WO2022138875A1 - 光学デバイスおよび光学装置 - Google Patents

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WO2022138875A1
WO2022138875A1 PCT/JP2021/048042 JP2021048042W WO2022138875A1 WO 2022138875 A1 WO2022138875 A1 WO 2022138875A1 JP 2021048042 W JP2021048042 W JP 2021048042W WO 2022138875 A1 WO2022138875 A1 WO 2022138875A1
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WO
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waveguide
port
optical device
coupler
multimode interference
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/048042
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English (en)
French (fr)
Inventor
匡廣 吉田
陽祐 寺田
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
    • G02B6/2813—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs based on multimode interference effect, i.e. self-imaging
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29344—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by modal interference or beating, i.e. of transverse modes, e.g. zero-gap directional coupler, MMI
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections

Definitions

  • the present invention relates to an optical device and an optical device.
  • an optical device having a waveguide an optical device having a multimode interference lens is known (for example, Patent Document 1).
  • the multimode interference lens is provided at a portion where two waveguides intersect.
  • the intersection angle of the two waveguides is set to 80 ° to 100 ° from the viewpoint of transmission quality.
  • one of the subjects of the present invention is, for example, to obtain a new improved optical device and an optical device that can be configured in a smaller size.
  • the optical device of the present invention is, for example, separated from the first port, the second port separated from the first port in the first direction, and the second port separated from the second port in the second direction intersecting the first direction.
  • the third port, the fourth port separated from the first port in the second direction, and the light input from the first port are waveguideed to the third port and the light input from the second port.
  • a coupler having a multi-mode interference waveguide that waveguides light to the fourth port, and light that is optically connected to the first port and input to the coupler via the first port is waveguideed.
  • the first waveguide is optically connected to the second port
  • the second waveguide is optically connected to the second port
  • the second waveguide is optically connected to the second port to waveguide the light input to the coupler through the second port.
  • a third waveguide that waveguides light output from the coupler via the third port and an optical connection with the fourth port guide the light output from the coupler via the fourth port. It is equipped with a fourth waveguide that undulates.
  • the length of the multimode interference waveguide in the first direction is L
  • the width of the multimode interference waveguide in the second direction is W
  • the effective refraction of the multimode interference waveguide is n
  • the wavelength of the light propagated in the multimode interference waveguide is ⁇
  • the natural number of 1 or more is m
  • the multimode interference waveguide has 80 [%] or more of the light from the first waveguide guided into the third waveguide and the light from the second waveguide. 80 [%] or more may be guided to the fourth waveguide.
  • the optical device may include a temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the multimode interference waveguide.
  • the temperature adjusting mechanism may be an electric heater.
  • the optical device comprises a first end in the first direction and a second end in the opposite direction of the first direction, and the first waveguide comprises the second end and the first port.
  • the second waveguide extends between the first end and the second port, and the third waveguide extends between the first end and the third port.
  • the fourth waveguide may extend between the second end and the fourth port.
  • the optical device comprises a first end in the first direction, the first waveguide has a first curved portion that bends in a substantially U shape, with the first end and the first port.
  • the second waveguide extends between the first end and the second port, and the third waveguide extends between the first end and the third port.
  • the fourth waveguide has a second curved portion that bends in a substantially U-shape and may extend between the first end portion and the fourth port.
  • the waveguide and the second optical path length of the light guided by the fourth waveguide may be substantially the same.
  • Each of the second signal waveguides including the fourth waveguide may have a component having different phases of the modulated signal.
  • the multimode interference waveguide may be configured by a semiconductor mesa.
  • the optical device includes an amplification unit that amplifies light in at least one of the first waveguide, the second waveguide, the third waveguide, and the fourth waveguide.
  • the multi-mode interference waveguide may be provided away from the amplification section.
  • the optical device of the present invention includes, for example, the optical device and an optical component optically connected to the optical device.
  • the optical device may be provided with a modulator as the optical component.
  • FIG. 1 is an exemplary and schematic plan view of the optical device of the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary and schematic plan view of the multimode interference waveguide included in the optical device of the first embodiment.
  • FIG. 3 is an exemplary and schematic plan view of the optical device of the second embodiment.
  • FIG. 4 is an exemplary and schematic plan view of the multimode interference waveguide of the third embodiment.
  • FIG. 5 is an exemplary and schematic plan view of the multimode interference waveguide of the fourth embodiment.
  • FIG. 6 is an exemplary and schematic plan view of the optical device of the fifth embodiment.
  • FIG. 7 is an exemplary and schematic plan view of the optical device of the sixth embodiment.
  • the X direction is represented by an arrow X
  • the Y direction is represented by an arrow Y
  • the Z direction is represented by an arrow Z.
  • the X, Y, and Z directions intersect and are orthogonal to each other.
  • FIG. 1 is a plan view of the optical device 100A (100) of the first embodiment.
  • the optical device 100A is configured on a semiconductor substrate by a known semiconductor process.
  • the semiconductor substrate can be configured, for example, with a group III-V semiconductor material as a main constituent material.
  • the optical device 100A is a rectangle whose length in the X direction is longer than the length (width) in the Y direction when viewed in a plan view, that is, in the direction opposite to the Z direction. It has a rectangular appearance. Further, the optical device 100A has a predetermined thickness in the Z direction, and has a flat rectangular parallelepiped shape as a whole.
  • the optical device 100A includes two transmission paths 20 (20I, 20Q) as transmission paths for transmitting signals.
  • the transmission path 20I transmits an I signal which is an optical signal
  • the transmission path 20Q transmits a Q signal which is an optical signal.
  • the two transmission paths 20 are provided substantially along a virtual plane intersecting the Z direction at a predetermined position in the Z direction in the optical device 100A.
  • the two transmission paths 20I and 20Q intersect at the coupler 10A (10). In other words, the coupler 10A is shared by the two transmission paths 20I and 20Q.
  • the I signal and the Q signal are examples of signals having different phases.
  • the phase difference between the I signal and the Q signal is 90 °.
  • the I signal is an in-phase component of the complex-modulated signal
  • the Q signal is an orthogonal component of the complex-modulated signal.
  • the transmission path 20I is a path from the input port 21i to the output port 21o, and has a waveguide 21a, 21b, 21c, 21d, a coupler 10A, and a waveguide 21e, 21f.
  • the waveguides 21a to 21f are sections constituting the transmission path 20I, respectively.
  • the input port 21i is an example of a first input port
  • the output port 21o is an example of a first output port.
  • the transmission path 20Q is a path from the input port 22i to the output port 22o, and has a waveguide 22a, 22b, 22c, 22d, a coupler 10A, and a waveguide 22e, 22f.
  • Each of the waveguides 22a to 22f is a section constituting the waveguide.
  • the input port 22i is an example of a second input port
  • the output port 22o is an example of a second output port.
  • the arrangement of the transmission paths 20I and 20Q is not limited to the example of FIG. 1, for example, the transmission path 20I is provided at the position of the transmission path 20Q of FIG. 1, and the transmission path 20Q is the transmission path 20I of FIG. It may be provided at a position.
  • the waveguides 21a, 22a, 21f, 22f are active waveguides and have an embedded waveguide structure having an active layer (not shown).
  • the active layer has, for example, a GaInAsP-based semiconductor material or a multiple quantum well (MQW) structure made of an AlGaInAs-based semiconductor material.
  • Electrodes 23 are provided corresponding to each of the waveguides 21a, 22a, 21f, and 22f.
  • an optical amplification action is generated, which causes the waveguides 21a, 22a, 21f. , 22f
  • the I signal or Q signal transmitted is amplified.
  • the electrode 23 and the active layer constitute an optical amplifier.
  • the optical device 100A is an example of a semiconductor optical amplifier, and may also be referred to as an array-type semiconductor optical amplifier element.
  • the waveguides 21a, 22a, 21f, and 22f are curved in the vicinity of the end face 100a in the X direction so as to go in the opposite direction in the Y direction as they go in the X direction.
  • the light reflected by the input ports 21i and 22i and the output ports 21o and 22o that is, the end face 100a of the optical device 100A, is suppressed from returning to the transmission path.
  • the end face 100a is provided with an antireflection (AR) coating for preventing reflection.
  • AR antireflection
  • the waveguides 21a, 22a, 21f, and 22f each extend linearly along the X direction and are substantially parallel to each other.
  • the waveguides 21a, 22a, 21f, and 22f are arranged in the Y direction at predetermined intervals, for example, at regular intervals in the Y direction.
  • the waveguides 21b, 21c, 21d, 21e, 22b, 22c, 22d, 22e are passive waveguides, which are high-mesa-type waveguide structures having a clad layer and an optical waveguide (not shown). It has a semiconductor waveguide structure.
  • the clad layer of the waveguide is made of, for example, n-type InP or i-type InP, and the core layer is made of, for example, an i-type GaInAsP-based semiconductor material having a bandgap wavelength of 1300 [nm].
  • the high-mesa-type waveguide structure can also be referred to as a deep ridge waveguide structure.
  • the waveguides 21b, 22b, 21e, and 22e extend substantially along the X direction, respectively. Further, the waveguides 21b, 22b, 21e, and 22e are arranged in the Y direction with a predetermined interval, for example, a constant interval in the Y direction, respectively.
  • the waveguides 21d and 22c extend substantially along the X direction, respectively. Further, the waveguides 21d and 22c are arranged in the Y direction with a predetermined interval, for example, a constant interval in the Y direction, respectively.
  • the waveguides 21d and 22b are arranged in the X direction with an interval in the X direction. Further, the waveguides 22c and 21e are arranged in the X direction with an interval in the X direction.
  • the waveguide 21c connects the ends of the linear waveguides 21b and 21d in the opposite directions in the X direction, and is curved in an arc shape or a U shape.
  • the waveguides 21b, 21c, and 21d form a waveguide curved in a substantially U shape.
  • the waveguide 22d connects the ends of the linear waveguides 22c and 22e in the opposite directions in the X direction, and is curved in an arc shape or a U shape.
  • the waveguides 22c, 22d, and 22e constitute a waveguide curved in a substantially U shape.
  • the active waveguides 21a, 22a, 21f, 22f and the passive waveguides 21b, 22b, 21e, 22e are each optically connected by, for example, a butt joint connection.
  • a region may be provided.
  • FIG. 2 is a plan view of the coupler 10A. As shown in FIG. 2, the coupler 10A has a multimode interference waveguide 11 and four ports 12a-12d.
  • the multimode interference waveguide 11 has a square shape in a plan view, and in the present embodiment, has a rectangular shape in which the length L in the X direction is larger than the width W in the Y direction. Further, the multimode interference waveguide 11 has a substantially constant thickness in the Z direction, and has a flat rectangular parallelepiped shape as a whole.
  • the ports 12a to 12d are optically connected to the four corners of the multimode interference waveguide 11 in a plan view.
  • the port 12a is connected to a corner located at the end of the multimode interference waveguide 11 in the opposite direction in the X direction and the opposite direction in the Y direction.
  • the port 12b is connected to a corner located at the end of the multimode interference waveguide 11 in opposite directions in the X and Y directions.
  • the port 12c is connected to a corner located at the end of the multimode interference waveguide 11 in the X and Y directions.
  • the port 12d is connected to a corner portion of the multimode interference waveguide 11 located at the end in the opposite direction in the X direction and in the Y direction.
  • the port 12b is separated from the port 12a in the X direction
  • the port 12c is separated from the port 12b in the Y direction
  • the port 12d is separated from the port 12a in the Y direction.
  • the ports 12a and 12b are arranged in the X direction
  • the ports 12c and 12d are arranged in the X direction.
  • the ports 12b and 12c are arranged in the Y direction
  • the ports 12a and 12d are arranged in the Y direction.
  • the X-direction spacing of the ports 12a and 12b and the X-direction spacing of the ports 12c and 12d are substantially the same, and the Y-direction spacing of the ports 12b and 12c and the Y-direction spacing of the ports 12a and 12d.
  • ports 12a to 12d have substantially the same shape, and all have a width Wp in the Y direction and extend in the X direction. Further, the gap Wg between the ports 12b and 12c adjacent to each other in the Y direction and the gap between the ports 12a and 12d are substantially the same.
  • Port 12a is an example of a first port
  • port 12b is an example of a second port
  • port 12c is an example of a third port
  • port 12d is an example of a fourth port.
  • the I signal from the port 12a is guided to the port 12c and the Q signal from the port 12b is ported. It has been found that it can be guided to 12d.
  • L 4 ⁇ n ⁇ W 2 ⁇ (2m-1) / ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (2)
  • n is the effective refractive index of the multimode interference waveguide 11
  • m is a natural number of 1 or more.
  • the ratio of waveguide I signal from port 12a to port 12c and the ratio of waveguide Q signal from port 12b to port 12d of the multimode interference waveguide 11 can be determined. , 50 [%] or more can be changed to the desired value. In the present embodiment, the ratio is preferably close to 100 [%], for example, 80 [%] or more, and preferably 95 [%] or more.
  • the waveguides 21a to 21d which are in front of the coupler 10A in the transmission path 20I of the I signal, are optically connected to the port 12a of the coupler 10A. That is, the waveguides 21a to 21d are the I signals input to the input port 21i, and the I signals input to the coupler 10A via the port 12a are guided.
  • the waveguide 21d immediately before the port 12a is adjacent to the port 12a in the opposite direction to the X direction and extends in the X direction, and guides the I signal in the X direction.
  • the waveguides 21a to 21d are examples of the first waveguide. Further, the waveguide 21c or the waveguide 21b, 21c, 21d is an example of the first curved portion.
  • the waveguides 22a and 22b which are in front of the coupler 10A in the Q signal transmission path 20Q, are optically connected to the port 12b of the coupler 10A. That is, the waveguides 22a and 22b are Q signals input to the input port 22i and are guided to the Q signal input to the coupler 10A via the port 12b.
  • the waveguide 22b immediately before the port 12b is adjacent to the port 12b in the X direction and extends in the X direction, and guides the Q signal in the opposite direction to the X direction.
  • the waveguides 22a and 22b are examples of the second waveguide.
  • the waveguides 21e and 21f which are behind the coupler 10A in the transmission path 20I of the I signal, are optically connected to the port 12c of the coupler 10A.
  • the waveguides 21e and 21f guide the I signal between the port 12c and the output port 21o. That is, the waveguides 21e and 21f are I signals output from the coupler 10A via the port 12c, and the I signals output from the output port 21o are guided.
  • the waveguide 21e immediately after the port 12c is adjacent to the port 12c in the X direction and extends in the X direction, and guides the I signal in the X direction.
  • the waveguides 21e and 21f are examples of the third waveguide.
  • the waveguides 22c to 22f which are behind the coupler 10A in the Q signal transmission path 20Q, are optically connected to the port 12d of the coupler 10A. That is, the waveguides 22c to 22f are Q signals output from the coupler 10A via the port 12d, and the Q signal output from the output port 22o is guided.
  • the waveguide 22c immediately after the port 12d is adjacent to the port 12d in the opposite direction in the X direction and extends in the X direction, and the Q signal is guided in the opposite direction in the X direction.
  • the waveguides 22c to 22f are examples of the fourth waveguide. Further, the waveguide 22d or the waveguides 22c, 22d, 22e are examples of the second curved portion.
  • the coupler 10A having the multi-mode interference waveguide 11 is provided.
  • the coupler 10A has a multi-mode interference lens as in the prior art instead of the multi-mode interference waveguide 11, the virtual line connecting the ports 12a and 12c and the ports 12b and 12d are connected. It is necessary to set the angle with the connecting virtual line to 80 ° to 100 °, and the coupler 10A becomes larger in the Y direction by that amount.
  • the coupler 10A has the multi-mode interference waveguide 11, and the distance between the ports 12a and 12d and between the ports 12b and 12c, that is, the multi-mode, as compared with the multi-mode interference lens.
  • the width W of the interference waveguide 11 (coupler 10A) in the Y direction can be made narrower. Therefore, according to the present embodiment, the coupler 10A and thus the optical device 100A can be configured to be smaller.
  • the coupler 10A has a directional coupler instead of the multimode interference waveguide 11, the directional coupler has a larger wavelength dependence than the multimode interference waveguide 11, and therefore the wavelength that can be used. There is a risk that the band will be limited. Further, since the directional coupler needs to have a smaller gap between the input / output waveguides than the multimode interference waveguide 11, it may be difficult to manufacture or the manufacturing method may be limited. There is. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain a coupler 10A and thus an optical device 100A which has less wavelength dependence and can be manufactured more easily.
  • the transmission path 20I and the transmission path 20Q intersect each other, so that different transmission paths 20I and 20Q are input.
  • the ports 21i and 22i can be arranged next to each other, and the output ports 21o and 22o of a plurality of different transmission paths 20I and 20Q can be arranged next to each other.
  • the transmission path (hereinafter referred to as an external input transmission path) that optically connects the input ports 21i and 22i and the optical component different from the optical device 100A, and the output ports 21o and 22o and the optical device 100A are
  • a transmission path connecting to yet another optical component (hereinafter referred to as an external output transmission path) can be arranged outside the optical device 100A without three-dimensionally intersecting each other.
  • the U-shaped transmission path 20I and the U-shaped transmission path 20Q in a plan view are arranged in the Y direction without intersecting each other in the optical device 100.
  • the input port 21i and the output port 21o of the transmission path 20I are arranged next to each other, and the input port 22i and the output port 22o of the transmission path 20Q are arranged next to each other.
  • the external input transmission path connected to one of the input ports 21i and 22i and the external output transmission path connected to one of the output ports 21o and 22o are three-dimensional with each other.
  • the configuration of the optical device including the optical device 100A and the external input transmission path and output transmission path may become more complicated.
  • the input ports 21i and 22i of the different transmission paths 20 can be arranged next to each other, and the output ports 21o and 22o of the different transmission paths 20 can be arranged next to each other. Can be arranged together. Therefore, according to the present embodiment, for example, in an optical device 100A and thus an optical device provided with the optical device 100A, it becomes easy to optically connect the input ports 21i and 22i to other optical components, and the output ports 21o. It becomes easier to optically connect the 22o to another optical component.
  • the coupler 10A having the multi-mode interference waveguide 11 by providing the coupler 10A having the multi-mode interference waveguide 11, different transmission paths 20I and 20Q in which the input ports 21i and 22i and the output ports 21o and 22o are arranged together are provided.
  • the optical path lengths of the transmission paths 20I and 20Q can be set to be substantially the same. Therefore, according to the present embodiment, for example, the difference in loss between the I signal and the Q signal, that is, the difference in amplitude and intensity increases depending on the difference in the optical path length between the plurality of transmission paths 20I and 20Q. , It is possible to suppress the phase difference between the I signal and the Q signal from deviating from the set value.
  • the coupler 10A having the multi-mode interference waveguide 11 is provided at a portion configured as a high mesa (semiconductor mesa) and is provided away from the amplification portion including the electrode 23 and the active layer.
  • the multi-mode interference waveguide 11 is provided in the active waveguides 21a, 22a, 21f, 22f of the embedded structure provided with the amplification unit, the passive waveguide structure configured as a high mesa. The light confinement is lower than that of.
  • the coupler 10A having the multi-mode interference waveguide 11 is provided in the high mess and is provided away from the amplification portion including the electrode 23 and the active layer, for example, by providing the coupler 10A and thus the coupler 10A.
  • the above-mentioned various effects can be obtained by providing the coupler 10A having the multi-mode interference waveguide 11 while suppressing the increase in size of the optical device 100A.
  • an input port 21i, an input port 22i, an output port 21o, and an output port 22o are provided on the end surface 100a of the optical device 100A in the X direction (first direction). According to such a configuration, for example, it is not necessary to provide a plurality of end faces 100a having high cleavage accuracy, and an advantage that the optical device 100A can be manufactured at a lower cost can be obtained.
  • FIG. 3 is a plan view of the optical device 100B (100) of the second embodiment.
  • the optical device 100B of the present embodiment is different from the optical device 100A of the first embodiment in that it includes a temperature adjusting mechanism 24 for adjusting the temperature of the multimode interference waveguide 11 (coupler 10A). Except for this point, the optical device 100B has the same configuration as the optical device 100A.
  • the temperature adjusting mechanism 24 is, for example, a heater arranged so as to overlap in the Z direction with respect to the multimode interference waveguide 11, and is, for example, electric heat generated by electric resistance to electric power supplied through the wirings 24a and 24b. It is a heater.
  • the heater of the temperature adjusting mechanism 24 is made of, for example, a nickel-chromium alloy or the like.
  • the wirings 24a and 24b are made of, for example, titanium, platinum, gold, or an alloy containing them.
  • a protective film is interposed between the multi-mode interference waveguide 11 and the heater of the temperature adjusting mechanism 24 and the wirings 24a and 24b.
  • the protective film is made of a material having a lower refractive index than the core and clad of the multimode interference waveguide 11, such as silicon nitride.
  • the effective refractive index n of the multimode interference waveguide 11 is changed by changing the temperature of the multimode interference waveguide 11 by the temperature adjusting mechanism 24, whereby the multimode interference waveguide 11 is changed.
  • the waveguide characteristics and branch characteristics of 11 can be changed.
  • an error in the width W or length L of the multimode interference waveguide 11 occurs due to manufacturing variation, and the effective refractive index n of the multimode interference waveguide 11 changes according to a temperature change.
  • the waveguide characteristic and the branching characteristic can be corrected so as to approach the desired characteristics by the temperature adjusting mechanism 24.
  • the temperature adjusting mechanism 24 is not limited to the electric heater, and may be, for example, a thermoelectric cooler having a thermoelectric element (Pelche element). In this case, the thermoelectric cooler may adjust the temperature of the optical device 100B as a whole, or may locally adjust the temperature of the multimode interference waveguide 11.
  • FIG. 4 is a plan view of the coupler 10C (10) of the third embodiment.
  • the coupler 10C of the present embodiment is different from the coupler 10A of the first embodiment in that it has a multimode interference waveguide 11 having a different shape in a plan view.
  • the multimode interference waveguide 11 has tapered portions 11t1, 11t2 and a monospaced portion 11s.
  • the tapered portion 11t1 is located on the ports 12b and 12c sides, and has a substantially isosceles trapezoidal shape in a plan view. That is, the width of the tapered portion 11t1 in the Y direction gradually decreases toward the opposite direction of the X direction, that is, as it approaches the ports 12a and 12d.
  • the monospaced portion 11s is located on the opposite side of the tapered portion 11t1 in the X direction, that is, adjacent to the ports 12a and 12d. Further, the monospaced portion 11s has a square shape in a plan view. That is, the width of the monospaced portion 11s in the Y direction is constant.
  • the tapered portion 11t2 is located on the ports 12a and 12d, and has a substantially isosceles trapezoidal shape in a plan view. That is, the width of the tapered portion 11t2 in the Y direction gradually decreases toward the X direction, that is, as it approaches the ports 12b and 12d.
  • the width of the monospaced portion 11s and the width (minimum width) of the narrowest portion of the tapered portions 11t1 and 11t2 are substantially the same. Further, the lengths Lt1 and Lt2 of the tapered portions 11t1 and 11t2 in the X direction are substantially the same. The length of the monospaced portion 11s in the X direction is defined as Ls.
  • the tapered portions 11t1, 11t2 and the monospaced portions 11s are narrow portions having an average width narrower than the width at the end portions 11e1, 11e2 in the X direction. Further, let A be the difference between the width W of the multimode interference waveguide 11 and the minimum width. In this case, the position of the end portion of the monospaced portion 11s in the X direction and the opposite direction to the X direction, that is, the position of the end portion in the width direction is A / 2 inward from the position of the end portion in the width direction of the maximum width portion. positioned. In this case, the average width of the tapered portions 11t1 and 11t2 in the Y direction is (WA / 2).
  • the width (WA) of the monospaced portion 11s is, for example, 25 [%] or more and less than 100 [%] of W. Further, the length Ls of the monospaced portion 11s is, for example, 10 [%] or more and less than 100 [%] of the length L of the multimode interference waveguide 11.
  • the coupler 10C having the multi-mode interference waveguide 11 has a high degree of freedom in designing the optical characteristics and the excess loss is reduced.
  • the shape of the multi-mode interference waveguide 11 is appropriately adjusted by using BPM (beam propagation method) analysis or the like, and the following equation (3) is used in the shape of FIG. L ⁇ 4 ⁇ n ⁇ W 2 ⁇ (2m-1) / ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (3)
  • the I signal from the port 12a can be guided to the port 12c at a ratio of at least 50 [%] or more
  • the Q signal from the port 12b can be guided to the port 12d at a ratio of at least 50 [%] or more. It has been found that it can be guided to.
  • the coupler 10C having the multi-mode interference waveguide 11 and the optical device 100 including the coupler 10C are obtained by the multi-mode interference waveguide 11 having a configuration satisfying the equation (3). It can be configured smaller.
  • the ratio of the I signal from the port 12a to the port 12c and the Q signal from the port 12b of the multimode interference waveguide 11 are transmitted to the port 12d by setting or adjusting the specifications of each part.
  • the ratio of waveguide to is changed to the desired value of 50 [%] or more.
  • the ratio is preferably close to 100 [%], for example, 80 [%] or more, and preferably 95 [%] or more.
  • the following equation (1) which is a combination of the equation (2) and the equation (3), is obtained.
  • the I signal from the port 12a can be guided to the port 12c at a ratio of at least 50 [%] or more
  • the Q signal from the port 12b can be guided to the port 12d at a ratio of at least 50 [%] or more. It is clear that it can be guided.
  • FIG. 5 is a plan view of the coupler 10D (10) of the fourth embodiment.
  • the coupler 10D of the present embodiment is different from the coupler 10A of the first embodiment and the coupler 10C of the third embodiment in that it has a multimode interference waveguide 11 having a different shape in a plan view. ..
  • the side edges 11a on both sides of the multimode interference waveguide 11 in the Y direction are provided with an uneven shape including at least one of a concave portion and a convex portion.
  • the I signal from the port 12a of the multimode interference waveguide 11 is obtained by appropriately adjusting the uneven shape of the side edge 11a using BPM analysis, that is, by designing using the topology optimization method.
  • the ratio of waveguide to port 12c and the ratio of waveguide of Q signal from port 12b to port 12d can be changed to the desired value of 50 [%] or more. Also in this embodiment, the ratio is preferably close to 100 [%], for example, 80 [%] or more, and preferably 95 [%] or more.
  • FIG. 5 shows the Y direction enlarged from the X direction.
  • the multi-mode interference waveguide 11 having a concave-convex shape including at least one of a concave portion and a convex portion on the side edge 11a causes the multi-mode interference waveguide, the coupler 10C having the 11, and thus the coupler 10C.
  • the optical device 100 provided with the coupler 10C can be made smaller. Further, in the coupler 10D designed by the topology optimization method, an advantage that excess loss can be suppressed to a small value can be obtained.
  • FIG. 6 is a plan view of the optical device 100E (100) of the fifth embodiment.
  • the optical device 100E of the present embodiment is different from the optical device 100A of the first embodiment in that neither the transmission path 20I of the I signal nor the transmission path 20Q of the Q signal has a curved portion. ..
  • the input port 21i of the transmission path 20I is provided on the end surface 100b on the opposite side of the optical device 100E in the X direction.
  • the active waveguide 21a between the input port 21i and the passive waveguide 21d is located adjacent to the waveguide 21d in the opposite direction in the X direction.
  • the output port 22o of the transmission path 20Q is also provided on the end face 100b.
  • the active waveguide 22f between the output port 22o and the passive waveguide 22c is located adjacent to the waveguide 22c in the opposite direction in the X direction.
  • the waveguides 21a and 22f are curved in the vicinity of the end face 100b so as to go in the Y direction as they go in the opposite direction in the X direction. As a result, the light reflected by the input ports 21i and 22i, that is, the end face 100b of the optical device 100A, is suppressed from returning to the transmission path. Further, the end face 100b is provided with an antireflection (AR) coating for preventing reflection. Except for the curved portion in the vicinity of the end face 100b, the waveguides 21a and 22f each extend linearly along the X direction and are substantially parallel to each other. The waveguides 21a and 22f are arranged in the Y direction at predetermined intervals, for example, at regular intervals in the Y direction. Further, the linear portion of the waveguide 21a is aligned with the waveguide 21d in the X direction, and the linear portion of the waveguide 22f is aligned with the waveguide 22c in the X direction.
  • AR antireflection
  • electrodes 23 are provided corresponding to the waveguides 21a and 22f, respectively. Also in this embodiment, as in the first embodiment, the optical amplification unit is composed of the electrode 23 and the active layer (not shown).
  • the optical device 100E of this embodiment also has a coupler 10A having a multimode interference waveguide 11. Therefore, even with this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by having the coupler 10A having the multi-mode interference waveguide 11.
  • the width of the optical device 100E in the Y direction can be further narrowed because the U-shaped waveguide is not provided.
  • FIG. 7 is a plan view of the optical device 1000 of the sixth embodiment.
  • the optical device 1000 of the present embodiment includes a light source 200, a modulator 300, an optical device 100F (100), and an optical device 100A (100).
  • the light source 200 outputs continuous waves C1 and C2.
  • the light source 200 is, for example, a tunable laser.
  • the continuous waves C1 and C2 output from the light source 200 are input to the modulator 300 via the transmission paths 20C1 and 20C2 (20) of the optical device 100F, respectively.
  • the optical device 100F has the same configuration as the optical device 100A.
  • the actual optical path length of the transmission paths 20C1 and 20C2 is about 4200 [ ⁇ m].
  • the modulator 300 is, for example, a DP-IQ (dual polarization In-phase Quadrature) modulator.
  • the modulator 300 is also an InP modulator.
  • the modulator 300 modulates the continuous waves C1 and C2 and outputs an IQ signal.
  • the IQ signals output from the modulator 300 are output from the output port 1000o of the optical device 1000 via the transmission paths 20I and 20Q (20) of the optical device 100A, respectively.
  • the actual optical path length of the transmission paths 20I and 20Q is about 3200 [ ⁇ m].
  • the transmission paths between the optical device 100A and the output port 1000o can be arranged without sterically intersecting each other.
  • the optical path length of the I signal transmission path 20I and the optical path length of the Q signal transmission path 20Q can be set to be substantially the same, and the continuous wave C1 can be set in the optical device 100F.
  • the optical path length of the transmission path 20C1 and the optical path length of the transmission path 20C2 of the continuous wave C2 can be set to be substantially the same.
  • the present invention can be used for optical devices and optical devices.
  • Multimode interference waveguide 11a Side edge 11e1, 11e2 ... End 11s ... Monospaced portion 11t1, 11t2 ... Tapered portion 12a ... Port (first port) 12b ... Port (second port) 12c ... Port (third port) 12d ... Port (4th port) 20, 20C1, 20C2, 20I, 20Q ... Transmission path 21a ... Waveguide (first waveguide) 21b-21d ... Waveguide (first waveguide, first bending part) 21e, 21f ... Waveguide (third waveguide) 21i ... Input port (first input port) 21o ... Output port (first output port) 22a, 22b ... Waveguide (second waveguide) 22f ...
  • Waveguide (fourth waveguide) 22c-22e ... Waveguide (fourth waveguide, second curved part) 22i ... Input port (second input port) 22o ... Output port (second output port) 23 ... Electrode 24 ... Temperature adjusting mechanism 24a, 24b ... Wiring 100, 100A, 100B, 100E, 100F ... Optical device 100a ... End face (first end) 100b ... End face (second end) 200 ... Light source 300 ... Modulator 1000 ... Optical device 1000o ... Output ports C1, C2 ... Continuous wave I ... Signal Q ... Signal X ... Direction (first direction) Y ... direction (second direction) Z ... direction

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Abstract

光学デバイス（１００）は、第一ポート（１２ａ）と、当該第一ポート（１２ａ）に対して第一方向に離れた第二ポート（１２ｂ）と、当該第二ポート（１２ｂ）から第一方向と交差した第二方向に離れた第三ポート（１２ｃ）と、第一ポート（１２ａ）から第二方向に離れた第四ポート（１２ｄ）と、第一ポート（１２ａ）から入力された光を第三ポート（１２ｃ）に導波するとともに第二ポート（１２ｂ）から入力された光を第四ポート（１２ｄ）に導波する多モード干渉導波路（１１）と、を有したカプラ（１０）と、第一ポート（１２ａ）を介してカプラ（１０）へ入力される光を導波する第一導波路（２１ａ）と、第二ポート（１２ｂ）を介してカプラへ入力される光を導波する第二導波路（２２ａ）と、第三ポート（１２ｃ）を介してカプラ（１０）から出力される光を導波する第三導波路（２１ｆ）と、第四ポート（１２ａ）を介してカプラ（１０）から出力される光を導波する第四導波路（２２ｆ）と、を備える。

Description

光学デバイスおよび光学装置
　本発明は、光学デバイスおよび光学装置に関する。
　従来、導波路が構成された光学デバイスとして、多モード干渉レンズを有した光学デバイスが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、多モード干渉レンズは、二つの導波路が交差する部位に設けられている。当該二つの導波路の交差角度は、伝送品質の点から、８０°～１００°に設定されている。
米国特許公開２００５／００３６７３７号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、上述したように、二つの導波路の交差角度が８０°～１００°と比較的大きいため、光学デバイスを小型化し難くなる虞がある。
　そこで、本発明の課題の一つは、例えば、より小さく構成することができるような、より改善された新規な光学デバイスおよび光学装置を得ること、である。
　本発明の光学デバイスは、例えば、第一ポートと、当該第一ポートに対して第一方向に離れた第二ポートと、当該第二ポートから前記第一方向と交差した第二方向に離れた第三ポートと、前記第一ポートから前記第二方向に離れた第四ポートと、前記第一ポートから入力された光を前記第三ポートに導波するとともに前記第二ポートから入力された光を前記第四ポートに導波する多モード干渉導波路と、を有したカプラと、前記第一ポートと光学的に接続され当該第一ポートを介して前記カプラへ入力される光を導波する第一導波路と、前記第二ポートと光学的に接続され当該第二ポートを介して前記カプラへ入力される光を導波する第二導波路と、前記第三ポートと光学的に接続され当該第三ポートを介して前記カプラから出力される光を導波する第三導波路と、前記第四ポートと光学的に接続され当該第四ポートを介して前記カプラから出力される光を導波する第四導波路と、を備える。
　前記光学デバイスにあっては、前記多モード干渉導波路の前記第一方向の長さをＬ、前記多モード干渉導波路の前記第二方向の幅をＷ、前記多モード干渉導波路の実効屈折率をｎ、前記多モード干渉導波路で伝播される光の波長をλ、１以上の自然数をｍ、としたとき、次の式（１）
　Ｌ≦４・ｎ・Ｗ２・（２ｍ－１）／λ　・・・（１）
が成り立ってもよい。
　前記光学デバイスにあっては、前記多モード干渉導波路は、前記第一導波路からの光の８０［％］以上を前記第三導波路に導波し、かつ前記第二導波路からの光の８０［％］以上を前記第四導波路に導波してもよい。
　前記光学デバイスは、前記多モード干渉導波路の温度を調整する温度調整機構を備えてもよい。
　前記光学デバイスにあっては、前記温度調整機構は、電熱ヒータであってもよい。
　前記光学デバイスは、前記第一方向の第一端部と、前記第一方向の反対方向の第二端部と、を備え、前記第一導波路は、前記第二端部と前記第一ポートとの間で延び、前記第二導波路は、前記第一端部と前記第二ポートとの間で延び、前記第三導波路は、前記第一端部と前記第三ポートとの間で延び、前記第四導波路は、前記第二端部と前記第四ポートとの間で延びてもよい。
　前記光学デバイスは、前記第一方向の第一端部を備え、前記第一導波路は、略Ｕ字状に曲がる第一湾曲部を有し、前記第一端部と前記第一ポートとの間で延び、前記第二導波路は、前記第一端部と前記第二ポートとの間で延び、前記第三導波路は、前記第一端部と前記第三ポートとの間で延び、前記第四導波路は、略Ｕ字状に曲がる第二湾曲部を有し、前記第一端部と前記第四ポートとの間で延びてもよい。
　前記光学デバイスにあっては、前記第一導波路、前記多モード干渉導波路、および前記第三導波路で導波される光の第一光路長と、前記第二導波路、前記多モード干渉導波路、および前記第四導波路で導波される光の第二光路長と、が略同じであってもよい。
　前記光学デバイスにあっては、前記第一導波路、前記多モード干渉導波路、および前記第三導波路を含む第一信号導波路、ならびに前記第二導波路、前記多モード干渉導波路、および前記第四導波路を含む第二信号導波路は、それぞれ、変調信号の互いに位相が異なる成分を導波してもよい。
　前記光学デバイスにあっては、前記多モード干渉導波路は、半導体メサにより構成されてもよい。
　前記光学デバイスにあっては、前記第一導波路、前記第二導波路、前記第三導波路、および前記第四導波路のうち少なくともいずれか一つにおいて、光を増幅する増幅部を備え、前記多モード干渉導波路は、前記増幅部からは外れて設けられてもよい。
　本発明の光学装置は、例えば、前記光学デバイスと、前記光学デバイスと光学的に接続された光学部品と、を備える。
　前記光学装置にあっては、前記光学部品として、変調器を備えてもよい。
　本発明によれば、より改善された新規な光学デバイスおよび光学装置を得ることができる。
図１は、第１実施形態の光学デバイスの例示的かつ模式的な平面図である。 図２は、第１実施形態の光学デバイスに含まれる多モード干渉導波路の例示的かつ模式的な平面図である。 図３は、第２実施形態の光学デバイスの例示的かつ模式的な平面図である。 図４は、第３実施形態の多モード干渉導波路の例示的かつ模式的な平面図である。 図５は、第４実施形態の多モード干渉導波路の例示的かつ模式的な平面図である。 図６は、第５実施形態の光学デバイスの例示的かつ模式的な平面図である。 図７は、第６実施形態の光学装置の例示的かつ模式的な平面図である。
　以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
　以下に示される複数の実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。
　本明細書において、序数は、部位や、方向等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。
　また、各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表す。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに互いに直交している。
［第１実施形態］
［光学デバイスの全体構成］
　図１は、第１実施形態の光学デバイス１００Ａ（１００）の平面図である。光学デバイス１００Ａは、半導体基板上に、公知の半導体プロセスによって構成されている。半導体基板は、例えば、III－V族半導体材料を主たる構成材料として構成されうる。
　光学デバイス１００Ａは、一例としては、図１に示されるように、平面視、すなわちＺ方向の反対方向に見た場合において、Ｘ方向の長さがＹ方向の長さ（幅）よりも長い長方形状の外観を呈している。また、光学デバイス１００Ａは、Ｚ方向に所定の厚さを有し、全体的には扁平な直方体状の形状を有している。
　また、光学デバイス１００Ａは、信号を伝送する伝送経路として、二つの伝送経路２０（２０Ｉ，２０Ｑ）を備えている。伝送経路２０Ｉは、光信号であるＩ信号を伝送し、伝送経路２０Ｑは、光信号であるＱ信号を伝送する。二つの伝送経路２０は、光学デバイス１００Ａ内のＺ方向の所定位置において、Ｚ方向と交差した仮想平面に略沿って設けられている。二つの伝送経路２０Ｉ，２０Ｑは、カプラ１０Ａ（１０）において、交差している。言い換えると、カプラ１０Ａは、二つの伝送経路２０Ｉ，２０Ｑにおいて共用されている。
　Ｉ信号およびＱ信号は、位相が互いに異なる信号の一例である。Ｉ信号とＱ信号との位相差は、９０°である。また、Ｉ信号は、複素変調信号の同相成分であり、Ｑ信号は、複素変調信号の直交成分である。
　伝送経路２０Ｉは、入力ポート２１ｉから出力ポート２１ｏまでの経路であり、導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、カプラ１０Ａ、および導波路２１ｅ，２１ｆを有している。導波路２１ａ～２１ｆは、それぞれ、伝送経路２０Ｉを構成する区間である。入力ポート２１ｉは、第一入力ポートの一例であり、出力ポート２１ｏは、第一出力ポートの一例である。
　また、伝送経路２０Ｑは、入力ポート２２ｉから出力ポート２２ｏまでの経路であり、導波路２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ、カプラ１０Ａ、および導波路２２ｅ，２２ｆを有している。導波路２２ａ～２２ｆは、それぞれ、導波経路を構成する区間である。入力ポート２２ｉは、第二入力ポートの一例であり、出力ポート２２ｏは、第二出力ポートの一例である。なお、伝送経路２０Ｉ，２０Ｑの配置は、図１の例には限定されず、例えば、伝送経路２０Ｉが図１の伝送経路２０Ｑの位置に設けられ、伝送経路２０Ｑが図１の伝送経路２０Ｉの位置に設けられてもよい。
　導波路２１ａ，２２ａ，２１ｆ，２２ｆは、能動型の導波路であって、不図示の活性層を有した埋込導波路構造を備えている。活性層は、例えば、GaInAsP系半導体材料、またはAlGaInAs系半導体材料で作られた、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。
　導波路２１ａ，２２ａ，２１ｆ，２２ｆのそれぞれに対応して、電極２３が設けられている。電極２３に他の電極（不図示）に対する所定の電位差を与え、活性層の活性領域（不図示）に電流を注入することにより、光増幅作用が生じ、これにより、導波路２１ａ，２２ａ，２１ｆ，２２ｆを伝送されるＩ信号またはＱ信号が増幅される。すなわち、本実施形態では、電極２３および活性層は、光増幅部を構成している。すなわち、光学デバイス１００Ａは、半導体光増幅器の一例であり、アレイ型半導体光増幅素子とも称されうる。
　また、導波路２１ａ，２２ａ，２１ｆ，２２ｆは、それぞれ、Ｘ方向の端面１００ａの近傍において、Ｘ方向に向かうにつれてＹ方向の反対方向に向かうように湾曲している。これにより、入力ポート２１ｉ，２２ｉおよび出力ポート２１ｏ，２２ｏ、すなわち光学デバイス１００Ａの端面１００ａにおいて反射した光が伝送経路を戻るのが、抑制されている。また、端面１００ａには、反射を防止するための反射防止（ＡＲ）コーティングが施されている。端面１００ａ近傍の湾曲部位を除き、導波路２１ａ，２２ａ，２１ｆ，２２ｆは、それぞれ、Ｘ方向に略沿って直線状に延びており、互いに略平行である。導波路２１ａ，２２ａ，２１ｆ，２２ｆは、それぞれ、Ｙ方向に所定の間隔、例えば一定の間隔をあけて、Ｙ方向に並んでいる。
　他方、導波路２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、受動型の導波路であって、不図示のクラッド層と光導波路とを有したハイメサ型の導波路構造、すなわち半導体メサ構造を備えている。導波路のクラッド層は、例えば、ｎ型InPまたはｉ型InPで作られ、コア層は、例えば、バンドギャップ波長が１３００［ｎｍ］のｉ型GaInAsP系半導体材料で作られる。なお、ハイメサ型の導波路構造は、ディープリッジ導波路構造とも称されうる。
　導波路２１ｂ，２２ｂ，２１ｅ，２２ｅは、それぞれ、Ｘ方向に略沿って延びている。また、導波路２１ｂ，２２ｂ，２１ｅ，２２ｅは、それぞれ、Ｙ方向に所定の間隔、例えば一定の間隔をあけて、Ｙ方向に並んでいる。
　導波路２１ｄ，２２ｃは、それぞれ、Ｘ方向に略沿って延びている。また、導波路２１ｄ，２２ｃは、それぞれ、Ｙ方向に所定の間隔、例えば一定の間隔をあけて、Ｙ方向に並んでいる。
　導波路２１ｄ，２２ｂは、Ｘ方向に間隔をあけて、Ｘ方向に並んでいる。また、導波路２２ｃ，２１ｅは、Ｘ方向に間隔をあけて、Ｘ方向に並んでいる。
　導波路２１ｃは、直線状の導波路２１ｂ，２１ｄのＸ方向の反対方向の端部間を接続し、円弧状またはＵ字状に湾曲している。導波路２１ｂ，２１ｃ，２１ｄにより、略Ｕ字状に湾曲した導波路が構成されている。
　導波路２２ｄは、直線状の導波路２２ｃ，２２ｅのＸ方向の反対方向の端部間を接続し、円弧状またはＵ字状に湾曲している。導波路２２ｃ，２２ｄ，２２ｅにより、略Ｕ字状に湾曲した導波路が構成されている。
　能動型の導波路２１ａ，２２ａ，２１ｆ，２２ｆと受動型の導波路２１ｂ，２２ｂ，２１ｅ，２２ｅとは、それぞれ、例えば、バットジョイント接続などによって光学的に接続されている。なお、能動型の導波路２１ａ，２２ａ，２１ｆ，２２ｆと受動型の導波路２１ｂ，２２ｂ，２１ｅ，２２ｅとの間には、異なる構造の導波路を低損失で光学的に接続するための変換領域が設けられていてもよい。
［カプラ］
　図２は、カプラ１０Ａの平面図である。図２に示されるように、カプラ１０Ａは、多モード干渉導波路１１と、四つのポート１２ａ～１２ｄと、を有している。
　多モード干渉導波路１１は、平面視で四角形状の形状、本実施形態では、Ｙ方向の幅ＷよりもＸ方向の長さＬが大きい長方形状の、外観を呈している。また、多モード干渉導波路１１は、Ｚ方向に略一定の厚さを有し、全体的には扁平な直方体状の形状を有している。
　ポート１２ａ～１２ｄは、平面視において、多モード干渉導波路１１の四隅に光学的に接続されている。ポート１２ａは、多モード干渉導波路１１のＸ方向の反対方向およびＹ方向の反対方向の端部に位置する角部に接続されている。ポート１２ｂは、多モード干渉導波路１１のＸ方向およびＹ方向の反対方向の端部に位置する角部に接続されている。ポート１２ｃは、多モード干渉導波路１１のＸ方向およびＹ方向の端部に位置する角部に接続されている。また、ポート１２ｄは、多モード干渉導波路１１のＸ方向の反対方向およびＹ方向の端部に位置する角部に接続されている。ポート１２ｂは、ポート１２ａに対してＸ方向に離れ、ポート１２ｃは、ポート１２ｂに対してＹ方向に離れ、ポート１２ｄは、ポート１２ａに対してＹ方向に離れている。ポート１２ａ，１２ｂは、Ｘ方向に並び、ポート１２ｃ，１２ｄは、Ｘ方向に並んでいる。また、ポート１２ｂ，１２ｃは、Ｙ方向に並び、ポート１２ａ，１２ｄは、Ｙ方向に並んでいる。また、ポート１２ａ，１２ｂのＸ方向の間隔と、ポート１２ｃ，１２ｄのＸ方向の間隔とは、略同じであり、ポート１２ｂ，１２ｃのＹ方向の間隔と、ポート１２ａ，１２ｄのＹ方向の間隔とは略同じである。これらポート１２ａ～１２ｄは、略同じ形状を有するとともに、いずれも、Ｙ方向の幅Ｗｐを有してＸ方向に延びている。また、Ｙ方向に隣り合うポート１２ｂ，１２ｃ間の隙間Ｗｇと、ポート１２ａ，１２ｄ間の隙間とは、略同じである。ポート１２ａは、第一ポートの一例であり、ポート１２ｂは、第二ポートの一例であり、ポート１２ｃは、第三ポートの一例であり、ポート１２ｄは、第四ポートの一例である。
　図２に示される形態の多モード干渉導波路１１においては、次の式（２）が成り立つ場合に、ポート１２ａからのＩ信号をポート１２ｃへ導波するとともに、ポート１２ｂからのＱ信号をポート１２ｄへ導波できることが判明している。
　Ｌ＝４・ｎ・Ｗ２・（２ｍ－１）／λ　・・・（２）
ここに、ｎは、多モード干渉導波路１１の実効屈折率であり、ｍは、１以上の自然数である。
　なお、各部のスペックの設定あるいは調整により、多モード干渉導波路１１の、ポート１２ａからのＩ信号をポート１２ｃへ導波する比率、およびポート１２ｂからのＱ信号をポート１２ｄへ導波する比率を、５０［％］以上の所期の値に変更することができる。本実施形態では、当該比率は１００［％］に近いことが望ましく、例えば８０［％］以上であり、好ましくは９５［％］以上である。
　一例として、λ＝１．５５［μｍ］、ｎ＝３．２の場合において、Ｗ＝２．９［μｍ］、Ｗｐ＝１．２［μｍ］、Ｗｇ＝０．５［μｍ］、およびＬ＝７０［μｍ］のスペックにて、式（２）を満たすことが確認されている。
　ここで、図１に示されるように、カプラ１０Ａのポート１２ａには、Ｉ信号の伝送経路２０Ｉにおいてカプラ１０Ａよりも前段となる導波路２１ａ～２１ｄが、光学的に接続されている。すなわち、導波路２１ａ～２１ｄは、入力ポート２１ｉに入力されたＩ信号であって、ポート１２ａを介してカプラ１０Ａへ入力されるＩ信号を、導波する。なお、本実施形態では、ポート１２ａの直前の導波路２１ｄは、ポート１２ａに対してＸ方向の反対方向に隣接するとともにＸ方向に延びており、Ｉ信号をＸ方向に導波している。導波路２１ａ～２１ｄは、第一導波路の一例である。また、導波路２１ｃまたは導波路２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、第一湾曲部の一例である。
　カプラ１０Ａのポート１２ｂには、Ｑ信号の伝送経路２０Ｑにおいてカプラ１０Ａよりも前段となる導波路２２ａ，２２ｂが、光学的に接続されている。すなわち、導波路２２ａ，２２ｂは、入力ポート２２ｉに入力されたＱ信号であって、ポート１２ｂを介してカプラ１０Ａへ入力されるＱ信号を、導波する。なお、本実施形態では、ポート１２ｂの直前の導波路２２ｂは、ポート１２ｂに対してＸ方向に隣接するとともにＸ方向に延びており、Ｑ信号をＸ方向の反対方向に導波している。導波路２２ａ，２２ｂは、第二導波路の一例である。
　カプラ１０Ａのポート１２ｃには、Ｉ信号の伝送経路２０Ｉにおいてカプラ１０Ａよりも後段となる導波路２１ｅ，２１ｆが、光学的に接続されている。導波路２１ｅ，２１ｆは、ポート１２ｃと出力ポート２１ｏとの間で、Ｉ信号を導波する。すなわち、導波路２１ｅ，２１ｆは、ポート１２ｃを介してカプラ１０Ａから出力されたＩ信号であって、出力ポート２１ｏから出力されるＩ信号を、導波する。なお、本実施形態では、ポート１２ｃの直後の導波路２１ｅは、ポート１２ｃに対してＸ方向に隣接するとともにＸ方向に延びており、Ｉ信号をＸ方向に導波している。導波路２１ｅ，２１ｆは、第三導波路の一例である。
　カプラ１０Ａのポート１２ｄには、Ｑ信号の伝送経路２０Ｑにおいてカプラ１０Ａよりも後段となる導波路２２ｃ～２２ｆが、光学的に接続されている。すなわち、導波路２２ｃ～２２ｆは、ポート１２ｄを介してカプラ１０Ａから出力されたＱ信号であって、出力ポート２２ｏから出力されるＱ信号を、導波する。なお、本実施形態では、ポート１２ｄの直後の導波路２２ｃは、ポート１２ｄに対してＸ方向の反対方向に隣接するとともにＸ方向に延びており、Ｑ信号をＸ方向の反対方向に導波している。導波路２２ｃ～２２ｆは、第四導波路の一例である。また、導波路２２ｄまたは導波路２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、第二湾曲部の一例である。
　以上、説明したように、本実施形態では、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ａが設けられている。ここで、仮に、カプラ１０Ａが、多モード干渉導波路１１ではなく、従来技術のような多モード干渉レンズを有していた場合、ポート１２ａ，１２ｃ間を結ぶ仮想線とポート１２ｂ，１２ｄ間を結ぶ仮想線との角度を８０°～１００°に設定することが必要となり、その分、カプラ１０ＡがＹ方向に大型化してしまう。この点、本実施形態では、カプラ１０Ａは、多モード干渉導波路１１を有しており、多モード干渉レンズに比べて、ポート１２ａ，１２ｄ間、およびポート１２ｂ，１２ｃ間の間隔、すなわち多モード干渉導波路１１（カプラ１０Ａ）のＹ方向の幅Ｗを、より狭くすることができる。したがって、本実施形態によれば、カプラ１０Ａひいては光学デバイス１００Ａをより小さく構成することができる。
　また、カプラ１０Ａが、多モード干渉導波路１１ではなく、方向性結合器を有した場合、方向性結合器は、多モード干渉導波路１１に比べて波長依存性が大きいため、使用可能な波長帯域が制限されてしまう虞がある。また、方向性結合器は、多モード干渉導波路１１に比べて入出力の導波路間のギャップを小さくする必要があるため、製造するのが困難になったり、製造方法が制限されたりする虞がある。したがって、本実施形態によれば、波長依存性がより少なくかつより容易に製造することが可能なカプラ１０Ａひいては光学デバイス１００Ａを得ることができる。
　また、本実施形態では、光学デバイス１００Ａ内で、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ａにおいて、伝送経路２０Ｉと伝送経路２０Ｑとが互いに交差するため、異なる複数の伝送経路２０Ｉ，２０Ｑの入力ポート２１ｉ，２２ｉを隣り合わせに纏めて配置するとともに、異なる複数の伝送経路２０Ｉ，２０Ｑの出力ポート２１ｏ，２２ｏを隣り合わせに纏めて配置することができる。よって、入力ポート２１ｉ，２２ｉと光学デバイス１００Ａとは別の光学部品とを光学的に接続する伝送経路（以下、外部の入力伝送経路と称する）と、出力ポート２１ｏ，２２ｏと光学デバイス１００Ａとはさらに別の光学部品とを接続する伝送経路（以下、外部の出力伝送経路と称する）とを、光学デバイス１００Ａ外で、互いに立体的に交差させることなく、配置することができる。
　ここで、仮に、カプラ１０Ａが無く、平面視でＵ字状の伝送経路２０Ｉと同じくＵ字状の伝送経路２０Ｑとが、光学デバイス１００内で互いに交差することなく、Ｙ方向に並んでいる構成を想定する。この場合には、伝送経路２０Ｉの入力ポート２１ｉと出力ポート２１ｏとが隣り合わせに纏めて配置されるとともに、その隣に、伝送経路２０Ｑの入力ポート２２ｉと出力ポート２２ｏとが隣り合わせに纏めて配置されることになる。このようなレイアウトでは、光学デバイス１００Ａ外で、入力ポート２１ｉ，２２ｉのうち一方に繋がる外部の入力伝送経路と、出力ポート２１ｏ，２２ｏのうち一方に繋がる外部の出力伝送経路とが、互いに立体的に交差せざるを得ない場合が起こりうる。この場合、光学デバイス１００Ａと外部の入力伝送経路および出力伝送経路とを含む光学装置の構成が、より複雑化する虞がある。
　この点、本実施形態によれば、上述したように、異なる伝送経路２０の入力ポート２１ｉ，２２ｉを隣り合わせに纏めて配置することができるとともに、異なる伝送経路２０の出力ポート２１ｏ，２２ｏを隣り合わせに纏めて配置することができる。したがって、本実施形態によれば、例えば、光学デバイス１００Ａひいては当該光学デバイス１００Ａを備えた光学装置において、入力ポート２１ｉ，２２ｉを別の光学部品と光学的に接続しやすくなるとともに、出力ポート２１ｏ，２２ｏを別の光学部品と光学的に接続しやすくなる。
　また、本実施形態では、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ａを備えることにより、入力ポート２１ｉ，２２ｉと出力ポート２１ｏ，２２ｏとがそれぞれ纏めて配置された異なる複数の伝送経路２０Ｉ，２０Ｑについて、それら伝送経路２０Ｉ，２０Ｑの光路長を略同じに設定することができる。したがって、本実施形態によれば、例えば、複数の伝送経路２０Ｉ，２０Ｑ間の光路長の差に応じて、Ｉ信号とＱ信号との間で損失の差すなわち振幅や強度の差が大きくなったり、Ｉ信号とＱ信号との間の位相差が設定値からずれたりするのを、抑制することができる。
　また、本実施形態では、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ａは、ハイメサ（半導体メサ）として構成されている部位に設けられるとともに、電極２３および活性層を含む増幅部からは外れて設けられている。仮に、多モード干渉導波路１１が、増幅部が設けられた埋込型構造の能動型の導波路２１ａ，２２ａ，２１ｆ，２２ｆに設けられたとすると、ハイメサとして構成された受動型の導波路構造に比べて、光閉じ込め性が低くなる。このため、信号間干渉を防止するために多モード干渉導波路１１に接続される導波路間のＹ方向の間隔をより広げる必要が生じ、その結果、カプラ１０ＡのＹ方向の幅Ｗがより大きくなり、これに伴ってカプラ１０ＡのＸ方向の長さＬもより大きくなり、ひいては、光学デバイス１００ＡがＸ方向およびＹ方向に大きくなってしまう。この点、本実施形態のように、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ａを、ハイメサにおいて設けるとともに、電極２３および活性層を含む増幅部からは外れて設けることにより、例えば、カプラ１０Ａひいては光学デバイス１００Ａの大型化を抑制しながら、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ａを設けたことによる上述した種々の効果を得ることができる。
　また、本実施形態では、光学デバイス１００ＡのＸ方向（第一方向）の端面１００ａに、入力ポート２１ｉ、入力ポート２２ｉ、出力ポート２１ｏ、および出力ポート２２ｏが、設けられている。このような構成によれば、例えば、劈開精度の高い端面１００ａを複数設ける必要が無く、その分、光学デバイス１００Ａをより安価に製造できるという利点が得られる。
［第２実施形態］
　図３は、第２実施形態の光学デバイス１００Ｂ（１００）の平面図である。本実施形態の光学デバイス１００Ｂは、多モード干渉導波路１１（カプラ１０Ａ）の温度を調整する温度調整機構２４を備えている点で、上記第１実施形態の光学デバイス１００Ａと相違している。この点を除き、光学デバイス１００Ｂは、光学デバイス１００Ａと同様の構成を備えている。
　温度調整機構２４は、例えば、多モード干渉導波路１１に対してＺ方向に重なるように配置されたヒータであり、例えば、配線２４ａ，２４ｂを介して供給された電力に対する電気抵抗によって発熱する電熱ヒータである。この場合、温度調整機構２４のヒータは、例えば、ニッケルクロム合金等で作られる。配線２４ａ，２４ｂは、例えば、チタンや、白金、金、またはそれらを含む合金等で作られる。また、多モード干渉導波路１１と温度調整機構２４のヒータおよび配線２４ａ，２４ｂとの間は、保護膜が介在している。保護膜は、例えば、窒化ケイ素のような、多モード干渉導波路１１のコアおよびクラッドよりも屈折率の低い材料で作られる。
　本実施形態によれば、温度調整機構２４によって多モード干渉導波路１１の温度を変化させることにより、当該多モード干渉導波路１１の実効屈折率ｎを変化させ、これにより、多モード干渉導波路１１の導波特性や分岐特性を変化させることができる。多モード干渉導波路１１にあっては、製造ばらつきにより多モード干渉導波路１１の幅Ｗや長さＬの誤差が生じたり、温度変化に応じて多モード干渉導波路１１の実効屈折率ｎが変化したりすることによって、所期の導波特性や分岐特性が得られない虞がある。このような場合においても、本実施形態によれば、温度調整機構２４によって、導波特性および分岐特性を所期の特性に近づくよう補正することができる。したがって、本実施形態によれば、温度調整機構２４が無い構成に比べて、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ａの所期の導波特性および分岐特性が得られやすくなり、ひいては光（信号）の伝送品質をより向上することができる。なお、温度調整機構２４は、電熱ヒータには限定されず、例えば、熱電素子（ペルチェ素子）を有した熱電クーラ等であってもよい。この場合、熱電クーラは、光学デバイス１００Ｂの温度を全体的に調整してもよいし、多モード干渉導波路１１の温度を局所的に調整してもよい。
［第３実施形態］
　図４は、第３実施形態のカプラ１０Ｃ（１０）の平面図である。本実施形態のカプラ１０Ｃは、平面視において異なる形状の多モード干渉導波路１１を有している点で、上記第１実施形態のカプラ１０Ａと相違している。
　図４に示されるように、本実施形態では、多モード干渉導波路１１は、テーパ部１１ｔ１，１１ｔ２と、等幅部１１ｓとを有している。
　テーパ部１１ｔ１は、ポート１２ｂ，１２ｃ側に位置し、平面視で略等脚台形状の形状を有している。すなわち、テーパ部１１ｔ１のＹ方向の幅は、Ｘ方向の反対方向に向かうにつれて、すなわち、ポート１２ａ，１２ｄに近づくにつれて、漸減している。
　等幅部１１ｓは、テーパ部１１ｔ１に対してＸ方向の反対側に位置し、すなわち、ポート１２ａ，１２ｄ側に隣接している。また、等幅部１１ｓは、平面視において四角形状の形状を有している。すなわち、等幅部１１ｓのＹ方向の幅は一定である。
　テーパ部１１ｔ２は、ポート１２ａ，１２ｄ側に位置し、平面視で略等脚台形状の形状を有している。すなわち、テーパ部１１ｔ２のＹ方向の幅は、Ｘ方向に向かうにつれて、すなわち、ポート１２ｂ，１２ｄに近づくにつれて、漸減している。
　等幅部１１ｓの幅と、テーパ部１１ｔ１，１１ｔ２の最も狭い部分の幅（最小幅）とは略同一である。また、テーパ部１１ｔ１，１１ｔ２のＸ方向の長さＬｔ１，Ｌｔ２は略同一である。なお、等幅部１１ｓのＸ方向の長さを、Ｌｓとする。
　テーパ部１１ｔ１，１１ｔ２および等幅部１１ｓは、Ｘ方向の端部１１ｅ１，１１ｅ２での幅よりも平均的な幅が狭い狭幅部である。また、多モード干渉導波路１１の幅Ｗと最小幅との差をＡとする。この場合、等幅部１１ｓのＸ方向およびＸ方向の反対方向の端部、すなわち幅方向の端部の位置は、最大幅の部位の幅方向の端部の位置から、Ａ／２だけ内側に位置している。この場合、テーパ部１１ｔ１，１１ｔ２の平均的なＹ方向の幅は（Ｗ－Ａ／２）である。
　等幅部１１ｓの幅（Ｗ－Ａ）は、例えばＷの２５［％］以上かつ１００［％］未満である。また、等幅部１１ｓの長さＬｓは、例えば多モード干渉導波路１１の長さＬの１０［％］以上かつ１００［％］未満である。
　このような形状を有することにより、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ｃは、光学特性の設計の自由度が高く、かつ過剰損失が低減されたものとなる。
　発明者らの鋭意研究により、ＢＰＭ（beam　propagation　method）解析等を用いた多モード干渉導波路１１の形状の適宜な調整により、図４の形状において、次の式（３）
　Ｌ＜４・ｎ・Ｗ２・（２ｍ－１）／λ　・・・（３）
を満たす構成とする場合において、ポート１２ａからのＩ信号を少なくとも５０［％］以上の比率でポート１２ｃへ導波できるとともに、ポート１２ｂからのＱ信号を少なくとも５０［％］以上の比率でポート１２ｄへ導波できることが判明している。
　これは、第１実施形態において述べた式（２）と比較すれば明らかとなるように、多モード干渉導波路１１のＸ方向の長さをより短くすることが可能であることを意味している。
　すなわち、本実施形態によれば、式（３）を満たす構成の多モード干渉導波路１１により、当該多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ｃ、ひいては当該カプラ１０Ｃを備えた光学デバイス１００を、より小さく構成することができる。
　なお、本実施形態においても、各部のスペックの設定あるいは調整により、多モード干渉導波路１１の、ポート１２ａからのＩ信号をポート１２ｃへ導波する比率、およびポート１２ｂからのＱ信号をポート１２ｄへ導波する比率を、５０［％］以上の所期の値に変更することができる。また、本実施形態でも、当該比率は１００［％］に近いことが望ましく、例えば８０［％］以上であり、好ましくは９５［％］以上である。
　また、上記第１実施形態および第３実施形態から、式（２）と式（３）とを合わせた次の式（１）
　Ｌ≦４・ｎ・Ｗ２・（２ｍ－１）／λ　・・・（１）
を満たすような構成により、ポート１２ａからのＩ信号を少なくとも５０［％］以上の比率でポート１２ｃへ導波できるとともに、ポート１２ｂからのＱ信号を少なくとも５０［％］以上の比率でポート１２ｄへ導波できることが、明らかである。
［第４実施形態］
　図５は、第４実施形態のカプラ１０Ｄ（１０）の平面図である。本実施形態のカプラ１０Ｄは、平面視において異なる形状の多モード干渉導波路１１を有している点で、上記第１実施形態のカプラ１０Ａや上記第３実施形態のカプラ１０Ｃと相違している。
　図５に示されるように、本実施形態では、多モード干渉導波路１１のＹ方向両側の側縁１１ａに、凹部および凸部のうち少なくとも一方を含む凹凸形状が設けられている。第３実施形態と同様に、ＢＰＭ解析を用いた側縁１１ａの凹凸形状の適宜な調整、すなわちトポロジー最適化法を用いた設計により、多モード干渉導波路１１の、ポート１２ａからのＩ信号をポート１２ｃへ導波する比率、およびポート１２ｂからのＱ信号をポート１２ｄへ導波する比率を、５０［％］以上の所期の値に変更することができる。なお、本実施形態でも、当該比率は１００［％］に近いことが望ましく、例えば８０［％］以上であり、好ましくは９５［％］以上である。なお、図５は、Ｙ方向をＸ方向よりも拡大して示している。図５は、Ｌ＝９０［μｍ］、Ｗ＝３．１［μｍ］、Ｗｐ＝１．２［μｍ］、Ｗｇ＝０．７［μｍ］の場合の構成例である。
　本実施形態によれば、側縁１１ａに凹部および凸部のうち少なくとも一つを含む凹凸形状を有した多モード干渉導波路１１により、当該多モード干渉導波路、１１を有したカプラ１０Ｃ、ひいては当該カプラ１０Ｃを備えた光学デバイス１００を、より小さく構成することができる。また、トポロジー最適化法により設計されたカプラ１０Ｄにおいて、過剰損失を小さく抑えられるという利点が得られる。
［第５実施形態］
　図６は、第５実施形態の光学デバイス１００Ｅ（１００）の平面図である。本実施形態の光学デバイス１００Ｅは、Ｉ信号の伝送経路２０ＩおよびＱ信号の伝送経路２０Ｑがいずれも、湾曲部を有していない点で、上記第１実施形態の光学デバイス１００Ａと相違している。
　図６に示されるように、本実施形態では、伝送経路２０Ｉの入力ポート２１ｉは、光学デバイス１００ＥのＸ方向の反対側の端面１００ｂに設けられている。そして、入力ポート２１ｉと受動型の導波路２１ｄとの間の能動型の導波路２１ａは、導波路２１ｄに対してＸ方向の反対方向に隣接して位置している。
　また、伝送経路２０Ｑの出力ポート２２ｏも、端面１００ｂに設けられている。そして、出力ポート２２ｏと受動型の導波路２２ｃとの間の能動型の導波路２２ｆは、導波路２２ｃに対してＸ方向の反対方向に隣接して位置している。
　導波路２１ａ，２２ｆは、それぞれ、端面１００ｂの近傍において、Ｘ方向の反対方向に向かうにつれてＹ方向に向かうように湾曲している。これにより、入力ポート２１ｉ，２２ｉ、すなわち光学デバイス１００Ａの端面１００ｂにおいて反射した光が伝送経路を戻るのが、抑制されている。また、端面１００ｂには、反射を防止するための反射防止（ＡＲ）コーティングが施されている。端面１００ｂ近傍の湾曲部位を除き、導波路２１ａ，２２ｆは、それぞれ、Ｘ方向に略沿って直線状に延びており、互いに略平行である。導波路２１ａ，２２ｆは、それぞれ、Ｙ方向に所定の間隔、例えば一定の間隔をあけて、Ｙ方向に並んでいる。また、導波路２１ａの直線部位は、導波路２１ｄとＸ方向に並び、導波路２２ｆの直線部位は、導波路２２ｃとＸ方向に並んでいる。
　また、導波路２１ａ，２２ｆのそれぞれに対応して、電極２３が設けられている。本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、電極２３と、不図示の活性層とによって、光増幅部が構成されている。
　本実施形態の光学デバイス１００Ｅも、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ａを有している。よって、本実施形態によっても、多モード干渉導波路１１を有したカプラ１０Ａを有することによる上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
　また、本実施形態によれば、Ｕ字状の導波路を有していない分、光学デバイス１００ＥのＹ方向の幅をより狭くすることができる。
［第６実施形態］
　図７は、第６実施形態の光学装置１０００の平面図である。本実施形態の光学装置１０００は、光源２００と、変調器３００と、光学デバイス１００Ｆ（１００）と、光学デバイス１００Ａ（１００）と、を備えている。
　光源２００は、連続波Ｃ１，Ｃ２を出力する。光源２００は、例えば、波長可変レーザである。光源２００から出力された連続波Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ、光学デバイス１００Ｆの伝送経路２０Ｃ１，２０Ｃ２（２０）を経由して、変調器３００へ入力される。光学デバイス１００Ｆは、光学デバイス１００Ａと同様の構成を有している。伝送経路２０Ｃ１，２０Ｃ２の実質的な光路長は、約４２００［μｍ］である。
　変調器３００は、例えば、ＤＰ－ＩＱ（dual　polarization　In-phase　Quadrature）変調器である。また、変調器３００は、InP変調器でもある。変調器３００は、連続波Ｃ１，Ｃ２を変調してＩＱ信号を出力する。変調器３００から出力されたＩＱ信号は、それぞれ、光学デバイス１００Ａの伝送経路２０Ｉ，２０Ｑ（２０）を経由して、光学装置１０００の出力ポート１０００ｏから出力される。伝送経路２０Ｉ，２０Ｑの実質的な光路長は、約３２００［μｍ］である。
　本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、光学デバイス１００Ａ，１００Ｆと変調器３００との間のＩ信号、Ｑ信号、および連続波Ｃ１，Ｃ２の伝送経路、光源２００と光学デバイス１００Ｆとの間の連続波Ｃ１，Ｃ２の伝送経路、並びに光学デバイス１００Ａと出力ポート１０００ｏとの間の伝送経路を、互いに立体的に交差させることなく、配置することができる。また、光学デバイス１００Ａ内で、Ｉ信号の伝送経路２０Ｉの光路長と、Ｑ信号の伝送経路２０Ｑの光路長と、を略同じに設定することができるとともに、光学デバイス１００Ｆ内で、連続波Ｃ１の伝送経路２０Ｃ１の光路長と、連続波Ｃ２の伝送経路２０Ｃ２の光路長と、を略同じに設定することができる。
　以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
　本発明は、光学デバイスおよび光学装置に利用することができる。
１０，１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｄ…カプラ
１１…多モード干渉導波路
１１ａ…側縁
１１ｅ１，１１ｅ２…端部
１１ｓ…等幅部
１１ｔ１，１１ｔ２…テーパ部
１２ａ…ポート（第一ポート）
１２ｂ…ポート（第二ポート）
１２ｃ…ポート（第三ポート）
１２ｄ…ポート（第四ポート）
２０，２０Ｃ１，２０Ｃ２，２０Ｉ，２０Ｑ…伝送経路
２１ａ…導波路（第一導波路）
２１ｂ～２１ｄ…導波路（第一導波路、第一湾曲部）
２１ｅ，２１ｆ…導波路（第三導波路）
２１ｉ…入力ポート（第一入力ポート）
２１ｏ…出力ポート（第一出力ポート）
２２ａ，２２ｂ…導波路（第二導波路）
２２ｆ…導波路（第四導波路）
２２ｃ～２２ｅ…導波路（第四導波路、第二湾曲部）
２２ｉ…入力ポート（第二入力ポート）
２２ｏ…出力ポート（第二出力ポート）
２３…電極
２４…温度調整機構
２４ａ，２４ｂ…配線
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｅ，１００Ｆ…光学デバイス
１００ａ…端面（第一端部）
１００ｂ…端面（第二端部）
２００…光源
３００…変調器
１０００…光学装置
１０００ｏ…出力ポート
Ｃ１，Ｃ２…連続波
Ｉ…信号
Ｑ…信号
Ｘ…方向（第一方向）
Ｙ…方向（第二方向）
Ｚ…方向

Claims (13)

  1. 　第一ポートと、当該第一ポートに対して第一方向に離れた第二ポートと、当該第二ポートから前記第一方向と交差した第二方向に離れた第三ポートと、前記第一ポートから前記第二方向に離れた第四ポートと、前記第一ポートから入力された光を前記第三ポートに導波するとともに前記第二ポートから入力された光を前記第四ポートに導波する多モード干渉導波路と、を有したカプラと、
    　前記第一ポートと光学的に接続され当該第一ポートを介して前記カプラへ入力される光を導波する第一導波路と、
    　前記第二ポートと光学的に接続され当該第二ポートを介して前記カプラへ入力される光を導波する第二導波路と、
    　前記第三ポートと光学的に接続され当該第三ポートを介して前記カプラから出力される光を導波する第三導波路と、
    　前記第四ポートと光学的に接続され当該第四ポートを介して前記カプラから出力される光を導波する第四導波路と、
    　を備えた、光学デバイス。
  2. 　前記多モード干渉導波路の前記第一方向の長さをＬ、前記多モード干渉導波路の前記第二方向の幅をＷ、前記多モード干渉導波路の実効屈折率をｎ、前記多モード干渉導波路で伝播される光の波長をλ、１以上の自然数をｍ、としたとき、次の式（１）
    　Ｌ≦４・ｎ・Ｗ２・（２ｍ－１）／λ　・・・（１）
    が成り立つ、請求項１に記載の光学デバイス。
  3. 　前記多モード干渉導波路は、前記第一導波路からの光の８０［％］以上を前記第三導波路に導波し、かつ前記第二導波路からの光の８０［％］以上を前記第四導波路に導波する、請求項１または２に記載の光学デバイス。
  4. 　前記多モード干渉導波路の温度を調整する温度調整機構を備えた、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の光学デバイス。
  5. 　前記温度調整機構は、電熱ヒータである、請求項４に記載の光学デバイス。
  6. 　前記第一方向の第一端部と、
    　前記第一方向の反対方向の第二端部と、
    　を備え、
    　前記第一導波路は、前記第二端部と前記第一ポートとの間で延び、
    　前記第二導波路は、前記第一端部と前記第二ポートとの間で延び、
    　前記第三導波路は、前記第一端部と前記第三ポートとの間で延び、
    　前記第四導波路は、前記第二端部と前記第四ポートとの間で延びた、請求項１～５のうちいずれか一つに記載の光学デバイス。
  7. 　前記第一方向の第一端部を備え、
    　前記第一導波路は、略Ｕ字状に曲がる第一湾曲部を有し、前記第一端部と前記第一ポートとの間で延び、
    　前記第二導波路は、前記第一端部と前記第二ポートとの間で延び、
    　前記第三導波路は、前記第一端部と前記第三ポートとの間で延び、
    　前記第四導波路は、略Ｕ字状に曲がる第二湾曲部を有し、前記第一端部と前記第四ポートとの間で延びた、請求項１～５のうちいずれか一つに記載の光学デバイス。
  8. 　前記第一導波路、前記多モード干渉導波路、および前記第三導波路で導波される光の第一光路長と、
    　前記第二導波路、前記多モード干渉導波路、および前記第四導波路で導波される光の第二光路長と、が略同じである、請求項１～７のうちいずれか一つに記載の光学デバイス。
  9. 　前記第一導波路、前記多モード干渉導波路、および前記第三導波路を含む第一信号導波路、ならびに前記第二導波路、前記多モード干渉導波路、および前記第四導波路を含む第二信号導波路は、それぞれ、変調信号の互いに位相が異なる成分を導波する、請求項１～８のうちいずれか一つに記載の光学デバイス。
  10. 　前記多モード干渉導波路は、半導体メサにより構成されている、請求項１～９のうちいずれか一つに記載の光学デバイス。
  11. 　前記第一導波路、前記第二導波路、前記第三導波路、および前記第四導波路のうち少なくともいずれか一つにおいて、光を増幅する増幅部を備え、
    　前記多モード干渉導波路は、前記増幅部からは外れて設けられた、請求項１～１０のうちいずれか一つに記載の光学デバイス。
  12. 　請求項１～１１のうちいずれか一つに記載の光学デバイスと、
    　前記光学デバイスと光学的に接続された光学部品と、
    　を備えた、光学装置。
  13. 　前記光学部品として、変調器を備えた、請求項１２に記載の光学装置。
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