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JP6697423B2 - Optical integrated circuit - Google Patents

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JP6697423B2 JP2017157627A JP2017157627A JP6697423B2 JP 6697423 B2 JP6697423 B2 JP 6697423B2 JP 2017157627 A JP2017157627 A JP 2017157627A JP 2017157627 A JP2017157627 A JP 2017157627A JP 6697423 B2 JP6697423 B2 JP 6697423B2
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Description

本発明は、光集積回路に関し、より詳細には、例えば、可視光のRGB(R:赤色光、G:緑色光、B:青色光)の3原色の光を出力する光集積回路に関する。   The present invention relates to an optical integrated circuit, and more particularly, to an optical integrated circuit that outputs light of three primary colors of visible light RGB (R: red light, G: green light, B: blue light).

近年、眼鏡型端末やプロジェクタ用の3原色光を合波する回路素子として、石英系の平面光波回路(Planar lightwave circuit:PLC)を用いたRGBカプラモジュールが注目されている(例えば非特許文献1参照)。PLCは、平面状の基板に、フォトリソグラフィなどによるパターニングとエッチング加工により、光導波路を作製し、複数の基本的な光回路(例:方向性結合器、マッハ・ツェンダ干渉計など)を組み合わせることで各種の機能を実現する。   In recent years, an RGB coupler module using a silica-based planar lightwave circuit (PLC) has been attracting attention as a circuit element for combining three primary color lights for eyeglass-type terminals and projectors (for example, Non-Patent Document 1). reference). PLC is to combine a plurality of basic optical circuits (eg, directional coupler, Mach-Zehnder interferometer, etc.) on a planar substrate by patterning by photolithography and etching to create an optical waveguide. To realize various functions.

3原色光の合波回路としては、例えば、方向性結合器及び/又はマッハ・ツェンダ干渉計(非特許文献1参照)を利用するものが存在する。本明細書では、最も単純な方向性結合器を用いた場合について、図1を例に説明する。   As a multiplexing circuit for the three primary color lights, there is, for example, one that uses a directional coupler and / or a Mach-Zehnder interferometer (see Non-Patent Document 1). In this specification, the case of using the simplest directional coupler will be described with reference to FIG. 1 as an example.

図1は、PLCを用いたRGBカプラモジュールの基本構造を示す。図1に示すように、PLCを用いたRGBカプラモジュールの基本構造は、それぞれが可視光レーザに結合した、第1乃至第3の光導波路1乃至3の3本の光導波路で形成される。第1の光導波路1には第1の方向性結合器4が結合されている。第2の光導波路2には出力導波路5が結合されている。第3の光導波路3には第2の方向性結合器6が結合されている。第1の方向性結合器4は、波長λ1の光を第1の光導波路1から第2の光導波路2に結合するとともに、波長λ2の光を第2の光導波路2から第1の光導波路1に結合し、第1の光導波路1から第2の光導波路2に結合するように、導波路長と、導波路幅と、導波路間のギャップとが設計されている。第2の方向性結合器6は、波長λ3の光を第3の光導波路3から第2の光導波路2に結合し、波長λ1及び波長λ2の光を透過するように、導波路長と、導波路幅と、導波路間のギャップとが設計されている。   FIG. 1 shows the basic structure of an RGB coupler module using a PLC. As shown in FIG. 1, the basic structure of an RGB coupler module using a PLC is formed by three optical waveguides, first to third optical waveguides 1 to 3, each coupled to a visible light laser. A first directional coupler 4 is coupled to the first optical waveguide 1. An output waveguide 5 is coupled to the second optical waveguide 2. A second directional coupler 6 is coupled to the third optical waveguide 3. The first directional coupler 4 couples the light of the wavelength λ1 from the first optical waveguide 1 to the second optical waveguide 2, and the light of the wavelength λ2 from the second optical waveguide 2 to the first optical waveguide. The waveguide length, the waveguide width, and the gap between the waveguides are designed so that they are coupled to each other and coupled from the first optical waveguide 1 to the second optical waveguide 2. The second directional coupler 6 couples the light of the wavelength λ3 from the third optical waveguide 3 to the second optical waveguide 2, and transmits the light of the wavelength λ1 and the wavelength λ2 with a waveguide length, The waveguide width and the gap between the waveguides are designed.

λ1<λ2<λ3として、例えば第1の光導波路1には青色光(波長λ1)を入射し、第2の光導波路2には緑色光(波長λ2)を入射し、第3の光導波路3には赤色光(波長λ3)を入射する。3色の光は、第1の方向性結合器4及び第2の方向性結合器6を介して合波されて出力導波路5から出力される。3原色光の合波回路では、バンド幅比の小さな通信用の光合波回路とは異なり、青色光の波長(波長帯400nm)と赤色光の波長(波長帯700nm)とが大きく異なることから、結合長の波長依存性が顕著に出る。そのため、このような構成が実現可能となる。   As λ1 <λ2 <λ3, for example, blue light (wavelength λ1) enters the first optical waveguide 1, green light (wavelength λ2) enters the second optical waveguide 2, and third optical waveguide 3 The red light (wavelength λ3) is incident on. The lights of the three colors are combined via the first directional coupler 4 and the second directional coupler 6 and output from the output waveguide 5. The wavelength difference of the blue light (wavelength band 400 nm) and the wavelength of the red light (wavelength band 700 nm) are greatly different in the three-primary-color light multiplexing circuit, which is different from the communication light multiplexing circuit having a small bandwidth ratio. The wavelength dependence of the bond length is remarkable. Therefore, such a configuration can be realized.

A. Nakao, R. Morimoto, Y. Kato, Y. Kakinoki, K. Ogawa and T. Katsuyama, “Integrated waveguide-type red-green-blue beam combiners for compact projection-type displays”, Optics Communications 330 (2014) 45-48A. Nakao, R. Morimoto, Y. Kato, Y. Kakinoki, K. Ogawa and T. Katsuyama, “Integrated waveguide-type red-green-blue beam combiners for compact projection-type displays”, Optics Communications 330 (2014) 45-48

可視光レーザは、出力する光の色によって異なる材料基板上に作製されるため、色毎に活性層の高さが異なる。一方、図1に示す様なPLCを用いた合波回路は、導波路の高さが同一平面上となるように作られる。このため、異なる色のレーザ光をPLCに入射する場合、各色の可視光レーザの出射面の高さを揃える必要がある。従来では、色毎に別のキャリアに可視光レーザを搭載して可視光レーザの出射面の高さを揃える必要があった。   Since the visible light laser is manufactured on a material substrate that differs depending on the color of light to be output, the height of the active layer differs for each color. On the other hand, a multiplexing circuit using a PLC as shown in FIG. 1 is made so that the heights of the waveguides are on the same plane. Therefore, when laser lights of different colors are made incident on the PLC, it is necessary to make the heights of the emission surfaces of the visible light lasers of the respective colors uniform. Conventionally, it was necessary to mount a visible light laser on a different carrier for each color and to make the heights of the emission surfaces of the visible light lasers uniform.

しかし、図1に示すような従来の3原色光の合波回路は、1つの端面に第1乃至第3の光導波路1乃至3の各入力ポートを設けた構成としている。そのため、各可視光レーザを第1乃至第3の光導波路1乃至3に結合するために各可視光レーザを搭載した各キャリアを1列に並べた場合、第1乃至第3の光導波路1乃至3の配列方向における光合波回路の幅は、各キャリアの幅及び取り付け治具などの干渉を考慮して大きく設計する必要がある。   However, the conventional three-primary-color light multiplexing circuit as shown in FIG. 1 has a configuration in which the input ports of the first to third optical waveguides 1 to 3 are provided on one end face. Therefore, when the carriers carrying the respective visible light lasers are arranged in a line in order to couple the respective visible light lasers to the first to third optical waveguides 1 to 3, the first to third optical waveguides 1 to It is necessary to design the width of the optical multiplexing circuit in the arrangement direction of 3 large considering the width of each carrier and the interference of the mounting jig.

従って、図1に示すような従来の3原色光の合波回路では、合波に必要な回路サイズ以上にチップが大きくなり、小型化を妨げる要因であった。   Therefore, in the conventional multiplexing circuit for three-primary-color light as shown in FIG. 1, the chip becomes larger than the circuit size required for multiplexing, which is a factor that hinders miniaturization.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型化を実現可能な3原色光を出力する光集積回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical integrated circuit that outputs three primary color lights that can be downsized.

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、出力端面と、前記出力端面に対向する第1の入力端面と、互いに対向する第2の入力端面及び第3の入力端面と、を含む平面光波回路と、前記平面光波回路の前記第1の入力端面に配置された赤色光を出力する赤色光レーザと、前記第2の入力端面に配置された青色光を出力する青色光レーザと、前記第3の入力端面に配置された緑色光を出力する緑色光レーザと、を備えた光集積回路であって、前記出力端面から、前記赤色光、前記青色光、及び前記緑色光を出力するものであり、前記平面光波回路は、前記赤色光レーザ、前記青色光レーザ、及び前記緑色光レーザにそれぞれ光結合した第1乃至第3の光導波路と、前記第3の光導波路を導波する前記緑色光を前記第2の光導波路に移行して当該第2の光導波路を導波する前記青色光と合波する第1の光合波部と、前記第1の光導波路を導波する前記赤色光を前記第2の光導波路に移行して前記第1の光合波部において合波された光と合波する第2の光合波部と、を含み、前記第2の光導波路及び前記第3の光導波路は、それぞれ、前記出力端面の方向に曲がるように構成された90°の光路変換用の曲げ導波路部分を有し、更に、前記第2の光導波路は、前記第2の光合波部で合波された光を出力する出力ポートを有し、且つ入力ポートと前記曲げ導波路部分との間の導波路部分で前記第1の光導波路と交差しており、当該交差の角度が15°〜90°であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, one state like the present invention, an output end face, and a first input end face facing the output end face, and a second input end face and the third input end face facing each other, the blue light output and planar lightwave circuit, a red light laser for outputting pre Symbol first placed red light input end face of the planar lightwave circuit, a pre-Symbol blue light disposed on a second input end face comprising a laser, an optical integrated circuit and a green light laser for outputting green light placed on the third input end face, from the output end face, the red light, the blue light, and the green Color light is output , and the planar lightwave circuit includes first to third optical waveguides optically coupled to the red light laser, the blue light laser, and the green light laser, and the third optical waveguide. A first optical combining unit that transfers the green light that guides the light to the second optical waveguide and combines with the blue light that guides the second optical waveguide; and the first optical waveguide. A second optical combiner for migrating the guided red light to the second optical waveguide and combining with the light combined in the first optical combiner; The waveguide and the third optical waveguide each have a bending waveguide portion for optical path conversion of 90 ° configured to be bent in the direction of the output end face, and the second optical waveguide is An output port for outputting the light multiplexed by the second optical multiplexing unit, and intersecting the first optical waveguide at a waveguide portion between the input port and the bending waveguide portion, The angle of the intersection is 15 ° to 90 ° .

本発明に係る光集積回路によれば、3原色光を出力する光集積回路の小型化を実現することが可能となる。   According to the optical integrated circuit of the present invention, it is possible to realize miniaturization of the optical integrated circuit that outputs the three primary color lights.

PLCを用いたRGBカプラモジュールの基本構造を示す図である。It is a figure which shows the basic structure of the RGB coupler module which used PLC. 本発明の実施例1に係る光集積回路の構成を例示する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical integrated circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施例2に係る光集積回路の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the optical integrated circuit which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る光集積回路の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the optical integrated circuit which concerns on Example 3 of this invention.

本発明では、出力端面と、出力端面に対向する第1の入力端面と、互いに対向する第2及び第3の入力端面と、出力端面及び第1乃至第3の入力端面に対して垂直に配置され、互いに対向した底面及び上面と、を含む六面体形状で構成されたPLCチップにおいて、赤色光を出力する可視光レーザR、青色光を出力する可視光レーザB及び緑色光を出力する可視光レーザGを、それぞれ、PLCチップの第1乃至第3の入力端面に配置する。そして、出力端面から、光R、G及びBの3原色の光を出力する。   In the present invention, the output end face, the first input end face that faces the output end face, the second and third input end faces that face each other, and the output end face and the first to third input end faces are arranged vertically. In a PLC chip having a hexahedral shape including a bottom surface and an upper surface facing each other, a visible light laser R that outputs red light, a visible light laser B that outputs blue light, and a visible light laser that outputs green light. G is respectively arranged on the first to third input end faces of the PLC chip. Then, the light of the three primary colors of light R, G, and B is output from the output end face.

それにより、本発明では、可視光レーザR、G及びBの各キャリアの幅及び取り付け治具などの干渉を受けずに光集積回路を構成することが可能となるため、3原色光を出力する光集積回路の小型化を実現することが可能となる。   As a result, in the present invention, it is possible to configure an optical integrated circuit without being interfered by the widths of the carriers of the visible light lasers R, G, and B and the mounting jig, so that the three primary color lights are output. The miniaturization of the optical integrated circuit can be realized.

(実施例1)
図2は、本発明の実施例1に係る光集積回路の構成を例示する。図2には、PLC100と、PLC100の出力端面140と対向する第1の入力端面110に配置された可視光レーザRと、2つの対向する第2及び第3の入力端面120及び130にそれぞれ配置された可視光レーザB及びGと、を備えた光集積回路が示されている。以下、可視光レーザR、G及びBが出力する光をそれぞれ光R、G及びBと表す。
(Example 1)
FIG. 2 illustrates the configuration of the optical integrated circuit according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the PLC 100, the visible light laser R disposed on the first input end face 110 facing the output end face 140 of the PLC 100, and the visible light laser R disposed on the two opposing second and third input end faces 120 and 130, respectively. And the visible light lasers B and G are shown. Hereinafter, the lights output from the visible light lasers R, G, and B will be referred to as lights R, G, and B, respectively.

図2に示されるように、PLC100は、可視光レーザR、G及びBにそれぞれ光結合した第1乃至第3の光導波路101乃至103と、第3の光導波路103を導波する光Gを第2の光導波路102に移行して第2の光導波路102を導波する光Bと合波する第1の光合波部104と、第1の光導波路101を導波する光Rを第2の光導波路102に移行して第1の光合波部104において合波された光と合波する第2の光合波部105と、を含む。第2の光導波路102は、第2の光合波部105で合波された光を出力する出力ポートを有する。   As shown in FIG. 2, the PLC 100 includes a first to a third optical waveguides 101 to 103 optically coupled to the visible light lasers R, G, and B, and a light G guided in the third optical waveguide 103. The first optical multiplexing section 104 that moves to the second optical waveguide 102 and combines with the light B that propagates in the second optical waveguide 102, and the second light R that propagates in the first optical waveguide 101 A second optical multiplexing unit 105 that is coupled to the light multiplexed in the first optical multiplexing unit 104 by moving to the optical waveguide 102 of FIG. The second optical waveguide 102 has an output port that outputs the light multiplexed by the second optical multiplexer 105.

第2の光導波路102は90°の光路変換用の曲げ導波路部分1021を有し、第3の光導波路103は90°の光路変換用の曲げ導波路部分1031を有する。曲げ導波路部分1021及び曲げ導波路部分1031はPLC100の出力端面方向に曲がるように構成されている。また、第2の光導波路102の曲げ導波路部分1021は、第3の光導波路103の曲げ導波路部分1031よりも曲げ半径が小さくなるように構成されている。例えば、導波路の屈折率差が0.45%、導波路幅及び厚みが3.5μmの場合、第2の光導波路102の曲げ導波路部分1021の曲げ半径は好ましくは1.5mmとし、第3の光導波路103の曲げ導波路部分1031の曲げ半径は好ましくは2.0mmとすることができる。 The second optical waveguide 102 has a bent waveguide portion 102 1 for 90 ° optical path conversion, and the third optical waveguide 103 has a 90 ° bent waveguide portion 103 1 for optical path conversion. The bending waveguide portion 102 1 and the bending waveguide portion 103 1 are configured to bend in the output end face direction of the PLC 100. Further, the bending waveguide portion 102 1 of the second optical waveguide 102 is configured so that the bending radius is smaller than that of the bending waveguide portion 103 1 of the third optical waveguide 103. For example, when the refractive index difference of the waveguide is 0.45% and the waveguide width and thickness are 3.5 μm, the bending radius of the bending waveguide portion 102 1 of the second optical waveguide 102 is preferably 1.5 mm, The bending radius of the bending waveguide portion 103 1 of the third optical waveguide 103 can be preferably 2.0 mm.

本発明の実施例1に係る光集積回路では、可視光レーザG及びBから出力された光G及びBは、それぞれ第2及び第3の光導波路102及び103を伝搬して、第1の光合波部104において合波される。第1の光合波部104において合波された光G及びBの合波光と可視光レーザRから出力された光Rは、第2の光合波部105において合波される。第2の光合波部105で合波された光R、G及びBの合波光は、第2の光導波路102の出力ポートから出力される。   In the optical integrated circuit according to the first embodiment of the present invention, the lights G and B output from the visible light lasers G and B propagate through the second and third optical waveguides 102 and 103, respectively, and the first optical combined. The waves are combined in the wave unit 104. The combined light of the lights G and B combined in the first optical combiner 104 and the light R output from the visible light laser R are combined in the second optical combiner 105. The combined light of the lights R, G, and B combined by the second light combining unit 105 is output from the output port of the second optical waveguide 102.

ここで、図2に示されるように、第2の光導波路102は、第2の光導波路102の入力ポートと曲げ導波路部分1021との間の導波路部分で第1の光導波路101と交差している。当該交差角が例えば15°〜90°の範囲で十分に大きければ、第1及び第2の光導波路101及び102をそれぞれ導波する光は互いに影響を受けずに伝搬することができる。 Here, as shown in FIG. 2, the second optical waveguide 102 is a waveguide portion between the input port of the second optical waveguide 102 and the bending waveguide portion 102 1 and is the first optical waveguide 101. Crosses If the intersection angle is sufficiently large in the range of 15 ° to 90 °, for example, the lights guided in the first and second optical waveguides 101 and 102 can propagate without being affected by each other.

本実施例1に係る光集積回路によると、可視光レーザR、G及びBをそれぞれ異なる端面に設けることにより、可視光レーザR、G及びBの各キャリアの幅及び取り付け治具などの干渉を受けずに光集積回路を構成することが可能となるため、3原色光を出力する光集積回路の小型化を実現することが可能となる。   According to the optical integrated circuit of the first embodiment, by providing the visible light lasers R, G, and B on different end faces, interference of the widths of the carriers of the visible light lasers R, G, and B and the mounting jig is prevented. Since it becomes possible to configure the optical integrated circuit without receiving the light, it is possible to realize the miniaturization of the optical integrated circuit that outputs the three primary color lights.

なお、第1の光合波部104は、例えば図2に示すように、第2の光導波路102とマルチモード(MM)変換導波路1041とを近接させ、且つ第3の光導波路103とMM変換導波路1041とを近接させることによって構成された方向性結合器を用いることができる。このような構成の第1の光合波部104では、第3の光導波路103から入射された光Gは、第1の光合波部104において導波モードが高次モード(例えば1次モード)に変換されてMM変換導波路1041に移行し、さらに導波モードが基本モード(0次モード)に変換されて第2の光導波路102に移行し、一方で、第2の光導波路102から入射された光Bは、MM変換導波路1041に移行することなく第1の光合波部104を透過することができ、それにより光G及びBを合波することができる。 Note that the first optical multiplexing unit 104 brings the second optical waveguide 102 and the multimode (MM) conversion waveguide 104 1 into close proximity to each other, and the third optical waveguide 103 and the MM, as shown in FIG. 2, for example. A directional coupler configured by bringing the conversion waveguide 104 1 into close proximity can be used. In the first optical multiplexer 104 having such a configuration, the light G incident from the third optical waveguide 103 has the guided mode changed to a higher-order mode (eg, first-order mode) in the first optical multiplexer 104. The light is converted and transferred to the MM conversion waveguide 104 1 , the waveguide mode is converted to the fundamental mode (0th order mode) and transferred to the second optical waveguide 102, and the light is incident from the second optical waveguide 102. The converted light B can be transmitted through the first optical combining unit 104 without moving to the MM conversion waveguide 104 1 , whereby the lights G and B can be combined.

同様に、第2の光合波部105は、第1の光導波路101とMM変換導波路1051とを近接させ、且つ第2の光導波路102とMM変換導波路1051とを近接させることによって構成された方向性結合器を用いることができる。このような構成の第2の光合波部105では、第1の光導波路101から入射された光Rは、第2の光合波部105において導波モードが高次モード(例えば1次モード)に変換されてMM変換導波路1051に移行し、さらに導波モードが基本モード(0次モード)に変換されて第2の光導波路102に移行し、一方で、第1の光合波部104において合波されて第2の光導波路102を伝搬した光G及びBの合波光は、MM変換導波路1051に移行することなく第2の光合波部105を透過することができ、それにより光R、G及びBを合波することができる。 Similarly, the second optical multiplexer 105 brings the first optical waveguide 101 and the MM conversion waveguide 105 1 close to each other, and brings the second optical waveguide 102 and the MM conversion waveguide 105 1 close to each other. A configured directional coupler can be used. In the second optical multiplexer 105 having such a configuration, the light R incident from the first optical waveguide 101 has the guided mode changed to a higher-order mode (eg, first-order mode) in the second optical multiplexer 105. After being converted, the waveguide mode is converted to the MM conversion waveguide 105 1 , the waveguide mode is further converted to the fundamental mode (0th order mode) and transferred to the second optical waveguide 102, and at the same time, in the first optical multiplexer 104. The combined lights of the lights G and B that have been combined and propagated through the second optical waveguide 102 can be transmitted through the second optical combining unit 105 without being transferred to the MM conversion waveguide 105 1 , and as a result, R, G and B can be multiplexed.

上記合波機能を実現するために、第1の光合波部104では、第3の光導波路103に対する光Gの0次モードにおける実効屈折率とMM変換導波路1041に対する光Gの高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第2の光導波路102に対する光Bの0次モードにおける実効屈折率とMM変換導波路1041に対する光Bの高次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように第2及び第3の光導波路102及び103並びにMM変換導波路1041の導波路幅を設計すればよい。 In order to realize the above multiplexing function, in the first optical multiplexing unit 104, the effective refractive index in the 0th order mode of the light G with respect to the third optical waveguide 103 and the higher order mode of the light G with respect to the MM conversion waveguide 104 1 are. And the effective refractive index in the 0th order mode of the light B with respect to the second optical waveguide 102 and the effective refractive index in the higher order mode of the light B with respect to the MM conversion waveguide 104 1 are equal to each other. The waveguide widths of the second and third optical waveguides 102 and 103 and the MM conversion waveguide 104 1 may be designed so as not to be equal.

同様に、第2の光合波部105では、第1の光導波路101に対する光Rの0次モードにおける実効屈折率とMM変換導波路1051に対する光Rの高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第2の光導波路102に対する光G及びBの0次モードにおける実効屈折率とMM変換導波路1051に対する光G及びBの高次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように第1及び第2の光導波路101及び102並びにMM変換導波路1051の導波路幅を設計すればよい。 Similarly, in the second optical multiplexer 105, the effective refractive index of the light R in the 0th order mode for the first optical waveguide 101 and the effective refractive index of the light R in the higher order mode for the MM conversion waveguide 105 1 are equal. In addition, the effective refractive indices of the light G and B for the second optical waveguide 102 in the 0th-order mode and the effective refractive index of the light G and B for the MM conversion waveguide 105 1 in the higher-order mode are not equal to each other. In addition, the waveguide widths of the first and second optical waveguides 101 and 102 and the MM conversion waveguide 105 1 may be designed.

このような構成の方向性結合器を用いることにより、カプラ長を短くすることができるため、光集積回路の小型化により一層寄与することができる。もちろん、第1及び第2の光合波部104及び105として図1に示すような方向性結合器やその他光合波機能を有する回路を用いてもよい。   By using the directional coupler having such a configuration, the coupler length can be shortened, which can further contribute to the miniaturization of the optical integrated circuit. Of course, as the first and second optical multiplexing units 104 and 105, a directional coupler as shown in FIG. 1 or other circuits having an optical multiplexing function may be used.

(実施例2)
図3は、本発明の実施例2に係る光集積回路の構成を例示する。図3には、PLC200と、PLC200の出力端面240と対向する第1の入力端面210に配置された可視光レーザRと、2つの対向する第2及び第3の入力端面220及び230にそれぞれ配置された可視光レーザB及びGと、を備えた光集積回路が示されている。
(Example 2)
FIG. 3 illustrates the configuration of the optical integrated circuit according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the PLC 200, the visible light laser R disposed on the first input end face 210 facing the output end face 240 of the PLC 200, and the visible light laser R disposed on the two opposing second and third input end faces 220 and 230, respectively. And the visible light lasers B and G are shown.

PLC200は、可視光レーザR、G及びBにそれぞれ光結合した第1乃至第3の光導波路201乃至203と、第1の光導波路201を導波する光Rを第3の光導波路203に移行して第3の光導波路203を導波する光Gと合波する光合波部204を含む。光合波部204は、実施例1と同様に、MM変換導波路2041を用いた方向性結合器とすることができる。第2の光導波路202は可視光レーザBから入力した光Bを出力する出力ポートを有し、第3の光導波路203は光合波部204で合波された光を出力する出力ポートを有する。 The PLC 200 transfers the first to third optical waveguides 201 to 203 optically coupled to the visible light lasers R, G, and B and the light R guided in the first optical waveguide 201 to the third optical waveguide 203. Then, it includes an optical multiplexing unit 204 that multiplexes with the light G guided through the third optical waveguide 203. The optical multiplexer 204 can be a directional coupler using the MM conversion waveguide 204 1 as in the first embodiment. The second optical waveguide 202 has an output port for outputting the light B input from the visible light laser B, and the third optical waveguide 203 has an output port for outputting the light combined by the optical combining unit 204.

第2の光導波路202は、第2の光導波路202の入力ポートから第2の光導波路202の出力ポートにかけて、90°の光路変換用の第1乃至第3の曲げ導波路部分2021乃至2023を順に有する。第3の光導波路203は、90°の光路変換用の曲げ導波路部分2031を有する。第1の曲げ導波路部分2021はPLC200の出力端面方向に曲がるように構成され、第2の曲げ導波路部分2022は可視光レーザGを配置した側面方向に曲がるように構成され、第3の曲げ導波路部分2023はPLC200の出力端面方向に曲がるように構成されている。第3の光導波路203の曲げ導波路部分2031はPLC200の出力端面方向に曲がるように構成されている。また、第2の光導波路202の第1乃至第3の曲げ導波路部分2021及び2023は、第3の光導波路203の曲げ導波路部分2031よりも曲げ半径が小さくなるように構成されている。例えば、導波路の屈折率差が0.45%、導波路幅及び厚みが3.5μmの場合、第2の光導波路202の第1乃至第3の曲げ導波路部分2021及び2023の曲げ半径は好ましくは1.5mmとし、第3の光導波路203の曲げ導波路部分2031の曲げ半径は好ましくは2.0mmとすることができる。 The second optical waveguide 202 extends from the input port of the second optical waveguide 202 to the output port of the second optical waveguide 202, and the first to third bent waveguide portions 202 1 to 202 for 90 ° optical path conversion. Have 3 in order. The third optical waveguide 203 has a bent waveguide portion 203 1 for 90 ° optical path conversion. The first bending waveguide portion 202 1 is configured to bend toward the output end surface of the PLC 200, and the second bending waveguide portion 202 2 is configured to bend toward the side surface where the visible light laser G is arranged. The bent waveguide portion 202 3 is configured to bend in the output end face direction of the PLC 200. Bending waveguide portion 203 1 of the third optical waveguide 203 is configured to bend to the output end face direction of the PLC 200. Further, the first to third bending waveguide portions 202 1 and 202 3 of the second optical waveguide 202 are configured so that the bending radius is smaller than that of the bending waveguide portion 203 1 of the third optical waveguide 203. ing. For example, when the refractive index difference of the waveguide is 0.45% and the waveguide width and thickness are 3.5 μm, the first to third bent waveguide portions 202 1 and 202 3 of the second optical waveguide 202 are bent. The radius can be preferably 1.5 mm, and the bending radius of the bending waveguide portion 203 1 of the third optical waveguide 203 can be preferably 2.0 mm.

第2及び第3の光導波路202及び203の出力ポートは、第2及び第3の光導波路202及び203を点光源とみなすことができるように近接している。例えば、2つの出力ポートが15μm以内に存在すれば、本光源を用いて映像を出力した場合、人の目には各出力ポートから出力される光が1つの出力ポート(点光源)から出力されたものと見えるため、第2及び第3の光導波路202及び203の出力ポート間の間隔が15μm以内になるように構成することができる。しかしながら、出力ポート間の間隔は、映像化した際の映像のにじみの原因となる為、必要最低限に抑えることが望ましい。   The output ports of the second and third optical waveguides 202 and 203 are close to each other so that the second and third optical waveguides 202 and 203 can be regarded as point light sources. For example, if there are two output ports within 15 μm, when light is output using this light source, the light output from each output port is output from one output port (point light source) to the human eye. Since it appears that the output ports of the second and third optical waveguides 202 and 203 are spaced from each other, the distance between the output ports can be set to 15 μm or less. However, it is desirable to keep the interval between the output ports to the minimum necessary because it causes blurring of the image when it is visualized.

光合波部204では、合波機能を実現するために、第1の光導波路201に対する光Rの0次モードにおける実効屈折率とMM変換導波路2041に対する光Rの高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第3の光導波路203に対する光Gの0次モードにおける実効屈折率とMM変換導波路2041に対する光Gの高次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように第1及び第3の光導波路201及び203並びにMM変換導波路2041の導波路幅が設計されている。 In the optical multiplexing unit 204, in order to realize a multiplexing function, the effective refractive index of the light R with respect to the first optical waveguide 201 in the 0th mode and the effective refractive index of the light R with respect to the MM conversion waveguide 204 1 in the higher order mode. Such that the effective refractive index of the light G in the 0th mode with respect to the third optical waveguide 203 does not become equal to the effective refractive index of the light G with respect to the MM conversion waveguide 204 1 in the higher order mode. The waveguide widths of the first and third optical waveguides 201 and 203 and the MM conversion waveguide 204 1 are designed.

本発明の実施例2に係る光集積回路では、可視光レーザR及びGから出力された光R及びGは、それぞれ第1及び第3の光導波路201及び203を伝搬して、光合波部204において合波される。光合波部204において合波された光R及びGの合波光は、第3の光導波路203の出力ポートから出力される。一方、可視光レーザBから出力された光Bは、第2の光導波路202を伝搬して、第2の光導波路202の出力ポートから出力される。第2及び第3の光導波路202及び203の出力ポートは、第2及び第3の光導波路202及び203を点光源とみなすことができるように近接しているため、人の目からは1つの出力ポート(点光源)から光R、G及びBの合波光が出力されたように見える。   In the optical integrated circuit according to the second embodiment of the present invention, the lights R and G output from the visible light lasers R and G propagate through the first and third optical waveguides 201 and 203, respectively, and the optical multiplexer 204. Are combined at. The combined light of the lights R and G combined in the light combining unit 204 is output from the output port of the third optical waveguide 203. On the other hand, the light B output from the visible light laser B propagates through the second optical waveguide 202 and is output from the output port of the second optical waveguide 202. The output ports of the second and third optical waveguides 202 and 203 are close to each other so that the second and third optical waveguides 202 and 203 can be regarded as point light sources. It seems that the combined light of the lights R, G, and B is output from the output port (point light source).

3原色光の各色の光を方向性結合器などの合波部を用いて同一導波路に合波する場合、合波部を作製する際に厳しい作製トレランスが要求されるため、歩留まりが低下するという問題があった。   When light of each of the three primary color lights is multiplexed into the same waveguide by using a multiplexing section such as a directional coupler, a strict manufacturing tolerance is required when manufacturing the multiplexing section, resulting in a reduced yield. There was a problem.

本実施例2に係る光集積回路では、1つの合波部のみを用いて人の目からは点光源から光R、G及びBの合波光が出力されたように見える3原色光を出力することができるため、2つの合波部を用いる場合よりも合波部が1つ少ない分、要求される作製トレランスが緩和される。従って、本実施例2に係る光集積回路によると、3原色光を出力する光集積回路の小型化を実現しながら、歩留まりの向上を実現することが可能となる。   In the optical integrated circuit according to the second embodiment, only one combining unit is used to output the three primary color lights that appear to be the combined light of the lights R, G, and B from the point light source to the human eye. Therefore, the required manufacturing tolerance is relaxed by the amount of one multiplexing part less than the case where two multiplexing parts are used. Therefore, according to the optical integrated circuit of the second embodiment, it is possible to improve the yield while reducing the size of the optical integrated circuit that outputs the three primary color lights.

(実施例3)
図4は、本発明の実施例3に係る光集積回路の構成を例示する。図4には、PLC300と、PLC300の出力端面340と対向する第1の入力端面310に配置された可視光レーザRと、2つの対向する第2及び第3の入力端面320及び330にそれぞれ配置された可視光レーザB及びGと、を備えた光集積回路が示されている。
(Example 3)
FIG. 4 illustrates the configuration of an optical integrated circuit according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 4, the PLC 300, the visible light laser R disposed on the first input end face 310 facing the output end face 340 of the PLC 300, and the visible light laser R disposed on the two opposing second and third input end faces 320 and 330, respectively. And the visible light lasers B and G are shown.

PLC300は、可視光レーザR、G及びBにそれぞれ光結合した第1乃至第3の光導波路301乃至303と、第2の光導波路302を導波する光Bを第1の光導波路301に移行して第1の光導波路301を導波する光Rと合波する光合波部304を含む。光合波部304は、実施例1と同様に、MM変換導波路3041を用いた方向性結合器とすることができる。第1の光導波路301は光合波部304で合波された光を出力する出力ポートを有し、第3の光導波路303は可視光レーザGから入力した光Gを出力する出力ポートを有する。 The PLC 300 transfers the first to third optical waveguides 301 to 303 optically coupled to the visible light lasers R, G, and B and the light B guided in the second optical waveguide 302 to the first optical waveguide 301. Then, it includes an optical multiplexer 304 that multiplexes with the light R guided through the first optical waveguide 301. The optical multiplexer 304 can be a directional coupler using the MM conversion waveguide 304 1 as in the first embodiment. The first optical waveguide 301 has an output port that outputs the light multiplexed by the optical multiplexer 304, and the third optical waveguide 303 has an output port that outputs the light G input from the visible light laser G.

第2の光導波路302は、90°の光路変換用の曲げ導波路部分3021を有し、第3の光導波路303は、90°の光路変換用の曲げ導波路部分3031を有する。曲げ導波路部分3021及び曲げ導波路部分3031はPLC300の出力端面方向に曲がるように構成されている。また、第2の光導波路302の曲げ導波路部分3021は、第3の光導波路303の曲げ導波路部分3031よりも曲げ半径が小さくなるように構成されている。例えば、導波路の屈折率差が0.45%、導波路幅及び厚みが3.5μmの場合、第2の光導波路302の曲げ導波路部分3021の曲げ半径は好ましくは1.5mmとし、第3の光導波路303の曲げ導波路部分3031の曲げ半径は好ましくは2.0mmとすることができる。 The second optical waveguide 302 has a bent waveguide portion 302 1 for optical path conversion of 90 °, and the third optical waveguide 303 has a bent waveguide portion 303 1 for optical path conversion of 90 °. The bending waveguide portion 302 1 and the bending waveguide portion 303 1 are configured to bend in the output end face direction of the PLC 300. The bending waveguide portion 302 1 of the second optical waveguide 302 is configured to have a smaller bending radius than the bending waveguide portion 303 1 of the third optical waveguide 303. For example, when the refractive index difference of the waveguide is 0.45% and the waveguide width and thickness are 3.5 μm, the bending radius of the bending waveguide portion 302 1 of the second optical waveguide 302 is preferably 1.5 mm, The bending radius of the bending waveguide portion 303 1 of the third optical waveguide 303 can be preferably 2.0 mm.

第1及び第3の光導波路301及び303の出力ポート間の間隔は、実施例2と同様に、第1及び第3の光導波路301及び303を点光源とみなすことができるように15μm以内になるように近接している。実施例2と同様に、出力ポート間の間隔は、映像化した際の映像のにじみの原因となる為、必要最低限に抑えることが望ましい。   The distance between the output ports of the first and third optical waveguides 301 and 303 is within 15 μm so that the first and third optical waveguides 301 and 303 can be regarded as a point light source, as in the second embodiment. Are so close together. As in the second embodiment, the interval between the output ports causes blurring of the image when it is visualized, and thus it is desirable to keep it to the minimum necessary.

光合波部304では、合波機能を実現するために、第2の光導波路302に対する光Bの0次モードにおける実効屈折率とMM変換導波路3041に対する光Bの高次モードにおける実効屈折率とが等しくなるように、且つ、第1の光導波路301に対する光Rの0次モードにおける実効屈折率とMM変換導波路3041に対する光Rの高次モードにおける実効屈折率とが等しくならないように第1及び第2の光導波路301及び302並びにMM変換導波路3041の導波路幅が設計されている。 In the optical multiplexing unit 304, in order to realize a multiplexing function, the effective refractive index of the light B in the 0th mode with respect to the second optical waveguide 302 and the effective refractive index of the light B in the higher mode with respect to the MM conversion waveguide 304 1 are increased. Such that the effective refractive index of the light R in the 0th mode with respect to the first optical waveguide 301 and the effective refractive index of the light R with respect to the MM conversion waveguide 304 1 in the higher order mode do not become equal. The waveguide widths of the first and second optical waveguides 301 and 302 and the MM conversion waveguide 304 1 are designed.

本発明の実施例3に係る光集積回路では、可視光レーザR及びBから出力された光R及びGは、それぞれ第1及び第2の光導波路301及び302を伝搬して、光合波部304において合波される。光合波部304において合波された光R及びBの合波光は、第1の光導波路301の出力ポートから出力される。一方、可視光レーザGから出力された光Gは、第3の光導波路303を伝搬して、第3の光導波路303の出力ポートから出力される。第1及び第3の光導波路301及び303の出力ポートは、第1及び第3の光導波路301及び303を点光源とみなすことができるように近接しているため、人の目からは1つの出力ポート(点光源)から光R、G及びBの合波光が出力されたように見える。   In the optical integrated circuit according to the third embodiment of the present invention, the lights R and G output from the visible light lasers R and B propagate through the first and second optical waveguides 301 and 302, respectively, and the optical multiplexer 304. Are combined at. The combined light of the lights R and B combined in the light combining unit 304 is output from the output port of the first optical waveguide 301. On the other hand, the light G output from the visible light laser G propagates through the third optical waveguide 303 and is output from the output port of the third optical waveguide 303. The output ports of the first and third optical waveguides 301 and 303 are close to each other so that the first and third optical waveguides 301 and 303 can be regarded as a point light source. It seems that the combined light of the lights R, G, and B is output from the output port (point light source).

従って、本実施例3に係る光集積回路によると、実施例2と同様に、3原色光を出力する光集積回路の小型化を実現しながら、歩留まりの向上を実現することが可能となる。また、本実施例3に係る光集積回路は、光R及びBを合波するように光合波部304を設計すればよいため、光R及びGを合波する実施例2よりも緩やかな設計条件で導波路幅等を設計することが可能となる。   Therefore, according to the optical integrated circuit of the third embodiment, as in the second embodiment, it is possible to improve the yield while reducing the size of the optical integrated circuit that outputs the three primary color lights. Further, in the optical integrated circuit according to the third embodiment, since the optical multiplexing unit 304 may be designed to combine the lights R and B, the design is looser than that of the second embodiment where the lights R and G are combined. It becomes possible to design the waveguide width and the like under the conditions.

なお、上記実施例では、第2の入力端面20に可視光レーザBを配置し、第3の入力端面30に可視光レーザGを配置した構成を示したが、第2の入力端面20に可視光レーザGを配置し、第3の入力端面30に可視光レーザBを配置した構成としてもよい。   Although the visible light laser B is disposed on the second input end face 20 and the visible light laser G is disposed on the third input end face 30 in the above embodiment, the visible light laser G is visible on the second input end face 20. The optical laser G may be arranged, and the visible light laser B may be arranged on the third input end face 30.

Claims (4)

出力端面と、前記出力端面に対向する第1の入力端面と、互いに対向する第2の入力端面及び第3の入力端面と、を含む平面光波回路と、前記平面光波回路の前記第1の入力端面に配置された赤色光を出力する赤色光レーザと、前記第2の入力端面に配置された青色光を出力する青色光レーザと、前記第3の入力端面に配置された緑色光を出力する緑色光レーザと、を備えた光集積回路であって、
前記出力端面から、前記赤色光、前記青色光、及び前記緑色光を出力するものであり、
前記平面光波回路は、前記赤色光レーザ、前記青色光レーザ、及び前記緑色光レーザにそれぞれ光結合した第1乃至第3の光導波路と、前記第3の光導波路を導波する前記緑色光を前記第2の光導波路に移行して当該第2の光導波路を導波する前記青色光と合波する第1の光合波部と、前記第1の光導波路を導波する前記赤色光を前記第2の光導波路に移行して前記第1の光合波部において合波された光と合波する第2の光合波部と、を含み、
前記第2の光導波路及び前記第3の光導波路は、それぞれ、前記出力端面の方向に曲がるように構成された90°の光路変換用の曲げ導波路部分を有し、
更に、前記第2の光導波路は、前記第2の光合波部で合波された光を出力する出力ポートを有し、且つ入力ポートと前記曲げ導波路部分との間の導波路部分で前記第1の光導波路と交差しており、当該交差の角度が15°〜90°である
とを特徴とする光集積回路。
An output end face, and a first input end face facing the output end face, and a second input end face and the third input end face facing each other, a planar lightwave circuit including the first pre-Symbol planar lightwave circuit the red light laser for outputting red light disposed on the input end face, before Symbol second blue light laser for outputting the arranged blue light to the input end face, the third green light placed on the input end face a green light laser for outputting, an optical integrated circuit with,
From the output end face, the red light, the blue light, and to output the result of the green light,
The plane lightwave circuit includes first to third optical waveguides optically coupled to the red light laser, the blue light laser, and the green light laser, respectively, and the green light guided through the third optical waveguide. The first light combining portion that moves to the second optical waveguide and combines with the blue light that propagates through the second optical waveguide, and the red light that propagates through the first optical waveguide are described above. A second optical combining unit that moves to a second optical waveguide and combines with the light combined in the first optical combining unit;
The second optical waveguide and the third optical waveguide each have a bending waveguide portion for optical path conversion of 90 ° configured to bend in the direction of the output end face,
Further, the second optical waveguide has an output port for outputting the light multiplexed by the second optical multiplexing section, and the waveguide portion between the input port and the bending waveguide portion has the output port. It intersects with the first optical waveguide, and the angle of the intersection is 15 ° to 90 °.
Optical integrated circuit, wherein the this.
出力端面と、前記出力端面に対向する第1の入力端面と、互いに対向する第2の入力端面及び第3の入力端面と、を含む平面光波回路と、前記平面光波回路の前記第1の入力端面に配置された赤色光を出力する赤色光レーザと、前記第2の入力端面に配置された青色光を出力する青色光レーザと、前記第3の入力端面に配置された緑色光を出力する緑色光レーザと、を備えた光集積回路であって、
前記出力端面から、前記赤色光、前記青色光、及び前記緑色光を出力するものであり、
前記平面光波回路は、前記赤色光レーザ、前記青色光レーザ、及び前記緑色光レーザにそれぞれ光結合した第1乃至第3の光導波路と、前記第1の光導波路を導波する前記赤色光を前記第3の光導波路に移行して前記第3の光導波路を導波する前記緑色光と合波する光合波部と、を含み、
前記第2の光導波路は、導波する前記青色光を出力する出力ポートを有し、且つ入力ポートから当該出力ポートにかけて、90°の光路変換用の第1乃至第3の曲げ導波路部分を順に有し、
前記第3の光導波路は、前記光合波部で合波された光を出力する出力ポートを有し、
前記第1の曲げ導波路部分及び前記第3の曲げ導波路部分は、前記出力端面の方向に曲がるように構成され、
前記第2の曲げ導波路部分は、前記緑色光レーザを配置した前記第3の入力端面の方向に曲がるように構成され、
前記第3の光導波路は、前記出力端面の方向に曲がるように構成され、
更に、前記第2の光導波路及び前記第3の光導波路の出力ポート間の間隔が15μm以内になるように構成されている
とを特徴とする光集積回路。
A planar lightwave circuit including an output end face, a first input end face facing the output end face, and a second input end face and a third input end face facing each other, and the first input of the planar lightwave circuit. A red light laser arranged on the end face to output red light, a blue light laser arranged on the second input end face to emit blue light, and a green light arranged on the third input end face to output. An optical integrated circuit including a green light laser,
From the output end face, for outputting the red light, the blue light, and the green light,
The planar lightwave circuit includes first to third optical waveguides optically coupled to the red light laser, the blue light laser, and the green light laser, respectively, and the red light guided in the first optical waveguide. An optical multiplexing unit that shifts to the third optical waveguide and multiplexes with the green light guided through the third optical waveguide;
The second optical waveguide has an output port for outputting the guided blue light, and includes first to third bent waveguide portions for optical path conversion of 90 ° from the input port to the output port. Have in order,
The third optical waveguide has an output port for outputting the light multiplexed by the optical multiplexer.
The first bending waveguide portion and the third bending waveguide portion are configured to bend in the direction of the output end face,
The second bending waveguide portion is configured to bend in the direction of the third input end face on which the green light laser is arranged,
The third optical waveguide is configured to bend in the direction of the output end face,
Further, the distance between the output ports of the second optical waveguide and the third optical waveguide is configured to be within 15 μm.
Optical integrated circuit shall be the feature and this.
出力端面と、前記出力端面に対向する第1の入力端面と、互いに対向する第2の入力端面及び第3の入力端面と、を含む平面光波回路と、前記平面光波回路の前記第1の入力端面に配置された赤色光を出力する赤色光レーザと、前記第2の入力端面に配置された青色光を出力する青色光レーザと、前記第3の入力端面に配置された緑色光を出力する緑色光レーザと、を備えた光集積回路であって、
前記出力端面から、前記赤色光、前記青色光、及び前記緑色光を出力するものであり、
前記平面光波回路は、前記赤色光レーザ、前記青色光レーザ、及び前記緑色光レーザにそれぞれ光結合した第1乃至第3の光導波路と、前記第2の光導波路を導波する前記青色光を前記第1の光導波路に移行して前記第1の光導波路を導波する前記赤色光と合波する光合波部と、を含み、
前記第2の光導波路及び前記第3の光導波路は、それぞれ、前記出力端面の方向に曲がるように構成された90°の光路変換用の曲げ導波路部分を有し、
前記第1の光導波路は、前記光合波部で合波された光を出力する出力ポートを有し、
前記第3の光導波路は、前記第3の光導波路を導波する前記緑色光を出力する出力ポートを有し、
更に、前記第1の光導波路及び前記第3の光導波路の出力ポート間の間隔が15μm以内になるように構成されている
とを特徴とする光集積回路。
A planar lightwave circuit including an output end face, a first input end face facing the output end face, and a second input end face and a third input end face facing each other, and the first input of the planar lightwave circuit. A red light laser arranged on the end face for outputting red light, a blue light laser arranged for the second input end face for outputting blue light, and a green light arranged for the third input end face. An optical integrated circuit including a green light laser,
From the output end face, for outputting the red light, the blue light, and the green light,
The planar lightwave circuit includes first to third optical waveguides optically coupled to the red light laser, the blue light laser, and the green light laser, respectively, and the blue light guided in the second optical waveguide. An optical multiplexing unit that shifts to the first optical waveguide and multiplexes with the red light guided through the first optical waveguide;
The second optical waveguide and the third optical waveguide each have a bending waveguide portion for optical path conversion of 90 ° configured to bend in the direction of the output end face,
The first optical waveguide has an output port for outputting the light multiplexed by the optical multiplexer.
The third optical waveguide has an output port for outputting the green light guided through the third optical waveguide,
Furthermore, the distance between the output ports of the first optical waveguide and the third optical waveguide is configured to be within 15 μm.
Optical integrated circuit shall be the feature and this.
前記光合波部は、マルチモード変換導波路を用いた方向性結合器であることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の光集積回路。 The optical multiplexing unit, an optical integrated circuit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a directional coupler using a multi-mode conversion waveguide.
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