｉ番目（ｉは正の整数）の光導波路５０７自身の光学的距離をＬｂｉとするとき、図１１の導波路型光干渉計回路の、アレイ状光導波路５０７を通過する光の光経路全体の光学的距離は、２×Ｌａｉ＋Ｌｂｉとなる。

　図１２に、本発明の実施例２の導波路型光干渉計回路の光分岐部のスラブ光導波路５０３の基板平面の拡大図を示す。このとき、直線Ｋの光経路によって横断された光強度補償部位の各溝５０４１～５０４３の溝幅の光学的距離の合計値をＬｒｉとすると、全入射光強度Ｐtotalに対する光強度補償部位での光学的距離変化分は、ｄＬｒｉ／ｄＰtotalとなり、光強度補償部位がない場合の全入射光強度Ｐtotalに対する導波路型光干渉計回路の全体の光学的距離の変化分は、ｄ（２×Ｌａｉ＋Ｌｂｉ）／ｄＰtotalとなることから、両者の光学的距離変化のバランスを取るためには、
　ｄ（２×Ｌａｉ＋Ｌｂｉ＋Ｌｒｉ）／ｄＰtotal＝Ｃ
　　（但しｉ＝１～Ｎ、Ｃはｉによらない一定値、Ｎは光導波路の本数）　式（７）
となることが必要になる。

　すなわち、このような条件が成立するように、各光導波路を通る光に対応する光分岐部のスラブ光導波路における光経路の直線に対して、横断する各溝の溝幅、溝の本数、溝の間隔、溝に充填する材料の光強度係数などを調整して光強度補償部位を構成すれば、光学特性が光信号強度に依存しない導波路型光干渉計回路を実現することができる。

（実施例３）
　図１３は、上記の考え方を発展させた本発明の実施例３の導波路型光干渉計回路の、スラブ光導波路５０３部分の基板平面の拡大図であり、光強度補償部位５０４の溝構造の一例を説明するための模式図である。図１２と同じ部分は同じ番号で示すが、図１３では光強度補償部位５０４が、溝の長手方向に溝幅と溝の間隔の変化する３本の溝１３１～１３３で構成されている。

　図１３の本発明の実施例３の導波路型光干渉計回路の構造では、干渉計の長さの異なる各光導波路での光学的距離変化分の差を、光強度補償部位の各溝１３１～１３３が光経路の直線Ｋと交差する部分の溝幅および溝の間隔を、溝の長手方向で光経路毎に変化させることによって補償しており、光強度補償のバランスを向上させるものである。

　実施例３、図１３の導波路型光干渉計回路は、実施例２、図５，１１，１２と同様なＡＷＧ型の光干渉計回路であって、光干渉計回路は、光分岐部、光結合部、及び光分岐部と光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路（アレイ導波路）から構成される。

　実施例３、図１３の導波路型光干渉計回路では、光分岐部、もしくは光結合部のスラブ光導波路５０３において、入力導波路５０２からの入力端と、ｉ番目（ｉは正の整数）の光導波路５０７ｉへの出力端とを結ぶ直線光経路をＫ、直線Ｋによって横断された光強度補償部位５０４の各溝１３１～１３３の溝幅（光学的距離）の合計値をＬｒｉとし、同様にｊ番目の光導波路５０７ｊへの光経路に関する溝幅の合計値をＬｒｊとしている。

　ｉ番目の光導波路５０７ｉの光学的距離Ｌｂｉが、ｊ番目の光導波路５０７ｊの光学的距離Ｌｂｊより長い場合（Ｌｂｉ＞Ｌｂｊ）に、長い方の光導波路に接続する直線Ｋの横断する溝の溝幅の合計値Ｌｒｉを、短かいほうの光導波路に接続する直線Ｋの横断する溝の溝幅の合計値Ｌｒｊよりも小さくする。すなわち
　Ｌｂｉ＞Ｌｂｊ　ならば　　Ｌｒｉ＞　Ｌｒｊ　　　　　　式（８）
とすることを特徴としている。

　なお、以下同様であるが例示する長／短両アレイ導波路は、アレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ)のみならず、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）の長さの異なる２本のアームを含むものであり、直線Ｋによって横断された光強度補償部位の光学的距離は、複数の部分に分割されていても構わない。

（実施例４）
　図１４は、本発明の実施例４の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路５０３部分の基板平面の拡大図であり、光強度補償部位５０４の溝構造の別の一例を説明するための模式図である。図１２と同じ部分は同じ番号で示すが、図１４では光強度補償部位５０４が、溝の長手方向に溝幅が一定で溝の間の間隔が異なる３本の溝１４１～１４３で構成されている。

　図１４の本発明の実施例３の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路における光強度補償部位の溝構造では、干渉計回路の長さの異なる各光導波路での光強度による光学的距離変化分の差を、光強度補償部位の各溝１４１～１４３が光経路Ｋと交差する部分の溝間の間隔（光経路長）を、溝の長手方向で光経路毎に変化させることによって補償しており、光強度補償のバランスを向上させるものである。

　実施例４、図１４の導波路型光干渉計回路は、実施例２、図５、図１１～１３と同様なＡＷＧ型の光干渉計回路であって、光干渉計回路は、光分岐部、光結合部、及び光分岐部と光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路（アレイ導波路、アーム導波路）から構成される。

　実施例４、図１４の導波路型光干渉計回路では、光分岐部、もしくは光結合部のスラブ光導波路５０３において、入力導波路５０２からの入力端と、ｉ番目（ｉは正の整数）の光導波路５０７ｉへの出力端を結ぶ直線光経路をＫ、直線Ｋによって横断された光強度補償部位５０４の溝１４１～１４３に挟まれた溝間の間隔（光経路長）の光学的距離の合計値をＬｑｉとし、同様にｊ番目（ｊ≠ｉ）の光導波路５０７ｊへの光経路に関する溝間の間隔（光経路長）の合計値をＬｑｊとしている。

　ｉ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｉが、ｊ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｊより長い場合（Ｌｂｉ＞Ｌｂｊ）に、長いほうの光導波路に接続する直線Ｋの横断する溝の溝間の間隔（光経路長）の光学的距離の合計値Ｌｑｉを、短かいほうの光導波路に接続する直線Ｋの横断する溝の溝間の間隔（光経路長）の光学的距離の合計値Ｌｑｊよりも小さくする。すなわち
　Ｌｂｉ＞Ｌｂｊ　ならば　　Ｌｑｉ＞　Ｌｑｊ　　　　　　式（９）
とすることを特徴としている。

　干渉計の各アームによって発生する光学的距離の変化分を、長アーム側の溝間の光導波路の長さの合計値Ｌqｊを、短アーム側の溝間の光導波路の長さの合計値Ｌｑｊより長くすることにより、両アーム間の光強度補償のバランスを向上することができる。なお、溝間の間隔を決めるには、溝が２本以上必要であることは明らかである。

（実施例５）
　図１５は、本発明の実施例５の導波路型光干渉計回路の、スラブ光導波路５０３部分の基板平面の拡大図であり、光強度補償部位５０４の溝構造の一例を説明するための模式図である。図１２と同じ部分は同じ番号で示すが、図１５では光強度補償部位５０４が、溝の長手方向に溝幅が変化し、溝の中心線の間の間隔が一定の、３本の溝１５１～１５３で構成されている。

　図１５の本発明の実施例５の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路における光強度補償部位の溝構造では、各光導波路での光強度による光学的距離変化分の差を、アレイ光導波路の短アーム側の光強度補償部位の「溝幅」（光学的距離）と各溝間の間隔の「光経路長」（光学的距離）の比より、長アーム側の光強度補償部位の「溝幅」（光学的距離）と各溝間の間隔の「光経路長」（光学的距離）の比を小さくすることにより補償しており、光強度補償のバランスを向上する。

　「溝幅」と各溝間の間隔（光経路長）の比として光強度補償部位の溝構造を定義し限定することによって、光強度補償部位をより多くの溝に分割したり、光強度補償部位の溝幅をより狭くしたりして、放熱性を向上させることにより、高光パワー耐性を持たせることができる。

　実施例５、図１５の導波路型光干渉計回路は、実施例２、図５，１１～１４と同様なＡＷＧ型の光干渉計回路であって、光干渉計回路は、光分岐部、光結合部、及び前分岐部と光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路（アレイ導波路、アーム導波路）から構成される。

　実施例５、図１５の導波路型光干渉計回路では、光分岐部、もしくは光結合部のスラブ光導波路５０３において、
入力導波路５０２からの入力端と、ｉ番目（ｉは正の整数）の光導波路５０７ｉへの出力端を結ぶ光経路の直線をＫ、直線Ｋによって横断された光強度補償部位の各溝の溝幅の光学的距離の合計値をＬｒｉとし、直線Ｋによって横断された光強度補償部位の各溝に挟まれた溝間の間隔（光経路長）の光学的距離の合計値をＬqｉとして、ｊ（≠ｉ）番目の光経路についても同様にＬｒｊ、Ｌｑｊを規定している。

　ｉ番目の光導波路の光学的距離が、ｊ番目の光導波路の光学的距離より長い場合には、溝幅と溝の間隔の比を以下のように設定する。すなわち
Ｌｂｉ＞Ｌｂｊ　ならば　（Ｌｒｉ／Ｌqｉ） ≦　（Ｌｒｊ／Ｌｑｊ）　　式（１０）
とすることを特徴としている。

　この様に構成することによって、光強度補償部位を多くの溝に分割したり、光強度補償部位の溝幅を狭くしたりして、放熱性を向上させることにより、高光パワー耐性を持たせることができる。溝構造を複数の溝の、「溝幅」と各溝間の間隔の「光導波路長」の比として光強度補償部位の溝構造を定義し限定することができる。

（実施例６：２次元ＦＤ－ＢＰＭによるスラブ光導波路中の光伝搬状態の解析結果）
　以下の図１６から図２５には実施例６の関連として、入力導波路からいくつかの形状のスラブ光導波路へ入射された光の導波状態について、２次元ＦＤ－ＢＰＭ法（有限差分ビーム伝搬法）により光導波モードの解析を実施した結果を示す。

　光導波モード解析は、広角近似は４次のPade近似を用いて、コアの比屈折率差Δ２％とし、光波長は1550nm、入射光導波路の導波モードは、シングルモードとし、ＴＥモードにて解析した。

（長方形スラブ形状の光導波モード解析結果）
　図１６および図１７に、長方形スラブ形状のＭＭＩを有する光分岐部での光導波モード解析結果を示す。

　図１６Ａは、図中向かって左から右に光の伝搬方向（Ｚ方向）での長方形スラブ形状の光導波路形状を示し、入射導波路としてコア幅４μｍで導波路長を５０μｍ、スラブ光導波路として、コア幅５０μm、長さ２０００μｍの長方形の解析モデルとした。
また図１６Ｂに導波光のＸ－Ｚ平面での光強度分布を示し、図１７Ａ～１７Ｄに５０μmの入射光導波路を含む、光入射位置からそれぞれ、５０μｍ、１１０μｍ、１０００μｍ、２０００μｍのＺ位置での光強度のＸ方向断面プロファイルを示している。

　図１７Ａ～１７Ｄの解析結果より、長方形のスラブ導波路の場合には、入射導波路より１１０μｍ強の位置までは、入射光導波路でのシングルモード分布であるガウス分布が保持され光が入射し広がっていくが、その後、スラブ導波路の光導波方向に垂直なコア幅（５０μｍ）の境界条件の影響により、高次モードへのモード変換と各モード間の光干渉が発生し、干渉縞が発生していることが分かる。

（台形スラブ形状の光導波モード解析結果）
　図１８および図１９に、台形スラブ形状のＭＭＩを有する光分岐部での光導波モード解析結果を示す。

　図１８Ａは、図中向かって左から右に光の伝搬方向（Ｚ方向）での台形スラブ形状の光導波路形状を示し、入射導波路としてコア幅４μｍで導波路長を５０μｍ、台形スラブ光導波路として、長さ２０００μｍとし、コア幅を２０μmから５０μｍまで線形に変化させた台形の解析モデルとした。

　また図１８Ｂに導波光のＸ－Ｚ平面での光強度分布を示し、図１９Ａ～１９Ｄに５０μmの入射光導波路を含む、光入射位置からそれぞれ、５０μｍ、１１０μｍ、１０００μｍ、２０００μｍのＺ位置での光強度のＸ方向断面プロファイルを示している。

　図１９Ａ～１９Ｄの解析結果より、台形のスラブ導波路の場合には、入射導波路より約１１０μｍの位置までは、入射光導波路でのシングルモード分布であるガウス分布がほぼ保持され光が入射し広がっていくが、その後、台形のスラブ導波路の境界条件の影響により、高次モードへのモード変換と各モード間の光干渉が発生し、干渉縞が発生していることが分かる。

（テーパー形状のスラブ導波路の光導波モード解析結果）
　図２０および図２１に、テーパー形状のスラブ導波路を有する光分岐部での光導波モード解析結果を示す。

　図２０Ａは、図中向かって左から右に光の伝搬方向（Ｚ方向）でのテーパー形状の光導波路形状を示し、入射導波路としてコア幅４μｍで導波路長を５０μｍ、テーパー形状スラブ光導波路として、長さ２０００μｍとし、コア幅を入射光導波路のコア幅５μmから５０μｍまで線形に変化させたテーパー形状の解析モデルとした。

　また図２０Ｂに導波光のＸ－Ｚ平面での光強度分布を示し、図２１Ａ～２１Ｄに５０μmの入射光導波路を含む、光入射位置からそれぞれ、５０μｍ、１１０μｍ、１０００μｍ、２０００μｍのＺ位置での光強度のＸ方向断面プロファイルを示す。

　図２１Ａ～２１Ｄの解析結果より、テーパー形状のスラブ導波路の場合には、コア幅が５μｍから５０μｍへの急激な変化に伴い、高次モードへのモード変換と各モード間の光干渉が抑圧され、多モード干渉が起らず、入力導波路のシングルモード分布が２００μｍを超えて２０００μｍまで維持されて広がっていく、ガウス分布形状の光強度分布となることが分かる。

（パラボラ形状のスラブ導波路の光導波モード解析結果）
　図２２および図２３に、パラボラ形状のスラブ導波路を有する光分岐部での光導波モード解析結果を示す。

　図２２Ａは、図中向かって左から右に光の伝搬方向（Ｚ方向）でのパラボラ形状の光導波路形状を示し、入射導波路としてコア幅４μｍで導波路長を５０μｍ、パラボラ形状スラブ光導波路として、長さ２０００μｍとし、コア幅を入射光導波路のコア幅５μmから５０μｍまで放物線関数によるコア幅を有するパラボラ形状の解析モデルとした。

　また図２２Ｂに導波光のＸ－Ｚ平面での光強度分布を示し、図２３Ａ～２３Ｄに５０μm等の入射光導波路を含む、光入射位置からそれぞれ、５０μｍ、２００μｍ、１０００μｍ、２０００μｍのＺ位置での光強度のＸ方向断面プロファイルを示す。

　図２３Ａ～２３Ｄの解析結果より、パラボラ形状のスラブ導波路の場合には、高次モードへのモード変換と各モード間の光干渉による多モード干渉が発生し、Ｓｉｎｃ関数（ｓｉｎ（ｘ）／ｘ）形状の光強度分布で伝搬していく。ただし図２３Ｂでは、ｙ軸は光強度であるので｛ｓｉｎ（ｘ）／ｘ｝^２となり、ｘ＝０の主ピーク以外のピークは潰れてｘ軸に重なっている。

（コア端部より自由放射させた場合の光導波モード解析結果）
図２４および図２５に、スラブ形状の比較対象として、コア端部よりクラッド媒質中を自由放射させた場合の光導波解析結果を示す。

　図２４Ａは、図中向かって左から右に光の伝搬方向（Ｚ方向）での光導波路形状を示し、入射導波路として、コア幅４μｍで導波路長５０μｍを光導波した後、クラッド媒質中に自由放射される解析モデルとした。

　また図２４Ｂに導波光のＸ－Ｚ平面での光強度分布を示し、図２５Ａ～２５Ｄに５０μm等の入射光導波路を含む、光入射位置からそれぞれ、５０μｍ、２００μｍ、１０００μｍ、２０００μｍのＺ位置での光強度のＸ方向断面プロファイルを示している。

　図２５Ａ～２５Ｄの解析結果より、クラッド媒質中に自由放射された光の光強度分布は、入力導波路のシングルモード分布が急速に広がる、平坦な光強度分布となることが分かる。（図中に僅かな多モード干渉のような波形が見られるが、これは解析領域周辺の境界条件（ＰＭＬ）の誤差による影響であると考えられる。）
以上の２次元ＦＤ－ＢＰＭ解析は、全てＴＥモードにて計算したが、ＴＭモードでもの解析結果は同様であった。

　以上のことから、光分岐部のスラブ光導波路にテーパー形状で多モード干渉が起らない形状を用いることにより、光分岐部のスラブ光導波路での光強度分布は、光の進行方向に対して垂直方向にガウス分布を維持することが分かる。これは導波路型光干渉計回路として有利な特性である。

　また、前述の通り、パラボラ形状のスラブ導波路で多モード干渉が発生する場合には、光分岐部のスラブ光導波路での光強度分布は、光の進行方向に対して垂直方向にＳｉｎｃ関数分布となる。

（実施例７－１)
　図２６に、本発明の実施例７の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位の一つの形態（実施例７－１）を説明する基板平面図を例示する。

　実施例６に示した検討結果より、テーパー形状で多モード干渉が起らないスラブ光導波路の形状を用いることにより、入力導波路２６２より入射した光の光強度プロファイルは、ガウス分布を示す。また、前述の通り、パラボラ形状のスラブ導波路で多モード干渉が発生する場合には、光分岐部のスラブ光導波路での光強度分布は、光の進行方向に対して垂直方向にＳｉｎｃ関数分布となる。加えて、光強度補償部位の溝の溝幅を溝の長手方向に一定としたまま溝の間隔を変えることにより、光強度に対する温度上昇を抑えることが可能となる。

　この様な理由から本実施例７以降の光干渉計回路では、図２６に示すような扇形のテーパ形状のスラブ光導波路２６３を採用している。図２６の扇形のテーパ形状のスラブ光導波路２６３は、１本の入力導波路２６２の接続端を扇の要として、入射した光が分岐され、中心軸に対する放射角度がθをなす光経路Ｋの直線上を伝播し、光強度補償部位を構成する複数の溝２６４１～２６４５を横断して、扇の周となる円弧部分に配置された複数の光導波路２６７の入力端に達して分波される。光干渉計回路の出力側の、光結合部のスラブ光導波路についても、複数の出力導波路の一つに着目すれば、スラブ光導波路２６３と左右対称な配置の扇形のテーパ形状のスラブ光導波路として扱うことができる。

　図２６の実施例７－１においては、扇形のテーパ形状のスラブ光導波路２６３に、光強度補償部位として光経路を横断する複数の等幅の溝２６４１～２６４５が各溝の間隔を溝の長手方向に変化させて形成され、各溝に光強度係数が光導波路２６７と異なる材料が充填されている。

　図２６の光分岐部において、入力導波路２６２の接続端の中心軸からの放射角度をθ、ｉ番目（ｉは正の整数）のアレイ光導波路２６７の前端の中心とを結ぶ光経路の直線をＫ、Ｋの放射角度をθｉ、直線Ｋが２つ以上の光強度補償部位の溝を横断したときの各溝間の間隔の光学的距離の合計を実施例４，５（図１４，１５）に合わせてＬｑｉとすると、Ｌｑｉはθのガウス分布の関数として表すことができ、溝の幅を一定とした場合、溝の間隔がθに応じて変化して、溝の全体形状は図２６の複数の溝２６４１～２６４５に示すような曲線形状となるように形成されている。

　このとき、前記溝の溝幅、もしくは複数の溝の間隔の各合計を、前記入力導波路より入射された光が前記光分岐部内を放射される時の光強度分布に比例させるように光強度補償部位を構成することにより、光強度によって変化した光学的距離のバランスを補償することができる。

　特に、扇形のテーパ形状のスラブ光導波路２６３の場合、多モード干渉が抑制され、分波された光の光強度分布がガウス分布に比例した関係を有するように構成することにより、光強度によって変化した光学的距離のバランスを補償することができる。　また、パラボラ形状のスラブ導波路で多モード干渉が発生する場合には、分波された光の光強度分布がＳｉｎｃ関数分布に比例した関係を有するように構成することにより、光強度によって変化した光学的距離のバランスを補償することができる。

（実施例７－２）
　図２７に、本発明の実施例７の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位のもう一つの形態（実施例７－２）を説明する基板平面図を例示する。図２６と同じ部分は同じ番号で示す。

　図２７においても図２６と同様に、複数の等幅の溝２７４１～２７４５について溝間隔の合計値Ｌｑｉをθの関数としたとき、光強度分布に比例したガウス分布の関数とすることにより、光強度によって変化した光学的距離のバランスを補償できる。図２６の場合には、入力導波路２６２からの光の放射角を考えず、基板平面図中で、溝２６４３を中心に左右対称な光強度補償部位の溝構造を示しているが、実際には、図２７に示すように、入力導波路２６２からの光の放射角度θｉを考慮に入れ、直線Ｋが溝２７４１～２７４５と交差する角度をできるだけ垂直に近くする構造であることが望ましい。
　

（実施例８－１)
　図２８に、本発明の実施例８の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位の一つの形態（実施例８－１）を説明する基板平面図を例示する。

　前述のとおり、テーパー形状のように多モード干渉が起らないスラブ光導波路の形状を用いることにより、入力導波路２６２より入射した光の光強度プロファイルは、ガウス分布を示す。この理由で、実施例８－１～８－３、図２８～３０においても扇形のテーパ形状のスラブ光導波路２６３を採用している。

　また、パラボラ形状のスラブ導波路２６３で多モード干渉が発生する場合には、分波された光の光強度プロファイルがＳｉｎｃ関数分布に比例した関係を有するように構成することにより、光強度によって変化した光学的距離のバランスを補償することも可能となる。

　加えて、実施例８では光強度補償部位の各溝の、溝の間隔を一定に保ったまま、溝幅を溝の長手方向に変化させることにより、光強度に対する温度上昇を抑えることが可能とする。

　図２８の実施例８－１においては、扇形のテーパ形状のスラブ光導波路２６３に光強度補償部位として光経路を横断する各溝の間隔を一定にして、溝の長手方向には溝幅の変化する１つ以上の溝２８４１～２８４５が形成され、各溝に光強度係数が光導波路２６７と異なる材料が充填されている。

　光分岐部において入力導波路２６２の接続端の中心軸からの放射角度をθ、ｉ番目（ｉは正の整数）のアレイ光導波路２６７の前端の中心を結ぶ光経路の直線をＫ、Ｋの放射角度をθi、直線Ｋが複数の溝２８４１～２８４５を横断した各溝幅の光学的距離の合計をＬｒｉとするとき、Ｌｒｉをθの関数として表すことができ、溝の間隔を一定とした場合、溝の幅がθに応じて変化して、溝の全体形状は図２８の複数の溝２８４１～２８４５に示すような曲線形状となる。定数からＬｒｉを差し引いた差分がガウス分布の関数となるように構成することにより、光強度によって変化した光学的距離のバランスを補償することができる。

　また、パラボラ形状のスラブ導波路２６３で多モード干渉が発生する場合には、定数からＬｒｉを差し引いた差分がＳｉｎｃ関数分布に比例した関係を有するように構成することにより、光強度によって変化した光学的距離のバランスを補償することも可能となる。

（実施例８－２）
　また、図２９に、本発明の実施例８の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位のもう一つの形態（実施例８－２）を説明する基板平面図を例示する。

　図２９においても図２８と同様に、複数の等間隔の溝２９４１～２９４５について溝幅の合計値Ｌｒｉをθの関数としたとき、光強度分布に比例したガウス分布の関数とすることにより、光強度によって変化した光学的距離のバランスを補償できる。図２８の場合には、入力導波路２６２からの光の放射角を考えず、基板平面図中で、溝２８４３を中心に左右対称な光強度補償部位の溝構造を示しているが、実際には、図２９に示すように、入力導波路２６２からの光の放射角度θｉを考慮に入れ、直線Ｋが溝構造２９４１～２９４５と交差する角度をできるだけ垂直近くする構造であることが望ましい。

（実施例８－３）
　図３０に、本発明の実施例８の導波路型光干渉計回路のスラブ光導波路コア、および光強度補償部位の更にもう一つの形態（実施例８－３）を説明する基板平面図を例示する。
前述の実施例７，８のように、導波路型光干渉計回路の光分岐部のスラブ光導波路での光強度分布による光学的距離の変化分のバランスを補償するだけでなく、導波路型光干渉計回路の長さが異なる複数のアレイ状光導波路での光学的距離の変化分を同時に考慮に入れてバランスを補償する場合は、実施例７と８を組み合わせて実施することができる。

　つまり、まず導波路型光干渉計回路の光分岐部のスラブ光導波路での光強度分布による光学的距離の変化分を実施例７の光強度補償部位の溝の間隔を変化させること、つまり、溝の間隔の合計Ｌｑｉをガウス分布の関数とすることによって、光分岐部のスラブ光導波路の光学的距離の変化分のバランスを補償する。

　さらに、実施例８の光強度補償部位の溝幅の合計Ｌｒｉを、定数からＬｒｉを差し引いた差分がガウス分布の関数となるようにすることで、強度分布を持つ導波光によりアレイ状光導波路で発生する光強度によって変化した光学的距離のバランスが補償することが可能となる。

　また、パラボラ形状のスラブ導波路２６３で多モード干渉が発生する場合には、実施例８の光強度補償部位の溝幅の合計Ｌｒｉを、定数からＬｒｉを差し引いた差分ががＳｉｎｃ関数分布に比例した関係を有するように構成することにより、光強度によって変化した光学的距離のバランスを補償することも可能となる。

　このようにして、光強度補償部位を構成する複数の溝の、溝幅と溝の間隔の両方をθの関数として同時に変化させることにより、溝の全体形状は図３０の溝３０４１～３０４４に示すような曲線形状となる。

（実施例９)
　図３１に、本発明の実施例９の導波路型光干渉計回路の光強度補償部位の、スラブ光導波路のコアを含む光経路に沿った方向の基板断面図を示す。

　図３１の本発明の実施例９の導波路型光干渉計回路では、スラブ光導波路の断面構造は図示しない基板上に、コア９０１と、コアの上面および下面の上部クラッド９０３、下部クラッド９０２の３層構造で示されている。

　図３１の本発明の実施例９では、スラブ光導波路のコア９０１を直接さえぎって光強度補償部位となる溝を形成するのではなく、スラブ光導波路のコア９０１の上面および下面の上部クラッド９０３、下部クラッド９０２に、スラブ光導波路の光経路に沿ってクラッドと熱伝導率の異なる材料で形成された領域９１１を形成して光強度補償部位を構成している。領域９１１には、特にクラッドよりも熱伝導率の低いまたは高い材料を埋め込む、または貼り付けることにより、光強度補償部位を形成している。

　領域９１１の熱伝導率を周囲のクラッドと変えることで、放熱状態に差異を生じさせてコア９０１の温度分布を調整することができる。スラブ光導波路のコア９０１の温度分布を調整することによって、光強度の強い部分の温度上昇を抑えて光強度係数を調整することが可能となる。溝構造による光強度補償部位に加えて、光強度補償部位の表面、または底面に、光経路を基板平面方向に横断する位置で、このような熱伝導率の異なる材料を配置した領域を設けた構造としても良い。

　図３２に、本発明の実施例９の導波路型光干渉計回路の光強度補償部位の、スラブ光導波路のコア部分における基板平面図を示す。

　例えば、図３２に示すように光分岐部のスラブ光導波路として実施例７、８（図２６～３０）と同様な扇形のテーパ形状のスラブ光導波路２６３を用いた場合を考える。スラブ光導波路２６３のコアの上面、及び下面には、クラッドと熱伝導率の異なる材料が充填された領域９１１を、光強度補償部位として設けている。

　入力導波路２６２の接続端からアレイ光導波路２６７への光経路において、角度方向の光強度分布がガウス分布に比例した横断幅で領域９１１を形成することによって、放熱状態に差異を生じさせて、光強度分布によって発生する温度分布を調整して光強度係数を調整することが可能となる。

（実施例１０)
　図３３に、本発明の実施例１０の導波路型光干渉計回路の光強度補償部位の、スラブ光導波路のコアを含む光経路に沿った方向の基板断面図を示す。

　この実施例１０でも実施例９と同様に、スラブ光導波路はコア９０１と、コアの上面および下面の上部クラッド９０３、下部クラッド９０２の３層構造で示されている。

　図３３の本発明の実施例１０では、少なくとも部分的にコア９０１をさえぎって横断す溝９１０が形成され、光強度補償材料を充填されて光強度補償部位を構成している。

　光導波路は、下部クラッド、コア及び上部クラッドから構成される埋め込み導波路構造であってもよく、光強度補償部位は、光波の進行方向に交差する平面に形成され少なくとも部分的にコアと交差して、上部クラッド、コア及び下部クラッド導波路を横断する溝構造を形成していてもよい。

　特に、埋め込み導波路構造は、光信号の閉じ込めに優れる上、上部クラッドからコア、下部クラッドにかけて横断的な溝構造を形成することにより、光強度補償材料を溝内に簡単に充填することができるため、本発明の構造としては、非常に望ましい。実施例９、１０に開示したような基板断面構造によって、以下の実施例も含む本発明の光強度補償部位の構造を実現可能である。

　以下の実施例１１から１５では、光分岐部と光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路の少なくとも１つに、光強度補償部位を形成する例を説明する。
（実施例１１）
　図３４は、本発明の実施例１１の導波路型光干渉計回路の構成を説明する基板平面図である。図３４では、図１のマッハツェンダ干渉計回路の光合分波器と同様に、平面光波回路（ＰＬＣ）の基板４０１上に、２本の入力導波路４０２、方向性結合器４０３及び４０６、両結合器に挟まれて接続する長さの異なる２つのアーム導波路４０４および４０５、２本の出力導波路４０７が形成されている。

　このような導波路型光干渉計回路は、ＡＷＧ構成の場合を含めて、同一平面内に構成された光干渉計回路であって、光分岐部、光結合部、及び前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路から構成される光経路を有するものであるということができる。

　図３４の本発明の実施例１１の導波路型光干渉計回路では、アーム導波路４０５の途中に、光強度補償のための材料で充填された溝４１０が設けられており、アーム導波路の光強度係数と異なる光強度係数を有する材料で形成された光強度補償部位を構成している。

　実施例１（図４）と同様に、長さの異なる２つのアーム導波路４０４，４０５において、方向性結合器４０３（光分岐部）に入射される全入射光強度をＰtotalとし、ｉ番目（ｉ=１または２）のアーム導波路において、ＬｉをＰtotalが入射されたときの各アーム導波路の光学的距離とし、ｄＬｉ／ｄＰtotalを全入射光強度Ｐtotalに対する各アーム導波路の光学的距離の光強度係数としたとき、
　ｄＬｉ／ｄＰtotal　＜　25（μｍ／Ｗ）　　　　　　式（６）
となるように光強度補償部位（溝）の数と長さと充填材料が構成されている。光強度補償部位の溝は複数あっても良い。

（式（６）の限定の根拠）
　例えば、約2.5μｍ～約25μｍ帯の赤外光帯での分光器応用（光源0.5W以上）を考えた場合、25μｍの半値幅のバントパスフィルタが実現できれば、最低でも測定域の半分の測定スペクトルの切り分けが可能となるので
　ｄＬｉ／ｄＰtotal　＜　25μm／２／0.5Ｗ　＝ 25μm／Ｗ
となるように各アームを設定して光強度補償のバランスをとっている。

　導波路型光干渉計回路としてＡＷＧを構成する場合には、光強度補償部位（溝）は複数のアレイ光導波路のそれぞれに設けてもよく、さらに１つの光導波路の光導波方向に間隔をあけて長さ及び間隔が同じかまたは異なる複数の光強度補償部位（溝）を設けてもよい。すなわち、複数の導波路の少なくとも１つに、導波路の光学的距離の光強度係数と異なる光強度係数を有する光強度補償部位を少なくとも１つ設けて、上記式（６）の条件で各アームの光強度補償のバランスをとることができる。

（実施例１２）
　図３５は、本発明の実施例２の導波路型光干渉計回路の光導波路の光強度補償部位のコアを含む平面の近傍の構造を説明する基板平面図（ａ）、およびそのコアに垂直な断面３５Ｂ－３５Ｂ’における基板断面図（ｂ）である。

　図３５の本発明の実施例１２の導波路型光干渉計回路の光導波路では、光導波路のコア５０１に光導波路を少なくとも部分的に横断する溝として設けられた光強度補償部位となる溝５１０の周囲に、導波路に沿って、温度調整用の溝５２０を形成して配置することを特徴とする。光強度補償部位の周りにこのような溝構造を１つないし複数形成して、空気や真空による断熱、保温などの温度調整効果を持たせることができる。

　この温度調整用の溝５２０には、周囲と熱伝導率の異なる材料、特に周囲よりも熱伝導率の低いまたは高い材料をそれぞれ充填して、放熱状態に差異を生じさせて温度分布を調整することもできる。

　また、特に、光導波路がリッジ型、（ハイ）メサ型導波路のような場合には、前述のような温度調整用の溝５２０を形成しなくとも良い。この場合例えば、周囲と熱伝導率の異なる材料、特に周囲よりも熱伝導率の低いまたは高い材料で光導波路のコア側面、もしくはコア上面を覆うことによっても、放熱状態に差異を生じさせて温度分布を調整することができる。

（実施例１３）
　以下の実施例１３～１５では、光強度補償部位の構造を光導波路を横断する１乃至複数の溝構造として形成し、溝構造に光強度補償材料を充填する場合を説明する。特に、光強度補償部位は光導波方向に長さの異なる複数の溝として形成され、それらの溝に光強度係数が正である、同一の光強度補償材料を充填することにより、所望の光強度に対する光学的距離の変化を補償する光強度補償部位とした場合について説明する。この場合は、光強度補償部位の光学的距離の変化分は溝の物理的長さに比例するため、簡便に、溝の長さを用いて光強度補償部位の光学的距離の変化分を説明する。
しかし、実際には、光強度補償部位は、例えば、同一の物理的長さの溝を複数形成し、それぞれ所望の光強度係数を有する異なる種類の複数の光強度補償材料を充填することによっても、同様の効果を得ることができるのは明らかであり、以下の各図に示す溝の長さ、溝間の光導波路の長さは、光強度補償部位の光強度に対する光学的距離として規定されるものである。

　また、さらに前記の導波路型光干渉計回路において、光導波路自体の光強度係数が、光強度補償材料の光強度係数より大きい場合には、光強度補償材料の相対的な光強度係数が「負」であるとしても規定可能であることは言うまでもない。

　図３６は、本発明の実施例１３の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造を、短アームと長アームで対比して説明する基板平面図である。

　図３６の本発明の実施例１３の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造では、干渉計の長さの異なる各アームにある複数の光強度補償部位（溝）にて、「短アームの溝長」（光学的距離）の平均値より、「長アームの溝長」（光学的距離）の平均値を短くすることにより光強度補償のバランスを向上するものである。

　実施例１３の導波路型光干渉計回路は、同一平面内に構成された光干渉計であって、前記光干渉計は、光分岐部、光結合部、及び前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路から構成される。

　長さの異なる複数の導波路のうち、導波路長が長い一方の導波路において、光強度補償部位の長さの総和Ｌａをｊ個（ｊは正の整数）に分割することにより形成されるｊ個の光強度補償部位の長さの平均値Ｌａｊ（図３６において、Ｌａｊ＝（Ｌａ1＋Ｌａ2＋Ｌａ3）／３）が、長さの異なる複数の導波路のうち、導波路長が短い他方の導波路において、光強度補償部位の長さの総和Ｌｂをｋ個（ｋは正の整数）の溝に分割することにより形成されるｋ個の光強度補償部位の長さの平均値Ｌｂｋ（図３６において、Ｌｂｋ＝（Ｌｂ1＋Ｌｂ2＋Ｌｂ3）／３）よりも短くなることを特徴とする。

　すなわち、
　Ｌａｊ＜Ｌｂｋ　　　式（１１）
として干渉計の各アームにある複数の光強度補償部位にて、長アームの溝長の平均値Ｌａｊを、短アームの溝長の平均値Ｌｂｋより短くすることによって、両アーム間の光強度補償のバランスを向上することができる。

　なお、以下同様であるが例示する長／短両アームはマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）のアームのみならず、アレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ)の長さの異なる複数の導波路のうちの任意の２本を含むものである。

　またｊ、ｋは正の整数として、図３６にはｊ、ｋ＝3の場合を示し、総和を分割して溝長の平均値を定義したが、複数の光強度補償部位（溝）の長さがそれぞれ異なっていても、また同じであっても良いことは明らかである。また、ｊとｋが等しい必要は無く、ｊまたはｋ＝１の場合、すなわち溝が１つの場合であっても、溝長の平均値は単一の溝の長さとして規定可能であるのはもちろんである。

（実施例１４）
　図３７は、本発明の実施例１４の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造を、短アームと長アームで対比して説明する基板平面図である。

　図３７の本発明の実施例１４の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造では、干渉計の各アームにある複数の光強度補償部位にて、「短アームの溝間の光導波路」の長さ（光学的距離）の平均値より、「長アームの溝間の光導波路」の長さ（光学的距離）の平均値を長くすることにより光強度補償のバランスを向上するものである。

　実施例１４の導波路型光干渉計回路は、同一平面内に構成された光干渉計であって、前記光干渉計は、光分岐部、光結合部、及び前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路から構成される。

　長さの異なる複数の導波路のうち、光導波路長が長い一方の導波路において、光強度補償部位の長さの総和Ｌｃをｊ個（ｊ＝２以上の正の整数）に分割することにより形成される光強度補償部位の間のｊ-１個の光導波路の長さの平均値Ｌｃｊ（図３７において、Ｌｃｊ＝（Ｌｃ1＋Ｌｃ2）／２）が、長さの異なる複数の導波路のうち、光導波路長が短い他方の導波路において、光強度補償部位の長さの総和Ｌｄをｋ個（ｋ＝2以上の正の整数）の溝に分割することにより形成される光強度補償部位の間のｋ-１個の光導波路の長さの平均値Ｌｄｋ（図３７において、Ｌｄｋ＝（Ｌｄ1＋Ｌｄ2）／２）よりも長くなることを特徴とする。

　すなわち、
　Ｌｃｊ＞Ｌｄｋ　　　式（１２）
として干渉計の各アームにある複数の光強度補償部位にて、長アームの溝間の光導波路の長さの平均値Ｌｃｊを、短アームの溝間の光導波路の長さの平均値Ｌｄｋより長くすることによっても、両アーム間の光強度補償のバランスを向上することができる。

　またｊ、ｋは2以上の正の整数として、図３７にはｊ、ｋ＝3の場合を示し、総和を分割して光強度補償部位（溝）間の光導波路長の平均値を定義したが、溝間の複数の光導波路の長さがそれぞれ異なっていても、また同じであっても良いことは明らかである。また、ｊとｋが等しい必要は無く、溝間の光導波路が少なくとも一つ存在するためにはｊ、ｋはともに２以上である必要があり、ｊまたはｋ＝２の場合、すなわち溝間の光導波路が１つの場合であっても、溝間の光導波路の長さの平均値は単一の溝間の光導波路の長さとして規定可能である。

（実施例１５）
　図３８は、本発明の実施例１５の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造を、短アームと長アームで対比して説明する基板平面図である。

　図３８の本発明の実施例１５の導波路型光干渉計回路の光導波路の構造では、ＭＺＩの短アームの光強度補償部位の「溝長」（光学的距離）と各溝間の「光導波路長」（光学的距離）の比より、長アームの光強度補償部位の「溝長」（光学的距離）と各溝間の「光導波路長」（光学的距離）の比を小さくすることにより光強度補償のバランスを向上する。単純に、光強度補償部位を多く分割し、放熱性を向上させることにより、高光パワー耐性を持たせる。「溝長」と各溝間の「光導波路長」の比として定義し限定するものである。

　実施例１５の導波路型光干渉計回路は、同一平面内に構成された光干渉計であって、前記光干渉計は、光分岐部、光結合部、及び前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路から構成される。

　長さの異なる複数の導波路のうち、光導波路長が長い一方の導波路において、光強度補償部位の長さの総和Ｌａをｊ個（ｊ＝2以上の正の整数）に分割して形成した各光強度補償部位の長さの平均値Ｌａｊと、各光強度補償部位の間のｊ-１個の光導波路の長さの平均値Ｌｃｊとの比を（Ｌａｊ／Ｌｃｊ）とし、長さの異なる複数の導波路のうち、光導波路長が短い他方の導波路において、光強度補償部位の長さの総和Ｌｂをｋ個（ｋ＝2以上の正の整数）に分割して形成した各光強度補償部位の長さの平均値Ｌｂｋと、各光強度補償部位の間のｋ-１個の光導波路の長さの平均値Ｌｄｋの比を（Ｌｂｋ／Ｌｄｋ）としたとき、
　（Ｌａｊ／Ｌｃｊ）≦（Ｌｂｋ／Ｌｄｋ）　　　式（１３）
であることを特徴とする。

　この式（１１）の条件は、前述の式（１１）、式（１２）の条件と相反するものではない。例えば上記の溝長の平均値をＬａｊ＝１、Ｌｂｋ＝３、溝間の光導波路長の平均値をＬｃｊ＝２、Ｌｄｋ＝１とした場合を考える。すると、式（１１）、式（１２）の条件を満たしつつ、式（１３）の比は（１／２）≦（３／１）となり、３つの式がともに成立する。このようにして、より一層両アーム間の光強度補償のバランスを向上することができる。

　またｊ、ｋは２以上の正の整数として、図３８にはｊ、ｋ＝３の場合を示し、総和を分割して溝長の平均値を定義したが、複数の光強度補償部位（溝）および溝間の光導波路の長さがそれぞれ異なっていても、また同じであっても良いことは明らかである。また、ｊとｋが等しい必要は無く、溝間の光導波路が少なくとも一つ存在するためにはｊ、ｋはともに２以上である必要があり、溝間の光導波路が１つの場合の平均値は単一の溝間の光導波路の長さとして規定可能である。

（導波路材料）
　いずれの実施例においても、上部クラッド、コア及び下部クラッドの導波路材料としては一般の光導波路と同様に種々の光学材料が使用可能であるが、特にコア材料としては、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｂ（ボロン）、Ｐ（リン）、Ｓｎ(スズ)、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｚｒ（ジルコニア）、Ｈｆ（ハフニウム）などの材料をドーパントとして取り入れて屈折率を高めたＳｉＯ_２（石英ガラス）を用いることができる。このとき、上部クラッド及び下部クラッド導波路材料としては、純粋なＳｉＯ_２（石英ガラス）や、コアとの間の屈折率差を調整したドーパントを含んだＳｉＯ_２（石英ガラス）を用いることができる。

　上述したように本発明は、高強度入射光を用いた分光測定技術、光散乱等の光分析技術、さらに光通信又は光情報処理の分野で用いられる光導波回路及び該光導波回路を有する光導波回路モジュールに利用することが可能であり、明細書にはその光導波回路の製造方法も開示する。特に、光学特性が光信号強度に依存しない導波型光素子、さらに詳しくは、光学特性が光信号強度の増大に対しても光学特性が変化しにくい、平面基板上に形成された導波路により構成された光波長合分波器の如き導波路型光干渉計回路に適用することが可能である。

１０１、２０１、４０１、５０１、６０１　基板
１０２、２０２、４０２、５０２，２６２　入力導波路
１０３、１０６、方向性結合器
４０３、４０６　ＭＭＩ
２６３、５０３、５０６　スラブ光導波路
１０４、１０５、４０４、４０５　アーム導波路
１０７、２０８、４０７、５０８　出力導波路
２０３　光分岐部
２０６　光結合部
２０７、５０７、２６７　（アレイ）光導波路
６１０、６２０、５０４１～５０４３、１３１～１３３、１４１～１４３、１５１～１５３、２６４１～２６４５、２７４１～２７４５、２８４１～２８４５、２９４１～２９４５、３０４１～３０４４、９１０、４１０　溝
４０８，５０４　光強度補償部位
５２０　温度調整用の溝
６０３、９０１　コア層
６０２、９０２　下部クラッド層
６０４、９０３　上部クラッド層
６４０　高強度光
９１１　熱伝導率の異なる材料で形成された領域

Claims

　同一平面内に構成された導波路型光干渉計回路であって、入力導波路、光分岐部、光結合部、出力導波路、及び前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたそれぞれ長さの異なる複数の光導波路を含み、
　前記光分岐部から前記光結合部に至る光経路に光強度補償部位が形成され、
　前記光経路を伝搬する光に対する実効屈折率の入射光強度の光強度係数と、前記光強度補償部位を伝搬する光に対する実効屈折率の入射光強度の光強度係数が異なることを特徴とする導波路型光干渉計回路。
　前記光強度補償部位は、前記光分岐部、もしくは前記光結合部の少なくとも一方に設けられ、前記光経路を横断する少なくとも１本の溝として形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路型光干渉計回路。
　前記光分岐部に入射される全入射光強度をＰtotalとし、
　前記光分岐部において、前記光強度補償部位がない場合に前記入力導波路からの接続端の中心と、前記光分岐部と前記光結合部とに挟まれたｉ番目（ｉは正の整数）の前記光導波路への接続端の中心とを結ぶ光経路の直線をＫ、Ｋの光学的距離をＬａｉとし、前記ｉ番目の光導波路の光学的距離をＬｂｉとし、
　前記ｉ番目の前記直線Ｋの光経路によって横断された前記溝の溝幅の光強度補償部位の形成による光学的距離の変化分の合計値をＬｒｉ、ｄ／ｄＰtotalを全入射光強度Ｐtotalに対する光学的距離の光強度係数としたとき、
　ｄ（２×Ｌａｉ＋Ｌｂｉ＋Ｌｒｉ）／ｄＰtotal＝Ｃ
　　但しｉ＝１～Ｎ、Ｃはｉによらない一定値、Ｎは光導波路の本数
としたことを特徴とする請求項２に記載の導波路型光干渉計回路。
　ｊ番目（ｊは正の整数かつｊ≠ｉ）の光経路によって横断された前記溝の溝幅の光学的距離の合計値をＬｒｊとしたとき、
　前記ｉ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｉが、前記ｊ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｊより長い場合、
　Ｌｒｉ＞　Ｌｒｊ
としたことを特徴とする請求項３に記載の導波路型光干渉計回路。
　前記ｉ番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をＬｑｉ、ｊ番目（ｊは正の整数かつｊ≠ｉ）の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をＬｑｊとしたとき、
　前記ｉ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｉが、前記ｊ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｊより長い場合、
　Ｌｑｉ＞　Ｌｑｊ　
としたことを特徴とする請求項３に記載の導波路型光干渉計回路。
　ｊ番目（ｊは正の整数かつｊ≠ｉ）の光経路によって横断された前記溝幅の光学的距離の合計値をＬｒｊ、前記ｉ番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をＬｑｉ、前記ｊ番目の光経路によって横断された前記溝の間隔の光学的距離の合計値をＬｑｊとしたとき、
　前記ｉ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｉが、前記ｊ番目の光導波路の光学的距離Ｌｂｊより長い場合、
　（Ｌｒｉ／Ｌｑｉ） ≦　（Ｌｒｊ／Ｌｑｊ）
としたことを特徴とする請求項３に記載の導波路型光干渉計回路。
　前記溝の溝幅、もしくは複数の溝の間隔の各合計が、前記入力導波路より入射された光が前記光分岐部内を放射される時の光強度分布に比例することを特徴とする請求項２に記載の導波路型光干渉計回路。
　ｉ番目（ｉは正の整数）の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝間の間隔の光学的距離の合計をＬｑｉとするとき、
　Ｌｑｉをθの関数として、ガウス分布の関数とした
こと特徴とする請求項７に記載の導波路型光干渉計回路。
　ｉ番目（ｉは正の整数）の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝幅の光学的距離の合計をＬｒｉとするとき、
　Ｌｒｉをθの関数として、定数からＬｒｉを差し引いた差分をガウス分布の関数とした
こと特徴とする請求項７に記載の導波路型光干渉計回路。
　ｉ番目（ｉは正の整数）の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝間の間隔の光学的距離の合計をＬｑｉとするとき、
　Ｌｑｉをθの関数として、Ｓｉｎｃ関数とした
こと特徴とする請求項７に記載の導波路型光干渉計回路。
　ｉ番目（ｉは正の整数）の光経路の直線の中心軸に対する放射角度をθi、前記光経路の直線によって横断された各溝幅の光学的距離の合計をＬｒｉとするとき、
　Ｌｒｉをθの関数として、定数からＬｒｉを差し引いた差分をＳｉｎｃ関数とした
こと特徴とする請求項７記載の導波路型光干渉計回路。
　前記光強度補償部位の表面、または底面に、前記光経路に沿って、熱伝導率の異なる材料を配置する構造を有する
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の導波路型光干渉計回路。
　前記光分岐部、もしくは前記光結合部はスラブ光導波路で構成され、下部クラッド、コア及び上部クラッドから構成される埋め込み導波路構造であり、
　前記光強度補償部位は、光経路を横断して、少なくとも部分的に前記コアを横断する溝構造を形成する
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の導波路型光干渉計回路。
　前記光強度補償部位は、前記光導波路の少なくとも１つに設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路型光干渉計回路。
　前記光強度補償部位は、前記光導波路を少なくとも部分的に横断する溝で形成される
ことを特徴とする請求項１４に記載の導波路型光干渉計回路。
　前記光強度補償部位の周囲に、前記光導波路に沿って、温度調整用の溝を形成する
ことを特徴とする請求項１４に記載の導波路型光干渉計回路。
　前記光強度補償部位の周囲に、前記光導波路に沿って、熱伝導率の異なる材料を配置する構造を有する
ことを特徴とする請求項１４に記載の導波路型光干渉計回路。
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路における光強度補償部位の光学的距離の平均値Ｌａｊが、
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路における光強度補償部位の光学的距離の平均値Ｌｂｋよりも短くなる
ことを特徴とする請求項１４に記載の導波路型光干渉計回路。
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路における複数の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Ｌｃｊが、
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路における複数の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Ｌｄｋよりも長くなる
ことを特徴とする請求項１４に記載の導波路型光干渉計回路。
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が長い一方の光導波路において、複数の光強度補償部位の光学的距離の平均値Ｌａｊと、複数の光強度補償部位の間の光導波路の光学的距離の平均値Ｌｃｊとの比を（Ｌａｊ／Ｌｃｊ）とし、
　長さの異なる複数の前記光導波路のうち、導波路長が短い他方の光導波路において、複数の光強度補償部位の光学的距離の平均値Ｌｂｋと、複数の光強度補償部位の間の導波路の光学的距離の平均値Ｌｄｋとの比を（Ｌｂｋ／Ｌｄｋ）としたとき、
　（Ｌａｊ／Ｌｃｊ）≦（Ｌｂｋ／Ｌｄｋ）
である
ことを特徴とする請求項１４に記載の導波路型光干渉計回路。
　前記光導波路は、下部クラッド、コア及び上部クラッドから構成される埋め込み導波路構造であり、前記光強度補償部位は、光波の進行方向に交差して、少なくとも部分的に前記コアを横断する溝構造を形成する
ことを特徴とする請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載の導波路型光干渉計回路。