JP2014170073A - 光干渉器 - Google Patents

Abstract

【課題】波長と偏波とを複数含む任意の入力光を、偏波と波長の組で分離する。
【解決手段】２個の光カプラ１６及び１８と、２個の光カプラの間を並列に接続する第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂと、一方の光カプラに備えられた第１ポートＰ_１と、他方の光カプラに備えられた第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３とを備え、第１ポートからの入力光ＩＮが含む偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ３_を、第１及び第２アーム光導波路に合計３個設けられた位相調整領域２２_１〜２２_３の設定に応じた分配比で第２及び第３ポートから出力させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、入力された光を、波長と偏波の組み合わせで分離する光干渉器に関する。

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通信システム（以下、加入者系システムとも称する。）においては、上り通信及び下り通信に異なる波長の光を用いることがある。この場合、局側及び加入者側の双方で、波長の異なる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。

光合分波素子は、発光素子及び受光素子と空間光学的に光軸合わせされて、加入者系システムの加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）や、局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）に用いられる。

上述の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では、光の伝搬経路を、予め作りこまれた光導波路内に限定するので、光合分波素子にレンズやミラー等が不要となる。さらに、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。

近年、シリコン（Ｓｉ）を材料とするコアと、Ｓｉとの屈折率差が大きな酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を材料とするクラッドとで光導波路（以下、Ｓｉ光導波路とも称する。）を構成した光合分波素子が報告されている（例えば、非特許文献１〜３参照）。

Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２２，ｐ．２３９２，２００６年１１月 Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２３，ｐ．１９６８，２００８年１２月 Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２３，ｐ．２３８９１，２０１０年１１月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｖｏｌ．２７，ｐ．４１７，Ｆｅｂ １９，２００９ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．１９，ｐ．１８６１４，Ｓｅｐｔ １２，２０１１ Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．３６，ｐ．２５９０，Ｊｕｌ １，２０１１ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．１９，ｐ．１０９４０，Ｍａｙ ２３，２０１１ Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．２０，ｐ．４０４７，Ｏｃｔ １５，２０１１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｖｏｌ．２９，ｐ．１８０８，Ｊｕｎ １５，２０１１

米国特許４８６０２９４号明細書 米国特許５７６４８２６号明細書 米国特許５９６０１３５号明細書 米国特許７０７２５４１号明細書 特開平８−１６３０２８号公報

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ので、光の閉じ込めが強い。このため、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。また、Ｓｉ光導波路の製造時に、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光合分波素子を小型化することができる。

しかし、Ｓｉ光導波路は、コアの屈折率が大きいので、コアの寸法誤差等の僅かな外乱で、光導波路の等価屈折率に大きな誤差が生じてしまう。これにより、各偏波に関するＳｉ光導波路の等価屈折率がばらつき、偏波間で波長分離能力に差が生じるなどの問題があった。例えば、隣接チャネルとの波長間隔が狭い波長分割多重通信（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）では、各偏波に関する等価屈折率のばらつきにより、隣接チャネルの波長帯域への混信が生じてしまう。

このため、ＷＤＭでは、まず、通信光をＴＥ波とＴＭ波とに偏波分離し、それぞれの偏波ごとに波長を合分波した後に、両偏波を再び統合する方式が有利である。この方式で偏波を分離／統合するためには、偏波分離素子（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）が必要となる。

加入者系システムの光合分波素子と共に用いられるＰＢＳとしては、グレーティング型素子（例えば、非特許文献４参照）、方向性結合器型素子（例えば、非特許文献５〜８参照）、及び干渉器型素子（例えば、非特許文献９参照）等が知られている。

ここで、加入者系システムで広く用いられているＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムでは、１．３１μｍの波長帯域の光（以下、１．３１μｍ光）が上り通信に、１．４９μｍの波長帯域の光（以下、１．４９μｍ光）が下り通信に用いられる。

しかし、これまでに知られているどのＰＢＳも、単一波長の光の偏波分離を行うが、複数の波長の光を同時に偏波分離することができなかった。つまり、従来、１．３１μｍ光と１．４９μｍ光の両者を同時に偏波分離するＰＢＳは存在しなかった。

本発明はこのような技術的背景でなされた。従って、本発明の目的は、１．３１μｍ光と、１．４９μｍ光に限らず波長と偏波の組を複数含む任意の入力光を、偏波と波長で分離するＰＢＳとしても用いることができる光干渉器を得ることにある。以降、入力光を偏波と波長との組み合わせで分離することを、「偏波／波長分離」とも称する。

発明者は、鋭意検討の結果、光干渉器を構成するアーム光導波路に、偏波／波長分離すべき光の個数と同数の位相調整領域を設けることにより、上述した目的を達成できることに想到した。

従って、この発明の第１の光干渉器は、２個の光カプラと、２個の光カプラの間に並列に設けられ、２個の光カプラを接続する第１及び第２アーム光導波路と、一方の光カプラに備えられた第１ポートと、他方の光カプラに備えられた第２及び第３ポートと、第１及び第２アーム光導波路の一方又は双方に合計ｊ個（ｊは２以上の整数）設けられた位相調整領域とを備えている。

そして、第１ポートから入力される偏波と波長の少なくとも一方が異なる第１〜第ｊ成分光を、設定に応じた分配比で第２及び第３ポートから出力させる。

また、この発明の第２の光干渉器は、２個の光カプラと、２個の光カプラの間に並列に設けられ、両光カプラを接続する第１〜第ｕ光導波路（ｕは３以上の整数）と、一方の光カプラに備えられた第１ポートと、他方の光カプラに備えられた第２〜第ｓポート（ｓは、ｓ≦ｕ＋１の整数）とを備える。そして、第１〜第ｕ光導波路は互いに異なる光路長を有する。

ここで、第１ポートから、偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第ｒ成分光（ｒは２以上の整数）を含む入力光が入力され、第１〜第ｕ光導波路のそれぞれが第１〜第ｒ位相調整領域を備え、互いに隣接する第ｖ及び第ｖ＋１光導波路（ｖは、１〜ｕ−１の整数）における第１〜第ｒ位相調整領域の長さに応じて、第１〜第ｒ成分光をそれぞれ第２〜第ｓポートから出力させる。

この発明の光干渉器は、ｊ個の位相調整領域を備えているので、これらの設定に応じて、１．３１μｍ光と１．４９μｍ光に限らず、入力光に含まれる波長と偏波の少なくとも一方が異なるｊ個の成分光を偏波／波長分離できる。

本発明の光干渉器の構造を概略的に示す模式図である。 （Ａ）は、実施形態１の光干渉器の構造及び動作を概念的に示す模式図であり、（Ｂ）は、入力光に含まれる成分光の諸元と、これらの成分光が出力されるポートとの関係を示す図である。 実施形態１の光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ図３を、Ａ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線及びＥ−Ｅ線に沿って切断した切断端面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施形態１の光干渉器の出力特性を示す模式図である。 実施形態２の光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。 実施形態２の光干渉器の出力特性を示す特性図である。 実施形態３の光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。

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、各図では構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示している。また、以下の各実施形態は、この発明の一好適例であり、各構成要素の材質や数値的条件なども、好適な場合の例示に過ぎない。従って、この発明は、以下の各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。

［発明の概要］
図１を参照して、この発明の概要を説明する。図１は、本発明の光干渉器の構造を概略的に示す模式図である。なお、図１では、発明の理解に資するために、光干渉器を簡略的に描いている。つまり、基板及びクラッドの図示を省略するとともに、コアを単なる曲線で、及び各構成要素を矩形のボックスで、それぞれ描いている。

まず、図１を参照して、以下の説明で用いる光干渉器１０の方向及び寸法を定義する。図１に示したような右手系の直交座標系を考え、Ｘ方向を図が描かれた紙面の左から右に向かう方向とし、長さ方向とも称する。また、Ｚ方向を図が描かれた紙面の裏面から表面に向かう方向とし、高さ方向又は厚み方向とも称する。また、Ｙ方向を図が描かれた紙面の下方から上方に向かう方向とし、幅方向とも称する。そして、Ｘ方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」とも称し、Ｙ方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」とも称し、Ｚ方向に沿って測った幾何学的長さを「高さ」又は「厚さ」とも称する。ここでは、入力光ＩＮの光伝搬方向をＸ方向とする。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。この例では、不図示の基板の主面は、ＸＹ平面（紙面）に平行に延在する。

続いて、光干渉器１０の構成を簡単に説明する。光干渉器１０は、２個の光カプラ１６及び１８と、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂとを備える。

第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂはチャネル型光導波路である。第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは、２個の光カプラ１６及び１８の間に並列に設けられ、２個の光カプラ１６及び１８を接続する。以降、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの両者を示す場合には、「アーム部２０」とも称する。

第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂには、ｊ個の位相調整領域２２_１〜２２_ｊが設けられている（ここで、ｊは２以上の整数）。これらの位相調整領域２２_１〜２２_ｊは、この例では、互いに幅が異なるチャネル型光導波路として構成されている。その結果、位相調整領域２２_１〜２２_ｊは、互いに異なる等価屈折率を有する。また、位相調整領域２２_１〜２２_ｊを含む第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの光路長Ｔは互いに異なっている。光干渉器１０は、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂと、ｊ個の位相調整領域２２_１〜２２_ｊが相俟って、入力光ＩＮに含まれるｊ個の成分光Ｃ_１〜Ｃ_ｊの偏波／波長分離を行うことができる。なお、ｊ個の位相調整領域２２_１〜２２_ｊを除いた、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは、互いに光路長Ｔが等しく構成されている。

ここで、「光路長」とは、一般に、光導波路の幾何学的な長さＰを、ある波長及び偏波の光に関する光導波路の等価屈折率ｑで補正した光学的な長さである。光路長ＴはＰ×ｑで与えられる。以降、「光路長」と記載しない長さ（幅、厚み、高さ等を含む）は、単に、幾何学的な長さを示す。

なお、図１では、第１アーム光導波路２０ａに位相調整領域２２_１〜２２_ｋ−１を設け、第２アーム光導波路２０ｂに位相調整領域２２_ｋ〜２２_ｊを設けた構成例を示している（ｋは、１≦ｋ≦ｊの整数）。しかし、位相調整領域２２_１〜２２_ｊを、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂにどのように配置するかは特に制限はない。設計に応じて好適な個数を、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂに配置すればよい。例えば、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの何れか一方のみに、全ての位相調整領域２２_１〜２２_ｊを配置しても良い。

また、この実施形態では、ｊ個の位相調整領域２２_１〜２２_ｊを除いた、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは、互いに光路長Ｔが等しく構成されている場合について説明した。しかし、構造が互いに異なる第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂを用いることで、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂ自体を位相調整領域２２_ｊとしても良い。すなわち、位相調整領域２２_ｊを、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂから位相調整領域２２_１〜２２_ｊ−１を除いた部分領域としてもよい。なお、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの部分領域を位相調整領域２２_ｊとする場合には、両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂの光路長は０（ゼロ）と考える。

一方の光カプラ１６には光入出力用の第１ポートＰ_１が備えられ、他方の光カプラ１８には光入出力用の第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３が備えられる。この例では、光カプラ１６の第１ポートＰ_１から入力光ＩＮが入力され、光カプラ１８の第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３から、偏波／波長分離された出力光ＯＵＴ１及びＯＵＴ２が出力される。

光入力側の光カプラ１６としては、第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂに入力光ＩＮを偏波無依存で等分配する１入力２出力、又は２入力２出力の３ｄＢカプラを用いることができる。また、光入力側の光カプラ１６を偏波無依存な３ｄＢカプラとした場合には、光出力側の光カプラ１８には、２入力２出力の偏波無依存な３ｄＢカプラを用いる。

光カプラ１６用の１入力２出力のカプラとしては、例えば、Ｙ分岐導波路等を用いることができる。また、光カプラ１６及び１８用の２入力２出力のカプラとしては、例えば、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）光導波路を用いたカプラや、方向性結合器を用いることができる。

また、光カプラ１６及び１８には、偏波無依存な３ｄＢカプラの他にも、成分光Ｃ_ｉの波長と偏波とを利用して、偏波／波長分離を行い易く設計した方向性結合器等を採用できる。このように設計された光カプラ１６及び１８については、実施形態１で詳述する。

次に、光干渉器１０の動作について説明する。第１ポートＰ_１からは偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第ｊ成分光Ｃ_１〜Ｃ_ｊを含む入力光ＩＮが入力される。

ここで、「偏波」とは電場の振動方向が互いに直交するＴＥ波及びＴＭ波を指す。ＴＥ波とは、入力光ＩＮの光伝搬方向（図中、Ｘ方向）に伝搬するとともに、電場がＹ方向に振動する偏波を示す。また、ＴＭ波とは、光伝搬方向に伝搬するとともに、電場がＺ方向に振動する偏波を示す。

第ｉ成分光Ｃ_ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｊの整数）を、偏波と波長との組み合わせで、例えば、Ｃ_ｉ＝（λ（Ｃ_ｉ），ＴＭ）と表す。これは、第ｉ成分光Ｃ_ｉが、波長がλ（Ｃ_ｉ）であり、偏波がＴＭ波の組であることを示す。

両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂを伝搬する過程で、位相調整領域２２_１〜２２_ｊにより、これらの第１〜第ｊ成分光Ｃ_１〜Ｃ_ｊには、それぞれ所定の位相差が付与され、偏波／波長分離されて出力される。より詳細には、干渉次数ｍ（Ｃ_ｉ）に２πを乗じた位相差が各成分光Ｃ_１〜Ｃ_ｊに付与される。

干渉次数ｍ（Ｃ_ｉ）が、「１／２×奇数」の場合には、成分光に与えられる位相差は「πの奇数倍」となり、第２ポートＰ_２から、出力光ＯＵＴ１として出力される。また、干渉次数ｍ（Ｃ_ｉ）が「１／２×偶数」の場合には、位相差は「πの偶数倍」となり、第３ポートＰ_３から、出力光ＯＵＴ２として出力される。このように、成分光に与えられる位相差により。各成分光は所望のポートから出力される。

次に、ｊ個の位相調整領域２２_１〜２２_ｊが、領域数ｊと同数のｊ個の成分光Ｃ_１〜Ｃ_ｊの偏波／波長分離を行うことができるメカニズムを説明する。

なお、以下の説明では、次の（１）〜（３）の変数を用いる。
（１）ｊ個の位相調整領域２２_１〜２２_ｊ中の１個を第ｋ位相調整領域２２_ｋと表す。
（２）第ｋ位相調整領域２２_ｋの光伝搬方向に沿った幾何学的長さをＬ_ｋとする。
（３）第ｉ成分光Ｃ_ｉに関する第ｋ位相調整領域２２_ｋの等価屈折率をｎ_ｋ（Ｃ_ｉ）とする。

このとき、各成分光Ｃ_１〜Ｃ_ｊを、第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３から所望の分配比で出力させるためには、下記式（１）の干渉条件が成り立つ必要がある。

より詳細には、式（１）を成分光Ｃ_１〜Ｃ_ｊごとに展開した下記式（１−１）〜（１−ｊ）の干渉条件が成り立つ必要がある。ここで、「分配比」とは、第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３に分配されて出力される各成分光Ｃ_１〜Ｃ_ｊの強度比のことを示す。

ｎ_１（Ｃ_１）×Ｌ_１＋ｎ_２（Ｃ_１）×Ｌ_２＋・・・＋ｎ_ｊ（Ｃ_１）×Ｌ_ｊ＝ｍ（Ｃ_１）×λ（Ｃ_１）・・・（１−１）
ｎ_１（Ｃ_２）×Ｌ_１＋ｎ_２（Ｃ_２）×Ｌ_２＋・・・＋ｎ_ｊ（Ｃ_２）×Ｌ_ｊ＝ｍ（Ｃ_２）×λ（Ｃ_２）・・・（１−２）
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ｎ_１（Ｃ_ｊ）×Ｌ_１＋ｎ_２（Ｃ_ｊ）×Ｌ_２＋・・・＋ｎ_ｊ（Ｃ_ｊ）×Ｌ_ｊ＝ｍ（Ｃ_ｊ）×λ（Ｃ_ｊ）・・・（１−ｊ）
これらの式（１−１）〜（１−ｊ）において、各成分光に関する等価屈折率ｎ_１（Ｃ_１）〜ｎ_ｊ（Ｃ_ｊ）は、位相調整領域の横断面寸法と、成分光の波長及び偏波とを用いたシミュレーション等により求めることができる。また、波長λ（Ｃ_１）〜λ（Ｃ_ｊ）も既知である。さらに、ｍ（Ｃ_ｉ）は、成分光Ｃ_ｉの干渉次数であり、所望に選択される値である。よって、式（１−１）〜（１−ｊ）での未知数は各位相調整領域２２_１〜２２_ｊの長さＬ_１〜Ｌ_ｊのみである。

このように、式（１−１）〜（１−ｊ）では、未知数と式数が等しいので、長さＬ_１〜Ｌ_ｊを一義に定めることができる。つまり、これらの式を用いて、位相調整領域２２_１〜２２_ｊの長さＬ_１〜Ｌ_ｊを設計することにより、波長と偏波とを複数含む入力光ＩＮを偏波／波長分離して第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３から任意の分配比で出力させることができる。

なお、干渉次数ｍ（Ｃ_ｉ）の値を適当に選択することにより、第ｉ成分光Ｃ_ｉの分配率を任意に変化させることができる。つまり、「Ｉｎｔ」を０以上の整数、ｘを０〜１の間の実数とするとき、干渉次数ｍ（Ｃ_ｉ）を「１／２×（Ｉｎｔ＋ｘ）」とすれば、第２及び第３ポートから任意の強度比で第ｉ成分光Ｃ_ｉを出力させることができる。例えば、ｘ＝０．５とすれば、第ｉ成分光Ｃ_ｉに与えられる位相差は「πの半整数倍」となり、光干渉器１０は、第ｉ成分光Ｃ_ｉを第２及び第３ポートＰ_２及びＰ_３に等分配する３ｄＢカプラとして機能する。

また、この例では、コアの幅を変えて等価屈折率を異ならせたチャネル型光導波路を位相調整領域２２_１〜２２_ｊとして用いた場合について説明した。しかし、位相調整領域以外の光導波路で用いられるクラッドとは屈折率を変えた位相調整用クラッドをコアの周囲に設けることで等価屈折率を異ならせた光導波路の部分領域を、１個以上の位相調整領域２２_１〜２２_ｊとして用いても良い。具体的には、クラッドの材料を変更した光導波路の部分領域を位相調整領域２２_１〜２２_ｊとして用いても良い。

［実施形態１］
以下、図２〜図５を参照して、実施形態１の光干渉器について説明する。この実施形態では、光干渉器が、ＯＮＵと共に用いられるＰＢＳである場合を想定している。図２（Ａ）は、この光干渉器の構造及び動作を概念的に示す模式図である。図２（Ｂ）は、入力光に含まれる成分光の諸元と、これらの成分光が出力されるポートとの関係を示す図である。図３は、光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。図４（Ａ）は、光干渉器を図３のＡ−Ａ線に沿って切断した切断端面図を示す。図４（Ｂ）は、光干渉器を図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図を示す。図４（Ｃ）は、光干渉器を図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した切断端面図を示す。図４（Ｄ）は、光干渉器を図３のＤ−Ｄ線に沿って切断した切断端面図を示す。図４（Ｅ）は、光干渉器を図３のＥ−Ｅ線に沿って切断した切断端面図を示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、光干渉器のＴＥ波及びＴＭ波の出力特性を、それぞれ示す模式図である。なお、図２〜４において、図１と同様の構成要素には同符号を付して、重複する説明を省略することもある。また、図２（Ａ）は図１と同様に簡略化している。

（概略説明）
まず、主に図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、光干渉器３０をＰＢＳとしてＯＮＵと共に用いる場合に求められる条件及び動作を概説する。

より詳細には、現在の加入者系システムの主流であるＧＥ−ＰＯＮでは、上述のように下り通信に１．４９μｍ光が用いられ、上り通信に１．３１μｍ光が用いられる。局から送信される１．４９μｍ光は、光ファイバを伝搬する過程で、偏波面がランダムに回転される結果、ＴＥ波とＴＭ波の混合光としてＯＮＵに到達する。また、１．３１μｍ光は、ＯＮＵのＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）から、ＴＥ波として出力される。

よって、図２（Ｂ）に示すように、光干渉器３０が扱う光は、以下の第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ_３である。

１）第１成分光Ｃ_１＝（λ（Ｃ_１）＝１．４９μｍ，ＴＥ）（以下、１．４９ＴＥ光とも称する。）
２）第２成分光Ｃ_２＝（λ（Ｃ_２）＝１．４９μｍ，ＴＭ）（以下、１．４９ＴＭ光とも称する。）
３）第３成分光Ｃ_３＝（λ（Ｃ_３）＝１．３１μｍ、ＴＥ）（以下、１．３１ＴＥ光とも称する。）
この場合、光干渉器３０は３個の成分光Ｃ_１〜Ｃ_３を偏波／波長分離すれば良い。上述のように、偏波／波長分離すべき成分光の数ｊ（＝３）に等しい数の位相調整領域数が必要なので、アーム部２０には、合計３個の位相調整領域２２_１〜２２_３が配置される。

そして、図２（Ｂ）に示すように、光干渉器３０は、第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ_３を偏波／波長分離し、第２ポートＰ_２からＴＥ波である第１及び第３成分光Ｃ_１及びＣ_３をＯＵＴ１として出力し、第３ポートＰ_３からＴＭ波である第２成分光Ｃ_２をＯＵＴ２として出力するように構成される。すなわち、光干渉器３０は、第１及び第３成分光Ｃ_１及びＣ_３の干渉次数を「１／２×奇数」とし、及び、第２成分光Ｃ_２の干渉次数を「１／２×偶数」とするように構成される。

ここで、入力光ＩＮに含まれる成分光の内、偏波がＴＥ波の成分光をまとめて、「ＴＥ成分光群」と、偏波がＴＭ波の成分光をまとめて、「ＴＭ成分光群」とそれぞれ称する。この場合、光干渉器３０は、第１及び第３成分光Ｃ_１及びＣ_３からなるＴＥ成分光群に対して「１／２×奇数」の干渉次数を与え、第２成分光Ｃ_２からなるＴＭ成分光群に対して「１／２×偶数」の干渉次数を与える。

なお、図２（Ａ）では、第１アーム光導波路２０ａに２個、第２アーム光導波路２０ｂに１個の位相調整領域をそれぞれ設けているが、これは、単なる例示である。位相調整領域２２_１〜２２_３の両アーム光導波路２０ａ及び２０ｂへの配置態様に特に制限はない。

（構造）
図３及び４を参照すると、光干渉器３０は、基板８に設けられたクラッド１２と、コア１３とで構成された光導波路１４を有しており、上述の光干渉器１０に対応するマッハツェンダ干渉計ＭＺと、任意的な構成として入力部２４及び出力部２６を備えている。なお、基板８、コア１３及びクラッド１２については後述する。

マッハツェンダ干渉計ＭＺは、光カプラ１６として第１方向性結合器と、光カプラ１８として第２方向性結合器と、第１及び第２方向性結合器の間に並列に設けられ、第１及び第２方向性結合器を接続する第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂとを備える。以下、この実施の形態においては、「光カプラ１６」を「第１方向性結合器１６」と、「光カプラ１８」を「第２方向性結合器１８」ともそれぞれ称する。

第１及び第２アーム光導波路２０ａ及び２０ｂは、互いに光路長が異なり、この例では、第１アーム光導波路２０ａの方が第２アーム光導波路２０ｂよりも光路長が長い。

第１アーム光導波路２０ａは、第１位相調整領域２２_１、第３位相調整領域２２_３及び非調整領域２１ａを備えている。同様に、第２アーム光導波路２０ｂは、第２位相調整領域２２_２及び非調整領域２１ｂを備える。

ここで、非調整領域２１ａとは、第１アーム光導波路２０ａから、第１及び第３位相調整領域２２_１及び２２_３を除いた部分領域を示す。同様に、非調整領域２１ｂとは、第２アーム光導波路２０ｂから、第２位相調整領域２２_２を除いた部分領域を示す。両非調整領域２１ａ及び２１ｂは、横断面形状、平面形状及び光路長が等しく形成されたチャネル型光導波路である。

より詳細には、図４（Ｃ）を参照すると、これらの非調整領域２１ａ及び２１ｂの横断面形状は、幅Ｗ及び高さＨが約３００ｎｍの長方形状である。入力部２４及び出力部２６を構成する光導波路２４ａ，２４ｂ，２６ａ及び２６ｂも、非調整領域２１ａ及び２１ｂの横断面形状と、寸法も含めて同様である。

このように、非調整領域２１ａ及び２１ｂと、入力部２４及び出力部２６の光導波路２４ａ，２４ｂ，２６ａ及び２６ｂの横断面形状を長方形状とすることにより、これらの領域での偏波回転を防止することができる。また、光導波路２４ａと２４ｂの光路長、２６ａと２６ｂの光路長、及び、非調整領域２１ａと２１ｂの光路長をそれぞれ等しくすることにより、これらの領域を伝搬する過程で、各成分光Ｃ_１〜Ｃ_３に位相差は生じない。

第１位相調整領域２２_１は第１アーム光導波路２０ａに設けられ、２個のサブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒに分割されている。両サブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒとも、光伝搬方向に沿った長さがＬ_１／２であり、図４（Ａ）に示すように幅はＷ_１であり、厚みはＨである。この例では、サブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒの長さＬ_１／２は、それぞれ約２．７９μｍである。よって、第１位相調整領域２２_１の全長Ｌ_１は約５．５８μｍである。また、両サブ領域２２_１Ｌ及び２２_１Ｒの幅Ｗ_１は約４００ｎｍであり、厚みＨは約３００ｎｍである。

第２位相調整領域２２_２は第２アーム光導波路２０ｂに設けられ、２個のサブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒに分割されている。両サブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒとも、光伝搬方向に沿った長さがＬ_２／２であり、図４（Ｄ）に示すように幅はＷ_２であり、厚みはＨである。この例では、サブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒの長さＬ_２／２は、それぞれ約３．２１５μｍである。よって、第２位相調整領域２２_２の全長Ｌ_２は約６．４３μｍである。また、両サブ領域２２_２Ｌ及び２２_２Ｒの幅Ｗ_２は約５００ｎｍであり、厚みＨは約３００ｎｍである。

第３位相調整領域２２_３は、第１アーム光導波路２０ａに設けられ、２個のサブ領域２２_３Ｌ及び２２_３Ｒに分割されている。両サブ領域２２_３Ｌ及び２２_３Ｒは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域２２_３Ｌ及び２２_３Ｒとも、光伝搬方向に沿った長さがＬ_３／２であり、図４（Ｂ）に示すように幅はＷ_３であり、厚みはＨである。この例では、サブ領域２２_３Ｌ及び２２_３Ｒの長さＬ_３／２は、それぞれ約０．２６５μｍである。よって、第３位相調整領域２２_３の全長Ｌ_３は約０．５３μｍである。また、両サブ領域２２_３Ｌ及び２２_３Ｒの幅Ｗ_３は約３００ｎｍであり、厚みＨは約３００ｎｍである。

なお、第１〜第３位相調整領域２２_１〜２２_３の長さＬ_１〜Ｌ_３の決定法については、（設計条件）の項で詳細に説明する。

このように、３個の位相調整領域２２_１，２２_２及び２２_３と、非調整領域２１ａ及び２１ｂと、入力部２４及び出力部２６を構成するコア１３の高さ及び幅は約２００〜５００ｎｍの範囲に収まっている。コア１３の高さ及び幅をこの範囲の値にすることで、光導波路１４を高さ方向及び幅方向の両方向に関してシングルモード光導波路とすることができる。

なお、この例では、サブ領域２２_１Ｌと２２_１Ｒ、２２_２Ｌと２２_２Ｒ、及び２２_３Ｌと２２_３Ｒ同士の長さが等しい場合について説明したが、全長が変化しなければ、サブ領域同士の長さは等しくなくとも良い。

また、各位相調整領域２２_１，２２_２及び２２_３を構成するサブ領域の個数も、２個には限定されず、設計に応じて３個以上としてもよい。

また、この例では、各位相調整領域２２_１，２２_２及び２２_３を直線状のチャネル型光導波路とする場合について説明したが、位相調整領域は、湾曲したチャネル型光導波路でもよい。ただ、この場合、湾曲部での等価屈折率は直線状のチャネル型光導波路と異なるので、横断面形状と全長も湾曲形状に応じて定める必要がある。

図３を参照すると、第１方向性結合器１６は、第１光導波路１６ａと第２光導波路１６ｂとを備えている。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、立体形状が等しい直線状に形成されている。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂは、光結合可能な距離を隔てて互いに平行に配置されている。第１光導波路１６ａの一端は第１ポートＰ_１であり、入力部２４の光導波路２４ａに接続されている。第１光導波路１６ａの他端は第１アーム光導波路２０ａに接続されている。第２光導波路１６ｂの一端は第４ポートＰ_４であり、入力部２４の光導波路２４ｂに接続されている。第２光導波路１６ｂの他端は第２アーム光導波路２０ｂに接続されている。この実施形態では、第４ポートＰ_４は、光が入出力されないポート、言わばダミーポートであり、偏波／波長分離に何ら関係しない。

第２方向性結合器１８は第１方向性結合器１６と等しく構成されている。すなわち、第２方向性結合器１８は、第３光導波路１８ａと第４光導波路１８ｂとを備えている。第３及び第４光導波路１８ａ及び１８ｂは、それぞれ第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂとそれぞれ立体形状が等しい。また、第３及び第４光導波路１８ａ及び１８ｂは、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂ間の距離と等しい距離を隔てて互いに平行に配置されている。第３光導波路１８ａの一端は第２ポートＰ_２であり、出力部２６の光導波路２６ａに接続されている。第３光導波路１８ａの他端は第１アーム光導波路２０ａに接続されている。第４光導波路１８ｂの一端は第３ポートＰ_３であり、出力部２６の光導波路２６ｂに接続されている。第４光導波路１８ｂの他端は第２アーム光導波路２０ｂに接続されている。

図２（Ｂ）に示すように構成されている場合、第１方向性結合器１６の第１ポートＰ_１に入力されたＴＥ波である第１及び第３成分光Ｃ_１及びＣ_３は、第１及び第２方向性結合器１６及び１８を伝搬する過程で、第４光導波路１８ｂにパワー移行することなく第２ポートＰ_２から出力される。以降、第１ポートＰ_１から入力された光が、第４光導波路１８ｂへのパワー移行を生じずに第２ポートＰ_２から出力されることを「ＢＡＲ出力」とも称する。

一方、第１ポートＰ_１に入力されたＴＭ波である第２成分光Ｃ_２は、第４光導波路１８ｂへとパワーが移行して第３ポートＰ_３から出力される。以降、第１ポートＰ_１から入力された光が、第４光導波路１８ｂへとパワー移行して第３ポートＰ_３から出力されることを「ＣＲＳ出力」とも称する。

ここで、図４（Ｅ）を参照して、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの具体的な寸法を説明する。第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅はＷ_ＤＣであり、厚みはＨ_ＤＣであり、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの中心間距離はＤ_ＤＣである。この例では、Ｗ_ＤＣは約５００ｎｍであり、Ｄ_ＤＣは約８５０ｎｍであり、厚みＨ_ＤＣは約３００ｎｍである。また、第１方向性結合器１６の長さは、ＣＲＳ出力させる第２成分光Ｃ_２の完全結合長の１／２の長さとしている。これにより、１．４９ＴＭ光である第２成分光Ｃ_２を、十分な消光比でＣＲＳ出力させることができる。第１方向性結合器１６と等しく構成されている第２方向性結合器１８も、この寸法に形成される。

コア１３は、基板８の主面８ａ側に設けられたクラッド１２中に設けられている。コア１３の構成材料は、この例では、屈折率が約３．４７のＳｉである。クラッド１２は、主面８ａ上に一様な厚みで延在する層状体である。より詳細には、クラッド１２は、コア１３の上面と下面及び両側面とを覆っている。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_２である。この例のように、クラッド１２を構成する材料には、コア１３の屈折率の７１．４％以下の材料を用いることが好ましい。この条件の屈折率を持つ材料をクラッド１２に用いることで、コア１３とクラッド１２との屈折率差が十分に大きくなり、光導波路１４内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、例えば、曲率半径が５μｍ程度の湾曲光導波路を形成できる等、光干渉器１０を小型化することができる。また、クラッド１２の材料としては、ＳｉＯ_ｐＮ_ｑ（ただし、ｐ及びｑは、２≧ｐ≧０かつ４／３≧ｑ≧０）を用いても良い。

また、基板８の主面８ａから測ったクラッド１２の厚みは、例えば、約３μｍとする。光導波路１４を伝搬する光の基板８への不所望な結合を防ぐためには、コア１３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。この例では、主面８ａとコア１３の下面との間に、約１．５μｍのクラッド１２を介在させている。基板８は、例えば、Ｓｉを材料とする。

続いて、光干渉器３０の製造方法について簡単に説明する。光干渉器３０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２層とＳｉ層とがこの順序で積層されたＳＯＩ（Ｓｉ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用して作成される。すなわち、最上層のＳｉ層を利用してコア１３を形成し、ＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ−ＯＸｉｄｅ）層であるＳｉＯ_２層をクラッド１２の下層に利用する。より詳細には、最上層のＳｉ層を従来公知のドライエッチング法等でパターニングしてコア１３を作成する。そして、このコア１３を埋め込むように、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で、クラッド１２の上層に対応するＳｉＯ_２層を形成する。これにより、光導波路１４を備える光干渉器３０を得る。

（設計条件）
次に、光干渉器３０の設計法について説明する。加入者系システムでＰＢＳとして用いる光干渉器３０は、第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ_３の波長及び偏波を考慮して偏波／波長分離を行い易いように設計されている。

すなわち、波長が１．３１μｍの第３成分光Ｃ_３は、第１及び第２成分光Ｃ_１及びＣ_２よりも波長が短いので、第１方向性結合器１６において、第１及び第２光導波路間での光の相互作用が弱く、ＣＲＳ出力させ難い。第２方向性結合器１８においても同様である。よって、この第３成分光Ｃ_３をＢＡＲ出力させるように、光干渉器３０を設計するのが合理的である。

このように第３成分光Ｃ_３をＢＡＲ出力と定めれば、光干渉器３０に求められる偏波／波長分離特性から、第３成分光Ｃ_３と同じＴＥ波である第１成分光Ｃ_１はＢＡＲ出力と定まり、ＴＭ波の第２成分光Ｃ_２はＣＲＳ出力と定まる。このように、ＴＥ波をＢＡＲ出力させ、ＴＭ波をＣＲＳ出力させるために、図４（Ｅ）に示したように、Ｗ_ＤＣ＞Ｈ_ＤＣとして、アーム光導波路２０ａへのＴＥ波の閉じ込め能力を高めた。なお、Ｗ_ＤＣ，Ｈ_ＤＣ及びＤ_ＤＣの具体値は、有限要素法を用いたシミュレーションで決定した。

ところで、一般に方向性結合器においては、ＣＲＳ出力させる光に対しては全長を厳密に結合長に合わせる必要があるが、ＢＡＲ出力させる光に対しては、それほどの厳密性は要求されない。よって、第１及び第２方向性結合器１６及び１８の全長は、上述のように、ＣＲＳ出力させる第２成分光Ｃ_２の完全結合長に設定した。

このように各成分光Ｃ_１〜Ｃ_３の出力先（第２又は第３ポートＰ_２又はＰ_３）が決まれば、後はそれに応じて、位相調整領域２２_１〜２２_３を設計すれば良い。具体的には、上述の式（１−１）〜（１−ｊ）でｊ＝３とした、下記の干渉条件式（Ａ）〜（Ｃ）を解けば良い。

ｎ_１（Ｃ_１）×Ｌ_１＋ｎ_２（Ｃ_１）×Ｌ_２＋ｎ_３（Ｃ_１）×Ｌ_３＝ｍ（Ｃ_１）×λ（Ｃ_１）・・・（Ａ）
ｎ_１（Ｃ_２）×Ｌ_１＋ｎ_２（Ｃ_２）×Ｌ_２＋ｎ_３（Ｃ_２）×Ｌ_３＝［ｍ（Ｃ_１）＋１／２］×λ（Ｃ_２）・・・（Ｂ）
ｎ_１（Ｃ_３）×Ｌ_１＋ｎ_２（Ｃ_３）×Ｌ_２＋ｎ_３（Ｃ_３）×Ｌ_３＝ｍ（Ｃ_１）×λ（Ｃ_３）・・・（Ｃ）
ここで、λ（Ｃ_１）及びλ（Ｃ_２）は、第１及び第２成分光Ｃ_１及びＣ_２の波長に対応する１．４９μｍである。λ（Ｃ_３）は、第３成分光Ｃ_３の波長に対応する１．３１μｍである。また、第１〜第３成分光Ｃ_１〜Ｃ_３を出力するポートを勘案して、干渉次数ｍ（Ｃ_１）を１とする。

式（Ａ）〜（Ｃ）から、Ｌ_１〜Ｌ_３は以下の式（Ｄ）〜式（Ｆ）と求まる。

Ｌ_１＝（λ（Ｃ_１）×（ｍ（Ｃ_１）×（δ_３Δｎ_２−δ_２Δｎ_３）−ｎ_２（Ｃ_１）×δ_３／２＋ｎ_３（Ｃ_１）×δ_２／２））／（ｎ_１（Ｃ_１）×（δ_３Δｎ_２−δ_２Δｎ_３）−ｎ_２（Ｃ_１）×（δ_３Δｎ_１−δ_１Δｎ_３）＋ｎ_３（Ｃ_１）×（δ_２Δｎ_１−δ_１Δｎ_２））・・・（Ｄ）
Ｌ_２＝（ｍ（Ｃ_１）×（ｎ_３（Ｃ_３）×λ（Ｃ_１）−ｎ_３（Ｃ_１）×λ（Ｃ_２））−Ｌ_１×（ｎ_３（Ｃ_３）×ｎ_１（Ｃ_１）−ｎ_３（Ｃ_１）×ｎ_１（Ｃ_３）））／（ｎ_３（Ｃ_３）×ｎ_２（Ｃ_１）−ｎ_３（Ｃ_１）×ｎ_２（Ｃ_３））・・・（Ｅ）
Ｌ_３＝（λ（Ｃ_１）×ｍ（Ｃ_１）−Ｌ_１×ｎ_１（Ｃ_１）−Ｌ_２×ｎ_２（Ｃ_１））／ｎ_１（Ｃ_３）・・・（Ｆ）
ここで、Δｎ_１〜Δｎ_３及びδ_１〜δ_３は、下記式（Ｇ）〜式（Ｌ）で定義される。

Δｎ_１＝ｎ_１（Ｃ_１）−ｎ_１（Ｃ_２）・・・（Ｇ）
Δｎ_２＝ｎ_２（Ｃ_１）−ｎ_２（Ｃ_２）・・・（Ｈ）
Δｎ_３＝ｎ_３（Ｃ_１）−ｎ_３（Ｃ_２）・・・（Ｉ）
δ_１＝ｎ_１（Ｃ_１）／λ（Ｃ_１）−ｎ_１（Ｃ_３）／λ（Ｃ_２）・・・（Ｊ）
δ_２＝ｎ_２（Ｃ_１）／λ（Ｃ_１）−ｎ_２（Ｃ_３）／λ（Ｃ_２）・・・（Ｋ）
δ_３＝ｎ_３（Ｃ_１）／λ（Ｃ_１）−ｎ_３（Ｃ_３）／λ（Ｃ_２）・・・（Ｌ）
式（Ｄ）〜式（Ｆ）に上述した値を代入して解くと、既に説明したＬ_１＝５．５８μｍ、Ｌ_２＝６．４３μｍ及びＬ_３＝０．５３μｍが得られる。

（動作）
次に、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、光干渉器３０の動作について説明する。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ光干渉器３０のＴＥ波及びＴＭ波の出力特性を示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）ともに、横軸は波長（μｍ）であり、縦軸は強度（ｄＢ）である。なお、強度は、入力光に対する光強度比率である。なお、これらの特性図は、上述のように設計された光干渉器３０に対して、有限要素法によるモード計算を行うことで得られた。

図５（Ａ）の曲線Ｉは、第２ポートＰ_２からＢＡＲ出力されるＴＥ波の光強度であり、曲線ＩＩは、第３ポートＰ_３からＣＲＳ出力されるＴＥ波の光強度である。曲線Ｉは、１．２５〜１．６μｍの全波長範囲において光強度が約０ｄＢであり、ＢＡＲ出力されるＴＥ波は強度が殆ど低下しないことが分かる。それに対して、曲線ＩＩは、全波長範囲において強度が約−２５ｄＢ以下であり、ＣＲＳ出力されるＴＥ波は、ＢＡＲ出力されるＴＥ波の１／１００未満の強度であることが分かる。つまり、光干渉器３０は、第１及び第３成分光Ｃ_１及びＣ_３を含むＴＥ波を消光比良く、第２ポートＰ_２から出力することができる。

図５（Ｂ）の曲線ＩＩＩは、第３ポートＰ_３からＣＲＳ出力されるＴＭ波の光強度であり、曲線ＩＶは、第２ポートＰ_２からＢＡＲ出力されるＴＭ波の光強度である。曲線ＩＩＩは、第２成分光Ｃ_２の波長である１．４９μｍ付近で約０ｄＢの光強度であり、この波長付近のＴＭ波は、殆どロス無くＣＲＳ出力されることが分かる。また、この波長で第２ポートＰ_２からＢＡＲ出力されるＴＭ波の光強度は、約−３０ｄＢ未満であり、光干渉器３０は、ＴＭ波である第２成分光Ｃ_２を消光比良く、第３ポートＰ_３からＣＲＳ出力することができる。

なお、この実施形態では、光干渉器３０を、ＧＥ−ＰＯＮシステム用のＰＢＳとする場合について説明した。しかし、光干渉器３０は、ＧＥ−ＰＯＮシステムには限定されず、下り波長として１．５７７μｍ光を用い、上り波長として１．２７μｍ光を用いる次世代の１０Ｇ（１０ Ｇｂｉｔ／ｓ）−ＰＯＮシステムのＰＢＳにも応用できる。

［実施形態２］
続いて、図６及び図７を参照して、実施形態２の光干渉器について説明する。図６は、実施形態２の光干渉器４０の構造を概略的に示す平面図である。図７は、実施形態２の光干渉器４０の出力特性を示す特性図である。

図６を参照すると、光干渉器４０は、実施形態１の光干渉器３０を直列に複数段に渡り接続したものに相当する。すなわち、光干渉器４０は、方向性結合器の長さが異なる以外、光干渉器３０と同様に構成された第１及び第２光干渉器３０−１及び３０−２を備えている。

以下、この相違点について説明する。光干渉器４０は、光干渉器３０と同様に動作するように構成されている。すなわち、ＴＥ波である第１及び第３成分光Ｃ_１及びＣ_３を第２光干渉器３０−２の第２ポートＰ_２−２からＢＡＲ出力し、ＴＭ波である第２成分光Ｃ_２を第２光干渉器３０−２の第３ポートＰ_３−２からＣＲＳ出力する。

そのためには、光干渉器４０に含まれる４個の方向性結合器１６−１，１８−１，１６−２及び１８−２の長さの合計を、上述した第２成分光Ｃ_２の完全結合長と等しくする必要がある。つまり、各方向性結合器１６−１，１８−１，１６−２及び１８−２の長さを、それぞれ第２成分光Ｃ_２の完全結合長の１／４の長さとししている。

より詳細には、第１光干渉器３０−１の第２ポートＰ_２−１は、第２光干渉器３０−２の第１ポートＰ_１−２に接続されており、第１光干渉器３０−１からＢＡＲ出力された光が、第２光干渉器３０−２へと入力される。同様に、第１光干渉器３０−１の第３ポートＰ_３−１は、第２光干渉器３０−２の第４ポートＰ_４−２に接続されており、第１光干渉器３０−１からＣＲＳ出力された光が、第２光干渉器３０−２へと入力される。

続いて、図７を参照して、光干渉器４０の出力特性について説明する。図７において、横軸は波長（μｍ）であり、縦軸は光強度である。なお、光強度は、入力光に対する光強度比率である。なお、これらの特性図は、光干渉器４０に対して、有限要素法によるモード計算を行うことで得られた。

図７の曲線Ｉは、第２光干渉器３０−２の第２ポートＰ_２−２からＢＡＲ出力されるＴＥ波の光強度を示す。曲線ＩＩは、第２光干渉器３０−２の第３ポートＰ_３−２からＣＲＳ出力されるＴＭ波の光強度を示す。曲線ＩＩＩは、第２ポートＰ_２−２からＢＡＲ出力されるＴＭ波の光強度を示す。曲線ＩＶは、第３ポートＰ_３−２からＣＲＳ出力されるＴＥ波の光強度を示す。

図７を参照して、ＴＥ波の出力を示す曲線Ｉ及びＩＶを比較すると、１．２〜１．６μｍの全波長範囲において、第３ポートＰ_３−２からＣＲＳ出力されるＴＥ波の強度（曲線ＩＶ）は、第２ポートＰ_２−２からＢＡＲ出力されるＴＥ波の強度（曲線Ｉ）の１／１０００未満であることが分かる。このことから、光干渉器４０は、ＴＥ波に関して言えば、加入者系システムで用いられる波長範囲において、十分な消光比で、偏波／波長分離されている。

また、ＴＭ波の出力を示す曲線ＩＩ及びＩＩＩを比較すると、波長が約１．４９〜１．５８μｍの広い波長範囲において、第２ポートＰ_２−２からＢＡＲ出力されるＴＭ波の強度（曲線ＩＩＩ）は、第３ポートＰ_３−２からＣＲＳ出力されるＴＭ波の強度（曲線ＩＩ）の１／５０未満であることが分かる。このことから、光干渉器４０は、ＴＭ波に関して言えば、加入者系システムのＯＮＵで用いられる波長範囲において、十分な消光比で、偏波／波長分離されている。

また、図７及び５を比較すると、光干渉器４０では、実用上十分な消光比でＣＲＳ出力する波長範囲を光干渉器３０よりも広くすることができる。詳細には、光干渉器３０では、１．４９ＴＭ光だけが良好な消光比でＣＲＳ出力されたのに対し、光干渉器４０では、１．４９〜１．５８μｍの広い波長範囲のＴＭ波が良好な消光比でＣＲＳ出力されている。

［実施形態３］
続いて、図８を参照して、実施形態３の光干渉器について説明する。図８は、実施形態３の光干渉器５０の構造を概略的に示す平面図である。

光干渉器５０は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇｓ）に本発明を応用した例である。

光干渉器５０は、２個の光カプラ５０ａ及び５０ｂと、これらの光カプラ５０ａ及び５０ｂの間に並列に設けられ、両光カプラ５０ａ及び５０ｂを接続する第１〜第ｕ光導波路２０−１〜２０−ｕ（ｕは３以上の整数）を備えるアレイ導波路２３と、一方の光カプラ５０ａに備えられた光入出力用の第１ポートＰ_１と、他方の光カプラ５０ｂに備えられた光入出力用の第２〜第ｓポートＰ_２〜Ｐ_ｓ（ｓは、ｓ≦ｕ＋１の整数）とを備える。

この光干渉器５０には、偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第ｒ成分光（ｒは２以上の整数）を含む入力光ＩＮが第１ポートＰ_１から入力される。この例では、ｕ＝６，ｓ＝４及びｒ＝３である。よって、入力光ＩＮに含まれる第１〜第３成分光Ｃ_１，Ｃ_２及びＣ_３は、第１〜第６光導波路２０−１〜２０−６を伝搬する過程で偏波／波長分離されて、それぞれ、第２〜第４ポートＰ_２〜Ｐ_４から出力される。

第１〜第３成分光の偏波／波長分離を行うために、アレイ導波路２３を構成する第１〜第６光導波路２０−１〜２０−６のそれぞれには、等価屈折率がそれぞれ異なる３個の位相調整領域が設けられる。より詳細には、第１〜第６光導波路２０−１〜２０−６には、第１〜第３位相調整領域２２_１−１〜２２_１−６，２２_２−１〜２２_２−６及び２２_３−１〜２２_３−６が設けられる。そして、互いに隣接する第ｖ及び第ｖ＋１光導波路２０−ｖ及び２０−（ｖ＋１）（ｖは、１〜５の整数）において、第１〜第３位相調整領域２２_１−ｖと２２_１−（ｖ＋１）、２２_２−ｖと２２_２−（ｖ＋１）及び２２_３−ｖと２２_３−（ｖ＋１）の光路長差が調整されている。

これにより、光干渉器５０は、第２〜第４ポートＰ_２〜Ｐ_４から、偏波／波長分離された第１〜第３成分光を出力させることができる。

この実施形態では、偏波／波長分離すべき成分光数ｒが３であり、アレイ導波路２３を構成する光導波路数ｕが６の場合について説明した。しかし、ｒとｕとの関係はこれには限定されず、ｕ≧ｒであれば良い。ただ、実用上十分な消光比で偏波／波長分離を行うためには、ｕ≧２ｒであることが好ましい。さらに、ｕ≧４ｒであれば一層好ましい。

８ 基板
１２ クラッド
１３ コア
１４，２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ 光導波路
１０，３０，４０，５０ 光干渉器
１６ 光カプラ（第１方向性結合器）
１６ａ 第１光導波路
１６ｂ 第２光導波路
１８ 光カプラ（第２方向性結合器）
１８ａ 第３光導波路
１８ｂ 第４光導波路
２０ アーム部
２０ａ 第１アーム光導波路
２０ｂ 第２アーム光導波路
２０−１〜２０−６ 第１〜第６光導波路
２１ａ，２１ｂ 非調整領域
２２_１〜２２_ｊ 位相調整領域（第１〜第ｊ位相調整領域）
２２_１−１〜２２_１−６ 第１位相調整領域
２２_２−１〜２２_２−６ 第２位相調整領域
２２_３−１〜２２_３−６ 第３位相調整領域
２２_１Ｌ，２２_１Ｒ，２２_２Ｌ，２２_２Ｒ，２２_３Ｌ，２２_３Ｒ サブ領域
２３ アレイ導波路
２４ 入力部
２６ 出力部
３０−１ 第１光干渉器
３０−２ 第２光干渉器

Claims (15)

1. 基板の主面側に設けられたクラッドとコアとで構成された光導波路を有し、該光導波路が、
   ２個の光カプラと、
   ２個の該光カプラの間に並列に設けられ、２個の該光カプラを接続する第１及び第２アーム光導波路と、
   一方の前記光カプラに備えられた第１ポートと、
   他方の前記光カプラに備えられた第２及び第３ポートと、
   前記第１及び第２アーム光導波路の一方又は双方に合計ｊ個（ｊは２以上の整数）設けられた位相調整領域と
   を備え、
   前記第１ポートから入力される偏波と波長の少なくとも一方が異なる第１〜第ｊ成分光を、設定に応じた分配比で前記第２及び第３ポートから出力させることを特徴とする光干渉器。
2. 第ｉ成分光C_ｉ（ｉは１〜ｊの整数）を、波長がλ(C_i)であり、及び、偏波がＴＥ波及びＴＭ波の何れかである光とし、
   第ｋ位相調整領域（ｋは１〜ｊの整数）の光伝搬方向に沿った幾何学的長さL_k、前記第ｉ成分光C_ｉに関する前記第ｋ位相調整領域の等価屈折率n_k(C_i)、及び、前記第ｉ成分光C_ｉに関する干渉次数m(C_i)（m(C_i)は正の実数）が、下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光干渉器。
   

   
3. 前記第１〜第ｊ成分光の内、偏波がＴＥ波であるＴＥ成分光群の干渉次数が１／２×奇数であり、偏波がＴＭ波であるＴＭ成分光群の干渉次数が１／２×偶数であることを特徴とする請求項２に記載の光干渉器。
4. 前記第ｊ位相調整領域が、前記第１〜第ｊ−１位相調整領域を除いた、前記第１及び第２アーム光導波路の部分領域であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光干渉器。
5. 前記第１〜第ｊ位相調整領域を除いた、前記第１及び第２アーム光導波路の光路長が互いに等しいことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載に光干渉器。
6. 前記ｊ個の位相調整領域の少なくとも１領域では、位相調整用クラッドが前記コアの周囲に設けられていて、前記位相調整用クラッドの屈折率が前記クラッドの屈折率と異な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干渉器。
7. 前記ｊ個の位相調整領域の、光伝搬方向に直交し、前記主面に平行な長さである幅が、互いに異なっ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干渉器。
8. 前記クラッドの材料として、前記コアの屈折率の７１．４％以下の材料を用いることを特徴とする請求項１〜７のに記載の光干渉器。
9. 前記コアの材料としてＳｉを用い、前記クラッドの材料として、ＳｉＯ_ｐＮ_ｑ（ただし、ｐ及びｑは、２≧ｐ≧０かつ４／３≧ｑ≧０）を用いることを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の光干渉器。
10. 一方及び他方の前記光カプラが、それぞれ方向性結合器であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光干渉器。
11. 一方及び他方の前記光カプラが、それぞれ多モード干渉光導波路であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光干渉器。
12. 前記ｊ個の位相調整領域の少なくとも１領域が、複数のサブ領域を備えることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の光干渉器。
13. 前記主面に垂直な長さである前記コアの厚みが、２００〜５００ｎｍの範囲の値であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の光干渉器。
14. 請求項１〜１３の何れか一項に記載の光干渉器を直列に複数段に渡り接続したことを特徴とする光干渉器。
15. ２個の光カプラと、２個の該光カプラの間に並列に設けられ、当該２個の光カプラを接続する第１〜第ｕ光導波路（ｕは３以上の整数）と、一方の前記光カプラに備えられた第１ポートと、他方の前記光カプラに備えられた第２〜第ｓポート（ｓは、ｓ≦ｕ＋１の整数）とを備え、
    前記第１〜第ｕ光導波路は互いに異なる光路長を有し、
    前記第１ポートから、偏波と波長の一方が少なくとも異なる第１〜第ｒ成分光（ｒは２以上の整数）を含む入力光が入力され、
    前記第１〜第ｕ光導波路のそれぞれが第１〜第ｒ位相調整領域を備え、互いに隣接する第ｖ及び第ｖ＋１光導波路（ｖは、１〜ｕ−１の整数）における第１〜第ｒ位相調整領域の長さに応じて、前記第１〜第ｒ成分光をそれぞれ前記第２〜第ｓポートから出力させることを特徴とする光干渉器。

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