JP2007114253A

JP2007114253A - 導波路型光分岐素子

Info

Publication number: JP2007114253A
Application number: JP2005302688A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishikawa; 弘石川; Tomoyuki Shirata; 知之白田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-05-10
Also published as: US20070086704A1; CN1952708A; US7272279B2; CN100406937C

Abstract

【課題】波長、偏光、入力ポートによらず一定の分岐比を有する入出力２×２の導波路型光分岐素子を提供する。
【解決手段】２つの入力ポート１２，１３及び２つの出力ポート１４，１５を形成し、入力ポート１２，１３及び出力ポート１４，１５からの光導波路２５，２６を徐々に接近させて結合部１７を形成した導波路型光分岐素子において、入力ポートから結合部１７の出力端３３にかけて、一方の入力ポート１２から光入力した場合には主として偶モードを励起し、他方の入力ポート１３から光入力した場合には略奇モードのみを励起し、結合部１７の導波路２５，２６のコアの高さ方向の中央の幅Ｗ１’，Ｗ２’をコアの高さ方向の上面の幅Ｗ１，Ｗ２より大きくした。
【選択図】図１

Description

本発明は、導波路型光分岐素子に係り、特に、所定の分岐比で光を分岐させるＸ分岐型光回路を有する導波路型光分岐素子に関するものである。

光通信システムのアクセス系ネットワークにおいて、２本の入力側光ファイバから入射した波長１．２５〜１．６５μｍの光を、波長、偏光、入力ポートによらず、一定の分岐比で複数の出力側光ファイバに分岐するための光分岐素子（２×Ｎカプラ）が不可欠な構成要素となっている。

２×Ｎカプラは、通常、一定の分岐比を有する２入力２出力の光分岐素子（２×２カプラ）と、その２×２カプラの各出力ポートにそれぞれ縦続接続される２個の１入力Ｍ出力の光分岐素子（１×Ｍカプラ、ただしＭ＝Ｎ／２）とで構成される。

一般的に、２×２カプラの光学特性は、１×Ｍカプラの光学特性に比べて悪いため、２×Ｎカプラの光学特性は、主に２×２カプラの光学特性によって制限されることになる。したがって、高性能、低価格な２×Ｎカプラを実現するためには、波長、偏光、入力ポートによらず一定の分岐比を有する２×２カプラの実現が重要な技術課題となる。

また、２×２カプラは、導波路型光分岐素子の最も基本的な構成要素の一つであるため、波長等の条件によらず一定の分岐比を有する２×２カプラが実現されれば、アクセス系ネットワーク以外の光通信用部品や、光通信以外の分野で使用される光導波路部品にも適用することができ、非常に有用となる。

分岐比が波長、偏光、入力ポートに依存しない２×２カプラを実現する技術としては、融着・延伸した光ファイバを用いた融着カプラ、マッハツェンダー干渉計を用いた導波路型波長無依存カプラ（ＭＺＩ−ＷＩＮＣ）、非対称Ｘ分岐型光回路を用いた導波路型光分岐素子（導波路型カプラ）、及び方向性結合器型の光回路を用いた導波路型光分岐素子が知られている。

図１２に示すように、方向性結合器型光回路を用いた導波路型光分岐素子９０は、２つの入力ポート９１ａ，９１ｂと２つの出力ポートと９２ａ，９２ｂを有し、各入力ポート９１ａ，９１ｂと各出力ポート９２ａ，９２ｂとがそれぞれ光導波路９３，９４で接続されている。２つの光導波路９３，９４は互いに徐々に接近し、２本の光導波路９３，９４が平行に近接してなる結合部９５を形成している。図１３に示すように、２本の光導波路９３，９４は、基板９６上に形成され光伝搬方向断面が矩形状のコア９７と、そのコア９７を覆うクラッド９８とからなる。なお、図中のＧは、結合部９５における２つのコア９７間のギャップの長さである。

導波路型光分岐素子９０の一方の入力ポート９１ａから入力された光信号は、結合部９５でモード変換されて光電力比で略１対１に分岐されて２つの出力ポート９２ａ，９２ｂから出力される（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。

また、図１４に示すように、非対称Ｘ分岐型光回路を用いた導波路型光分岐素子１００は、図示されない基板上に２つの入力ポート１０１ａ，１０１ｂと２つの出力ポート１０２ａ，１０２ｂが形成され、入力ポート１０１ａ，１０１ｂ及び出力ポート１０２ａ，１０２ｂからの光導波路１０３，１０４，１０５，１０６をＸ字状に結合させた結合部１０７が形成されたものである。入力ポート１０１ａ，１０１ｂ側の２本の光導波路１０３，１０４はそのコア幅が等しいのに対し、出力ポート１０２ａ，１０２ｂ側の２本光導波路１０５，１０６は、一方の光導波路１０５のコア幅が大きく、他方の光導波路１０６のコア幅が小さく形成されている。

図１４の導波路型光分岐素子１００においても、一方の入力ポート１０１ａから入力された光信号は、結合部１０７で略１対１に分岐されて２つの出力ポート１０２ａ，１０２ｂから出力される（例えば、非特許文献２参照）。

特許第３２２５８１９号公報 Y.Shani et al "Integrated Optic Adiabatic Devices on Silicon", IEEE, J.Lightwave Technol. 1991, vol.27,pp.556-566 M.Izutsu, A.Enokihara, T.Sueta "Optical-waveguide hybrid coupler" OPTICS LETTERS. 1982, Vol.7,No.11,pp.549-551

しかしながら、融着カプラ、或いはＭＺＩ−ＷＩＮＣを用いた２×２カプラでは、それぞれ、製造方法及び光回路の設計原理が原因となって、作製される光分岐素子に製造誤差が生じ易く、分岐比が入力波長と入力ポートによって変化しやすいという問題がある。

このため、融着カプラ或いはＭＺＩ−ＷＩＮＣを用いた２×２カプラは、分岐比を全使用波長、全入力ポートに対して一定に保持することが難しいといった問題が生じてくる。

また、これらの２×２カプラは、製造誤差の影響によって容易に光学特性が変化するため、安定して、安価に製造することも困難であった。

さらに、従来の非対称Ｘ分岐型光回路を用いた導波路型光分岐素子、或いは方向性結合器型光回路を用いた光分岐素子では、分岐比が非対称である場合（例えば、１：４以上）では有効性が確認されているものの、現実的な製造条件下で、分岐比が１：１の導波路型光分岐素子を作製すると、入力波長と入力ポートに依存して分岐比が大きく変動してしまい、光通信システムの要求性能を満足できないという問題があった。

そのため、図１２及び図１３で説明した導波路型光分岐素子９０では、入力波長や入力ポートによらず分岐比を一定とするために、結合部９５の長さ（結合長）を長くする、或いは結合部９５での光結合を強くする必要がある。

非対称Ｘ分岐型光回路及び方向性結合器型光回路では、光の伝搬方向に構造が変化する（コアの断面形状が変化する）系の波動伝搬について述べた断熱定理によると、結合長を十分に長くすることによって、上記光回路の分岐比を波長と入力ポートによらず一定にできることが知られているが、現実には、製造装置や製造コストの制約があるため、光回路の長さを一定以上の値にすることは難しい。また、結合長を長く形成するために、導波路型光分岐素子のサイズが大きくなるのは好ましくない。

結合部９５の長さを長くすることなく一定分岐比の非対称Ｘ分岐光回路を実現するためには、結合部９５のギャップＧを狭くして、２つの光導波路間の光結合を強くすることが必要であるが、結合部９５のギャップＧは微小なものであり、慣用の製造方法では、露光・エッチング技術の制約のために、結合部９５のギャップＧを一定値以下にすることが困難であった。

以上の理由により、慣用の製造方法では、現実的な光回路のサイズを大きくすることなく一定分岐比の非対称光回路を実現することが困難であった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、波長、偏光、入力ポートによらず一定の分岐比を有する入出力２×２の導波路型光分岐素子を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、２つの入力ポート及び２つの出力ポートを形成し、上記入力ポート及び上記出力ポートからの光導波路を徐々に接近させて結合部を形成した導波路型光分岐素子において、上記入力ポートから上記結合部の出力端にかけて、一方の入力ポートから光入力した場合には主として偶モードを励起し、他方の入力ポートから光入力した場合には主として奇モードを励起すると共に、上記結合部の導波路のコアの高さ方向の中央の幅をコアの高さ方向の上面の幅より大きくした導波路型光分岐素子である。

請求項２の発明は、２つの入力ポート及び２つの出力ポートを形成し、２つの入力ポートにそれぞれ接続される入力導波路を形成し、両入力導波路にそれぞれ接続され互いに徐々に接近する結合用導波路を形成し、上記２つの出力ポートにそれぞれ接続される出力導波路を形成し、両出力導波路にそれぞれ接続され互いに徐々に接近する分岐用導波路を形成し、上記結合用導波路と上記分岐用導波路を１つの接続用導波路を介して接続した導波路型光分岐素子において、上記入力ポートから上記結合用導波路の出力端にかけて、一方の入力ポートから光入力した場合には主として偶モードを励起し、他方の入力ポートから光入力した場合には主として奇モードを励起すると共に、上記結合用導波路のコアの高さ方向の中央の幅をコアの高さ方向の上面の幅より大きくした導波路型光分岐素子である。

請求項３の発明は、２つの結合用導波路のコアの幅を非対称に変化させると共に、両結合用導波路の間隔を徐々に小さくした請求項２記載の導波路型光分岐素子である。

請求項４の発明は、入力ポートから出力ポートへの分岐比が、４：１〜１：４の範囲にある請求項２または３いずれかに記載の導波路型光分岐素子である。

請求項５の発明は、上記コアは、石英または不純物がドープされた石英を用いて形成される請求項１〜４いずれかに記載の導波路型光分岐素子である。

本発明によれば、波長、偏光、入力ポートによらず一定の分岐比で入力光を分岐させることができるといった優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る導波路型光分岐素子の好適な実施の形態を示した平面図である。

図１に示すように、本実施の形態の導波路型光分岐素子１０は、基板１１上に、コアとコアを覆うクラッドとからなる光導波路で構成され、２つの入力ポート１２，１３と２つの出力ポート１４，１５とが互いに基板１１の反対側の端面に形成される。入力ポート１２，１３及び及び出力ポート１４，１５は外部との光入出力に用いられる。

２つの入力ポート１２，１３には、それぞれ入力導波路２１，２２が接続され、２つの出力ポート１４，１５にはそれぞれ出力導波路２３，２４が接続される。２本の入力導波路２１，２２にはそれぞれ互いに徐々に接近する結合用導波路２５，２６が接続され、２本の出力導波路２３，２４にはそれぞれ互いに徐々に接近する分岐用導波路２７，２８が接続され、結合用導波路２５，２６と分岐用導波路２７，２８は１つの接続用導波路２９を介して接続されている。

図２に示すように、本実施の形態では、基板１１は石英またはSiで形成され、基板１１の上面に純粋石英または不純物をドープした石英からなる下部クラッド層４１が形成され、下部クラッド層４１の上面には純粋石英または不純物をドープした石英からなるコア４２が形成され、コア４２及び下部クラッド層４１を覆うように純粋石英または不純物をドープした石英からなる上部クラッド層４３が堆積される。コアとクラッド層間の比屈折率差Δは０．３〜０．４％、コア４２の膜厚は７．０〜８．０μｍである。

なお、基板１１が石英で形成される場合には、下部クラッド層４１は設けなくともよい。

図１に戻り、導波路型光分岐素子１０のうち、２本入力導波路２１，２２によってなる箇所を入力側ピッチ変換部１６、互いに近接した２本の結合用導波路２５，２６によってなる箇所を結合部１７、接続用導波路２９によってなる箇所を接続部１８、互いに近接した２本の分岐導波路２７，２８によってなる箇所を分岐部１９、２本の出力導波路２３，２４によってなる箇所を出力側ピッチ変換部２０とする。

入力側ピッチ変換部１６では、入力導波路２１，２２に曲げを形成し、光結合が生じる直前まで２本の入力導波路２１，２２間の間隔を接近させておくことにより、結合部１７が必要以上に長くなることを防ぐ役割を有する。

結合部１７は、導波路型光分岐素子１０を実現する上で最も重要な部分であり、２本の導波路が微小な間隔を有して並行して形成され、結合用導波路２５，２６間の光結合力が弱く、結合部１７を伝搬する光には２つのスーパーモードが存在する。

具体的には、結合部１７として、一方の結合用導波路（図中上側）２５がコア幅が出力端３３に向けて徐々に大きくなるように形成され、他方の結合用導波路（図中下側）２６がコア幅が出力端３３に向けて徐々に小さくなるように形成され、さらに、両結合導波路２５，２６間の距離が出力端３３に向かって徐々に小さくなるように形成されている。

結合部１７は、一方の入力端３１から入力された光が、結合部１７の出力端３３においてほぼ偶対称性をもつスーパーモード（偶モード）のみを励起し、他方の入力端３２から入力された光が、結合部１７の出力端３３において、ほぼ奇対称性をもつスーパーモード（奇モード）のみを励起するように、光の電界成分の振幅分布・位相分布を制御する役割を担う。

このために、結合部１７は、
（Ａ）「出力端３３において、２本の結合用導波路２５，２６が異なるコア幅Ｗ１、Ｗ２を持つ」
（Ｂ）「２本の結合用導波路２５，２６間の距離が、入力端３１，３２から出力端３３に向けて徐々に小さくなる」
といった２つの条件を満たす構造を有する。

接続部１８は、結合部１７の出力端３３と分岐部１９の入力端３４を接続する１本の接続用導波路２９を備える。接続用導波路２９は、結合部１７で生じたスーパーモード以外の不要電場成分の相対位相を調節することにより、分岐比の入力ポート依存性を小さくする役割を担う。

接続用導波路２９は、伝搬方向に垂直な導波路断面内で光電場分布が、結合部１７の出力端３３から分岐部１９の入力端３４まで、できるだけ変化しないように設計される。接続部１８は完全に省略して、結合部１７の出力端３３と分岐部１９の入力端３４とを直接接続してもよい。

分岐部１９及び出力側ピッチ変換部２０は、分岐部１９の入力端３４に入射した偶対称性をもつスーパーモード（偶モード）と奇対称性をもつスーパーモード（奇モード）のパワーを、一定の分岐比で、所定間隔だけ離れた出力ポート１４，１５に分配し、外部出力する役割を担う。分岐部１９では、２本の分岐用光導波路２７，２８が分岐比を１：１にすべく対称Ｙ分岐に形成されているが、他に、非対称Ｙ分岐、２本のテーパー付きサインカーブパターン、テーパーパターン、オフセット付き円弧パターン、または２本のテーパ付き直線パターンを有する形状に形成されたものもある。

ここで、結合部１７における光結合のメカニズムを説明する。

図３に示すように、波長、偏光、入力ポートによらず一定の分岐比を有する非対称Ｘ分岐回路を実現するためには、波長、偏光、入力ポートによらず、出力導波路２３，２４への入力光の電場分布を、分岐用導波路２７，２８の入力端３４における基本（０次）モード（図中ａ）及び高次（１次）モード（図中ｂ）に一致させる必要がある。

図４に示すように、結合部１７のコアが太径の結合用導波路２５から入力された光を、徐々にコアが細径の結合用導波路２６に結合させて、結合部１７の出力端３３における電場分布が、分岐導波路２７，２８の入力端３４における基本モード（図３中ａ）と一致するようにし、かつ、図５に示すように、光が結合部１７のコアが細径の結合用導波路２６から入力された場合には、コアが細径の結合用導波路２６から、光を徐々にコアが太径の結合用導波路２５に結合させて、結合部１７の出力端３３における電場分布が、分岐用導波路２７，２８の入力端３４における高次モード（図３中ｂ）と一致するように、２本の結合用導波路２５，２６の形状、等価屈折率を決定する。

結合用導波路２５，２６は、結合部１７の出力端３３において、入力ポート１２から入力された光が、ほぼ偶対称性をもつスーパーモード（偶モード）だけを励起し、入力ポート１３から入力された光が、結合部１７の出力端３３において、ほぼ奇対称性をもつスーパーモード（奇モード）だけを励起する構造であればよく、図１に示される形状に限られない。

ただし、上述の２種類の要件（Ａ），（Ｂ）を同時に満たしうる結合部１７の光回路パターンは複数考えられるが、一般に、光回路のパターンの形状に限らず、結合導波路長（２本の結合用導波路２５，２６が光電力のやりとりを可能にする程互いに近接した領域）を十分長くするか、２つの結合用導波路２５，２６間の距離（ギャップ）を十分小さくしなければ、上記の要件を満たすことができないということが経験的に知られている。

さて、本実施の形態の導波路型光分岐素子１０は、コア上面のギャップＧよりも、導波路コア中央部のギャップＧ’を小さくすることが重要であることに着目し、コアの高さ方向の中央部の幅Ｗ１’，Ｗ２’をコアの高さ方向の上面の幅Ｗ１，Ｗ２より大きくしたことに特徴を有する（図２参照）。

本導波路型光分岐素子１０の結合部１７では、２本の結合用導波路２５，２６のコア側面４４，４５を斜面に形成し、各結合用導波路２５，２６のコアの中央部の幅Ｗ１’、Ｗ２’を、コア上面の幅Ｗ１、Ｗ２より大きくしている。これにより、コア中央部間のギャップＧ’がコア上面のギャップＧより狭く形成されている。

結合部１７において、２本の結合用導波路２５，２６は、光の伝搬方向に対してコア幅が直線的に変化する直線テーパ状、或いは曲線的に変化する曲線テーパ状に形成されている。出力端３３におけるコア幅については、一方の結合用導波路２５の上面のコア幅Ｗ１が７．０〜９．０μｍ、他方の結合用導波路２６の上面のコア幅Ｗ２が２．０〜３．０μｍである。接続部１８の長さは１μｍとした。分岐部１９の分岐用導波路２７，２８は、分岐比を１：１にすべく、互いにコア幅を等しく形成した。結合部１７の入力端３１，３２から分岐部１９の出力端３５までの長さＬは、８〜１０μｍとした。

導波路型光分岐素子１０は、フォトリソグラフィ及びエッチング等で光回路のパターンを形成して作製されるが、コアの側壁４４，４５を斜めにすることにより、コア中央部のギャップＧ’を露光精度の限界によって決定されるコア上面のギャップＧより小さくすることができる。従って、従来より用いられている製造方法を用いて挟ギャップ、すなわち強い光結合を実現することができる導波路型光分岐素子を形成することができ、非対称Ｘ分岐光回路の分岐特性を大幅に改善することができる。

ここで、結合用導波路２５，２６のコア側壁が垂直に形成され、他の光回路パターンが図１の導波路型光分岐素子１０と同じく形成された導波路型光分岐素子（Ｇ＝Ｇ’）の透過損失を図６に示し、本実施の形態の結合用導波路２５，２６のコアの側壁４４，４５が斜面に形成された図１の導波路型光分岐素子１０（Ｇ＞Ｇ’）の透過損失を図７に示す。図６及び図７において、縦軸は透過損失を表し、横軸は素子番号（Ａ〜Ｄ）と各素子の入出力ポート番号を表している。例えば、図６では、同形状同条件で作製した導波路型光分岐素子を４つ（素子Ａ〜素子Ｄ）について、入出力ポートの組合せと測定波長を変えて透過損失を測定した結果を示している。ポート番号は入力−出力を表しており、例えば１−１は入力１（図１参照）から入力して出力１から出力された光の透過損失を表している。特性線５１，５３は入力波長が１．３１μｍの場合を表し、特性線５２，５４は入力波長が１．５５μｍの場合を表している。

図６に示すように、結合用導波路２５，２６のコア側壁が垂直に形成された導波路型光分岐素子では、入力波長と入力ポートによって１．５ｄＢ程度の透過損失のばらつきがあるのに対して、図７に示すように、本実施の形態の導波路型光分岐素子１０（結合用導波路２５，２６のコアの側壁４４，４５が斜めの場合）では、入力波長と入力ポートによる透過損失のばらつきを０．５ｄＢ以下に抑えることができ、実用上十分な特性が得られている。

図６及び図７に示された導波路型光分岐素子の特性結果では、結合用導波路２５，２６の側壁角以外は同一の試作条件を用いているため、コアの側壁を斜めにすることによって、波長と入力ポートによらず分岐比が一定となる非対称Ｘ分岐光回路が実現できることを示している。

また、図８に示すように、本実施の形態の導波路型光分岐素子の偏波依存損失（ＰＤＬ）では、波長、入力ポートによるばらつきが０．０５ｄＢ以下に抑えられており、透過損失の偏光依存性も小さくすることができる。

図９に示すように、波長１．２５〜１．６５μｍでの透過損失のばらつきは、０．３ｄＢ以下であり、透過損失の波長依存性は殆どない。

このように、結合用導波路２５，２６の側壁形状をＧ−Ｇ’＞０となるように選択すれば、実効的なギャップを小さくできて、非対称Ｘ分岐の分岐比特性を改善することができ、波長、偏光、入力ポートによってほとんど分岐比が変化しない、理想的な２×２カプラを実現することができる。

本実施の形態では、結合用導波路２５，２６のコア側壁４４，４５のみを斜面に形成したが、基板上の全ての光導波路（入力導波路２１，２２、出力導波路２３，２４、分岐用導波路２７，２８、接続用導波路２９）のコア側面を斜面に形成してもよい。全ての光導波路のコアを斜面に形成することで、露光、エッチング等の製造工程数を低減するといったメリットがある。

以上、本実施の形態では、出力側の分岐比が１：１の導波路型光分岐素子について説明してきたが、他に、分岐比が１：４〜４：１程度の２×２カプラを容易に実現することができる。

次に、本発明の好適な第２の実施形態を図１０に基づいて説明する。

基本的な構成部分は、上述した図１の導波路型光分岐素子１０とほぼ同様であり、同一構成部分には、図１の場合と同一の符号を付してあるが、分岐部７１において、２本の分岐導波路を非対称に形成することにより、１：１以外の分岐比を実現している点で異なる。

図１０に示すように、本実施の形態の導波路型光分岐素子７０は、分岐部７１の入力端３４において、一方（図中、上側）の分岐用導波路７２の幅が、他方（図中、下側）の分岐用導波路７３の幅よりも大きく形成され、分岐用導波路７２は、出力導波路２３に向かって徐々にコアの幅を小さくして形成され、分岐用導波路７３は、出力導波路２４に向かって徐々にコアの幅を大きくして形成され、共に出力導波路２３，２４とはコア幅を等しくして接続されている。

図１１に示すように、好適な第３の実施形態の導波路型光分岐素子８０は、図１の導波路型光分岐素子１０と分岐部８１及び出力側ピッチ変換部８２が異なるものである。導波路型光分岐素子８０は、分岐部８１の入力端３４において、両分岐用導波路８３，８４が、そのコア幅が互いに等しく形成され、一方の分岐導波路（図中、上側）８３が、出力導波路２３に向かってコア幅が一定に形成されており、他方の分岐用導波路８４が、出力導波路８５に向かって徐々にコア幅を小さくして形成され、その分岐用導波路８４に接続される出力導波路８５も、他方の出力導波路２３に対してそのコア幅が小さく形成されている。

第２及び第３の実施の形態の導波路型光分岐素子７０，８０は、分岐部７１，８１の導波路の形状（入力端と出力端でのコア幅、テーパ形状、回路形状）に大きな任意性があり、ビーム伝搬法（Beam Propagation Method）等の数値計算的手法によって、形状、長さ、比屈折率差等のパラメータを適宜選択して形成することにより所望の分岐比で光を分岐させることができる。

図１０及び図１１に示される導波路型光分岐素子７０，８０も、図１の導波路型光分岐素子１０と同様に、少なくとも結合部１７において、コア中央の幅がコア上面の幅より大きくしたことにより、光結合力を強くし、非対称Ｘ分岐光回路の分岐特性を改善することができる。

本発明の有効範囲は、上述のパラメータ範囲に拘束されるものではない。コアの側壁を斜めにして非対称Ｘ分岐光回路の分岐特性を改善するという本発明の手法は、種々の導波路材料、比屈折率差、コア膜厚、結合部の回路パターン及び分岐部の光回路パターンに対して適用可能である。

第１〜第３の実施形態の導波路型光分岐素子１０，７０，８０は、干渉計内部の分岐素子として使用することができる。各種干渉計（マッハツェンダー、マイケルソン、ジャイレス・トゥールモア等）の入出力部では、波長、偏光、入力ポート依存性の小さい分岐回路が必要とされている。このため、本実施の形態の導波路型光分岐素子１０は、干渉計の動作波長の広帯域化のために有用である。

特に、マッハツェンダー干渉計に導波路型光分岐素子１０を使用すると、波長スプリッタ、ＶＯＡ（可変光減衰器）、１×２光スイッチ、２×２光スイッチを従来に比べて広帯域化することが可能となり有用である。

導波路型光分岐素子１０，７０，８０は、光強度モニタ用の分岐素子として使用することができ、また、動作波長帯が広く、製造誤差による特性変動が小さいため、広帯域の光強度モニタ用としても有用である（ラマン増幅システムのパワーモニタ、計測・加工用等）。

さらに、導波路型光分岐素子１０，７０，８０は、波長４００〜７００ｎｍにわたる広範囲の波長を取り扱う必要がある可視光用のデバイスや、差周波混合、第二高調波発生、４光波混合、パラメトリック増幅、パラメトリック発振といった複数波長の光を必要とする非線形光学デバイス等、Ｘ分岐の広帯域性が必要とされるデバイスに適用することができる。

本発明に係る導波路型光分岐素子の好適な第１の実施の形態を示す平面図である。図１の２Ａ−２Ａ線断面図である。結合部での光結合の原理を説明する模式図である。一方の結合用光導波路に光入力されたときの結合部における光の固有電界分布を説明する模式図である。他方の結合用光導波路に光入力されたときの結合部における光の固有電界分布を説明する模式図である。従来の導波路型光分岐素子の入力ポート及び出力ポートと透過損失との関係を示す図である。図１の導波路型光分岐素子の入力ポート及び出力ポートと透過損失との関係を示す図である。図１の導波路型光分岐素子の透過損失の偏光依存性を示す図である。図１の導波路型光分岐素子の透過損失の波長依存性を示す図である。好適な第２の実施の形態の導波路型光分岐素子を示す平面図である。好適な第３の実施の形態の導波路型光分岐素子を示す平面図である。従来の方向性結合器型光回路を有する導波路型光分岐素子を示す平面図である。図１２の１３Ａ−１３Ａ線断面図である。従来のＸ分岐型光回路を用いた導波路型光分岐素子を示す平面図である。

符号の説明

１０導波路型光分岐素子
１６入力側ピッチ変換部
１７結合部
１８接続部
１９分岐部
２０出力側ピッチ変換部
２１，２２入力導波路
２３，２４出力導波路
２５，２６結合用導波路
２７，２８分岐用導波路
２９接続用導波路

Claims

２つの入力ポート及び２つの出力ポートを形成し、上記入力ポート及び上記出力ポートからの光導波路を徐々に接近させて結合部を形成した導波路型光分岐素子において、
上記入力ポートから上記結合部の出力端にかけて、一方の入力ポートから光入力した場合には主として偶モードを励起し、他方の入力ポートから光入力した場合には主として奇モードを励起すると共に、上記結合部の導波路のコアの高さ方向の中央の幅をコアの高さ方向の上面の幅より大きくしたことを特徴とする導波路型光分岐素子。
２つの入力ポート及び２つの出力ポートを形成し、２つの入力ポートにそれぞれ接続される入力導波路を形成し、両入力導波路にそれぞれ接続され互いに徐々に接近する結合用導波路を形成し、上記２つの出力ポートにそれぞれ接続される出力導波路を形成し、両出力導波路にそれぞれ接続され互いに徐々に接近する分岐用導波路を形成し、上記結合用導波路と上記分岐用導波路を１つの接続用導波路を介して接続した導波路型光分岐素子において、
上記入力ポートから上記結合用導波路の出力端にかけて、一方の入力ポートから光入力した場合には主として偶モードを励起し、他方の入力ポートから光入力した場合には主として奇モードを励起すると共に、上記結合用導波路のコアの高さ方向の中央の幅をコアの高さ方向の上面の幅より大きくしたことを特徴とする導波路型光分岐素子。
２つの結合用導波路のコアの幅を非対称に変化させると共に、両結合用導波路の間隔を徐々に小さくした請求項２記載の導波路型光分岐素子。
入力ポートから出力ポートへの分岐比が、４：１〜１：４の範囲にある請求項２または３いずれかに記載の導波路型光分岐素子。
上記コアは、石英または不純物がドープされた石英を用いて形成される請求項１〜４いずれかに記載の導波路型光分岐素子。