JP3857925B2 - 光合分波器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等で用いられる光合分波器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年のインターネットトラヒックの急増を背景に、通信ネットワーク容量の拡大が急務となっている。この要求に応えるべき１つのソリューションが波長分割多重伝送（Wavelength Division Multiplexing (WDM)）技術である。波長分割多重伝送技術は、１本の光ファイバに異なる波長の光信号を複数多重して伝送するため、伝送容量を波長多重数倍だけ拡大できることで脚光を浴びている。
【０００３】
波長分割多重伝送システムを実現するためには、光合分波器等の光デバイスが必要となる。
【０００４】
光合分波器は、例えば複数波長の光を合波したり、各々の波長の光を独立に分波（分離）したりするための装置である。例えば合波用に設けられた光合分波器によって合波された波長多重光は光ファイバに伝送される。また、この光ファイバを伝送した波長多重光は、例えば分波用に設けられた光合分波器によって分波され、波長毎に取り出される。
【０００５】
光合分波器は、様々な構成のものがあり、例えば光導波路型の光合分波器、光ファイバ型の光合分波器、薄膜フィルタの透過反射特性を利用したバルク型の光合分波器等、様々な光合分波器が実用化されている。
【０００６】
中でも光導波路型の光合分波器は、半導体分野で培われた高精度なパターン化技術を適用できるために、設計性が良好である。また、光導波路型の光合分波器は、多数枚の基板上にガラス膜を一括成膜する技術を適用できる等、量産性にも優れている。
【０００７】
光導波路型の光合分波器として、例えばアレイ導波路型回折格子（AWG:Arrayed Waveguide Grating）やマッハツェンダ光干渉計（MZI：Mach-Zehnder Interferometer）等の光合分波器が実用化されている。上記マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器は、製造ばらつきに強く、低損失で波長を合分波できることがよく知られている。
【０００８】
例えば図１に示すように、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８は、第１の光導波路３と、該第１の光導波路３と並設された第２の光導波路４とを有し、前記第１の光導波路３と前記第２の光導波路４を近接させて成る第１の方向性結合部１と、該第１の方向性結合部１と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の光導波路３と前記第２の光導波路４を近接させて成る第２の方向性結合部２とを有している。
【０００９】
また、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８は、通常、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた区間において、第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さを互いに異なる長さと成している。
【００１０】
そして、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８において、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた区間における第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さの差ΔＬと、第１および第２の光導波路３，４の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）を適宜設定し、異なる波長の光の合波や分波が行われる。
【００１１】
なお、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８において、一般に、前記第１の光導波路３の入射側１３から入力されて該第１の光導波路３の出射側２３から出力される光の経路または、前記第２の光導波路４の入射側１４から入力されて該第２の光導波路４の出射側２４から出力される光の経路はスルー経路と呼ばれている。そして、本明細書において、このスルー経路を伝搬するように設計される光の波長をスルー伝搬波長と呼ぶ。図１においては、波長λ１がスルー伝搬波長である。
【００１２】
また、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８において、第１の光導波路３の入射側１３から入力されて第２の光導波路４の出射側２４から出力される光の経路または、前記第２の光導波路４の入射側１４から入力されて前記第１の光導波路１の出射側２３から出力される光の経路はクロス経路と呼ばれている。そして、本明細書において、このクロス経路を伝搬するように設計される光の波長をクロス伝搬波長と呼ぶ。図１においては、波長λ２がクロス伝搬波長である。
【００１３】
従来のマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８は、極めて近接した波長（例えばλ１＝１５４９ｎｍとλ２＝１５５１ｎｍの２つの波長）の信号光を合波または分波するものであり、第１の方向性結合部１および第２の方向性結合部２は、いずれも、波長λ１、λ２の両信号光に対して５０％（例えば５０±０．５％以内）のパワー結合比を有している。
【００１４】
言い換えると、従来のマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８は、この光合分波器８を形成する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比が、いずれもほとんど５０％と見なせる、互いに極めて近接した波長の信号光の合波または分波しか行えなかった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波長分割多重伝送技術の進展に伴い、第１と第２の方向性結合部１，２のパワー結合比の波長依存性を無視できるほど互いに近接した波長の光だけでなく、第１と第２の方向性結合部１，２のパワー結合比の波長依存性が無視できないくらい波長間隔が離れた波長の光を、低損失、かつ、−１５ｄＢ以下の低クロストークで合波したり分波したりできるマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８の実現が望まれるようになった。
【００１６】
本発明は上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、方向性結合部のパワー結合比の波長依存性が無視できないくらい波長間隔が互いに離れた波長の光を、低損失、低クロストークで合波したり分波したりできる光合分波器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の光合分波器は、第１の光導波路と、該第１の光導波路と並設された第２の光導波路とを有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第１の方向性結合部と、該第１の方向性結合部と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第２の方向性結合部とを有し、該第２の方向性結合部と前記第１の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路は互いに異なる長さと成し、第１の光導波路の入射側から入力されて第２の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて前記第１の光導波路の出射側から出力される光波長をクロス伝搬波長とし、前記第１の光導波路の入射側から入力されて該第１の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて該第２の光導波路の出射側から出力される光波長をスルー伝搬波長としたときに、前記第１の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差ΔＬと前記第１および第２の光導波路の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）を、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛けた値程度とし、かつ、スルー伝搬波長に（Ｎ±０．５）を掛けた値程度とした光合分波器において、前記クロス伝搬波長に対する前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比と前記スルー伝搬波長に対する前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比との差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比４５％から５５％の全ての結合に対して、クロストークを−１５ｄＢ以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
なお、本明細書で述べるクロス伝搬波長とスルー伝搬波長の平均波長とは、算術平均（相加平均）のこと、すなわち、数の総和を数の個数で割った値を示す。例えばスルー伝搬波長をλ１とし、クロス伝搬波長をλ２としたとき、その平均波長は（λ１＋λ２）／２となる。
【００２１】
さらに、第２の発明の光合分波器は、上記第１の発明の構成に加え、前記第１の方向性結合部と第２の方向性結合部の少なくとも１つの代わりにマルチモード光干渉導波路を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第３の発明の光合分波器は、上記第１の発明の光合分波器を１つ以上設けてなる第１段から第Ｍ段（Ｍは２以上の整数）の複数段の光合分波器を接続して形成され、第１段の複数の光合分波器が第１と第２の光導波路からそれぞれ入力する光を合波して第１または第２の光導波路から出力し、これら第１段の１対ずつの光合分波器の光出力を第２段の光合分波器でさらに合波するといった如く、前段の対の光合分波器の光出力を後段の光合分波器でさらに合波することと、第Ｍ段のそれぞれの光合分波器が第１または第２の光導波路から入力する光を分波して第１と第２の光導波路からそれぞれ出力し、前記第Ｍ段の光合分波器で光分波した光を第（Ｍ−１）段の対の光合分波器でさらに分波するといった如く、後段の光合分波器の光出力を前段の対の光合分波器でさらに分波することの少なくとも一方の機能を有している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第４の発明の光合分波器は、上記第３の発明の構成に加え、前記複数の光合分波器のうち少なくとも１つを第１の発明の光合分波器の代わりに第２の発明の光合分波器により形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明に係る光合分波器の第１実施形態例は図１に示すように、シリコンの基板上に同図に示す導波路構成を形成したマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器であり、その構成について、これまでの説明との重複説明は省略する。
【００２５】
本実施形態例の光合分波器８が従来例と異なる特徴的なことは、前記クロス伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比と前記スルー伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比との差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値としたことである。
【００２６】
本実施形態例において、例えばスルー伝搬波長λ１は、λ１＝１５７５ｎｍ、クロス伝搬波長λ２は、λ２＝１５２５ｎｍに設定しており、波長λ１とλ２との間隔は５０ｎｍである。
【００２７】
本実施形態例の光合分波器８は、図２に示すように、スルー伝搬波長λ１に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５４％に設定し、クロス伝搬波長λ２に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約４６％に設定して形成されている。
【００２８】
この設定により、本実施形態例において、クロス伝搬波長λ２に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比とスルー伝搬波長λ１に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比との差（スルー・クロス結合比差）は約８％に設定されている。
【００２９】
また、本実施形態例は、これらの波長λ１とλ２の平均波長、すなわち、（λ１＋λ２）／２によって求められる波長１５５０ｎｍに対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を５０％に設定して形成されている。
【００３０】
本実施形態例の光合分波器８は、シリコンの基板上に膜厚５０μｍ程度のＳｉＯ２系のガラス層（クラッド層）が形成され、このガラス層の中にＳｉＯ２−ＴｉＯ２系のガラス層（コア層）が埋め込み形成されて、図１に示した導波路構成が形成されている。コア層とクラッド層の比屈折率差は０．４％であり、コア層の断面寸法は８．０μｍ×８．０μｍである。
【００３１】
第１および第２の方向性結合部１，２は、第１の光導波路３と第２の光導波路４を、数μｍ程度の間隔を保って数１００μｍの距離にわたって並設することにより形成されている。第１および第２の光導波路３，４の屈折率は約１．４５である。
【００３２】
また、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた区間において、第１の光導波路３の長さはＬ＋ΔＬ、第２の光導波路４の長さはＬであり、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の導波路４の長さの差はΔＬ（ここでは、ΔＬ＝１５．０５μｍ）である。
【００３３】
本実施形態例の光合分波器８は、上記長さの差ΔＬと第１および第２の光導波路３，４の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）を、クロス伝搬波長λ２に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛けた値程度とし、かつ、スルー伝搬波長λ１に（Ｎ±０．５）を掛けた値程度としている。
【００３４】
これらの波長λ１、λ２と上記積（ｎ・ΔＬ）の関係を式により表すと、式（１）、（２）に示すようになり、また、Δλ＝｜λ２−λ１｜とすると式（３）が成り立つ。なお、λ１とλ２の大小関係は規定されない。
【００３５】
ｎ・ΔＬ＝λ１・（Ｎ±０．５）・・・・・（１）
【００３６】
ｎ・ΔＬ＝λ２・Ｎ・・・・・（２）
【００３７】
ΔＬ＝λ１・λ２／（２ｎ・Δλ）・・・・・（３）
【００３８】
なお、ΔＬは異なる整数Ｎに対して複数決定することができるが、本実施形態例ではそのうち最小値を選択している。
【００３９】
また、Ｎは完全に整数で無くてもよく略整数（整数に近い値）であってもよい。この整数値からの誤差が０．１程度であれば、この整数値に近い値Ｎ′（（Ｎ−０．１）≦Ｎ′≦（Ｎ＋０．１））をＮの代わりに用いてΔＬを決定して光合分波器８が形成されたとしても、光合分波器８の機能に与える影響をほとんど無視できる。
【００４０】
本第１実施形態例は以上のように構成されており、後述する表１の第１実施形態例の試作例１−▲１▼のパワー結合比は、図２に示すように、設計通りのパワー結合比となった。
【００４１】
つまり、試作例１−▲１▼の光合分波器８は、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１５７５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約５４％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５２５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約４６％となり、スルー・クロス結合比差は約８％となった。
【００４２】
また、試作例１−▲１▼において、波長λ１とλ２の平均波長である波長１５５０ｎｍに対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比は５０％となった。
【００４３】
さらに、試作例１−▲１▼の挿入損失スペクトルは、図３に示すようになった。つまり、試作例１−▲１▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図３の特性線ａに示されるようになり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるようになった。
【００４４】
これらの特性線ａ、ｂに示すように、試作例１−▲１▼のスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の透過損失レベルは共に１ｄＢ程度となった。また、試作例１−▲１▼は、特性線ｂのクロス経路に比べるとクロストークが大きい特性線ａのスルー経路における波長λ１、λ２の間のクロストーク（波長λ１における透過損失−波長λ２における遮断損失）においても、クロストークの値が−２４ｄＢ程度であった。
【００４５】
つまり、この試作例１−▲１▼の光合分波器８のクロストークは、光合分波器に要求されるクロストークの値である−１５ｄＢ程度以下の値であり、低損失、低クロストークが実現できた。
【００４６】
ところで、方向性結合部を有する回路において、方向性結合部のパワー結合比は製造条件で±５％程度ばらつくことが知られている。そのため、本実施形態例において、上記試作例１−▲１▼のように、上記波長λ１とλ２の平均波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を設計通り５０％に形成できた場合だけ要求特性を満足していても不十分であり、方向性結合部１，２のパワー結合比が上記範囲（±５％）内でずれた場合の全範囲内で要求特性を満足している必要がある。
【００４７】
そこで、本発明者は、ばらつきを考慮して、上記波長λ１とλ２の平均波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比が、設計値である５０％から５％低めにずれた場合を想定し、試作例１−▲２▼の光合分波器８を形成した。
【００４８】
この試作例１−▲２▼の光合分波器８は、図４に示すように、上記波長λ１とλ２の平均波長（１５５０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を４５％としたものである。
【００４９】
つまり、試作例１−▲２▼の光合分波器８は、図４に示すように、光合分波器８のスルー伝搬波長λ１（λ１＝１５７５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５０％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５２５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約４２％とし、スルー・クロス結合比差を約８％とした光合分波器である。
【００５０】
また、試作例１−▲２▼の挿入損失スペクトルは、図５に示すようになった。つまり、試作例１−▲２▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図５の特性線ａに示されるものであり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるものである。
【００５１】
これらの特性線ａ、ｂに示すように、試作例１−▲２▼において、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の透過損失レベルは共に１ｄＢ程度であった。また、試作例１−▲２▼は、特性線ｂのクロス経路に比べるとクロストークが大きい特性線ａのスルー経路においても、クロストークの値は−１６ｄＢ程度で−１５ｄＢ程度以下を満足し、低損失、低クロストークが実現できた。
【００５２】
さらに、本発明者は、光合分波器８における方向性結合部の製造ばらつきを考慮して、波長λ１とλ２の平均波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比が、設計値である５０％から５％高めにずれた場合を想定して試作例１−▲３▼の光合分波器８を形成した。
【００５３】
この試作例１−▲３▼の光合分波器８は、図６に示すように、波長λ１とλ２の平均波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を５５％としたものである。
【００５４】
つまり、試作例１−▲３▼の光合分波器８は、図６に示すように、光合分波器８のスルー伝搬波長λ１（λ１＝１５７５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５９％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５２５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５１％とし、スルー・クロス結合比差を約８％とした光合分波器である。
【００５５】
また、試作例１−▲３▼の挿入損失スペクトルは、図７に示すようになった。つまり、試作例１−▲３▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図７の特性線ａに示されるものであり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるものである。
【００５６】
これらの特性線ａ、ｂに示すように、試作例１−▲３▼のスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の透過損失レベルは共に１ｄＢ程度であった。また、試作例１−▲３▼は、特性線ｂのクロス経路に比べるとクロストークが大きい特性線ａのスルー経路においても、クロストークの値が−３７ｄＢ程度であり、−１５ｄＢ程度以下を満足し、低損失、低クロストークが実現できた。
【００５７】
以上のように、第１実施形態例の光合分波器８は、前記スルー・クロス結合比差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値である８％とし、前記第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値とすることにより、第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比の波長依存性が無視できないくらい波長間隔が互いに離れた波長の光を、低損失、低クロストークで合分波できた。
【００５８】
表１には、上記試作例１−▲１▼、試作例１−▲２▼、試作例１−▲３▼の、それぞれの光合分波器８の特性が示されている。また、表１には、上記第１実施形態例の比較例として、以下に示す比較例について実験を行った結果も示されている。
【００５９】
【表１】
【００６０】
比較例１（比較例１−▲１▼、比較例１−▲２▼、比較例１−▲３▼）の光合分波器８は、図１に示す回路構成を有し、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた、第１の光導波路３と第２の導波路４の長さの差ΔＬの設計値を９．４３μｍとして形成したものである。
【００６１】
表１に示すように、比較例１（比較例１−▲１▼、比較例１−▲２▼、比較例１−▲３▼）は、スルー伝搬波長λ１を１５１０ｎｍ、クロス伝搬波長λ２を１５９０ｎｍに設定して、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長を１５５０ｎｍに設定し、この波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比を５０％に設定した光合分波器８である。
【００６２】
比較例１−▲１▼は、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長である１５５０ｎｍのパワー結合比を上記設計通り５０％に形成できた光合分波器８であり、比較例１−▲２▼は、製造ばらつきにより１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％になった光合分波器８、比較例１−▲３▼は、製造ばらつきにより１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％になった光合分波器８である。
【００６３】
比較例１−▲１▼の光合分波器８は、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１５１０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約４４％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５９０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約５６％、スルー・クロス結合比差が約１２％である。比較例１−▲１▼の光合分波器８のクロストーク値は−１８ｄＢ程度となった。
【００６４】
しかし、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％となった比較例１−▲３▼の光合分波器８は、クロストークが−１４ｄＢ程度となった。光合分波器８には、クロストーク（透過波長の透過損失−遮断波長の遮断損失）を最低でも−１５ｄＢ以下とすることが要求されるので、比較例１−▲３▼はこの条件を満足することができなかった。
【００６５】
なお、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％となった比較例１−▲２▼の光合分波器８は、クロストークが−３１ｄＢ程度であった。
【００６６】
比較例２（比較例２−▲１▼、比較例２−▲２▼、比較例２−▲３▼）の光合分波器８は、図１に示す回路構成における、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の導波路４の長さの差ΔＬの設計値を１０．６μｍとして形成したものである。
【００６７】
表１に示すように、比較例２（比較例２−▲１▼、比較例２−▲２▼、比較例２−▲３▼）は、スルー伝搬波長λ１を１６１０ｎｍ、クロス伝搬波長λ２を１５３０ｎｍに設定し、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長を１５７０ｎｍに設定し、この波長１５７０ｎｍにおけるパワー結合比を５０％に設定した光合分波器８である。
【００６８】
比較例２−▲１▼は、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長である１５７０ｎｍのパワー結合比を上記設計通り５０％に形成できた光合分波器８であり、比較例２−▲２▼は、製造ばらつきにより１５７０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％になった光合分波器８、比較例２−▲３▼は、製造ばらつきにより１５７０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％になった光合分波器８である。
【００６９】
比較例２−▲１▼の光合分波器８は、図２３に示すように、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１６１０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約６５％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５３０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約４０％、スルー・クロス結合比差が約２５％である。
【００７０】
また、比較例２−▲１▼の挿入損失スペクトルは、図２４に示すようになった。つまり、比較例２−▲１▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図２４の特性線ａに示されるものであり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるものである。
【００７１】
比較例２−▲１▼の光合分波器８は、図２４に示すように、特性線ａのスルー経路における波長λ１、λ２との間のクロストークが−１３ｄＢ程度であった。この値は、光合分波器としての要求レベル、つまり、クロストークを最低でも−１５ｄＢ以下にするといった要求を満足できない値であり、比較例２−▲１▼は、波長λ１、λ２の平均波長におけるパワー結合比を設計通りに形成できても、低クロストークを実現できないことが分かった。
【００７２】
また、比較例２において、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％となった比較例２−▲２▼の光合分波器８は、クロストークが−１０ｄＢ程度となり、比較例２−▲２▼も比較例２−▲１▼と同様に、クロストークを−１５ｄＢ以下とする条件を満足することができなかった。
【００７３】
なお、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％となった比較例２−▲３▼の光合分波器８は、クロストークが−２３ｄＢ程度であった。
【００７４】
比較例３（比較例３−▲１▼、比較例３−▲２▼、比較例３−▲３▼）の光合分波器８は、図１に示す回路構成における、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の導波路４の長さの差ΔＬの設計値を３．２μｍとして形成したものである。
【００７５】
表１に示すように、比較例３（比較例３−▲１▼、比較例３−▲２▼、比較例３−▲３▼）は、スルー伝搬波長λ１を１３３０ｎｍ、クロス伝搬波長λ２を１５５０ｎｍに設定し、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長を１４４０ｎｍに設定し、この波長１４４０ｎｍにおけるパワー結合比を５０％に設定した光合分波器８である。
【００７６】
比較例３−▲１▼は、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長である１４４０ｎｍのパワー結合比を上記設計通り５０％に形成できた光合分波器８であり、比較例３−▲２▼は、製造ばらつきにより１４４０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％になった光合分波器８であり、比較例３−▲３▼は、製造ばらつきにより１４４０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％になった光合分波器８である。
【００７７】
比較例３−▲１▼の光合分波器８は、図２５に示すように、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１３３０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約３５％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５５０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約８０％であり、スルー・クロス結合比差は約４５％である。
【００７８】
また、比較例３−▲１▼の挿入損失スペクトルは、図２６に示すようになった。つまり、比較例３−▲１▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図２６の特性線ａに示されるものであり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるものである。
【００７９】
比較例３−▲１▼の光合分波器８は、図２６に示すように、特に特性線ａのスルー経路における波長λ１、λ２との間のクロストーク（波長λ１における透過損失−波長λ２における遮断損失）はたかだか−４ｄＢ程度であり、クロストーク劣化が顕著であることが分かる。このとき、特にクロス伝搬波長での透過損失レベルも数ｄＢ程度に劣化していることが分かる。
【００８０】
また、比較例３において、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１４４０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％となった比較例３−▲２▼の光合分波器８は、クロストークが−７ｄＢ程度となり、前記平均波長１４４０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％となった比較例３−▲３▼の光合分波器８は、クロストークが−３ｄＢ程度であった。
【００８１】
このように、スルー・クロス結合率差を４５％とした比較例３の光合分波器８においては、比較例３−▲１▼、比較例３−▲２▼、比較例３−▲３▼のいずれも、クロストークを−１５ｄＢ以下とする条件を満足することができなかった。つまり、この構成においては、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長でのパワー結合率をほぼ５０％に設定しても、全く低クロストークの要求レベルをクリアできず、また、低挿入損失も達成できないことが分かった。
【００８２】
次に、本発明の第２実施形態例の光合分波器について説明する。本第２実施形態例の光合分波器８は、図８に示すように、上記第１実施形態例に示したマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器の導波路構成における第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２の代わりに、それぞれ同様な機能を有するマルチモード光干渉導波路５，６を設けたことである。
【００８３】
図９には、マルチモード光干渉導波路５（６）の平面構成が示されており、図１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、それぞれ、図９のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図、Ｃ−Ｃ’断面図が示されている。
【００８４】
これらの図に示されるように、マルチモード光干渉導波路５（６）のメイン部分であるマルチモード領域は、コアガラス層を略長方形形状のスラブ導波路として形成したものである。このマルチモード領域は、おおむね数１０μｍの幅で数１００μｍの長さで構成されている。
【００８５】
なお、本第２実施形態例では、設計の容易性から、マルチモード光干渉導波路５（６）を図９に示すような長方形形状としているが、本発明の光合分波器に適用されるマルチモード光干渉導波路は、マルチモード効果を利用したカプラであればその構成は特に限定されるものではない。すなわち、マルチモード光干渉導波路は、光伝搬モードのうち、基本モードと基本モード以外の高次モードの両方を伝搬できる導波路構成を有していればよい。
【００８６】
本第２実施形態例において、第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比の設計値は図１１に示すような波長依存性を有するものである。すなわち、本第２実施形態例は、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１４６０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約４７％に設定し、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１６４０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５３％に設定し、前記スルー・クロス結合比差を約６％に設定した。
【００８７】
また、本第２実施形態例の光合分波器８は、これらの波長λ１とλ２の平均波長１５５０ｎｍに対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を約５０％に設定したものである。
【００８８】
本第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例の試作例２−▲１▼のパワー結合比は、図１１に示すように、設計通りのパワー結合比となった。
【００８９】
また、試作例２−▲１▼の挿入損失スペクトルは、図１２に示すようになった。つまり、試作例２−▲１▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図１２の特性線ａに示されるようになり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるようになった。
【００９０】
これらの特性線ａ、ｂに示すように、試作例２−▲１▼のスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の透過損失レベルは共に１ｄＢ程度となった。また、試作例２−▲１▼は、特性線ｂのクロス経路に比べるとクロストークが大きい特性線ａのスルー経路における波長λ１、λ２の間のクロストーク（波長λ１における透過損失−波長λ２における遮断損失）においても、クロストークの値が−２８ｄＢ程度で、−１５ｄＢ程度以下を満足し、低損失、低クロストークが実現できた。
【００９１】
また、試作例２において、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％となった試作例２−▲２▼の光合分波器８は、クロストークが−２４ｄＢ程度となり、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％となった試作例２−▲３▼の光合分波器８は、クロストークが−１７ｄＢ程度であった。
【００９２】
表２には、上記試作例２−▲１▼、試作例２−▲２▼、試作例２−▲３▼の、それぞれの光合分波器８の特性が示されている。
【００９３】
【表２】
【００９４】
つまり、第２実施形態例の試作例２−▲２▼、試作例２−▲３▼も、クロストークを−１５ｄＢ以下とする条件を満足することができ、本第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができることが確認できた。
【００９５】
図１３には、上記第１、第２実施形態例の試作例１、２と比較例１〜３について、表１、表２に基づき、それぞれの光合分波器８におけるスルー・クロス結合率差とクロストークとの関係についてまとめた結果が示されている。
【００９６】
なお、上記第１、第２実施形態例の試作例１、２と比較例１〜３は、いずれも、スルー経路における波長λ１、λ２の間のクロストークがクロス経路における波長λ１、λ２の間のクロストークに比べて大きかったので、図１３に示すクロストークの値は、スルー経路における波長λ１、λ２の間のクロストークの値である。
【００９７】
また、同図では、上記各試作例および各比較例の光合分波器８において、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長におけるパワー結合比に応じ、このパワ−結合比が４５％のものを▲、５０％のものを●、５５％のものを■により示している。
【００９８】
同図に示すように、試作例１、２は、いずれも、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長におけるパワー結合比を４５％以上５５％以下のどの値にしても、クロストークを−１５ｄＢ程度以下にすることができている。
【００９９】
それに対し、比較例１〜３においては、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長におけるパワー結合比が４５％以上５５％以下のいずれかまたは全ての値のときに、クロストークが−１５ｄＢより大きくなっている。
【０１００】
また、試作例１と比較例１との境界に着目すると、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長におけるパワー結合比がほぼ１０％以下であれば、クロストークを−１５ｄＢ以下にするという要求レベルを実現できることが分かる。
【０１０１】
図１４には、本発明の光合分波器の第３実施形態例が示されている。本第３実施形態例の光合分波器は、上記第１実施形態例に示したような本発明の光合分波器であるマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８（８Ａ〜８Ｃ）を１つ以上設けた第１段から第Ｍ段（Ｍは２以上の整数であり、ここでは２）の複数段（ここでは２段）の光合分波器８をツリー状に接続して形成されている。
【０１０２】
第１段の複数の光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）は並設され、これら第１段の複数の光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）と第２段の光合分波器８（８Ｃ）は、光信号の進行方向にタンデム状に配置されている。
【０１０３】
本第３実施形態例の光合分波器において、例えば第１段の複数の光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）が第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ入力する光を合波して第１または第２の光導波路３，４から出力する。ここでは、光合分波器８Ａは合波光を第２の光導波路４から出力し、光合分波器８Ｂは合波光を第１の光導波路３から出力する。そして、これら第１段の１対ずつの光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）の光出力を第２段の光合分波器８（８Ｃ）でさらに合波する。
【０１０４】
つまり、本第３実施形態例の光合分波器は、前段の対の光合分波器８の光出力を後段の光合分波器８でさらに合波する機能を有している。
【０１０５】
例えば、第１段の光合分波器８Ａは波長λ１とλ２の光を合波し、第１段の光合分波器８Ｂは波長λ３とλ４の光を合波し、第２段の光合分波器８Ｃは波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を合波して、第２の光導波路４から出力する。
【０１０６】
波長λ１、λ２、λ３、λ４は、周波数間隔が２ＴＨｚずつ異なる４波長の光であり、λ１＝１４９５．２２ｎｍ、λ２＝１４６５．９８ｎｍ、λ３＝１４５１．７８ｎｍ、λ４＝１４８０．４６ｎｍとしている。
【０１０７】
そして、図１５の特性線ａに示すように、第１段の光合分波器８Ａは、４ＴＨｚ間隔の２波長λ１、λ２の平均波長（λ１＋λ２）／２におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、波長λ１に対するパワー結合比と波長λ２に対するパワー結合比との差）は３％程度である。なお、図１５および以下に示す図１６において、スルー伝搬波長を●で示し、クロス伝搬波長を▲で示している。
【０１０８】
また、図１５の特性線ｂに示すように、第１段の光合分波器８Ｂは、４ＴＨｚ間隔の２波長λ３、λ４の平均波長（λ３＋λ４）／２におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、波長λ３に対するパワー結合比と波長λ４に対するパワー結合比との差）は３％程度である。
【０１０９】
さらに、第２段の光合分波器８Ｃは、図１６に示すように、２ＴＨｚ間隔の４波長λ１、λ２、λ３、λ４の平均波長（λ１＋λ２＋λ３＋λ４）／４におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、スルー伝搬波長であるλ３とλ４およびクロス伝搬波長であるλ１とλ２の間で想定される全ての４つの組み合わせ「λ１とλ３」、「λ１とλ４」、「λ２とλ３」、「λ２とλ４」のパワー結合比差）が約１％以上で約１０％以下の値と成している。
【０１１０】
本第３実施形態例の光合分波器は以上のように構成されており、４ポートからそれぞれ入力された波長λ１、λ２、λ３、λ４の合波スペクトルは図１７に示すようになった。すなわち、本第３実施形態例の光合分波器は、上記波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を低損失で合波でき、かつ、低クロストークを実現できる。
【０１１１】
なお、光合分波器８は光の相反性を有する回路であるため、本第３実施形態例の光合分波器において、図１４とは逆に、第Ｍ段（ここでは２段）の光合分波器８（８Ｃ）の第１または第２の光導波路３，４（例えば第２の光導波路４）から波長λ１、λ２、λ３、λ４の多重光を入力すると、光合分波器８Ｃはその光を分波して第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ出力する。
【０１１２】
そして、前記第Ｍ段の光合分波器８（８Ｃ）で光分波した光を第（Ｍ−１）段の対の光合分波器（ここでは第１段の光合分波器）８（８Ａ，８Ｂ）でさらに分波し、波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を、波長毎に取り出すことが可能である。このように、本第３実施形態例の光合分波器は、後段の光合分波器８の光出力を前段の対の光合分波器８でさらに分波する機能も有している。
【０１１３】
本第３実施形態例の光合分波器は、このように分波を行う場合も、上記波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を低損失で分波でき、かつ、低クロストークを実現できる。
【０１１４】
つまり、第３実施形態例の光合分波器は、広波長帯域内の複数の波長の光を低損失、低クロストークで合波したり分波したりすることができる。
【０１１５】
図１８には、本発明の光合分波器の第４実施形態例が示されている。本第４実施形態例の光合分波器は、上記第１実施形態例に示したような、本発明の光合分波器であるマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８（８Ａ〜８Ｇ）を１つ以上設けてなる第１段から第Ｍ段（Ｍは２以上の整数であり、ここでは３）の複数段（ここでは３段）の光合分波器をツリー状に接続して形成されている。
【０１１６】
本第４実施形態例の光合分波器において、例えば第１段の複数の光合分波器８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）が第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ入力する光を合波して第１または第２の光導波路３，４から出力し、これら第１段の１対ずつの光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）の光出力を第２段の光合分波器８（８Ｅ）でさらに合波し、光合分波器（８Ｃ，８Ｄ）の光出力を第２段の光合分波器８（８Ｆ）でさらに合波する。
【０１１７】
さらに、本第４実施形態例においては、第２段の１対の光合分波器８（８Ｅ、８Ｆ）の光出力を第３段の光合分波器８（８Ｇ）で合波する。このように、本第４実施形態例の光合分波器も、上記第３実施形態例の光合分波器と同様に、前段の対の光合分波器８の光出力を後段の光合分波器８でさらに合波する。
【０１１８】
例えば、第１段の光合分波器８Ａは波長λ１とλ２の光を合波し、第１段の光合分波器８Ｂは波長λ３とλ４の光を合波し、第１段の光合分波器８Ｃは波長λ５とλ６の光を合波し、第１段の光合分波器８Ｄは波長λ７とλ８の光を合波する。また、第２段の光合分波器８Ｅは波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を合波し、第２段の光合分波器８Ｆは波長λ５、λ６、λ７、λ８の光を合波する。さらに、第３段の光合分波器８Ｇは、波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、λ８の光を合波して第２の光導波路４から出力する。
【０１１９】
波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、λ８は、周波数間隔が２ＴＨｚずつ異なる８波長の光であり、λ１＝１４５１．７８ｎｍ、λ２＝１５１０．２９ｎｍ、λ３＝１４８０．４６ｎｍ、λ４＝１４２４．１９ｎｍ、λ５＝１４１０．７９ｎｍ、λ６＝１４６５．９８ｎｍ、λ７＝１４９５．２２ｎｍ、λ８＝１４３７．８５ｎｍとしている。
【０１２０】
そして、図１９の特性線ａに示すように、第１段の光合分波器８Ａは、８ＴＨｚ間隔の２波長λ１、λ２の平均波長（λ１＋λ２）／２におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、波長λ１に対するパワー結合比と波長λ２に対するパワー結合比との差）は４％程度である。なお、図１９および以下に示す図２０、図２１において、スルー伝搬波長を●で示し、クロス伝搬波長を▲で示している
【０１２１】
また、同様に、同図の特性線ｂ、ｃ、ｄにそれぞれ示すように、第１段の光合分波器８Ｂ，８Ｃ，８Ｄは、それぞれ合波する８ＴＨｚ間隔の２波長の平均波長におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差は４％程度である。
【０１２２】
さらに、第２段の光合分波器８Ｅは、図２０の特性線ａに示すように、４ＴＨｚ間隔の４波長λ１、λ２、λ３、λ４の平均波長（λ１＋λ２＋λ３＋λ４）／４におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、スルー伝搬波長であるλ３とλ４およびクロス伝搬波長であるλ１とλ２の間で想定される全ての４つの組み合わせ「λ１とλ３」、「λ２とλ３」、「λ１とλ４」、「λ２とλ４」のパワー結合比差）が約１％以上で約１０％以下の値と成している。
【０１２３】
また、同様に、第２段の光合分波器８Ｆは、同図の特性線ｂに示すように、４ＴＨｚ間隔の４波長λ５、λ６、λ７、λ８の平均波長（λ５＋λ６＋λ７＋λ８）／４におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、クロス伝搬波長であるλ７とλ８およびスルー伝搬波長であるλ５とλ６の間で想定される全ての４つの組み合わせ「λ５とλ７」、「λ６とλ７」、「λ５とλ８」、「λ６とλ８」のパワー結合比差）が約１％以上で約１０％以下の値と成している。
【０１２４】
さらに、図２１に示すように、第３段の光合分波器８Ｇは、２ＴＨｚ間隔の８波長λ１〜λ８の平均波長（λ１＋λ２＋λ３＋λ４＋λ５＋λ６＋λ７＋λ８）／８におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、スルー伝搬波長であるλ５、λ６、λ７、λ８およびクロス伝搬波長であるλ１、λ２、λ３、λ４の間で想定される全ての組み合わせのパワー結合比差）が約１％以上で約１０％以下の値と成している。
【０１２５】
本第４実施形態例の光合分波器は以上のように構成されており、８ポートからそれぞれ入力された波長λ１〜λ８の合波スペクトルは図２２に示すようになった。すなわち、本実施形態例の光合分波器は、上記波長λ１〜λ８の光を低損失で合波でき、かつ、低クロストークを実現できる。
【０１２６】
なお、光合分波器８は光の相反性を有する回路であるため、本第４実施形態例の光合分波器も上記第３実施形態例の光合分波器と同様に、第Ｍ段（ここでは３段）の光合分波器８（８Ｇ）の第１または第２の光導波路３，４（例えば第２の光導波路４）から波長多重光を入力すると、その光を分波して第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ出力する。
【０１２７】
そして、前記第Ｍ段の光合分波器８（８Ｇ）で光分波した光を第（Ｍ−１）段の対の光合分波器（ここでは第２段の光合分波器）８（８Ｅ，８Ｆ）でさらに分波するといった如く、後段の光合分波器８の光出力を前段の対の光合分波器８でさらに分波することが可能である。
【０１２８】
また、この場合も、本第４実施形態例の光合分波器は、上記波長λ１〜λ８の光を低損失で分波でき、かつ、低クロストークを実現できる。
【０１２９】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば本発明の光合分波器において、光合分波器８の接続段数は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、４段以上の光合分波器８をツリー状に接続して本発明の光合分波器を形成することもできる。
【０１３０】
また、上記第３、第４実施形態例の光合分波器は、上記第１実施形態例に示したような方向性結合部１，２を備えた光合分波器８を複数段接続して形成したが、１つ以上の光合分波器８の方向性結合部１，２のうち少なくとも１つの代わりにマルチモード光干渉導波路５，６を設けて形成してもよい。
【０１３１】
さらに、本発明の光合分波器によって合分波する光の波長は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、光合分波器８において、クロス伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比とスルー伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比との差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値とすればよい。
【０１３２】
また、第１と第２の方向性結合部１，２の少なくとも１つの代わりにマルチモード光干渉導波路５，６を設けた場合も同様に上記パワー結合比を決定すればよい。
【０１３３】
さらに、上記各実施形態例では、コアガラス層としてＳｉＯ２−ＴｉＯ２系を適用したが、コアガラス層をＳｉＯ２−ＧｅＯ２系としてもよい。
【０１３４】
さらに、上記各実施形態例では、第１と第２の光導波路３，４を形成するコアの断面寸法を８．０μｍ×８．０μｍとしたが、コアの寸法は特に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、使用波長や比屈折率差を考慮して、単一モード導波路で第１と第２の光導波路３，４を形成することにより、上記各実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【０１３５】
さらに、上記各実施形態例では、シリコン基板上に石英系光導波路を形成したが、本発明の光合分波器の形成材料、製造方法は特に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、光合分波器の回路を、半導体導波路等により形成してもよい。また、本発明の光合分波器は、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ３光導波路、イオン交換導波路に代表される、屈折率分布を有する光導波路により形成してもよい。これらの場合、材料の違いに起因する有効屈折率を考慮して回路設計を行なえばよい。
【０１３６】
さらに、上記説明では、光合分波器の回路構成を典型的なマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器を用いて形成したが、本発明の光合分波器の回路構成は、上記各実施形態例に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、マッハツェンダ光干渉計型を基本構成とした周知の多様な変形パターンにおいても十分に効果を発揮できる。
【０１３７】
さらに、本発明の光合分波器は、平面型光導波回路に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、マッハツェンダ光干渉計型の回路を基本構成とすれば、光ファイバ型の光合分波器にも適用できるものである。
【０１３８】
【発明の効果】
本発明の光合分波器は、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器におけるクロス伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部のパワー結合比とスルー伝搬波長に対する前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比との差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値とすることにより、第１および第２の方向性結合部のパワー結合比の波長依存性が無視できないくらい波長間隔が互いに離れた波長の光を、低損失、低クロストークで合波したり分波したりできる。
【０１３９】
また、本発明において、第１および第２の方向性結合部のパワー結合比４５％から５５％の全ての結合に対して、クロストークを−１５ｄＢ以下としたので、低クロストークを実現でき、光通信分野で要求されている要求特性を確実に実現できる。
【０１４１】
さらに、本発明の光合分波器において、第１の方向性結合部と第２の方向性結合部の少なくとも１つの代わりにマルチモード光干渉導波路を設けた構成においては、光合分波器の製造誤差を小さくすることができ、歩留まりを向上させることができる。
【０１４２】
さらに、本発明において、光合分波器を複数段接続して形成した構成によれば、広波長帯域内の複数の波長の光を低損失、低クロストークで合波したり分波したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光合分波器の一例を模式的に示す要部構成図である。
【図２】本発明に係る光合分波器の第１実施形態例の試作例１−▲１▼における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図３】上記試作例１−▲１▼におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光合分波器の第１実施形態例の試作例１−▲２▼における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図５】上記試作例１−▲２▼におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係る光合分波器の第１実施形態例の試作例１−▲３▼における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図７】上記試作例１−▲３▼におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図８】本発明に係る光合分波器の第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図９】マルチモード光干渉導波路形成領域の平面構成を示す説明図である。
【図１０】図９の断面構成を示す説明図である。
【図１１】本発明に係る光合分波器の第２実施形態例の試作例２−▲１▼におけるマルチモード光干渉導波路のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図１２】上記試作例２−▲１▼におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る光合分波器の第１、第２実施形態例の各試作例および比較例のスルー・クロス結合率差とクロストークとの関係を示すグラフである。
【図１４】本発明に係る光合分波器の第３実施形態例を示す要部構成図である。
【図１５】図１４に示す光合分波器を構成する第１段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図１６】図１４に示す光合分波器を構成する第２段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図１７】上記第３実施形態例の光合分波器の損失特性を示すグラフである。
【図１８】本発明に係る光合分波器の第４実施形態例を示す要部構成図である。
【図１９】図１８示す光合分波器を構成する第１段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２０】図１８に示す光合分波器を構成する第２段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２１】図１８に示す光合分波器を構成する第３段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２２】上記第４実施形態例の光合分波器の損失特性を示すグラフである。
【図２３】比較例２−▲１▼の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２４】比較例２−▲１▼の光合分波器におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図２５】比較例３−▲１▼の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２６】比較例３−▲１▼の光合分波器におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 第１の方向性結合部
２ 第２の方向性結合部
３ 第１の光導波路
４ 第２の光導波路
５，６ マルチモード光干渉導波路
８，８Ａ〜８Ｇ 光合分波器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等で用いられる光合分波器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年のインターネットトラヒックの急増を背景に、通信ネットワーク容量の拡大が急務となっている。この要求に応えるべき１つのソリューションが波長分割多重伝送（Wavelength Division Multiplexing (WDM)）技術である。波長分割多重伝送技術は、１本の光ファイバに異なる波長の光信号を複数多重して伝送するため、伝送容量を波長多重数倍だけ拡大できることで脚光を浴びている。
【０００３】
波長分割多重伝送システムを実現するためには、光合分波器等の光デバイスが必要となる。
【０００４】
光合分波器は、例えば複数波長の光を合波したり、各々の波長の光を独立に分波（分離）したりするための装置である。例えば合波用に設けられた光合分波器によって合波された波長多重光は光ファイバに伝送される。また、この光ファイバを伝送した波長多重光は、例えば分波用に設けられた光合分波器によって分波され、波長毎に取り出される。
【０００５】
光合分波器は、様々な構成のものがあり、例えば光導波路型の光合分波器、光ファイバ型の光合分波器、薄膜フィルタの透過反射特性を利用したバルク型の光合分波器等、様々な光合分波器が実用化されている。
【０００６】
中でも光導波路型の光合分波器は、半導体分野で培われた高精度なパターン化技術を適用できるために、設計性が良好である。また、光導波路型の光合分波器は、多数枚の基板上にガラス膜を一括成膜する技術を適用できる等、量産性にも優れている。
【０００７】
光導波路型の光合分波器として、例えばアレイ導波路型回折格子（AWG:Arrayed Waveguide Grating）やマッハツェンダ光干渉計（MZI：Mach-Zehnder Interferometer）等の光合分波器が実用化されている。上記マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器は、製造ばらつきに強く、低損失で波長を合分波できることがよく知られている。
【０００８】
例えば図１に示すように、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８は、第１の光導波路３と、該第１の光導波路３と並設された第２の光導波路４とを有し、前記第１の光導波路３と前記第２の光導波路４を近接させて成る第１の方向性結合部１と、該第１の方向性結合部１と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の光導波路３と前記第２の光導波路４を近接させて成る第２の方向性結合部２とを有している。
【０００９】
また、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８は、通常、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた区間において、第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さを互いに異なる長さと成している。
【００１０】
そして、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８において、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた区間における第１の光導波路３と第２の光導波路４の長さの差ΔＬと、第１および第２の光導波路３，４の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）を適宜設定し、異なる波長の光の合波や分波が行われる。
【００１１】
なお、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８において、一般に、前記第１の光導波路３の入射側１３から入力されて該第１の光導波路３の出射側２３から出力される光の経路または、前記第２の光導波路４の入射側１４から入力されて該第２の光導波路４の出射側２４から出力される光の経路はスルー経路と呼ばれている。そして、本明細書において、このスルー経路を伝搬するように設計される光の波長をスルー伝搬波長と呼ぶ。図１においては、波長λ１がスルー伝搬波長である。
【００１２】
また、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８において、第１の光導波路３の入射側１３から入力されて第２の光導波路４の出射側２４から出力される光の経路または、前記第２の光導波路４の入射側１４から入力されて前記第１の光導波路１の出射側２３から出力される光の経路はクロス経路と呼ばれている。そして、本明細書において、このクロス経路を伝搬するように設計される光の波長をクロス伝搬波長と呼ぶ。図１においては、波長λ２がクロス伝搬波長である。
【００１３】
従来のマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８は、極めて近接した波長（例えばλ１＝１５４９ｎｍとλ２＝１５５１ｎｍの２つの波長）の信号光を合波または分波するものであり、第１の方向性結合部１および第２の方向性結合部２は、いずれも、波長λ１、λ２の両信号光に対して５０％（例えば５０±０．５％以内）のパワー結合比を有している。
【００１４】
言い換えると、従来のマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８は、この光合分波器８を形成する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比が、いずれもほとんど５０％と見なせる、互いに極めて近接した波長の信号光の合波または分波しか行えなかった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波長分割多重伝送技術の進展に伴い、第１と第２の方向性結合部１，２のパワー結合比の波長依存性を無視できるほど互いに近接した波長の光だけでなく、第１と第２の方向性結合部１，２のパワー結合比の波長依存性が無視できないくらい波長間隔が離れた波長の光を、低損失、かつ、−１５ｄＢ以下の低クロストークで合波したり分波したりできるマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８の実現が望まれるようになった。
【００１６】
本発明は上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、方向性結合部のパワー結合比の波長依存性が無視できないくらい波長間隔が互いに離れた波長の光を、低損失、低クロストークで合波したり分波したりできる光合分波器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の光合分波器は、第１の光導波路と、該第１の光導波路と並設された第２の光導波路とを有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第１の方向性結合部と、該第１の方向性結合部と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第２の方向性結合部とを有し、該第２の方向性結合部と前記第１の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路は互いに異なる長さと成し、第１の光導波路の入射側から入力されて第２の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて前記第１の光導波路の出射側から出力される光波長をクロス伝搬波長とし、前記第１の光導波路の入射側から入力されて該第１の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて該第２の光導波路の出射側から出力される光波長をスルー伝搬波長としたときに、前記第１の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差ΔＬと前記第１および第２の光導波路の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）を、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛けた値程度とし、かつ、スルー伝搬波長に（Ｎ±０．５）を掛けた値程度とした光合分波器において、前記クロス伝搬波長に対する前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比と前記スルー伝搬波長に対する前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比との差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比４５％から５５％の全ての結合に対して、クロストークを−１５ｄＢ以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
なお、本明細書で述べるクロス伝搬波長とスルー伝搬波長の平均波長とは、算術平均（相加平均）のこと、すなわち、数の総和を数の個数で割った値を示す。例えばスルー伝搬波長をλ１とし、クロス伝搬波長をλ２としたとき、その平均波長は（λ１＋λ２）／２となる。
【００２１】
さらに、第２の発明の光合分波器は、上記第１の発明の構成に加え、前記第１の方向性結合部と第２の方向性結合部の少なくとも１つの代わりにマルチモード光干渉導波路を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第３の発明の光合分波器は、上記第１の発明の光合分波器を１つ以上設けてなる第１段から第Ｍ段（Ｍは２以上の整数）の複数段の光合分波器を接続して形成され、第１段の複数の光合分波器が第１と第２の光導波路からそれぞれ入力する光を合波して第１または第２の光導波路から出力し、これら第１段の１対ずつの光合分波器の光出力を第２段の光合分波器でさらに合波するといった如く、前段の対の光合分波器の光出力を後段の光合分波器でさらに合波することと、第Ｍ段のそれぞれの光合分波器が第１または第２の光導波路から入力する光を分波して第１と第２の光導波路からそれぞれ出力し、前記第Ｍ段の光合分波器で光分波した光を第（Ｍ−１）段の対の光合分波器でさらに分波するといった如く、後段の光合分波器の光出力を前段の対の光合分波器でさらに分波することの少なくとも一方の機能を有している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第４の発明の光合分波器は、上記第３の発明の構成に加え、前記複数の光合分波器のうち少なくとも１つを第１の発明の光合分波器の代わりに第２の発明の光合分波器により形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明に係る光合分波器の第１実施形態例は図１に示すように、シリコンの基板上に同図に示す導波路構成を形成したマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器であり、その構成について、これまでの説明との重複説明は省略する。
【００２５】
本実施形態例の光合分波器８が従来例と異なる特徴的なことは、前記クロス伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比と前記スルー伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比との差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値としたことである。
【００２６】
本実施形態例において、例えばスルー伝搬波長λ１は、λ１＝１５７５ｎｍ、クロス伝搬波長λ２は、λ２＝１５２５ｎｍに設定しており、波長λ１とλ２との間隔は５０ｎｍである。
【００２７】
本実施形態例の光合分波器８は、図２に示すように、スルー伝搬波長λ１に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５４％に設定し、クロス伝搬波長λ２に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約４６％に設定して形成されている。
【００２８】
この設定により、本実施形態例において、クロス伝搬波長λ２に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比とスルー伝搬波長λ１に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比との差（スルー・クロス結合比差）は約８％に設定されている。
【００２９】
また、本実施形態例は、これらの波長λ１とλ２の平均波長、すなわち、（λ１＋λ２）／２によって求められる波長１５５０ｎｍに対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を５０％に設定して形成されている。
【００３０】
本実施形態例の光合分波器８は、シリコンの基板上に膜厚５０μｍ程度のＳｉＯ２系のガラス層（クラッド層）が形成され、このガラス層の中にＳｉＯ２−ＴｉＯ２系のガラス層（コア層）が埋め込み形成されて、図１に示した導波路構成が形成されている。コア層とクラッド層の比屈折率差は０．４％であり、コア層の断面寸法は８．０μｍ×８．０μｍである。
【００３１】
第１および第２の方向性結合部１，２は、第１の光導波路３と第２の光導波路４を、数μｍ程度の間隔を保って数１００μｍの距離にわたって並設することにより形成されている。第１および第２の光導波路３，４の屈折率は約１．４５である。
【００３２】
また、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた区間において、第１の光導波路３の長さはＬ＋ΔＬ、第２の光導波路４の長さはＬであり、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の導波路４の長さの差はΔＬ（ここでは、ΔＬ＝１５．０５μｍ）である。
【００３３】
本実施形態例の光合分波器８は、上記長さの差ΔＬと第１および第２の光導波路３，４の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）を、クロス伝搬波長λ２に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛けた値程度とし、かつ、スルー伝搬波長λ１に（Ｎ±０．５）を掛けた値程度としている。
【００３４】
これらの波長λ１、λ２と上記積（ｎ・ΔＬ）の関係を式により表すと、式（１）、（２）に示すようになり、また、Δλ＝｜λ２−λ１｜とすると式（３）が成り立つ。なお、λ１とλ２の大小関係は規定されない。
【００３５】
ｎ・ΔＬ＝λ１・（Ｎ±０．５）・・・・・（１）
【００３６】
ｎ・ΔＬ＝λ２・Ｎ・・・・・（２）
【００３７】
ΔＬ＝λ１・λ２／（２ｎ・Δλ）・・・・・（３）
【００３８】
なお、ΔＬは異なる整数Ｎに対して複数決定することができるが、本実施形態例ではそのうち最小値を選択している。
【００３９】
また、Ｎは完全に整数で無くてもよく略整数（整数に近い値）であってもよい。この整数値からの誤差が０．１程度であれば、この整数値に近い値Ｎ′（（Ｎ−０．１）≦Ｎ′≦（Ｎ＋０．１））をＮの代わりに用いてΔＬを決定して光合分波器８が形成されたとしても、光合分波器８の機能に与える影響をほとんど無視できる。
【００４０】
本第１実施形態例は以上のように構成されており、後述する表１の第１実施形態例の試作例１−▲１▼のパワー結合比は、図２に示すように、設計通りのパワー結合比となった。
【００４１】
つまり、試作例１−▲１▼の光合分波器８は、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１５７５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約５４％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５２５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約４６％となり、スルー・クロス結合比差は約８％となった。
【００４２】
また、試作例１−▲１▼において、波長λ１とλ２の平均波長である波長１５５０ｎｍに対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比は５０％となった。
【００４３】
さらに、試作例１−▲１▼の挿入損失スペクトルは、図３に示すようになった。つまり、試作例１−▲１▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図３の特性線ａに示されるようになり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるようになった。
【００４４】
これらの特性線ａ、ｂに示すように、試作例１−▲１▼のスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の透過損失レベルは共に１ｄＢ程度となった。また、試作例１−▲１▼は、特性線ｂのクロス経路に比べるとクロストークが大きい特性線ａのスルー経路における波長λ１、λ２の間のクロストーク（波長λ１における透過損失−波長λ２における遮断損失）においても、クロストークの値が−２４ｄＢ程度であった。
【００４５】
つまり、この試作例１−▲１▼の光合分波器８のクロストークは、光合分波器に要求されるクロストークの値である−１５ｄＢ程度以下の値であり、低損失、低クロストークが実現できた。
【００４６】
ところで、方向性結合部を有する回路において、方向性結合部のパワー結合比は製造条件で±５％程度ばらつくことが知られている。そのため、本実施形態例において、上記試作例１−▲１▼のように、上記波長λ１とλ２の平均波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を設計通り５０％に形成できた場合だけ要求特性を満足していても不十分であり、方向性結合部１，２のパワー結合比が上記範囲（±５％）内でずれた場合の全範囲内で要求特性を満足している必要がある。
【００４７】
そこで、本発明者は、ばらつきを考慮して、上記波長λ１とλ２の平均波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比が、設計値である５０％から５％低めにずれた場合を想定し、試作例１−▲２▼の光合分波器８を形成した。
【００４８】
この試作例１−▲２▼の光合分波器８は、図４に示すように、上記波長λ１とλ２の平均波長（１５５０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を４５％としたものである。
【００４９】
つまり、試作例１−▲２▼の光合分波器８は、図４に示すように、光合分波器８のスルー伝搬波長λ１（λ１＝１５７５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５０％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５２５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約４２％とし、スルー・クロス結合比差を約８％とした光合分波器である。
【００５０】
また、試作例１−▲２▼の挿入損失スペクトルは、図５に示すようになった。つまり、試作例１−▲２▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図５の特性線ａに示されるものであり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるものである。
【００５１】
これらの特性線ａ、ｂに示すように、試作例１−▲２▼において、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の透過損失レベルは共に１ｄＢ程度であった。また、試作例１−▲２▼は、特性線ｂのクロス経路に比べるとクロストークが大きい特性線ａのスルー経路においても、クロストークの値は−１６ｄＢ程度で−１５ｄＢ程度以下を満足し、低損失、低クロストークが実現できた。
【００５２】
さらに、本発明者は、光合分波器８における方向性結合部の製造ばらつきを考慮して、波長λ１とλ２の平均波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比が、設計値である５０％から５％高めにずれた場合を想定して試作例１−▲３▼の光合分波器８を形成した。
【００５３】
この試作例１−▲３▼の光合分波器８は、図６に示すように、波長λ１とλ２の平均波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を５５％としたものである。
【００５４】
つまり、試作例１−▲３▼の光合分波器８は、図６に示すように、光合分波器８のスルー伝搬波長λ１（λ１＝１５７５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５９％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５２５ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５１％とし、スルー・クロス結合比差を約８％とした光合分波器である。
【００５５】
また、試作例１−▲３▼の挿入損失スペクトルは、図７に示すようになった。つまり、試作例１−▲３▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図７の特性線ａに示されるものであり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるものである。
【００５６】
これらの特性線ａ、ｂに示すように、試作例１−▲３▼のスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の透過損失レベルは共に１ｄＢ程度であった。また、試作例１−▲３▼は、特性線ｂのクロス経路に比べるとクロストークが大きい特性線ａのスルー経路においても、クロストークの値が−３７ｄＢ程度であり、−１５ｄＢ程度以下を満足し、低損失、低クロストークが実現できた。
【００５７】
以上のように、第１実施形態例の光合分波器８は、前記スルー・クロス結合比差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値である８％とし、前記第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値とすることにより、第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比の波長依存性が無視できないくらい波長間隔が互いに離れた波長の光を、低損失、低クロストークで合分波できた。
【００５８】
表１には、上記試作例１−▲１▼、試作例１−▲２▼、試作例１−▲３▼の、それぞれの光合分波器８の特性が示されている。また、表１には、上記第１実施形態例の比較例として、以下に示す比較例について実験を行った結果も示されている。
【００５９】
【表１】
比較例１（比較例１−▲１▼、比較例１−▲２▼、比較例１−▲３▼）の光合分波器８は、図１に示す回路構成を有し、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた、第１の光導波路３と第２の導波路４の長さの差ΔＬの設計値を９．４３μｍとして形成したものである。
【００６１】
表１に示すように、比較例１（比較例１−▲１▼、比較例１−▲２▼、比較例１−▲３▼）は、スルー伝搬波長λ１を１５１０ｎｍ、クロス伝搬波長λ２を１５９０ｎｍに設定して、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長を１５５０ｎｍに設定し、この波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比を５０％に設定した光合分波器８である。
【００６２】
比較例１−▲１▼は、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長である１５５０ｎｍのパワー結合比を上記設計通り５０％に形成できた光合分波器８であり、比較例１−▲２▼は、製造ばらつきにより１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％になった光合分波器８、比較例１−▲３▼は、製造ばらつきにより１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％になった光合分波器８である。
【００６３】
比較例１−▲１▼の光合分波器８は、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１５１０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約４４％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５９０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約５６％、スルー・クロス結合比差が約１２％である。比較例１−▲１▼の光合分波器８のクロストーク値は−１８ｄＢ程度となった。
【００６４】
しかし、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％となった比較例１−▲３▼の光合分波器８は、クロストークが−１４ｄＢ程度となった。光合分波器８には、クロストーク（透過波長の透過損失−遮断波長の遮断損失）を最低でも−１５ｄＢ以下とすることが要求されるので、比較例１−▲３▼はこの条件を満足することができなかった。
【００６５】
なお、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％となった比較例１−▲２▼の光合分波器８は、クロストークが−３１ｄＢ程度であった。
【００６６】
比較例２（比較例２−▲１▼、比較例２−▲２▼、比較例２−▲３▼）の光合分波器８は、図１に示す回路構成における、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の導波路４の長さの差ΔＬの設計値を１０．６μｍとして形成したものである。
【００６７】
表１に示すように、比較例２（比較例２−▲１▼、比較例２−▲２▼、比較例２−▲３▼）は、スルー伝搬波長λ１を１６１０ｎｍ、クロス伝搬波長λ２を１５３０ｎｍに設定し、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長を１５７０ｎｍに設定し、この波長１５７０ｎｍにおけるパワー結合比を５０％に設定した光合分波器８である。
【００６８】
比較例２−▲１▼は、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長である１５７０ｎｍのパワー結合比を上記設計通り５０％に形成できた光合分波器８であり、比較例２−▲２▼は、製造ばらつきにより１５７０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％になった光合分波器８、比較例２−▲３▼は、製造ばらつきにより１５７０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％になった光合分波器８である。
【００６９】
比較例２−▲１▼の光合分波器８は、図２３に示すように、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１６１０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約６５％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５３０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約４０％、スルー・クロス結合比差が約２５％である。
【００７０】
また、比較例２−▲１▼の挿入損失スペクトルは、図２４に示すようになった。つまり、比較例２−▲１▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図２４の特性線ａに示されるものであり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるものである。
【００７１】
比較例２−▲１▼の光合分波器８は、図２４に示すように、特性線ａのスルー経路における波長λ１、λ２との間のクロストークが−１３ｄＢ程度であった。この値は、光合分波器としての要求レベル、つまり、クロストークを最低でも−１５ｄＢ以下にするといった要求を満足できない値であり、比較例２−▲１▼は、波長λ１、λ２の平均波長におけるパワー結合比を設計通りに形成できても、低クロストークを実現できないことが分かった。
【００７２】
また、比較例２において、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％となった比較例２−▲２▼の光合分波器８は、クロストークが−１０ｄＢ程度となり、比較例２−▲２▼も比較例２−▲１▼と同様に、クロストークを−１５ｄＢ以下とする条件を満足することができなかった。
【００７３】
なお、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％となった比較例２−▲３▼の光合分波器８は、クロストークが−２３ｄＢ程度であった。
【００７４】
比較例３（比較例３−▲１▼、比較例３−▲２▼、比較例３−▲３▼）の光合分波器８は、図１に示す回路構成における、第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２に挟まれた第１の光導波路３と第２の導波路４の長さの差ΔＬの設計値を３．２μｍとして形成したものである。
【００７５】
表１に示すように、比較例３（比較例３−▲１▼、比較例３−▲２▼、比較例３−▲３▼）は、スルー伝搬波長λ１を１３３０ｎｍ、クロス伝搬波長λ２を１５５０ｎｍに設定し、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長を１４４０ｎｍに設定し、この波長１４４０ｎｍにおけるパワー結合比を５０％に設定した光合分波器８である。
【００７６】
比較例３−▲１▼は、スルー伝搬波長λ１とクロス伝搬波長λ２の平均波長である１４４０ｎｍのパワー結合比を上記設計通り５０％に形成できた光合分波器８であり、比較例３−▲２▼は、製造ばらつきにより１４４０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％になった光合分波器８であり、比較例３−▲３▼は、製造ばらつきにより１４４０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％になった光合分波器８である。
【００７７】
比較例３−▲１▼の光合分波器８は、図２５に示すように、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１３３０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約３５％、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１５５０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比がいずれも約８０％であり、スルー・クロス結合比差は約４５％である。
【００７８】
また、比較例３−▲１▼の挿入損失スペクトルは、図２６に示すようになった。つまり、比較例３−▲１▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図２６の特性線ａに示されるものであり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるものである。
【００７９】
比較例３−▲１▼の光合分波器８は、図２６に示すように、特に特性線ａのスルー経路における波長λ１、λ２との間のクロストーク（波長λ１における透過損失−波長λ２における遮断損失）はたかだか−４ｄＢ程度であり、クロストーク劣化が顕著であることが分かる。このとき、特にクロス伝搬波長での透過損失レベルも数ｄＢ程度に劣化していることが分かる。
【００８０】
また、比較例３において、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１４４０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％となった比較例３−▲２▼の光合分波器８は、クロストークが−７ｄＢ程度となり、前記平均波長１４４０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％となった比較例３−▲３▼の光合分波器８は、クロストークが−３ｄＢ程度であった。
【００８１】
このように、スルー・クロス結合率差を４５％とした比較例３の光合分波器８においては、比較例３−▲１▼、比較例３−▲２▼、比較例３−▲３▼のいずれも、クロストークを−１５ｄＢ以下とする条件を満足することができなかった。つまり、この構成においては、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長でのパワー結合率をほぼ５０％に設定しても、全く低クロストークの要求レベルをクリアできず、また、低挿入損失も達成できないことが分かった。
【００８２】
次に、本発明の第２実施形態例の光合分波器について説明する。本第２実施形態例の光合分波器８は、図８に示すように、上記第１実施形態例に示したマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器の導波路構成における第１の方向性結合部１と第２の方向性結合部２の代わりに、それぞれ同様な機能を有するマルチモード光干渉導波路５，６を設けたことである。
【００８３】
図９には、マルチモード光干渉導波路５（６）の平面構成が示されており、図１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、それぞれ、図９のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図、Ｃ−Ｃ’断面図が示されている。
【００８４】
これらの図に示されるように、マルチモード光干渉導波路５（６）のメイン部分であるマルチモード領域は、コアガラス層を略長方形形状のスラブ導波路として形成したものである。このマルチモード領域は、おおむね数１０μｍの幅で数１００μｍの長さで構成されている。
【００８５】
なお、本第２実施形態例では、設計の容易性から、マルチモード光干渉導波路５（６）を図９に示すような長方形形状としているが、本発明の光合分波器に適用されるマルチモード光干渉導波路は、マルチモード効果を利用したカプラであればその構成は特に限定されるものではない。すなわち、マルチモード光干渉導波路は、光伝搬モードのうち、基本モードと基本モード以外の高次モードの両方を伝搬できる導波路構成を有していればよい。
【００８６】
本第２実施形態例において、第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比の設計値は図１１に示すような波長依存性を有するものである。すなわち、本第２実施形態例は、スルー伝搬波長λ１（λ１＝１４６０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約４７％に設定し、クロス伝搬波長λ２（λ２＝１６４０ｎｍ）に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比をいずれも約５３％に設定し、前記スルー・クロス結合比差を約６％に設定した。
【００８７】
また、本第２実施形態例の光合分波器８は、これらの波長λ１とλ２の平均波長１５５０ｎｍに対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を約５０％に設定したものである。
【００８８】
本第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例の試作例２−▲１▼のパワー結合比は、図１１に示すように、設計通りのパワー結合比となった。
【００８９】
また、試作例２−▲１▼の挿入損失スペクトルは、図１２に示すようになった。つまり、試作例２−▲１▼の光合分波器８において、スルー経路の挿入損失スペクトルは図１２の特性線ａに示されるようになり、クロス経路の挿入損失スペクトルは同図の特性線ｂに示されるようになった。
【００９０】
これらの特性線ａ、ｂに示すように、試作例２−▲１▼のスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の透過損失レベルは共に１ｄＢ程度となった。また、試作例２−▲１▼は、特性線ｂのクロス経路に比べるとクロストークが大きい特性線ａのスルー経路における波長λ１、λ２の間のクロストーク（波長λ１における透過損失−波長λ２における遮断損失）においても、クロストークの値が−２８ｄＢ程度で、−１５ｄＢ程度以下を満足し、低損失、低クロストークが実現できた。
【００９１】
また、試作例２において、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が４５％となった試作例２−▲２▼の光合分波器８は、クロストークが−２４ｄＢ程度となり、製造ばらつきによってスルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長１５５０ｎｍにおけるパワー結合比が５５％となった試作例２−▲３▼の光合分波器８は、クロストークが−１７ｄＢ程度であった。
【００９２】
表２には、上記試作例２−▲１▼、試作例２−▲２▼、試作例２−▲３▼の、それぞれの光合分波器８の特性が示されている。
【００９３】
【表２】
つまり、第２実施形態例の試作例２−▲２▼、試作例２−▲３▼も、クロストークを−１５ｄＢ以下とする条件を満足することができ、本第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができることが確認できた。
【００９５】
図１３には、上記第１、第２実施形態例の試作例１、２と比較例１〜３について、表１、表２に基づき、それぞれの光合分波器８におけるスルー・クロス結合率差とクロストークとの関係についてまとめた結果が示されている。
【００９６】
なお、上記第１、第２実施形態例の試作例１、２と比較例１〜３は、いずれも、スルー経路における波長λ１、λ２の間のクロストークがクロス経路における波長λ１、λ２の間のクロストークに比べて大きかったので、図１３に示すクロストークの値は、スルー経路における波長λ１、λ２の間のクロストークの値である。
【００９７】
また、同図では、上記各試作例および各比較例の光合分波器８において、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長におけるパワー結合比に応じ、このパワ−結合比が４５％のものを▲、５０％のものを●、５５％のものを■により示している。
【００９８】
同図に示すように、試作例１、２は、いずれも、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長におけるパワー結合比を４５％以上５５％以下のどの値にしても、クロストークを−１５ｄＢ程度以下にすることができている。
【００９９】
それに対し、比較例１〜３においては、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長におけるパワー結合比が４５％以上５５％以下のいずれかまたは全ての値のときに、クロストークが−１５ｄＢより大きくなっている。
【０１００】
また、試作例１と比較例１との境界に着目すると、スルー伝搬波長とクロス伝搬波長の平均波長におけるパワー結合比がほぼ１０％以下であれば、クロストークを−１５ｄＢ以下にするという要求レベルを実現できることが分かる。
【０１０１】
図１４には、本発明の光合分波器の第３実施形態例が示されている。本第３実施形態例の光合分波器は、上記第１実施形態例に示したような本発明の光合分波器であるマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８（８Ａ〜８Ｃ）を１つ以上設けた第１段から第Ｍ段（Ｍは２以上の整数であり、ここでは２）の複数段（ここでは２段）の光合分波器８をツリー状に接続して形成されている。
【０１０２】
第１段の複数の光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）は並設され、これら第１段の複数の光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）と第２段の光合分波器８（８Ｃ）は、光信号の進行方向にタンデム状に配置されている。
【０１０３】
本第３実施形態例の光合分波器において、例えば第１段の複数の光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）が第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ入力する光を合波して第１または第２の光導波路３，４から出力する。ここでは、光合分波器８Ａは合波光を第２の光導波路４から出力し、光合分波器８Ｂは合波光を第１の光導波路３から出力する。そして、これら第１段の１対ずつの光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）の光出力を第２段の光合分波器８（８Ｃ）でさらに合波する。
【０１０４】
つまり、本第３実施形態例の光合分波器は、前段の対の光合分波器８の光出力を後段の光合分波器８でさらに合波する機能を有している。
【０１０５】
例えば、第１段の光合分波器８Ａは波長λ１とλ２の光を合波し、第１段の光合分波器８Ｂは波長λ３とλ４の光を合波し、第２段の光合分波器８Ｃは波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を合波して、第２の光導波路４から出力する。
【０１０６】
波長λ１、λ２、λ３、λ４は、周波数間隔が２ＴＨｚずつ異なる４波長の光であり、λ１＝１４９５．２２ｎｍ、λ２＝１４６５．９８ｎｍ、λ３＝１４５１．７８ｎｍ、λ４＝１４８０．４６ｎｍとしている。
【０１０７】
そして、図１５の特性線ａに示すように、第１段の光合分波器８Ａは、４ＴＨｚ間隔の２波長λ１、λ２の平均波長（λ１＋λ２）／２におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、波長λ１に対するパワー結合比と波長λ２に対するパワー結合比との差）は３％程度である。なお、図１５および以下に示す図１６において、スルー伝搬波長を●で示し、クロス伝搬波長を▲で示している。
【０１０８】
また、図１５の特性線ｂに示すように、第１段の光合分波器８Ｂは、４ＴＨｚ間隔の２波長λ３、λ４の平均波長（λ３＋λ４）／２におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、波長λ３に対するパワー結合比と波長λ４に対するパワー結合比との差）は３％程度である。
【０１０９】
さらに、第２段の光合分波器８Ｃは、図１６に示すように、２ＴＨｚ間隔の４波長λ１、λ２、λ３、λ４の平均波長（λ１＋λ２＋λ３＋λ４）／４におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、スルー伝搬波長であるλ３とλ４およびクロス伝搬波長であるλ１とλ２の間で想定される全ての４つの組み合わせ「λ１とλ３」、「λ１とλ４」、「λ２とλ３」、「λ２とλ４」のパワー結合比差）が約１％以上で約１０％以下の値と成している。
【０１１０】
本第３実施形態例の光合分波器は以上のように構成されており、４ポートからそれぞれ入力された波長λ１、λ２、λ３、λ４の合波スペクトルは図１７に示すようになった。すなわち、本第３実施形態例の光合分波器は、上記波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を低損失で合波でき、かつ、低クロストークを実現できる。
【０１１１】
なお、光合分波器８は光の相反性を有する回路であるため、本第３実施形態例の光合分波器において、図１４とは逆に、第Ｍ段（ここでは２段）の光合分波器８（８Ｃ）の第１または第２の光導波路３，４（例えば第２の光導波路４）から波長λ１、λ２、λ３、λ４の多重光を入力すると、光合分波器８Ｃはその光を分波して第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ出力する。
【０１１２】
そして、前記第Ｍ段の光合分波器８（８Ｃ）で光分波した光を第（Ｍ−１）段の対の光合分波器（ここでは第１段の光合分波器）８（８Ａ，８Ｂ）でさらに分波し、波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を、波長毎に取り出すことが可能である。このように、本第３実施形態例の光合分波器は、後段の光合分波器８の光出力を前段の対の光合分波器８でさらに分波する機能も有している。
【０１１３】
本第３実施形態例の光合分波器は、このように分波を行う場合も、上記波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を低損失で分波でき、かつ、低クロストークを実現できる。
【０１１４】
つまり、第３実施形態例の光合分波器は、広波長帯域内の複数の波長の光を低損失、低クロストークで合波したり分波したりすることができる。
【０１１５】
図１８には、本発明の光合分波器の第４実施形態例が示されている。本第４実施形態例の光合分波器は、上記第１実施形態例に示したような、本発明の光合分波器であるマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器８（８Ａ〜８Ｇ）を１つ以上設けてなる第１段から第Ｍ段（Ｍは２以上の整数であり、ここでは３）の複数段（ここでは３段）の光合分波器をツリー状に接続して形成されている。
【０１１６】
本第４実施形態例の光合分波器において、例えば第１段の複数の光合分波器８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）が第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ入力する光を合波して第１または第２の光導波路３，４から出力し、これら第１段の１対ずつの光合分波器８（８Ａ，８Ｂ）の光出力を第２段の光合分波器８（８Ｅ）でさらに合波し、光合分波器（８Ｃ，８Ｄ）の光出力を第２段の光合分波器８（８Ｆ）でさらに合波する。
【０１１７】
さらに、本第４実施形態例においては、第２段の１対の光合分波器８（８Ｅ、８Ｆ）の光出力を第３段の光合分波器８（８Ｇ）で合波する。このように、本第４実施形態例の光合分波器も、上記第３実施形態例の光合分波器と同様に、前段の対の光合分波器８の光出力を後段の光合分波器８でさらに合波する。
【０１１８】
例えば、第１段の光合分波器８Ａは波長λ１とλ２の光を合波し、第１段の光合分波器８Ｂは波長λ３とλ４の光を合波し、第１段の光合分波器８Ｃは波長λ５とλ６の光を合波し、第１段の光合分波器８Ｄは波長λ７とλ８の光を合波する。また、第２段の光合分波器８Ｅは波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を合波し、第２段の光合分波器８Ｆは波長λ５、λ６、λ７、λ８の光を合波する。さらに、第３段の光合分波器８Ｇは、波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、λ８の光を合波して第２の光導波路４から出力する。
【０１１９】
波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、λ８は、周波数間隔が２ＴＨｚずつ異なる８波長の光であり、λ１＝１４５１．７８ｎｍ、λ２＝１５１０．２９ｎｍ、λ３＝１４８０．４６ｎｍ、λ４＝１４２４．１９ｎｍ、λ５＝１４１０．７９ｎｍ、λ６＝１４６５．９８ｎｍ、λ７＝１４９５．２２ｎｍ、λ８＝１４３７．８５ｎｍとしている。
【０１２０】
そして、図１９の特性線ａに示すように、第１段の光合分波器８Ａは、８ＴＨｚ間隔の２波長λ１、λ２の平均波長（λ１＋λ２）／２におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、波長λ１に対するパワー結合比と波長λ２に対するパワー結合比との差）は４％程度である。なお、図１９および以下に示す図２０、図２１において、スルー伝搬波長を●で示し、クロス伝搬波長を▲で示している
【０１２１】
また、同様に、同図の特性線ｂ、ｃ、ｄにそれぞれ示すように、第１段の光合分波器８Ｂ，８Ｃ，８Ｄは、それぞれ合波する８ＴＨｚ間隔の２波長の平均波長におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差は４％程度である。
【０１２２】
さらに、第２段の光合分波器８Ｅは、図２０の特性線ａに示すように、４ＴＨｚ間隔の４波長λ１、λ２、λ３、λ４の平均波長（λ１＋λ２＋λ３＋λ４）／４におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、スルー伝搬波長であるλ３とλ４およびクロス伝搬波長であるλ１とλ２の間で想定される全ての４つの組み合わせ「λ１とλ３」、「λ２とλ３」、「λ１とλ４」、「λ２とλ４」のパワー結合比差）が約１％以上で約１０％以下の値と成している。
【０１２３】
また、同様に、第２段の光合分波器８Ｆは、同図の特性線ｂに示すように、４ＴＨｚ間隔の４波長λ５、λ６、λ７、λ８の平均波長（λ５＋λ６＋λ７＋λ８）／４におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、クロス伝搬波長であるλ７とλ８およびスルー伝搬波長であるλ５とλ６の間で想定される全ての４つの組み合わせ「λ５とλ７」、「λ６とλ７」、「λ５とλ８」、「λ６とλ８」のパワー結合比差）が約１％以上で約１０％以下の値と成している。
【０１２４】
さらに、図２１に示すように、第３段の光合分波器８Ｇは、２ＴＨｚ間隔の８波長λ１〜λ８の平均波長（λ１＋λ２＋λ３＋λ４＋λ５＋λ６＋λ７＋λ８）／８におけるパワー結合比が約５０％となるように形成され、スルー・クロス結合比差（ここでは、スルー伝搬波長であるλ５、λ６、λ７、λ８およびクロス伝搬波長であるλ１、λ２、λ３、λ４の間で想定される全ての組み合わせのパワー結合比差）が約１％以上で約１０％以下の値と成している。
【０１２５】
本第４実施形態例の光合分波器は以上のように構成されており、８ポートからそれぞれ入力された波長λ１〜λ８の合波スペクトルは図２２に示すようになった。すなわち、本実施形態例の光合分波器は、上記波長λ１〜λ８の光を低損失で合波でき、かつ、低クロストークを実現できる。
【０１２６】
なお、光合分波器８は光の相反性を有する回路であるため、本第４実施形態例の光合分波器も上記第３実施形態例の光合分波器と同様に、第Ｍ段（ここでは３段）の光合分波器８（８Ｇ）の第１または第２の光導波路３，４（例えば第２の光導波路４）から波長多重光を入力すると、その光を分波して第１と第２の光導波路３，４からそれぞれ出力する。
【０１２７】
そして、前記第Ｍ段の光合分波器８（８Ｇ）で光分波した光を第（Ｍ−１）段の対の光合分波器（ここでは第２段の光合分波器）８（８Ｅ，８Ｆ）でさらに分波するといった如く、後段の光合分波器８の光出力を前段の対の光合分波器８でさらに分波することが可能である。
【０１２８】
また、この場合も、本第４実施形態例の光合分波器は、上記波長λ１〜λ８の光を低損失で分波でき、かつ、低クロストークを実現できる。
【０１２９】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば本発明の光合分波器において、光合分波器８の接続段数は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、４段以上の光合分波器８をツリー状に接続して本発明の光合分波器を形成することもできる。
【０１３０】
また、上記第３、第４実施形態例の光合分波器は、上記第１実施形態例に示したような方向性結合部１，２を備えた光合分波器８を複数段接続して形成したが、１つ以上の光合分波器８の方向性結合部１，２のうち少なくとも１つの代わりにマルチモード光干渉導波路５，６を設けて形成してもよい。
【０１３１】
さらに、本発明の光合分波器によって合分波する光の波長は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、光合分波器８において、クロス伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比とスルー伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比との差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部１，２のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値とすればよい。
【０１３２】
また、第１と第２の方向性結合部１，２の少なくとも１つの代わりにマルチモード光干渉導波路５，６を設けた場合も同様に上記パワー結合比を決定すればよい。
【０１３３】
さらに、上記各実施形態例では、コアガラス層としてＳｉＯ２−ＴｉＯ２系を適用したが、コアガラス層をＳｉＯ２−ＧｅＯ２系としてもよい。
【０１３４】
さらに、上記各実施形態例では、第１と第２の光導波路３，４を形成するコアの断面寸法を８．０μｍ×８．０μｍとしたが、コアの寸法は特に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、使用波長や比屈折率差を考慮して、単一モード導波路で第１と第２の光導波路３，４を形成することにより、上記各実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【０１３５】
さらに、上記各実施形態例では、シリコン基板上に石英系光導波路を形成したが、本発明の光合分波器の形成材料、製造方法は特に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、光合分波器の回路を、半導体導波路等により形成してもよい。また、本発明の光合分波器は、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ３光導波路、イオン交換導波路に代表される、屈折率分布を有する光導波路により形成してもよい。これらの場合、材料の違いに起因する有効屈折率を考慮して回路設計を行なえばよい。
【０１３６】
さらに、上記説明では、光合分波器の回路構成を典型的なマッハツェンダ光干渉計型の光合分波器を用いて形成したが、本発明の光合分波器の回路構成は、上記各実施形態例に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、マッハツェンダ光干渉計型を基本構成とした周知の多様な変形パターンにおいても十分に効果を発揮できる。
【０１３７】
さらに、本発明の光合分波器は、平面型光導波回路に限定されるものではなく適宜設定されるものであり、マッハツェンダ光干渉計型の回路を基本構成とすれば、光ファイバ型の光合分波器にも適用できるものである。
【０１３８】
【発明の効果】
本発明の光合分波器は、マッハツェンダ光干渉計型の光合分波器におけるクロス伝搬波長に対する第１および第２の方向性結合部のパワー結合比とスルー伝搬波長に対する前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比との差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値とすることにより、第１および第２の方向性結合部のパワー結合比の波長依存性が無視できないくらい波長間隔が互いに離れた波長の光を、低損失、低クロストークで合波したり分波したりできる。
【０１３９】
また、本発明において、第１および第２の方向性結合部のパワー結合比４５％から５５％の全ての結合に対して、クロストークを−１５ｄＢ以下としたので、低クロストークを実現でき、光通信分野で要求されている要求特性を確実に実現できる。
【０１４１】
さらに、本発明の光合分波器において、第１の方向性結合部と第２の方向性結合部の少なくとも１つの代わりにマルチモード光干渉導波路を設けた構成においては、光合分波器の製造誤差を小さくすることができ、歩留まりを向上させることができる。
【０１４２】
さらに、本発明において、光合分波器を複数段接続して形成した構成によれば、広波長帯域内の複数の波長の光を低損失、低クロストークで合波したり分波したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光合分波器の一例を模式的に示す要部構成図である。
【図２】本発明に係る光合分波器の第１実施形態例の試作例１−▲１▼における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図３】上記試作例１−▲１▼におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光合分波器の第１実施形態例の試作例１−▲２▼における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図５】上記試作例１−▲２▼におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係る光合分波器の第１実施形態例の試作例１−▲３▼における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図７】上記試作例１−▲３▼におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図８】本発明に係る光合分波器の第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図９】マルチモード光干渉導波路形成領域の平面構成を示す説明図である。
【図１０】図９の断面構成を示す説明図である。
【図１１】本発明に係る光合分波器の第２実施形態例の試作例２−▲１▼におけるマルチモード光干渉導波路のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図１２】上記試作例２−▲１▼におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る光合分波器の第１、第２実施形態例の各試作例および比較例のスルー・クロス結合率差とクロストークとの関係を示すグラフである。
【図１４】本発明に係る光合分波器の第３実施形態例を示す要部構成図である。
【図１５】図１４に示す光合分波器を構成する第１段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図１６】図１４に示す光合分波器を構成する第２段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図１７】上記第３実施形態例の光合分波器の損失特性を示すグラフである。
【図１８】本発明に係る光合分波器の第４実施形態例を示す要部構成図である。
【図１９】図１８示す光合分波器を構成する第１段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２０】図１８に示す光合分波器を構成する第２段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２１】図１８に示す光合分波器を構成する第３段の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２２】上記第４実施形態例の光合分波器の損失特性を示すグラフである。
【図２３】比較例２−▲１▼の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２４】比較例２−▲１▼の光合分波器におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【図２５】比較例３−▲１▼の光合分波器における方向性結合部のパワー結合比の波長依存性を示すグラフである。
【図２６】比較例３−▲１▼の光合分波器におけるスルー経路の損失特性とクロス経路の損失特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 第１の方向性結合部
２ 第２の方向性結合部
３ 第１の光導波路
４ 第２の光導波路
５，６ マルチモード光干渉導波路
８，８Ａ〜８Ｇ 光合分波器
Claims (4)
- 第１の光導波路と、該第１の光導波路と並設された第２の光導波路とを有し、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第１の方向性結合部と、該第１の方向性結合部と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接させて成る第２の方向性結合部とを有し、該第２の方向性結合部と前記第１の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路は互いに異なる長さと成し、第１の光導波路の入射側から入力されて第２の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて前記第１の光導波路の出射側から出力される光波長をクロス伝搬波長とし、前記第１の光導波路の入射側から入力されて該第１の光導波路の出射側から出力される光波長又は前記第２の光導波路の入射側から入力されて該第２の光導波路の出射側から出力される光波長をスルー伝搬波長としたときに、前記第１の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟まれた第１の光導波路と第２の光導波路の長さの差ΔＬと前記第１および第２の光導波路の屈折率ｎとの積（ｎ・ΔＬ）を、クロス伝搬波長に整数Ｎ（Ｎは１以上）を掛けた値程度とし、かつ、スルー伝搬波長に（Ｎ±０．５）を掛けた値程度とした光合分波器において、前記クロス伝搬波長に対する前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比と前記スルー伝搬波長に対する前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比との差を約１％以上で、かつ、約１０％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比を前記クロス伝搬波長と前記スルー伝搬波長の平均波長に対して４５％以上５５％以下の値とし、前記第１および第２の方向性結合部のパワー結合比４５％から５５％の全ての結合に対して、クロストークを−１５ｄＢ以下としたことを特徴とする光合分波器。
- 第１の方向性結合部と第２の方向性結合部の少なくとも１つの代わりにマルチモード光干渉導波路を設けたことを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
- 請求項１記載の光合分波器を１つ以上設けてなる第１段から第Ｍ段（Ｍは２以上の整数）の複数段の光合分波器を接続して形成され、第１段の複数の光合分波器が第１と第２の光導波路からそれぞれ入力する光を合波して第１または第２の光導波路から出力し、これら第１段の１対ずつの光合分波器の光出力を第２段の光合分波器でさらに合波するといった如く、前段の対の光合分波器の光出力を後段の光合分波器でさらに合波することと、第Ｍ段のそれぞれの光合分波器が第１または第２の光導波路から入力する光を分波して第１と第２の光導波路からそれぞれ出力し、前記第Ｍ段の光合分波器で光分波した光を第（Ｍ−１）段の対の光合分波器でさらに分波するといった如く後段の光合分波器の光出力を前段の対の光合分波器でさらに分波することの少なくとも一方の機能を有していることを特徴とする光合分波器。
- 複数の光合分波器のうち少なくとも１つを請求項１記載の光合分波器の代わりに請求項２記載の光合分波器により形成したことを特徴とする請求項３記載の光合分波器。
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