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JP2013068908A - Optical device - Google Patents

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JP2013068908A
JP2013068908A JP2011209256A JP2011209256A JP2013068908A JP 2013068908 A JP2013068908 A JP 2013068908A JP 2011209256 A JP2011209256 A JP 2011209256A JP 2011209256 A JP2011209256 A JP 2011209256A JP 2013068908 A JP2013068908 A JP 2013068908A
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JP
Japan
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optical
light
meta
optical element
directional coupler
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Application number
JP2011209256A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Okayama
秀彰 岡山
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To split output light in any proportion while using a 3dB directional coupler in a Mach-Zehnder interferometer.SOLUTION: An optical device comprises an optical waveguide 11 composed of a clad 12 provided on a main face 8a side of a substrate 8 and a core 18 provided in the clad. The optical waveguide includes a first and a second optical waveguide 16a and 16b, and has a first and a second directional coupler 22L and 22R composed of the first and second optical waveguides that are arranged in parallel and separated away from each other by a distance allowing optical coupling, and an arm part 22C composed of the first and second optical waveguides intervening between the first and second directional couplers. The first and second directional couplers function as 3dB couplers in regard to first light of a first wavelength λ. The arm part gives a phase difference of (2m+z)π to the first light propagating through the arm part (where m is an integer more than 0, and z is a real number satisfying 0<z<1).

Description

この発明は、1本の光ファイバを伝搬する波長の異なる2種の光により双方向通信を行うに当たり、発光素子から出力される光と、受光素子へと入力される光との合分波を行う光素子に関する。   In the present invention, when performing two-way communication using two types of light having different wavelengths propagating through one optical fiber, the combined demultiplexing of the light output from the light emitting element and the light input to the light receiving element is performed. It is related with the optical element to perform.

加入者側から局側への光伝送(上り通信)と、局側から加入者側への光伝送(下り通信)とを1本の光ファイバで行う光加入者系の通信システムにおいては、上り通信及び下り通信を異なる波長の光で行うことがある。この場合、局側及び加入者側の双方で、異なる波長の光を合分波する光素子(以下、光合分波素子とも称する。)が必要となる。   In an optical subscriber communication system in which optical transmission from the subscriber side to the station side (uplink communication) and optical transmission from the station side to the subscriber side (downlink communication) are performed with one optical fiber, Communication and downlink communication may be performed with light of different wavelengths. In this case, an optical element (hereinafter also referred to as an optical multiplexing / demultiplexing element) that multiplexes / demultiplexes light of different wavelengths is required on both the station side and the subscriber side.

光加入者系の通信システムで用いられる加入者側終端装置(ONU:Optical Network Unit)は、空間光学的に光軸合わせされた光合分波素子、発光素子及び受光素子を備えている。しかし、近年、光軸合わせの手間を軽減するために、光導波路により構成された光合分波素子が開発されている(例えば、特許文献1〜5参照)。この光導波路を用いた光合分波素子(以下、導波路型光素子とも称する。)では、光の伝搬経路を、予め作り込まれた光導波路内に限定するので、従来の光合分波素子におけるレンズやミラー等の光軸合わせが不要となる。さらに、導波路型光素子では、発光素子及び受光素子を、予め光合分波素子に作成されたマークを基準にして、光導波路の入出射端に位置合わせすればよい。そのため、発光素子及び受光素子に入出射される光ビームの厳密な光軸合わせの手間が大幅に省かれる。   2. Description of the Related Art A subscriber-side terminal unit (ONU: Optical Network Unit) used in an optical subscriber communication system includes an optical multiplexing / demultiplexing element, a light emitting element, and a light receiving element that are spatially optically optically aligned. However, in recent years, an optical multiplexing / demultiplexing element constituted by an optical waveguide has been developed in order to reduce the labor for aligning the optical axis (see, for example, Patent Documents 1 to 5). In the optical multiplexing / demultiplexing element using the optical waveguide (hereinafter also referred to as a waveguide type optical element), the light propagation path is limited to a pre-made optical waveguide. It is not necessary to align the optical axis of a lens or mirror. Further, in the waveguide type optical element, the light emitting element and the light receiving element may be aligned with the input / output end of the optical waveguide with reference to a mark previously created in the optical multiplexing / demultiplexing element. Therefore, the labor of strict optical axis alignment of the light beams entering and exiting the light emitting element and the light receiving element is greatly reduced.

近年、SiOを材料とするクラッドと、SiOとの屈折率差が大きなSiを材料とするコアとで光導波路(以下、Si光導波路とも称する。)を構成した導波路型光素子が報告されている(例えば、非特許文献1〜3参照)。 Recently, a cladding SiO 2 as a material, an optical waveguide with a core refractive index difference between the SiO 2 to a large Si and material (hereinafter, also referred to as Si optical waveguides.) Configuration and waveguide-type optical element is reported (For example, see Non-Patent Documents 1 to 3).

Si光導波路は、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも非常に大きいために、光を光導波路に強く閉じ込めることができる。また、この大きな屈折率差を利用して、光を1μm程度の小さい曲率半径で曲げる曲線状光導波路を実現することができる。さらに、製造時に、Si電子デバイスでの加工技術が利用できるために、きわめて微細なサブミクロンの断面構造を実現できる。これらのことから、Si光導波路を用いることで、導波路型光素子を小型化することができる。   Since the refractive index of the core of the Si optical waveguide is much larger than the refractive index of the cladding, light can be strongly confined in the optical waveguide. Further, by utilizing this large refractive index difference, a curved optical waveguide that bends light with a small radius of curvature of about 1 μm can be realized. Furthermore, since a processing technique using a Si electronic device can be used during manufacturing, a very fine submicron cross-sectional structure can be realized. For these reasons, the waveguide type optical device can be miniaturized by using the Si optical waveguide.

Si光導波路製の導波路型光素子として、波長分離素子としても機能する1段のマッハツェンダ干渉計(以下、MZ干渉計とも称する。)が開示されている(例えば、非特許文献4参照)。この文献のMZ干渉計は、幅が徐々に変化する光導波路(以下、幅テーパ導波路とも称する。)により方向性結合器を構成している。その結果、文献のMZ干渉計は、光導波路の幅方向の寸法誤差(以下、幅誤差とも称する。)に対する耐性に優れており、また偏波無依存で動作する等の優れた特性を有している。   As a waveguide type optical element made of Si optical waveguide, a one-stage Mach-Zehnder interferometer (hereinafter also referred to as an MZ interferometer) that also functions as a wavelength separation element is disclosed (for example, see Non-Patent Document 4). The MZ interferometer of this document constitutes a directional coupler by an optical waveguide whose width changes gradually (hereinafter also referred to as a width taper waveguide). As a result, the MZ interferometer in the literature is excellent in resistance to a dimensional error in the width direction of the optical waveguide (hereinafter also referred to as width error), and has excellent characteristics such as operation independent of polarization. ing.

Photonics Technology Letters vol.18,No.22,p.2392,2006年11月Photonics Technology Letters vol. 18, no. 22, p. 2392, November 2006 Photonics Technology Letters vol.20,No.23,p.1968,2008年12月Photonics Technology Letters vol. 20, no. 23, p. 1968, December 2008 Optics Express vol.18,No.23,p.23891,2010年11月Optics Express vol. 18, no. 23, p. 23891, November 2010 国際会議OFC2011予稿集、講演番号OThM3International Conference OFC 2011 Proceedings, Lecture Number OThM3

米国特許4860294号明細書U.S. Pat. No. 4,860,294 米国特許5764826号明細書US Pat. No. 5,764,826 米国特許5960135号明細書US Pat. No. 5,960,135 米国特許7072541号明細書US Pat. No. 7,072,541 特開平8−163028号公報JP-A-8-163028

しかし、より特性の優れた多段のMZ干渉計型の導波路型光素子を、この方向性結合器により構成することはできなかった。それは、この方向性結合器の機能が3dBカプラに限られているためである。すなわち、多段のMZ干渉計型の導波路型光素子を波長分離素子として機能させる場合、個々のMZ干渉計に任意の分配率が求められる。つまり、3dBカプラとして機能する方向性結合器でMZ干渉計を構成した場合、分配比は1:0に限定されてしまうため、2個の出力ポートに任意の強度比で光を出力することができなかった。   However, a multi-stage MZ interferometer type waveguide optical element having more excellent characteristics could not be constituted by this directional coupler. This is because the function of this directional coupler is limited to a 3 dB coupler. That is, when a multi-stage MZ interferometer-type waveguide optical element functions as a wavelength separation element, an arbitrary distribution ratio is required for each MZ interferometer. In other words, when the MZ interferometer is configured with a directional coupler that functions as a 3 dB coupler, the distribution ratio is limited to 1: 0, so light can be output to the two output ports at an arbitrary intensity ratio. could not.

この発明は、このような問題に鑑みなされた。従って、この発明では、方向性結合器型の3dBカプラを用いつつも、出力光を任意の比率で分配可能であり、それゆえ多段のMZ干渉計型の波長分離素子にも適用可能なMZ干渉計としての光素子を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems. Therefore, according to the present invention, while using a directional coupler type 3 dB coupler, the output light can be distributed at an arbitrary ratio, and therefore can be applied to a multistage MZ interferometer type wavelength separation element. It aims at obtaining the optical element as a meter.

上述した目的の達成を図るために、発明者は鋭意検討の結果、方向性結合器のアーム部を構成する2本の光導波路を伝搬する光に所定の位相差を発生させることに想到した。従って、この発明の光素子は、基板の主面側に設けられたクラッドと、クラッド中に設けられたコアとで構成された光導波路を備えている。そして、光導波路は第1及び第2光導波路を備えている。   In order to achieve the above-described object, the inventors have intensively studied and have come up with the idea that a predetermined phase difference is generated in the light propagating through the two optical waveguides constituting the arm portion of the directional coupler. Therefore, the optical element of the present invention includes an optical waveguide composed of a clad provided on the main surface side of the substrate and a core provided in the clad. The optical waveguide includes first and second optical waveguides.

そして、これらの第1及び第2光導波路で、第1及び第2方向性結合器とアーム部とが構成されている。第1及び第2方向性結合器は、それぞれ、光結合可能な距離だけ離間して互いに平行に配置した第1及び第2光導波路の部分を備える。アーム部は、第1及び第2方向性結合器間に介在する前記第1及び第2光導波路の部分で構成されている。   The first and second optical waveguides constitute first and second directional couplers and arm portions. Each of the first and second directional couplers includes first and second optical waveguide portions arranged in parallel to each other at a distance allowing optical coupling. The arm portion is constituted by the first and second optical waveguide portions interposed between the first and second directional couplers.

そして、第1及び第2方向性結合器は、第1波長λの第1光に対して3dBカプラとして機能する。また、アーム部は、アーム部の第1及び第2光導波路を伝搬する第1光に対して、(2m+z)πの位相差(mは0以上の整数、zは0<z<1の実数)を与えるように構成される。 The first and second directional couplers function as a 3 dB coupler for the first light with the first wavelength λ 1 . The arm unit has a phase difference of (2m + z) π with respect to the first light propagating through the first and second optical waveguides of the arm unit (m is an integer greater than or equal to 0, and z is a real number where 0 <z <1. ).

この発明の光素子は、方向性結合器のアーム部に所定の位相差を発生させるように構成している。その結果、この発明によれば、3dBカプラとして方向性結合器を用いつつも、出力光を任意の比率で分配可能であり、それゆえ多段のMZ干渉計型の波長分離素子に適用可能なMZ干渉計としての光素子が得られる   The optical element of the present invention is configured to generate a predetermined phase difference in the arm portion of the directional coupler. As a result, according to the present invention, while using a directional coupler as a 3 dB coupler, it is possible to distribute output light at an arbitrary ratio, and therefore it is applicable to a multistage MZ interferometer type wavelength separation element. An optical element as an interferometer is obtained.

(A)は、実施形態1の光素子の構造を概略的に示す平面図である。(B)は、(A)をA−A線に沿って切断した端面図である。FIG. 2A is a plan view schematically showing the structure of the optical element of Embodiment 1. (B) is the end elevation which cut (A) along the AA line.


(A)は、実施形態2の光素子の構造を概略的に示す平面図である。(B)は、(A)における第1方向性結合器部分の拡大平面図である。(C)は、(A)における第2方向性結合器部分の拡大平面図である。(A) is a top view which shows roughly the structure of the optical element of Embodiment 2. FIG. (B) is an enlarged plan view of a first directional coupler portion in (A). (C) is an enlarged plan view of a second directional coupler portion in (A). 実施形態2の光素子に用いる方向性結合器の特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic of the directional coupler used for the optical element of Embodiment 2. 実施形態2の光素子に用いる方向性結合器の効果の説明に供する特性図である。It is a characteristic view with which it uses for description of the effect of the directional coupler used for the optical element of Embodiment 2. FIG. (A)及び(B)は、実施形態2の光素子の動作特性を示す特性図である。(A) And (B) is a characteristic view which shows the operating characteristic of the optical element of Embodiment 2. FIG. (A)及び(B)は、実施形態2の光素子の動作特性を示す特性図である。(A) And (B) is a characteristic view which shows the operating characteristic of the optical element of Embodiment 2. FIG. 実施形態3の光素子の構造を概略的に示す平面図である。6 is a plan view schematically showing the structure of an optical element according to Embodiment 3. FIG. 実施形態4の光素子の構造を概略的に示す平面図である。6 is a plan view schematically showing the structure of an optical element according to Embodiment 4. FIG.

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図において各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the shape, size, and arrangement relationship of each component are schematically shown to the extent that the present invention can be understood. Moreover, although the preferable structural example of this invention is demonstrated hereafter, the material of each component, a numerical condition, etc. are only a suitable example. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a common component and the description may be abbreviate | omitted.

[実施形態1]
以下、図1を参照して、実施形態1の光素子について説明する。図1(A)は、光素子の構造を概略的に示す平面図である。図1(B)は、図1(A)をA−A線に沿って切断した端面図である。なお、図1(A)において、光素子を構成するコア18は、クラッド12に覆われているために、直接目視することはできないが、強調のために実線で描いてある。
[Embodiment 1]
Hereinafter, the optical element of Embodiment 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a plan view schematically showing the structure of the optical element. FIG. 1B is an end view of FIG. 1A cut along the line AA. In FIG. 1A, the core 18 constituting the optical element is covered with the clad 12 and thus cannot be directly observed, but is drawn with a solid line for emphasis.

(構造)
図1(A)及び(B)を参照して、光素子10の構造について説明する。光素子10は、クラッド12とコア18とで構成される光導波路11を備えている。光導波路11はMZ干渉計22を備えている。光導波路11は、さらに、任意的な要素として入力部24と出力部26とを備えている。
(Construction)
With reference to FIGS. 1A and 1B, the structure of the optical element 10 will be described. The optical element 10 includes an optical waveguide 11 composed of a clad 12 and a core 18. The optical waveguide 11 includes an MZ interferometer 22. The optical waveguide 11 further includes an input unit 24 and an output unit 26 as optional elements.

クラッド12は、基板8の主面8a側に一様な厚みで延在する膜体である。より詳細には、クラッド12は、主面8a上に設けられており、内部に包含したコア18とともに、光導波路11を構成している。   The clad 12 is a film body that extends to the main surface 8 a side of the substrate 8 with a uniform thickness. More specifically, the clad 12 is provided on the main surface 8a and constitutes the optical waveguide 11 together with the core 18 included therein.

以降、光素子の方向及び寸法に関して、光伝搬方向に垂直かつ主面8aに平行な方向を幅方向と称し、幅方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」と称する。また、主面8aに垂直な方向を厚み方向と称し、厚み方向に沿って測った幾何学的長さを「厚み」と称する。同様に、光伝搬方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」と称する。また、所定の構造体の光伝搬方向に垂直な断面のことを「横断面」と称する。   Hereinafter, regarding the direction and dimensions of the optical element, a direction perpendicular to the light propagation direction and parallel to the main surface 8a is referred to as a width direction, and a geometric length measured along the width direction is referred to as a “width”. In addition, a direction perpendicular to the main surface 8a is referred to as a thickness direction, and a geometric length measured along the thickness direction is referred to as “thickness”. Similarly, the geometric length measured along the light propagation direction is referred to as “length”. A section perpendicular to the light propagation direction of a predetermined structure is referred to as a “cross section”.

クラッド12を構成する材料は、例えば、屈折率が約1.44のSiOとする。クラッド12の厚みは約3μmとする。そして、主面8aからの距離が約1.5μmの深さにコア18が配置されている。基板8への不所望な光の結合を防ぐためには、コア18と基板8との間に1μm以上の厚みのクラッド12を介在させることが好ましい。基板8は、例えば、Siを材料とする。 The material constituting the clad 12 is, for example, SiO 2 having a refractive index of about 1.44. The thickness of the clad 12 is about 3 μm. The core 18 is arranged at a depth of about 1.5 μm from the main surface 8a. In order to prevent undesired coupling of light to the substrate 8, it is preferable to interpose a cladding 12 having a thickness of 1 μm or more between the core 18 and the substrate 8. The substrate 8 is made of Si, for example.

コア18は、クラッド12の屈折率よりも40%以上大きな屈折率を有する材料で形成されている。この実施形態に示す例では、コア18は、屈折率が約3.47のSiとする。   The core 18 is formed of a material having a refractive index that is 40% or more larger than the refractive index of the cladding 12. In the example shown in this embodiment, the core 18 is made of Si having a refractive index of about 3.47.

光導波路11を構成する、入力部24、MZ干渉計22及び出力部26は、この順序で接続されている。より詳細には、入力部24の入力用光導波路24aは、MZ干渉計22の第1光導波路16aの入力端IN16aに接続されている。MZ干渉計22の第1光導波路16aの出力端OUT16aは、出力部26の第1出力用光導波路26aに接続されている。MZ干渉計22の第2光導波路16bの出力端OUT16bは、出力部26の第2出力用光導波路26bに接続されている。   The input unit 24, the MZ interferometer 22, and the output unit 26 constituting the optical waveguide 11 are connected in this order. More specifically, the input optical waveguide 24 a of the input unit 24 is connected to the input end IN 16 a of the first optical waveguide 16 a of the MZ interferometer 22. The output end OUT16a of the first optical waveguide 16a of the MZ interferometer 22 is connected to the first output optical waveguide 26a of the output unit 26. The output end OUT16b of the second optical waveguide 16b of the MZ interferometer 22 is connected to the second output optical waveguide 26b of the output unit 26.

光導波路11は、全ての構成要素を断面矩形状のチャネル型導波路とする。また、光導波路11は、全ての構成要素の厚みD1を300nmとする。また、後述する第1及び第2方向性結合器22L及び22Rを除いて、光導波路11は、構成要素の幅W1を300nmとする。このように、第1及び第2方向性結合器22L及び22Rを除く光導波路11の構成要素の横断面形状を幅300nm及び厚み300nmの正方形状とすることにより、第1及び第2方向性結合器22L及び22Rを除く光導波路11の構成要素を偏波無依存にすることができる。   In the optical waveguide 11, all the components are channel-type waveguides having a rectangular cross section. Moreover, the optical waveguide 11 sets thickness D1 of all the components to 300 nm. Further, except for first and second directional couplers 22L and 22R described later, the optical waveguide 11 has a component width W1 of 300 nm. As described above, the first and second directional couplings are obtained by making the cross-sectional shape of the components of the optical waveguide 11 excluding the first and second directional couplers 22L and 22R into a square shape having a width of 300 nm and a thickness of 300 nm. The components of the optical waveguide 11 excluding the devices 22L and 22R can be made polarization independent.

光導波路11を構成する入力部24は、入力用光導波路24aとダミー導波路24bとを備えている。入力用光導波路24aの一端は、クラッド12の側面から露出している。この一端から第1波長λの第1光Lt1が入力される。入力用光導波路24aの他端は、MZ干渉計22を構成する第1光導波路16aに接続されている。ダミー導波路26bは、一端部がクラッド12の側面から露出しており、他端部が、MZ干渉計22を構成する第2光導波路16bに接続されている。ダミー導波路24bは、実質的に光素子10の動作には関係しない。 The input unit 24 constituting the optical waveguide 11 includes an input optical waveguide 24a and a dummy waveguide 24b. One end of the input optical waveguide 24 a is exposed from the side surface of the clad 12. First light Lt1 of the first wavelength lambda 1 is inputted from one end. The other end of the input optical waveguide 24 a is connected to the first optical waveguide 16 a constituting the MZ interferometer 22. One end of the dummy waveguide 26 b is exposed from the side surface of the clad 12, and the other end is connected to the second optical waveguide 16 b constituting the MZ interferometer 22. The dummy waveguide 24b is not substantially related to the operation of the optical element 10.

光導波路11を構成するMZ干渉計22は、第1光導波路16aの入力端IN16aに入力された第1光Lt1を、第1及び第2光導波路16a及び16bの出力端OUT16a及びOUT16bから、任意の分配比で出力する。より詳細には、アーム部22Cにおいて第1光Lt1に生じさせる位相差Δφに応じた分配比で、第1光Lt1を出力端OUT16a及びOUT16bに分配して出力させる。なお、分配比とは、入力された光が、x:(1−x)(ただし、xは0<x<1)の比率で2個の出力ポートからそれぞれ出力されるときの比率xのことを示す。なお、MZ干渉計22が3dBカプラとして機能する場合の分配比xは0.5となる。   The MZ interferometer 22 constituting the optical waveguide 11 is configured to arbitrarily select the first light Lt1 input to the input end IN16a of the first optical waveguide 16a from the output ends OUT16a and OUT16b of the first and second optical waveguides 16a and 16b. Is output at a distribution ratio of. More specifically, the first light Lt1 is distributed to the output ends OUT16a and OUT16b and output at a distribution ratio corresponding to the phase difference Δφ generated in the first light Lt1 in the arm portion 22C. The distribution ratio is the ratio x when the input light is output from each of the two output ports at a ratio of x: (1-x) (where x is 0 <x <1). Indicates. The distribution ratio x when the MZ interferometer 22 functions as a 3 dB coupler is 0.5.

MZ干渉計22は、構造的には、並列された2本の光導波路である第1及び第2光導波路16a及び16bで構成されている。また、機能的には、第1及び第2光導波路16a及び16bにより形成された第1及び第2方向性結合器22L及び22Rと、アーム部22Cとを備えている。   The MZ interferometer 22 is structurally composed of first and second optical waveguides 16a and 16b which are two optical waveguides arranged in parallel. Functionally, it includes first and second directional couplers 22L and 22R formed by the first and second optical waveguides 16a and 16b, and an arm portion 22C.

MZ干渉計22の構造的要素である第1光導波路16aは、2個の第1直線部16aL及び16aRと、第1湾曲部16aCとを備えている。第1湾曲部16aCは、これらの第1直線部16aL及び16aR間に介在している。第2光導波路16bは、2個の第2直線部16bL及び16bRと、第2湾曲部16bCとを備えている。第2湾曲部16bCは、これらの第2直線部16bL及び16bR間に介在している。なお、以下の記載において、特に断らない限り、「第g直線部」又は「第g湾曲部」(g=1又は2)とは、第g直線部又は第g湾曲部を構成する第h光導波路(h=1又は2)の部分領域を示す。   The first optical waveguide 16a that is a structural element of the MZ interferometer 22 includes two first linear portions 16aL and 16aR and a first curved portion 16aC. The first curved portion 16aC is interposed between the first straight portions 16aL and 16aR. The second optical waveguide 16b includes two second linear portions 16bL and 16bR and a second bending portion 16bC. The second curved portion 16bC is interposed between the second straight portions 16bL and 16bR. In the following description, unless otherwise specified, the “g-th straight part” or “g-th curved part” (g = 1 or 2) means the h-th light beam constituting the g-th straight part or the g-th curved part. A partial region of the waveguide (h = 1 or 2) is shown.

MZ干渉計22の機能的要素である第1方向性結合器22L、アーム部22C及び第2方向性結合器22Rは、この順番で直列に配置されている。第1方向性結合器22Lは、第1及び第2直線部16aL及び16bLで構成されている。また、第2方向性結合器22Rは、第1及び第2直線部16aR及び16bRで構成されている。同様に、アーム部22Cは、第1及び第2湾曲部16aC及び16bCで構成されている。   The first directional coupler 22L, the arm portion 22C, and the second directional coupler 22R, which are functional elements of the MZ interferometer 22, are arranged in series in this order. The first directional coupler 22L includes first and second straight portions 16aL and 16bL. The second directional coupler 22R includes first and second straight portions 16aR and 16bR. Similarly, the arm portion 22C includes first and second bending portions 16aC and 16bC.

第1方向性結合器22Lは、光結合可能な距離だけ離間して互いに平行に配置された第1及び第2直線部16aL及び16bLで構成されている。第1及び第2直線部16aL及び16bLの長さL1は、互いに等しく、第1光Lt1に関する結合長の1/2とする。また、第1及び第2直線部16aL及び16bLの幅W2は、互いに等しく、約285nmとする。また、第1及び第2直線部16aL及び16bLの厚みは、上述したD1とする。また、第1及び第2直線部16aL及び16bLの導波路間隔、すなわち第1及び第2直線部16aL及び16bLの中心間距離は、約600nmとする。   The first directional coupler 22L includes first and second straight portions 16aL and 16bL that are arranged in parallel with each other at a distance allowing optical coupling. The lengths L1 of the first and second linear portions 16aL and 16bL are equal to each other and are ½ of the coupling length related to the first light Lt1. The widths W2 of the first and second straight portions 16aL and 16bL are equal to each other and are about 285 nm. The thickness of the first and second straight portions 16aL and 16bL is D1 described above. The waveguide interval between the first and second straight portions 16aL and 16bL, that is, the center-to-center distance between the first and second straight portions 16aL and 16bL is about 600 nm.

ここで、「結合長」とは、互いに平行な2本の直線状光導波路からなる方向性結合器において、一方の光導波路から入力された光が、他方の光導波路に完全にパワー移行するために要する、方向性結合器の光伝播方向に沿った幾何学的長さである。   Here, the “coupling length” means that light input from one optical waveguide is completely transferred to the other optical waveguide in a directional coupler composed of two linear optical waveguides parallel to each other. Is a geometric length along the light propagation direction of the directional coupler.

第2方向性結合器22Rは、寸法も含めて第1方向性結合器22Lと同様に構成されている。   The second directional coupler 22R is configured in the same manner as the first directional coupler 22L including dimensions.

第1及び第2方向性結合器22L及び22Rの長さL1を第1光Lt1の結合長の1/2に設定することにより、第1及び第2方向性結合器22L及び22Rは、第1光Lt1に関して、3dBカプラとして機能する。つまり、第1直線部16aLから入力された第1光Lt1は、第1及び第2直線部16aL及び16bLにパワーが等分配されて、両直線部16aL及び16bLから1:1の分配比で出力される。第2方向性結合器22Rも同様にして、第1直線部16aRから入力された第1光Lt1を、第1及び第2直線部16aR及び16bRから1:1の分配比で出力させる。   By setting the length L1 of the first and second directional couplers 22L and 22R to ½ of the coupling length of the first light Lt1, the first and second directional couplers 22L and 22R The optical Lt1 functions as a 3 dB coupler. That is, the first light Lt1 input from the first straight line portion 16aL is equally distributed in power to the first and second straight line portions 16aL and 16bL, and is output from the straight line portions 16aL and 16bL at a distribution ratio of 1: 1. Is done. Similarly, the second directional coupler 22R outputs the first light Lt1 input from the first linear portion 16aR from the first and second linear portions 16aR and 16bR at a distribution ratio of 1: 1.

また、上述のように第1及び第2方向性結合器22L及び22Rの厚みD1を300nmとし、幅W2を285nmとすることにより、第1及び第2方向性結合器22L及び22Rを偏波無依存で動作させることができる。   Further, as described above, the first and second directional couplers 22L and 22R have a thickness D1 of 300 nm and a width W2 of 285 nm, thereby making the first and second directional couplers 22L and 22R non-polarized. Can be operated with dependence.

再び、MZ干渉計22の機能的要素の説明に戻ると、アーム部22Cは、並列された第1及び第2湾曲部16aC及び16bCで構成されている。アーム部22Cは、自らを伝搬後の第1光Lt1に与える位相差Δφを(2m+z)π(mは0以上の整数、zは0<z<1の実数)とする条件(以下、位相差条件とも称する。)を満足するように構成されている。つまり、アーム部22Cは、第1及び第2光導波路16a及び16bを伝搬する第1光Lt1に対して、0より大きくπ未満の位相差Δφを付与するように構成されている。   Returning to the description of the functional elements of the MZ interferometer 22, the arm portion 22C is composed of the first and second bending portions 16aC and 16bC arranged in parallel. The arm unit 22C has a condition (hereinafter referred to as a phase difference) where the phase difference Δφ given to the first light Lt1 after propagating itself is (2m + z) π (m is an integer greater than or equal to 0, and z is a real number where 0 <z <1). (Also referred to as a condition). That is, the arm portion 22C is configured to give a phase difference Δφ greater than 0 and less than π to the first light Lt1 propagating through the first and second optical waveguides 16a and 16b.

MZ干渉計を伝搬する第1光Lt1に関する干渉条件は、Δφ=2mπ及びΔφ=(2m+1)πで与えられる。これらの2式は、第1光Lt1に付与される位相差Δφが2mπ又は(2m+1)πに等しい場合に、上述の分配比xが0又は1となることを表している。つまり、位相差Δφが2mπの場合が分配比x=0に対応し、第1光Lt1は出力端OUT16bのみから出力される。一方、位相差Δφが(2m+1)πの場合が分配比x=1に対応し、第1光Lt1は出力端OUT16aのみから出力される。   The interference conditions regarding the first light Lt1 propagating through the MZ interferometer are given by Δφ = 2mπ and Δφ = (2m + 1) π. These two expressions indicate that the above-described distribution ratio x is 0 or 1 when the phase difference Δφ imparted to the first light Lt1 is equal to 2mπ or (2m + 1) π. That is, the case where the phase difference Δφ is 2 mπ corresponds to the distribution ratio x = 0, and the first light Lt1 is output only from the output end OUT16b. On the other hand, the case where the phase difference Δφ is (2m + 1) π corresponds to the distribution ratio x = 1, and the first light Lt1 is output only from the output terminal OUT16a.

ところで、位相差Δφが2mπに等しいとは、上述の位相差条件でz=0の場合に対応し、位相差Δφが(2m+1)πに等しいとは、位相差条件でz=1の場合に対応する。このことより、発明者は、zを0<z<1とすることで、第1光Lt1に与える位相差Δφを2mπ<Δφ<(2m+1)πとできることに想到した。その結果、3dBカプラである第1及び第2方向性結合器22L及び22Rを用いているにも関わらず、光素子10は、第1光Lt1を任意の分配比xで出力可能となる。   Incidentally, the phase difference Δφ is equal to 2mπ corresponds to the case where z = 0 in the above-described phase difference condition, and the phase difference Δφ is equal to (2m + 1) π when the phase difference condition is z = 1. Correspond. Accordingly, the inventor has conceived that the phase difference Δφ given to the first light Lt1 can be set to 2mπ <Δφ <(2m + 1) π by setting z to 0 <z <1. As a result, although the first and second directional couplers 22L and 22R that are 3 dB couplers are used, the optical element 10 can output the first light Lt1 at an arbitrary distribution ratio x.

第1光Lt1に対して、この範囲の位相差Δφを発生させるために、光素子10では、アーム部22Cを構成する第1及び第2湾曲部16aC及び16bCの光路長を異ならせている。なお、「光路長」とは、一般的に、光導波路の幾何学的な長さPを、ある波長の光が感じる光導波路の等価屈折率qで補正した光学的な長さのことを示す。光路長をSとすると、S,P及びqの間には、下記式(1)が成り立つ。
S=P×q・・・(1)
In order to generate the phase difference Δφ in this range with respect to the first light Lt1, in the optical element 10, the optical path lengths of the first and second bending portions 16aC and 16bC constituting the arm portion 22C are made different. The “optical path length” generally indicates an optical length obtained by correcting the geometric length P of the optical waveguide with the equivalent refractive index q of the optical waveguide that the light of a certain wavelength senses. . When the optical path length is S, the following formula (1) is established between S, P, and q.
S = P × q (1)

ここで、第1湾曲部16aCの光路長をSaとし、第2湾曲部16bCの光路長をSbとする。また、第1及び第2湾曲部16aC及び16bC間の光路長差(Sa−Sb)を、ΔSとする。ところで、位相差Δφと光路長差ΔSとの間には、2πΔS/λ=Δφが成り立つので、位相差条件から、ΔSは下記式(2)が成立するように設定すればよい。
2ΔS/λ=2m+z・・・(2)
Here, the optical path length of the first bending portion 16aC is Sa, and the optical path length of the second bending portion 16bC is Sb. Further, the optical path length difference between the first and second curved portions 16aC and 16bC a (Sa-Sb), and [Delta] S 1. By the way, since 2πΔS 1 / λ 1 = Δφ holds between the phase difference Δφ and the optical path length difference ΔS 1 , ΔS 1 may be set so that the following formula (2) is satisfied from the phase difference condition. .
2ΔS 1 / λ 1 = 2m + z (2)

なお、第1及び第2湾曲部16aC及び16bCの長さは、式(2)から求まるΔSと、第1光Lt1に関する第1及び第2湾曲部16aC及び16bCの等価屈折率とから、式(1)により求めればよい。 Incidentally, the lengths of the first and second bending portions 16aC and 16bC has a [Delta] S 1 obtained from Equation (2), the first and second curved portions 16aC and 16bC equivalent refractive index of about the first light Lt1, wherein What is necessary is just to obtain | require by (1).

再び、光導波路11の構成の説明に戻ると、出力部26は、第1出力用光導波路26aと第2出力用光導波路26bとを備えている。第1出力用光導波路26aの一端は、第2方向性結合器22Rの第1直線部16aRに接続されている。第2出力用光導波路26bの一端は、第2方向性結合器22Rの第2直線部16bRに接続されている。第1及び第2出力用光導波路26a及び26bからは、それぞれ、x:(1−x)の強度比で第1光Lt1が出力される。   Returning to the description of the configuration of the optical waveguide 11 again, the output unit 26 includes a first output optical waveguide 26a and a second output optical waveguide 26b. One end of the first output optical waveguide 26a is connected to the first linear portion 16aR of the second directional coupler 22R. One end of the second output optical waveguide 26b is connected to the second linear portion 16bR of the second directional coupler 22R. The first light Lt1 is output from the first and second output optical waveguides 26a and 26b at an intensity ratio of x: (1-x), respectively.

(動作)
以下、図1(A)を参照して、光素子10の動作について説明する。
(Operation)
Hereinafter, the operation of the optical element 10 will be described with reference to FIG.

入力部24に入力された第1光Lt1は、入力用光導波路24aを伝搬して第1方向性結合器22Lの第1直線部16aLに至る。   The first light Lt1 input to the input unit 24 propagates through the input optical waveguide 24a and reaches the first linear portion 16aL of the first directional coupler 22L.

第1方向性結合器22Lの長さは、上述のようにL1に設定されている。その結果、第1光Lt1は、第1及び第2直線部16aL及び16bL間の相互作用により、第1方向性結合器22Lの伝搬が終了した時点で、第2直線部16bLに半分のパワーが移行する。つまり、第1方向性結合器22Lは、3dBカプラとして機能する。   The length of the first directional coupler 22L is set to L1 as described above. As a result, the first light Lt1 has half the power at the second linear portion 16bL when the propagation of the first directional coupler 22L is completed due to the interaction between the first and second linear portions 16aL and 16bL. Transition. That is, the first directional coupler 22L functions as a 3 dB coupler.

続いて、第1光Lt1はアーム部22Cを伝搬する。アーム部22Cを構成する第1及び第2光湾曲部16aC及び16bCの光路長差ΔSは、上述したように設定されている。よって、アーム部22Cを伝搬後に、第1及び第2光湾曲部16aC及び16bCからそれぞれ出力される第1光Lt1には、上述したΔφの位相差が付与される。 Subsequently, the first light Lt1 propagates through the arm portion 22C. The optical path length difference ΔS 1 between the first and second light bending portions 16aC and 16bC constituting the arm portion 22C is set as described above. Therefore, the phase difference of Δφ described above is given to the first light Lt1 output from the first and second light bending portions 16aC and 16bC after propagating through the arm portion 22C.

続いて、第1光Lt1は、第2方向性結合器22Rに入力される。第2方向性結合器22Rは、第1方向性結合器22Lと同様に構成されている。そのため、第1光Lt1に含まれる位相差が2mπの光成分は、第2直線部16bRへとパワーが移行し、分配比(1−x)で第2出力用導波路26bからクロス状態で出力される。同様に、第1光Lt1に含まれる位相差が(2m+1)πの光成分は、第1直線部16aRへとパワーが移行し、分配比xで第1出力用導波路26aからバー状態で出力される。   Subsequently, the first light Lt1 is input to the second directional coupler 22R. The second directional coupler 22R is configured similarly to the first directional coupler 22L. For this reason, the optical component having a phase difference of 2mπ included in the first light Lt1 is shifted in power from the second output waveguide 26b at the distribution ratio (1-x) with the power transferred to the second linear portion 16bR. Is done. Similarly, the optical component of the phase difference (2m + 1) π included in the first light Lt1 is shifted in power to the first linear portion 16aR and output in a bar state from the first output waveguide 26a with the distribution ratio x. Is done.

ここで、「クロス状態で出力」とは、入力端IN16aから入力された光が、第2光導波路16bに全てのパワーが移行し、出力端OUT16bから出力されることを意味する。また、「バー状態で出力」とは、入力端IN16aから入力された光が、第2光導波路16bへのパワー移行が発生せず、出力端OUT16aから出力されることを意味する。   Here, “output in the cross state” means that all the power of light input from the input end IN16a is transferred to the second optical waveguide 16b and output from the output end OUT16b. Further, “output in the bar state” means that light input from the input end IN16a is output from the output end OUT16a without causing power transfer to the second optical waveguide 16b.

なお、光導波路11の幅及び厚みを上述のように設定した結果、光素子10は、第1光Lt1に関して偏波無依存で動作する。つまり、第1光Lt1のTE偏波成分とTM偏波成分とは、分配比xが等しい。   As a result of setting the width and thickness of the optical waveguide 11 as described above, the optical element 10 operates in a polarization-independent manner with respect to the first light Lt1. That is, the TE polarization component and the TM polarization component of the first light Lt1 have the same distribution ratio x.

このように、この実施形態の光素子10は、3dBカプラである第1及び第2方向性結合器22L及び22Rを用いているにも関わらず、第1光Lt1を任意の分配比で出力端OUT16a及びOUT16bから出力できる。よって、光素子10のMZ干渉計22を、多段のMZ干渉計型の波長分離素子を構成する要素に用いることができる。   As described above, the optical element 10 of this embodiment uses the first and second directional couplers 22L and 22R, which are 3 dB couplers, and outputs the first light Lt1 at an output end with an arbitrary distribution ratio. It can output from OUT16a and OUT16b. Therefore, the MZ interferometer 22 of the optical element 10 can be used as an element constituting a multistage MZ interferometer type wavelength separation element.

(変形例)
以下、光素子10の変形例について説明する。
(Modification)
Hereinafter, modified examples of the optical element 10 will be described.

(変形例1)
この実施形態では、コア18として、クラッド12の屈折率よりも40%以上大きな屈折率を有する材料を用いた場合について説明した。しかし、コアに十分な強度で光を閉じ込めることができれば、コアの屈折率は、クラッドの屈折率よりも40%以上大きい必要は無い。このようなコア及びクラッドで構成された光導波路を備えた光素子も、第1光Lt1を任意の分配比で出力端OUT16a及びOUT16bから出力できる。
(Modification 1)
In this embodiment, the case where a material having a refractive index 40% or more larger than the refractive index of the cladding 12 is used as the core 18 has been described. However, if light can be confined in the core with sufficient intensity, the refractive index of the core does not need to be 40% or more higher than the refractive index of the cladding. Such an optical element including an optical waveguide composed of a core and a clad can also output the first light Lt1 from the output terminals OUT16a and OUT16b at an arbitrary distribution ratio.

(変形例2)
この実施形態では、光素子10を偏波無依存とする場合について説明した。しかし、偏波無依存性は、光素子10が満たすべき必要条件ではない。従って、幅と厚みとを変化させて、偏波依存性を発生させた光導波路で構成された光素子も本発明の範囲に含まれる。
(Modification 2)
In this embodiment, the case where the optical element 10 is made polarization independent has been described. However, polarization independence is not a necessary condition that the optical element 10 should satisfy. Therefore, an optical element constituted by an optical waveguide in which the polarization dependency is generated by changing the width and the thickness is also included in the scope of the present invention.

[実施形態2]
以下、図2〜図6を参照して、実施形態2の光素子について説明する。図2(A)は、光素子の構造を概略的に示す平面図である。図2(B)は、図2(A)における第1方向性結合器部分の拡大平面図である。図2(C)は、図2(A)における第2方向性結合器部分の拡大平面図である。図3は、この実施形態の光素子に用いる方向性結合器の特性を示す特性図である。図4は、この実施形態の光素子に用いる方向性結合器の効果の説明に供する特性図である。図5(A)及び(B)と、図6(A)及び(B)とは、この実施形態の光素子の動作特性を示す特性図である。なお、図2(A)〜(C)において、光素子を構成するコア18は、クラッド12に覆われているために、直接目視することはできないが、強調のために実線で描いてある。
[Embodiment 2]
Hereinafter, the optical element of Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 2A is a plan view schematically showing the structure of the optical element. FIG. 2B is an enlarged plan view of the first directional coupler portion in FIG. FIG. 2C is an enlarged plan view of the second directional coupler portion in FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing characteristics of the directional coupler used in the optical element of this embodiment. FIG. 4 is a characteristic diagram for explaining the effect of the directional coupler used in the optical element of this embodiment. FIGS. 5A and 5B and FIGS. 6A and 6B are characteristic diagrams showing the operating characteristics of the optical element of this embodiment. 2A to 2C, the core 18 constituting the optical element is covered with the clad 12 and thus cannot be directly observed, but is drawn with a solid line for emphasis.

(構造)
図2(A)〜(C)を参照して、光素子30の構造について説明する。光素子30は、MZ干渉計32を構成する第1及び第2方向性結合器32L及び32Rの構造が、実施形態1の第1及び第2方向性結合器22L及び22Rと異なっている点を除いて、光素子10と同様に構成されている。よって、図2において、図1と同様の構成要素には同符号を付し、その説明を適宜省略する。なお、実施形態1の方向性結合器との区別を明確にするため、以下の記載では、この実施形態の第1及び第2方向性結合器32L及び32Rを、第1及び第2幅差方向性結合器32L及び32Rとも称する。
(Construction)
The structure of the optical element 30 will be described with reference to FIGS. The optical element 30 is different from the first and second directional couplers 22L and 22R of the first embodiment in the structure of the first and second directional couplers 32L and 32R constituting the MZ interferometer 32. Except for this, the configuration is the same as that of the optical element 10. Therefore, in FIG. 2, the same components as those in FIG. In order to clarify the distinction from the directional coupler of the first embodiment, in the following description, the first and second directional couplers 32L and 32R of the present embodiment will be referred to as the first and second width difference directions. Also referred to as sex couplers 32L and 32R.

図2(B)を参照すると、第1方向性結合器32Lの第1直線部16aLは、幅が第1幅Wの第1幅広領域16aL1と、第1幅Wよりも小さい第2幅Wの第1幅狭領域16aL2とを備えている。第1幅広領域16aL1と第1幅狭領域16aL2とは、この順で直列に接続されている。第1幅広領域16aL1の長さを第1長Lとし、第1幅狭領域16aL2の長さを第2長Lとする。また、第1直線部16aLの光伝搬方向に沿った中心線をA16aLとする。 Referring to FIG. 2 (B), the first linear portion 16aL of the first directional coupler 32L includes a first wide area 16aL1 the width of the first width W W, smaller second width than the first width W W the first width of W N and a narrow region 16AL2. The first wide region 16aL1 and the first narrow region 16aL2 are connected in series in this order. The length of the first wide area 16aL1 a first length L W, the length of the first narrow region 16aL2 a second length L N. A center line along the light propagation direction of the first straight line portion 16aL is defined as A16aL.

同様に、第1方向性結合器32Lの第2直線部16bLは、幅が第2幅Wの第2幅狭領域16bL1と、第1幅Wの第2幅広領域16bL2とを備えている。第2幅狭領域16bL1と第2幅広領域16bL2とは、この順で直列に接続されている。第2幅広領域16bL2の長さを第1長Lとし、第2幅狭領域16bL1の長さを第2長Lとする。また、第2直線部16bLの光伝搬方向に沿った中心線をA16bLとする。 Similarly, the second linear portion 16bL of the first directional coupler 32L includes width and the second narrow region 16bL1 the second width W N, and a second wide area 16bL2 the first width W W . The second narrow region 16bL1 and the second wide region 16bL2 are connected in series in this order. The length of the second wide area 16bL2 a first length L W, the length of the second narrow region 16bL1 a second length L N. A center line along the light propagation direction of the second straight line portion 16bL is defined as A16bL.

このように、第1及び第2幅広領域16aL1及び16bL2は、第1幅W及び第1長Lが互いに等しく、第1及び第2幅狭領域16aL2及び16bL1も、第2幅W及び第2長Lが互いに等しい。また、第1及び第2直線部16aL及び16bLは、それぞれの中心線A16aL及びA16bLが互いに平行になるように配置されている。 Thus, the first and second wide area 16aL1 and 16bL2 are equal first width W W and the first length L W each other, first and second narrow region 16aL2 and 16bL1 also and second widths W N The second lengths L N are equal to each other. The first and second straight portions 16aL and 16bL are arranged such that the center lines A16aL and A16bL are parallel to each other.

第1及び第2幅広領域16aL1及び16bL2と、第1及び第2幅狭領域16aL2及び16bL1とは、第1方向性結合器32Lの中心点32LOを対称中心として点対称に配置されている。   The first and second wide regions 16aL1 and 16bL2 and the first and second narrow regions 16aL2 and 16bL1 are arranged symmetrically with respect to the center point 32LO of the first directional coupler 32L.

ここで、第1方向性結合器32Lの中心点32LOとは、第1方向性結合器32Lの長さ方向における中点を通過し幅方向に延びる第1直線A1と、第1方向性結合器32Lの幅方向における中点を通過し長さ方向に延びる第2直線A2との交点のことを示す。ここで、第1方向性結合器32Lの長さ方向における中点とは、第1方向性結合器32Lの全長L(=L+L)の中点L/2に対応する点である。また、第1方向性結合器32Lの幅方向における中点とは、中心線A16aL及びA16bLの間隔の1/2に対応する点である。 Here, the center point 32LO of the first directional coupler 32L refers to the first straight line A1 that passes through the middle point in the length direction of the first directional coupler 32L and extends in the width direction, and the first directional coupler. This indicates an intersection with the second straight line A2 that passes through the midpoint in the width direction of 32L and extends in the length direction. Here, the midpoint in the length direction of the first directional coupler 32L is a point corresponding to the midpoint L A / 2 of the total length L A (= L W + L N ) of the first directional coupler 32L. is there. The midpoint in the width direction of the first directional coupler 32L is a point corresponding to ½ of the distance between the center lines A16aL and A16bL.

図2(C)を参照すると、第2方向性結合器32Rは、第1方向性結合器32Lと同様に構成されている。すなわち、第2方向性結合器32Rの第1直線部16aRと、第1方向性結合器32Lの第1直線部16aLとが等しく構成されている。また、第2方向性結合器32Rの第2直線部16bRと、第1方向性結合器32Lの第2直線部16bLとが等しく構成されている。よって、第2方向性結合器32Rについて、これ以上の説明を省略する。   Referring to FIG. 2C, the second directional coupler 32R is configured in the same manner as the first directional coupler 32L. That is, the first straight portion 16aR of the second directional coupler 32R and the first straight portion 16aL of the first directional coupler 32L are configured to be equal. Further, the second straight portion 16bR of the second directional coupler 32R and the second straight portion 16bL of the first directional coupler 32L are configured to be equal. Therefore, further description of the second directional coupler 32R is omitted.

ここで、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rの寸法の一例を挙げる。第1及び第2方向性結合器32L及び32Rを構成する第1及び第2幅広領域16aL1,16bL2,16aR1及び16bR2に関して、第1幅Wは、例えば、約320nmとし、第1長Lは、例えば、約10μmとする。第1及び第2幅狭領域16aL2,16bL1,16aR2及び16bR1に関して、第2幅Wは、例えば、約280nmとし、第2長Lは、例えば、約10μmとする。また、中心線A16aL及びA16bLの間隔と、中心線A16aR及びA16bRの間隔とは、例えば、それぞれ約600nmとする。また、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rを構成する第1及び第2光導波路16a及び16bの厚みD1は、300nmとする。 Here, an example of the dimensions of the first and second directional couplers 32L and 32R will be given. For the first and second wide regions 16aL1, 16bL2, 16aR1 and 16bR2 constituting the first and second directional couplers 32L and 32R, the first width WW is about 320 nm, for example, and the first length L W is For example, about 10 μm. Regarding the first and second narrow regions 16aL2, 16bL1, 16aR2, and 16bR1, the second width W N is, for example, about 280 nm, and the second length L N is, for example, about 10 μm. Further, the distance between the center lines A16aL and A16bL and the distance between the center lines A16aR and A16bR are about 600 nm, for example. The thickness D1 of the first and second optical waveguides 16a and 16b constituting the first and second directional couplers 32L and 32R is set to 300 nm.

次に、第1及び第2幅W及びWと、第1及び第2長L及びLの決定方法について説明する。第1方向性結合器32Lを構成する第1及び第2幅広領域16aL1及び16bL2の第1幅W及び第1長Lと、第1及び第2幅狭領域16aL2及び16bL1の、第2幅W及び第2長Lは、シミュレーションにより決定することが好ましい。すなわち、第1方向性結合器32Lが、3dBカプラとして機能するように、第1及び第2幅広領域16aL1及び16bL2と、第1及び第2幅狭領域16aL2及び16bL1の寸法を決定することが好ましい。 Next, a method for determining the first and second widths W W and W N and the first and second lengths L W and L N will be described. The first width W W and the first length L W of the first and second wide regions 16aL1 and 16bL2 constituting the first directional coupler 32L, and the second width of the first and second narrow regions 16aL2 and 16bL1 W N and the second length L N are preferably determined by simulation. That is, it is preferable to determine the dimensions of the first and second wide regions 16aL1 and 16bL2 and the first and second narrow regions 16aL2 and 16bL1 so that the first directional coupler 32L functions as a 3 dB coupler. .

より具体的には、まず、第1方向性結合器32Lを前半部分と後半部分とに分割してシミュレーションを実行する。ここで、前半部分とは、第1幅広領域16aL1及び第2幅狭領域16bL1から構成される構造体を示す。また、後半部分とは、第1幅狭領域16aL2及び第2幅広領域16bL2から構成される構造体を示す。   More specifically, first, the first directional coupler 32L is divided into a first half portion and a second half portion, and a simulation is executed. Here, the first half portion refers to a structure including the first wide region 16aL1 and the second narrow region 16bL1. Further, the latter half portion indicates a structure composed of the first narrow region 16aL2 and the second wide region 16bL2.

まず、前半部分において、シミュレーションを実行し、第1光Lt1に対して分配比xが最大となるように、第1及び第2幅と第1及び第2長を仮決めする。そして、前半部分に後半部分を結合して更にシミュレーションを実行し、第1方向性結合器32L全体として、第1光Lt1に対する分配比xが0.5となり3dBカプラとして機能するように、第1及び第2幅W及びWと第1及び第2長L及びLを調整する。 First, in the first half, simulation is performed, and the first and second widths and the first and second lengths are provisionally determined so that the distribution ratio x is maximized with respect to the first light Lt1. Then, the first half portion is combined with the second half portion to perform further simulation, and the first directional coupler 32L as a whole has a distribution ratio x with respect to the first light Lt1 of 0.5 and functions as a 3 dB coupler. And the second widths W W and W N and the first and second lengths L W and L N are adjusted.

(方向性結合器の効果)
発明者の評価によれば、このように幅広領域と幅狭領域とを点対称に配置した第1及び第2方向性結合器32L及び32Rは、光素子10が備える第1及び第2方向性結合器22L及び22Rよりも幅誤差に対する耐性が大きいことが明らかとなった。以下、この点について、図3及び図4を参照して説明する。上述のように、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rは構成が同様なので、以下の記載では、第1方向性結合器32Lを例に挙げて説明する。よって、特に明示の無い限り、以下の説明は、第2方向性結合器32Rにも同様に成立する。
(Effect of directional coupler)
According to the inventor's evaluation, the first and second directional couplers 32L and 32R in which the wide region and the narrow region are arranged point-symmetrically in this way are provided in the first and second directional characteristics of the optical element 10. It has become clear that the tolerance to the width error is greater than that of the couplers 22L and 22R. Hereinafter, this point will be described with reference to FIGS. 3 and 4. As described above, since the first and second directional couplers 32L and 32R have the same configuration, in the following description, the first directional coupler 32L will be described as an example. Therefore, unless otherwise specified, the following description holds true for the second directional coupler 32R as well.

図3は、FDTD(Finite Difference Time Domain)法で求めた、第1方向性結合器32Lの動作特性を示す特性図である。概略的に言えば、図3では、幅誤差を導入することで第1及び第2幅W及びWを変化させながら、第1方向性結合器32Lからバー状態及びクロス状態で出力される光の強度比をそれぞれ求めている。ここで、バー状態で第1方向性結合器32Lの第1直線部16aLから出力される光をバー状態光(曲線I)と称する。また、クロス状態で第1方向性結合器32Lの第2直線部16bLから出力される光をクロス状態光(曲線II)と称する。図3において、縦軸は、バー状態光及びクロス状態光の入力光に対する強度比(dB)であり、横軸は、第1及び第2幅W及びWに導入する幅誤差(nm)である。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing the operating characteristics of the first directional coupler 32L obtained by the FDTD (Finite Difference Time Domain) method. Schematically speaking, in FIG. 3, the first and second widths W W and W N are changed by introducing a width error, and output in the bar state and the cross state from the first directional coupler 32L. Each of the light intensity ratios is obtained. Here, the light output from the first straight portion 16aL of the first directional coupler 32L in the bar state is referred to as bar state light (curve I). Further, the light output from the second linear portion 16bL of the first directional coupler 32L in the cross state is referred to as cross state light (curve II). In FIG. 3, the vertical axis represents the intensity ratio (dB) of the bar state light and the cross state light to the input light, and the horizontal axis represents the width error (nm) introduced into the first and second widths W W and W N. It is.

図3を求めるに当たり、第1方向性結合器32Lの第1直線部16aLに入力する入力光の波長は1.49μmとする。また、第1及び第2幅W及びWを除き、第1方向性結合器32Lの構成要素の寸法や屈折率は、上述した値を用いた。また、第1及び第2幅W及びWに導入する幅誤差は、−20〜20nmの間で変化させた。なお、「幅誤差がEnmである」(Eは実数)とは、第1幅がWからW+Eへと変化し、第2幅がWからW+Eへと変化することをそれぞれ示す。 In obtaining FIG. 3, it is assumed that the wavelength of the input light input to the first linear portion 16aL of the first directional coupler 32L is 1.49 μm. Further, except for the first and second widths W W and W N, the size and the refractive index of the components of the first directional coupler 32L was used the above-mentioned values. The width errors introduced into the first and second widths W W and W N were varied between -20~20Nm. Note that the "width error is Enm" (E is a real number), respectively that the first width is changed to W W + E from W W, the second width is changed to W N + E from W N Show.

図3を参照すると、幅誤差が−20〜20nmの範囲内で、曲線I及びIIは両者とも約−3dB(分配比x=0.5)で一定である。つまり、この範囲の幅誤差があろうとも、第1方向性結合器32Lの分配比xは0.5で一定に保たれ、実用上十分な程度で3dBカプラとして機能することが判る。   Referring to FIG. 3, curves I and II are both constant at about −3 dB (distribution ratio x = 0.5) within a width error range of −20 to 20 nm. That is, even if there is a width error in this range, it can be seen that the distribution ratio x of the first directional coupler 32L is kept constant at 0.5 and functions as a 3 dB coupler with a practically sufficient level.

図4は、実施形態1の第1方向性結合器22Lに、図3と同様の計算を行った特性図であり、この実施形態の第1方向性結合器32Lが幅誤差に対して優れた耐性を有することを示すためのものである。すなわち、図4では、幅誤差を導入することで幅W2を変化させながら、第1方向性結合器22Lから出力されるバー状態光及びクロス状態光の強度比をそれぞれ求めている。ここで、バー状態光(曲線III)とは、第1方向性結合器22Lの第1直線部16aLから出力される光を示す。また、クロス状態光(曲線IV)とは、第1方向性結合器22Lの第2直線部16bLから出力される光を示す。図4の縦軸及び横軸は、図3と同様の意味を表す。   FIG. 4 is a characteristic diagram in which the same calculation as in FIG. 3 is performed on the first directional coupler 22L of the first embodiment, and the first directional coupler 32L of this embodiment is superior to the width error. It is for showing that it has tolerance. That is, in FIG. 4, the intensity ratio of the bar state light and the cross state light output from the first directional coupler 22L is obtained while changing the width W2 by introducing the width error. Here, the bar state light (curve III) indicates light output from the first linear portion 16aL of the first directional coupler 22L. The cross state light (curve IV) indicates light output from the second linear portion 16bL of the first directional coupler 22L. The vertical axis and horizontal axis in FIG. 4 represent the same meaning as in FIG.

図4を求めるに当たっては、第1方向性結合器22Lを3dBカプラとして機能させるために、全長L1を9.7μmに設定している。また、全長L1以外の数値的条件及び計算法は、図3と同様とした。   In obtaining FIG. 4, in order to make the first directional coupler 22L function as a 3 dB coupler, the total length L1 is set to 9.7 μm. The numerical conditions and calculation methods other than the total length L1 were the same as those in FIG.

図4を参照すると、幅誤差が0nmにおいては、曲線III及びIVは−3dBで一致している。このことから、幅誤差が0nmの場合、第1方向性結合器22Lは3dBカプラとして機能することが判る。しかし、0nm以外の幅誤差においては、曲線III及びIVは一致せず、第1方向性結合器22Lの分配比xが0.5から大きくずれていることが判る。つまり、第1方向性結合器22Lは、0nm以外の幅誤差では、3dBカプラとして十分に機能しないことが判る。   Referring to FIG. 4, when the width error is 0 nm, the curves III and IV coincide with each other at −3 dB. From this, it can be seen that when the width error is 0 nm, the first directional coupler 22L functions as a 3 dB coupler. However, in width errors other than 0 nm, the curves III and IV do not match, and it can be seen that the distribution ratio x of the first directional coupler 22L is greatly deviated from 0.5. That is, it can be seen that the first directional coupler 22L does not function sufficiently as a 3 dB coupler with a width error other than 0 nm.

図3及び図4の比較より、この実施形態の第1方向性結合器32Lは、実施形態1の第1方向性結合器22Lよりも幅誤差に対する耐性に優れていることが明らかとなった。すなわち、幅広部16aL1及び16bL2と幅狭部16aL2及び16bL1とを点対称に配置した第1方向性結合器32Lは、幅誤差が存在しても分配比xを0.5で一定に保つことができる。   From the comparison between FIG. 3 and FIG. 4, it is clear that the first directional coupler 32L of this embodiment is more resistant to the width error than the first directional coupler 22L of the first embodiment. That is, the first directional coupler 32L in which the wide portions 16aL1 and 16bL2 and the narrow portions 16aL2 and 16bL1 are arranged point-symmetrically can keep the distribution ratio x constant at 0.5 even if there is a width error. it can.

なお、光素子30は光素子10と同様に動作するので、その説明を省略する。   Since the optical element 30 operates in the same manner as the optical element 10, the description thereof is omitted.

(光素子の効果)
続いて、図5(A)及び(B)と図6(A)及び(B)とを参照して、光素子30の効果について説明する。図5及び図6は、幅誤差を変化させながら、入力端IN16aに波長λを変化させた第1光Lt1を入力し、出力端OUT16a及びOUT16bのそれぞれから出力される光の強度を、FDTD法により求めたものである。
(Effect of optical element)
Next, the effect of the optical element 30 will be described with reference to FIGS. 5 (A) and 5 (B) and FIGS. 6 (A) and 6 (B). 5 and 6, while changing the width error, enter the first light Lt1 of changing the wavelength lambda 1 to the input terminal IN16a, the intensity of the light output from the respective output terminals OUT16a and OUT16b, FDTD It was obtained by law.

図5及び図6において、縦軸は、出力端OUT16a及びOUT16bから出力される光の、第1光Lt1に対する強度比(dB)であり、横軸は波長(μm)である。図5及び図6中の曲線Iは、出力端OUT16aから出力されるバー状態光を示し、曲線IIは、出力端OUT16bから出力されるクロス状態光を示す。   5 and 6, the vertical axis represents the intensity ratio (dB) of the light output from the output terminals OUT16a and OUT16b to the first light Lt1, and the horizontal axis represents the wavelength (μm). Curves I and 5 in FIG. 6 indicate bar state light output from the output end OUT16a, and a curve II indicates cross state light output from the output end OUT16b.

なお、図5及び図6を求めるに当たっては、光素子30を、第1波長λ=1.49μmの第1光Lt1をクロス出力(分配比x=0)する波長分離素子として動作するように設計した。すなわち、アーム部32Cにおける第1及び第2湾曲部16aC及び16bCの光路長差ΔSを、2ΔS/λ=2mに従うように設定した。具体的には、ΔSを1.35μmとした。また、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rの第1及び第2長L及びLをそれぞれ2.8μmと設定した。これ以外の寸法や屈折率は、図2の場合と同様とした。 5 and 6, the optical element 30 is operated as a wavelength separation element that cross-outputs the first light Lt1 having the first wavelength λ 1 = 1.49 μm (distribution ratio x = 0). Designed. That is, the optical path length difference ΔS 1 between the first and second bending portions 16aC and 16bC in the arm portion 32C is set to follow 2ΔS 1 / λ 1 = 2m. Specifically, ΔS 1 was set to 1.35 μm. Further, the first and second lengths L W and L N of the first and second directional couplers 32L and 32R were set to 2.8 μm, respectively. The other dimensions and refractive index were the same as in FIG.

図5(A)は、光素子30に導入された幅誤差が−40nmの場合であり、図5(B)は、光素子30に導入された幅誤差が−20nmの場合であり、図6(A)は、光素子30に導入された幅誤差が20nmの場合であり、図6(B)は、光素子30に導入された幅誤差が40nmの場合である。幅誤差は、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rに導入した。   5A shows a case where the width error introduced into the optical element 30 is −40 nm, and FIG. 5B shows a case where the width error introduced into the optical element 30 is −20 nm. FIG. 6A shows the case where the width error introduced into the optical element 30 is 20 nm, and FIG. 6B shows the case where the width error introduced into the optical element 30 is 40 nm. The width error was introduced into the first and second directional couplers 32L and 32R.

図5及び図6を参照すると、幅誤差の大きさに関わりなく、光素子30は、波長分離素子として機能していることが判る。幅誤差の大きさにより、光導波路11の等価屈折率が変化することに由来して、各図でピーク波長がずれている。しかし、各図において、所定波長におけるピーク強度と、該波長でのボトム強度との比率には、大きな変化が見られない。このことより、光素子30では、この幅誤差の範囲で、クロストーク特性が良好に保たれていることが判る。なお、ここで、クロストーク特性とは、第1光Lt1を出力端OUT16a及びOUT16bに分けて出力する際の分離能力のことである。   5 and 6, it can be seen that the optical element 30 functions as a wavelength separation element regardless of the magnitude of the width error. The peak wavelength is shifted in each figure because the equivalent refractive index of the optical waveguide 11 changes depending on the size of the width error. However, in each figure, there is no significant change in the ratio between the peak intensity at the predetermined wavelength and the bottom intensity at the wavelength. From this, it can be seen that in the optical element 30, the crosstalk characteristics are maintained well within the range of the width error. Here, the crosstalk characteristic is a separation capability when the first light Lt1 is divided and output to the output terminals OUT16a and OUT16b.

以上説明したように、この実施形態の光素子30は、光素子10の奏する効果に加えて、幅誤差に対して高い耐性を有する。具体的には、図2より明らかなように、幅誤差があっても分配比xが一定に保たれる第1及び第2方向性結合器32L及び32Rを用いて光素子30を構成している。その結果、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rを備えた、光素子30を波長分離素子として用いた場合には、クロストーク特性を改善できる。   As described above, the optical element 30 of this embodiment has high resistance to the width error in addition to the effect exhibited by the optical element 10. Specifically, as apparent from FIG. 2, the optical element 30 is configured by using the first and second directional couplers 32L and 32R in which the distribution ratio x is kept constant even if there is a width error. Yes. As a result, when the optical element 30 including the first and second directional couplers 32L and 32R is used as a wavelength separation element, crosstalk characteristics can be improved.

(変形例)
以下、光素子30の変形例について説明する。光素子30は光素子10と同様の変形が可能であるとともに、さらに以下に列記する変形が可能である。
(Modification)
Hereinafter, modified examples of the optical element 30 will be described. The optical element 30 can be modified in the same manner as the optical element 10 and further can be modified as listed below.

(変形例1)
この実施形態では、光素子30が、幅広領域と幅狭領域とを点対称に配置した第1及び第2方向性結合器32L及び32Rをアーム部32Cの両側にそれぞれ備えている場合について説明した。しかし、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rの個数は合計2個には限定されない。第1及び第2方向性結合器32L及び32Rのどちらか一方のみを備える光素子も幅誤差に対する耐性を実用上許容できる程度に保つことができる。
(Modification 1)
In this embodiment, the case where the optical element 30 includes the first and second directional couplers 32L and 32R in which the wide region and the narrow region are arranged point-symmetrically on both sides of the arm portion 32C has been described. . However, the total number of the first and second directional couplers 32L and 32R is not limited to two. An optical element provided with only one of the first and second directional couplers 32L and 32R can also maintain a tolerance for width error to an acceptable level for practical use.

(変形例2)
この実施形態では、第1方向性結合器32Lと第2方向性結合器32Rとは、平行移動させたときに、互いに完全に重複する配置態様で、幅広領域及び幅狭領域が配置されている(以下、この配置態様を重複態様と称する。)。つまり、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rを平行移動させたときに、第1幅広領域16aL1及び16aR1同士、第2幅広領域16bL2及び16bR2同士、第1幅狭領域16aL2及び16aR2同士、並びに、第2幅狭領域16bL1及び16bR1同士が重なり合う。
(Modification 2)
In this embodiment, when the first directional coupler 32L and the second directional coupler 32R are translated, the wide area and the narrow area are arranged in such a manner that they completely overlap each other. (Hereinafter, this arrangement mode is referred to as an overlap mode). That is, when the first and second directional couplers 32L and 32R are translated, the first wide regions 16aL1 and 16aR1, the second wide regions 16bL2 and 16bR2, the first narrow regions 16aL2 and 16aR2, In addition, the second narrow regions 16bL1 and 16bR1 overlap each other.

しかし、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rを構成する幅広領域及び幅狭領域の配置態様は重複態様には限定されない。つまり、第1及び第2方向性結合器32L及び32Rを構成する幅広領域及び幅狭領域の配置態様が、鏡映の関係の配置態様(以下、この配置態様を鏡映態様と称する。)であってもよい。このように構成された光素子も幅誤差に対する耐性を実用上十分な程度に保つことができる。   However, the arrangement mode of the wide region and the narrow region constituting the first and second directional couplers 32L and 32R is not limited to the overlapping mode. That is, the arrangement mode of the wide region and the narrow region constituting the first and second directional couplers 32L and 32R is a reflection-related arrangement mode (hereinafter, this arrangement mode is referred to as a mirror mode). There may be. The optical element configured as described above can also maintain a practically sufficient tolerance against the width error.

(変形例3)
この実施形態では、第1及び第2幅広領域16aL1,16bL2,16aR1及び16bR2の第1長Lと、第1及び第2幅狭領域16aL2,16bL1,16aR2及び16bR1の第2長Lとが等しい場合について説明した。しかし、第1及び第2長L及びLを等しくする必要は無く、設計に応じた適当な値を選択できる。このように構成された光素子も幅誤差に対する耐性を実用上十分な程度に保つことができる。
(Modification 3)
In this embodiment, a first length L W of the first and second wide area 16aL1,16bL2,16aR1 and 16BR2, and a second length L N of the first and second narrow region 16aL2,16bL1,16aR2 and 16bR1 The case where they are equal has been described. However, it is not necessary to make the first and second lengths L W and L N equal, and an appropriate value can be selected according to the design. The optical element configured as described above can also maintain a practically sufficient tolerance against the width error.

[実施形態3]
以下、図7を参照して、実施形態3の光素子について説明する。図7は、光素子の構造を概略的に示す平面図である。なお、図7において、光素子を構成するコア18は、クラッド12に覆われているために、直接目視することはできないが、強調のために実線で描いてある。
[Embodiment 3]
Hereinafter, the optical element of Embodiment 3 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view schematically showing the structure of the optical element. In FIG. 7, the core 18 constituting the optical element is covered with the clad 12 and cannot be directly observed, but is drawn with a solid line for emphasis.

(構造)
図7を参照して、光素子50の構造について説明する。光素子50は、言わば実施形態2の光素子30を一構成要素として含んだものに対応する。より正確には、光素子50は、実施形態2のMZ干渉計32を第1及び第2メタ方向性結合器32及び32として備えている。よって、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32の構成要素には、MZ干渉計32と同等の符号を付すとともに、符号に付した下付きの添字「1」又は「2」により、両者を区別する。また、図面の煩雑さを防ぐために、図7では、一部の構成要素の符号を省略している。
(Construction)
The structure of the optical element 50 will be described with reference to FIG. The optical element 50 corresponds to what includes the optical element 30 of the second embodiment as one component. More precisely, the optical element 50 includes the MZ interferometer 32 of the second embodiment as first and second meta-directional couplers 32 1 and 32 2 . Therefore, the first and second components of the meta directional coupler 32 1 and 32 2, with subjecting the MZ interferometer 32 and the equivalent code, subscript subscript that denoted by reference numeral "1" or "2" The two are distinguished. Further, in order to prevent the drawing from being complicated, the reference numerals of some components are omitted in FIG.

光素子50を構成する光導波路11は、光ユニット40を備えている。光ユニット40は、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32と、メタアーム部32とで構成されている。詳しくは後述するが、光ユニット40は、全体として、2個の方向性結合器と、アーム部とを備えた1個のMZ干渉計として機能する。すなわち、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32が2個の方向性結合器と同等に動作し、メタアーム部32がアーム部と同等に動作する。そこで、以降、光ユニット40を、メタマッハツェンダ干渉計(MMZ干渉計)40とも称する。 The optical waveguide 11 constituting the optical element 50 includes an optical unit 40. The optical unit 40 includes first and second meta directional couplers 32 1 and 32 2 and a meta arm unit 32 3 . As will be described in detail later, the optical unit 40 as a whole functions as one MZ interferometer including two directional couplers and an arm unit. That is, the first and second meta directional coupler 32 1 and 32 2 operate equivalent to two directional couplers, Metaamu 32 3 operates equivalent to the arm portion. Therefore, hereinafter, the optical unit 40 is also referred to as a Meta Mach-Zehnder interferometer (MMZ interferometer) 40.

また、この実施形態では、MMZ干渉計40が波長分離素子として動作する場合について説明する。つまりMMZ干渉計40は、第1波長λの第1光Lt1と、第1波長λとは異なる波長の第2波長λの第2光Lt2との混合光を入力し、波長分離して、それぞれ異なる出力ポートから出力させる。なお、この実施形態では、第1光Lt1の第1波長λを、光加入者系通信システムで下り通信光として一般的に用いられる1.49μmとする。また、第2光Lt2の第2波長λを、光加入者系通信システムで上り通信光として一般的に用いられる1.31μmとする。 In this embodiment, the case where the MMZ interferometer 40 operates as a wavelength separation element will be described. That MMZ interferometer 40 includes a first wavelength lambda 1 of the first light Lt1, enter the mixed light of the second light Lt2 the second wavelength lambda 2 of the wavelength different from the first wavelength lambda 1, wavelength separation Output from different output ports. In this embodiment, the first wavelength λ 1 of the first light Lt 1 is 1.49 μm that is generally used as downlink communication light in the optical subscriber communication system. Also, the second wavelength λ 2 of the second light Lt2 is set to 1.31 μm that is generally used as upstream communication light in the optical subscriber communication system.

再び構成の説明に戻ると、光導波路11は、さらに、任意的な要素として実施形態1と同様に構成された入力部24と出力部26とを備えている。   Returning to the description of the configuration again, the optical waveguide 11 further includes an input unit 24 and an output unit 26 configured as optional elements in the same manner as in the first embodiment.

光導波路11を構成する、入力部24、第1メタ方向性結合器32,メタアーム部32,第2メタ方向性結合器32及び出力部26は、この順序で接続されている。より詳細には、入力部24の入力用光導波路24aは、第1メタ方向性結合器32の第1光導波路16aの入力端IN16aに接続されている。第2メタ方向性結合器32の第1光導波路16aの出力端OUT16aは、出力部26の第1出力用光導波路26aに接続されている。第2メタ方向性結合器32の第2光導波路16bの出力端OUT16bは、出力部26の第2出力用光導波路26bに接続されている。 The input unit 24, the first meta directional coupler 32 1 , the meta arm unit 32 3 , the second meta directional coupler 32 2 and the output unit 26 constituting the optical waveguide 11 are connected in this order. More specifically, the input optical waveguide 24a of the input unit 24 is connected to the first meta-directional coupler 32 1 of the first optical waveguide 16a 1 of the input IN16a. The second meta directional coupler 32 2 of the first output terminal OUT16a of the optical waveguide 16a 2 is connected to the first output optical waveguide 26a of the output section 26. The second meta directional coupler 32 2 of the second output terminal OUT16b of the optical waveguide 16b 2 is connected to the second output optical waveguide 26b of the output section 26.

そして、第1及び第2のメタ方向性結合器32及び32が備える第1光導波路16a及び16aと、メタアーム部32が備える第1光導波路16aとが接続されており、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32が備える第2光導波路16b及び16bと、メタアーム部32が備える第2光導波路16bとが接続されている。 Then, a first optical waveguide 16a 1 and 16a 2 to the first and second meta directional couplers 32 1 and 32 2 are provided, a first optical waveguide 16a 3 provided in Metaamu portion 32 3 are connected, a second optical waveguide 16b 1 and 16b 2 of the first and second meta directional coupler 32 1 and 32 2 are provided, are connected to the second optical waveguide 16b 3 provided in Metaamu portion 32 3.

第1メタ方向性結合器32は、アーム部32Cが、第1光Lt1に対して、(2m+1/2)πの位相差Δφを与えるように構成されている。つまり、アーム部32Cは、上述した位相差条件であるΔφ=(2m+z)πにおいて、zを1/2に設定している。これにより、アーム部32Cは、第1光Lt1に対して、実質的にπ/2の位相差を付与する。その結果、第1メタ方向性結合器32の分配率xは0.5となり、第1メタ方向性結合器32は、第1光Lt1に関して3dBカプラとして機能する。つまり、第1メタ方向性結合器32は、実施形態1で説明した第1方向性結合器22Lと同様に動作する。この位相差Δφを与えるために、アーム部32Cの第1及び第2湾曲部16aC及び16bC間の光路長差ΔSを、z=1/2の条件で上式(2)を用いて設定する。 The first meta-directional coupler 32 1 is configured such that the arm portion 32 1 C gives a phase difference Δφ of (2m + 1/2) π to the first light Lt1. That is, the arm portion 32 1 C sets z to ½ in the above-described phase difference condition Δφ = (2m + z) π. Thereby, the arm portion 32 1 C substantially gives a phase difference of π / 2 to the first light Lt1. As a result, the first meta directional coupler 32 first distribution ratio x is 0.5, the first meta directional coupler 32 1 functions as a 3dB coupler with respect to the first light Lt1. That is, the first meta directional coupler 32 1 operates similarly to the first directional coupler 22L described in the first embodiment. In order to give this phase difference Δφ, the optical path length difference ΔS 1 between the first and second curved portions 16a 1 C and 16b 1 C of the arm portion 32 1 C is expressed by the above formula (2 ) To set.

なお、この実施形態では、アーム部32Cの設計に当たり、第2光Lt2を考慮していない。それは、一般に方向性結合器においては、クロス出力光(第1光Lt1)については、干渉条件に厳密に従って設計する必要があるが、バー出力光(第2光Lt2)は、干渉条件を厳密に満たさなくとも、実用上十分な分配比でバー出力されるためである。よって、アーム部32Cを第1光Lt1に基づき設計し、第2光Lt2を考慮しなかった。 In this embodiment, the second light Lt2 is not considered in designing the arm portion 32 1 C. In general, in a directional coupler, the cross output light (first light Lt1) needs to be designed in strict accordance with the interference condition, but the bar output light (second light Lt2) has to be strict in the interference condition. This is because even if not satisfied, the bars are output with a practically sufficient distribution ratio. Therefore, the arm portion 32 1 C is designed based on the first light Lt1, and the second light Lt2 is not considered.

第2メタ方向性結合器32は、第1メタ方向性結合器32と同様に構成されており、実施形態1で説明した第2方向性結合器22Rと同様に動作する。また、第2メタ方向性結合器32において、幅広領域及び幅狭領域は、第1メタ方向性結合器32と重複態様で配置されている。 The second meta directional coupler 32 2 is configured similarly to the first meta-directional coupler 32 1, it operates similarly to the second directional coupler 22R described in the first embodiment. In the second meta directional coupler 32 2, wide area and a narrow area is located in the first meta-directional coupler 32 1 duplicates embodiment.

メタアーム部32は、第1及び第2光導波路16a及び16bを伝搬する第1光Lt1に対して2Mπ(Mは0以上の整数)の位相差ΔΦを与えるように構成されている。つまり、第1光Lt1をクロス出力させるために、メタアーム部32が第1光Lt1に付与する位相差ΔΦを、干渉条件であるΔΦ=2Mπを満足するように設定する。 Metaamu portion 32 3, (the M 0 or an integer) 2Emupai for the first light Lt1 propagating the first and second optical waveguides 16a 3 and 16b 3 are configured to provide a phase difference ΔΦ of. In other words, the first light Lt1 in order to cross output, Metaamu portion 32 3 is a phase difference .DELTA..PHI to impart to the first light Lt1, set so as to satisfy the the interference condition ΔΦ = 2Mπ.

ここで、メタアーム部32を構成する第1湾曲部16aCの光路長をSaとし、第2湾曲部16bCの光路長をSbとする。また、第1及び第2湾曲部16aC及び16bC間の光路長差(Sa−Sb)を、ΔSとする。ところで、波長λの第1光Lt1に関して、位相差ΔΦと光路長差ΔSとの間には、2πΔS/λ=ΔΦが成り立つので、位相差条件から、ΔSは下記式(3)が成立するように設定すればよい。
2ΔS/λ=2M・・・(3)
Here, the optical path length of the first bending portion 16a 3 C constituting the Metaamu portion 32 3 and S 2 a, the optical path length of the second curved portion 16b 3 C and S 2 b. Further, the optical path length difference (S 2 a−S 2 b) between the first and second curved portions 16a 3 C and 16b 3 C is set to ΔS 2 . Incidentally, with respect to the first light Lt1 wavelength lambda 1, between the phase difference .DELTA..PHI the optical path length difference [Delta] S 2, because holds true 2πΔS 2 / λ 1 = ΔΦ, the phase difference condition, [Delta] S 2 is represented by the following formula (3 ) Should be established.
2ΔS 2 / λ 1 = 2M (3)

第2光Lt2をバー出力させるためには、メタアーム部32が第2光Lt2に付与する位相差ΔΦを、干渉条件であるΔΦ=(2M+1)πが更に満たされるように設定するのが好ましい。ところで、波長λの第2光Lt2に関して、位相差ΔΦと光路長差ΔSとの間には、2πΔS/λ=ΔΦが成り立つので、位相差条件から、ΔSは下記式(4)を更に満たすように設定するのが好適である。
2ΔS/λ=2M+1・・・(4)
To the second light Lt2 is bar output is preferably set to Metaamu portion 32 3 is a phase difference .DELTA..PHI to impart to the second optical Lt2, an interference condition ΔΦ = (2M + 1) π is further satisfied . Incidentally, with respect to the second light Lt2 wavelength lambda 2, between the phase difference .DELTA..PHI the optical path length difference [Delta] S 2, because holds true 2πΔS 2 / λ 2 = ΔΦ, the phase difference condition, [Delta] S 2 is represented by the following formula (4 It is preferable to set so as to satisfy the above.
2ΔS 2 / λ 2 = 2M + 1 (4)

このように構成されたメタアーム部32は、メタアーム部32の伝搬後に、第1及び第2湾曲部16aC及び16bCに分布する第1光Lt1に対して、2Mπの位相差を付与する。また、第2光Lt2に対して、(2M+1)πの位相差を付与する。 The meta arm part 32 3 configured as described above has a phase difference of 2Mπ with respect to the first light Lt1 distributed in the first and second bending parts 16a 3 C and 16b 3 C after propagation of the meta arm part 32 3. Give. Further, a phase difference of (2M + 1) π is given to the second light Lt2.

(動作)
以下、図7を参照して、MMZ干渉計40の動作について説明する。入力部24に入力された第1及び第2光Lt1及びLt2は、入力用光導波路24aを伝搬して第1メタ方向性結合器32に至る。
(Operation)
Hereinafter, the operation of the MMZ interferometer 40 will be described with reference to FIG. First and second light Lt1 and Lt2 input to the input unit 24, reaches the first meta directional coupler 32 1 propagated through the input optical waveguide 24a.

第1メタ方向性結合器32は上述のように構成されているので、第1メタ方向性結合器32の伝搬後に、第1光Lt1は、第2光導波路16bへとパワーが移行する結果、第1及び第2直線部16aR及び16bRに等分配されて出力される。一方、第2光Lt2は、第2光導波路16bへ殆どパワー移行することなく、第1直線部16aRから出力される。つまり、第1メタ方向性結合器32は、第1光Lt1に関して3dBカプラとして機能する。 Since the first meta directional coupler 32 1 is configured as described above, the power of the first light Lt1 is transferred to the second optical waveguide 16b 1 after propagation through the first meta directional coupler 32 1. As a result, the first and second linear portions 16a 1 R and 16b 1 R are equally distributed and output. On the other hand, the second light Lt2 is output from the first linear portion 16a 1 R with almost no power transfer to the second optical waveguide 16b 1 . That is, the first meta directional coupler 32 1 functions as a 3dB coupler with respect to the first light Lt1.

続いて、第1及び第2光Lt1及びLt2はメタアーム部32Cを伝搬する。メタアーム部32Cを構成する第1及び第2光湾曲部16aC及び16bCの光路長差ΔSは、上述したように設定されている。よって、メタアーム部32Cを伝搬後に、第1及び第2光湾曲部16aC及び16bCからそれぞれ出力される第1光Lt1には、2Mπの位相差が付与される。一方、第2光Lt2は、第1光湾曲部16aCから出力される成分が殆どであり、第2光湾曲部16bCから出力される成分は僅かではあるが、両成分に(2M+1)πの位相差が付与される。 Subsequently, the first and second lights Lt1 and Lt2 propagate through the meta arm portion 32 3 C. The optical path length difference ΔS 2 between the first and second light bending portions 16a 3 C and 16b 3 C constituting the meta arm portion 32 3 C is set as described above. Therefore, a phase difference of 2Mπ is given to the first light Lt1 output from the first and second light bending portions 16a 3 C and 16b 3 C after propagating through the meta arm portion 32 3 C. On the other hand, the second light Lt2 is mostly the component output from the first light bending portion 16a 3 C, and the component output from the second light bending portion 16b 3 C is small, but both components are (2M + 1). ) A phase difference of π is given.

続いて、第1及び第2光Lt1及びLt2は、第2メタ方向性結合器32に入力される。第2メタ方向性結合器32は、第1メタ方向性結合器32と同様に、3dBカプラとして構成されている。その結果、第1光Lt1は、第2直線部16bRへと全てのパワーが移行し、第2出力用光導波路26bからクロス状態で出力される。一方、第2光Lt2は、第2直線部16bRを伝搬する僅かな成分光が、第1直線部16aRへとパワー移行し、第1出力用光導波路26aからバー状態で出力される。 Subsequently, the first and second lights Lt 1 and Lt 2 are input to the second meta-directional coupler 322. The second meta directional coupler 32 2, like the first meta directional coupler 32 1 is configured as a 3dB coupler. As a result, all the power of the first light Lt1 is transferred to the second linear portion 16b 2 R, and is output in a cross state from the second output optical waveguide 26b. On the other hand, in the second light Lt2, a small amount of component light propagating through the second linear portion 16b 2 R is transferred to the first linear portion 16a 2 R, and is output from the first output optical waveguide 26a in a bar state. The

このように、MMZ干渉計40は、方向性結合器と同等に機能するとともに、分配比をより精密に制御可能な第1及び第2メタ方向性結合器32及び32を用いて波長分離素子を構成している。よって、MMZ干渉計40は、通常の方向性結合器を用いたMZ干渉計型の波長分離素子に比べてクロストーク特性に優れている。 As described above, the MMZ interferometer 40 functions in the same manner as the directional coupler and uses the first and second meta directional couplers 32 1 and 32 2 that can control the distribution ratio more precisely. The element is configured. Therefore, the MMZ interferometer 40 is superior in crosstalk characteristics as compared with an MZ interferometer type wavelength separation element using a normal directional coupler.

また、MMZ干渉計40は、実施形態2の方向性結合器と同様の方向性結合器32L,32R,32L及び32Rを用いて構成されている。その結果、通常の方向性結合器を用いたMZ干渉計型の波長分離素子に比較して、幅誤差に対する耐性が優れている。 The MMZ interferometer 40 is configured using directional couplers 32 1 L, 32 1 R, 32 2 L, and 32 2 R similar to the directional coupler of the second embodiment. As a result, compared to an MZ interferometer type wavelength separation element using a normal directional coupler, resistance to width errors is excellent.

(変形例)
以下、MMZ干渉計40の変形例について説明する。MMZ干渉計40は光素子10及び30と同様の変形が可能であるとともに、さらに以下に列記する変形が可能である。
(Modification)
Hereinafter, modified examples of the MMZ interferometer 40 will be described. The MMZ interferometer 40 can be modified in the same manner as the optical elements 10 and 30, and further can be modified as listed below.

(変形例1)
この実施形態においては、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32の分配比xを0.5に設定して3dBカプラとして動作させ、単独のMMZ干渉計40が波長分離素子を構成する場合について説明した。しかし、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32の分配比xは、任意の値に設定できる。実施形態4で後述するように、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32の分配比xを0.5以外の値に調整したMMZ干渉計40を用いて、いわゆる多段のMZ干渉計型の波長分離素子を構成できる。
(Modification 1)
In this embodiment, the distribution ratio x of the first and second meta-directional couplers 32 1 and 32 2 is set to 0.5 to operate as a 3 dB coupler, and the single MMZ interferometer 40 has a wavelength separation element. The case of configuring has been described. However, the first and second distribution ratio x of meta directional coupler 32 1 and 32 2 can be set to any value. As described later in the fourth embodiment, by using the MMZ interferometer 40 adjusting the first and second meta directional coupler 32 1 and 32 2 of the distribution ratio x to a value other than 0.5, the so-called multi-stage MZ An interferometer type wavelength separation element can be configured.

(変形例2)
この実施形態では、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32として、実施形態2のMZ干渉計32を用いた場合について説明した。しかし、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32としては、他の3dBカプラを用いてもよい。例えば、実施形態1のMZ干渉計22を、第1及び第2メタ方向性結合器32及び32として用いてもよい。
(Modification 2)
In this embodiment, the case where the MZ interferometer 32 of the second embodiment is used as the first and second meta-directional couplers 32 1 and 32 2 has been described. However, other 3 dB couplers may be used as the first and second meta-directional couplers 32 1 and 32 2 . For example, the MZ interferometer 22 of Embodiment 1 may be used as the first and second meta-directional couplers 32 1 and 32 2 .

[実施形態4]
以下、図8を参照して、実施形態4の光素子について説明する。図8は、光素子の構造を概略的に示す平面図である。なお、図8において、光素子を構成するコア18は、クラッド12に覆われているために、直接目視することはできないが、強調のために実線で描いてある。
[Embodiment 4]
Hereinafter, the optical element of Embodiment 4 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a plan view schematically showing the structure of the optical element. In FIG. 8, the core 18 constituting the optical element is covered with the clad 12 and cannot be directly observed, but is drawn with a solid line for emphasis.

(構造)
図8を参照して、光素子60の構造について説明する。光素子60は、言わば、多段のMZ干渉計型の波長分離素子であり、実施形態3のMMZ干渉計40を複数個直列に接続したものに対応する。より正確には、光素子60は、MMZ干渉計40と略同様に構成された第1〜第iMMZ干渉計40−1〜40−i(iは2以上の整数)を備えている。よって、第1〜第iMMZ干渉計40−1〜40−iの構成要素には、MMZ干渉計40と同等の符号を付すとともに、符号の末尾に付した添字「−i」により、第1〜第iMMZ干渉計40−1〜40−iを区別する。また、図面の煩雑さを防ぐために、図8では、説明に必要な構成要素を除いて符号を省略している。
(Construction)
The structure of the optical element 60 will be described with reference to FIG. In other words, the optical element 60 is a multi-stage MZ interferometer type wavelength separation element, and corresponds to a configuration in which a plurality of MMZ interferometers 40 of the third embodiment are connected in series. More precisely, the optical element 60 includes first to i-th MMZ interferometers 40-1 to 40-i (i is an integer equal to or greater than 2) configured in substantially the same manner as the MMZ interferometer 40. Therefore, the components of the first to i-th MMZ interferometers 40-1 to 40-i are denoted by the same reference numerals as those of the MMZ interferometer 40, and the subscripts “-i” attached to the end of the reference numerals indicate The i-MMZ interferometers 40-1 to 40-i are distinguished. Further, in order to prevent the drawing from being complicated, the reference numerals in FIG. 8 are omitted except for the components necessary for the description.

光素子60を構成する光導波路11は、この順序で直列に配置された第1〜第iMMZ干渉計40−1〜40−iを備えている。光導波路11は、さらに、任意的な要素として実施形態1と同様に構成された入力部24と出力部26とを備えている。光素子60は、第1光Lt1をクロス状態で出力し、第2光Lt2をバー状態で出力するように構成されている。   The optical waveguide 11 constituting the optical element 60 includes first to i-th MMZ interferometers 40-1 to 40-i arranged in series in this order. The optical waveguide 11 further includes an input unit 24 and an output unit 26 configured as optional elements in the same manner as in the first embodiment. The optical element 60 is configured to output the first light Lt1 in the cross state and output the second light Lt2 in the bar state.

第1〜第iMMZ干渉計40−1〜40−iは、MMZ干渉計の第1光Lt1に関する分配比が異なっている以外は、実施形態3のMMZ干渉計40と同様に構成されている。すなわち、第1光Lt1をクロス出力するためには、個々の第1〜第iMMZ干渉計40−1〜40−iの第1光Lt1に関する分配率の和を1にすればよい。そこで、第1〜第iMMZ干渉計40−1〜40−iの第1光Lt1に関する分配率xをそれぞれ1/iとしている。   The first to i-th MMZ interferometers 40-1 to 40-i are configured in the same manner as the MMZ interferometer 40 of the third embodiment except that the distribution ratio of the MMZ interferometer with respect to the first light Lt1 is different. That is, in order to cross-output the first light Lt1, the sum of the distribution ratios of the first to iMMZ interferometers 40-1 to 40-i with respect to the first light Lt1 may be set to 1. Therefore, the distribution ratio x regarding the first light Lt1 of the first to i-th MMZ interferometers 40-1 to 40-i is 1 / i, respectively.

ところで、任意の第rMMZ干渉計40−r(rは1〜iの整数。)は、それぞれ2個のメタ方向性結合器32−r及び32−rを備えている。よって、第rMMZ干渉計40−rの分配率を1/iとするためには、メタ方向性結合器32−r及び32−rの分配率を1/(2i)に設定すればよい。 By the way, the arbitrary rMMZ interferometer 40-r (r is an integer of 1 to i) includes two meta directional couplers 32 1 -r and 32 2 -r, respectively. Therefore, in order to set the distribution ratio of the r-th MMZ interferometer 40-r to 1 / i, the distribution ratios of the meta-directional couplers 32 1 -r and 32 2 -r may be set to 1 / (2i). .

あとは、実施形態1での説明と同様にして、分配率が1/(2i)となるように、メタ方向性結合器32−rのアーム部32C−rに導入する位相差を求める。そして、この位相差からアーム部32C−rの光路長差を求め、この光路長差を達成するようにアーム部32C−rを構成する第1及び第2湾曲部16aC−r及び16bC−rの長さを決定する。 After that, in the same manner as described in the first embodiment, the phase difference introduced into the arm portion 32 1 Cr of the meta directional coupler 32 1 -r is set so that the distribution ratio becomes 1 / (2i). Ask. Then, the optical path length difference of the arm portion 32 1 C-r is obtained from this phase difference, and the first and second bending portions 16a 1 C- constituting the arm portion 32 1 C-r so as to achieve this optical path length difference. Determine the lengths of r and 16b 1 Cr.

ここで、互いに隣接する第j及び第(j+1)MMZ干渉計40−j及び40−(j+1)(jは1〜i−1の整数)の組み合わせを考える。そして、第j及び第(j+1)MMZ干渉計40−j及び40−(j+1)からなる構造体を第jペア構造体42−jとする。このとき、第jMMZ干渉計40−jを構成する第1及び第2光導波路16a−j及び16b−jと、第(j+1)MMZ干渉計40−(j+1)を構成する第1及び第2光導波路16a−(j+1)及び16b−(j+1)とは、第jペア構造体42−jの中心点O42−jを対称中心にして、点対称に配置されている。ここで、第jペア構造体42−jの中心点O42−jとは、第jペア構造体42−jの全構成要素についての重心に対応する。   Here, a combination of j-th and (j + 1) -th MMZ interferometers 40-j and 40- (j + 1) (j is an integer of 1 to i-1) adjacent to each other is considered. A structure including the jth and (j + 1) th MMZ interferometers 40-j and 40- (j + 1) is defined as a jth pair structure 42-j. At this time, the first and second optical waveguides 16a-j and 16b-j constituting the jth MMZ interferometer 40-j, and the first and second optical waveguides constituting the (j + 1) th MMZ interferometer 40- (j + 1). The waveguides 16a- (j + 1) and 16b- (j + 1) are arranged point-symmetrically with the center point O42-j of the j-th pair structure 42-j as the center of symmetry. Here, the center point O42-j of the j-th pair structure 42-j corresponds to the center of gravity of all the constituent elements of the j-th pair structure 42-j.

このように、第j及び第(j+1)MMZ干渉計40−j及び40−(j+1)を点対称配置にすることにより、クロス出力される第1光Lt1のピーク波長帯域を広げることができる。   As described above, the jth and (j + 1) th MMZ interferometers 40-j and 40- (j + 1) are arranged in a point-symmetric manner, so that the peak wavelength band of the first light Lt1 that is cross-outputted can be widened.

なお、光素子60の動作は、第rMMZ干渉計40−rを伝搬後の第1光Lt1の分配率が1/iである点を除いて、実施形態3のMMZ干渉計40と同様である。従って、光素子60の動作の説明を省略する。   The operation of the optical element 60 is the same as that of the MMZ interferometer 40 of the third embodiment except that the distribution ratio of the first light Lt1 after propagating through the rMMZ interferometer 40-r is 1 / i. . Therefore, description of the operation of the optical element 60 is omitted.

このように、光素子60は、分配率を任意の値に精密に設定可能な多段の第1〜第iMMZ干渉計40−1〜40−i用いて波長分離素子を構成している。その結果、光素子60は、1段のMZ干渉計型の波長分離素子に比べてクロス出力光及びバー出力光のピーク波長帯域を広げることが可能となる。   As described above, the optical element 60 constitutes a wavelength separation element using the first to i-th MMZ interferometers 40-1 to 40-i that can set the distribution ratio precisely to an arbitrary value. As a result, the optical element 60 can broaden the peak wavelength band of the cross output light and the bar output light as compared with the one-stage MZ interferometer type wavelength separation element.

また、光素子60は、実施形態3の方向性結合器32L,32R,32L及び32Rを用いて構成されている。その結果、通常の方向性結合器を用いたMZ干渉計型の波長分離素子に比較して、幅誤差に対する耐性が優れている。 The optical element 60 is configured using the directional couplers 32 1 L, 32 1 R, 32 2 L, and 32 2 R of the third embodiment. As a result, compared to an MZ interferometer type wavelength separation element using a normal directional coupler, resistance to width errors is excellent.

(変形例)
以下、光素子60の変形例について説明する。光素子60は、光素子10及び30並びにMMZ干渉計40と同様の変形が可能であるとともに、さらに以下の変形が可能である。
(Modification)
Hereinafter, modified examples of the optical element 60 will be described. The optical element 60 can be modified in the same manner as the optical elements 10 and 30 and the MMZ interferometer 40, and can be further modified as follows.

(変形例1)
この実施形態では、第jペア構造体42−jを構成する第1及び第2光導波路を、中心点O42−jを対称中心にして点対称に配置した場合について説明した。しかし、第jペア構造体42−jを構成する第1及び第2光導波路を点対称に配置する必要は無く、重複態様で配置してもよい。このように構成しても、光素子60は、実用上十分な波長分離能力を奏する。
(Modification 1)
In this embodiment, the case where the first and second optical waveguides constituting the j-th pair structure 42-j are arranged point-symmetrically with the center point O42-j as the center of symmetry has been described. However, the first and second optical waveguides constituting the j-th pair structure 42-j do not have to be arranged point-symmetrically, and may be arranged in an overlapping manner. Even if comprised in this way, the optical element 60 has a wavelength separation capability sufficient practically.

8 基板
8a 主面
10,30,50,60 光素子
11 光導波路
12 クラッド
18 コア
22,32, マッハツェンダ干渉計(MZ干渉計)
32LO,32RO,O42−j 中心点
32,32−r 第1メタ方向性結合器
32,32−r 第2メタ方向性結合器
32,32C メタアーム部
22L,32L,32L,32L 第1方向性結合器
22R,32R,32R,32R 第2方向性結合器
22C,32C,32C,32C,32C−r アーム部
16aL,16aR,16aL,16aR,16aL,16aR 第1直線部
16bL,16bR,16bL,16bR,16bL,16bR 第2直線部
16aC,16aC,16aC,16aC,16aC−r 第1湾曲部
16bC,16bC,16bC,16bC,16bC−r 第2湾曲部
16a,16a,16a,16a,16a−j,16a−(j+1) 第1光導波路
16b,16b,16b,16b,16b−j,16b−(j+1) 第2光導波路
16aL1,16aR1 第1幅広領域
16aL2,16aR2 第1幅狭領域
16bL1,16bR1 第2幅狭領域
16bL2,16bR2 第2幅広領域
A16aL,A16bL,A16aR,A16bR 中心線
A1 第1直線
A2 第2直線
IN16a 入力端
OUT16a,OUT16b 出力端
24 入力部
24a 入力用光導波路
24b ダミー導波路
26 出力部
26a 第1出力用光導波路
26b 第2出力用光導波路
40 光ユニット(メタマッハツェンダ(MMZ)干渉計)
40−r 第rMMZ干渉計
40−j 第jMMZ干渉計
40−(j+1) 第(j+1)MMZ干渉計
42−j 第jペア構造体
8 Substrate 8a Main surface 10, 30, 50, 60 Optical element 11 Optical waveguide 12 Clad 18 Core 22, 32, Mach-Zehnder interferometer (MZ interferometer)
32LO, 32RO, O42-j Center points 32 1 , 32 1 -r 1st meta directional coupler 32 2 , 32 2 -r 2nd meta directional coupler 32 3 , 32 3 C meta arm portions 22L, 32L, 32 1 L, 32 2 L 1st directional coupler 22R, 32R, 32 1 R, 32 2 R 2nd directional coupler 22C, 32C, 32 1 C, 32 2 C, 32 1 C-r arm part 16aL, 16aR, 16a 1 L, 16a 1 R, 16a 2 L, 16a 2 R 1st straight line portion 16bL, 16bR, 16b 1 L, 16b 1 R, 16b 2 L, 16b 2 R 2nd straight line portion 16aC, 16a 1 C, 16a 2 C, 16a 3 C, 16a 1 C-r 1st bending portion 16bC, 16b 1 C, 16b 2 C, 16b 3 C, 16b 1 C-r 2nd bending portion 16a, 16a 1 , 16a 2 , 1 6a 3, 16a-j, 16a- (j + 1) first optical waveguide 16b, 16b 1, 16b 2, 16b 3, 16b-j, 16b- (j + 1) second optical waveguide 16aL1,16aR1 first wide area 16aL2,16aR2 1st narrow region 16bL1, 16bR1 2nd narrow region 16bL2, 16bR2 2nd wide region A16aL, A16bL, A16aR, A16bR Center line A1 1st straight line A2 2nd straight line IN16a Input end OUT16a, OUT16b Output end 24 Input section 24a Input Optical waveguide 24b dummy waveguide 26 output portion 26a first output optical waveguide 26b second output optical waveguide 40 optical unit (meta Mach-Zehnder (MMZ) interferometer)
40-r rMMZ interferometer 40-j jMMZ interferometer 40- (j + 1) (j + 1) MMZ interferometer 42-j j-th pair structure

Claims (12)

基板の主面側に設けられたクラッドと、該クラッド中に設けられたコアとで構成された光導波路を備えており、
該光導波路が第1及び第2光導波路を備え、
それぞれ、光結合可能な距離だけ離間して互いに平行に配置した前記第1及び第2光導波路の部分で構成された第1及び第2方向性結合器と、
前記第1及び第2方向性結合器間に介在する前記第1及び第2光導波路の部分で構成されたアーム部とを有し、
前記第1及び第2方向性結合器は、第1波長λの第1光に対して3dBカプラとして機能し、
前記アーム部は、当該アーム部の前記第1及び第2光導波路を伝搬する前記第1光に対して、(2m+z)πの位相差(mは0以上の整数、zは0<z<1の実数)を与えるように構成されていることを特徴とする光素子。
An optical waveguide comprising a clad provided on the main surface side of the substrate and a core provided in the clad;
The optical waveguide comprises first and second optical waveguides;
First and second directional couplers each composed of a portion of the first and second optical waveguides arranged in parallel with each other at a distance capable of optical coupling;
An arm portion composed of portions of the first and second optical waveguides interposed between the first and second directional couplers,
The first and second directional couplers function as a 3 dB coupler for the first light of the first wavelength λ 1 ,
The arm portion has a phase difference of (2m + z) π with respect to the first light propagating through the first and second optical waveguides of the arm portion (m is an integer equal to or greater than 0, and z is 0 <z <1. A real number of the optical element.
前記アーム部を構成する前記第1及び第2光導波路間の光路長差ΔSを、下記式(1)を満たすように設定することを特徴とする請求項1に記載の光素子。
2ΔS/λ=2m+z・・・(1)
2. The optical element according to claim 1, wherein an optical path length difference ΔS 1 between the first and second optical waveguides constituting the arm portion is set so as to satisfy the following formula (1).
2ΔS 1 / λ 1 = 2m + z (1)
第1及び第2方向性結合器の光伝搬方向に沿って測った幾何学的長さを、それぞれ、前記第1光の結合長の1/2とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の光素子。   3. The geometric length measured along the light propagation direction of the first and second directional couplers is set to ½ of the coupling length of the first light, respectively. An optical element according to 1. 前記第1又は第2方向性結合器を構成する第1光導波路が、光伝搬方向に垂直で前記主面に平行な方向に測った長さである幅が第1幅の第1幅広領域と、前記第1幅よりも小さい第2幅の第1幅狭領域とを備えていて、
前記第1又は第2方向性結合器を構成する第2光導波路が、前記幅が前記第1幅の第2幅広領域と、前記第2幅の第2幅狭領域とを備えていて、
前記第1及び第2幅広領域と、前記第1及び第2幅狭領域とは、前記第1又は第2方向性結合器の中心点を対称中心として点対称に配置されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の光素子。
A first optical waveguide constituting the first or second directional coupler is a first wide region having a first width that is a length measured in a direction perpendicular to the light propagation direction and parallel to the main surface; A first narrow region having a second width smaller than the first width,
A second optical waveguide constituting the first or second directional coupler includes a second wide region having the first width and a second narrow region having the second width;
The first and second wide regions and the first and second narrow regions are arranged point-symmetrically with a center point of the first or second directional coupler as a center of symmetry. The optical element according to any one of claims 1 to 3.
前記第1及び第2方向性結合器を構成する第1光導波路が、光伝搬方向に垂直で前記主面に平行な方向に測った長さである幅が第1幅の第1幅広領域と、前記第1幅よりも小さい第2幅の第1幅狭領域とを備えていて、
前記第1及び第2方向性結合器を構成する第2光導波路が、前記幅が前記第1幅の第2幅広領域と、前記第2幅の第2幅狭領域とを備えていて、
前記第1及び第2幅広領域と、前記第1及び第2幅狭領域とは、前記第1及び第2方向性結合器の中心点を対称中心として点対称に配置されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の光素子。
A first optical waveguide constituting the first and second directional couplers is a first wide region having a width that is a length measured in a direction perpendicular to a light propagation direction and parallel to the main surface; A first narrow region having a second width smaller than the first width,
The second optical waveguide constituting the first and second directional couplers includes a second wide region having the first width and a second narrow region having the second width,
The first and second wide regions and the first and second narrow regions are arranged point-symmetrically with respect to a center point of the first and second directional couplers, The optical element according to any one of claims 1 to 3.
前記コアを構成する材料をSiとし、前記クラッドを構成する材料をSiOとすることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の光素子。 6. The optical element according to claim 1, wherein the material constituting the core is Si, and the material constituting the clad is SiO 2 . 前記コアを構成する材料は、前記クラッドを構成する材料の屈折率よりも40%以上大きな屈折率を有していることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の光素子。   The optical element according to any one of claims 1 to 6, wherein the material constituting the core has a refractive index greater by 40% or more than the refractive index of the material constituting the clad. . 請求項1〜7の何れか一項に記載の光素子をそれぞれ第1及び第2メタ方向性結合器として備えるとともに、
該第1及び第2メタ方向性結合器間に介在する第1及び2光導波路で構成されたメタアーム部を備え、
前記第1及び第2メタ方向性結合器の前記アーム部が、それぞれの当該アーム部を伝搬する前記第1光に対して(2m+1/2)πの位相差を与えるように構成されており、
前記メタアーム部が、当該メタアーム部を伝搬する前記第1光に対して2Mπ(Mは0以上の整数)の位相差を与え、
前記第1及び第2メタ方向性結合器が備える第1光導波路と前記メタアーム部が備える第1光導波路とが接続されており、前記第1及び第2メタ方向性結合器が備える第2光導波路と前記メタアーム部が備える第2光導波路とが接続されていることを特徴とする光素子。
While comprising the optical element according to any one of claims 1 to 7 as a first and a second meta-directional coupler,
A meta arm portion composed of first and second optical waveguides interposed between the first and second meta directional couplers;
The arm portions of the first and second meta-directional couplers are configured to give a phase difference of (2m + 1/2) π to the first light propagating through the respective arm portions;
The meta arm unit gives a phase difference of 2Mπ (M is an integer of 0 or more) to the first light propagating through the meta arm unit,
A first optical waveguide included in the first and second meta directional couplers is connected to a first optical waveguide included in the meta arm unit, and a second optical light included in the first and second meta directional couplers. An optical element, wherein a waveguide and a second optical waveguide provided in the meta arm portion are connected.
前記メタアーム部を構成する前記第1及び第2光導波路間の光路長差ΔSを、下記式(2)を満たすように設定することを特徴とする請求項8に記載の光素子。
2ΔS/λ=2M・・・(2)
The optical element according to claim 8, wherein an optical path length difference ΔS 2 between the first and second optical waveguides constituting the meta arm portion is set so as to satisfy the following formula (2).
2ΔS 2 / λ 1 = 2M (2)
前記光素子に、さらに第1波長λとは異なる波長の第2波長λの第2光が入力され、
前記光路長差ΔSを、前記第2光について、下記式(3)を更に満たすように設定することを特徴とする請求項9に記載の光素子。
2ΔS/λ=2M+1・・・(3)
Second light having a second wavelength λ 2 having a wavelength different from the first wavelength λ 1 is further input to the optical element,
The optical element according to claim 9, wherein the optical path length difference ΔS 2 is set so as to further satisfy the following expression (3) for the second light.
2ΔS 2 / λ 2 = 2M + 1 (3)
請求項8〜10の何れか一項に記載の光素子を第1〜第iメタマッハツエンダ干渉計(iは2以上の整数)として備えており、
前記第1〜第iメタマッハツエンダ干渉計は、この順で直列に配置されており、
第j及び第j+1メタマッハツエンダ干渉計(jは1〜i−1の整数)の第1光導波路同士が接続されており、前記第j及び第j+1メタマッハツエンダ干渉計の第2光導波路同士が接続されていることを特徴とする光素子。
The optical element according to any one of claims 8 to 10 is provided as a first to i-th Meta Mach-Zehnder interferometer (i is an integer of 2 or more),
The first to i-th Meta Mach-Zehnder interferometers are arranged in series in this order,
The first optical waveguides of the jth and j + 1th Meta Mach-Zehnder interferometers (j is an integer from 1 to i-1) are connected to each other, and the second light of the jth and j + 1th Meta Mach-Zehnder interferometers is connected. An optical element characterized in that waveguides are connected to each other.
前記第j及び第j+1メタマッハツエンダ干渉計からなる全ての対について、
前記第jメタマッハツエンダ干渉計の前記第1及び第2光導波路と、前記第j+1メタマッハツエンダ干渉計の前記第1及び第2光導波路とが、前記第j及び第j+1メタマッハツエンダ干渉計からなる構造体の中心点を対称中心として点対称に配置されていることを特徴とする請求項11に記載の光素子。
For all pairs consisting of the jth and j + 1th Meta Mach-Zehnder interferometers,
The first and second optical waveguides of the jth meta Mach-Zehnder interferometer and the first and second optical waveguides of the j + 1 meta Mach-Zehnder interferometer are the j-th and j + 1-th metamachers. The optical element according to claim 11, wherein the optical element is arranged point-symmetrically with a center point of a structure formed of an ender interferometer as a center of symmetry.
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