JPH0720329A - 光合分波器 - Google Patents
光合分波器Info
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- JPH0720329A JPH0720329A JP5152260A JP15226093A JPH0720329A JP H0720329 A JPH0720329 A JP H0720329A JP 5152260 A JP5152260 A JP 5152260A JP 15226093 A JP15226093 A JP 15226093A JP H0720329 A JPH0720329 A JP H0720329A
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- coupling
- optical multiplexer
- demultiplexer
- waveguides
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
- H10F77/146—Superlattices; Multiple quantum well structures
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- 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
- G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- 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
- G02B6/29331—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 evanescent wave coupling
- G02B6/29332—Wavelength selective couplers, i.e. based on evanescent coupling between light guides, e.g. fused fibre couplers with transverse coupling between fibres having different propagation constant wavelength dependency
- G02B6/29334—Grating-assisted evanescent light guide couplers, i.e. comprising grating at or functionally associated with the coupling region between the light guides, e.g. with a grating positioned where light fields overlap in the coupler
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 偏波無依存、同時多波長合分波器を提供す
る。 【構成】 構造、屈折率が異なる複数の導波路を異なる
モードで結合し、更に結合長を工夫することに依って前
記目的を達成する。 【効果】 偏波無依存、同時多波長合分波器を提供出来
る。
る。 【構成】 構造、屈折率が異なる複数の導波路を異なる
モードで結合し、更に結合長を工夫することに依って前
記目的を達成する。 【効果】 偏波無依存、同時多波長合分波器を提供出来
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長多重光通信等にお
ける光信号の分波及び合流に関するものである。
ける光信号の分波及び合流に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光信号の分波合流器として、図６
に示す特開平２−２３９２０９にあるように非対称な導
波路とグレーティングを持つ方向性結合器が提案されて
いるが、この形態の素子の優位な特徴として、数ｎｍ程
度のパスバンド、非フィルター波長の光信号の透過、等
があげられる。方向性結合器中には図６に示すような電
界分布を持つ、奇モードεodd 、及び偶モードεevenが
存在し、これら２つのモードを結合するための位相整合
手段としてグレーティングが用いられている。
に示す特開平２−２３９２０９にあるように非対称な導
波路とグレーティングを持つ方向性結合器が提案されて
いるが、この形態の素子の優位な特徴として、数ｎｍ程
度のパスバンド、非フィルター波長の光信号の透過、等
があげられる。方向性結合器中には図６に示すような電
界分布を持つ、奇モードεodd 、及び偶モードεevenが
存在し、これら２つのモードを結合するための位相整合
手段としてグレーティングが用いられている。
【０００３】図６に示したように、入力信号光はλ1 ，
λ2 ，…，λe ，…，λn の波長より構成されており、
入力に用いる第１の導波路１に入力されると、奇モード
εodd に結合し伝搬するが、グレーティングピッチΛに
対して βoTE （λe ）−βeTE （λe ）＝２π／Λ （１） を満たす波長λe の光信号のＴＥ−ｌｉｋｅ成分は、偶
モードεevenと結合し、検出に用いられる第２の導波路
２へと光パワーの移行が起こり、この結果分波が行なわ
れ、出力信号光として検出その他の機能素子に渡される
こととなる。
λ2 ，…，λe ，…，λn の波長より構成されており、
入力に用いる第１の導波路１に入力されると、奇モード
εodd に結合し伝搬するが、グレーティングピッチΛに
対して βoTE （λe ）−βeTE （λe ）＝２π／Λ （１） を満たす波長λe の光信号のＴＥ−ｌｉｋｅ成分は、偶
モードεevenと結合し、検出に用いられる第２の導波路
２へと光パワーの移行が起こり、この結果分波が行なわ
れ、出力信号光として検出その他の機能素子に渡される
こととなる。
【０００４】ここで、βoTE （λe ），βeTE （λe ）
は、各々、波長λe の光波のＴＥ−ｌｉｋｅ偏波成分の
奇モード及び、偶モードの伝搬定数である。
は、各々、波長λe の光波のＴＥ−ｌｉｋｅ偏波成分の
奇モード及び、偶モードの伝搬定数である。
【０００５】上記以外の波長・偏波成分の信号はそのま
ま入力用導波路を通過し次段に渡されることとなる。
ま入力用導波路を通過し次段に渡されることとなる。
【０００６】また、 βoTE(λm)−βeTE(λm)＝２π／Λ （２） を満たす波長λm のＴＭ−ｌｉｋｅモードの光が混在し
た場合は、これも同時に分波されてしまい、分波直後
に、光出力を検出しようとするとＳ／Ｎ比を劣化させる
ことが懸念されるが、これら２つの波長間隔｜λm −
λe ｜は比較的大きく、多重化する波長の範囲Δλより
大きくなるよう、つまり、 ｜λm − λe ｜ ＞ Δλ （３） となるように設計することは容易で、実用上全く問題無
い。
た場合は、これも同時に分波されてしまい、分波直後
に、光出力を検出しようとするとＳ／Ｎ比を劣化させる
ことが懸念されるが、これら２つの波長間隔｜λm −
λe ｜は比較的大きく、多重化する波長の範囲Δλより
大きくなるよう、つまり、 ｜λm − λe ｜ ＞ Δλ （３） となるように設計することは容易で、実用上全く問題無
い。
【０００７】ここで用いられたＴＥ−ｌｉｋｅモード
（偏波），ＴＭ−ｌｉｋｅモード（偏波）とは、電場ベ
クトルがそれぞれ、基板表面に平行な方向，垂直な方向
を向いているモードのことを指している。
（偏波），ＴＭ−ｌｉｋｅモード（偏波）とは、電場ベ
クトルがそれぞれ、基板表面に平行な方向，垂直な方向
を向いているモードのことを指している。
【０００８】
【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記従来
例によれば、特定波長の特定偏波の光しか分波できない
ことから、信号光の波長のＴＥ−ｌｉｋｅ成分をとり出
すよう設計した場合にはＴＭ−ｌｉｋｅ偏波光成分は全
て次段に渡される、つまり、波長多重通信の場合には、
これはそのまま信号強度のロスにつながることとなる。
例によれば、特定波長の特定偏波の光しか分波できない
ことから、信号光の波長のＴＥ−ｌｉｋｅ成分をとり出
すよう設計した場合にはＴＭ−ｌｉｋｅ偏波光成分は全
て次段に渡される、つまり、波長多重通信の場合には、
これはそのまま信号強度のロスにつながることとなる。
【０００９】通信に用いられる光信号は通常光ファイバ
ーにより伝送されるが、偏波保存ファイバーを用いない
限り、ファイバーより入力された信号の偏波がどのよう
な状態であるかの保証はなく、ほとんどの場合がランダ
ムになり、最悪の場合には、上記分波器に入力される光
信号が全てＴＭモードになってしまい、所望の信号を全
く分波できない事態も起こり得る。
ーにより伝送されるが、偏波保存ファイバーを用いない
限り、ファイバーより入力された信号の偏波がどのよう
な状態であるかの保証はなく、ほとんどの場合がランダ
ムになり、最悪の場合には、上記分波器に入力される光
信号が全てＴＭモードになってしまい、所望の信号を全
く分波できない事態も起こり得る。
【００１０】また、偏波保存ファイバーを使用しても、
長い距離に渡って用いれば、やはり電場と磁場の位相が
ずれて、偏波面が回転したり、楕円偏波になったりす
る。
長い距離に渡って用いれば、やはり電場と磁場の位相が
ずれて、偏波面が回転したり、楕円偏波になったりす
る。
【００１１】そして、偏波を保存する場合には、応力に
よる光波の位相シフトを考慮すると、小さな回転半径で
ファイバーを曲げることは許されないが、光ＬＡＮで用
いる場合の引き回しを考えると、もはや偏波を完全に保
存するのはほぼ不可能である。
よる光波の位相シフトを考慮すると、小さな回転半径で
ファイバーを曲げることは許されないが、光ＬＡＮで用
いる場合の引き回しを考えると、もはや偏波を完全に保
存するのはほぼ不可能である。
【００１２】上記従来例を光波進行方向に多段に接続す
ることで、両偏波モードを取り出す方法も考えられる
が、この方法では、素子長が長くなることや、伝搬ロス
が大きくなることが考えられ、不利である。
ることで、両偏波モードを取り出す方法も考えられる
が、この方法では、素子長が長くなることや、伝搬ロス
が大きくなることが考えられ、不利である。
【００１３】このことは、同時に多波長の光を分波ある
いは合流する場合にも、同様にいえることである。
いは合流する場合にも、同様にいえることである。
【００１４】偏波だけを考えると、媒質に好適な非線形
性がある場合は、ＴＥ→ＴＭあるいは、ＴＭ→ＴＥとい
う偏波モード移行も起こし得る。このことから、例え
ば、R.C.Alferness 他：アプライド フィジクス レタ
ーズ（Applied Physics Letters ）39,P131 (1981)にあ
るように偏波無依存型のフィルターを提供し得る。ここ
で用いられているLiNbO3は、この種の非線形性が高い材
料であるが、それでも結合効率が稼げず、結合長、すな
わち、素子長が長くなってしまっている。さらにこの材
料は、半導体材料に比べると、光集積回路（ＯＥＩＣ）
としての集積には不適当であり、半導体材料の中でもこ
の種の非線形性の高い材料は稀で、とくに、ＯＥＩＣと
して利用できるような電気特性的にも優れたものはな
い。
性がある場合は、ＴＥ→ＴＭあるいは、ＴＭ→ＴＥとい
う偏波モード移行も起こし得る。このことから、例え
ば、R.C.Alferness 他：アプライド フィジクス レタ
ーズ（Applied Physics Letters ）39,P131 (1981)にあ
るように偏波無依存型のフィルターを提供し得る。ここ
で用いられているLiNbO3は、この種の非線形性が高い材
料であるが、それでも結合効率が稼げず、結合長、すな
わち、素子長が長くなってしまっている。さらにこの材
料は、半導体材料に比べると、光集積回路（ＯＥＩＣ）
としての集積には不適当であり、半導体材料の中でもこ
の種の非線形性の高い材料は稀で、とくに、ＯＥＩＣと
して利用できるような電気特性的にも優れたものはな
い。
【００１５】種々の波長とモードの光波を同時に取り出
す方法として導波路を並列に並べてしまう方法がある
が、これでは、同時に２つまでの波長あるいはモードし
か取り出せない。
す方法として導波路を並列に並べてしまう方法がある
が、これでは、同時に２つまでの波長あるいはモードし
か取り出せない。
【００１６】本発明では、上記特定波長の特定偏波の光
しか分波できないという事実を鑑みて、導波路内に生ず
る種々の波長とモードの光波を同時に分波または合流す
るのに好適な分波合流器を提供することを目的とする。
しか分波できないという事実を鑑みて、導波路内に生ず
る種々の波長とモードの光波を同時に分波または合流す
るのに好適な分波合流器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明では、第１の導波
路と、該導波路に隣接し、かつ構造、もしくは屈折率、
もしくはその両方が異なる複数の導波路からなり、前記
第１の導波路と複数の導波路を各々異なるモードで結合
するための複数の結合手段を有する光合分波器を実現す
ることにより、同時多分波を行ない、種々光信号を同時
に取り出せるようにする。
路と、該導波路に隣接し、かつ構造、もしくは屈折率、
もしくはその両方が異なる複数の導波路からなり、前記
第１の導波路と複数の導波路を各々異なるモードで結合
するための複数の結合手段を有する光合分波器を実現す
ることにより、同時多分波を行ない、種々光信号を同時
に取り出せるようにする。
【００１８】
（実施例１）図１は、本発明で第１の導波路の上部に第
２の導波路、側部に第３の導波路を結合面が直交するよ
うに設けた第１の実施例を表すものであり、偏波無依存
な波長分波器を構成するものである。同図において、
（ａ）は上視図，（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図，（ｃ）はＣ
−Ｃ’断面図，（ｄ）はＤ−Ｄ’断面図である。図中１
は第１の導波路で、ここに入力された信号光は、本方向
性結合器の奇モードεodd TEに結合する。信号光は、波
長λ1 ，λ2 ，…，λs ，…，λn より構成されてお
り、本分波器では波長λs の光信号を分波する。波長λ
s のＴＥ−ｌｉｋｅモードの光信号は、 βoTE(λs)−βeTE(λs)＝２π／ΛTE（λs) （４） を満たすΛTE（λs ）を持つグレーティング１６による
摂動を介して、奇モードεodd TEが 偶モードεeven
TE に結合され、その結果、第１の導波路１より第２の
導波路２へ分波される。また、ＴＭ−ｌｉｋｅモードの
光信号も同様に、 βoTM(λm)−βeTM(λm)＝２π／ΛTM (λs) （５） を満たすΛTM (λs)を持つグレーティング１８による摂
動を介して、第１の導波路１より第３の導波路３へと同
時に分波される。
２の導波路、側部に第３の導波路を結合面が直交するよ
うに設けた第１の実施例を表すものであり、偏波無依存
な波長分波器を構成するものである。同図において、
（ａ）は上視図，（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図，（ｃ）はＣ
−Ｃ’断面図，（ｄ）はＤ−Ｄ’断面図である。図中１
は第１の導波路で、ここに入力された信号光は、本方向
性結合器の奇モードεodd TEに結合する。信号光は、波
長λ1 ，λ2 ，…，λs ，…，λn より構成されてお
り、本分波器では波長λs の光信号を分波する。波長λ
s のＴＥ−ｌｉｋｅモードの光信号は、 βoTE(λs)−βeTE(λs)＝２π／ΛTE（λs) （４） を満たすΛTE（λs ）を持つグレーティング１６による
摂動を介して、奇モードεodd TEが 偶モードεeven
TE に結合され、その結果、第１の導波路１より第２の
導波路２へ分波される。また、ＴＭ−ｌｉｋｅモードの
光信号も同様に、 βoTM(λm)−βeTM(λm)＝２π／ΛTM (λs) （５） を満たすΛTM (λs)を持つグレーティング１８による摂
動を介して、第１の導波路１より第３の導波路３へと同
時に分波される。
【００１９】本素子では、ＴＥ−ｌｉｋｅ，ＴＭ−ｌｉ
ｋｅ両偏波モードに対する完全結合長Ｌc が等しくなる
様設計されており、素子長をＬc にとしているため、第
１の導波路１からの出力光中には、波長λs の光信号成
分は全く無い。完全結合長Ｌc は、偶モード，奇モード
の結合係数をＧとして、 Ｌc ＝ π／２Ｇ （６） で与えられる。
ｋｅ両偏波モードに対する完全結合長Ｌc が等しくなる
様設計されており、素子長をＬc にとしているため、第
１の導波路１からの出力光中には、波長λs の光信号成
分は全く無い。完全結合長Ｌc は、偶モード，奇モード
の結合係数をＧとして、 Ｌc ＝ π／２Ｇ （６） で与えられる。
【００２０】したがって、両結合の結合係数を等しくす
ることにより完全結合長を等しくすることが可能とな
る。
ることにより完全結合長を等しくすることが可能とな
る。
【００２１】結合係数Ｇは、種々の条件を変えることに
より変化させることができるが、一番単純な方法として
は、グレーティング深さを増やすことで、結合係数が増
えることを利用するものが挙げられ、本素子では、この
方法を採用している。前記種々の条件には、導波路の形
状・寸法・間隔，各層の屈折率，グレーティングのピッ
チ・デューティー比（凸部と凹部の導波方向に平行な長
さの比）・深さ等があげられるが、ここで、結合係数を
調整する手段について触れておくことは、後の説明をよ
りわかりやすいものとすると思われる。
より変化させることができるが、一番単純な方法として
は、グレーティング深さを増やすことで、結合係数が増
えることを利用するものが挙げられ、本素子では、この
方法を採用している。前記種々の条件には、導波路の形
状・寸法・間隔，各層の屈折率，グレーティングのピッ
チ・デューティー比（凸部と凹部の導波方向に平行な長
さの比）・深さ等があげられるが、ここで、結合係数を
調整する手段について触れておくことは、後の説明をよ
りわかりやすいものとすると思われる。
【００２２】今、簡単のため、図１（ｂ）に示された２
つの導波路をスラブ型とした場合の結合を考えると、積
層方向にｘ軸を取って
つの導波路をスラブ型とした場合の結合を考えると、積
層方向にｘ軸を取って
【００２３】
【外１】 ここでε0 は真空中の誘電率、ωは波数、Δｎg はグレ
ーティングの屈折率変化を表すフーリエ係数であり、図
に示す矩形グレーティングのピッチをΛ、グレーティン
グ凸部の導波方向に平行に測った長さをｗ、第２導波路
コア層１５及び、クラッド層１６の屈折率を各々ｎ1 ，
ｎ2 として、 Δｎg(ｘ) ＝（ｎ1 2−ｎ2 2）／｛π ・ ｓｉｎ（πｗ／Λ）｝ （ｘ：グレーティング領域） Δｎg(ｘ）＝０ （ｘ：グレーティング領域外） （８） で与えられる。
ーティングの屈折率変化を表すフーリエ係数であり、図
に示す矩形グレーティングのピッチをΛ、グレーティン
グ凸部の導波方向に平行に測った長さをｗ、第２導波路
コア層１５及び、クラッド層１６の屈折率を各々ｎ1 ，
ｎ2 として、 Δｎg(ｘ) ＝（ｎ1 2−ｎ2 2）／｛π ・ ｓｉｎ（πｗ／Λ）｝ （ｘ：グレーティング領域） Δｎg(ｘ）＝０ （ｘ：グレーティング領域外） （８） で与えられる。
【００２４】（８）式からわかる通り（７）式の積分領
域はグレーティング領域のみ、つまり、グレーティング
の深さ分となる。したがって、εodd ，εevenがグレー
ティングの深さから影響を受けることを考慮しても、グ
レーティングの深さが深いほど、結合係数Ｇが大きくな
ることがわかる。この様子を示したものが、図２（ａ）
である。
域はグレーティング領域のみ、つまり、グレーティング
の深さ分となる。したがって、εodd ，εevenがグレー
ティングの深さから影響を受けることを考慮しても、グ
レーティングの深さが深いほど、結合係数Ｇが大きくな
ることがわかる。この様子を示したものが、図２（ａ）
である。
【００２５】コア層１３，１５の屈折率を各々３．４
５，３．３９、厚さを０．５０，０．１０μｍとし、２
つの導波路間のクラッド層１４の厚さを０．８μｍ，屈
折率を３．２９，クラッド層１６，１２の屈折率を各々
１．４６，３．２９，厚さを無限、グレーティングのデ
ューティー比ｗ／Λは０．７として波長８３０ｎｍの光
信号を分波する場合を計算した。グレーティングの深さ
が深くなるほど結合係数が大きくなり、それと同時に対
応するグレーティングのピッチも大きくなっていること
がわかる。図２（ｂ）には、上と同じ構成において、グ
レーティング深さを０．０７μｍ一定としてデューティ
ー比ｗ／Λを変化させたときの結合係数Ｇとグレーティ
ングピッチΛの変化の様子が示してある。（８）式にお
けるｓｉｎの項はｗ／Λが０．５のときに最大となる
が、実際には、結合係数Ｇが最大となるデューティー比
はｗが大きい方つまり凸部が大きい方にシフトしてい
る。これは、凸部の方が、屈折率が高く、その結果、凸
部が大きいほど、グレーティング部における電界が大き
くなり、このことが、（７）式でわかるように結合係数
Ｇを大きくしている。
５，３．３９、厚さを０．５０，０．１０μｍとし、２
つの導波路間のクラッド層１４の厚さを０．８μｍ，屈
折率を３．２９，クラッド層１６，１２の屈折率を各々
１．４６，３．２９，厚さを無限、グレーティングのデ
ューティー比ｗ／Λは０．７として波長８３０ｎｍの光
信号を分波する場合を計算した。グレーティングの深さ
が深くなるほど結合係数が大きくなり、それと同時に対
応するグレーティングのピッチも大きくなっていること
がわかる。図２（ｂ）には、上と同じ構成において、グ
レーティング深さを０．０７μｍ一定としてデューティ
ー比ｗ／Λを変化させたときの結合係数Ｇとグレーティ
ングピッチΛの変化の様子が示してある。（８）式にお
けるｓｉｎの項はｗ／Λが０．５のときに最大となる
が、実際には、結合係数Ｇが最大となるデューティー比
はｗが大きい方つまり凸部が大きい方にシフトしてい
る。これは、凸部の方が、屈折率が高く、その結果、凸
部が大きいほど、グレーティング部における電界が大き
くなり、このことが、（７）式でわかるように結合係数
Ｇを大きくしている。
【００２６】その他、導波路寸法などでも、結合係数Ｇ
は変えられるが、２ｎｍ程度の波長選択性を持たせるた
めに非対称性の高い導波路を用いた方向性結合器の場合
は、各々の導波路における電界分布が、単体で存在する
ときの電界分布と、あまりかわらず上記２項目の条件に
比べて、あまり効果的では無く、また、成長後は変更が
効かないため自由度が低くなってしまう。
は変えられるが、２ｎｍ程度の波長選択性を持たせるた
めに非対称性の高い導波路を用いた方向性結合器の場合
は、各々の導波路における電界分布が、単体で存在する
ときの電界分布と、あまりかわらず上記２項目の条件に
比べて、あまり効果的では無く、また、成長後は変更が
効かないため自由度が低くなってしまう。
【００２７】さて、本素子は素子長を完全結合長Ｌc と
しているため、波長λs の光信号は全て、入力導波路１
から取り出されてしまうが、たとえば３ｄＢ出力を得る
ことも、この構成で可能である。
しているため、波長λs の光信号は全て、入力導波路１
から取り出されてしまうが、たとえば３ｄＢ出力を得る
ことも、この構成で可能である。
【００２８】いま、素子長をＬとしたとき、出力光強度
Ｐout と入力光強度Ｐinの比は近似的に Ｐout ／Ｐin 〜 sin（πＬ／２Ｌc ） で与えられるため、この関係を用いれば素子長ＬをＬc
／２にすることで上記要求が満たされることが分る。さ
らに、グレーティングの深さを調整することで、一方の
モードの光信号は全て取りだし、他方は半分だけという
ことも可能である。
Ｐout と入力光強度Ｐinの比は近似的に Ｐout ／Ｐin 〜 sin（πＬ／２Ｌc ） で与えられるため、この関係を用いれば素子長ＬをＬc
／２にすることで上記要求が満たされることが分る。さ
らに、グレーティングの深さを調整することで、一方の
モードの光信号は全て取りだし、他方は半分だけという
ことも可能である。
【００２９】また、同一偏波のみを取り扱う場合、本素
子構成で、多波長同時合分波が可能であることは言うま
でもない。
子構成で、多波長同時合分波が可能であることは言うま
でもない。
【００３０】また第１と第２、第１と第３の導波路の結
合面を直交するように配置することによってそれぞれ結
合するモードの重なりを小さく押さえることができる。
合面を直交するように配置することによってそれぞれ結
合するモードの重なりを小さく押さえることができる。
【００３１】さてここで、第２の導波路２と第３の導波
路３の結合について考えてみると本素子においては波長
λs での位相整合条件を満たすピッチのグレーティング
が存在しないため、結合しない。仮に、結合し得る波長
の光信号での動作を考えてみても、この２つの導波路の
電界分布の重なりは極めて小さいので結合係数が小さ
く、結合させるにはＬc に比べ十分長い伝搬距離を要す
る。
路３の結合について考えてみると本素子においては波長
λs での位相整合条件を満たすピッチのグレーティング
が存在しないため、結合しない。仮に、結合し得る波長
の光信号での動作を考えてみても、この２つの導波路の
電界分布の重なりは極めて小さいので結合係数が小さ
く、結合させるにはＬc に比べ十分長い伝搬距離を要す
る。
【００３２】次に本素子の形成方法について述べる。本
素子は、ウェハーは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢ
Ｅ）によって形成された。まず、ＧａＡｓ基板１０上に
０．５μｍのＧａＡｓバッファ層１１，１．５μｍのＡ
ｌＧａＡｓクラッド層１２，第１及び第３の導波路のコ
ア部に用いる０．１μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重
量子井戸（ＭＱＷ）コア層１３，コア層１３と同じ屈折
率を持つ０．１μｍのＡｌＧａＡｓグレーティング層を
成長した。次いで、フォトリソグラフィ法と反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）により図１（ｃ），
（ｄ）で見られるように第１，第３の導波路を結合する
ためのグレーティング１８を形成し、この上に、ＭＯＣ
ＶＤ法を用いて、クラッド層１２と同じ組成の０．８μ
ｍのＡｌＧａＡｓクラッド層１４，そして第２の導波路
２のコアに用いる０．４μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
ＭＱＷコア層１５を成長した。このウェハー上の、第２
の導波路となる部分に、第１の導波路１と第２の導波路
２を結合するためのグレーティング１７がＥＢ露光によ
るレジストマスク形成とＲＩＢＥによりコア層１５をエ
ッチング加工することで形成され、次いで、グレーティ
ング１７が形成された第２の導波路上に２μｍ幅のＴｉ
マスクを形成し、ＡｌＧａＡｓクラッド層１４迄ＲＩＢ
Ｅによりエッチングし第２の導波路であるチャネル導波
路２を形成した。ここで２μｍ幅のＴｉマスクを残した
まま 第３導波路上部にフォトレジストでマスクをし、
ＲＩＢＥにより２つのリッヂ導波路１，３を同時に形成
した。さらに保護膜兼クラッド層の０．４μｍＳｉ3 Ｎ
4 膜１６をプラズマＣＶＤ法により形成し、素子両端を
結合長Ｌc の長さでへき開することで作成した。
素子は、ウェハーは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢ
Ｅ）によって形成された。まず、ＧａＡｓ基板１０上に
０．５μｍのＧａＡｓバッファ層１１，１．５μｍのＡ
ｌＧａＡｓクラッド層１２，第１及び第３の導波路のコ
ア部に用いる０．１μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重
量子井戸（ＭＱＷ）コア層１３，コア層１３と同じ屈折
率を持つ０．１μｍのＡｌＧａＡｓグレーティング層を
成長した。次いで、フォトリソグラフィ法と反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）により図１（ｃ），
（ｄ）で見られるように第１，第３の導波路を結合する
ためのグレーティング１８を形成し、この上に、ＭＯＣ
ＶＤ法を用いて、クラッド層１２と同じ組成の０．８μ
ｍのＡｌＧａＡｓクラッド層１４，そして第２の導波路
２のコアに用いる０．４μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
ＭＱＷコア層１５を成長した。このウェハー上の、第２
の導波路となる部分に、第１の導波路１と第２の導波路
２を結合するためのグレーティング１７がＥＢ露光によ
るレジストマスク形成とＲＩＢＥによりコア層１５をエ
ッチング加工することで形成され、次いで、グレーティ
ング１７が形成された第２の導波路上に２μｍ幅のＴｉ
マスクを形成し、ＡｌＧａＡｓクラッド層１４迄ＲＩＢ
Ｅによりエッチングし第２の導波路であるチャネル導波
路２を形成した。ここで２μｍ幅のＴｉマスクを残した
まま 第３導波路上部にフォトレジストでマスクをし、
ＲＩＢＥにより２つのリッヂ導波路１，３を同時に形成
した。さらに保護膜兼クラッド層の０．４μｍＳｉ3 Ｎ
4 膜１６をプラズマＣＶＤ法により形成し、素子両端を
結合長Ｌc の長さでへき開することで作成した。
【００３３】（実施例２）図３は、本発明の第２の実施
例を表すものであり、（ａ）は上視図，（ｂ）はＢ−
Ｂ’断面図，（ｃ）はＣ−Ｃ’断面図，（ｄ）はＤ−
Ｄ’断面図である。本素子において、ウェハーはＭＢＥ
によって形成された。まず、ＧａＡｓ基板１０上に０．
５μｍのＧａＡｓバッファ層１１，１．５μｍのＡｌＧ
ａＡｓクラッド層１２，第１及び第３の導波路１，３の
コア部に用いる０．２μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＭ
ＱＷコア層１３，クラッド層１２と同じ組成の０．８μ
ｍのＡｌＧａＡｓクラッド層１４を成長した。このウェ
ハー上の、第２の導波路となる部分に、グレーティング
１７がＥＢ露光によるレジストマスク形成とＲＩＢＥに
よりクラッド層１４をエッチング加工することで形成さ
れた。次いで、ＭＯＣＶＤ法により第２の導波路２のコ
アに用いる０．４μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＭＱＷ
層１５を再成長したのち、第２の導波路上に２μｍ幅の
Ｔｉマスクを形成し、ＡｌＧａＡｓクラッド層１４迄Ｒ
ＩＢＥによりエッチングし第２の導波路であるチャネル
導波路２を形成した。ここで２μｍ幅のＴｉマスクを残
したまま第３導波路上部にフォトリソグラフィー法によ
り図３（ａ），（ｄ）から分るようなグレーティング１
８つきリッヂ用マスクをフォトレジストで形成し、ハイ
アスペクト比を持つ超高真空反応性イオンビームエッチ
ング（ＵＨＶ−ＲＩＢＥ）によりＧａＡｓバッファ層１
１までエッチングすることで、チャネル導波路１，およ
びグレーティング付チャネル導波路３を同時に形成し
た。ついで、有機金属ガス化学吸着法（ＭＯＣＶＤ）に
より、クラッド層１２，１４と同じ組成を持つＡｌＧａ
Ａｓクラッド層１９を埋め込み再成長にて形成した。さ
らに保護膜兼クラッド層の０．４μｍＳｉ3 Ｎ4 膜１６
をプラズマＣＶＤ法により形成した。本素子でも、完全
結合長が両偏波モードに対し等しくなる様設計されてお
り、素子両端を結合長Ｌc の長さでへき開することで作
成した。
例を表すものであり、（ａ）は上視図，（ｂ）はＢ−
Ｂ’断面図，（ｃ）はＣ−Ｃ’断面図，（ｄ）はＤ−
Ｄ’断面図である。本素子において、ウェハーはＭＢＥ
によって形成された。まず、ＧａＡｓ基板１０上に０．
５μｍのＧａＡｓバッファ層１１，１．５μｍのＡｌＧ
ａＡｓクラッド層１２，第１及び第３の導波路１，３の
コア部に用いる０．２μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＭ
ＱＷコア層１３，クラッド層１２と同じ組成の０．８μ
ｍのＡｌＧａＡｓクラッド層１４を成長した。このウェ
ハー上の、第２の導波路となる部分に、グレーティング
１７がＥＢ露光によるレジストマスク形成とＲＩＢＥに
よりクラッド層１４をエッチング加工することで形成さ
れた。次いで、ＭＯＣＶＤ法により第２の導波路２のコ
アに用いる０．４μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＭＱＷ
層１５を再成長したのち、第２の導波路上に２μｍ幅の
Ｔｉマスクを形成し、ＡｌＧａＡｓクラッド層１４迄Ｒ
ＩＢＥによりエッチングし第２の導波路であるチャネル
導波路２を形成した。ここで２μｍ幅のＴｉマスクを残
したまま第３導波路上部にフォトリソグラフィー法によ
り図３（ａ），（ｄ）から分るようなグレーティング１
８つきリッヂ用マスクをフォトレジストで形成し、ハイ
アスペクト比を持つ超高真空反応性イオンビームエッチ
ング（ＵＨＶ−ＲＩＢＥ）によりＧａＡｓバッファ層１
１までエッチングすることで、チャネル導波路１，およ
びグレーティング付チャネル導波路３を同時に形成し
た。ついで、有機金属ガス化学吸着法（ＭＯＣＶＤ）に
より、クラッド層１２，１４と同じ組成を持つＡｌＧａ
Ａｓクラッド層１９を埋め込み再成長にて形成した。さ
らに保護膜兼クラッド層の０．４μｍＳｉ3 Ｎ4 膜１６
をプラズマＣＶＤ法により形成した。本素子でも、完全
結合長が両偏波モードに対し等しくなる様設計されてお
り、素子両端を結合長Ｌc の長さでへき開することで作
成した。
【００３４】本素子の動作は、実施例１に示した素子と
全く同じである。本素子の、実施例１の素子との違い
は、本素子においては、上記の通り作成が少々繁雑には
なるものの２種のグレーティングがともに結合する２本
の導波路の中間に位置することで、結合係数が大きくな
り結合長、すなわち素子長を短くすることが可能である
ことと、また、両モードに対して、導波路，グレーティ
ング，電磁界分布等の幾何学的配置が同じ構成を取るた
め、素子設計が簡単化できることである。
全く同じである。本素子の、実施例１の素子との違い
は、本素子においては、上記の通り作成が少々繁雑には
なるものの２種のグレーティングがともに結合する２本
の導波路の中間に位置することで、結合係数が大きくな
り結合長、すなわち素子長を短くすることが可能である
ことと、また、両モードに対して、導波路，グレーティ
ング，電磁界分布等の幾何学的配置が同じ構成を取るた
め、素子設計が簡単化できることである。
【００３５】（実施例３）図４は本発明の第３の実施例
として特定の波長の光信号をＴＥ・ＴＭ偏波によらず検
出する光検出器を実現したものを示す図であり、（ａ）
は上視図，（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図，（ｃ）はＣ−Ｃ’
断面図，（ｄ）はＤ−Ｄ’断面図である。
として特定の波長の光信号をＴＥ・ＴＭ偏波によらず検
出する光検出器を実現したものを示す図であり、（ａ）
は上視図，（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図，（ｃ）はＣ−Ｃ’
断面図，（ｄ）はＤ−Ｄ’断面図である。
【００３６】同図において、ウェハーはＭＢＥによって
形成されており、まず、ｎ−ＧａＡｓ基板２０上に０．
５μｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層２１，１．５μｍのｎ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２，第３の導波路３のコア
部に用いる０．１μｍのｉ−ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＭ
ＱＷコア層２３，コア層２３と同じ屈折率を持つ０．１
μｍのｐ−ＡｌＧａＡｓグレーティング層２４を成長し
た。
形成されており、まず、ｎ−ＧａＡｓ基板２０上に０．
５μｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層２１，１．５μｍのｎ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２，第３の導波路３のコア
部に用いる０．１μｍのｉ−ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＭ
ＱＷコア層２３，コア層２３と同じ屈折率を持つ０．１
μｍのｐ−ＡｌＧａＡｓグレーティング層２４を成長し
た。
【００３７】次いで、フォトリソグラフィ法とＲＩＢＥ
によりグレーティング層２４をエッチング加工すること
で 図４（ｃ），（ｄ）で見られるような第１，第３の
導波路を結合するためのグレーティング１８を形成し、
このウェハー上の、第３の導波路となる部分に、ＳｉＯ
2 マスクを施しＲＩＢＥによりｎ−ＧａＡｓバッファ層
２１までエッチングすることで、チャネル導波路３が形
成された。
によりグレーティング層２４をエッチング加工すること
で 図４（ｃ），（ｄ）で見られるような第１，第３の
導波路を結合するためのグレーティング１８を形成し、
このウェハー上の、第３の導波路となる部分に、ＳｉＯ
2 マスクを施しＲＩＢＥによりｎ−ＧａＡｓバッファ層
２１までエッチングすることで、チャネル導波路３が形
成された。
【００３８】そして、先のＳｉＯ2 マスクを利用して、
ＭＯＣＶＤ法により、クラッド層２２と同じアルミ組成
比を持つｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２５、および、第
１の導波路１のコア部に用いる０．１μｍのｐ−ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓＭＱＷコア層２６が選択再成長され
た。ＳｉＯ2 マスクはそのままに、第１の導波路１上に
フォトレジストマスクを施して、クラッド層２５までＲ
ＩＢＥでエッチングし、チャネル導波路１を形成した。
ここで、ＳｉＯ2 ，フォトレジストマスクを除去し、Ｍ
ＯＣＶＤにより、クラッド層２５と同じ組成を持つｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層２７および、第２の導波路２の
コア部を形成する０．４μｍのｉ−ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
ＡｓＭＱＷコア層２８を再成長し、このウェハー上の、
第２の導波路となる部分に、第１の導波路１と第２の導
波路２を結合するためのグレーティング１７がＥＢ露光
によるレジストマスク形成とＲＩＢＥによりコア層２８
をエッチング加工することで形成され、さらに、ＭＯＣ
ＶＤ法を用いてクラッド層２２と同一組成の１．２μｍ
のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２９、０．５μｍのｎ−
ＧａＡｓコンタクト層３０を順次再成長し、まず、フォ
トリソグラフィー法とＲＩＢＥによりクラッド層２７ま
でエッチングすることでチャネル導波路２を形成した
後、フォトリソグラフィー法と反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）によりクラッド層２９までコンタクト層３０
を選択的にエッチングすることで第２導波路２の光信号
検出部を形成した。
ＭＯＣＶＤ法により、クラッド層２２と同じアルミ組成
比を持つｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２５、および、第
１の導波路１のコア部に用いる０．１μｍのｐ−ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓＭＱＷコア層２６が選択再成長され
た。ＳｉＯ2 マスクはそのままに、第１の導波路１上に
フォトレジストマスクを施して、クラッド層２５までＲ
ＩＢＥでエッチングし、チャネル導波路１を形成した。
ここで、ＳｉＯ2 ，フォトレジストマスクを除去し、Ｍ
ＯＣＶＤにより、クラッド層２５と同じ組成を持つｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層２７および、第２の導波路２の
コア部を形成する０．４μｍのｉ−ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
ＡｓＭＱＷコア層２８を再成長し、このウェハー上の、
第２の導波路となる部分に、第１の導波路１と第２の導
波路２を結合するためのグレーティング１７がＥＢ露光
によるレジストマスク形成とＲＩＢＥによりコア層２８
をエッチング加工することで形成され、さらに、ＭＯＣ
ＶＤ法を用いてクラッド層２２と同一組成の１．２μｍ
のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２９、０．５μｍのｎ−
ＧａＡｓコンタクト層３０を順次再成長し、まず、フォ
トリソグラフィー法とＲＩＢＥによりクラッド層２７ま
でエッチングすることでチャネル導波路２を形成した
後、フォトリソグラフィー法と反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）によりクラッド層２９までコンタクト層３０
を選択的にエッチングすることで第２導波路２の光信号
検出部を形成した。
【００３９】そして、再度ＭＯＣＶＤ法によりクラッド
層２５，２７と同じ組成を持つｐ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層３１をコア層２８上面まで再成長し、全面に保護膜
兼絶縁膜である０．２μｍのＳｉＯ2 ３３をスパッタ成
膜した。ここで、フォトリソグラフィー法とフッ酸系の
エッチング液を用いて窓空けをし、ＭＯＣＶＤ再成長を
用いて第２，第３導波路の光信号検出部の０．５μｍの
ｐ−ＧａＡｓ共通コンタクト層３１を形成した。そし
て、Ｃｒ／Ａｕ ｐ側電極３４，Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ第２
導波路用ｎ側電極３５をともに、真空蒸着、リフトオ
フ、オーミックコンタクトを取るためのアニール処理に
より形成し、次いで、ｎ−ＧａＡｓ基板２０をラッピン
グした後Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ 第３導波路用ｎ側電極３６
を真空蒸着とアニール処理で形成し、へき開して切り出
した後、ボンディング実装した。
層２５，２７と同じ組成を持つｐ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層３１をコア層２８上面まで再成長し、全面に保護膜
兼絶縁膜である０．２μｍのＳｉＯ2 ３３をスパッタ成
膜した。ここで、フォトリソグラフィー法とフッ酸系の
エッチング液を用いて窓空けをし、ＭＯＣＶＤ再成長を
用いて第２，第３導波路の光信号検出部の０．５μｍの
ｐ−ＧａＡｓ共通コンタクト層３１を形成した。そし
て、Ｃｒ／Ａｕ ｐ側電極３４，Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ第２
導波路用ｎ側電極３５をともに、真空蒸着、リフトオ
フ、オーミックコンタクトを取るためのアニール処理に
より形成し、次いで、ｎ−ＧａＡｓ基板２０をラッピン
グした後Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ 第３導波路用ｎ側電極３６
を真空蒸着とアニール処理で形成し、へき開して切り出
した後、ボンディング実装した。
【００４０】本素子の光信号の動作も、実施例１の素子
と同じであるが、本素子では、各々の出力導波路の出力
端をｐｉｎ構成にすること光検出を可能にし、更にＴＥ
−ｌｉｋｅ，ＴＭ−ｌｉｋｅ両偏波モードに対する完全
結合長が等しくなる様設計されており、ＴＥ・ＴＭ偏波
無依存光検出器を実現している。
と同じであるが、本素子では、各々の出力導波路の出力
端をｐｉｎ構成にすること光検出を可能にし、更にＴＥ
−ｌｉｋｅ，ＴＭ−ｌｉｋｅ両偏波モードに対する完全
結合長が等しくなる様設計されており、ＴＥ・ＴＭ偏波
無依存光検出器を実現している。
【００４１】（実施例４）図５は、本発明の第４の実施
例を表すものであり、図中１は第１の導波路で、ここに
入力された信号光は、波長λ1 ，λ2 ，…，λr ，λ
s ，…，λn より構成されており、本分波器では波長λ
r ，λs の光信号を分波する。図５で見た場合、波長λ
s のＴＥ−ｌｉｋｅモードの光信号は、第１の導波路１
より、その上方にある第２の導波路２へ分波され、ま
た、λs のＴＭ−ｌｉｋｅモードの光信号は、右隣の第
３の導波路３へと分波される。波長λr のＴＥ−ｌｉｋ
ｅモードの光信号は、第１の導波路１より、その下方に
ある第４の導波路４へ分波され、また、λr のＴＭ−ｌ
ｉｋｅモードの光信号は、左隣の第５の導波路５へと分
波される。
例を表すものであり、図中１は第１の導波路で、ここに
入力された信号光は、波長λ1 ，λ2 ，…，λr ，λ
s ，…，λn より構成されており、本分波器では波長λ
r ，λs の光信号を分波する。図５で見た場合、波長λ
s のＴＥ−ｌｉｋｅモードの光信号は、第１の導波路１
より、その上方にある第２の導波路２へ分波され、ま
た、λs のＴＭ−ｌｉｋｅモードの光信号は、右隣の第
３の導波路３へと分波される。波長λr のＴＥ−ｌｉｋ
ｅモードの光信号は、第１の導波路１より、その下方に
ある第４の導波路４へ分波され、また、λr のＴＭ−ｌ
ｉｋｅモードの光信号は、左隣の第５の導波路５へと分
波される。
【００４２】同図において、ウェハーはＭＢＥにより形
成され、さらに４回のＭＯＣＶＤ再成長が行なわれた。
また、グレーティングおよびチャネル導波路は、全てフ
ォトリソグラフィー法とＲＩＢＥにより形成された。
成され、さらに４回のＭＯＣＶＤ再成長が行なわれた。
また、グレーティングおよびチャネル導波路は、全てフ
ォトリソグラフィー法とＲＩＢＥにより形成された。
【００４３】本素子においても、完全結合長Ｌc は、全
てのモードに渡って等しくされており、ＴＥ−ｌｉｋ
ｅ，ＴＭ−ｌｉｋｅ間の整合は、グレーティングの深さ
とピッチを変えることで、またλr ，λs 間の整合はグ
レーティングのデューティー比とピッチを変えることで
とった。
てのモードに渡って等しくされており、ＴＥ−ｌｉｋ
ｅ，ＴＭ−ｌｉｋｅ間の整合は、グレーティングの深さ
とピッチを変えることで、またλr ，λs 間の整合はグ
レーティングのデューティー比とピッチを変えることで
とった。
【００４４】本実施例においては、通常の、１平面に導
波路を並べた構成の方向性結合器ではなし得なかった、
２波長同時偏波無依存分波合流を達成している。
波路を並べた構成の方向性結合器ではなし得なかった、
２波長同時偏波無依存分波合流を達成している。
【００４５】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、種々
のモード，波長の光信号を同時に、同じ結合効率、つま
り同じ入出力比で分波・合流することが可能となり、こ
れにより、偏波無依存な分波合流器，同時多波長分波合
流器を提供することが可能となる。
のモード，波長の光信号を同時に、同じ結合効率、つま
り同じ入出力比で分波・合流することが可能となり、こ
れにより、偏波無依存な分波合流器，同時多波長分波合
流器を提供することが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す図
【図２】本発明の第１の実施例を示す図
【図３】本発明の第２の実施例を示す図
【図４】本発明の第３の実施例を示す図
【図５】本発明の第４の実施例を示す図
【図６】従来例を示す図
１ 第１の導波路 ２ 第２の導波路 ３ 第３の導波路 ４ 第４の導波路 ５ 第５の導波路 １７，１８ グレーティング ３４ Ｃｒ／Ａｕ ｐ側電極 ３５ Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ 第２導波路用 ｎ側電極 ３６ Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ 第３導波路用 ｎ側電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年６月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】また、 βoTM(λm)−βeTM(λm)＝２π／Λ （２） を満たす波長λm のＴＭ−ｌｉｋｅモードの光が混在し
た場合は、これも同時に分波されてしまい、分波直後
に、光出力を検出しようとするとＳ／Ｎ比を劣化させる
ことが懸念されるが、これら２つの波長間隔｜λm −
λe ｜は比較的大きく、多重化する波長の範囲Δλより
大きくなるよう、つまり、 ｜λm − λe ｜ ＞ Δλ （３） となるように設計することは容易で、実用上全く問題無
い。
た場合は、これも同時に分波されてしまい、分波直後
に、光出力を検出しようとするとＳ／Ｎ比を劣化させる
ことが懸念されるが、これら２つの波長間隔｜λm −
λe ｜は比較的大きく、多重化する波長の範囲Δλより
大きくなるよう、つまり、 ｜λm − λe ｜ ＞ Δλ （３） となるように設計することは容易で、実用上全く問題無
い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】
【実施例】 （実施例１）図１は、本発明で第１の導波路の上部に第
２の導波路、側部に第３の導波路を結合面が直交するよ
うに設けた第１の実施例を表すものであり、偏波無依存
な波長分波器を構成するものである。同図において、
（ａ）は上視図，（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図，（ｃ）はＣ
−Ｃ’断面図，（ｄ）はＤ−Ｄ’断面図である。図中１
は第１の導波路で、ここに入力された信号光は、本方向
性結合器の奇モードεodd TEに結合する。信号光は、波
長λ1 ，λ2 ，…，λs ，…，λn より構成されてお
り、本分波器では波長λs の光信号を分波する。波長λ
s のＴＥ−ｌｉｋｅモードの光信号は、 βoTE(λs)−βeTE(λs)＝２π／ΛTE（λs) （４） を満たすΛTE（λs ）を持つグレーティング１６による
摂動を介して、奇モードεodd TEが 偶モードεeven
TE に結合され、その結果、第１の導波路１より第２の
導波路２へ分波される。また、ＴＭ−ｌｉｋｅモードの
光信号も同様に、 βoTM(λs)−βeTM(λs)＝２π／ΛTM (λs) （５） を満たすΛTM (λs)を持つグレーティング１８による摂
動を介して、第１の導波路１より第３の導波路３へと同
時に分波される。
２の導波路、側部に第３の導波路を結合面が直交するよ
うに設けた第１の実施例を表すものであり、偏波無依存
な波長分波器を構成するものである。同図において、
（ａ）は上視図，（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図，（ｃ）はＣ
−Ｃ’断面図，（ｄ）はＤ−Ｄ’断面図である。図中１
は第１の導波路で、ここに入力された信号光は、本方向
性結合器の奇モードεodd TEに結合する。信号光は、波
長λ1 ，λ2 ，…，λs ，…，λn より構成されてお
り、本分波器では波長λs の光信号を分波する。波長λ
s のＴＥ−ｌｉｋｅモードの光信号は、 βoTE(λs)−βeTE(λs)＝２π／ΛTE（λs) （４） を満たすΛTE（λs ）を持つグレーティング１６による
摂動を介して、奇モードεodd TEが 偶モードεeven
TE に結合され、その結果、第１の導波路１より第２の
導波路２へ分波される。また、ＴＭ−ｌｉｋｅモードの
光信号も同様に、 βoTM(λs)−βeTM(λs)＝２π／ΛTM (λs) （５） を満たすΛTM (λs)を持つグレーティング１８による摂
動を介して、第１の導波路１より第３の導波路３へと同
時に分波される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】本素子では、ＴＥ−ｌｉｋｅ，ＴＭ−ｌｉ
ｋｅ両偏波モードに対する完全結合長Ｌc が等しくなる
様設計されており、素子長をＬc にとしているため（本
実施例では導波路長と素子長は等しい）、第１の導波路
１からの出力光中には、波長λs の光信号成分は全く無
い。完全結合長Ｌc は、偶モード，奇モードの結合係数
をＧとして、 Ｌc ＝ π／２Ｇ （６） で与えられる。
ｋｅ両偏波モードに対する完全結合長Ｌc が等しくなる
様設計されており、素子長をＬc にとしているため（本
実施例では導波路長と素子長は等しい）、第１の導波路
１からの出力光中には、波長λs の光信号成分は全く無
い。完全結合長Ｌc は、偶モード，奇モードの結合係数
をＧとして、 Ｌc ＝ π／２Ｇ （６） で与えられる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】結合係数Ｇは、種々の条件を変えることに
より変化させることができるが、一番単純な方法として
は、グレーティング深さを増やすことで、結合係数が増
えることを利用するものが挙げられ、本素子では、この
方法を採用している。前記種々の条件には、導波路の形
状・寸法・間隔，各層の屈折率，グレーティングのデュ
ーティー比（凸部と凹部の導波方向に測った長さの比）
・深さ等があげられるが、ここで、結合係数を調整する
手段について触れておくことは、後の説明をよりわかり
やすいものとすると思われる。
より変化させることができるが、一番単純な方法として
は、グレーティング深さを増やすことで、結合係数が増
えることを利用するものが挙げられ、本素子では、この
方法を採用している。前記種々の条件には、導波路の形
状・寸法・間隔，各層の屈折率，グレーティングのデュ
ーティー比（凸部と凹部の導波方向に測った長さの比）
・深さ等があげられるが、ここで、結合係数を調整する
手段について触れておくことは、後の説明をよりわかり
やすいものとすると思われる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】その他、導波路寸法などでも、結合係数Ｇ
は変えられるが、２ｎｍ程度の波長選択性を持たせるた
めに非対称性の高い導波路を用いた方向性結合器の場合
は、各々の導波路における電界分布が、単体で存在する
ときの電界分布と、あまりかわらず上記２項目の条件に
比べて、結合係数Ｇを変える効果は低い。
は変えられるが、２ｎｍ程度の波長選択性を持たせるた
めに非対称性の高い導波路を用いた方向性結合器の場合
は、各々の導波路における電界分布が、単体で存在する
ときの電界分布と、あまりかわらず上記２項目の条件に
比べて、結合係数Ｇを変える効果は低い。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】いま、素子長をＬとしたとき、出力光強度
Ｐout と入力光強度Ｐinの比は近似的に Ｐout ／Ｐin 〜 sin（πＬ／２Ｌc ） で与えられるため、この関係を用いれば素子長ＬをＬc
／３にすることで上記要求が満たされることが分る。さ
らに、グレーティングの深さを調整することで、一方の
モードの光信号は全て取りだし、他方は半分だけという
ことも可能である。また導波路２，３からそれぞれ光を
入力することにより本素子は合波器として機能し、合波
が行われる。このときも完全結合長にすることによって
全量を合波することができ、高い合波効率を実現するこ
とができる。また合波する割合は上述の分波の時と同様
に任意に設定できる。
Ｐout と入力光強度Ｐinの比は近似的に Ｐout ／Ｐin 〜 sin（πＬ／２Ｌc ） で与えられるため、この関係を用いれば素子長ＬをＬc
／３にすることで上記要求が満たされることが分る。さ
らに、グレーティングの深さを調整することで、一方の
モードの光信号は全て取りだし、他方は半分だけという
ことも可能である。また導波路２，３からそれぞれ光を
入力することにより本素子は合波器として機能し、合波
が行われる。このときも完全結合長にすることによって
全量を合波することができ、高い合波効率を実現するこ
とができる。また合波する割合は上述の分波の時と同様
に任意に設定できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】また第１と第２、第１と第３の導波路の結
合面を直交するように配置することによって結合面を異
ならせ、それぞれ結合するモードの重なりを小さく押さ
えることができる。
合面を直交するように配置することによって結合面を異
ならせ、それぞれ結合するモードの重なりを小さく押さ
えることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】次に本素子の形成方法について述べる。本
素子は、ウェハーは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢ
Ｅ）によって形成された。まず、ＧａＡｓ基板１０上に
０．５μｍのＧａＡｓバッファ層１１，１．５μｍのＡ
ｌＧａＡｓクラッド層１２，第１及び第３の導波路のコ
ア部に用いる０．１μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重
量子井戸（ＭＱＷ）コア層１３，コア層１３と同じ屈折
率を持つ０．１μｍのＡｌＧａＡｓグレーティング層を
成長した。次いで、フォトリソグラフィ法と反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）により図１（ｃ），
（ｄ）で見られるように第１，第３の導波路を結合する
ためのグレーティング１８を形成し、この上に、ＭＯＣ
ＶＤ法を用いて、クラッド層１２と同じ組成の０．８μ
ｍのＡｌＧａＡｓクラッド層１４，そして第２の導波路
２のコアに用いる０．４μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
ＭＱＷコア層１５を成長した。このウェハー上の、第２
の導波路となる部分に、第１の導波路１と第２の導波路
２を結合するためのグレーティング１７がＥＢ露光によ
るレジストマスク形成とＲＩＢＥによりコア層１５をエ
ッチング加工することで形成され、次いで、グレーティ
ング１７が形成された第２の導波路上に２μｍ幅のＴｉ
マスクを形成し、ＡｌＧａＡｓクラッド層１４迄ＲＩＢ
Ｅによりエッチングし第２の導波路であるチャネル導波
路２を形成した。ここで２μｍ幅のＴｉマスクを残した
まま 第３導波路上部にフォトレジストでマスクをし、
ＲＩＢＥにより２つのリッヂ導波路１，３を同時に形成
した。さらに保護膜兼クラッド層の０．４μｍＳｉ3 Ｎ
4 膜１６をプラズマＣＶＤ法により形成し、素子両端を
結合長Ｌc の長さでへき開することで作成した。第１、
第２、第３の各導波路の幅は２μｍ、２μｍ、３μｍと
なっている。
素子は、ウェハーは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢ
Ｅ）によって形成された。まず、ＧａＡｓ基板１０上に
０．５μｍのＧａＡｓバッファ層１１，１．５μｍのＡ
ｌＧａＡｓクラッド層１２，第１及び第３の導波路のコ
ア部に用いる０．１μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重
量子井戸（ＭＱＷ）コア層１３，コア層１３と同じ屈折
率を持つ０．１μｍのＡｌＧａＡｓグレーティング層を
成長した。次いで、フォトリソグラフィ法と反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）により図１（ｃ），
（ｄ）で見られるように第１，第３の導波路を結合する
ためのグレーティング１８を形成し、この上に、ＭＯＣ
ＶＤ法を用いて、クラッド層１２と同じ組成の０．８μ
ｍのＡｌＧａＡｓクラッド層１４，そして第２の導波路
２のコアに用いる０．４μｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
ＭＱＷコア層１５を成長した。このウェハー上の、第２
の導波路となる部分に、第１の導波路１と第２の導波路
２を結合するためのグレーティング１７がＥＢ露光によ
るレジストマスク形成とＲＩＢＥによりコア層１５をエ
ッチング加工することで形成され、次いで、グレーティ
ング１７が形成された第２の導波路上に２μｍ幅のＴｉ
マスクを形成し、ＡｌＧａＡｓクラッド層１４迄ＲＩＢ
Ｅによりエッチングし第２の導波路であるチャネル導波
路２を形成した。ここで２μｍ幅のＴｉマスクを残した
まま 第３導波路上部にフォトレジストでマスクをし、
ＲＩＢＥにより２つのリッヂ導波路１，３を同時に形成
した。さらに保護膜兼クラッド層の０．４μｍＳｉ3 Ｎ
4 膜１６をプラズマＣＶＤ法により形成し、素子両端を
結合長Ｌc の長さでへき開することで作成した。第１、
第２、第３の各導波路の幅は２μｍ、２μｍ、３μｍと
なっている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３４】本素子の動作は、実施例１に示した素子と
全く同じである。本素子の、実施例１の素子との違い
は、本素子においては、実施例１と比べて上記の通り作
成が少々繁雑にはなるものの２種のグレーティングがと
もに結合する２本の導波路の中間に位置することで、結
合係数が大きくなり結合長、すなわち素子長を短くする
ことが可能であることと、また、両モードに対して、導
波路，グレーティング，電磁界分布等の幾何学的配置が
同じ構成を取るため、素子設計が簡単化できることであ
る。
全く同じである。本素子の、実施例１の素子との違い
は、本素子においては、実施例１と比べて上記の通り作
成が少々繁雑にはなるものの２種のグレーティングがと
もに結合する２本の導波路の中間に位置することで、結
合係数が大きくなり結合長、すなわち素子長を短くする
ことが可能であることと、また、両モードに対して、導
波路，グレーティング，電磁界分布等の幾何学的配置が
同じ構成を取るため、素子設計が簡単化できることであ
る。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】そして、再度ＭＯＣＶＤ法によりクラッド
層２５，２７と同じ組成を持つｐ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層３１をコア層２８上面まで再成長し、全面に保護膜
兼絶縁膜である０．２μｍのＳｉＯ2 ３３をスパッタ成
膜した。ここで、フォトリソグラフィー法とフッ酸系の
エッチング液を用いて窓空けをし、ＭＯＣＶＤ再成長を
用いて第２，第３導波路の光信号検出部の０．５μｍの
ｐ−ＧａＡｓ共通コンタクト層３２を形成した。そし
て、Ｃｒ／Ａｕ ｐ側電極３４，Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ第２
導波路用ｎ側電極３５をともに、真空蒸着、リフトオ
フ、オーミックコンタクトを取るためのアニール処理に
より形成し、次いで、ｎ−ＧａＡｓ基板２０をラッピン
グした後Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ 第３導波路用ｎ側電極３６
を真空蒸着とアニール処理で形成し、へき開して切り出
した後、ボンディング実装した。
層２５，２７と同じ組成を持つｐ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層３１をコア層２８上面まで再成長し、全面に保護膜
兼絶縁膜である０．２μｍのＳｉＯ2 ３３をスパッタ成
膜した。ここで、フォトリソグラフィー法とフッ酸系の
エッチング液を用いて窓空けをし、ＭＯＣＶＤ再成長を
用いて第２，第３導波路の光信号検出部の０．５μｍの
ｐ−ＧａＡｓ共通コンタクト層３２を形成した。そし
て、Ｃｒ／Ａｕ ｐ側電極３４，Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ第２
導波路用ｎ側電極３５をともに、真空蒸着、リフトオ
フ、オーミックコンタクトを取るためのアニール処理に
より形成し、次いで、ｎ−ＧａＡｓ基板２０をラッピン
グした後Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ 第３導波路用ｎ側電極３６
を真空蒸着とアニール処理で形成し、へき開して切り出
した後、ボンディング実装した。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、種々
のモード，波長の光信号を同時に、同じ結合効率、つま
り同じ入出力比で分波・合流することが可能となり、こ
れにより、偏波無依存な分波合流器，同時多波長分波合
流器を提供することが可能となる。また所望の結合効率
で分波合波することも可能である。
のモード，波長の光信号を同時に、同じ結合効率、つま
り同じ入出力比で分波・合流することが可能となり、こ
れにより、偏波無依存な分波合流器，同時多波長分波合
流器を提供することが可能となる。また所望の結合効率
で分波合波することも可能である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/293 8106−2Ｋ Ｇ０２Ｂ 6/28 Ｄ
Claims (13)
- 【請求項１】 第１の導波路と、該導波路に隣接し、構
造、もしくは屈折率、もしくはその両方が互いに異なる
複数の導波路からなり、前記第１の導波路と複数の導波
路を各々異なるモードで結合するための複数の結合手段
を有する光合分波器。 - 【請求項２】 第１の導波路と、該導波路に隣接し、構
造、もしくは屈折率、もしくはその両方が互いに異なる
第２、第３の導波路からなり、前記第１の導波路と第２
の導波路を結合するための第１の結合手段と、前記第１
の導波路と第３の導波路を、前記第１の導波路と第２の
導波路を結合させるモードとは違うモードで結合させる
第２の結合手段とを有する光合分波器。 - 【請求項３】 第１の導波路の中心軸と第２の導波路の
中心軸が成す第１の結合面と、第１の導波路の中心軸と
第３の導波路の中心軸が成す第２の結合面とが異なるこ
とを特徴とする、請求項２記載の光合分波器。 - 【請求項４】 前記第１の結合面と第２の結合面が、互
いに垂直であることをことを特徴とする、請求項３記載
の光合分波器。 - 【請求項５】 前記第１の結合面は積層方向に平行であ
ることを特徴とする、請求項３及び４記載の光合分波
器。 - 【請求項６】 第１の導波路と第２の導波路において結
合するモードと、第１の導波路と第３の導波路において
結合するモードは、ある特定波長の直交する偏波である
ように結合手段が設定されていることを特徴とする請求
項２乃至５記載の光合分波器。 - 【請求項７】 前記結合手段が回折格子による摂動であ
ることを特徴とする、請求項１乃至６記載の光合分波
器。 - 【請求項８】 回折格子面が、各々の組の結合する２つ
の導波路の光伝搬方向中心線が作る平面に、垂直に存在
することを特徴とする請求項７記載の光合分波器。 - 【請求項９】 結合する異なるモードでの完全結合長を
等しくすることを特徴とする請求項１乃至８記載の光合
分波器。 - 【請求項１０】 結合する異なるモードを決め、かつそ
れらのモードでの完全結合長を等しくする手段が回折格
子の深さとピッチを変えることであることを特徴とする
請求項９記載の光合分波器。 - 【請求項１１】 結合する異なるモードを決め、かつそ
れらのモードでの完全結合長を等しくする手段が、回折
格子の凸部と凹部を導波方向に平行に測った長さの比
と、ピッチを変えることであることを特徴とする請求項
９記載の光合分波器。 - 【請求項１２】 結合する異なるモードを決め、かつそ
れらのモードでの完全結合長を等しくする手段が、回折
格子の凸部と凹部を導波方向に平行に測った長さの比
と、深さを変えることであることを特徴とする請求項９
記載の光合分波器。 - 【請求項１３】 前記第１の導波路以外の導波路には、
光信号を検出する手段を設けたことを特徴とする、請求
項１乃至１２記載の光合分波器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5152260A JPH0720329A (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 光合分波器 |
| US08/262,984 US5517589A (en) | 1993-06-23 | 1994-06-21 | Optical wavelength multiplexing and demultiplexing device for multiplexing or demultiplexing light having a plurality of modes and photodetector using the same |
| EP94109658A EP0632300B1 (en) | 1993-06-23 | 1994-06-22 | Optical wavelength multiplexing and demultiplexing device for multiplexing or demultiplexing light having a plurality of modes and photodetector using the same |
| DE69426681T DE69426681T2 (de) | 1993-06-23 | 1994-06-22 | Optische Wellenlängenmultiplex- und -demultiplexvorrichtung zum Multiplexen oder Demultiplexen von Licht mit mehreren Moden und damit versehener Photodetektor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5152260A JPH0720329A (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 光合分波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0720329A true JPH0720329A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=15536600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5152260A Pending JPH0720329A (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 光合分波器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5517589A (ja) |
| EP (1) | EP0632300B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0720329A (ja) |
| DE (1) | DE69426681T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014066905A (ja) * | 2012-09-26 | 2014-04-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光導波路素子 |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3714984B2 (ja) * | 1995-03-06 | 2005-11-09 | シャープ株式会社 | 分布帰還型半導体レーザ装置 |
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