JP3679037B2 - 導波型光回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波型光回路に関し、より詳細には、スラブ導波路を備えた導波型光回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット利用の世界的な広がりにより、大量の大容量データを同時に、かつ高速に伝送できる通信システムの構築が急務となっている。この要望を満たすシステムとして光波長多重（ＷＤＭ）技術を用いた光通信システムが注目されており、米国を中心に世界的な導入が始まっている。
【０００３】
光ＷＤＭ技術には、複数の異なる波長を合分波できる光合分波器が必要不可欠であり、実現形態の一つとして基板上の光導波路により光回路を構成する導波型光回路がある。
【０００４】
導波型光回路は、光におけるＩＣであり、ＬＳＩ微細加工技術等を応用し、光導波路を平面基板上に一括形成するものである。それゆえ、集積性、量産性に優れ、複雑な回路構成を有する高機能回路を実現でき、近年、光通信システムへの関心の高まりに伴い、研究開発が盛んに進められている。
【０００５】
導波型光回路は、半導体、ＬＮ、プラスチック、石英系ガラスなど、種々の材料により実現されてきているが、シリコン基板上に石英系ガラスにて形成する石英系光導波路は、光通信の伝送路である石英系光ファイバと整合性が良く、形成材料の特徴である高い安定性と長期信頼性を有し、安定な動作特性を有する光回路を実現できるなどの特徴から、他の導波路材料に比較して実用化が進んでいる。
【０００６】
石英系光導波路により実用化されている光合分波器の基本構成の一つに、アレイ導波路格子がある。アレイ導波路格子は、導波路アレイとスラブ導波路を接続した単純な構成ながら、複数の異なる波長の光を一括して合分波できる高機能な光回路であり、他の構成に比較して小型化が図れる構成である。
【０００７】
図１は、従来のアレイ導波路格子の基本構成を示す図で、アレイ導波路格子１０１は、２つのスラブ導波路１０２間に導波路アレイ１０３が接続され、入力導波路１０４及び出力導波路１０５がそれぞれ別のスラブ導波路１０２で接続されている。導波路アレイ１０３は隣接する導波路の導波路長が異なり、隣接導波路との導波路長差が光合分波する波長間隔を決めている。
【０００８】
図２（ａ），（ｂ）は、従来のスラブ導波路及び導波路アレイの断面構造を示す図で、図２（ａ）は、スラブ導波路の断面図、図２（ｂ）は、導波路アレイの断面図である。図２（ａ）のスラブ導波路１０２の断面図において、基板２０１上にクラッド２０２でコア２０３を覆った構造であり、コア２０３の幅が基板水平方向で広くなっている。また、図２（ｂ）の導波路アレイ１０３の断面図において、スラブ導波路１０２のコア２０３のコア幅をコア厚と同程度にした構造となるコア２０４の光導波路であり、単一モード導波路である。このような石英系光導波路においては、１２８波までの光合分波器が実現されている。
【０００９】
しかし、基板にシリコンを用いた石英系光導波路により形成したアレイ導波路格子の光学特性は、基板と垂直な電界を有するモード（ＴＭモード）のスペクトルが、水平方向に電界を有するモード（ＴＥモード）に比較して長波長側にシフトする偏波依存性を有する。この波長シフト量は、分波間隔０．８ｎｍのアレイ導波路格子では、０．２〜０．３ｎｍである。光合分波器におけるこのような偏波依存性は、光ファイバにて伝送される信号光の偏波方向が不確定であり、かつ時間的に変動することから、透過損失やクロストークを時間変動させることになり、信号の信頼性を劣化させることになる。
【００１０】
このようなアレイ導波路格子の偏波依存性の原因は、導波路アレイ１０３の各光導波路が、ＴＭモードの感じる実効屈折率がＴＥモードの感じる実効屈折率より大きくなる導波路複屈折を有するためである。比屈折率差Δ＝０．７５％の光導波路では、（２−３）×１０^−４の導波路複屈折がある。この導波路複屈折の原因は、基板であるシリコンと光導波路の材料である石英系ガラスとの熱膨張係数差に起因する残留熱応力のためである。
【００１１】
この偏波依存性を低減する方法として、（１）導波路の両脇に溝を形成し、導波路にかかる応力を低減し、導波路複屈折を低減する方法、（２）導波路上にａ−Ｓｉ等の応力付与膜を形成した後、光回路特性をモニターしながら応力付与膜をトリミングすることで複屈折を制御し、光回路全体の偏波依存性を低減する方法、（３）光回路特性をモニターしながら導波路へ紫外線を照射することで複屈折を制御し、光回路全体で偏波依存性を低減する方法、（４）光回路内に１／２波長板を挿入し、偏波モードを入れ替えることで光回路全体の偏波依存性を低減する方法、（５）コアを覆うクラッドにＧｅＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５等の熱膨張係数を大きくする材料をドープし、基板の熱膨張係数に近づけることで複屈折を低減する方法等が開発され、先に述べた波長シフトを０．０１ｎｍオーダーまで低減することが可能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アレイ導波路格子の波長シフト量は出力導波路（図１の１０５）の出力ポートにより異なり、従来技術で述べた偏波依存性を低減する技術によっても、波長シフト量の出力ポート間ばらつきはほとんど低減されず、偏波依存性の低減を制限していた。
【００１３】
図３は、分波間隔０．８ｎｍ、３２波を光合分波するアレイ導波路格子における各出力ポートのＴＥモードに対するＴＭモードの波長シフトをプロットした図で、光は、入力導波路（図１の１０４）の入力ポート１６より入力した。波長シフト量のばらつきは約０．０２ｎｍあり、出力ポート１から３２の間で一定の傾きをもっている。この原因は、スラブ導波路１０２の導波路複屈折が、約１．１×１０^−４あるためである。
【００１４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、スラブ導波路の導波路複屈折を低減し、これにより生じていた偏波依存性を低減した導波型光回路を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の目的は、特にアレイ導波路格子の出力ポート間の波長シフト量のばらつきを低減し、一様の偏波依存性を有する導波型光回路を提供することにある。
【００１６】
さらに、本発明の目的は、従来技術で述べた偏波依存性低減技術と組み合わせることで、偏波依存性低減限界を下げた導波型光回路を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に形成され、ガラス系材料あるいは高分子材料からなるクラッド及びコアを有し、該コアは前記クラッドで覆われているスラブ導波路を備えたアレイ導波路格子を構成する導波型光回路であって、前記スラブ導波路のコアの少なくとも一部は、基板面に平行で、少なくとも３層以上からなり、隣接する層の屈折率が異なる多層構造であるとともに、該多層構造による構造複屈折がその他の導波路複屈折を補償するように、前記多層構造の層方向が形成され、かつ該多層構造による構造複屈折の大きさが、その他の導波路複屈折による導波路複屈折値の大きさの２倍未満であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基板がシリコン基板であり、光導波路が石英系ガラスで作製されたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、基板上に形成され、ガラス系材料あるいは高分子材料からなるクラッド及びコアを有し、該コアは前記クラッドで覆われているスラブ導波路を備えたアレイ導波路格子を構成する導波型光回路であって、前記スラブ導波路のコアの少なくとも一部は、基板面に垂直で、少なくとも３層以上からなり、隣接する層の屈折率が異なる多層構造であり、層の界面はスラブ導波路の入力中央と出力中央とを結ぶ線分と平行であるとともに、該多層構造による構造複屈折がその他の導波路複屈折を補償するように、前記多層構造の層方向が形成され、かつ該多層構造による構造複屈折の大きさが、その他の導波路複屈折による導波路複屈折値の大きさの２倍未満であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記基板が石英基板であり、光導波路が石英系ガラスで作製されたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記アレイ導波路格子の導波路アレイに複屈折補償器を設けたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記複屈折補償器はλ／２波長板を用いた複屈折補償器であることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記多層構造のコアの少なくとも１つは、コア内で屈折率分布が均等となるように、屈折率の異なる層を交互に配置したことを特徴とする。
【００３３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記多層構造のコアの少なくとも１つは、各層の屈折率及び各層の厚さが中央の層に対して対称となるように配置したことを特徴とする。
【００３４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至６、８のいずれかに記載の発明において、前記多層構造コアの少なくとも１つは、各層の屈折率が、クラッドと接する両端の層からコア内部側層に向かって高くなるように各層を配列したことを特徴とする。
【００３５】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記多層構造のコアの少なくとも１つの総層数が、５層〜１０層であることを特徴とする。
【００３６】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項７乃至１０のいずれかに記載の発明において、複屈折補償器を設けたことを特徴とする。
【００３７】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記複屈折補償器はλ／２波長板を用いた複屈折補償器であることを特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記導波路の複屈折の値は１．５×１０ ^−４ 以下であることを特徴とする。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記多層構造により生じる構造複屈折の値が、以下の式（１），（２）を満たす構成であることを特徴とする。
【数３】

【数４】

ただし、Ｂ _ｓ は多層構造により生じる構造複屈折の値、Ｎは多層構造の層数、ｎ _ｉ 、ｔ _ｉ はそれぞれ各層の屈折率と厚さ、ｃ _１ 、ｃ _２ は、実測または計算によって導波路構造ごとに定まる定数である。
【００４２】
【数２】

【００４３】
ただし、Ｎは多層構造の層数、ｎ_ｉ、ｔ_ｉはそれぞれ各層の屈折率と厚さ、ｃ_１、ｃ_２は、実測または計算によって導波路構造ごとに定まる定数である。
【００４４】
式（１）の右辺において、
【００４５】
【数３】

【００４６】
は層に平行な方向の実効的な屈折率を、
【００４７】
【数４】

【００４８】
は層に垂直な方向の実効的な屈折率を表す。したがって、これらの差が多層構造に由来する構造複屈折となる。そして、これらの計算値は、式（１）のように補正係数ｃ_１、ｃ_２によって、実測または計算によって求められる構造複屈折値Ｂｓと結び付けられる。
【００４９】
補正係数ｃ_１、ｃ_２は、主に、導波路構造(比屈折率差、寸法)による光の閉じ込めに依存し、光の閉じ込めが一定の光導波路では共通の値となる。したがって、適当な多層構造コアを試作して、または適当な多層構造コアについてモード解析を実行して、あらかじめ補正係数を求めておけば、所望の構造複屈折を満たすような多層構造の設計が容易に可能となる。
【００５０】
本発明によれば、スラブ導波路のコアを屈折率の異なる層の多層構造とすることで、層と平行な方向に実効屈折率が高くなる構造複屈折を生じさせることができる。残留熱応力等により生じた複屈折（導波路複屈折）を補償する方向に多層構造となるコアを形成することにより、本発明の目的である、導波路複屈折を低減したスラブ導波路を実現でき、スラブ導波路の導波路複屈折により生じる光回路の偏波依存性を低減できる。特にアレイ導波路格子の各出力ポートの波長シフト量を一様とすることができる。また、従来の偏波依存性低減技術（複屈折補償器）と組み合わせることで、偏波依存性の低減限界を下げた導波型光回路を提供できる。
【００５１】
また、光導波路材料が石英系ガラスである光導波路において、基板をシリコンとした場合、光導波路の実効屈折率が基板に垂直方向の電界（ＴＭモード）に対して大きくなるため、基板に水平方向に多層構造とすることで、応力による導波路複屈折と多層構造による構造複屈折とを打ち消し合わせ、導波路複屈折を低減したスラブ導波路を実現できる。
【００５２】
また、基板が石英の場合には、光導波路の実効屈折率が基板に水平方向の電界（ＴＥモード）に対して大きくなるため、基板に垂直方向に多層構造とすることで、スラブ導波路の導波路複屈折を低減できる。これにより、スラブ導波路の導波路複屈折によって生じる光回路の偏波依存性を低減できる。特にアレイ導波路格子の各出力ポートの波長シフト量を一様とすることができる。
【００５３】
また、石英系光導波路において、従来構造のスラブ導波路は、従来構造の単一モード導波路に比較して導波路複屈折が大きくなっており、この導波路複屈折を打ち消す構造複屈折となる多層構造とするためには、スラブ導波路のコアの多層構造による構造複屈折を、単一モード導波路のコアの多層構造による構造複屈折より大きくする。スラブ導波路及び単一モード導波路に導波路複屈折を解消できる個別の多層構造を適用することで、偏波依存性の小さい回路を提供できる。特にアレイ導波路格子では、各出力ポートの波長シフト量を一様にできるとともに、波長シフトそのものを低減あるいは解消できる。
【００５４】
また、従来の偏波依存性低減技術と組み合わせることで、偏波依存性の低減限界を下げた導波型光回路を提供できる。
【００５５】
また、屈折率が高い層と低い層とを交互に配置した多層構造とすることで、従来と同じ実効屈折率を有し、層に垂直方向での光が感じる屈折率をおおよそ均一となるスラブ導波路を実現できることから、従来と同形状のスラブ導波路を用いて光回路を構成することができる。
【００５６】
また、上述したように、石英系光導波路において、スラブ導波路の導波路複屈折は単一モード導波路の導波路複屈折より大きい。光導波路の寸法等形状により導波路複屈折が異なることがあり、石英系光導波路では、光導波路のコア幅が広がるにつれて導波路複屈折が大きくなる。それゆえ、単一モード導波路、マルチモード導波路、スラブ導波路から形成されるアレイ導波路格子とマルチモード干渉型光結合器（以下、ＭＭＩという）を光結合器としたマッハ・ツェンダー干渉計と組み合わせたような光合分波回路の場合、単一モード導波路、マルチモード導波路、スラブ導波路の順で多層構造による構造複屈折が大きくなるように個別の多層構造を適用することで、それぞれの導波路複屈折を解消し、偏波依存性の小さい回路を提供できる。
【００５７】
また、コアの多層構造の各層の屈折率及びその厚さを、層の中央層に対しておおよそ対称にすることで、伝搬する光の電磁界分布の中心を、従来と同様に、コアのほぼ中心に位置させることができ、また、電磁界分布の形状を基板に垂直、水平方向でコア中心よりほぼ対称にできることから、従来とほぼ同様な回路設計により、所望の回路特性を実現できる。
【００５８】
また、多層構造の各層の屈折率をクラッド側の両端の層からコア内部側の層に向かって高くしたグレーデッドインデックスとすることで、従来の光導波路と異なるスポットサイズを実現しながら、光導波路の複屈折の低減、あるいは、解消できる。
【００５９】
また、多層構造の層数を５〜１０層とすることで、ＦＨＤ法のような厚膜作製プロセスにても、コアとして多層構造を容易に実現できる。また、実施例で述べるように光ファィバとの接続損失を低減できる。
【００６０】
また、多層構造を式（１）〜（３）をおおよそ満たすようにすることで、複雑な解析をすることなく、多層構造を決めることができる。屈折率の異なる少なくとも２層を交互に配置した多層構造では、補正係数ｃ_１＝１はコア内に光が十分に閉じこめられた場合にほぼ相当し、閉じこめが弱い場合は、主に１以下にする。
【００６１】
また、従来の偏波依存性低減技術（複屈折補償器）と組み合わせることでも、導波型光回路の偏波依存性の解消を図れる。例えば、アレイ導波路格子とＭＭＩを光結合器としたマッハ・ツェンダー光干渉計において、スラブ導波路、マルチモード導波路を多層構造のコアとする。単一モード導波路は、その複屈折により光回路の偏波依存性を生じさせアレイ導波路格子の導波路アレイ、及びマッハ・ツェンダー干渉計の光結合器間の光導波路にλ／２波長板を挿入する。これにより、偏波依存性を低減できる。
【００６２】
また、導波型光回路の全ての光導波路のコアを多層構造とする必要はなく、導波型光回路の偏波依存性に影響のある光導波路部分を多層化すれば良い。例えば、上述のようにアレイ導波路格子では、導波路アレイの各導波路とスラブ導波路を多層構造にすれば良い。また、その一部分に適用するだけでも従来に比較して偏波依存性を低減でき、例えば、導波路アレイの各導波路を同程度の割合の長さを多層コアにする、すなわち、偏波依存性に影響のある光導波路部分の内の適当な一部分を多層コアとするなどである。
【００６３】
また、導波型光回路の中で偏波依存性が顕著に現れるのは、一方の光結合器と他方の光結合器を導波路長の異なる複数の導波路で結ぶ光干渉型回路である。光干渉型回路の典型的な構成は、上述のマッハ・ツェンダー干渉計やアレイ導波路格子である。光干渉型回路では、導波路長差分のみ偏波依存性を低減、あるいは解消することで、回路の偏波依存性を低減、あるいは解消できる。すなわち、導波路長が最短の導波路に対する導波路長差分を多層構造コアとすれば良い。あるいは、導波路長差分と一定の長さを加えた長さを多層構造としても良い。また、多層構造コアを連続で形成する必要はなく、合計の導波路長が所定の長さとなれば良い。ラティス型フィルタ等複数の光結合器を複数の導波路で接続した光干渉型回路も本請求項に含まれる。
【００６４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００６５】
［実施形態１］
図４は、本発明における導波型光回路の第１の実施形態を示す図で、図４（ａ）は、スラブ導波路の断面図、図４（ｂ）は、単一モード導波路の断面図である。基板４０１にシリコン基板を用い、クラッド４０２及びコア４０３，４０４は石英系ガラスにより形成している。ここで、コア（スラブ導波路）４０３は第１コア４０３ａ及び第２コア４０３ｂを基板に水平方向にそれぞれ複数積層した多層構造を備え、また、コア４０４（単一モード導波路）は第１コア４０４ａ及び第２コア４０４ｂを基板に水平方向にそれぞれ複数積層した多層構造を備えている。
【００６６】
第１コア４０３ａ，４０４ａ及び第２コア４０３ｂ，４０４ｂの比屈折率差、層厚、層数は、コア４０３，４０４の平均比屈折率差が０．７５％、コア厚が６μｍ（但し、コア４０４の導波路幅は６μｍ）、多層構造による構造複屈折値Ｂが−９×１０^−４（単一モード導波路換算−７×１０^−４）となるように、導波路のモード解析により求めた。ここで、平均比屈折率差は、各コア層の比屈折率差の面積平均とした。
【００６７】
本実施の形態で用いた各層の比屈折率差Δｉ、層厚ｔｉ、層数Ｎｉ（但し、ｉ＝１，２）は、
第１コア４０３ａ，４０４ａ：Δ１＝４．４％、ｔ１＝０．１５μｍ、Ｎ１＝７、
第２コア４０３ｂ，４０４ｂ：Δ２＝０％、ｔ２＝０．８３μｍ、Ｎ２＝６ である。
【００６８】
本実施の形態のスラブ導波路は次のように製造した。基板４０１としてシリコン基板を用い、基板４０１上に火炎堆積法により石英系下部クラッド層（コア下部のクラッド）及びコア層を形成する。コア層は、第１コア及び第２コアを交互に堆積している。第１コアには、屈折率を高めるためにＧｅＯ_２が４４ｍｏｌ％添加されており、透明化温度を下げるために微量のＢ_２Ｏ_３とＰ_２Ｏ_５を添加している。次に、コア層の不要部分を反応性イオンエッチング法により除去し、リッジ状のコア４０３，４０４を形成した後、コア４０３，４０４を覆うように下部クラッドと同等の屈折率を有する上部クラッドを火炎堆積法により形成する。クラッド４０２は、この下部クラッドと上部クラッドにより構成される。
【００６９】
この多層構造を有するスラブ導波路及び単一モード導波路により、図１に示すアレイ導波路格子１０１を作製した。即ち、前述した多層構造を有するスラブ導波路により、スラブ導波路１０２を作製し、また、前述した多層構造を有する単一モード導波路により、導波路アレイ１０３、入力導波路１０４、出力導波路１０５を作製した。
【００７０】
作製したアレイ導波路格子１０１の各出力ポートのＴＥモードに対するＴＭモードの波長シフトを図５に示す。導波路アレイ１０３を多層構造にしたことにより、波長シフトが約−０．５１ｎｍとなっているが、出力ポート間のばらつきが約０．００４ｎｍと従来の０．０２ｎｍに比較して１／５に低減している。これにより、スラブ導波路の導波路複屈折が小さくなったことがわかる。
【００７１】
このアレイ導波路格子１０１に、導波路アレイ１０３を垂直に横切るように１／２波長板を挿入した。各出力ポートで波長シフトは、±０．００３ｎｍ以内（出力ポート間のばらつきは約０．００４ｎｍ）となり、従来の±０．０１ｎｍに比較して、偏波依存性低減の限界を下げることができた。
【００７２】
［実施形態２］
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態におけるコアの比屈折率差Δを０．７５％から１．５％としたものである。比屈折率差を大きくすることは、単一モード導波路の曲げ半径を小さくでき、それにより光回路の小型化を図れる利点がある。但し、通常の光ファイバとの接続損失が大きくなるため、入出力導波路部でスポットサイズ変換技術等を適用する必要がある。
【００７３】
第１コア４０３ａ，４０４ａ及び第２コア４０３ｂ，４０４ｂの比屈折率差、層厚、層数は、コア４０３，４０４の平均比屈折率差が１．５％、コア厚が４μｍ（但し、コア４０４の導波路幅は４μｍ）、多層構造による構造複屈折値Ｂが−５×１０^−４となるように、導波路のモード解析により求めた。構造複屈折Ｂを第１の実施の形態に比較して小さくしたのは、従来構造のスラブ導波路の複屈折値が、比屈折率差Δが高くなると小さくなったことによる。
【００７４】
本実施の形態で用いた各層の比屈折率差Δｉ、層厚ｔｉ、層数Ｎｉ（但し、ｉ＝１，２）は、
第１コア４０３ａ，４０４ａ：Δ１＝２．７％、ｔ１＝０．５８μｍ、Ｎ１＝４
第２コア４０３ｂ，４０４ｂ：Δ２＝０％、ｔ２＝０．５７μｍ、Ｎ２＝３
である。
【００７５】
本実施の形態のスラブ導波路は、第１の実施の形態と同様に作製し、第１コアには、屈折率を高めるためにＧｅＯ_２が２７ｍｏｌ％添加されている。
【００７６】
この多層構造を有するスラブ導波路及び単一モード導波路により、第１の実施の形態と同様に、図１に示す回路構成のアレイ導波路格子１０１を作製した。その後、アレイ導波路格子１０１に、導波路アレイ１０３を垂直に横切るように１／２波長板を挿入した。各出力ポートでのＴＥモードに比較したＴＭモードの波長シフト量は、±０．００５ｎｍ以内（出力ポート間のばらつきは０．００５ｎｍ）となり、第１の実施の形態と同様に、従来の波長シフト量に比較して小さな値となっている。
【００７７】
［実施形態３］
図６は、本発明におけるスラブ導波路の第３の実施形態を示す図で、図６（ａ）は、スラブ導波路の断面図、図６（ｂ）は、単一モード導波路の断面図である。基板６０１に石英基板を用い、クラッド６０２及びコア６０３，６０４は石英ガラスにより形成している。ここで、コア（スラブ導波路）６０３は第１コア６０３ａ及び第２コア６０３ｂを基板に垂直方向に複数層（通常、数１００層〜数１０００層）形成した多層構造を備え、また、コア６０４（単一モード導波路）は第１コア６０４ａ及び第２コア６０４ｂを基板に垂直方向に複数層（通常、数層〜数１０層）形成した多層構造を備えている。
【００７８】
第１コア６０３ａ，６０４ａ及び第２コア６０３ｂ，６０４ｂの屈折率、層厚は、コア６０３，６０４の平均比屈折率が０．７５％、コア厚が６μｍ（但し、コア６０４の導波路幅は６μｍ）、多層構造による構造複屈折値Ｂが−９×１０^−４（単一モード導波路換算−７×１０^−４）となるように、導波路のモード解析により求めた。
【００７９】
本実施の形態で用いた各層の比屈折率差Δｉ、層厚ｔｉ（但し、ｉ＝１，２）は、
第１コア６０３ａ，６０４ａ：Δ１＝４．９％、ｔ１＝０．２３μｍ
第２コア６０３ｂ，６０４ｂ：Δ２＝０％、ｔ２＝１．６９μｍ
である。
【００８０】
本発明の実施形態のスラブ導波路は、次のように製造した。基板６０１として石英基板を用い、基板６０１上に火炎堆積法により第１コア６０３ａ，６０４ａに相当するコア層を形成する。この第１コア６０３ａ，６０４ａには、屈折率を高めるためにＧｅＯ_２がそれぞれ４９ｍｏｌ％添加されている。次に、第２コアに相当する部分を反応性イオンエッチング法により除去した後、短冊状になった第１コア６０３ａ，６０４ａを覆うようにクラッドを火炎堆積法により形成する。クラッド６０２と同時に第２コア６０３ｂ，６０４ｂが形成される。
【００８１】
なお、この際、コアを構成する第１コア及び第２コアの各層の界面は、スラブ導波路の場合は入力端の中央と出力端の中央とを結ぶ線分にほぼ平行に設けられ、単一モード導波路の場合は光の進行方向とおおよそ平行、言い換えれば導波路に沿った方向に設けられる。
【００８２】
この多層構造を有するスラブ導波路及び単一モード導波路により、図１に示すようなアレイ導波路格子１０１を作製した。すなわち、前述した多層構造を有するスラブ導波路により、スラブ導波路１０２を作製し、また、前述した多層構造を有する単一モード導波路により、導波路アレイ１０３、入力導波路１０４、出力導波路１０５を作製した。その後、導波路アレイ１０３を垂直に横切るように１／２波長板を挿入した。
【００８３】
各出力ポートでのＴＥモードに比較したＴＭモードの波長シフトは±０．００６ｎｍ以内（出力ポート間のばらつきが約０．００５ｎｍ）となり、従来、±０．０１ｎｍであった偏波依存性低減の限界を下げることができた。
【００８４】
なお、本実施の形態ではコア６０３，６０４を基板６０１の上に直接形成したが、第１、第２の実施の形態と同様、コアの下部にクラッドを備えたものでも実現できる。
【００８５】
［実施形態４］
本発明の第４の実施形態は、第１の実施形態で説明した図１に示すアレイ導波路格子１０１の導波路アレイ１０３のコアの多層構造を、スラブ導波路１０２より小さな構造複屈折となる多層構造としたものである。
【００８６】
導波路アレイ１０３のコアの多層構造は、構造複屈折値Ｂが−２．３×１０^−４となるように、第１コア及び第２コアの比屈折率差Δｉ、層厚ｔｉ、層数Ｎｉ（但し、ｉ＝１，２）を、
第１コア：Δ１＝２％、ｔ１＝０．４５μｍ、Ｎ１＝５
第２コア：Δ２＝０％、ｔ２＝０．９４μｍ、Ｎ２＝４
とした。
【００８７】
本実施の形態のアレイ導波路格子１０１は、次のように作製した。シリコン基板上に火炎堆積法により下部クラッドを形成し、その上に導波路アレイ用コア層を上記のパラメータで火炎堆積法により作製した。第１コアには、ＧｅＯ_２が２０ｍｏｌ％添加され、微量のＢ_２Ｏ_３とＰ_２Ｏ_５を含有している。スラブ導波路１０２を形成する部分となる導波路アレイ用コア層を反応性イオンエッチング法により除去し、その後、スラブ導波路１０２用コア層を第１の実施の形態と同じパラメータで火炎堆積法により形成した。導波路アレイ用コア層上に形成されたスラブ導波路１０２用コア層を反応性イオンエッチング法により除去した。これにより、下部クラッド上にスラブ導波路形成部分と単一モード導波路形成部分に適した多層構造となるコア層が形成できる。
【００８８】
次に、コア層の不要部分を反応性イオンエッチング法により除去し、リッジ状のコアを形成し、コアを覆うように下部クラッドと同等の屈折率を有する上部クラッドを火炎堆積法により形成した。
【００８９】
作製したアレイ導波路格子１０１の各出力ポートのＴＥモードに対するＴＭモードの波長シフト量は０．０２ｎｍ以下（出力ポート間のばらつき０．００４ｎｍ）であり、偏波依存性を低減する方法として１／２波長板を用いる方法と比較して偏波依存性が若干大きめであるが、偏波依存性を低減する方法適用前の波長シフト０．２〜０．３ｎｍ（出力ポート間のばらつき０．０２ｎｍ）に比較して十分小さな波長シフト及び出力ポート間ばらつきを実現できる。
【００９０】
［実施形態５］
本発明の第５の実施形態では、第１及び第４の実施形態のスラブ導波路の多層構造を、（１）〜（３）式によりさらに厳密に設定し、アレイ導波路格子の波長シフトのばらつきを低減したものである。
【００９１】
図４（ａ）に示すスラブ導波路の第１コア４０３ａ及び第２コア４０３ｂの比屈折率差Δ _ｉ、層厚ｔ_ｉ（ｉ＝１，２）は、次の手順にて設定した。
【００９２】
手順１） 適当な多層構造により光回路を作製し、その特性から多層構造による構造複屈折値を見積もる。その結果と式（１）〜（３）から補正係数ｃ_１、ｃ_２を決める。
【００９３】
手順２） 多層構造による構造複屈折が所定の値となるように、式（１）〜（３）より比屈折率差Δ _ｉ、層厚ｔ_ｉ（ｉ＝１，２）を決める。手順１）は、多層構造の作製精度が良く、屈折率の異なる層を積層した多層構造による構造複屈折以外に新たに応力複屈折等が付加されない場合は、光回路を作製する代わりにモード解析を用いても良い。
【００９４】
コアの平均比屈折率差Δ _ａｖｅが０．７５％、コア厚が６μｍでの多層構造を決めるために、手順１）、図１に示すアレイ導波路格子を、次の３種類の第１コア４０３ａ及び第２コア４０３ｂの比屈折率差Δ _ｉ、層厚ｔ_ｉ（ｉ＝１，２）により作製した。層数は、総層数を１３層とし、第１コアの層数Ｎ１を７層、第２コアの層数Ｎ２を６層で形成した。
【００９５】
１） 第１コア４０３ａ、Δ _１＝１．０％、ｔ_１＝０．６４μｍ
第２コア４０３ｂ、Δ _２＝０％、ｔ_２＝０．２５μｍ
２） 第１コア４０３ａ、Δ _１＝３．０％、ｔ_１＝０．２μｍ
第２コア４０３ｂ、Δ _２＝０％、ｔ_２＝０．７６μｍ
３） 第１コア４０３ａ、Δ _１＝５．１％、ｔ_１＝０．１２μｍ
第２コア４０３ｂ、Δ _２＝０％、ｔ_２＝０．８６μｍ
スラブ導波路及び単一モード導波路は、第１の実施形態と同様に作製し、アレイ導波路格子を作製した。屈折率を高くするためにＧｅＯ_２を比屈折率差Δ１％当たり１０ｍｏｌ％ドープした。
【００９６】
多層構造による導波路複屈折の値Ｂｓを見積もるために、作製したアレイ導波路格子の各出力ポートでのＴＥモードに対するＴＭモードの波長シフトのばらつきを測定した。このばらつきからスラブ導波路での複屈折値Ｂｅを見積もり、このＢｅから従来のコア構造で生じる導波路複屈折値Ｂｏ＝１．１ｘ１０ ^{− 3} を引くことで、多層構造による導波路複屈折の値Ｂｓを見積もった。ここで、Ｂｏ＝１．１ｘ１０ ^{− 3} は、第１の実施形態の波長シフトから再度見積もった値である。第１コアの比屈折率差に対して多層構造による複屈折の大きさ│Ｂｓ│をプロットしたのが図７に示した黒丸である。この結果と（１）〜（３）式より補正係数ｃ_１を１、ｃ_２を０とした。実線は、この補正係数と（１）〜（３）式により計算したものである。
【００９７】
次に、手順２）として、補正係数ｃ_１を１、ｃ_２を０とした（１）〜（３）式より、│Ｂｓ│＝│Ｂｏ│＝１．１ｘ１０ ^{− 3} となる第１コア４０３ａ及び第２コア４０３ｂの比屈折率差Δ _ｉ、層厚ｔ_ｉ（ｉ＝１，２）を求める。図７の計算結果である実線より、│Ｂｓ│＝│Ｂｏ│＝１．１ｘ１０ ^{− 3} となる第１コア４０３ａの比屈折率差Δ _１は５．５％であり、（２），（３）式より、ｔ_１、ｔ_２は下記の値となる。
【００９８】
第１コア４０３ａ、Δ _１＝５．５％、ｔ_１＝０．１１μｍ、Ｎ_１＝７
第２コア４０３ｂ、Δ _２＝０％、ｔ_２＝０．８７μｍ、Ｎ_２＝６
図７より│Ｂｓ│はおおよそΔ _１の１次関数として変化していることから、数点のΔ _１に対する│Ｂｓ│を求め、Δ _１の１次関数として近似曲線を見積もり、それより所定の│Ｂｓ│に対するΔ _１を求めても良い。
【００９９】
この多層構造となるスラブ導波路により、図１に示すアレイ導波路格子を作製した。その後、アレイ導波路格子１０１に、導波路アレイ１０３を垂直に横切るように１／２波長板を挿入した。各出力ポートでのＴＥモードに対するＴＭモードの波長シフト量は、±０．００２ｎｍ以内（出力ポート間のばらつきは０．００２ｎｍ）であった。
【０１００】
第４の実施形態と同様に、導波路アレイ１０３の構造複屈折値が−２．３ｘ１０^{− 4}となる多層構造を、第１コアと第２コアの比屈折率差Δ _ｉ、層厚ｔ_ｉ、層数Ｎ_ｉ（ｉ＝１，２）が
第１コア Δ _１＝２％、ｔ_１＝０．４５μｍ、Ｎ_１＝５
第２コア Δ _２＝０％、ｔ_２＝０．９４μｍ、Ｎ_２＝４
となるように作製した。各出力ポートでのＴＥモードに比較したＴＭモードの波長シフト量は、±０．００８ｎｍ以内（出力ポート間のばらつきは０．００２ｎｍ）であった。
【０１０１】
第１及び第４の実施形態のスラブ導波路の多層構造を、（１）〜（３）式によりさらに厳密に設定することで、アレイ導波路格子の偏波依存性を低減できた。
【０１０２】
［実施形態６］
本発明の第６の実施形態は、第５の実施形態におけるコアの層数を約１／３〜約２倍の範囲で変えた。
【０１０３】
図４（ａ）に示すスラブ導波路のコア４０３の多層構造は、第５の実施形態と同様に、平均比屈折率差Δ _ａｖｅが０．７５％、コア厚が６μｍ、第１コア４０３ａの比屈折率差Δ _１を５．５％、第２コア４０３ｂの比屈折率差Δ _２を０％（多層構造による複屈折の大きさ│Ｂｓ│が１．１ｘ１０^{− 3}）とした。第１コアの層数Ｎ_１を２〜１１層の範囲で変えた１０種類の構造にて、図１に示すアレイ導波路格子を作製した。第２コアの層数Ｎ_２は、（Ｎ_１−１）層である。第１コア４０３ａの層厚ｔ_１と、第２コア４０３ｂの層厚ｔ_２は、次のように設定した。
【０１０４】
１） Ｎ_１＝２、ｔ_１＝０．３９μｍ、ｔ_２＝５．２２μｍ
２） Ｎ_１＝３、ｔ_１＝０．２６μｍ、ｔ_２＝２．６１μｍ
３） Ｎ_１＝４、ｔ_１＝０．２０μｍ、ｔ_２＝１．７４μｍ
４） Ｎ_１＝５、ｔ_１＝０．１６μｍ、ｔ_２＝１．３１μｍ
５） Ｎ_１＝６、ｔ_１＝０．１３μｍ、ｔ_２＝１．０４μｍ
６） Ｎ_１＝７、ｔ_１＝０．１１μｍ、ｔ_２＝０．８７μｍ
７） Ｎ_１＝８、ｔ_１＝０．１０μｍ、ｔ_２＝０．７５μｍ
８） Ｎ_１＝９、ｔ_１＝０．０９μｍ、ｔ_２＝０．６５μｍ
９） Ｎ_１＝１０、ｔ_１＝０．０８μｍ、ｔ_２＝０．５８μｍ
１０） Ｎ_１＝１１、ｔ_１＝０．０７μｍ、ｔ_２＝０．５２μｍ
導波路の製造工程は、第１の実施形態と同じである。
【０１０５】
各出力ポートでのＴＥモードに比較したＴＭモードの波長シフトのポート間ばらつきは、Ｎ_１が２で、０．００５ｎｍであり、│Ｂｓ│が所定値より２．５ｘ１０ ^{− 4} 大きくなっている。これは、従来構造の電磁界分布に比較して波形のひずみが大きいためである。総層数５以上では、ポート間ばらつきは、０．００３ｎｍであり、所定の│Ｂｓ│に対して１．５ｘ１０ ^{− 4} 以内で設定できていることがわかる。これより、総層数は、５以上にすることが望ましい。
【０１０６】
［実施形態７］
本発明の第７の実施形態は、単一モード導波路、マルチモード導波路、及びスラブ導波路の３種類の異なる幅の光導波路により構成される導波型光回路であり、単一モード導波路、マルチモード導波路、スラブ導波路の順に構造複屈折が大きくなる多層構造を適用したものである。導波型光回路は、図１に示すアレイ導波路格子１０１、及び図８に示すＭＭＩを光結合器に用いたマッハ・ツェンダー干渉計８０１にて構成している。
【０１０７】
以下、参考例として、導波型光回路をマッハ・ツェンダー干渉計で構成したものについて説明する。
図８（ａ）は、マッハ・ツェンダー干渉計８０１の構成を示す図で、光結合器であるＭＭＩ８０２と、２つのＭＭＩを繋ぐ光導波路８０３と、一方のＭＭＩと繋がる入力導波路８０４と、他方のＭＭＩと繋がる出力導波路８０５とで構成されている。図８（ｂ）は、ＭＭＩ８１１の構成を示す図で、マルチモード導波路８１２とその一方の端に接続される入力導波路８１３と他方の端に接続される出力導波路８１４より構成されている。
【０１０８】
コアの平均比屈折率差Δ _ａｖｅを０．７５％、コア高さを６μｍとし、単一モード導波路のコア幅は６μｍ、マルチモード導波路のコア幅は２４μｍ、スラブ導波路の幅を２ｍｍとした。多層構造による複屈折の大きさ│Ｂｓ│は、単一モード導波路で、２．３ｘ１０^{− 4}、マルチモード導波路で５ｘ１０^{− 4}、スラブ導波路で１．１ｘ１０^{− 3}となるように、多層構造を（１）〜（３）式を用いて各層の比屈折率差Δ _ｉ、層厚ｔ_ｉ、層数Ｎ_ｉを以下の値に設定した。補正係数は、単一モード導波路でｃ_１＝０．８、ｃ_２＝０、マルチモード導波路でｃ_１＝０．９７、ｃ_２＝０、スラブ導波路でｃ_１＝１、ｃ_２＝０とした。
【０１０９】
単一モード導波路：
第１コア Δ _１＝２％、ｔ_１＝０．４５μｍ、Ｎ_１＝５
第２コア Δ _２＝０％、ｔ_２＝０．９４μｍ、Ｎ_２＝４
マルチモード導波路：
第１コア Δ _１＝３．１％、ｔ_１＝０．２８μｍ、Ｎ_１＝５
第２コア Δ _２＝０％、ｔ_２＝１．１５μｍ、Ｎ_２＝４
スラブ導波路：
第１コア Δ _１＝５．５％、ｔ_１＝０．１６μｍ、Ｎ_１＝５
第２コア Δ _２＝０％、ｔ_２＝１．３１μｍ、Ｎ_２＝４
導波型光回路は、第４の実施形態と同様の手順で作製し、スラブ導波路、マルチモード導波路、単一モード導波路の順にコアを形成した。
【０１１０】
作製した導波型光回路のマッハ・ツェンダー干渉計の特性は、波長シフトが従来の０．２５ｎｍから０．０１ｎｍ、ＴＥモードとＴＭモードのピーク波長の損失差が従来の０．２ｄＢから０．０３ｄＢ以下となり、アレイ導波路格子の特性は各出力ポートでのＴＥモードに対するＴＭモードの波長シフト量は、従来の±０．１３ｎｍ以内（出力ポート間ばらつき０．０２ｎｍ）から±０．０１ｎｍ以内（出力ポート間のばらつきは０．００２ｎｍ）と低減した。これにより、単一モード導波路、マルチモード導波路及びスラブ導波路より構成される導波型光回路に、それぞれ適切な多層構造を適用することで、偏波依存性を低減できることが確認できた。
【０１１１】
［実施形態８］
本発明の第８の実施形態は、３種類の異なる比屈折率差を有する層をほぼ交互に多層化したコア構造である。
【０１１２】
図９は、本発明における第８の実施形態のスラブ導波路の断面図を示す図で、基板９０１にシリコン基板を用い、クラッド９０２及びコア９０３は石英系ガラスにより形成している。コア９０３は、第１コア９０３ａ、第２コア９０３ｂ、及び第３コア９０３ｃを、基板側より第１コア９０３ａ、第２コア９０３ｂ、第３コア９０３ｃ、膜厚が１／２の第２コア９０３ｂ、第１コア９０３ａ、膜厚が１／２の第２コア９０３ｂ、第３コア９０３ｃ、第２コア９０３ｂ、第１コア９０３ａの順で積層した構造であり、コア中央層に対して各層を対称に配置した。
【０１１３】
コアの平均比屈折率差Δ _ａｖｅを０．７５％、コア厚を６μｍ、第１コア９０３ａの比屈折率差Δ _１を６％、第２コア９０３ｂの比屈折率差Δ _２を５％、第３コア９０３ｂの比屈折率差Δ _２を０％とし、多層構造による構造複屈折│Ｂｓ│が１．１ｘ１０^{− 3}となる各層の層厚を、実施の形態５で求めた補正係数ｃ_１＝１、ｃ_２＝０を用いた（１）〜（３）式により次のように設定し、図１に示すアレイ導波路格子を作製した。製造工程は、第１の実施形態と同様である。
【０１１４】
第１コア層９０３ａ、Δ _１＝６％、ｔ_１＝０．１２μｍ、Ｎ_１＝３
第２コア層９０３ｂ、Δ _２＝５％、ｔ_２＝０．１４μｍ、Ｎ_２＝４
（膜厚が１／２の第２コア層９０３ｂの膜厚は０．０７μｍ、
Ｎ_２＝６は、膜厚が１／２の２層を含む）
第３コア層９０３ｂ、Δ _２＝０％、ｔ_２＝２．６１μｍ、Ｎ_２＝２
作製したアレイ導波路格子の各出力ポートでのＴＥモードに比較したＴＭモードの波長シフト量は、±０．０１ｎｍ以内（出力ポート間のばらつきは０．００３ｎｍ）であった。３種類の異なる屈折率層をほぼ交互に配置した構造でも偏波依存性を解消した導波型光回路を実現できることを確認した。
【０１１５】
３種類の異なる比屈折率差の層を交互に配置して多層構造を構成する利点は、２種類の異なる比屈折率差の層を交互に配置して多層構造を構成するのに比べて、比屈折率差、膜厚の選択の自由度が上がることである。コアの平均比屈折率差と多層構造による構造複屈折│Ｂｓ│は、主に、多層構造を構成する層の比屈折率差と膜厚により決まる。２種類の層の交互層で構成する場合、多層構造を規定するパラメータは、２種類の比屈折率差と２種類の膜厚であり、その内の１つを設定すると、平均比屈折率差と構造複屈折│Ｂｓ│が決まっているため、他の３つの値が自動的に設定される。３種類の層の交互配置で構成する場合、多層構造を規定するパラメータは、６種類であり、その内の３つを定めると、平均比屈折率差と│Ｂｓ│が決まっているため、他の３つの値が決まる。それゆえ、例えば、２種類の層の交互配置では、第１〜第７の実施形態のように、第２コアの比屈折率差を０％に設定したため、第１コアの比屈折率差、第１コア及び第２コアの膜厚が自動的に決まった。３種類の層の交互配置では、各層の比屈折率差を設定すれば、各層の膜厚が自動的に決まる。
【０１１６】
すなわち、比屈折率差を適当に選択することができる。これは、作製精度を出しにくいパラメータがある場合、例えば、所定の３種類の比屈折率差にしか設定できない場合、膜厚を高い精度に設定できれば、適切な構造複屈折を与えることができ、複屈折を低減できる利点がある。別の利点として、石英系光導波路においては、光誘起屈折率変化を効率よく生じさせることができる。ＧｅＯ_２を高濃度に添加した石英系ガラスは、高い光誘起屈折率を得ることができる。それゆえ、３種類の層の交互配置において、ＧｅＯ_２を高濃度に添加した層、すなわち、比屈折率の高い層を設定し、構造複屈折の値は膜厚により調整すれば良い。
【０１１７】
本発明は、コアの平均比屈折率差、寸法、多層構造による構造複屈折値を、コアの各層の比屈折率差、厚さ、層数により調整すれば良い。それゆえ、上述した実施形態のコアの平均比屈折率差、寸法、多層構造による複屈折値、コアの各層の比屈折率差、厚さ、層数に限定されるものでない。
【０１１８】
本発明における導波路アレイ等に用いている単一モード導波路は、２モード程度の導波路で、回路内ではおおよそ単一モード導波路として機能する疑似単一モード導波路を含むこととする。
【０１１９】
上述した実施形態では、スラブ導波路を用いた導波型光回路として、アレイ導波路格子を用いたが、これに限定されるものでなく、スターカップラ等に適用できる。
【０１２０】
また、上述した実施形態では、多層構造による構造複屈折値を、従来のコア構造で生じる導波路複屈折値にほぼ等しくなるようにしたが、従来のコア構造で生じる導波路複屈折値の２倍未満の値であれば、少なくとも従来のものよりも光導波路の複屈折を低減でき、光回路の偏波依存性を低減できる。
【０１２１】
また、上述した実施形態では、火炎堆積法によりコア形成したが、作製法に限定されるものでなく、他の石英ガラスによる多層構造を形成できる手段、例えば、スパッタ、プラズマＣＶＤ、ＥＣＲ−ＣＶＤなどにより形成しても導波路複屈折を低減・解消できる。また、屈折率を調整するのにＧｅＯ_２を用いたが、屈折率を所望の値に設定できれば良いので、ＴｉＯ_２等、他のドーパントを適用しても良い。さらに、導波路材料として石英系ガラスを用いたが、屈折率の異なる層を多層化できれば良く、他のガラス系材料、高分子材料なども適用できる。
【０１２２】
本実施形態の層数では、単一モード導波路と光ファィバとの接続損失を０．１〜０．３ｄＢ程度低減でき、層数が少ない方が小さな値となる。作製した光回路の回路としての過剰損失は、従来と同程度である。それゆえ、層数を適切に選択することで、回路特性を損なわずに、入出力導波路を伝搬する光のスポットサイズを光ファイバに近づけることができ、光ファィバとの接続損失を低減することができる。
【０１２３】
また、上述した実施形態では、屈折率の異なる数種類の層をほぼ交互に配置した多層構造としたが、これに限定されるものでなく、クラッド側の層からコア中心に向かって屈折率が高くなるグレーデッドインデックス構造等にも適用できる。交互に配置の場合、光は、応力による複屈折分布の平均的な値を感じ、その大きさは従来の光導波路構造での導波路複屈折とほぼ同程度になっていたが、グレーデッドインデックスの場合、コア中央付近の層で電界分布が強くなるためコア内に顕著な応力分布がある場合に、上述した実施形態の補正係数ｃ_１をそのまま用いることができなくなる。それゆえ、数種類の適当な構造を作製し、それにフィットするような補正係数ｃ_１、ｃ_２を見積もる必要がある。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、スラブ導波路の導波路複屈折を低減でき、スラブ導波路の導波路複屈折により生じていた偏波依存性を低減でき、特にアレイ導波路格子の各出力ポートの波長シフトを一様とすることができる。また、従来の偏波依存性低減技術と組み合わせることで、偏波依存性の低減限界を下げることができ、高性能な導波型光回路を提供することができる。これは、光合分波器では、光合分波器を通過する信号の損失やクロストークの揺らぎを低減することであり、光ＷＤＭ技術を用いた光通信システムにおける信号の信頼性を高めることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアレイ導波路格子の構成図である。
【図２】従来のスラブ導波路及び導波路アレイの断面図である。
【図３】従来のアレイ導波路格子における各出力ポートの波長シフトを示すグラフである。
【図４】本発明の導波型光回路の第１、第２、第４の実施形態を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態によるアレイ導波路格子における各出力ポートの波長シフトを示すグラフである。
【図６】本発明の導波型光回路の第３の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態を説明するための多層構造のコアにおける第１コアの比屈折率差Δ１に対する多層構造による複屈折の大きさ│Ｂｓ│のグラフである。
【図８】（ａ）はマッハ・ツェンダー干渉計、（ｂ）はマルチモード干渉型光結合器を示す図である。
【図９】本発明の第８の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１ アレイ導波路格子
１０２ スラブ導波路
１０３ 導波路アレイ
１０４ 入力導波路
１０５ 出力導波路
２０１ 基板
２０２ クラッド
２０３ コア（スラブ導波路）
２０４ コア（単一モード導波路）
４０１ 基板
４０２ クラッド
４０３ コア（スラブ導波路）
４０４ コア（単一モード導波路）
４０３ａ，４０４ａ 第１コア
４０３ｂ，４０４ｂ 第２コア
６０１ 基板
６０２ クラッド
６０３ コア（スラブ導波路）
６０４ コア（単一モード導波路）
６０３ａ，６０４ａ 第１コア
６０３ｂ，６０４ｂ 第２コア
８０１ マッハ・ツェンダー干渉計
８０２ マルチモード干渉型光結合器（ＭＭＩ）
８０３ 光導波路
８０４ 入力導波路
８０５ 出力導波路
８１１ マルチモード干渉型光結合器（ＭＭＩ）
８１２ マルチモード導波路
８１３ 入力導波路
８１４ 出力導波路
９０１ 基板
９０２ クラッド
９０３ コア
９０３ａ 第１コア
９０３ｂ 第２コア
９０３ｃ 第３コア

Claims (14)

1. 基板上に形成され、ガラス系材料あるいは高分子材料からなるクラッド及びコアを有し、該コアは前記クラッドで覆われているスラブ導波路を備えたアレイ導波路格子を構成する導波型光回路であって、
   前記スラブ導波路のコアの少なくとも一部は、基板面に平行で、少なくとも３層以上からなり、隣接する層の屈折率が異なる多層構造であるとともに、該多層構造による構造複屈折がその他の導波路複屈折を補償するように、前記多層構造の層方向が形成され、かつ該多層構造による構造複屈折の大きさが、その他の導波路複屈折による導波路複屈折値の大きさの２倍未満であることを特徴とする導波型光回路。
2. 前記基板がシリコン基板であり、光導波路が石英系ガラスで作製されたことを特徴とする請求項１に記載の導波型光回路。
3. 基板上に形成され、ガラス系材料あるいは高分子材料からなるクラッド及びコアを有し、該コアは前記クラッドで覆われているスラブ導波路を備えたアレイ導波路格子を構成する導波型光回路であって、
   前記スラブ導波路のコアの少なくとも一部は、基板面に垂直で、少なくとも３層以上からなり、隣接する層の屈折率が異なる多層構造であり、層の界面はスラブ導波路の入力中央と出力中央とを結ぶ線分と平行であるとともに、該多層構造による構造複屈折がその他の導波路複屈折を補償するように、前記多層構造の層方向が形成され、かつ該多層構造による構造複屈折の大きさが、その他の導波路複屈折による導波路複屈折値の大きさの２倍未満であることを特徴とする導波型光回路。
4. 前記基板が石英基板であり、光導波路が石英系ガラスで作製されたことを特徴とする請求項３に記載の導波型光回路。
5. 前記アレイ導波路格子の導波路アレイに複屈折補償器を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の導波型光回路。
6. 前記複屈折補償器はλ／２波長板を用いた複屈折補償器であることを特徴とする請求項５に記載の導波型光回路。
7. 前記多層構造のコアの少なくとも１つは、コア内で屈折率分布が均等となるように、屈折率の異なる層を交互に配置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導波型光回路。
8. 前記多層構造のコアの少なくとも１つは、各層の屈折率及び各層の厚さが中央の層に対して対称となるように配置したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の導波型光回路。
9. 前記多層構造コアの少なくとも１つは、各層の屈折率が、クラッドと接する両端の層からコア内部側層に向かって高くなるように各層を配列したことを特徴とする請求項１乃至６、８のいずれかに記載の導波型光回路。
10. 前記多層構造のコアの少なくとも１つの総層数が、５層〜１０層であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の導波型光回路。
11. 複屈折補償器を設けたことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の導波型光回路。
12. 前記複屈折補償器はλ／２波長板を用いた複屈折補償器であることを特徴とする請求項１１に記載の導波型光回路。
13. 前記導波路の複屈折の値は１．５×１０ ^−４ 以下であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の導波型光回路。
14. 前記多層構造により生じる構造複屈折の値が、以下の式（１），（２）を満たす構成であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の導波型光回路。
    

    

    

    ただし、Ｂ _ｓ は多層構造により生じる構造複屈折の値、Ｎは多層構造の層数、ｎ _ｉ 、ｔ _ｉ はそれぞれ各層の屈折率と厚さ、ｃ _１ 、ｃ _２ は、実測または計算によって導波路構造ごとに定まる定数である。

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