JP7810329B2 - 光デバイス、基板型光導波路素子及び光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光デバイス、基板型光導波路素子及び光通信装置に関する。

近年、光通信装置の小型化を実現すべく、基板型光導波路素子を含む光デバイスの開発が盛んである。基板型光導波路素子では、基板と、基板上に形成されたコアと、コアを被覆するクラッドとを有する光導波路を使用して光を導波しながら様々な機能を有する光デバイスがある。

光通信装置内の光集積回路を実現するためには、光合波及び光分岐の構造として、多モード干渉(ＭＭＩ:Multi-Mode Interference)型カプラ等の基板型光導波路素子の光デバイスが提案されている(例えば、非特許文献１)。ＭＭＩ型カプラに使用される光導波路では、光の閉じ込めが強く、小型デバイスを実現できるチャネル型導波路（矩形型導波路）がよく用いられている。

図１６は、ＭＭＩ型カプラ１００の構成の一例を示す説明図である。図１６に示すＭＭＩ型カプラ１００は、例えば、１入力及び４出力の１×４のカプラである。ＭＭＩ型カプラ１００は、１本の入力導波路１０２と、４本の出力導波路１０３（１０３Ａ，１０３Ｂ、１０３Ｃ，１０３Ｄ）と、１本の入力導波路１０２と４本の出力導波路１０３との間を光結合する干渉領域１０４とを有する。出力導波路１０３は、第１の出力導波路１０３Ａと、第２の出力導波路１０３Ｂと、第３の出力導波路１０３Ｃと、第４の出力導波路１０３Ｄとを有する。干渉領域１０４は、１本の入力導波路１０２と光結合する入力部１０４Ａと、４本の出力導波路１０３と光結合する出力部１０４Ｂとを有し、基本モード及び高次モードの光を導波するマルチモード導波路である。ＭＭＩ型カプラ１００の動作原理は入力導波路１０２から干渉領域１０４に入射した光が多モード導波路となる干渉領域１０４の複数の導波モードに展開され、光自己結像効果により、光のパワーを４本の出力導波路１０３に分配する。

図１７は、図１６に示すＭＭＩ型カプラ１００の光自己結像効果の一例を示す説明図である。干渉領域１０４内で各導波モードに展開された光は、図１７に示す通り、干渉領域１０４内のある一定の距離を導波したところで自己結像(Self-imaging)効果によりスポット状に集光されることになる。従って、干渉領域１０４と光結合する各出力導波路１０３は、干渉領域１０４の出力部１０４Ｂの内、自己結像効果のスポットが４個形成される位置に夫々配置されることになる。

干渉領域１０４は、入力導波路１０２から入力した光を４本の出力導波路１０３に分岐する分岐回路として機能することになる。また、干渉領域１０４は、４本の出力導波路１０３から光を入力した場合、入力した光を合波し、合波後の光を１本の入力導波路１０２から出力する合波回路としても機能できる。

従来のＭＭＩ型カプラ１００内の干渉領域１０４では、出力導波路１０３に光結合できない光が反射及び放射され、反射及び放射された光の一部が入力導波路１０２に光結合することになる。その結果、入力導波路１０２から入力した光が反射された光に影響することで光の共振や干渉が生じ、光デバイスが正常に動作しなくなるおそれがある。そこで、このような課題につき、２×１のＭＭＩ型カプラに適用して説明する。

図１８は、２×１のＭＭＩ型カプラ１００Ａの構成の一例を示す説明図である。図１８に示すＭＭＩ型カプラ１００Ａは、２本の入力導波路１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）と、１本の出力導波路１０３と、２本の入力導波路１０２と１本の出力導波路１０３との間を光結合する干渉領域１０４とを有する。入力導波路１０２は、第１の入力導波路１０２Ａと、第２の入力導波路１０２Ｂとを有する。

ＭＭＩ型カプラ１００Ａでは、合波回路として使用した場合、原理的に各入力導波路１０２から入力パワーの１／２の光が出力導波路１０３に光結合することになる。しかしながら、ＭＭＩ型カプラ１００Ａでは、残りの１／２の入力パワーの光が干渉領域１０４内の出力部１０４Ｂの不連続部分１１４Ａや不連続部分１１４Ｂで反射や放射されることで、反射された光が干渉領域１０４内で反射を繰り返す。その結果、パワーの一部が各入力導波路１０２に入力されてしまう。

そこで、このような事態に対処すべく、出力導波路１０３の両側に不要光導波路を配置し、不要光導波路で反射光を光結合することで、入力導波路１０２に入力する反射光量を低減できるＭＭＩ型カプラが知られている。図１９は、従来のＭＭＩ型カプラ１００Ｂの構成の一例を示す説明図である。

図１９に示すＭＭＩ型カプラ１００Ｂは、２本の入力導波路１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）と、１本の出力導波路１０３と、２本の入力導波路１０２と１本の出力導波路１０３との間を光結合する干渉領域１０４と、２本の不要光導波路１０５とを有する。干渉領域１０４は、入力導波路１０２と光結合する入力部１０４Ａと、出力導波路１０３と光結合する出力部１０４Ｂとを有する。出力部１０４Ｂは、出力導波路１０３の両側に配置された２本の不要光導波路１０５と光結合する。不要光導波路１０５は、干渉領域１０４内で発生する反射光を光結合するチャネル型導波路である。

ＭＭＩ型カプラ１００Ｂでは、干渉領域１０４の出力部１０４Ｂにある出力導波路１０３の両側に、マルチモード導波路又はシングルモード導波路で構成する不要光導波路１０５を配置した。その結果、不要光導波路１０５を用いて干渉領域１０４内で発生した反射光を光結合することで入力導波路１０２に入力する反射光量を小さくできる。

特開２００７－２３３２９４号公報 国際公開第２０１８／０７８９９２号 特開２００６－３２３１３５号公報

J. M. Heaton, R. M. Jenkins, D. R. Wight, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, and K. P. Hilton, "Novel 1-to-N way integrated optical beam splitters using symmetric mode mixing in GaAs/AIGaAs multimode waveguides," Appl. Phys. Lett., vol. 61, no. 15, pp. 1754-1756, 1992.

しかしながら、従来のＭＭＩ型カプラ１００Ｂでは、不要光導波路１０５をチャネル型導波路のマルチモード導波路で構成した場合、不要光導波路１０５内で高次モードを導波することになる。しかしながら、マルチモード導波路では、高次モードの光の閉じ込めが弱くなるため、不要光導波路１０５内を導波する高次モードの光が出力導波路１０３に光結合しやすくなる。その結果、出力導波路１０３に光結合した高次モードの光は、出力導波路１０３を導波する光と干渉し、波長領域でリップルが生じ、光デバイスが正常に動作しなくなるおそれがある。

また、従来のＭＭＩ型カプラ１００Ｂでは、不要光導波路１０５をチャネル型導波路のシングルモード導波路で構成した場合、不要光導波路１０５の導波路幅が狭くなるため、干渉領域１０４内で反射光が生じる出力部１０４Ｂの不連続部分の割合が大きくなる。その結果、不要光導波路１０５は、入力導波路１０２に入力する反射光量を十分に低減できない。

そこで、従来の２×１のＭＭＩ型カプラ１００Ｂの不要光導波路１０５の導波路幅と反射光量との関係を有限差分時間領域法で算出したシミュレーション結果に基づき説明する。図２０は、従来のＭＭＩ型カプラ１００Ｂの不要光導波路１０５の導波路幅と反射光量との関係の一例を示す説明図である。反射光量は、例えば、１０＊Ｌｏｇ１０［Ｐ（反射）/Ｐ（入射）］で算出する。Ｐ(入射)は、ＭＭＩ型カプラ１００Ｂの入力導波路１０２から入射した光パワー（ｍＷ）、Ｐ(反射)は同一の入力導波路１０２で検出した反射光パワー(ｍＷ)である。

シミュレーション対象の２×１のＭＭＩ型カプラ１００Ｂは、コアの材質をＳｉ、クラッドの材料をＳｉＯ₂、コアの厚さｈを０．２２μｍとするチャネル型光導波路を不要光導波路１０５として採用したものとする。そして、光波長１５５０ｎｍの光を入力導波路１０２から入力し、不要光導波路１０５の導波路幅ｗを変えた時の入力導波路１０２に入力する反射光の反射光量を計算した。

図２０に示すように、不要光導波路１０５の導波路幅ｗが広くなるに連れて、反射光量は小さくなる。つまり、不要光導波路１０５の導波路幅ｗが広くなるに連れて、干渉領域１０４内の出力部１０４Ｂの不連続部分が少なくなるため、反射光量が小さくなる。また、不要光導波路１０５内を高次モードが導波し難くなるシングルモード条件を満たすためには、不要光導波路１０５の導波路幅ｗを０．４μｍ以下にする必要があるが、干渉領域１０４から入力導波路１０２に入力する反射光量を十分に低減するのは困難である。従って、ＭＭＩ型カプラ１００Ｂでは、シングルモード条件を満たしながら、入力導波路１０２に入力する反射光量を小さくできる不要光導波路１０５が求められている。

一つの側面では、シングルモード条件を満たしながら、入力導波路に入力する反射光量を低減できる不要光導波路を備えた光デバイス等を提供することを目的とする。

一つの態様の光デバイスは、入力導波路と、出力導波路とを有する。光デバイスは、前記入力導波路と光結合する入力部及び、前記出力導波路と光結合する出力部を有し、前記入力導波路及び前記出力導波路の導波路幅に比較して広い導波路幅を有する干渉領域を有する。更に、光デバイスは、前記干渉領域内の前記出力部に備え、前記出力導波路と並走する不要光導波路を有する。前記不要光導波路は、リブ部と、前記リブ部の厚さに比較して薄いスラブ部と、を有し、基本モードの光のみを導波させるシングルモード導波路である。

一つの側面によれば、シングルモード条件を満たしながら、入力導波路に入力する反射光量を低減できる不要光導波路を備えた光デバイス等を提供できる。

図１は、実施例１のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図２は、図１に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。 図３は、不要光導波路内を導波する光の導波モードの状態の一例を示す説明図である。 図４は、実施例１のＭＭＩ型カプラの不要光導波路の導波路幅と反射光量との関係の一例を示す説明図である。 図５は、実施例１のＭＭＩ型カプラと従来のＭＭＩ型カプラとの反射光量と光波長との関係の一例を示す説明図である。 図６Ａは、実施例１の変形例である４×１のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図６Ｂは、実施例１の変形例である４×２のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図６Ｃは、実施例１の変形例である４×３のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図６Ｄは、実施例１の変形例である３×１のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図６Ｅは、実施例１の変形例である２×２のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図６Ｆは、実施例１の変形例である３×３のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図７は、実施例２のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図８Ａは、実施例２の変形例であるＭＭＩ型カプラ（１×１の不要光導波路）の構成の一例を示す説明図である。 図８Ｂは、実施例２の変形例であるＭＭＩ型カプラ（１×１の不要光導波路）の構成の一例を示す説明図である。 図８Ｃは、実施例２の変形例であるＭＭＩ型カプラ（２×１の不要光導波路）の構成の一例を示す説明図である。 図８Ｄは、実施例２の変形例であるＭＭＩ型カプラ（２×２の不要光導波路）の構成の一例を示す説明図である。 図９は、実施例３のＭＭＩ型カプラの不要光導波路の略断面部分の一例を示す説明図である。 図１０は、実施例４のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図１１は、実施例５のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図１２は、実施例６のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図１３は、実施例６の変形例のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図１４は、実施例６の変形例のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図１５は、本実施例のＭＭＩ型カプラを内蔵した光通信装置の一例を示す説明図である。 図１６は、従来のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図１７は、図１６に示すＭＭＩ型カプラの光自己結像効果の一例を示す説明図である。 図１８は、従来の２×１のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図１９は、従来のＭＭＩ型カプラの構成の一例を示す説明図である。 図２０は、従来のＭＭＩ型カプラの不要光導波路の導波路幅と反射光量との関係の一例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本願の開示する光デバイス等の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜組み合わせても良い。

図１は、実施例１のＭＭＩ型カプラ１の構成の一例を示す説明図である。図１に示すＭＭＩ型カプラ１は、２入力及び１出力の２×１のＭＭＩ型カプラ等の基板型光導波路素子である。ＭＭＩ型カプラ１は、２本の入力導波路２（２Ａ、２Ｂ）と、１本の出力導波路３と、２本の入力導波路２と１本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４と、２本の不要光導波路５とを有する。入力導波路２は、第１の入力導波路２Ａと、第２の入力導波路２Ｂとを有する。

入力導波路２は、リブ部と、リブ部のコア厚に比較して薄い厚みのスラブ部とを有するリブ型導波路である。出力導波路３も、リブ部と、リブ部のコア厚に比較して薄い厚みのスラブ部とを有するリブ型導波路である。更に、干渉領域４も、リブ部と、リブ部のコア厚に比較して薄い厚みのスラブ部とを有するリブ型導波路である。尚、説明の便宜上、入力導波路２、出力導波路３及び干渉領域４は、リブ型導波路を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、チャネル型導波路やリッジ型導波路でも良く、適宜変更可能である。

干渉領域４は、２本の入力導波路２と光結合する入力部４Ａと、１本の出力導波路３と光結合する出力部４Ｂとを有し、２本の入力導波路２から入力した光が１本の出力導波路３から出力する導波路である。干渉領域４は、入力導波路２及び出力導波路３の導波路幅に比較して導波路幅が広い、基本モード及び高次モードの光を導波するマルチモード導波路である。

また、干渉領域４内の出力部４Ｂは、２本の入力導波路２から入力した光が集光するスポット位置に出力導波路３を配置している。更に、干渉領域４内の出力部４Ｂは、出力導波路３の両側に２本の不要光導波路５を配置している。

図２は、図１に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２に示すＡ－Ａ線の略断面部位は、干渉領域４内の出力部４Ｂと光結合する２本の不要光導波路５及び１本の出力導波路３の略断面部分である。各不要光導波路５は、リブ部５Ａと、リブ部５Ａのコア厚に比較して薄い厚みのスラブ部５Ｂとを有する非対称リブ型導波路構造である。リブ部５Ａの導波路幅Ｗribは、例えば、０．７６μｍ、スラブ部５Ｂの導波路幅Ｗslabは、例えば、５．０μｍとする。

各不要光導波路５は、そのリブ部５Ａを出力導波路３側に配置し、リブ部５Ａと出力導波路３との間の間隙を、例えば、０．２μｍとし、干渉領域４内の出力部４Ｂに光結合する。尚、間隙の寸法を小さくすると、干渉領域４から入力導波路２に入力する反射光量を小さくできる。各不要光導波路５は、基本モードの光のみが導波するシングルモード導波路である。不要光導波路５内のスラブ部５Ｂの厚さは、入力導波路２、出力導波路３及び干渉領域４内のスラブ部の厚さに比較して厚くした。

図３は、不要光導波路５内を導波する光の導波モードの状態の一例を示す説明図である。不要光導波路５は、スラブ部５Ｂを備えることで、リブ部５Ａの光への閉じ込めが弱くなるので、リブ部５Ａの導波路幅がチャネル型導波路と同じ導波路幅にしたとしても、高次モードの光が導波しにくく、基本モードの光のみが導波することになる。従って、不要光導波路５のリブ部５Ａの導波路幅が広くなっても、基本モードの光のみが導波するシングルモード条件を満たすことになる。シングルモード条件を満たすことで、不要光導波路５内を導波する高次モードの光の出力導波路３への影響を抑制できる。その結果、不要光導波路５は、シングルモード条件を満たしながら、干渉領域４から入力導波路２に入力する光の反射光量を十分に低減できる。

図４は、実施例１のＭＭＩ型カプラ１及び従来のＭＭＩ型カプラ１００Ｂの不要光導波路５（１０５）における導波路幅に応じた反射光量の比較結果の一例を示す説明図である。実施例１のＭＭＩ型カプラ１は、不要光導波路５が非対称リブ型導波路であるのに対し、従来のＭＭＩ型カプラ１００Ｂは、不要光導波路１０５がチャネル型導波路である。従来のＭＭＩ型カプラ１００Ｂでは、不要光導波路１０５がチャネル型導波路であるため、不要光導波路１０５の導波路幅が０．４μｍ以下でシングルモード条件を満たすものの、入力導波路２に入力する反射光量を十分に低減させることはできない。これに対して、実施例１のＭＭＩ型カプラ１の不要光導波路５では、非対称リブ型導波路であるため、不要光導波路５の導波路幅が０．８μｍ以下までシングルモード条件を満たしながら、入力導波路２に入力する反射光量を十分に低減できる。

図５は、実施例１のＭＭＩ型カプラ１及び従来のＭＭＩ型カプラ１００Ｂの不要光導波路５（１０５）における光波長に応じた反射光量の比較結果の一例を示す説明図である。尚、使用する光の波長は、Ｃバンドを含む１５２５ｎｍ～１５７０ｎｍの範囲とする。実施例１のＭＭＩ型カプラ１の反射光量は、従来のＭＭＩ型カプラ１００Ｂの反射光量に比較して約１３ｄＢ改善している。

実施例１のＭＭＩ型カプラ１は、非対称リブ型導波路構造の不要光導波路５を干渉領域４内の出力部４Ｂに出力導波路３と並走して配置した。その結果、不要光導波路５は、シングルモード条件を満たしながら、干渉領域４から入力導波路２に入力する反射光量を十分に低減できる。

尚、実施例１のＭＭＩ型カプラ１は、２×１のＭＭＩ型カプラを例示したが、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。実施例１のＭＭＩ型カプラ１の変形例としては、図６Ａ～図６Ｆに示す通りである。図６Ａは、実施例１の変形例である４×１のＭＭＩ型カプラ１の構成の一例を示す説明図である。図６Ａに示すＭＭＩ型カプラ１は、４本の入力導波路２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄ）と、１本の出力導波路３と、４本の入力導波路２と１本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。干渉領域４内の出力部４Ｂは、出力導波路３の両側に不要光導波路５を配置した。

図６Ｂは、実施例１の変形例である４×２のＭＭＩ型カプラ１の構成の一例を示す説明図である。図６Ｂに示すＭＭＩ型カプラ１は、４本の入力導波路２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄ）と、２本の出力導波路３（３Ａ，３Ｂ）と、４本の入力導波路２と２本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。干渉領域４内の出力部４Ｂは、２本の出力導波路３の両側に不要光導波路５を配置した。

図６Ｃは、実施例１の変形例である４×３のＭＭＩ型カプラ１の構成の一例を示す説明図である。図６Ｃに示すＭＭＩ型カプラ１は、４本の入力導波路２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）と、３本の出力導波路３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）と、４本の入力導波路２と３本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。干渉領域４内の出力部４Ｂは、３本の出力導波路３の両側に不要光導波路５を配置した。

図６Ｄは、実施例１の変形例である３×１のＭＭＩ型カプラ１の構成の一例を示す説明図である。図６Ｄに示すＭＭＩ型カプラ１は、３本の入力導波路２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）と、１本の出力導波路３と、３本の入力導波路２と１本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。干渉領域４内の出力部４Ｂは、１本の出力導波路３の両側に不要光導波路５を配置した。

図６Ｅは、実施例１の変形例である２×２のＭＭＩ型カプラ１の構成の一例を示す説明図である。図６Ｅに示すＭＭＩ型カプラ１は、２本の入力導波路２（２Ａ、２Ｂ）と、２本の出力導波路３（３Ａ，３Ｂ）と、２本の入力導波路２と２本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。干渉領域４内の出力部４Ｂは、２本の出力導波路３の両側に不要光導波路５を配置した。

図６Ｆは、実施例１の変形例である３×３のＭＭＩ型カプラ１の構成の一例を示す説明図である。図６Ｆに示すＭＭＩ型カプラ１は、３本の入力導波路２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）と、３本の出力導波路３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）と、３本の入力導波路２と３本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。干渉領域４内の出力部４Ｂは、３本の出力導波路３の両側に不要光導波路５を配置した。

図６Ａ～図６Ｆに示すＭＭＩ型カプラ１は、非対称リブ型導波路構造の不要光導波路５を干渉領域４内の出力部４Ｂに出力導波路３と並走して配置した。その結果、不要光導波路５は、シングルモード条件を満たしながら、干渉領域４から入力導波路２に入力する反射光量を十分に低減できる。

ＭＭＩ型カプラ１は、入力導波路２をＭ本及び出力導波路３をＮ本にした場合、Ｍ×Ｎに適用可能なＭＭＩカプラである。

尚、実施例１のＭＭＩ型カプラ１は、干渉領域４内の出力部４Ｂの内、出力導波路３の両側に不要光導波路５を配置する場合を例示したが、出力導波路３の片側に配置しても良く、適宜変更可能である。また、実施例１のＭＭＩ型カプラ１は、入力導波路２から出力導波路３へ光が導波する単一方向のカプラを例示した。しかしながら、入力導波路２と出力導波路３との間を光が双方向に導波する双方向のカプラにも適用可能であって、その実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。尚、実施例１のＭＭＩ型カプラ１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図７は、実施例２のＭＭＩ型カプラ１Ａの構成の一例を示す説明図である。図７に示すＭＭＩ型カプラ１Ａは、双方向で光を導波するカプラである。ＭＭＩ型カプラ１Ａは、２本の入力導波路２（２Ａ，２Ｂ）と、１本の出力導波路３と、干渉領域４と、干渉領域４内の出力部４Ｂに配置された２本の不要光導波路５とを有する。２本の入力導波路２は、第１の入力導波路２Ａと、第２の入力導波路２Ｂとする。ＭＭＩ型カプラ１Ａは、干渉領域４内の入力部４Ａに配置された第１の入力導波路２Ａの近傍に１本の不要光導波路６を配置した。

干渉領域４内の入力部４Ａに配置された不要光導波路６は、リブ部６Ａと、リブ部６Ａのコア厚に比較して薄い厚みのスラブ部６Ｂとを有する非対称リブ型導波路構造である。不要光導波路６は、基本モードの光のみが導波するシングルモード導波路である。

実施例２のＭＭＩ型カプラ１Ａは、非対称リブ型導波路構造の不要光導波路５を干渉領域４内の出力部４Ｂに配置すると共に、非対称リブ型導波路構造の不要光導波路６を干渉領域４内の入力部４Ａに配置する。その結果、双方向のＭＭＩ型カプラ１Ａの場合でも、不要光導波路５及び６は、シングルモード条件を満たしながら、干渉領域４から入力導波路２及び出力導波路３に入力する反射光量を十分に低減できる。

尚、実施例２のＭＭＩ型カプラ１Ａでは、干渉領域４内の入力部４Ａに対して、第１の入力導波路２Ａの近傍に１本の不要光導波路６を配置する場合を例示した。しかしながら、第１の入力導波路２Ａではなく、第２の入力導波路２Ｂの近傍に１本の不要光導波路６を配置しても良く、適宜変更可能である。また、第１の入力導波路２Ａの外側及び第２の入力導波路２Ｂの外側の入力部４Ａに不要光導波路６を配置しても良く、適宜変更可能である。

実施例２のＭＭＩ型カプラ１Ａでは、干渉領域４内の入力部４Ａ及び出力部４Ｂに不要光導波路６，５を配置する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。実施例２のＭＭＩ型カプラ１Ａの変形例としては、図８Ａ～図８Ｄに示す通りである。

図８Ａは、実施例２の変形例であるＭＭＩ型カプラ（１×１の不要光導波路）１Ａの構成の一例を示す説明図である。図８Ａに示すＭＭＩ型カプラ１Ａは、２本の入力導波路２（２Ａ，２Ｂ）と、２本の出力導波路３（３Ａ，３Ｂ）と、２本の入力導波路２と２本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。２本の入力導波路２は、第１の入力導波路２Ａと、第２の入力導波路２Ｂとし、２本の出力導波路３は、第１の出力導波路３Ａと、第２の出力導波路３Ｂとする。

図８Ａに示すＭＭＩ型カプラ１Ａは、干渉領域４内の入力部４Ａに、第１の入力導波路２Ａの外側に並走するように不要光導波路６を配置すると共に、干渉領域４内の出力部４Ｂに、第１の出力導波路３Ａの外側に並走するように不要光導波路５を配置する。

図８Ｂは、実施例２の変形例であるＭＭＩ型カプラ（１×１の不要光導波路）１Ａの構成の一例を示す説明図である。尚、図８Ａに示すＭＭＩ型カプラ１Ａと同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図８Ｂに示すＭＭＩ型カプラ１Ａは、干渉領域４内の入力部４Ａに、第１の入力導波路２Ａの外側に並走するように不要光導波路６を配置すると共に、干渉領域４内の出力部４Ｂに、第２の出力導波路３Ｂの外側に並走するように不要光導波路５を配置する。

図８Ｃは、実施例２の変形例であるＭＭＩ型カプラ（２×１の不要光導波路）１Ａの構成の一例を示す説明図である。尚、図８Ａに示すＭＭＩ型カプラ１Ａと同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図８Ｃに示すＭＭＩ型カプラ１Ａは、干渉領域４内の入力部４Ａに、第１の入力導波路２Ａの外側に並走するように不要光導波路６を配置すると共に、第２の入力導波路２Ｂの外側に並走するように不要光導波路６を配置する。更に、ＭＭＩ型カプラ１Ａは、干渉領域４内の出力部４Ｂに、第２の出力導波路３Ｂの外側に並走するように不要光導波路５を配置する。

図８Ｄは、実施例２の変形例であるＭＭＩ型カプラ（２×２の不要光導波路）１Ａの構成の一例を示す説明図である。尚、図８Ａに示すＭＭＩ型カプラ１Ａと同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図８Ｄに示すＭＭＩ型カプラ１Ａは、干渉領域４内の入力部４Ａに、第１の入力導波路２Ａの外側に並走するように不要光導波路６を配置すると共に、第２の入力導波路２Ｂの外側に並走するように不要光導波路６を配置する。更に、ＭＭＩ型カプラ１Ａは、干渉領域４内の出力部４Ｂに、第１の出力導波路３Ａの外側に並走するように不要光導波路５を配置すると共に、第２の出力導波路３Ｂの外側に並走するように不要光導波路５を配置する。

図８Ａ～図８Ｄに示すＭＭＩ型カプラ１Ａは、非対称リブ型導波路構造の不要光導波路５を干渉領域４内の出力部４Ｂに配置すると共に、非対称リブ型導波路構造の不要光導波路６を干渉領域４内の入力部４Ａに配置する。その結果、双方向のＭＭＩ型カプラ１Ａの場合でも、不要光導波路５及び６は、シングルモード条件を満たしながら、干渉領域４から入力導波路２及び出力導波路３に入力する反射光量を十分に低減できる。

尚、ＭＭＩ型カプラ１（１Ａ）内の不要光導波路５、６は、非対称リブ型導波路で構成する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、その実施の形態につき、実施例３として以下に説明する。

図９は、実施例３の不要光導波路５（６）の略断面部分の一例を示す説明図である。図９に示す不要光導波路５（６）は、リブ部５Ａ（６Ａ）と、リブ部５Ａ（６Ａ）の一方の側に形成された第１のスラブ部５Ｂ１（６Ｂ１）と、リブ部５Ａ（６Ａ）の他方の側に形成された第２のスラブ部５Ｂ２（６Ｂ２）とを有する非対称のリブ型導波路である。不要光導波路５（６）は、クラッド１１で被覆されているものとする。第１のスラブ部５Ｂ１（６Ｂ１）は、第２のスラブ部５Ｂ２（６Ｂ２）の厚さに比較して薄くする構成である。不要光導波路５（６）の第２のスラブ部５Ｂ２（６Ｂ２）の厚さは、入力導波路２、出力導波路３及び干渉領域４内のスラブ部の厚さＨsに比較して厚くした。

実施例３の不要光導波路５（６）の非対称リブ型導波路は、出力導波路３側の第２のスラブ部５Ｂ２（６Ｂ２）の厚さＨｓに比較して、第１のスラブ部５Ｂ１（６Ｂ１）の厚さを薄くした。従って、第１のスラブ部及び第２のスラブ部が同一厚のＨｓになる場合に比較して、不要光導波路５（６）の光閉じ込めが弱くなり、より広い導波路幅でもシングルモード条件を満たすことができる。すなわち、実施例３のＭＭＩ型カプラ１の不要光導波路５（６）では、リブ導波路で形成される実施例１及び２のＭＭＩ型カプラ１（１Ａ）の不要光光導波路５（６）に比較して、干渉領域４から入力導波路２（出力導波路３）に入力する光の反射光量を十分に低下できる。

尚、実施例１のＭＭＩ型カプラ１は、出力部４Ｂの両側に配置された不要光導波路５を直線導波路で構成する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。その実施の形態につき、実施例４として以下に説明する。

図１０は、実施例４のＭＭＩ型カプラ１Ｃの構成の一例を示す説明図である。尚、実施例１のＭＭＩ型カプラ１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図１０に示すＭＭＩ型カプラ１Ｃは、２本の入力導波路２（２Ａ，２Ｂ）と、１本の出力導波路３と、２本の入力導波路２と１本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。更に、ＭＭＩ型カプラ１Ｃは、干渉領域４内の出力部４Ｂに配置され、かつ、出力導波路３の両側に並走された不要光導波路５０を有する。不要光導波路５０は、曲げ構造の非対称リブ型導波路である。不要光導波路５０は、リブ部５０Ａと、リブ部５０Ａのコア厚に比較して薄い厚みのスラブ部５０Ｂとを有する非対称リブ型導波路構造である。不要光導波路５０は、基本モードの光のみが導波するシングルモード導波路である。各不要光導波路のリブ部５０Ａは、出力導波路３から順次離れる曲げ構造の導波路である。

実施例４のＭＭＩ型カプラ１Ｃは、出力導波路３の両側に並走する不要光導波路５０を曲げ構造にしたので、不要光導波路５０内を放射する不要光導波路５０内の不要な放射モードの出力導波路３への影響を徐々に低減できる。

図１１は、実施例５のＭＭＩ型カプラ１Ｄの構成の一例を示す説明図である。尚、実施例１のＭＭＩ型カプラ１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図１１に示すＭＭＩ型カプラ１Ｄは、２本の入力導波路２（２Ａ、２Ｂ）と、１本の出力導波路３と、２本の入力導波路２と１本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。更に、ＭＭＩ型カプラ１Ｄは、干渉領域４内の出力部４Ｂに配置され、かつ、出力導波路３の両側に並走された不要光導波路５１を有する。

不要光導波路５１は、リブ部５１Ａと、リブ部５１Ａの片側に形成されたスラブ部５１Ｂとを有する非対称リブ型導波路である。更に、不要光導波路５１は、スラブ部５１Ｂの一部、若しくは全領域がドーピングされたドーピング領域５１Ｃを有する。尚、ドーピングは、Ｎドープ又はＰドープである。ドーピング領域５１Ｃは、不要光導波路５１内を放射する不要な放射モードを光結合する領域である。

実施例５のＭＭＩ型カプラ１Ｄは、出力導波路３の両側に並走する不要光導波路５１内のスラブ部５１Ｂの一部又は全領域がドーピングされているため、不要光導波路５１内を放射する不要光導波路５１内の不要な放射モードの出力導波路３への影響を低減できる。

図１２は、実施例６のＭＭＩ型カプラ１Ｅの構成の一例を示す説明図である。尚、実施例１のＭＭＩ型カプラ１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図１２に示すＭＭＩ型カプラ１Ｅは、４本の入力導波路２（２Ａ，２Ｂ、２Ｃ，２Ｄ）と、１本の出力導波路３と、４本の入力導波路２と１本の出力導波路３との間を光結合する干渉領域４とを有する。更に、ＭＭＩ型カプラ１Ｅは、干渉領域４内の出力部４Ｂに配置され、かつ、出力導波路３の両側に並走された不要光導波路５を有する。４本の入力導波路２は、第１の入力導波路２Ａと、第２の入力導波路２Ｂと、第３の入力導波路２Ｃと、第４の入力導波路２Ｄとを有する。

不要光導波路５は、リブ部５Ａと、リブ部５Ａの片側に形成されたスラブ部５Ｂとを有する非対称リブ型導波路である。不要光導波路５は、導波路幅が光の進行方向に沿って細くなる逆テーパ構造の光終端部７と光結合する。

光終端部７は、導波路幅が光の進行方向に沿って先が細くなる、不要光導波路５内のリブ部５Ａと光結合するリブ部７Ａと、導波路幅が光の進行方向に沿って先が細くなる、不要光導波路５内のスラブ部５Ｂと光結合するスラブ部７Ｂとを有する。逆テーパ構造の光終端部７は、不要光導波路５を導波する光を終端するため、不要光導波路５内での光の反射を抑制できる。

実施例６のＭＭＩ型カプラ１Ｅは、出力導波路３の両側に並走する不要光導波路５に逆テーパ構造の光終端部７と光結合したので、不要光導波路５からの光が終端するため、不要光導波路５内での再度の光反射の発生を防止できる。

尚、実施例６のＭＭＩ型カプラ１Ｅは、不要光導波路５に逆テーパ構造の光終端部７を光結合する場合を例示したが、逆テーパ構造の光終端部７に限定されるものではなく、適宜変更可能である。実施例６のＭＭＩ型カプラ１Ｅの変形例としては、図１３及び図１４に示す通りである。

図１３は、実施例６の変形例のＭＭＩ型カプラ１Ｅの構成の一例を示す説明図である。尚、実施例６のＭＭＩ型カプラ１Ｅと同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図１３に示すＭＭＩ型カプラ１Ｅ内の不要光導波路５と光結合する光終端部７は、逆テーパ構造の代わりに、不要光導波路５からの光を電流変換する受光器７Ｃである。受光器７Ｃは、不要光導波路５を導波する光を電流変換するため、不要光導波路５内での光の反射を抑制できる。

図１３に示すＭＭＩ型カプラ１Ｅは、出力導波路３の両側に並走する不要光導波路５に受光器７Ｃを光結合したので、不要光導波路５からの光を電流変換するため、不要光導波路５内での再度の光反射の発生を防止できる。

図１４は、実施例６の変形例のＭＭＩ型カプラ１Ｅの構成の一例を示す説明図である。尚、実施例６のＭＭＩ型カプラ１Ｅと同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図１３に示すＭＭＩ型カプラ１Ｅ内の不要光導波路５と光結合する光終端部７は、逆テーパ構造の代わりに、不要光導波路５からの光を熱変換するドーピング領域７Ｄで構成する。ドーピング領域７Ｄは、不要光導波路５を導波する光を熱変換するため、不要光導波路５内での光の反射を抑制できる。

図１４に示すＭＭＩ型カプラ１Ｅは、出力導波路３の両側に並走する不要光導波路５にドーピング領域７Ｄに光結合したので、不要光導波路５からの光が熱変換するため、不要光導波路５内での再度の光反射の発生を防止できる。

図１５は、本実施例のＭＭＩ型カプラ１を内蔵した光通信装置８０の一例を示す説明図である。図１５に示す光通信装置８０は、出力側の光ファイバ及び入力側の光ファイバと接続する。光通信装置８０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）８１と、光源８２と、光送信器８３と、光受信器８４とを有する。ＤＳＰ８１は、デジタル信号処理を実行する電気部品である。ＤＳＰ８１は、例えば、送信データの符号化等の処理を実行し、送信データを含む電気信号を生成し、生成した電気信号を光送信器８３に出力する。また、ＤＳＰ８１は、受信データを含む電気信号を光受信器８４から取得し、取得した電気信号の復号等の処理を実行して受信データを得る。

光源８２は、例えば、レーザダイオード等を備え、所定の波長の光を発生させて光送信器８３及び光受信器８４へ供給する。光送信器８３は、ＤＳＰ８１から出力される電気信号によって、光源８２から供給される光を変調し、得られた送信光を光ファイバに出力する光デバイスである。光送信器８３は、光源８２から供給される光が導波路を伝搬する際に、この光を光変調器へ入力される電気信号によって変調することで、送信光を生成する。

光受信器８４は、光ファイバから光信号を受信し、光源８２から供給される光を用いて受信光を復調する。そして、光受信器８４は、復調した受信光を電気信号に変換し、変換後の電気信号をＤＳＰ８１に出力する。光送信器８３及び光受信器８４内では、光を導波するＭＭＩ型カプラ１を内蔵する。

光通信装置８０内のＭＭＩ型カプラ１では、非対称リブ型導波路構造の不要光導波路５を干渉領域４内の出力部４Ｂに配置した。その結果、不要光導波路５は、シングルモード条件を満たしながら、干渉領域２から入力導波路２に入力する反射光量を十分に低減できる。

尚、説明の便宜上、ＭＭＩ型カプラ１内の各導波路は、コア及びクラッドがＳｉＯ_２で形成されるＰＬＣや、ＩｎＰ導波路、ＧａＡｓ導波路、ＳｉＮ(Silicon Nitride)導波路でも良く、適宜変更可能である。コアがＳｉやＳｉ_３Ｎ_４、下部クラッドがＳｉＯ_２、上部クラッドがＳｉＯ_２、空気若しくはＳｉＮ等であるＳｉ導波路でも良く、適宜変更可能である。Ｓｉ導波路やＳｉＮ導波路の場合、比屈折率差が大きいことから、光の閉じ込めが強く、それによって小さいＲでも低損失な曲げ導波路が実現することで、基板型光導波路素子を小型化できる。

１、１Ａ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ ＭＭＩ型カプラ
２ 入力導波路
３ 出力導波路
４ 干渉領域
４Ａ 入力部
４Ｂ 出力部
５ 不要光導波路
５Ａ リブ部
５Ｂ スラブ部
６ 不要光導波路
６Ａ リブ部
６Ｂ スラブ部
７ 光終端部
５１Ｃ ドーピング領域
８０ 光通信装置
８２ 光源
８３ 光送信器
８４ 光受信器

Claims (9)

1. 入力導波路と、
   出力導波路と、
   前記入力導波路と光結合する入力部及び、前記出力導波路と光結合する出力部を有し、前記入力導波路及び前記出力導波路の導波路幅に比較して広い導波路幅を有する干渉領域と、
   前記干渉領域内の前記出力部に備えられた、前記出力導波路と並走する不要光導波路と、を有し、
   前記不要光導波路は、
   リブ部と、
   前記リブ部の一方の側面に形成された、前記リブ部の厚さに比較して薄いスラブ部と、を有し、
   前記リブ部の他方の側面には前記スラブ部が形成されていない、非対称リブ型導波路であると共に、
   前記リブ部の前記他方の側面が前記出力導波路の側面に配置され、基本モードのみを導波するシングルモード導波路であることを特徴とする光デバイス。
2. 前記干渉領域内の前記入力部に備えられた、前記入力導波路と並走する他の不要光導波路をさらに有し、
   前記他の不要光導波路は、
   リブ部と、
   前記リブ部の厚さに比較して薄いスラブ部と、を有し、
   基本モードの光のみを導波させるシングルモード導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記入力導波路、前記出力導波路及び前記干渉領域は、
   第１のリブ部と、前記第１のリブ部の厚さに比較して薄い第１のスラブ部と、を有するリブ型導波路を有し、
   前記不要光導波路の前記スラブ部は、
   前記第１のスラブ部の厚さに比較して厚くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイス。
4. 前記不要光導波路内の前記スラブ部は、
   前記リブ部の一方の側面に形成された第１のスラブ部と、
   前記リブ部の他方の側面に形成された、前記第１のスラブ部の厚さに比較して厚い第２のスラブ部と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイス。
5. 前記不要光導波路は、
   前記出力導波路から順次離れる曲げ導波路構造であることを特徴とする請求項１～４の何れか一つに記載の光デバイス。
6. 前記不要光導波路内の前記スラブ部は、
   当該スラブ部の一部、若しくは全領域にドーピングされたドーピング領域を有することを特徴とする請求項１～５の何れか一つに記載の光デバイス。
7. 前記不要光導波路を導波する光を終端するように当該不要光導波路と光結合する光終端部をさらに有することを特徴とする請求項１～６の何れか一つに記載の光デバイス。
8. 入力導波路と、
   出力導波路と、
   前記入力導波路と光結合する入力部及び、前記出力導波路と光結合する出力部を有し、前記入力導波路及び前記出力導波路の導波路幅に比較して広い導波路幅を有する干渉領域と、
   前記干渉領域内の前記出力部に備えられた、前記出力導波路と並走する不要光導波路と、を有する基板型光導波路素子であって、
   前記不要光導波路は、
   リブ部と、
   前記リブ部の一方の側面に形成された、前記リブ部の厚さに比較して薄いスラブ部と、を有し、
   前記リブ部の他方の側面には前記スラブ部が形成されていない、非対称リブ型導波路であると共に、
   前記リブ部の前記他方の側面が前記出力導波路の側面に配置され、基本モードの光のみを導波させるシングルモード導波路であることを特徴とする基板型光導波路素子。
9. 光源と、
   送信信号を用いて光源からの光を光変調して送信光を送信する光送信器と、
   前記光源からの光を用いて受信光から受信信号を受信する光受信器と、
   前記光送信器及び前記光受信器内で前記光を導波する基板型光導波路素子と、を有する光通信装置であって、
   前記基板型光導波路素子は、
   入力導波路と、
   出力導波路と、
   前記入力導波路と光結合する入力部及び、前記出力導波路と光結合する出力部を有し、前記入力導波路及び前記出力導波路の導波路幅に比較して広い導波路幅を有する干渉領域と、
   前記干渉領域内の前記出力部に備えられた、前記出力導波路と並走する不要光導波路と、を有する基板型光導波路素子であって、
   前記不要光導波路は、
   リブ部と、
   前記リブ部の一方の側面に形成された、前記リブ部の厚さに比較して薄いスラブ部と、を有し、
   前記リブ部の他方の側面には前記スラブ部が形成されていない、非対称リブ型導波路であると共に、
   前記リブ部の前記他方の側面が前記出力導波路の側面に配置され、基本モードの光のみを導波させるシングルモード導波路であることを特徴とする光通信装置。