JPH1184153A - 光導波路機能素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作製プロセス誤差の影響を低減し、かつ容易
に作成できる光導波路機能素子を提供する。 【解決手段】 入力光導波路（２５）と、入力光導波路
からの光を分岐する分岐部と、分岐部で分岐されたそれ
ぞれの光を伝播する複数の光導波路（２７）と、複数の
光導波路からの光を合波する合波部と、合波部からの光
を伝播する出力光導波路（２８）とを備える光導波路機
能素子において、分岐部および合波部に多モード干渉型
カプラ（２６）を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路機能素子
に係わり、特に、光通信、光交換、光情報処理等に用い
られる光導波路機能素子に適用して有効な技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光を一旦分岐させ複数の光導波路
を通過させた後、再び合波させる光導波路機能素子（以
下、単に光導波路機能素子と称する。）では、光を複数
の光導波路に分岐する分岐部、あるいは複数の光導波路
からの光を合波する合波部として、図９に示すＹ分岐回
路、あるいは図１０に示す方向性結合器が使用されてい
る。なお、図９、図１０において、１、２は光導波路を
示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｙ分岐
回路あるいは方向性結合器は、光導波路（１，２）の作
製時のプロセス誤差等によって、その寸法が設計値より
ずれると光が等分に分配されない、損失が大きくなる等
の問題点があった。また、Ｙ分岐回路では分波されたモ
ードが不安定であり、分波された光が再び合波される際
高次モードが損失となるなどの問題点があった。

【０００４】このため、分岐部および合波部に、Ｙ分岐
回路あるいは方向性結合器を使用する光導波路機能素子
では、回路の損失が大きくなる、機能が不安定である等
の欠点があり、光導波路機能素子の高性能化、安定化に
問題があった。

【０００５】また、従来の方向性結合器では、図１１に
示すリッジ型構造の光導波路が使用されている。これ
は、光を分岐あるいは合波する際に、２本の光導波路間
で光のモード結合が必要とされるためであり、２本の光
導波路の光のモード結合が弱いハイメサ型構造の光導波
路では実現できなかったためである。なお、図１１にお
いて、３，５は光導波路クラッド層、４は光導波路コア
層である。

【０００６】しかしながら、リッジ型構造の光導波路
は、光導波路形成用のエッチングを光導波路コア層４の
手前で中止しなければならないため、深さ方向に精密な
制御性を必要とする高精度なエッチング技術が要求さ
れ、作製が困難であった。さらに、リッジ型構造の光導
波路は、光導波路に受光素子等をモノリシック集積する
際にも受光素子間の絶縁のために、深さ方向に精密な制
御性を必要とする高精度なエッチング技術が要求されな
ど作製が困難であった。

【０００７】また、従来技術では複数の光導波路からの
光を、一本の光導波路に結合させる際に、図１２に示す
ように、複数個の光合波回路（１５ａ〜１５ｇ）を使用
していたため、損失が増加するという問題があった。な
お、図１２において、１６ａ〜１６ｏは、光導波路であ
る。

【０００８】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、光導波
路機能素子において、作製プロセス誤差の影響を低減
し、かつ容易に作成することが可能となる技術を提供す
ることにある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、光導波路機能
素子において、複数の光導波路からの光を一本の光導波
路に結合させる際に、光の損失を低減させることが可能
となる技術を提供することにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。

【００１２】入力光導波路と、前記入力光導波路からの
光を分岐する分岐部と、前記分岐部で分岐されたそれぞ
れの光を伝播する複数の光導波路と、前記複数の光導波
路からの光を合波する合波部と、前記合波部からの光を
伝播する出力光導波路とを備える光導波路機能素子にお
いて、前記分岐部および合波部に多モード干渉型カプラ
を用いることを特徴とする。

【００１３】前記光導波路の少なくとも一部は、ハイメ
サ型構造の光導波路で構成されることを特徴とする。

【００１４】即ち、本発明は、光を一旦分岐させ複数の
光導波路を通過させた後、再び合波させる光導波路機能
素子において、光を複数の光導波路に分岐する分岐部、
あるいは複数の光導波路からの光を合波する合波部に多
モード干渉型カプラを用い、さらに、光導波路の少なく
とも一部をハイメサ型構造の光導波路で構成することを
主要な特徴とする。

【００１５】これにより、作製プロセス誤差に左右され
ることなく、安定した分岐比で、かつ低損失な光の合分
波を実現でき、さらに、ハイメサ型構造の光導波路を使
用することにより作製プロセスが容易となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。

【００１７】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００１８】［実施の形態１］図１は、本発明の実施の
形態１の光導波路機能素子の概略構成を示す上面概観図
である。本実施の形態の光導波路機能素子は、入力光導
波路２５からの光を２個の光導波路２７に分岐する分岐
部と、２個の光導波路２７からの光を合波して２個の出
力光導波路２８に出力する合波部とに、多モード干渉型
カプラ２６を使用したマッハツェンダー型光干渉計であ
る。

【００１９】多モード干渉型カプラ２６の干渉領域の長
さに対する光パワーの分配比の関係を図２のグラフに示
す。この図２に示すグラフは、横軸に多モード干渉型カ
プラの光伝搬方向の長さ、縦軸に出力光強度をとり、２
入力２出力の多モード干渉型カプラにおいて片側の入力
光導波路１から光を入射した際に、出力光導波路１およ
び出力光導波路２に分配される光強度の関係を示したも
のである。

【００２０】なお、図２には、干渉領域の長さが約１９
５μｍ付近の拡大図も合わせて図示してある。当該拡大
図において、２１は出力光導波路１からの出力光パワ
ー、２２は出力光導波路２からの出力光パワーを示す。

【００２１】図２から明らかなように、多モード干渉型
カプラ２６の干渉領域の長さが、約１９５μｍ付近の場
合に、出力光導波路１および出力光導波路２に光が２等
分される。また、多モード干渉型カプラ２６の干渉領域
の長さにプラスマイナス１μｍの誤差があったときで
も、出力光導波路１および出力光導波路２での光の損失
は０．１ｄＢ以下である。さらに、干渉領域の長さが、
最適長よりずれた場合であっても、干渉領域の長さが、
１８５μｍ乃至２００μｍであれば、２つに分けられた
光の分配比は１：１で一定である。

【００２２】したがって、この多モード干渉型カプラ２
６を光の分岐部および合波部に使用することにより、容
易に高性能な光の合分波が可能となる。これにより、本
実施の形態では、作製プロセス誤差に左右されることな
く、安定した動作と高い消光比が実現できるとともに、
低損失、高性能なマッハツェンダー型光干渉計を実現す
ることが可能となる。

【００２３】［実施の形態２］図３は、本発明の実施の
形態２の光導波路機能素子の概略構成を示す上面概観図
である。本実施の形態の光導波路機能素子は、入力光導
波路２５からの光を２個の非対称光導波路（３０，３
１）に分岐する分岐部と、２個の非対称光導波路（３
０，３１）からの光を合波して２個の出力光導波路２８
に出力する合波部とに、多モード干渉型カプラ２６を使
用した温度無依存波長フィルタである。この２本の非対
称光導波路（３０，３１）は、光導波路材料の組成と長
さが互いに異なっている。

【００２４】この温度無依存波長フィルタにおいて、温
度が変化すると非対称光導波路（３０，３１）の屈折率
が変化し、伝搬光の位相が変化する。しかしながら、２
本の非対称光導波路（３０，３１）の屈折率変化の違い
と長さの違いの関係が、２つの光が合波部で合波される
際に、その位相関係を変化させることがないように設計
されているため、温度無依存波長フィルタを透過する透
過光の位相関係は温度に依存することなく一定になる。

【００２５】本実施の形態でも、光の分岐部および合波
部に多モード干渉型カプラ２６を用いるようにしたの
で、光パワーの低損失かつ均等な分配が可能となり、作
製プロセス誤差に左右されることなく、安定した動作と
高い消光比が実現でき、低損失、高性能な温度無依存波
長フィルタを実現することが可能となる。

【００２６】［実施の形態３］図４は、本発明の実施の
形態３の光導波路機能素子の概略構成を示す上面概観図
である。本実施の形態３の光導波路機能素子は、前記実
施の形態２の温度無依存波長フィルタの出力光導波路２
８に受光素子３２が集積された温度無依存波長フィルタ
である。

【００２７】図５は、本実施の形態３の受光素子３２の
出力信号を波長に対する関数で示したグラフである。図
５から分かるように、本実施の形態の温度無依存波長フ
ィルタから出力される光パワーは、波長に対して互いに
逆位相で２つの受光素子３２に入射され、即ち、差動検
出が可能とされている。

【００２８】このとき２つの受光素子３２に特性のばら
つきがあると正確な差動検出が困難になるが、本実施の
形態では、受光素子３２をモノリシック集積することに
よって、光導波路との光結合を行う実装工程を省略化
し、かつ分岐後の光特性が実装の精度に左右されること
なく、均一な性能をもつ温度無依存波長フィルタを実現
することが可能となる。

【００２９】［実施の形態４］図６は、本発明の実施の
形態４の光導波路機能素子の概略構成を示す図であり、
同図（ａ）は上面概観図、同図（ｂ）は、同図（ａ）に
示すＡ、Ｂ破線位置の断面を示す断面図である。本発明
の実施の形態４の光導波路機能素子は、光導波路として
ハイメサ型構造の光導波路を使用した温度無依存波長フ
ィルタである。なお、図６（ｂ）において、４０はｐ-
型半導体光導波路クラッド層、４１は光導波路コア層、
４２はｎ- 型半導体光導波路クラッド層、４３はｐ- 型
半導体光導波路クラッド層、４４は光吸収層である。

【００３０】本実施の形態の受光素子３２は、光吸収層
４４が光導波路コア層４１上に積層された層荷型構造の
受光素子で構成される。

【００３１】ハイメサ型構造の光導波路で方向性結合器
を実現することは、光導波路間の相互作用が弱いため不
可能であったが、光の分岐部および合波部に多モード干
渉型カプラ２６を使用することにより、光導波路として
ハイメサ型構造の光導波路を使用することが可能とな
る。

【００３２】ハイメサ型構造の光導波路では、光導波路
形成用のエッチングは、光導波路層の下部まですすめる
ことができるので、光導波路形成用のエッチングに、深
さ方向に精密な制御性を必要とする高精度なエッチング
技術は必要としない。このため、温度無依存波長フィル
タの作製は容易であり、受光素子３２を集積化させる際
にも、複数の受光素子３２の間で電気的な絶縁をとるこ
とが簡単になる。

【００３３】図７は、本発明の実施の形態の温度無依存
波長フィルタにおいて、リッジ型構造の光導波路を使用
した場合の光導波路部と受光素子部の断面を示す断面図
である。

【００３４】本実施の形態の温度無依存波長フィルタに
おいて、リッジ型構造の光導波路を使用する場合には、
複数の受光素子３２の間を電気的に絶縁するために複数
の受光素子３２の光吸収層４４を完全に分離する必要が
あり、また、光導波路コア層４１の表面を露出させるこ
とができないので、光導波路形成用のエッチングを光吸
収層４４と光導波路コア層４１の中間で中止する必要が
ある。このため、光導波路形成のエッチングに、深さ方
向に精密な制御性を必要とする高精度なエッチング技術
が要求され、作製が困難である。

【００３５】このように、本実施の形態では、光導波路
としてリッジ型構造の光導波路を使用する場合に比べ
て、作製プロセスが簡単になり、性能の良い受光素子３
２を集積した温度無依存波長フィルタを実現することが
可能となる。

【００３６】［実施の形態５］図８は、本発明の実施の
形態５の光導波路機能素子の概略構成を示す上面概観図
である。本実施の形態５の光導波路機能素子は、光の分
岐部に多入力２出力の多モード干渉型カプラ４６を使用
した温度無依存波長フィルタである。

【００３７】この多入力２出力の多モード干渉型カプラ
４６は、例えば、L.B.Soldano et al., J.Lightwave Te
chnol., vol.13,(4),pp.615-627,1995.等に示されてい
る。この多入力２出力の多モード干渉型カプラ４６は、
複数の入力光導波路４５からの光を１つの干渉計で分岐
でき、かつ低損失で安定に光の分岐することができる。

【００３８】これにより、本実施の形態の温度無依存波
長フィルタは、図１２に示す従来の多数の光合波回路
（１５ａ〜１５ｇ）を使用する場合に比して、低損失、
かつ高性能な温度無依存波長フィルタが実現することが
可能となる。

【００３９】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。

【００４０】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。

【００４１】（１）本発明によれば、光の分岐部および
合波部に多モード干渉型カプラを用いるようにしたの
で、光パワーの低損失かつ均等な分配が可能となる。こ
れにより、作製プロセス誤差で性能が左右されることな
く、低損失、高性能な光導波路機能素子を実現すること
が可能となった。

【００４２】（２）本発明によれば、光導波路として、
ハイメサ型構造の光導波路を使用することができるの
で、光導波路形成用のエッチングに、深さ方向に精密な
制御性を必要とする高精度なエッチング技術が必要ない
ので、光導波路機能素子を容易、簡単に作成することが
可能である。

【００４３】（３）本発明によれば、光の分岐部とし
て、複数の入力ポートを有する多モード干渉型カプラを
使用するようにしたので、多数の光合波回路を使用する
場合に比して、低損失、かつ高性能な光導波路機能素子
を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の光導波路機能素子の概
略構成を示す上面概観図である。

【図２】２入力２出力の多モード干渉型カプラにおける
干渉領域の長さに対する光パワーの分配比の関係を示す
グラフである。

【図３】本発明の実施の形態２の光導波路機能素子の概
略構成を示す上面概観図である。

【図４】本発明の実施の形態３の光導波路機能素子の概
略構成を示す上面概観図である。

【図５】本実施の形態３の光導波路機能素子に集積され
た２つの受光素子の出力信号を波長に対する関数で示し
たグラフである。

【図６】本発明の実施の形態４の光導波路機能素子の概
略構成を示す上面概観図、およびＡ、Ｂ破線位置の断面
を示す断面図である。

【図７】本発明の実施の形態４の光導波路機能素子にお
いて、リッジ型構造の光導波路を使用した場合の光導波
路部と受光素子部の断面を示す断面図である。

【図８】本発明の実施の形態５の光導波路機能素子の概
略構成を示す上面概観図である。

【図９】光の合分波に使用される分岐回路の概略構成を
示す上面概観図である。

【図１０】光の合分波に使用される方向性結合器の概略
構成を示す上面概観図である。

【図１１】方向性結合器で使用されるリッジ型構造の光
導波路の断面を示す断面図である。

【図１２】複数の個の光合波回路を使用して、複数の光
導波路からの光を一本の光導波路に結合させる光の合波
部の概略構成を示す上面概観図である。

【符号の説明】

１，２，１６ａ〜１６ｏ，２７，３０，３１…光導波
路、３，５…光導波路クラッド層、４，４１…光導波路
コア層、１５ａ〜１５ｇ…光合波回路、２５，４５…入
力光導波路、２６…多モード干渉型カプラ、２８…出力
光導波路、３２…受光素子、４０，４３…ｐ- 型半導体
光導波路クラッド層、４２…ｎ- 型半導体光導波路クラ
ッド層、４４…光吸収層、４６…多入力２出力多モード
干渉型カプラ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力光導波路と、前記入力光導波路から
   の光を分岐する分岐部と、前記分岐部で分岐されたそれ
   ぞれの光を伝播する複数の光導波路と、前記複数の光導
   波路からの光を合波する合波部と、前記合波部からの光
   を伝播する出力光導波路とを備える光導波路機能素子に
   おいて、 前記分岐部および合波部に多モード干渉型カプラを用い
   ることを特徴とする光導波路機能素子。
2. 【請求項２】 前記複数の光導波路は、光導波路長ある
   いは組成の少なくとも一方が互いに異なることを特徴と
   する請求項１に記載された光導波路機能素子。
3. 【請求項３】 前記光導波路の少なくとも一部は、ハイ
   メサ型構造の光導波路で構成されることを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載された光導波路機能素子。
4. 【請求項４】 複数個の入力光導波路、あるいは複数個
   の出力光導波路を備えることを特徴とする請求項１ない
   し請求項３のいずれか１項に記載された光導波路機能素
   子。
5. 【請求項５】 前記出力光導波路は、その一部に受光素
   子が集積されていることを特徴とする請求項１ないし請
   求項４のいずれか１項に記載された光導波路機能素子。