光導波路構造
【課題】１×２の多段構成の光スプリッタ用光導波路の入出力間の距離を低減する。
【解決手段】合波分岐光導波路構造150は、一方の側S1に湾曲する第１の軸線LA1に沿って形成された合波側の第１のコア部A1と、一方の側S1に湾曲する第２の軸線LB1に沿って形成された分岐側の第２のコア部B1と、他方の側S2に湾曲する第３の軸線LC1に沿って形成された分岐側の第３のコア部C1とを有する。軸線LA1,LB1,LC1は、互いに平行なそれぞれの接線と接する接点PA1,PB1,PC1を有する。更に、接点PB1,PC1は、第１の軸線LA1の接点PA1における接線TA1と垂直に第１の接点PA1を通って延びる垂直線LP1から分岐側の領域内に位置する。第３の軸線LC1の接点PC1は、接線TA1に対して他方の側S2に位置している。
【解決手段】合波分岐光導波路構造150は、一方の側S1に湾曲する第１の軸線LA1に沿って形成された合波側の第１のコア部A1と、一方の側S1に湾曲する第２の軸線LB1に沿って形成された分岐側の第２のコア部B1と、他方の側S2に湾曲する第３の軸線LC1に沿って形成された分岐側の第３のコア部C1とを有する。軸線LA1,LB1,LC1は、互いに平行なそれぞれの接線と接する接点PA1,PB1,PC1を有する。更に、接点PB1,PC1は、第１の軸線LA1の接点PA1における接線TA1と垂直に第１の接点PA1を通って延びる垂直線LP1から分岐側の領域内に位置する。第３の軸線LC1の接点PC1は、接線TA1に対して他方の側S2に位置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路構造に関し、さらに詳しくは、分岐合波部を有する光導波路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大しており、全長が短く、伝送速度が速く、光伝送損失の小さい光導波路が要望されている。
光導波路は、光伝送における光インターコネクションとして使用されており、例えば光スプリッタ（分岐結合器）のような光学装置は、光導波路の基本構成要素として必要不可欠のものである。一方、光スプリッタ（分岐結合器）は、光伝送方向を逆にすると、合波光導波路として作用する。
【０００３】
１×Ｎ（Ｎは２〜８）分岐の光スプリッタを光導波路で構成するには、従来１×２分岐構造をツリー構成にして実現されていた。以下、記載の便宜上、１ｃｈ側を入力ポート、Ｎｃｈ側を出力ポートとして記述するが、使用方法としては、光分岐機能として使用してもよいし、光結合機能として使用してもよい。
１×４分岐以上の光スプリッタでは、入力ポート側から第１段目の分岐構造と第２段目の分岐構造との間は、従来Ｓ字型の曲線光導波路を用いて結合されるように、入力部分、出力部分の方向が平行となるように配置される。１×８分岐以上の光スプリッタでは、第２段目の分岐構造と第３段目の分岐構造との間が同様にしてＳ字型の曲線光導波路を用いて結合されている。
【０００４】
従来技術の多分岐光回路としては、端部が基板に一方の側面に臨む第１段入射路から、端部が基板の対向側面に望む最終段出射路に至るまでの間にＹ分岐部を２段以上有し、前記入射路及び出射路の法線に平行としたツリー構造で第一段入射路から入射光が各最終段出射路からの入射光が最終段出射路に均等に分岐する多分岐回路において、第一段入射路の中心軸延長線を基準線として、第ニ段から最終段までの両方の最外側Ｙ分岐部について、その分岐中心線と前記基準線とのなす角θが、後段にいくに従い、順次拡大する如くＹ分岐部を外向きに傾斜させたパターンとした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
他の従来技術においては、光導波路が一つの入力個所から樹木状に分岐し、その分岐曲線の曲率半径は少なくとも光波の伝送を妨げない大きさとする構成である（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
他の従来技術においては、一つの入力と２nの出力を有しており、かつ複数の実質的に同一平面関係の導波路を具備し、前記導波路がそれぞれ前記入力を２つの出力の一つに光学的に結合されるようになされており、かつ各導波路に沿ってツリー・アンド・ブランチ配列で配置されたｎのＹジャンクションを接続する複数の導波路セクションよりなる光カプラにおいて、前記カプラの出口と平行でない出口を有する第１のジャンクション（Ｊ21）特異点を伴うことなしに彎曲した導波路セクションによって２つの第２ジャンクション（Ｊ31、Ｊ32）に接続されており、前記入力とジャンクションの第ｎ番目のステージとの間における前記導波路のうちの任意の一つに沿った任意の反曲点が導波路の通路に沿ったｎのジャンクションのうちの一つに存在している構成である（例えば、特許文献３照）。
【０００７】
他の従来技術においては、一本の入力光導波路及びＮ本の出力光導波路を具備し、前記入力光導波路から入射した光信号をＮ個の光信号に分割して前記出力光導波路へ出力する光結合器において、入射してきた光信号を２つの光信号に分岐するＹ−接合光導波路を複数用いてｍ段に構成し、このＹ−接合光導波路と交互に連結され、第ｍ番目の段の前記Ｙ−接合光導波路と前記出力光導波路との間に少なくとも一本連結される曲線光導波路を複数備えてなり、光信号の導波方向を縦軸とし、前記入力光導波路と第１番目の段の前記Ｙ−結合光導波路との接点を原点としたとき、前記Ｙ−接合光導波路及び前記曲線光導波路は、前記原点から前記各出力光導波路まで形成されたＮ本の経路のうち、最大長さの経路を最小化する位置に配置され、その大きさが決められる構成である（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３０３０１０８号
【特許文献２】特開昭５１−１２４９４０号
【特許文献３】特開平５−１９６８２６号
【特許文献４】特表２００２‐５３０６９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的な課題として、光導波路は、半導体製造工程に類するウエハ工程で製造される。光導波路の面積を小さくすること、すなわち光導波路の小型化は、一ウエハから得られる光導波路の数を増やして低コスト化を実現できるため重要な課題である。上述した光スプリッタにおいて、出力ポートにおける各光導波路間の幅は、２５０μｍ、１２７μｍなど規格化された幅で等ピッチとする必要があるため、チャンネル数が増えるに連れて出力ポート側の幅が広くなるのは避けられない。従って、入力ポート側端面と出力ポート側端面との距離（以下、ＰＬＣ（平面光波回路）長さと称する）を短くすることが小型、低コスト化のためには、不可避な課題となる。
【００１０】
ＰＬＣ長さを短くするためには、光導波路の長さを如何に短く構成するかが鍵となる。光導波路の長さを短くすることは、距離に依存する伝搬損失を低減する意味でも解決が必要な課題である。
【００１１】
特許文献１に記載の多分岐光回路においては、光スプリッタの出力ポート側は、光ファイバアレイのような規格部品と接合されて使用されることが多いので、等ピッチに配置されることが多い。
特許文献１の実施例に見られるように、直線光導波路を要素としたＹ型分岐構造を構成した場合には、中央よりのポートへ至る光導波路同士が近づき交差させるか、もしくは、第１分岐と第２分岐間を接続する光導波路を長くとる必要がある。前者のように光導波路同士が交差する場合には、過剰な損失が生じる要因となる。また、後者のように第１分岐と第２分岐とを接続する光導波路長を長くとると、十分な小型化を実現できない。また、直線光導波路と曲線光導波路との接続部分（曲率が急に変化する）では、過剰損失が発生するため、十分な低損失化が図れない。
【００１２】
特許文献２に示す構成の光スプリッタでは、大規模な光スプリッタを光導波路で構成すると、分岐構造の段数が増えるため寸法が大きくなってしまう。換言すると、放射損失が一定値以下となる曲率以内で光スプリッタを構成しようとすると、多段の分岐構造を実現するため曲率が反転する回数が多くなることで、光導波路は、蛇行している形となり、光導波路長が長くなってしまう。光導波路長が長くなると伝搬損失がその分だけ大きくなってしまうばかりでなく、光導波路素子寸法が大きくなってしまい、小型化に不適である。また、曲率が反転する回数が多くなるため、過剰損失が大きくなる。
【００１３】
特許文献３は、光結合器に関し、反曲点を持たない曲線とＹ分岐構造をもってのみ反曲点を成すような分岐構造とを配置することにより１×Ｎ型スプリッタを構成する方法が開示されている。この方法では、分岐点間を結ぶ光導波路は一般には円弧の光導波路を使用するため、曲線上に形成されるＹ分岐構造は、入路および出路に相当する３つの光導波路を構成する３種類の円弧が共通の接線を有すように配置される。このように構成されたスプリッタでは、Ｙ分岐構造への入力光導波路でのモードプロフィールが非対称となるため、各Ｙ分岐構造による分岐比が１：１とならない。そこで、Ｎ個の出力ポートに均等な光出力を配分する機能を付与することが困難であった。
【００１４】
特許文献４は、Ｙ分岐構造の入力及び２つの出力の相対的位置関係を最初に決定し、次に、該Ｙ分岐構造と曲線光導波路とを接続してツリー状のスプリッタ用光導波路構造を構成した後、曲線光導波路の長さとＹ分岐構造及び曲線光導波路の位置を調整して配置する光結合器の構成方法を提案している。特許文献４の方法では、Ｙ分岐構造と曲線光導波路とが個別に構造設計された後、最終的に配置関係を調整するため、Ｙ分岐構造の設計が適切でない場合には、Ｎ個の出力ポートへの光出力が均等でなくなる問題点があった。
【００１５】
しかしながら、特許文献４には、Ｎ個の出力ポートへの光出力を均等にするためのＹ分岐構造の設計方法についての具体的開示はなく、その３本の分岐光導波路の接続方向のみが規定されている。また、特許文献４の実施例としては一般的な対称構造の分岐構造が示されているだけである。これを踏襲して分岐構造を配置すると、分岐構造の周辺部、特に入路部分において直線光導波路を接続した構造がＹ分岐構造となるため、最外のポートに至る光導波路の一部に直線光導波路を配置することとなり、これが長尺化の原因となる。
【００１６】
また、上記のような対称構造のＹ分岐構造を連結してツリー構造の光導波路を描こうとすると、特に大規模なスプリッタを構成する場合には、内側の光導波路同士が近づきすぎたり、場合によっては交差したりしてしまう虞がある。
特許文献４の手法では、分岐構造部とこれらを接続する曲線光導波路部とを別々にモジュール様に組みたてる方法を示しているが、最終的な調整が複雑な手順となり、特に大規模な多分岐スプリッタを構成する場合にあっては、設計工数が増えてしまう問題点があった。さらに、最終的な調整にあたって、多項式を用いた多項弧の光導波路を用いることが提案されている。この方法では、曲線光導波路を定義する多項式のパラメータが多いため、曲線光導波路を決定する手順が煩雑となる問題点があった。
【００１７】
Ｓ字型曲線光導波路を採用する場合、その長さを短くするために、曲率の大きなＳ字型曲線を使用すればよいが、曲率が大きくなりすぎると光がコアから漏れてしまうため曲率には限界がある。曲率の限界は、コアとクラッドとの屈折率、コアの寸法、波長などに依存して決まる。そこで、コアとクラッドとの屈折率差（Δ）を大きくした高Δ光導波路が検討されている。ところが、高Δ光導波路では、シングルモード光導波路を構成するためには、コア寸法が小さくなってしまい、既存の光ファイバと結合する部分で結合効率が悪くなってしまう課題がある。結合効率を改善するためにスポットサイズ変換光導波路を光ファイバとの結合部分に配置する方法もあるが、該スポットサイズ変換光導波路自体のためにＰＬＣが長尺化してしまうことは避けられないという問題点があった。
【００１８】
また、上述のように１×２を複数結合した多段構成で１×Ｎ分岐構造を構成する代りに、１×Ｎ分岐構造を１段で構成する方法もある。この場合は、１×２の多段構成に比べてＰＬＣを短尺化可能であるが、波長依存性が比較的大きく、低損失に１×８以上の大規模な光スプリッタを一括分岐構造で実現することは困難であった。
【００１９】
上述の課題を背景として、１×２の多段構成の光スプリッタ用光導波路を構成するにあたって、ある最大の曲率以内で入出力間の距離をいかに低減するかが本発明が解決する主要課題である。
本発明はまた、上記したような従来技術の問題点の本質が分岐構造にあることに思い至り、これを解決するべく案出されたものであり、新規分岐構造を用いることで簡単な構造と設計手順とにより、多分岐光導波路の各光導波路同士の損失の差が大きくなることなく、入射端から出射端までの距離を短くして基板を小型化することが可能なことが本発明の課題である。
【００２０】
更なる本発明の目的は、所定の分岐比で分岐される光導波路の損失を軽減することができる光導波路構造を提供することにある。
更なる本発明の目的は、分岐比の設計自由度が高い光導波路構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第１の側面による光導波路構造は、一方の出入射側に単一ポートを有し、他方の出入射側に複数ポートを有する光導波路構造であって、
該光導波路構造の一方の最外側が、Ｓ形曲線光導波路部分であり、
該Ｓ形曲線光導波路部分は、両端部の接線が平行であり、第１変曲点で曲率が反転する第１円弧光導波路部分及び第２円弧光導波路部分からなり、
前記第１変曲点より前記単一ポート側の前記第１円弧光導波路部分に、第１分岐合波点を設け、該第１分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第１円弧光導波路部分に対し反転曲率の第３円弧光導波路部分を形成し、前記第１分岐合波点において前記第１円弧光導波路部分の接線と、前記第３円弧光導波路部分の接線が平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする光導波路構造である。
【００２２】
本発明の実施態様は、以下の通りである。
前記第３円弧光導波路部分が、さらに、第２分岐合波点を有し、該第２分岐合波点において該第２分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第３円弧光導波路部分に対し反転曲率の第４円弧光導波路部分を形成し、前記第２分岐合波点において前記第３円弧光導波路部分の接線と、前記第４円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする。
【００２３】
前記第４円弧光導波路部分が、さらに、第３分岐合波点を有し、該第３分岐合波点において該第３分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第４円弧光導波路部分に対し反転曲率の第５円弧光導波路部分を形成し、前記第３分岐合波点において前記第３円弧光導波路部分の接線と、前記第５円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の第２の側面による光導波路構造は、一方の出入射側に単一ポートを有し、他方の出入射側に複数ポートを有する光導波路構造であって、光導波路構造の最外側の少なくとも一方がＳ形曲線光導波路部分であり、Ｓ形光導波路部分は、第１変曲点で曲率が反転する第１曲線光導波路部分及び第２曲線光導波路部分からなり、第１変曲点より単一ポート側の第１曲線光導波路部分に、第１分岐合波部を設け、第１の曲線光導波路部分は、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、第１のコア部に接続され、一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、を有し、更に、第１のコア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部を有し、第１の軸線、第２の軸線及び第３の軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、第２の接点及び第３の接点は、第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、第３の接点は、基準接線に対して他方の側に位置していることを特徴としている。
【００２５】
上述のような１×２の多段構成の１×Ｎ分岐スプリッタ用光導波路では、最外光導波路、すなわち最外のポート（１×４の場合の１ｃｈと４ｃｈ、１×８の場合の１ｃｈと８ｃｈ）に至る光導波路は、各段の分岐構造間を複数のＳ字型曲線光導波路で多段階に結合している構成なので、ＰＬＣ長さが長くなる。これと比較して、本発明の光スプリッタ用光導波路では、同一の曲率の曲線光導波路を用いた場合には、ＰＬＣ長さを短くできる。
また、ＭＭＩ光導波路やスラブ光導波路等を用いて１×Ｎ分岐構造を１段で構成する大規模光分岐結合器用光導波路では、一括分岐構造後の各出力ポートへつながる光導波路は、通常Ｓ字型曲線光導波路で構成するので、最外のポートへ結合される曲線光導波路がＰＬＣ長さを決めることとなる。該曲線光導波路の始点と本発明の光スプリッタにおける最外ポートに至る光導波路の始点とはほぼ同一の位置となることが予測されるので、ＰＬＣ長さの観点では、本発明の光スプリッタ用光導波路と一括分岐構造の光スプリッタ用光導波路とは同等である。
一方、本発明では、上述のような一括分岐構造を用いた場合の課題である、波長依存性、大規模分岐の均一なパワー配分が困難であることなどは、顕著ではない。
【００２６】
また、従来の光導波路構造では、第１の円弧光導波路部分又は、それに限らず、第１の曲線光導波路部分を伝搬してきた光の強度分布は、第１の分岐合波点において光の伝搬方向と垂直な方向にずれる傾向があり、所定の分岐比を達成することが困難であった。これに対し、本願発明では、第１分岐合波点において第１の円弧光導波路部分の接線と第３円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいている、即ち、第１のコア部の第１の軸線の第１の接点における接線と第３のコア部の第３の軸線の第３の接点におけるせつせんとが平行で且つ間隔をおいて配置されているので、かかる間隔を光の強度分布のずれに合わせて変化させることによって、所定の分岐比で分岐される第１分岐合波部における損失を軽減することができる。また、かかる間隔を変化させることにより、１：１以外の分岐比を達成することもでき、分岐比の設計自由度が高い光導波路構造を提供することができる。
【００２７】
また、本発明の第３の側面による光導波路構造は、合波分岐部を有する光導波路構造であって、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、第１のコア部に接続され、一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、第１のコア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部と、を有し、第１の軸線、第２の軸線及び第３の軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、第２の接点及び第３の接点は、第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、第３の接点は、基準接線に対して他方の側に位置していることを特徴としている。
このように構成された光導波路構造では、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された第１のコア部を伝搬してきた光の強度分布は、第１の軸線の接線である基準接線と垂直な基準垂直線の方向にずれる傾向があり、所定の分岐比を達成することが困難であった。これに対し、本願発明では、第３の接点が基準接線に対して他方の側に位置しているので、その位置を光の強度分布のずれに合わせて変化させることによって、所定の分岐比で分岐される第１分岐合波部における損失を軽減することができる。また、かかる位置を変化させることにより、１：１以外の分岐比を達成することもでき、分岐比の設計自由度が高い光導波路構造を提供することができる。
一方の側に湾曲する曲線及び他方の側に湾曲する曲線は、円弧、楕円弧、正弦関数、指数関数など各種曲線又はそれらの曲線部分の組合せであっても良いし、曲線部分の間に直線部分を配置しても良い。
【００２８】
この光導波路構造において、好ましくは、前記第２の接点は、前記基準接線に対して前記一方の側に位置している。
このように構成された光導波路構造では、更に、分岐比の設計自由度が高くなる。
【００２９】
本発明の第３の側面による光導波路構造の実施形態において、好ましくは、第１の接点、第２の接点及び前記第３の接点は、基準垂直線上に位置する。
この実施形態において、好ましくは、第２のコア部及び前記第３のコア部は、それらが一体となって基準垂直線から分岐側に延びるコア部分を有する。
また、好ましくは、第１のコア部は、その幅が基準垂直線に向かって広がるテーパ部分を有する。
また、好ましくは、第１のコア部、第２のコア部及び第３のコア部は、基準垂直線にまたがり且つ基準接線と平行な一方の側の輪郭及び他方の側の輪郭を有する拡張コア部分を有する。
【００３０】
また、本発明の第３の側面による光導波路構造の実施形態において、第２の接点及び第３の接点は、基準垂直線と平行であり且つそれよりも合波側に位置する第２の垂直線上に位置し、更に、基準垂直線と第２の垂直線との間に中間コア部を有する。
この実施形態において、好ましくは、中間コア部の一方の側の輪郭及び他方の側の輪郭は、基準接線と平行な直線であり、更に好ましくは、中間コア部は、マルチモード光導波路を構成する。
また、好ましくは、第１のコア部は、その幅が基準垂直線に向かって広がるテーパ部分を有する。
【００３１】
また、本発明の第４の側面による光導波路構造は、合波分岐部を有する光導波路構造であって、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、第１のコア部に接続され、一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、第１のコア部と他方の側に間隔をおき且つ並んで延びる結合器軸線に沿って形成され、第１のコア部と光結合器を構成する結合器コア部と、結合器コア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部と、を有し、第１の軸線、第２の軸線、第３の軸線及び結合器軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点、第３の接点及び結合器接点を有し、第２の接点及び第３の接点は、第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、結合器接点は、基準垂直線上に位置し、第３の接点は、結合器接点で接する結合器軸線の接線に対して他方の側に位置していることを特徴としている。
このように構成された光導波路構造においても、本発明の第３の側面による光導波路構造と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の光導波路は、比較例に比べて大幅に長さが短くできた。また、挿入損失も比較例と同等以上の良好な損失であった。
本発明の光スプリッタ用光導波路は、また、高分岐の光スプリッタを構成する場合にＰＬＣ長さを短くすることができ、ＰＬＣの面積を縮小することができるので、ワーク基板から得られる取れ数が多くなることで、小型化、低コスト化が可能である。
【００３３】
また、本発明による光導波路構造により、所定の分岐比で分岐される光導波路の損失を軽減することができた。
また、本発明による光導波路構造により、分岐比の設計自由度が高い光導波路構造を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態の光導波路構造の構成説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態の光導波路構造の構成説明図である。
【図３】本発明の第３実施形態の光導波路構造の構成説明図である。
【図４】本発明の第４実施形態の光導波路構造の構成説明図である。
【図５】本発明の分岐合波部の第１の実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の分岐合波部の第２の実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明の分岐合波部の第３の実施形態を示す平面図である。
【図８】本発明の分岐合波部の第４の実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の分岐合波部の第５の実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の分岐合波部の第６の実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の分岐合波部の第７の実施形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の分岐合波部の第８の実施形態を示す平面図である。
【図１３】本発明の分岐合波部の第９の実施形態を示す平面図である。
【図１４】本発明の分岐合波部の第１０の実施形態を示す平面図である。
【図１５】本発明による光導波路構造の構成説明図である。
【図１６】本発明による光導波路基板の構成説明図である。
【図１７】従来技術の分岐合波部の平面図である。
【図１８】図１７の一部分を実線で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、具体的例示をもって本発明の光スプリッタ用光導波路の構成方法を１×８型スプリッタ用光導波路について説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。まず、基本要素となるＳ字型曲線を構成するためには、２つの円弧を符合の異なる曲率（上に凸と下に凸の円弧）で接続することで実現できる。Ｓ字型曲線の種類としては、円弧を用いた曲線以外に、楕円弧、正弦関数、指数関数など各種曲線およびこれらと直線とを組み合わせた曲線を用いることができ、本発明では、Ｓ字型曲線の種類に関しては特に限定しないが、以下、本発明の光スプリッタ用光導波路の構成方法について円弧を用いた場合について説明する。
円弧の曲率としては、製造される光導波路の断面構造（すなわち、コア及びクラッドの屈折率及び寸法、形状など）と使用される波長とからそれぞれのばらつきを考慮の上許容される最大の曲率を用いるのが最適である。
【００３６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の光導波路構造は、図１に示すように、一方の出入射側に単一ポート１０を有し、他方の出入射側に複数ポート１２を有する光導波路構造１４であって、 該光導波路構造の一方の最外側が、Ｓ形曲線光導波路部分２０であり、
該Ｓ形曲線光導波路部分２０は、両端部の接線が平行であり、第１変曲点２２で曲率が反転する第１円弧光導波路部分２４及び第２円弧光導波路部分２６からなり、
前記第１変曲点２２より前記単一ポート側の前記第１円弧光導波路部分２４に、第１分岐合波点３０を設け、該第１分岐合波点３０から前記複数ポート１２側へ延び、前記第１円弧光導波路部分２４に対し反転曲率の第３円弧光導波路部分３２を形成し、前記第１分岐合波点３０において前記第１円弧光導波路部分２４の接線と、前記第３円弧光導波路部分３２の接線が平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする光導波路構造である。
【００３７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の光導波路構造は、図２に示すように、更に、前記第３円弧光導波路部分３２が、さらに、第２分岐合波点４０を有し、該第２分岐合波点４０において該第２分岐合波点４０から前記複数ポート１２側へ延び、前記第３円弧光導波路部分３２に対し反転曲率の第４円弧光導波路部分４２を形成し、前記第２分岐合波点４０において前記第３円弧光導波路部分３２の接線と、前記第４円弧光導波路部分４２の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする。
【００３８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の光導波路構造は、更に、図３に示すように、前記第４円弧光導波路部分４２が、さらに、第３分岐合波点５０を有し、該第３分岐合波点５０において該第３分岐合波点から前記複数ポート１２側へ延び、前記第３円弧光導波路部分３２に対し反転曲率の第５円弧光導波路部分６０を形成し、前記第３分岐合波点５０において前記第３円弧光導波路部分３２の接線と、前記第５円弧光導波路部分６０の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする。
【００３９】
また、１ｃｈ側ポート、多チャンネル側ポートのうち少なくとも片側に光ファイバ接続用Ｖ溝が設けられてもよい。Ｖ溝を設けることで、光ファイバの実装が容易になる。また、端面を研磨した光ファイバブロック、もしくは光ファイバアレイを使用する必要がなくなる。特に多チャンネル側においては、光ファイバアレイと呼ばれる高精度・高価な部品を使用する必要が無くなることで、低コストの効果が大きい。さらに、多チャンネル側の光ファイバ接続では、光導波路と光ファイバ接続用のV溝を同一のウエハ上の工程で形成することができるため高精度な位置合わせして製造することができるため、光ファイバと光導波路との光学的結合部分における過剰損失を低減することができる。
【００４０】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の光導波路構造は、図４に示すように、一方の出入射側に単一ポート１００を有し、他方の出入射側に複数ポート１１２を有する光導波路構造１１４であって、
該光導波路構造の一方の最外側が、Ｓ形曲線光導波路部分１２０であり、
該Ｓ形曲線光導波路部分１２０は、両端部の接線が平行であり、第１変曲点１２２で曲率が反転する第１円弧光導波路部分１２４及び第２円弧光導波路部分１２６からなり、
前記第１変曲点１２２より前記単一ポート側の前記第１円弧光導波路部分１２４に、第１分岐合波点１３０を設け、該第１分岐合波点１３０から前記複数ポート１１２側へ延び、前記第１円弧光導波路部分１２４に対し反転曲率の第３円弧光導波路部分１３２を形成し、前記第１分岐合波点１３０において前記第１円弧光導波路部分１２４の接線と、前記第３円弧光導波路部分１３２の接線が平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする光導波路構造である。
【００４１】
本実施形態の光導波路構造において、入力パワーを前記複数ポート１１２へ等配分する場合、分岐比は、
Ｎ／２−ｎ：１
で表わされる。Ｎは分岐数を表わし、ｎは共通ポート側から順に分岐に付した番号を示す。１×Ｎスプリッタの場合、共通ポート側から順にＮ／２−１：１、Ｎ／２−２：１、Ｎ／２−３：１、・・・・の分岐構造で構成されている１×Ｎスプリッタである。例えば、１×４分岐スプリッタの場合は、１：１分岐、１×８分岐スプリッタの場合は、順に、３：１、２：１、１：１、１×１６分岐スプリッタの場合は、順に、７：１、６：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１、１×３２分岐スプリッタの場合は、順に１５：１、１４：１、１３：１、１２：１、１１：１、１０：１、９：１、８：１、７：１、６：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１の分岐比でパワーが分配される分岐構造で構成されている１×Ｎ分岐スプリッタである。
【００４２】
本発明の光導波路は光スプリッタ用として用いることが好ましいが、さらに他の光学装置の少なくとも一部として用いることができる。そのような光学装置としては、光カプラ、光合分岐器、光合分波器、光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュール、光スイッチ、光変調器、光フィルタ、光偏向器、光分散補償器、光アドドロップモジュール、光クロスコネクトなどがあげられる。
【００４３】
本発明の光導波路は、従来の曲線光導波路について公知の方法で同様に作製することができる。例えばクラッド上にコア材料（後述）からなる層を設けた後、前記層上に感光性レジスト層を設け、本発明の光導波路形状を有するマスクを載せて、露光、現像を行い、本発明の曲線光導波路形状を有するレジスト層を設け、その後エッチング等の手段により本発明の曲線光導波路形状を有するコアを形成する。また、本発明の曲線光導波路形状を従来のコア幅が一定な曲線光導波路の一部として有するマスクを用いて、本発明の曲線光導波路を少なくとも一部に有する光導波路または光学装置を一度に作製できることはいうまでもない。
なお、上記マスク材料は、公知のいずれのものを用いてもよい。
【００４４】
本発明の曲線光導波路のコア、クラッド材料としてはガラスや半導体材料等の無機材料、樹脂等の有機材料など様々なものが挙げられるが、樹脂等のポリマーがドライエッチング等により短時間で加工しやすいため好ましい。このようなポリマーとしてはいずれのものも使用できるが、具体例としては、ポリイミド系樹脂（例、ポリイミド樹脂、ポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等）、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、及びフォトブリーチング用樹脂（例、特開２００１−２９６４３８号公報記載のポリシラン、ニトロン化合物を有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー（dye polymer）、ニトロン化合物を含有するポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、特開２０００−６６０５１号公報記載の加水分解性シラン化合物等）が挙げられる。上記樹脂はフッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れることからポリイミド樹脂が挙げられ、その中でも透過率、屈折率特性からフッ素を含むポリイミド系樹脂が特に好ましい。
【００４５】
フッ素を含むポリイミド系樹脂としては、フッ素を含むポリイミド樹脂、フッ素を含むポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、フッ素を含むポリエーテルイミド樹脂、フッ素を含むポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。
【００４６】
上記フッ素を含むポリイミド系樹脂の前駆体溶液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン，Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させることにより得られる。フッ素は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンの両者に含まれていても良いし、いずれか一方にのみ含まれていてもよい。
また、上記フッ素を含まないポリイミド系樹脂の前駆体溶液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン，Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、フッ素を含まないテトラカルボン酸二無水物とフッ素を含まないジアミンを反応させることにより得られる。
【００４７】
フッ素を含む酸二無水物の例としては、（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（ヘプタフルオロプロピル）ピロメリット酸二無水物、ペンタフルオロエチルピロメリット酸二無水物、ビス｛３，５−ジ（トリフルオロメチル）フェノキシ｝ピロメリット酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、２，２′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシジフェニルエーテル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシベンゾフェノン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ベンゼン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、２，２−ビス｛（４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ジフェニルエーテル二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物などが挙げられる。
【００４８】
フッ素を含むジアミンとしては、例えば、４−（１Ｈ，１Ｈ，１１Ｈ−エイコサフルオロウンデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パ−フルオロ−１−ブタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−ヘプタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−オクタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−ペンタフルオロフェノキシ−１，３−ジアミノベンゼン、４−（２，３，５，６−テトラフルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（４−フルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ヘキサノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、２，５−ジアミノベンゾトリフルオライド、ビス（トリフルオロメチル）フェニレンジアミン、ジアミノテトラ（トリフルオロメチル）ベンゼン、ジアミノ（ペンタフルオロエチル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロヘキシル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロブチル）ベンゼン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、オクタフルオロベンジジン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（アニリノ）ヘキサフルオロプロパン、１，４−ビス（アニリノ）オクタフルオロブタン、１，５−ビス（アニリノ）デカフルオロペンタン、１，７−ビス（アニリノ）テトラデカフルオロヘプタン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノベンゾフェノン、４，４′−ジアミノ−ｐ−テルフェニル、１，４−ビス（ｐ−アミノフェニル）ベンゼン、ｐ−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（２−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジトリフルオロメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、４，４′−ビス（３−アミノ−５−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、２，２−ビス｛４−（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、ビス｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝ビフェニル、ビス〔｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、ビス｛２−〔（アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロイソプロピル｝ベンゼンなどが挙げられる。
【００４９】
上記のテトラカルボン酸二無水物およびジアミンは二種以上を併用してもよい。ポリイミド系樹脂の前駆体溶液として、感光性を有するものを使用することもできる。
ポリイミド系樹脂前駆体溶液は、スピナあるいは印刷などによる方法により基板表面上に塗布され、最終温度２００〜４００℃で熱処理し硬化されてポリイミド系樹脂被膜とされる。
【００５０】
以下、特許文献３に開示されている分岐合波部を図１７及び１８を参照して説明し、その後、本願発明による分岐合波点、実際には、分岐合波部の実施形態を説明する。
図１７は、特許文献３に開示されている光導波路の分岐合波部を示す図である。特許文献３には、光導波路のコア部の経路が実線で示されているだけであるが、実際には、図１７に示すように、各光導波路のコア部は幅を有している。この幅は一定であり、各光導波路のコア部について、幅の中心線と一致する軸線を定めることができる。図１７に示すように、分岐合波部Ｊは、一方の側Ｓ１に湾曲する曲線からなる第１の軸線ＬＡに沿って形成された合波側の第１のコア部Ａと、第１のコア部Ａに接続され、第１のコア部Ａと同じ側Ｓ１に湾曲する曲線からなる第２の軸線ＬＢに沿って形成された分岐側の第２のコア部Ｂと、第１のコア部Ａに接続され、他方の側、即ち、第１のコア部Ａと反対の側Ｓ２に湾曲する曲線からなる第３の軸線ＬＣに沿って形成された分岐側の第３のコア部Ｃとを有している。図１７では、第１の軸線ＬＡ及び第２の軸線ＬＢは共通であり、第１の軸線ＬＡ（第２の軸線ＬＢ）及び第３の軸線ＬＣは分岐合波点ＪＪで交わり、しかも、分岐合波点ＪＪにおける第１の軸線ＬＡ（第２の軸線ＬＢ）及び第３の軸線ＬＣの接線は共通の接線ＬＴである。また、図１７には、分岐合波点ＪＪを通り且つ共通の接線ＬＴと垂直な垂直線ＬＰが示されている。
図１８（ａ）〜（ｃ）は、図１７に示した分岐合波部の一部分だけを実線で書き直したものである。以下の説明では、図１８の（ａ）において実線で示す部分Ａ０を第１コア要素、図１８の（ｂ）において実線で示す部分Ｂ０を第２コア要素、図１８の（ｃ）においにおいて実線で示す部分Ｃ０を第３コア要素と称する。
【００５１】
本願発明における分岐合波部の第１の形態を図５に示す。分岐合波部１５０は、合波側の第１のコア部Ａ１と、分岐側の第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１とを有している。この構造は、図１８（ａ）〜（ｃ）に示した第１のコア要素Ａ０に対して、第２のコア要素Ｂ０を垂直線ＬＰに沿って一方の側Ｓ１にずらして配置し、第３のコア要素Ｃ０を垂直線ＬＰに沿って他方の側Ｓ２にずらして配置したものである。第１のコア部Ａ１、第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１はそれぞれ、軸線ＬＡ１、ＬＢ１、ＬＣ１に沿って形成されている。軸線ＬＡ１、ＬＢ１、ＬＣ１は、互いに平行なそれぞれの接線ＴＡ１、ＴＢ１、ＴＣ１と接する接点ＰＡ１、ＰＢ１、ＰＣ１を有し、接点ＰＡ１、ＰＢ１、ＰＣ１は、第１のコア部Ａ１の軸線ＬＡ１の接点ＰＡ１における接線である接線ＴＡ１と垂直に接点ＰＡ１を通って延びる垂直線ＬＰ１上に位置している。接点ＰＢ１は、接線ＴＡ１よりも一方の側Ｓ１に位置し、接点ＰＣ１は、接線ＬＴ１よりも他方の側Ｓ２に位置している。接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離をＤ１で示し、これらの接線ＴＢ１、ＴＣ１と平行で且つその中間に位置する中心線ＬＩＮと接線ＴＡ１との間の距離Ｅ１で示す。
【００５２】
実施例１として、図５に示される分岐合波部における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の３本の光導波路のコア部は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ１と第３のコア部Ｃ１の中心軸のオフセットＤ１（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、６μｍとした。第１のコア部Ａ１と第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ１、即ち、接線ＴＡ１と中心線ＬＩＮとの間の距離は、０．３μｍとした。
入力波長１．３１μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．１６ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．１５ｄＢであった。
入力波長１．５５μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．０９ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．１９ｄＢであった。
以上のように、波長によらず、分岐比が略１：１であり、かつ、低損失な分岐構造を得ることができた。
【００５３】
本願発明における分岐合波部の第２の形態を図６に示す。分岐合波部１５４は、合波側の第１のコア部Ａ２と、分岐側の第２のコア部Ｂ２及び第３のコア部Ｃ２とを有している。この構造は、図５に示した分岐合波部１５０の第２のコア部Ｂ１と第３のコア部Ｃ１との間にある先の尖ったクラッド部分をコア部分Ｆ２に置き換えたものである。従って、第２のコア部Ｂ２及び第３のコア部Ｃ２は、それらが一体となって垂直線ＬＰ１から分岐側に延びるコア部分ＦＦ２を有する。
コア部分Ｆ２を設けることにより、分岐合波部１５４の製造上のばらつきを低減することが可能である。
【００５４】
本願発明における分岐合波部の第３の形態を図７に示す。分岐合波部１５８は、合波側の第１のコア部Ａ３と、分岐側の第２のコア部Ｂ３及び第３のコア部Ｃ３とを有している。この構造は、図５に示した分岐合波部１５０の第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１を接線ＴＡ１に沿って分岐側にずらして配置し、第１のコア部Ａ１と第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１との間に中間コア部Ｆ３を追加したものである。従って、接点ＰＢ１、ＰＣ１は、垂直線ＬＰ１と平行であり且つそれよりも合波側に位置する垂直線ＬＰ２上に位置する。また、中間コア部Ｆ３は、垂直線ＬＰ１とＬＰ２との間に配置されている。中間コア部Ｆ３の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭は、接線ＴＡ１と平行な直線であることが好ましい。また、中間コア部Ｆ３は、マルチモード光導波路を構成することが更に好ましい。中間コア部Ｆ３の中心線は、第２のコア部Ｂ３及び第３のコア部Ｃ３の中心線ＬＩＮと一致する。
【００５５】
本願発明における分岐合波部の第４の形態を図８に示す。分岐合波部１６２は、合波側の第１のコア部Ａ４と、分岐側の第２のコア部Ｂ４及び第３のコア部Ｃ４とを有している。この構造は、図５に示した分岐合波部１５０の第１のコア部Ａ１の一方の側Ｓ１及び他方の側Ｓ２にそれぞれコア部分Ｆ４１、Ｆ４２を追加したものである。従って、第１のコア部Ａ４は、その幅が垂直線ＬＰ１に向かって広がるテーパ部分ＦＦ４を有している。テーパ部分ＦＦ４の一方の側Ｓ１の輪郭は、第２のコア部Ｂ４の一方の側Ｓ１の輪郭の終端Ｐ４１をその点における接線で延長することによって構成されている。本実施形態では、一方の側Ｓ１の輪郭は、接線ＴＡ１と平行な直線である。テーパ部分ＦＦ４の他方の側Ｓ２の輪郭は、第１のコア部Ａ４の他方の側Ｓ２の輪郭の適当な点Ｐ４２をその点における接線、即ち、直線で延長することによって構成されている。接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離をＤ４で示し、これらの接線ＴＢ１、ＴＣ１と平行で且つその中間に位置する中心線ＬＩＮと接線ＴＡ１との間の距離Ｅ４で示す。
【００５６】
実施例２として、図８に示される分岐合波部における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ４，Ｂ４，Ｃ４の３本の光導波路のコア部は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ４と第３のコア部Ｃ４の中心軸のオフセットＤ４（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、６μｍとした。第１のコア部Ａ４と第２のコア部Ｂ４及び第３のコア部Ｃ４の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ４、即ち、接線ＴＡ１と中心線ＬＩＮとの間の距離は、０．３μｍとした。
入力波長１．３１μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．０７ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．０３ｄＢであった。
入力波長１．５５μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．０３ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．０５ｄＢであった。
以上のように、波長によらず、分岐比が略１：１であり、かつ、低損失な分岐構造を得ることができた。
【００５７】
本願発明における分岐合波部の第５の形態を図９に示す。分岐合波部１６６は、合波側の第１のコア部Ａ５と、分岐側の第２のコア部Ｂ５及び第３のコア部Ｃ５とを有している。この構造は、図８に示した分岐合波部１６２と同様、図５に示した分岐合波部１５０の第１のコア部Ａ１の一方の側Ｓ１及び他方の側Ｓ２にそれぞれコア部分Ｆ５１、Ｆ５２を追加したものである。従って、第１のコア部Ａ５は、その幅が垂直線ＬＰ１に向かって広がるテーパ部分ＦＦ５を有する。この構造は、テーパ部分ＦＦ５の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭が異なること以外、図８に示した分岐合波部１６２と同じであり、テーパ部分ＦＦ４の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭はそれぞれ、後述の（式１）及び（式２）で表される関数によって構成されている。即ち、テーパ部分ＦＦ５の幅は、垂直線ＬＰ１に向かって三角関数に従って増えている。接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離をＤ５で示し、これらの接線ＴＢ１、ＴＣ１と平行で且つその中間に位置する中心線ＬＩＮと接線ＴＡ１との間の距離Ｅ５で示す。
式１及び式２を採用することにより、コア部Ａ５のテーパ部ＦＦ５の開始部の接続が滑らかになり、過剰損失を低減することが可能である。
【００５８】
実験例３として、図９に示される分岐合波部における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ５，Ｂ５，Ｃ５の３本の光導波路のコア部は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ５と第３のコア部Ｃ５の中心軸のオフセットＤ５（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、１０μｍとした。第１のコア部Ａ５と第２のコア部Ｂ５及び第３のコア部Ｃ５の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ５、即ち、接線ＴＡ１と中心線ＬＩＮとの間の距離は、４．１μｍとした。式１及び式２は次のとおりである。
【００５９】
【００６０】
ただし、ｆ1（ｚ）が上縁部（一方の側Ｓ１）、ｆ2（ｚ）が下縁部（他方の側Ｓ２）を示す。ｚは伝搬方向（接線ＴＡ１の方向）の座標を、ｌは伝搬方向の長さ、ｈは伝搬方向と直交する方向の高さ、ｒはテーパ導波路（テーパ部分ＦＦ５）の中心線（軸線ＬＡ１）が描く曲率半径、ｗsはテーパ導波路の始点の導波路高さ（幅）、ｗeはテーパ導波路の終点の導波路高さ（幅）をそれぞれ示す。
【００６１】
入力波長１．３１μｍとして、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失と入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失とを評価した。
テーパ光導波路の終端部の幅が１５μｍの場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略３：１であった。
テーパ光導波路の終端部の幅が１６．５μｍの場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略２：１であった。
テーパ光導波路の終端部の幅が１８．５μｍの場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略１：１であった。
以上のように、入力光導波路側に構成されるテーパ光導波路の長さ及び／または、該テーパ光導波路の終端部（分岐点側）の幅とを変更することにより、出力光導波路間の分岐比を調整すること調整して得ることができた。
【００６２】
本願発明における分岐合波部の第６の形態を図１０に示す。分岐合波部１７０は、合波側の第１のコア部Ａ６と、分岐側の第２のコア部Ｂ６及び第３のコア部Ｃ６とを有している。この構造は、図９に示した分岐合波部１６６の第２のコア部Ｂ５及び第３のコア部Ｃ５を接線ＴＡ１に沿って分岐側にずらして配置し、第１のコア部Ａ５と第２のコア部Ｂ５及び第３のコア部Ｃ５との間に中間コア部Ｆ６を追加したものである。従って、接点ＰＢ１、ＰＣ１は、垂直線ＬＰ１と平行であり且つそれよりも合波側に位置する垂直線ＬＰ２上に位置する。また、中間コア部Ｆ６は、垂直線ＬＰ１とＬＰ２との間に配置されている。中間コア部Ｆ６の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭は、接線ＴＡ１と平行な直線であることが好ましい。また、中間コア部Ｆ６は、マルチモード光導波路を構成することが更に好ましい。中間コア部Ｆ６の中心線は、第２のコア部Ｂ６及び第３のコア部Ｃ６の中心線ＬＩＮと一致する。
【００６３】
実験例４として、図１０に示される分岐合波部における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ６，Ｂ６，Ｃ６の３本の光導波路のコア部は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ６と第３のコア部Ｃ６の中心軸のオフセットＤ６（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、１０μｍとした。第１のコア部Ａ６と第２のコア部Ｂ６及び第３のコア部Ｃ６の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ６、即ち、接線ＴＡ１と中心線ＬＩＮとの間の距離は、３．１５μｍとした。式１及び式２は次のとおりである。
【００６４】
【００６５】
ただし、ｆ1（ｚ）が上縁部（一方の側Ｓ１）、ｆ2（ｚ）が下縁部（他方の側Ｓ２）を示す。ｚは伝搬方向（接線ＴＡ１の方向）の座標を、ｌは伝搬方向の長さ、ｈは伝搬方向と直交する方向の高さ、ｒはテーパ導波路（テーパ部分ＦＦ６）の中心線（軸線ＬＡ１）が描く曲率半径、ｗsはテーパ導波路の始点の導波路高さ（幅）、ｗeはテーパ導波路の終点の導波路高さ（幅）をそれぞれ示す。
【００６６】
入力波長１．３１μｍとして、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失と入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失とを評価した。
Ｌ＝７４０μｍ、Ｗ＝１８．５μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．７１ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．６３ｄＢであった。この場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略１：１であった。
Ｌ＝７５０μｍ、Ｗ＝１５．５μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−２．０９ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−５．１８ｄＢであった。この場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略２：１であった。
以上のように、入力光導波路と出力光導波路との間に挿入される光導波路の長さ及び／または、幅を変更することにより、出力光導波路間の分岐比を調整して得ることができた。
【００６７】
本願発明における分岐合波部の第７の形態を図１１に示す。分岐合波部１７４は、合波側の第１のコア部Ａ７と、分岐側の第２のコア部Ｂ７及び第３のコア部Ｃ７とを有している。この構造は、図８に示した分岐合波部１６２と同様、図５に示した分岐合波部１５０の第１のコア部Ａ１の一方の側Ｓ１及び他方の側Ｓ２にそれぞれコア部分Ｆ７１、Ｆ７２を追加したものである。従って、第１のコア部Ａ７は、その幅が垂直線ＬＰ１に向かって広がるテーパ部分ＦＦ７を有する。この構造は、テーパ部分ＦＦ７の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭が異なること以外、図８に示した分岐合波部１６２と同じであり、テーパ部分ＦＦ４の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭は円弧によって構成されている。
【００６８】
本願発明における分岐合波部の第８の形態を図１２に示す。分岐合波部１７８は、合波側の第１のコア部Ａ８と、分岐側の第２のコア部Ｂ８及び第３のコア部Ｃ８とを有している。この構造は、図５に示した分岐合波部１５０の第１のコア部Ａ１及び第２のコア部Ｂ１の一方の側Ｓ１に垂直線ＬＰ１にまたがるコア部分Ｆ８１を追加し、第１のコア部Ａ１及び第３のコア部Ｃ１の他方の側Ｓ２に垂直線ＬＰ１にまたがるコア部分Ｆ８２を追加したものである。従って、第１のコア部Ａ８、第２のコア部Ｂ８及び第３のコア部Ｃ８は、拡張コア部分ＦＦ８を構成する。拡張コア部分ＦＦ８の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭は、接線ＴＡ１と平行な直線であることが好ましい。また、拡張コア部分ＦＦ８は、マルチモード光導波路を構成することが更に好ましい。
【００６９】
本願発明における分岐合波部の第９の形態を図１３に示す。分岐合波部１８２は、合波側の第１のコア部Ａ９と、分岐側の第２のコア部Ｂ９及び第３のコア部Ｃ９とを有している。この構造は、図７に示した分岐合波部１５８の第２のコア部Ｂ３及び第３のコア部Ｃ３を垂直線ＬＰ２に沿って移動してコア部Ｂ３とＣ３の間隔を広げ、第２のコア部Ｂ９及び第３のコア部Ｃ９との間にコア部Ｆ９を追加したものである。接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離をＤ９で示し、これらの接線ＴＢ１、ＴＣ１と平行で且つその中間に位置する中心線ＬＩＮと接線ＴＡ１との間の距離Ｅ９で示す。中間コア部Ｆ３は、マルチ光導波路で構成されるのが好ましい。中間コア部Ｆ３の接線ＴＡ１方向の長さをＬ９、それと垂直方向の幅をＷ９で示す。長さＬ９は、１９０〜２２０μｍであることが好ましく、幅Ｗ９は、１３〜１６μｍであることが好ましく、距離Ｅ９は、０．３〜０．７μｍであることが好ましい。第２のコア部Ｂ９と第３のコア部Ｃ９との間の間隔Ｇ９は、３．５μｍ以上であることが好ましい。
【００７０】
実施例５として、図１３に示される分岐合波点における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ，Ｂ，Ｃの３本の光導波路は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ９と第３のコア部Ｃ９の中心軸のオフセットＤ９（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、１０μｍとした。第１のコア部Ａ９と第２のコア部Ｂ９及び第３のコア部Ｃ９の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ９は、０．５μｍとした。
Ｌ９＝２００μｍ、Ｗ９＝１４μｍの場合、入力ポートＡ９と出力ポートＢ９間の過剰損失は、−３．２２ｄＢ（入力波長１．３１μｍ），−３．２９ｄＢ（入力波長１．５５μｍ）、入力ポートＡ９と出力ポートＣ９間の過剰損失は、−３．１８ｄＢ（入力波長１．３１μｍ），−３．２５ｄＢ（入力波長１．５５μｍ）であった。
また、Ｌ９＝２２０μｍ、Ｗ９＝１５μｍの場合、入力ポートＡ９と出力ポートＢ９間の過剰損失は、−３．２９ｄＢ（入力波長１．３１μｍ），−３．２５ｄＢ（入力波長１．５５μｍ）、入力ポートＡ９と出力ポートＣ９間の過剰損失は、−３．２５ｄＢ（入力波長１．３１μｍ），−３．２１ｄＢ（入力波長１．５５μｍ）であった。
以上のように、波長によらず、分岐比が略１：１であり、かつ、低損失な分岐構造を得ることができた。
【００７１】
本願発明における分岐合波部の第１０の形態を図１４に示す。分岐合波部１８６は、合波側の第１のコア部Ａ１０と、分岐側の第２のコア部Ｂ１０及び第３のコア部Ｃ１０と、第１のコア部Ａ１０と光結合器を構成する結合器コア部ＡＡ１０を有している。この構造は、図１８（ａ）〜（ｃ）に示した第１のコア要素Ａ０の他方の側Ｓ２に間隔をおき且つ並んで延びる結合器コア部ＡＡ１０を配置し、第３のコア要素Ｃ０を、結合器コア部ＡＡ１０と接続されるように垂直線ＬＰに沿って他方の側Ｓ２にずらして配置したものである。第１のコア部Ａ１０、第２のコア部Ｂ１０、第３のコア部Ｃ１０及び結合器コア部ＡＡ１０はそれぞれ、軸線ＬＡ１０、ＬＢ１０、ＬＣ１０、ＬＡＡ１０に沿って形成されている。軸線ＬＡ１０、ＬＢ１０、ＬＣ１０、ＬＡＡ１０は、互いに平行なそれぞれの接線ＴＡ１０、ＴＢ１０、ＴＣ１０、ＴＡＡ１０と接する接点ＰＡ１０、ＰＢ１０、ＰＣ１０、ＰＡＡ１０を有し、接点ＰＡ１０、ＰＢ１０、ＰＣ１０、ＰＡＡ１０は、第１のコア部Ａ１０の軸線ＬＡ１０の接点ＰＡ１０における接線である接線ＴＡ１０と垂直に接点ＰＡ１０を通って延びる垂直線ＬＰ１０上に位置している。接線ＴＡ１０と接線ＴＢ１０とは同一の接線であり、接点ＰＡ１と接点ＰＢ１は同一の点である。接点ＰＡ３は、接線ＴＡＡ１０よりも他方の側Ｓ２に位置している。
【００７２】
本発明の光導波路構造を用いて、図１５に示したように、１×８の光スプリッタ用光導波路基板を以下のように作製した。
まず、光導波路用ＣＡＤを用いて、光導波路部２０１の光導波路コアパターン２１３を構成した。分岐合波点付近には、図１３に示した直線マルチモード光導波路を挿入した構造とした。ビーム伝搬法（ＢＰＭ）を用いて過剰損失を計算した結果、−９．６６６ｄＢ(波長１．３１μｍの揚合)、−９．７２ｄＢ(波長１．５５μｍ揚合)であった。
【００７３】
次に、以下のようにして、上記のコアパターンのマスクを作製した。コアパターン寸法はプロセスで変化するので、変化量を考慮したコアパターンをＣＡＤで製図した。コアパターン以外にもマスクと基板の位置精度を向上させるためのアライメントマークや、その他パターン計測等に使用するマーカもマスクに追加した。ＣＡＤの製図の手順は、製図作業の効率をよくするため、初めに１素子分のパターンを製図し、前記１素子分のパターンを配列複写してマスク全体にパターンを配置する。
【００７４】
１素子分のパターンには、レイヤーを設けコアパターンを製図したレイヤー以外にも、違うレイヤーを用いてパターンを製図することが可能である。以上のように製図したＣＡＤ図面からマスク基板にパターンを露光機を用いて直接描画し、パターン部分をＣｒの金属膜で埋めたマスクと、パターン部分以外をＣｒの金属膜で埋めたマスクとを製作した。上記２つのマスクは、コアパターン形成プロセスで使用するレジストの種類及び光導波路製造におけるコア形成プロセスの種類によって使い分けることが可能である。
【００７５】
以上のように、本発明の曲線光導波路を用いて構成された１×８スプリッタでは、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いて構成された従来のスプリッタよりも良好な過剰損失を示した。
次に、以下の材料を用いて、光導波路基板を作製した。
コア：日立化成工業(株)製：OPI-N3205
クラッド:日立化成工業(株)製：OPI-N1005
【００７６】
製造方法は、Ｖ溝が形成されたシリコンウエハ上に有機ジルコニウムキレートをスピンコート法により乾燥膜厚１００オングストロームとなるように塗布し、乾燥後、その上にフッ素を含まないポリイミド樹脂を乾燥膜厚０．３μｍとなるように塗布し、乾燥後、フッ素を含むポリイミド樹脂からなる下部クラッド層（８μｍ）及びコア層（６．５μｍ）を形成した。
【００７７】
次に、コア層の上にシリコン含有レジストを０．５μｍ厚となるように塗布、乾燥し、実施例２で作製したマスクのコアパターンを介して露光、現像し、このレジストパターンを介して反応性イオンエッチングを行い、コア層を形成した。レジスト剥離後、上部クラッド層（１５μｍ）を形成してポリイミド光導波路を作成した。その後、ダイシングによりチップに切り出した。
得られた光導波路の挿入損失を評価した。評価にあたっては、光導波路基板の両端に形成されたＶ溝をガイドとして光ファイバを固定して測定した。光源としては、波長１．３１μｍの半導体レーザを用いた。本発明の曲線光導波路を用いた場合の挿入損失は、平均値が−１０．６ｄＢ（最も損失が大きいポートで−１０．８ｄＢ）、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いた場合の挿入損失は、平均値が−１１．２ｄＢ（最も損失が大きいポートで−１１．７ｄＢ）であった。
【００７８】
以上のように、本発明の曲線光導波路を用いて構成された１×８型ツリー構成のスプリッタでは、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いて構成された従来のスプリッタよりも良好な挿入損失を示した。
なお、本実施例では、スプリッタ用光導波路を構成するすべてのＳ字型曲線光導波路に本発明の曲線光導波路を用いたが、他のＳ字型曲線と混在した構成としてもよい。
【００７９】
次に、光導波路基板の光ファイバ接続用Ｖ字断面ガイド溝に沿って光ファイバを実装し、接着剤で固定した。これらの光ファイバを使用して挿入損失を測定した結果、−１１．４８ｄＢ(波長１．３１μｍの場合)、−１１．２６ｄＢ(波長１．５５μｍ場合)であった。
光導波路基板は、全長は１２．４ｍｍ、幅２．２ｍｍであった。光ファイバ接続部を除いた光導波略部の長さは、９．４ｍｍであった。
【００８０】
（比較例）
比較のために、図１６に示したような１×８の光スプリッタ用光導波路基板を以下のように作製した。まず、光導波路用ＣＡＤを用いて、光導波路部２０１の光導波路コアパターン２１３を構成した。
分岐合波点付近はテーパ構造とし、分岐合波点間を接続する曲線光導波路は円弧を接続して構成した。ビーム伝搬法(ＢＰＭ)を用いて過剰損失を計算した結果、−９．６８ｄＢ(波長１．３１μｍの場合)、−９．８３ｄＢ(波長１．５５μｍ場合)であった。
【００８１】
光導波路パターンが異なることとそれに伴って光導波路長が長くなったのに合わせて光ファイバ用ガイド溝の設置間隔を調整した以外は実施例６と同様にマスクを作製し、光導波路基板を作製した。さらに、同様にして光ファイバを実装し、これらの光ファィバを使用して挿入損失を測定した結果、−１１．９０ｄＢ(波長１．３１μｍの揚合)、−１１．３５ｄＢ(波長１．５５μｍ場合)であった。光導波路基板は、全長は１８．０ｍｍ、幅２．２ｍｍであった。光ファイバ接続部を除いた光導波路部の長さは、１５．０４ｍｍであった。
【００８２】
本発明の光スプリッタ用光導波路は、また、損失を増大させることなく、長さを大幅に短くすることができる。従って、ウエハを用いて半導体製造工程に準じた工法を用いる光導波路の製造方法にあたっては、ウエハあたりの光導波路チップの取れ数を多くとることができ、光導波路１個あたりの製造コストを低減することができる。
【００８３】
ポリマー光導波路の場合は特に、損失を低減することができる。材料由来の損失は、光導波路の電搬長さに比例するので、単位長さあたりの損失が石英などに比べて大きなポリマー光導波路では、短尺化することで、トータルの損失を低減する効果が絶大である。単位長さあたりの損失が０．１ｄＢ／ｃｍ以上の場合に効果が大きい。また、全長が長くなるほど、損失の低減効果が大きくなるため、例えば、１×Ｎ型の多段構成スプリッタの場合には、分岐数Ｎ型の大きい大規模なパターンの場合に特に効果が大きい。具体的には、光導波路長が５ｍｍ以上の長さとなるような光導波路の場合には有効である。
明確な指導原理に基づいて容易に光導波路パターンを作図でき、光導波路設計にかかる時間を短縮することができる。
【００８４】
上記分岐合波部の実施形態において、第２のコア部Ｂ１〜Ｂ９の接点ＰＢ１〜ＰＢ９を第１のコア部Ａ１〜Ａ９の軸線ＬＡ１の接線ＴＡ１からずらして配置したけれども、許容される分岐比が達成できれば、接点ＰＢ１〜ＰＢ９を接線ＴＡ１上に配置しても良い。
また、テーパ部分を有する合波分岐部を図８〜図１１及び図１３に例示したが、許容される損失であれば、テーパ部分の輪郭は限定されず、例えば、テーパ部分の開始位置を移動させても良いし、テーパ部分を直線又は例示していない曲線で構成しても良い。
また、本発明による合波分岐部を構成するために、第１〜第３のコア要素Ａ０、Ｂ０、Ｃ０を垂直線ＬＰ１、ＬＰ２に沿って移動させる距離は、損失及び分岐比を考慮して任意に定められる。従って、上記実施形態の第１のコア部、第２のコア部、第３のコア部、中間コア部の輪郭は互いに、滑らかに接続されていてもよいし、段差を設けて接続されていてもよいし、角度を設けて接続されていてもよい。
また、尖ったクラッド部分を含まないように構成した本発明による合波分岐部を、図６及び図１３に例示したが、その他の実施形態においても、製造上のばらつきを低減するために、尖ったクラッド部分をコア部に置き換えてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 単一ポート
１２ 複数ポート
１４ 光導波路構造
２０ Ｓ形曲線光導波路部分
２２ 第１変曲点
２４ 第１円弧光導波路部分
２６ 第２円弧光導波路部分
３０ 第１分岐合波点
３２ 第３円弧光導波路部分
４０ 第２分岐合波点
４２ 第４円弧光導波路部分
５０ 第３分岐合波点
６０ 第５円弧光導波路部分
２００ 光導波路基板
２０１ 光導波路部
２０２ 光ファイバ接続部
２１１ 光ファイバ接続用ガイド溝
２１２ 溝
２１３ 光導波路コアパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路構造に関し、さらに詳しくは、分岐合波部を有する光導波路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大しており、全長が短く、伝送速度が速く、光伝送損失の小さい光導波路が要望されている。
光導波路は、光伝送における光インターコネクションとして使用されており、例えば光スプリッタ（分岐結合器）のような光学装置は、光導波路の基本構成要素として必要不可欠のものである。一方、光スプリッタ（分岐結合器）は、光伝送方向を逆にすると、合波光導波路として作用する。
【０００３】
１×Ｎ（Ｎは２〜８）分岐の光スプリッタを光導波路で構成するには、従来１×２分岐構造をツリー構成にして実現されていた。以下、記載の便宜上、１ｃｈ側を入力ポート、Ｎｃｈ側を出力ポートとして記述するが、使用方法としては、光分岐機能として使用してもよいし、光結合機能として使用してもよい。
１×４分岐以上の光スプリッタでは、入力ポート側から第１段目の分岐構造と第２段目の分岐構造との間は、従来Ｓ字型の曲線光導波路を用いて結合されるように、入力部分、出力部分の方向が平行となるように配置される。１×８分岐以上の光スプリッタでは、第２段目の分岐構造と第３段目の分岐構造との間が同様にしてＳ字型の曲線光導波路を用いて結合されている。
【０００４】
従来技術の多分岐光回路としては、端部が基板に一方の側面に臨む第１段入射路から、端部が基板の対向側面に望む最終段出射路に至るまでの間にＹ分岐部を２段以上有し、前記入射路及び出射路の法線に平行としたツリー構造で第一段入射路から入射光が各最終段出射路からの入射光が最終段出射路に均等に分岐する多分岐回路において、第一段入射路の中心軸延長線を基準線として、第ニ段から最終段までの両方の最外側Ｙ分岐部について、その分岐中心線と前記基準線とのなす角θが、後段にいくに従い、順次拡大する如くＹ分岐部を外向きに傾斜させたパターンとした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
他の従来技術においては、光導波路が一つの入力個所から樹木状に分岐し、その分岐曲線の曲率半径は少なくとも光波の伝送を妨げない大きさとする構成である（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
他の従来技術においては、一つの入力と２nの出力を有しており、かつ複数の実質的に同一平面関係の導波路を具備し、前記導波路がそれぞれ前記入力を２つの出力の一つに光学的に結合されるようになされており、かつ各導波路に沿ってツリー・アンド・ブランチ配列で配置されたｎのＹジャンクションを接続する複数の導波路セクションよりなる光カプラにおいて、前記カプラの出口と平行でない出口を有する第１のジャンクション（Ｊ21）特異点を伴うことなしに彎曲した導波路セクションによって２つの第２ジャンクション（Ｊ31、Ｊ32）に接続されており、前記入力とジャンクションの第ｎ番目のステージとの間における前記導波路のうちの任意の一つに沿った任意の反曲点が導波路の通路に沿ったｎのジャンクションのうちの一つに存在している構成である（例えば、特許文献３照）。
【０００７】
他の従来技術においては、一本の入力光導波路及びＮ本の出力光導波路を具備し、前記入力光導波路から入射した光信号をＮ個の光信号に分割して前記出力光導波路へ出力する光結合器において、入射してきた光信号を２つの光信号に分岐するＹ−接合光導波路を複数用いてｍ段に構成し、このＹ−接合光導波路と交互に連結され、第ｍ番目の段の前記Ｙ−接合光導波路と前記出力光導波路との間に少なくとも一本連結される曲線光導波路を複数備えてなり、光信号の導波方向を縦軸とし、前記入力光導波路と第１番目の段の前記Ｙ−結合光導波路との接点を原点としたとき、前記Ｙ−接合光導波路及び前記曲線光導波路は、前記原点から前記各出力光導波路まで形成されたＮ本の経路のうち、最大長さの経路を最小化する位置に配置され、その大きさが決められる構成である（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３０３０１０８号
【特許文献２】特開昭５１−１２４９４０号
【特許文献３】特開平５−１９６８２６号
【特許文献４】特表２００２‐５３０６９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的な課題として、光導波路は、半導体製造工程に類するウエハ工程で製造される。光導波路の面積を小さくすること、すなわち光導波路の小型化は、一ウエハから得られる光導波路の数を増やして低コスト化を実現できるため重要な課題である。上述した光スプリッタにおいて、出力ポートにおける各光導波路間の幅は、２５０μｍ、１２７μｍなど規格化された幅で等ピッチとする必要があるため、チャンネル数が増えるに連れて出力ポート側の幅が広くなるのは避けられない。従って、入力ポート側端面と出力ポート側端面との距離（以下、ＰＬＣ（平面光波回路）長さと称する）を短くすることが小型、低コスト化のためには、不可避な課題となる。
【００１０】
ＰＬＣ長さを短くするためには、光導波路の長さを如何に短く構成するかが鍵となる。光導波路の長さを短くすることは、距離に依存する伝搬損失を低減する意味でも解決が必要な課題である。
【００１１】
特許文献１に記載の多分岐光回路においては、光スプリッタの出力ポート側は、光ファイバアレイのような規格部品と接合されて使用されることが多いので、等ピッチに配置されることが多い。
特許文献１の実施例に見られるように、直線光導波路を要素としたＹ型分岐構造を構成した場合には、中央よりのポートへ至る光導波路同士が近づき交差させるか、もしくは、第１分岐と第２分岐間を接続する光導波路を長くとる必要がある。前者のように光導波路同士が交差する場合には、過剰な損失が生じる要因となる。また、後者のように第１分岐と第２分岐とを接続する光導波路長を長くとると、十分な小型化を実現できない。また、直線光導波路と曲線光導波路との接続部分（曲率が急に変化する）では、過剰損失が発生するため、十分な低損失化が図れない。
【００１２】
特許文献２に示す構成の光スプリッタでは、大規模な光スプリッタを光導波路で構成すると、分岐構造の段数が増えるため寸法が大きくなってしまう。換言すると、放射損失が一定値以下となる曲率以内で光スプリッタを構成しようとすると、多段の分岐構造を実現するため曲率が反転する回数が多くなることで、光導波路は、蛇行している形となり、光導波路長が長くなってしまう。光導波路長が長くなると伝搬損失がその分だけ大きくなってしまうばかりでなく、光導波路素子寸法が大きくなってしまい、小型化に不適である。また、曲率が反転する回数が多くなるため、過剰損失が大きくなる。
【００１３】
特許文献３は、光結合器に関し、反曲点を持たない曲線とＹ分岐構造をもってのみ反曲点を成すような分岐構造とを配置することにより１×Ｎ型スプリッタを構成する方法が開示されている。この方法では、分岐点間を結ぶ光導波路は一般には円弧の光導波路を使用するため、曲線上に形成されるＹ分岐構造は、入路および出路に相当する３つの光導波路を構成する３種類の円弧が共通の接線を有すように配置される。このように構成されたスプリッタでは、Ｙ分岐構造への入力光導波路でのモードプロフィールが非対称となるため、各Ｙ分岐構造による分岐比が１：１とならない。そこで、Ｎ個の出力ポートに均等な光出力を配分する機能を付与することが困難であった。
【００１４】
特許文献４は、Ｙ分岐構造の入力及び２つの出力の相対的位置関係を最初に決定し、次に、該Ｙ分岐構造と曲線光導波路とを接続してツリー状のスプリッタ用光導波路構造を構成した後、曲線光導波路の長さとＹ分岐構造及び曲線光導波路の位置を調整して配置する光結合器の構成方法を提案している。特許文献４の方法では、Ｙ分岐構造と曲線光導波路とが個別に構造設計された後、最終的に配置関係を調整するため、Ｙ分岐構造の設計が適切でない場合には、Ｎ個の出力ポートへの光出力が均等でなくなる問題点があった。
【００１５】
しかしながら、特許文献４には、Ｎ個の出力ポートへの光出力を均等にするためのＹ分岐構造の設計方法についての具体的開示はなく、その３本の分岐光導波路の接続方向のみが規定されている。また、特許文献４の実施例としては一般的な対称構造の分岐構造が示されているだけである。これを踏襲して分岐構造を配置すると、分岐構造の周辺部、特に入路部分において直線光導波路を接続した構造がＹ分岐構造となるため、最外のポートに至る光導波路の一部に直線光導波路を配置することとなり、これが長尺化の原因となる。
【００１６】
また、上記のような対称構造のＹ分岐構造を連結してツリー構造の光導波路を描こうとすると、特に大規模なスプリッタを構成する場合には、内側の光導波路同士が近づきすぎたり、場合によっては交差したりしてしまう虞がある。
特許文献４の手法では、分岐構造部とこれらを接続する曲線光導波路部とを別々にモジュール様に組みたてる方法を示しているが、最終的な調整が複雑な手順となり、特に大規模な多分岐スプリッタを構成する場合にあっては、設計工数が増えてしまう問題点があった。さらに、最終的な調整にあたって、多項式を用いた多項弧の光導波路を用いることが提案されている。この方法では、曲線光導波路を定義する多項式のパラメータが多いため、曲線光導波路を決定する手順が煩雑となる問題点があった。
【００１７】
Ｓ字型曲線光導波路を採用する場合、その長さを短くするために、曲率の大きなＳ字型曲線を使用すればよいが、曲率が大きくなりすぎると光がコアから漏れてしまうため曲率には限界がある。曲率の限界は、コアとクラッドとの屈折率、コアの寸法、波長などに依存して決まる。そこで、コアとクラッドとの屈折率差（Δ）を大きくした高Δ光導波路が検討されている。ところが、高Δ光導波路では、シングルモード光導波路を構成するためには、コア寸法が小さくなってしまい、既存の光ファイバと結合する部分で結合効率が悪くなってしまう課題がある。結合効率を改善するためにスポットサイズ変換光導波路を光ファイバとの結合部分に配置する方法もあるが、該スポットサイズ変換光導波路自体のためにＰＬＣが長尺化してしまうことは避けられないという問題点があった。
【００１８】
また、上述のように１×２を複数結合した多段構成で１×Ｎ分岐構造を構成する代りに、１×Ｎ分岐構造を１段で構成する方法もある。この場合は、１×２の多段構成に比べてＰＬＣを短尺化可能であるが、波長依存性が比較的大きく、低損失に１×８以上の大規模な光スプリッタを一括分岐構造で実現することは困難であった。
【００１９】
上述の課題を背景として、１×２の多段構成の光スプリッタ用光導波路を構成するにあたって、ある最大の曲率以内で入出力間の距離をいかに低減するかが本発明が解決する主要課題である。
本発明はまた、上記したような従来技術の問題点の本質が分岐構造にあることに思い至り、これを解決するべく案出されたものであり、新規分岐構造を用いることで簡単な構造と設計手順とにより、多分岐光導波路の各光導波路同士の損失の差が大きくなることなく、入射端から出射端までの距離を短くして基板を小型化することが可能なことが本発明の課題である。
【００２０】
更なる本発明の目的は、所定の分岐比で分岐される光導波路の損失を軽減することができる光導波路構造を提供することにある。
更なる本発明の目的は、分岐比の設計自由度が高い光導波路構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第１の側面による光導波路構造は、一方の出入射側に単一ポートを有し、他方の出入射側に複数ポートを有する光導波路構造であって、
該光導波路構造の一方の最外側が、Ｓ形曲線光導波路部分であり、
該Ｓ形曲線光導波路部分は、両端部の接線が平行であり、第１変曲点で曲率が反転する第１円弧光導波路部分及び第２円弧光導波路部分からなり、
前記第１変曲点より前記単一ポート側の前記第１円弧光導波路部分に、第１分岐合波点を設け、該第１分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第１円弧光導波路部分に対し反転曲率の第３円弧光導波路部分を形成し、前記第１分岐合波点において前記第１円弧光導波路部分の接線と、前記第３円弧光導波路部分の接線が平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする光導波路構造である。
【００２２】
本発明の実施態様は、以下の通りである。
前記第３円弧光導波路部分が、さらに、第２分岐合波点を有し、該第２分岐合波点において該第２分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第３円弧光導波路部分に対し反転曲率の第４円弧光導波路部分を形成し、前記第２分岐合波点において前記第３円弧光導波路部分の接線と、前記第４円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする。
【００２３】
前記第４円弧光導波路部分が、さらに、第３分岐合波点を有し、該第３分岐合波点において該第３分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第４円弧光導波路部分に対し反転曲率の第５円弧光導波路部分を形成し、前記第３分岐合波点において前記第３円弧光導波路部分の接線と、前記第５円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の第２の側面による光導波路構造は、一方の出入射側に単一ポートを有し、他方の出入射側に複数ポートを有する光導波路構造であって、光導波路構造の最外側の少なくとも一方がＳ形曲線光導波路部分であり、Ｓ形光導波路部分は、第１変曲点で曲率が反転する第１曲線光導波路部分及び第２曲線光導波路部分からなり、第１変曲点より単一ポート側の第１曲線光導波路部分に、第１分岐合波部を設け、第１の曲線光導波路部分は、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、第１のコア部に接続され、一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、を有し、更に、第１のコア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部を有し、第１の軸線、第２の軸線及び第３の軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、第２の接点及び第３の接点は、第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、第３の接点は、基準接線に対して他方の側に位置していることを特徴としている。
【００２５】
上述のような１×２の多段構成の１×Ｎ分岐スプリッタ用光導波路では、最外光導波路、すなわち最外のポート（１×４の場合の１ｃｈと４ｃｈ、１×８の場合の１ｃｈと８ｃｈ）に至る光導波路は、各段の分岐構造間を複数のＳ字型曲線光導波路で多段階に結合している構成なので、ＰＬＣ長さが長くなる。これと比較して、本発明の光スプリッタ用光導波路では、同一の曲率の曲線光導波路を用いた場合には、ＰＬＣ長さを短くできる。
また、ＭＭＩ光導波路やスラブ光導波路等を用いて１×Ｎ分岐構造を１段で構成する大規模光分岐結合器用光導波路では、一括分岐構造後の各出力ポートへつながる光導波路は、通常Ｓ字型曲線光導波路で構成するので、最外のポートへ結合される曲線光導波路がＰＬＣ長さを決めることとなる。該曲線光導波路の始点と本発明の光スプリッタにおける最外ポートに至る光導波路の始点とはほぼ同一の位置となることが予測されるので、ＰＬＣ長さの観点では、本発明の光スプリッタ用光導波路と一括分岐構造の光スプリッタ用光導波路とは同等である。
一方、本発明では、上述のような一括分岐構造を用いた場合の課題である、波長依存性、大規模分岐の均一なパワー配分が困難であることなどは、顕著ではない。
【００２６】
また、従来の光導波路構造では、第１の円弧光導波路部分又は、それに限らず、第１の曲線光導波路部分を伝搬してきた光の強度分布は、第１の分岐合波点において光の伝搬方向と垂直な方向にずれる傾向があり、所定の分岐比を達成することが困難であった。これに対し、本願発明では、第１分岐合波点において第１の円弧光導波路部分の接線と第３円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいている、即ち、第１のコア部の第１の軸線の第１の接点における接線と第３のコア部の第３の軸線の第３の接点におけるせつせんとが平行で且つ間隔をおいて配置されているので、かかる間隔を光の強度分布のずれに合わせて変化させることによって、所定の分岐比で分岐される第１分岐合波部における損失を軽減することができる。また、かかる間隔を変化させることにより、１：１以外の分岐比を達成することもでき、分岐比の設計自由度が高い光導波路構造を提供することができる。
【００２７】
また、本発明の第３の側面による光導波路構造は、合波分岐部を有する光導波路構造であって、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、第１のコア部に接続され、一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、第１のコア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部と、を有し、第１の軸線、第２の軸線及び第３の軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、第２の接点及び第３の接点は、第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、第３の接点は、基準接線に対して他方の側に位置していることを特徴としている。
このように構成された光導波路構造では、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された第１のコア部を伝搬してきた光の強度分布は、第１の軸線の接線である基準接線と垂直な基準垂直線の方向にずれる傾向があり、所定の分岐比を達成することが困難であった。これに対し、本願発明では、第３の接点が基準接線に対して他方の側に位置しているので、その位置を光の強度分布のずれに合わせて変化させることによって、所定の分岐比で分岐される第１分岐合波部における損失を軽減することができる。また、かかる位置を変化させることにより、１：１以外の分岐比を達成することもでき、分岐比の設計自由度が高い光導波路構造を提供することができる。
一方の側に湾曲する曲線及び他方の側に湾曲する曲線は、円弧、楕円弧、正弦関数、指数関数など各種曲線又はそれらの曲線部分の組合せであっても良いし、曲線部分の間に直線部分を配置しても良い。
【００２８】
この光導波路構造において、好ましくは、前記第２の接点は、前記基準接線に対して前記一方の側に位置している。
このように構成された光導波路構造では、更に、分岐比の設計自由度が高くなる。
【００２９】
本発明の第３の側面による光導波路構造の実施形態において、好ましくは、第１の接点、第２の接点及び前記第３の接点は、基準垂直線上に位置する。
この実施形態において、好ましくは、第２のコア部及び前記第３のコア部は、それらが一体となって基準垂直線から分岐側に延びるコア部分を有する。
また、好ましくは、第１のコア部は、その幅が基準垂直線に向かって広がるテーパ部分を有する。
また、好ましくは、第１のコア部、第２のコア部及び第３のコア部は、基準垂直線にまたがり且つ基準接線と平行な一方の側の輪郭及び他方の側の輪郭を有する拡張コア部分を有する。
【００３０】
また、本発明の第３の側面による光導波路構造の実施形態において、第２の接点及び第３の接点は、基準垂直線と平行であり且つそれよりも合波側に位置する第２の垂直線上に位置し、更に、基準垂直線と第２の垂直線との間に中間コア部を有する。
この実施形態において、好ましくは、中間コア部の一方の側の輪郭及び他方の側の輪郭は、基準接線と平行な直線であり、更に好ましくは、中間コア部は、マルチモード光導波路を構成する。
また、好ましくは、第１のコア部は、その幅が基準垂直線に向かって広がるテーパ部分を有する。
【００３１】
また、本発明の第４の側面による光導波路構造は、合波分岐部を有する光導波路構造であって、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、第１のコア部に接続され、一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、第１のコア部と他方の側に間隔をおき且つ並んで延びる結合器軸線に沿って形成され、第１のコア部と光結合器を構成する結合器コア部と、結合器コア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部と、を有し、第１の軸線、第２の軸線、第３の軸線及び結合器軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点、第３の接点及び結合器接点を有し、第２の接点及び第３の接点は、第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、結合器接点は、基準垂直線上に位置し、第３の接点は、結合器接点で接する結合器軸線の接線に対して他方の側に位置していることを特徴としている。
このように構成された光導波路構造においても、本発明の第３の側面による光導波路構造と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の光導波路は、比較例に比べて大幅に長さが短くできた。また、挿入損失も比較例と同等以上の良好な損失であった。
本発明の光スプリッタ用光導波路は、また、高分岐の光スプリッタを構成する場合にＰＬＣ長さを短くすることができ、ＰＬＣの面積を縮小することができるので、ワーク基板から得られる取れ数が多くなることで、小型化、低コスト化が可能である。
【００３３】
また、本発明による光導波路構造により、所定の分岐比で分岐される光導波路の損失を軽減することができた。
また、本発明による光導波路構造により、分岐比の設計自由度が高い光導波路構造を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態の光導波路構造の構成説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態の光導波路構造の構成説明図である。
【図３】本発明の第３実施形態の光導波路構造の構成説明図である。
【図４】本発明の第４実施形態の光導波路構造の構成説明図である。
【図５】本発明の分岐合波部の第１の実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の分岐合波部の第２の実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明の分岐合波部の第３の実施形態を示す平面図である。
【図８】本発明の分岐合波部の第４の実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の分岐合波部の第５の実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の分岐合波部の第６の実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の分岐合波部の第７の実施形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の分岐合波部の第８の実施形態を示す平面図である。
【図１３】本発明の分岐合波部の第９の実施形態を示す平面図である。
【図１４】本発明の分岐合波部の第１０の実施形態を示す平面図である。
【図１５】本発明による光導波路構造の構成説明図である。
【図１６】本発明による光導波路基板の構成説明図である。
【図１７】従来技術の分岐合波部の平面図である。
【図１８】図１７の一部分を実線で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、具体的例示をもって本発明の光スプリッタ用光導波路の構成方法を１×８型スプリッタ用光導波路について説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。まず、基本要素となるＳ字型曲線を構成するためには、２つの円弧を符合の異なる曲率（上に凸と下に凸の円弧）で接続することで実現できる。Ｓ字型曲線の種類としては、円弧を用いた曲線以外に、楕円弧、正弦関数、指数関数など各種曲線およびこれらと直線とを組み合わせた曲線を用いることができ、本発明では、Ｓ字型曲線の種類に関しては特に限定しないが、以下、本発明の光スプリッタ用光導波路の構成方法について円弧を用いた場合について説明する。
円弧の曲率としては、製造される光導波路の断面構造（すなわち、コア及びクラッドの屈折率及び寸法、形状など）と使用される波長とからそれぞれのばらつきを考慮の上許容される最大の曲率を用いるのが最適である。
【００３６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の光導波路構造は、図１に示すように、一方の出入射側に単一ポート１０を有し、他方の出入射側に複数ポート１２を有する光導波路構造１４であって、 該光導波路構造の一方の最外側が、Ｓ形曲線光導波路部分２０であり、
該Ｓ形曲線光導波路部分２０は、両端部の接線が平行であり、第１変曲点２２で曲率が反転する第１円弧光導波路部分２４及び第２円弧光導波路部分２６からなり、
前記第１変曲点２２より前記単一ポート側の前記第１円弧光導波路部分２４に、第１分岐合波点３０を設け、該第１分岐合波点３０から前記複数ポート１２側へ延び、前記第１円弧光導波路部分２４に対し反転曲率の第３円弧光導波路部分３２を形成し、前記第１分岐合波点３０において前記第１円弧光導波路部分２４の接線と、前記第３円弧光導波路部分３２の接線が平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする光導波路構造である。
【００３７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の光導波路構造は、図２に示すように、更に、前記第３円弧光導波路部分３２が、さらに、第２分岐合波点４０を有し、該第２分岐合波点４０において該第２分岐合波点４０から前記複数ポート１２側へ延び、前記第３円弧光導波路部分３２に対し反転曲率の第４円弧光導波路部分４２を形成し、前記第２分岐合波点４０において前記第３円弧光導波路部分３２の接線と、前記第４円弧光導波路部分４２の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする。
【００３８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の光導波路構造は、更に、図３に示すように、前記第４円弧光導波路部分４２が、さらに、第３分岐合波点５０を有し、該第３分岐合波点５０において該第３分岐合波点から前記複数ポート１２側へ延び、前記第３円弧光導波路部分３２に対し反転曲率の第５円弧光導波路部分６０を形成し、前記第３分岐合波点５０において前記第３円弧光導波路部分３２の接線と、前記第５円弧光導波路部分６０の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする。
【００３９】
また、１ｃｈ側ポート、多チャンネル側ポートのうち少なくとも片側に光ファイバ接続用Ｖ溝が設けられてもよい。Ｖ溝を設けることで、光ファイバの実装が容易になる。また、端面を研磨した光ファイバブロック、もしくは光ファイバアレイを使用する必要がなくなる。特に多チャンネル側においては、光ファイバアレイと呼ばれる高精度・高価な部品を使用する必要が無くなることで、低コストの効果が大きい。さらに、多チャンネル側の光ファイバ接続では、光導波路と光ファイバ接続用のV溝を同一のウエハ上の工程で形成することができるため高精度な位置合わせして製造することができるため、光ファイバと光導波路との光学的結合部分における過剰損失を低減することができる。
【００４０】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の光導波路構造は、図４に示すように、一方の出入射側に単一ポート１００を有し、他方の出入射側に複数ポート１１２を有する光導波路構造１１４であって、
該光導波路構造の一方の最外側が、Ｓ形曲線光導波路部分１２０であり、
該Ｓ形曲線光導波路部分１２０は、両端部の接線が平行であり、第１変曲点１２２で曲率が反転する第１円弧光導波路部分１２４及び第２円弧光導波路部分１２６からなり、
前記第１変曲点１２２より前記単一ポート側の前記第１円弧光導波路部分１２４に、第１分岐合波点１３０を設け、該第１分岐合波点１３０から前記複数ポート１１２側へ延び、前記第１円弧光導波路部分１２４に対し反転曲率の第３円弧光導波路部分１３２を形成し、前記第１分岐合波点１３０において前記第１円弧光導波路部分１２４の接線と、前記第３円弧光導波路部分１３２の接線が平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする光導波路構造である。
【００４１】
本実施形態の光導波路構造において、入力パワーを前記複数ポート１１２へ等配分する場合、分岐比は、
Ｎ／２−ｎ：１
で表わされる。Ｎは分岐数を表わし、ｎは共通ポート側から順に分岐に付した番号を示す。１×Ｎスプリッタの場合、共通ポート側から順にＮ／２−１：１、Ｎ／２−２：１、Ｎ／２−３：１、・・・・の分岐構造で構成されている１×Ｎスプリッタである。例えば、１×４分岐スプリッタの場合は、１：１分岐、１×８分岐スプリッタの場合は、順に、３：１、２：１、１：１、１×１６分岐スプリッタの場合は、順に、７：１、６：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１、１×３２分岐スプリッタの場合は、順に１５：１、１４：１、１３：１、１２：１、１１：１、１０：１、９：１、８：１、７：１、６：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１の分岐比でパワーが分配される分岐構造で構成されている１×Ｎ分岐スプリッタである。
【００４２】
本発明の光導波路は光スプリッタ用として用いることが好ましいが、さらに他の光学装置の少なくとも一部として用いることができる。そのような光学装置としては、光カプラ、光合分岐器、光合分波器、光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュール、光スイッチ、光変調器、光フィルタ、光偏向器、光分散補償器、光アドドロップモジュール、光クロスコネクトなどがあげられる。
【００４３】
本発明の光導波路は、従来の曲線光導波路について公知の方法で同様に作製することができる。例えばクラッド上にコア材料（後述）からなる層を設けた後、前記層上に感光性レジスト層を設け、本発明の光導波路形状を有するマスクを載せて、露光、現像を行い、本発明の曲線光導波路形状を有するレジスト層を設け、その後エッチング等の手段により本発明の曲線光導波路形状を有するコアを形成する。また、本発明の曲線光導波路形状を従来のコア幅が一定な曲線光導波路の一部として有するマスクを用いて、本発明の曲線光導波路を少なくとも一部に有する光導波路または光学装置を一度に作製できることはいうまでもない。
なお、上記マスク材料は、公知のいずれのものを用いてもよい。
【００４４】
本発明の曲線光導波路のコア、クラッド材料としてはガラスや半導体材料等の無機材料、樹脂等の有機材料など様々なものが挙げられるが、樹脂等のポリマーがドライエッチング等により短時間で加工しやすいため好ましい。このようなポリマーとしてはいずれのものも使用できるが、具体例としては、ポリイミド系樹脂（例、ポリイミド樹脂、ポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等）、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、及びフォトブリーチング用樹脂（例、特開２００１−２９６４３８号公報記載のポリシラン、ニトロン化合物を有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー（dye polymer）、ニトロン化合物を含有するポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、特開２０００−６６０５１号公報記載の加水分解性シラン化合物等）が挙げられる。上記樹脂はフッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れることからポリイミド樹脂が挙げられ、その中でも透過率、屈折率特性からフッ素を含むポリイミド系樹脂が特に好ましい。
【００４５】
フッ素を含むポリイミド系樹脂としては、フッ素を含むポリイミド樹脂、フッ素を含むポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、フッ素を含むポリエーテルイミド樹脂、フッ素を含むポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。
【００４６】
上記フッ素を含むポリイミド系樹脂の前駆体溶液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン，Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させることにより得られる。フッ素は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンの両者に含まれていても良いし、いずれか一方にのみ含まれていてもよい。
また、上記フッ素を含まないポリイミド系樹脂の前駆体溶液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン，Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、フッ素を含まないテトラカルボン酸二無水物とフッ素を含まないジアミンを反応させることにより得られる。
【００４７】
フッ素を含む酸二無水物の例としては、（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（ヘプタフルオロプロピル）ピロメリット酸二無水物、ペンタフルオロエチルピロメリット酸二無水物、ビス｛３，５−ジ（トリフルオロメチル）フェノキシ｝ピロメリット酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、２，２′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシジフェニルエーテル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシベンゾフェノン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ベンゼン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、２，２−ビス｛（４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ジフェニルエーテル二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物などが挙げられる。
【００４８】
フッ素を含むジアミンとしては、例えば、４−（１Ｈ，１Ｈ，１１Ｈ−エイコサフルオロウンデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パ−フルオロ−１−ブタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−ヘプタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−オクタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−ペンタフルオロフェノキシ−１，３−ジアミノベンゼン、４−（２，３，５，６−テトラフルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（４−フルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ヘキサノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、２，５−ジアミノベンゾトリフルオライド、ビス（トリフルオロメチル）フェニレンジアミン、ジアミノテトラ（トリフルオロメチル）ベンゼン、ジアミノ（ペンタフルオロエチル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロヘキシル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロブチル）ベンゼン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、オクタフルオロベンジジン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（アニリノ）ヘキサフルオロプロパン、１，４−ビス（アニリノ）オクタフルオロブタン、１，５−ビス（アニリノ）デカフルオロペンタン、１，７−ビス（アニリノ）テトラデカフルオロヘプタン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノベンゾフェノン、４，４′−ジアミノ−ｐ−テルフェニル、１，４−ビス（ｐ−アミノフェニル）ベンゼン、ｐ−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（２−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジトリフルオロメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、４，４′−ビス（３−アミノ−５−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、２，２−ビス｛４−（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、ビス｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝ビフェニル、ビス〔｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、ビス｛２−〔（アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロイソプロピル｝ベンゼンなどが挙げられる。
【００４９】
上記のテトラカルボン酸二無水物およびジアミンは二種以上を併用してもよい。ポリイミド系樹脂の前駆体溶液として、感光性を有するものを使用することもできる。
ポリイミド系樹脂前駆体溶液は、スピナあるいは印刷などによる方法により基板表面上に塗布され、最終温度２００〜４００℃で熱処理し硬化されてポリイミド系樹脂被膜とされる。
【００５０】
以下、特許文献３に開示されている分岐合波部を図１７及び１８を参照して説明し、その後、本願発明による分岐合波点、実際には、分岐合波部の実施形態を説明する。
図１７は、特許文献３に開示されている光導波路の分岐合波部を示す図である。特許文献３には、光導波路のコア部の経路が実線で示されているだけであるが、実際には、図１７に示すように、各光導波路のコア部は幅を有している。この幅は一定であり、各光導波路のコア部について、幅の中心線と一致する軸線を定めることができる。図１７に示すように、分岐合波部Ｊは、一方の側Ｓ１に湾曲する曲線からなる第１の軸線ＬＡに沿って形成された合波側の第１のコア部Ａと、第１のコア部Ａに接続され、第１のコア部Ａと同じ側Ｓ１に湾曲する曲線からなる第２の軸線ＬＢに沿って形成された分岐側の第２のコア部Ｂと、第１のコア部Ａに接続され、他方の側、即ち、第１のコア部Ａと反対の側Ｓ２に湾曲する曲線からなる第３の軸線ＬＣに沿って形成された分岐側の第３のコア部Ｃとを有している。図１７では、第１の軸線ＬＡ及び第２の軸線ＬＢは共通であり、第１の軸線ＬＡ（第２の軸線ＬＢ）及び第３の軸線ＬＣは分岐合波点ＪＪで交わり、しかも、分岐合波点ＪＪにおける第１の軸線ＬＡ（第２の軸線ＬＢ）及び第３の軸線ＬＣの接線は共通の接線ＬＴである。また、図１７には、分岐合波点ＪＪを通り且つ共通の接線ＬＴと垂直な垂直線ＬＰが示されている。
図１８（ａ）〜（ｃ）は、図１７に示した分岐合波部の一部分だけを実線で書き直したものである。以下の説明では、図１８の（ａ）において実線で示す部分Ａ０を第１コア要素、図１８の（ｂ）において実線で示す部分Ｂ０を第２コア要素、図１８の（ｃ）においにおいて実線で示す部分Ｃ０を第３コア要素と称する。
【００５１】
本願発明における分岐合波部の第１の形態を図５に示す。分岐合波部１５０は、合波側の第１のコア部Ａ１と、分岐側の第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１とを有している。この構造は、図１８（ａ）〜（ｃ）に示した第１のコア要素Ａ０に対して、第２のコア要素Ｂ０を垂直線ＬＰに沿って一方の側Ｓ１にずらして配置し、第３のコア要素Ｃ０を垂直線ＬＰに沿って他方の側Ｓ２にずらして配置したものである。第１のコア部Ａ１、第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１はそれぞれ、軸線ＬＡ１、ＬＢ１、ＬＣ１に沿って形成されている。軸線ＬＡ１、ＬＢ１、ＬＣ１は、互いに平行なそれぞれの接線ＴＡ１、ＴＢ１、ＴＣ１と接する接点ＰＡ１、ＰＢ１、ＰＣ１を有し、接点ＰＡ１、ＰＢ１、ＰＣ１は、第１のコア部Ａ１の軸線ＬＡ１の接点ＰＡ１における接線である接線ＴＡ１と垂直に接点ＰＡ１を通って延びる垂直線ＬＰ１上に位置している。接点ＰＢ１は、接線ＴＡ１よりも一方の側Ｓ１に位置し、接点ＰＣ１は、接線ＬＴ１よりも他方の側Ｓ２に位置している。接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離をＤ１で示し、これらの接線ＴＢ１、ＴＣ１と平行で且つその中間に位置する中心線ＬＩＮと接線ＴＡ１との間の距離Ｅ１で示す。
【００５２】
実施例１として、図５に示される分岐合波部における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の３本の光導波路のコア部は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ１と第３のコア部Ｃ１の中心軸のオフセットＤ１（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、６μｍとした。第１のコア部Ａ１と第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ１、即ち、接線ＴＡ１と中心線ＬＩＮとの間の距離は、０．３μｍとした。
入力波長１．３１μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．１６ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．１５ｄＢであった。
入力波長１．５５μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．０９ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．１９ｄＢであった。
以上のように、波長によらず、分岐比が略１：１であり、かつ、低損失な分岐構造を得ることができた。
【００５３】
本願発明における分岐合波部の第２の形態を図６に示す。分岐合波部１５４は、合波側の第１のコア部Ａ２と、分岐側の第２のコア部Ｂ２及び第３のコア部Ｃ２とを有している。この構造は、図５に示した分岐合波部１５０の第２のコア部Ｂ１と第３のコア部Ｃ１との間にある先の尖ったクラッド部分をコア部分Ｆ２に置き換えたものである。従って、第２のコア部Ｂ２及び第３のコア部Ｃ２は、それらが一体となって垂直線ＬＰ１から分岐側に延びるコア部分ＦＦ２を有する。
コア部分Ｆ２を設けることにより、分岐合波部１５４の製造上のばらつきを低減することが可能である。
【００５４】
本願発明における分岐合波部の第３の形態を図７に示す。分岐合波部１５８は、合波側の第１のコア部Ａ３と、分岐側の第２のコア部Ｂ３及び第３のコア部Ｃ３とを有している。この構造は、図５に示した分岐合波部１５０の第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１を接線ＴＡ１に沿って分岐側にずらして配置し、第１のコア部Ａ１と第２のコア部Ｂ１及び第３のコア部Ｃ１との間に中間コア部Ｆ３を追加したものである。従って、接点ＰＢ１、ＰＣ１は、垂直線ＬＰ１と平行であり且つそれよりも合波側に位置する垂直線ＬＰ２上に位置する。また、中間コア部Ｆ３は、垂直線ＬＰ１とＬＰ２との間に配置されている。中間コア部Ｆ３の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭は、接線ＴＡ１と平行な直線であることが好ましい。また、中間コア部Ｆ３は、マルチモード光導波路を構成することが更に好ましい。中間コア部Ｆ３の中心線は、第２のコア部Ｂ３及び第３のコア部Ｃ３の中心線ＬＩＮと一致する。
【００５５】
本願発明における分岐合波部の第４の形態を図８に示す。分岐合波部１６２は、合波側の第１のコア部Ａ４と、分岐側の第２のコア部Ｂ４及び第３のコア部Ｃ４とを有している。この構造は、図５に示した分岐合波部１５０の第１のコア部Ａ１の一方の側Ｓ１及び他方の側Ｓ２にそれぞれコア部分Ｆ４１、Ｆ４２を追加したものである。従って、第１のコア部Ａ４は、その幅が垂直線ＬＰ１に向かって広がるテーパ部分ＦＦ４を有している。テーパ部分ＦＦ４の一方の側Ｓ１の輪郭は、第２のコア部Ｂ４の一方の側Ｓ１の輪郭の終端Ｐ４１をその点における接線で延長することによって構成されている。本実施形態では、一方の側Ｓ１の輪郭は、接線ＴＡ１と平行な直線である。テーパ部分ＦＦ４の他方の側Ｓ２の輪郭は、第１のコア部Ａ４の他方の側Ｓ２の輪郭の適当な点Ｐ４２をその点における接線、即ち、直線で延長することによって構成されている。接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離をＤ４で示し、これらの接線ＴＢ１、ＴＣ１と平行で且つその中間に位置する中心線ＬＩＮと接線ＴＡ１との間の距離Ｅ４で示す。
【００５６】
実施例２として、図８に示される分岐合波部における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ４，Ｂ４，Ｃ４の３本の光導波路のコア部は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ４と第３のコア部Ｃ４の中心軸のオフセットＤ４（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、６μｍとした。第１のコア部Ａ４と第２のコア部Ｂ４及び第３のコア部Ｃ４の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ４、即ち、接線ＴＡ１と中心線ＬＩＮとの間の距離は、０．３μｍとした。
入力波長１．３１μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．０７ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．０３ｄＢであった。
入力波長１．５５μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．０３ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．０５ｄＢであった。
以上のように、波長によらず、分岐比が略１：１であり、かつ、低損失な分岐構造を得ることができた。
【００５７】
本願発明における分岐合波部の第５の形態を図９に示す。分岐合波部１６６は、合波側の第１のコア部Ａ５と、分岐側の第２のコア部Ｂ５及び第３のコア部Ｃ５とを有している。この構造は、図８に示した分岐合波部１６２と同様、図５に示した分岐合波部１５０の第１のコア部Ａ１の一方の側Ｓ１及び他方の側Ｓ２にそれぞれコア部分Ｆ５１、Ｆ５２を追加したものである。従って、第１のコア部Ａ５は、その幅が垂直線ＬＰ１に向かって広がるテーパ部分ＦＦ５を有する。この構造は、テーパ部分ＦＦ５の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭が異なること以外、図８に示した分岐合波部１６２と同じであり、テーパ部分ＦＦ４の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭はそれぞれ、後述の（式１）及び（式２）で表される関数によって構成されている。即ち、テーパ部分ＦＦ５の幅は、垂直線ＬＰ１に向かって三角関数に従って増えている。接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離をＤ５で示し、これらの接線ＴＢ１、ＴＣ１と平行で且つその中間に位置する中心線ＬＩＮと接線ＴＡ１との間の距離Ｅ５で示す。
式１及び式２を採用することにより、コア部Ａ５のテーパ部ＦＦ５の開始部の接続が滑らかになり、過剰損失を低減することが可能である。
【００５８】
実験例３として、図９に示される分岐合波部における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ５，Ｂ５，Ｃ５の３本の光導波路のコア部は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ５と第３のコア部Ｃ５の中心軸のオフセットＤ５（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、１０μｍとした。第１のコア部Ａ５と第２のコア部Ｂ５及び第３のコア部Ｃ５の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ５、即ち、接線ＴＡ１と中心線ＬＩＮとの間の距離は、４．１μｍとした。式１及び式２は次のとおりである。
【００５９】
【００６０】
ただし、ｆ1（ｚ）が上縁部（一方の側Ｓ１）、ｆ2（ｚ）が下縁部（他方の側Ｓ２）を示す。ｚは伝搬方向（接線ＴＡ１の方向）の座標を、ｌは伝搬方向の長さ、ｈは伝搬方向と直交する方向の高さ、ｒはテーパ導波路（テーパ部分ＦＦ５）の中心線（軸線ＬＡ１）が描く曲率半径、ｗsはテーパ導波路の始点の導波路高さ（幅）、ｗeはテーパ導波路の終点の導波路高さ（幅）をそれぞれ示す。
【００６１】
入力波長１．３１μｍとして、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失と入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失とを評価した。
テーパ光導波路の終端部の幅が１５μｍの場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略３：１であった。
テーパ光導波路の終端部の幅が１６．５μｍの場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略２：１であった。
テーパ光導波路の終端部の幅が１８．５μｍの場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略１：１であった。
以上のように、入力光導波路側に構成されるテーパ光導波路の長さ及び／または、該テーパ光導波路の終端部（分岐点側）の幅とを変更することにより、出力光導波路間の分岐比を調整すること調整して得ることができた。
【００６２】
本願発明における分岐合波部の第６の形態を図１０に示す。分岐合波部１７０は、合波側の第１のコア部Ａ６と、分岐側の第２のコア部Ｂ６及び第３のコア部Ｃ６とを有している。この構造は、図９に示した分岐合波部１６６の第２のコア部Ｂ５及び第３のコア部Ｃ５を接線ＴＡ１に沿って分岐側にずらして配置し、第１のコア部Ａ５と第２のコア部Ｂ５及び第３のコア部Ｃ５との間に中間コア部Ｆ６を追加したものである。従って、接点ＰＢ１、ＰＣ１は、垂直線ＬＰ１と平行であり且つそれよりも合波側に位置する垂直線ＬＰ２上に位置する。また、中間コア部Ｆ６は、垂直線ＬＰ１とＬＰ２との間に配置されている。中間コア部Ｆ６の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭は、接線ＴＡ１と平行な直線であることが好ましい。また、中間コア部Ｆ６は、マルチモード光導波路を構成することが更に好ましい。中間コア部Ｆ６の中心線は、第２のコア部Ｂ６及び第３のコア部Ｃ６の中心線ＬＩＮと一致する。
【００６３】
実験例４として、図１０に示される分岐合波部における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ６，Ｂ６，Ｃ６の３本の光導波路のコア部は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ６と第３のコア部Ｃ６の中心軸のオフセットＤ６（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、１０μｍとした。第１のコア部Ａ６と第２のコア部Ｂ６及び第３のコア部Ｃ６の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ６、即ち、接線ＴＡ１と中心線ＬＩＮとの間の距離は、３．１５μｍとした。式１及び式２は次のとおりである。
【００６４】
【００６５】
ただし、ｆ1（ｚ）が上縁部（一方の側Ｓ１）、ｆ2（ｚ）が下縁部（他方の側Ｓ２）を示す。ｚは伝搬方向（接線ＴＡ１の方向）の座標を、ｌは伝搬方向の長さ、ｈは伝搬方向と直交する方向の高さ、ｒはテーパ導波路（テーパ部分ＦＦ６）の中心線（軸線ＬＡ１）が描く曲率半径、ｗsはテーパ導波路の始点の導波路高さ（幅）、ｗeはテーパ導波路の終点の導波路高さ（幅）をそれぞれ示す。
【００６６】
入力波長１．３１μｍとして、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失と入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失とを評価した。
Ｌ＝７４０μｍ、Ｗ＝１８．５μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−３．７１ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−３．６３ｄＢであった。この場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略１：１であった。
Ｌ＝７５０μｍ、Ｗ＝１５．５μｍの場合、入力ポートＡと出力ポートＢ間の過剰損失は、−２．０９ｄＢ，入力ポートＡと出力ポートＣ間の過剰損失は、−５．１８ｄＢであった。この場合、出力光導波路Ｂ，Ｃ間の分岐比は、略２：１であった。
以上のように、入力光導波路と出力光導波路との間に挿入される光導波路の長さ及び／または、幅を変更することにより、出力光導波路間の分岐比を調整して得ることができた。
【００６７】
本願発明における分岐合波部の第７の形態を図１１に示す。分岐合波部１７４は、合波側の第１のコア部Ａ７と、分岐側の第２のコア部Ｂ７及び第３のコア部Ｃ７とを有している。この構造は、図８に示した分岐合波部１６２と同様、図５に示した分岐合波部１５０の第１のコア部Ａ１の一方の側Ｓ１及び他方の側Ｓ２にそれぞれコア部分Ｆ７１、Ｆ７２を追加したものである。従って、第１のコア部Ａ７は、その幅が垂直線ＬＰ１に向かって広がるテーパ部分ＦＦ７を有する。この構造は、テーパ部分ＦＦ７の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭が異なること以外、図８に示した分岐合波部１６２と同じであり、テーパ部分ＦＦ４の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭は円弧によって構成されている。
【００６８】
本願発明における分岐合波部の第８の形態を図１２に示す。分岐合波部１７８は、合波側の第１のコア部Ａ８と、分岐側の第２のコア部Ｂ８及び第３のコア部Ｃ８とを有している。この構造は、図５に示した分岐合波部１５０の第１のコア部Ａ１及び第２のコア部Ｂ１の一方の側Ｓ１に垂直線ＬＰ１にまたがるコア部分Ｆ８１を追加し、第１のコア部Ａ１及び第３のコア部Ｃ１の他方の側Ｓ２に垂直線ＬＰ１にまたがるコア部分Ｆ８２を追加したものである。従って、第１のコア部Ａ８、第２のコア部Ｂ８及び第３のコア部Ｃ８は、拡張コア部分ＦＦ８を構成する。拡張コア部分ＦＦ８の一方の側Ｓ１の輪郭及び他方の側Ｓ２の輪郭は、接線ＴＡ１と平行な直線であることが好ましい。また、拡張コア部分ＦＦ８は、マルチモード光導波路を構成することが更に好ましい。
【００６９】
本願発明における分岐合波部の第９の形態を図１３に示す。分岐合波部１８２は、合波側の第１のコア部Ａ９と、分岐側の第２のコア部Ｂ９及び第３のコア部Ｃ９とを有している。この構造は、図７に示した分岐合波部１５８の第２のコア部Ｂ３及び第３のコア部Ｃ３を垂直線ＬＰ２に沿って移動してコア部Ｂ３とＣ３の間隔を広げ、第２のコア部Ｂ９及び第３のコア部Ｃ９との間にコア部Ｆ９を追加したものである。接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離をＤ９で示し、これらの接線ＴＢ１、ＴＣ１と平行で且つその中間に位置する中心線ＬＩＮと接線ＴＡ１との間の距離Ｅ９で示す。中間コア部Ｆ３は、マルチ光導波路で構成されるのが好ましい。中間コア部Ｆ３の接線ＴＡ１方向の長さをＬ９、それと垂直方向の幅をＷ９で示す。長さＬ９は、１９０〜２２０μｍであることが好ましく、幅Ｗ９は、１３〜１６μｍであることが好ましく、距離Ｅ９は、０．３〜０．７μｍであることが好ましい。第２のコア部Ｂ９と第３のコア部Ｃ９との間の間隔Ｇ９は、３．５μｍ以上であることが好ましい。
【００７０】
実施例５として、図１３に示される分岐合波点における光導波路を用いて光スプリッタを構成した。Ａ，Ｂ，Ｃの３本の光導波路は、いずれも、幅が６．５μｍで曲率半径１５ｍｍの円弧軸線に沿ったコア部を用いた。第２のコア部Ｂ９と第３のコア部Ｃ９の中心軸のオフセットＤ９（光の伝搬方向と垂直方向のずれ量、即ち、接線ＴＢ１と接線ＴＣ１との間の距離）は、１０μｍとした。第１のコア部Ａ９と第２のコア部Ｂ９及び第３のコア部Ｃ９の中心線ＬＩＮとのオフセットＥ９は、０．５μｍとした。
Ｌ９＝２００μｍ、Ｗ９＝１４μｍの場合、入力ポートＡ９と出力ポートＢ９間の過剰損失は、−３．２２ｄＢ（入力波長１．３１μｍ），−３．２９ｄＢ（入力波長１．５５μｍ）、入力ポートＡ９と出力ポートＣ９間の過剰損失は、−３．１８ｄＢ（入力波長１．３１μｍ），−３．２５ｄＢ（入力波長１．５５μｍ）であった。
また、Ｌ９＝２２０μｍ、Ｗ９＝１５μｍの場合、入力ポートＡ９と出力ポートＢ９間の過剰損失は、−３．２９ｄＢ（入力波長１．３１μｍ），−３．２５ｄＢ（入力波長１．５５μｍ）、入力ポートＡ９と出力ポートＣ９間の過剰損失は、−３．２５ｄＢ（入力波長１．３１μｍ），−３．２１ｄＢ（入力波長１．５５μｍ）であった。
以上のように、波長によらず、分岐比が略１：１であり、かつ、低損失な分岐構造を得ることができた。
【００７１】
本願発明における分岐合波部の第１０の形態を図１４に示す。分岐合波部１８６は、合波側の第１のコア部Ａ１０と、分岐側の第２のコア部Ｂ１０及び第３のコア部Ｃ１０と、第１のコア部Ａ１０と光結合器を構成する結合器コア部ＡＡ１０を有している。この構造は、図１８（ａ）〜（ｃ）に示した第１のコア要素Ａ０の他方の側Ｓ２に間隔をおき且つ並んで延びる結合器コア部ＡＡ１０を配置し、第３のコア要素Ｃ０を、結合器コア部ＡＡ１０と接続されるように垂直線ＬＰに沿って他方の側Ｓ２にずらして配置したものである。第１のコア部Ａ１０、第２のコア部Ｂ１０、第３のコア部Ｃ１０及び結合器コア部ＡＡ１０はそれぞれ、軸線ＬＡ１０、ＬＢ１０、ＬＣ１０、ＬＡＡ１０に沿って形成されている。軸線ＬＡ１０、ＬＢ１０、ＬＣ１０、ＬＡＡ１０は、互いに平行なそれぞれの接線ＴＡ１０、ＴＢ１０、ＴＣ１０、ＴＡＡ１０と接する接点ＰＡ１０、ＰＢ１０、ＰＣ１０、ＰＡＡ１０を有し、接点ＰＡ１０、ＰＢ１０、ＰＣ１０、ＰＡＡ１０は、第１のコア部Ａ１０の軸線ＬＡ１０の接点ＰＡ１０における接線である接線ＴＡ１０と垂直に接点ＰＡ１０を通って延びる垂直線ＬＰ１０上に位置している。接線ＴＡ１０と接線ＴＢ１０とは同一の接線であり、接点ＰＡ１と接点ＰＢ１は同一の点である。接点ＰＡ３は、接線ＴＡＡ１０よりも他方の側Ｓ２に位置している。
【００７２】
本発明の光導波路構造を用いて、図１５に示したように、１×８の光スプリッタ用光導波路基板を以下のように作製した。
まず、光導波路用ＣＡＤを用いて、光導波路部２０１の光導波路コアパターン２１３を構成した。分岐合波点付近には、図１３に示した直線マルチモード光導波路を挿入した構造とした。ビーム伝搬法（ＢＰＭ）を用いて過剰損失を計算した結果、−９．６６６ｄＢ(波長１．３１μｍの揚合)、−９．７２ｄＢ(波長１．５５μｍ揚合)であった。
【００７３】
次に、以下のようにして、上記のコアパターンのマスクを作製した。コアパターン寸法はプロセスで変化するので、変化量を考慮したコアパターンをＣＡＤで製図した。コアパターン以外にもマスクと基板の位置精度を向上させるためのアライメントマークや、その他パターン計測等に使用するマーカもマスクに追加した。ＣＡＤの製図の手順は、製図作業の効率をよくするため、初めに１素子分のパターンを製図し、前記１素子分のパターンを配列複写してマスク全体にパターンを配置する。
【００７４】
１素子分のパターンには、レイヤーを設けコアパターンを製図したレイヤー以外にも、違うレイヤーを用いてパターンを製図することが可能である。以上のように製図したＣＡＤ図面からマスク基板にパターンを露光機を用いて直接描画し、パターン部分をＣｒの金属膜で埋めたマスクと、パターン部分以外をＣｒの金属膜で埋めたマスクとを製作した。上記２つのマスクは、コアパターン形成プロセスで使用するレジストの種類及び光導波路製造におけるコア形成プロセスの種類によって使い分けることが可能である。
【００７５】
以上のように、本発明の曲線光導波路を用いて構成された１×８スプリッタでは、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いて構成された従来のスプリッタよりも良好な過剰損失を示した。
次に、以下の材料を用いて、光導波路基板を作製した。
コア：日立化成工業(株)製：OPI-N3205
クラッド:日立化成工業(株)製：OPI-N1005
【００７６】
製造方法は、Ｖ溝が形成されたシリコンウエハ上に有機ジルコニウムキレートをスピンコート法により乾燥膜厚１００オングストロームとなるように塗布し、乾燥後、その上にフッ素を含まないポリイミド樹脂を乾燥膜厚０．３μｍとなるように塗布し、乾燥後、フッ素を含むポリイミド樹脂からなる下部クラッド層（８μｍ）及びコア層（６．５μｍ）を形成した。
【００７７】
次に、コア層の上にシリコン含有レジストを０．５μｍ厚となるように塗布、乾燥し、実施例２で作製したマスクのコアパターンを介して露光、現像し、このレジストパターンを介して反応性イオンエッチングを行い、コア層を形成した。レジスト剥離後、上部クラッド層（１５μｍ）を形成してポリイミド光導波路を作成した。その後、ダイシングによりチップに切り出した。
得られた光導波路の挿入損失を評価した。評価にあたっては、光導波路基板の両端に形成されたＶ溝をガイドとして光ファイバを固定して測定した。光源としては、波長１．３１μｍの半導体レーザを用いた。本発明の曲線光導波路を用いた場合の挿入損失は、平均値が−１０．６ｄＢ（最も損失が大きいポートで−１０．８ｄＢ）、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いた場合の挿入損失は、平均値が−１１．２ｄＢ（最も損失が大きいポートで−１１．７ｄＢ）であった。
【００７８】
以上のように、本発明の曲線光導波路を用いて構成された１×８型ツリー構成のスプリッタでは、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いて構成された従来のスプリッタよりも良好な挿入損失を示した。
なお、本実施例では、スプリッタ用光導波路を構成するすべてのＳ字型曲線光導波路に本発明の曲線光導波路を用いたが、他のＳ字型曲線と混在した構成としてもよい。
【００７９】
次に、光導波路基板の光ファイバ接続用Ｖ字断面ガイド溝に沿って光ファイバを実装し、接着剤で固定した。これらの光ファイバを使用して挿入損失を測定した結果、−１１．４８ｄＢ(波長１．３１μｍの場合)、−１１．２６ｄＢ(波長１．５５μｍ場合)であった。
光導波路基板は、全長は１２．４ｍｍ、幅２．２ｍｍであった。光ファイバ接続部を除いた光導波略部の長さは、９．４ｍｍであった。
【００８０】
（比較例）
比較のために、図１６に示したような１×８の光スプリッタ用光導波路基板を以下のように作製した。まず、光導波路用ＣＡＤを用いて、光導波路部２０１の光導波路コアパターン２１３を構成した。
分岐合波点付近はテーパ構造とし、分岐合波点間を接続する曲線光導波路は円弧を接続して構成した。ビーム伝搬法(ＢＰＭ)を用いて過剰損失を計算した結果、−９．６８ｄＢ(波長１．３１μｍの場合)、−９．８３ｄＢ(波長１．５５μｍ場合)であった。
【００８１】
光導波路パターンが異なることとそれに伴って光導波路長が長くなったのに合わせて光ファイバ用ガイド溝の設置間隔を調整した以外は実施例６と同様にマスクを作製し、光導波路基板を作製した。さらに、同様にして光ファイバを実装し、これらの光ファィバを使用して挿入損失を測定した結果、−１１．９０ｄＢ(波長１．３１μｍの揚合)、−１１．３５ｄＢ(波長１．５５μｍ場合)であった。光導波路基板は、全長は１８．０ｍｍ、幅２．２ｍｍであった。光ファイバ接続部を除いた光導波路部の長さは、１５．０４ｍｍであった。
【００８２】
本発明の光スプリッタ用光導波路は、また、損失を増大させることなく、長さを大幅に短くすることができる。従って、ウエハを用いて半導体製造工程に準じた工法を用いる光導波路の製造方法にあたっては、ウエハあたりの光導波路チップの取れ数を多くとることができ、光導波路１個あたりの製造コストを低減することができる。
【００８３】
ポリマー光導波路の場合は特に、損失を低減することができる。材料由来の損失は、光導波路の電搬長さに比例するので、単位長さあたりの損失が石英などに比べて大きなポリマー光導波路では、短尺化することで、トータルの損失を低減する効果が絶大である。単位長さあたりの損失が０．１ｄＢ／ｃｍ以上の場合に効果が大きい。また、全長が長くなるほど、損失の低減効果が大きくなるため、例えば、１×Ｎ型の多段構成スプリッタの場合には、分岐数Ｎ型の大きい大規模なパターンの場合に特に効果が大きい。具体的には、光導波路長が５ｍｍ以上の長さとなるような光導波路の場合には有効である。
明確な指導原理に基づいて容易に光導波路パターンを作図でき、光導波路設計にかかる時間を短縮することができる。
【００８４】
上記分岐合波部の実施形態において、第２のコア部Ｂ１〜Ｂ９の接点ＰＢ１〜ＰＢ９を第１のコア部Ａ１〜Ａ９の軸線ＬＡ１の接線ＴＡ１からずらして配置したけれども、許容される分岐比が達成できれば、接点ＰＢ１〜ＰＢ９を接線ＴＡ１上に配置しても良い。
また、テーパ部分を有する合波分岐部を図８〜図１１及び図１３に例示したが、許容される損失であれば、テーパ部分の輪郭は限定されず、例えば、テーパ部分の開始位置を移動させても良いし、テーパ部分を直線又は例示していない曲線で構成しても良い。
また、本発明による合波分岐部を構成するために、第１〜第３のコア要素Ａ０、Ｂ０、Ｃ０を垂直線ＬＰ１、ＬＰ２に沿って移動させる距離は、損失及び分岐比を考慮して任意に定められる。従って、上記実施形態の第１のコア部、第２のコア部、第３のコア部、中間コア部の輪郭は互いに、滑らかに接続されていてもよいし、段差を設けて接続されていてもよいし、角度を設けて接続されていてもよい。
また、尖ったクラッド部分を含まないように構成した本発明による合波分岐部を、図６及び図１３に例示したが、その他の実施形態においても、製造上のばらつきを低減するために、尖ったクラッド部分をコア部に置き換えてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 単一ポート
１２ 複数ポート
１４ 光導波路構造
２０ Ｓ形曲線光導波路部分
２２ 第１変曲点
２４ 第１円弧光導波路部分
２６ 第２円弧光導波路部分
３０ 第１分岐合波点
３２ 第３円弧光導波路部分
４０ 第２分岐合波点
４２ 第４円弧光導波路部分
５０ 第３分岐合波点
６０ 第５円弧光導波路部分
２００ 光導波路基板
２０１ 光導波路部
２０２ 光ファイバ接続部
２１１ 光ファイバ接続用ガイド溝
２１２ 溝
２１３ 光導波路コアパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の出入射側に単一ポートを有し、他方の出入射側に複数ポートを有する光導波路構造であって、
該光導波路構造の一方の最外側が、Ｓ形曲線光導波路部分であり、
該Ｓ形曲線光導波路部分は、両端部の接線が平行であり、第１変曲点で曲率が反転する第１円弧光導波路部分及び第２円弧光導波路部分からなり、
前記第１変曲点より前記単一ポート側の前記第１円弧光導波路部分に、第１分岐合波点を設け、該第１分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第１円弧光導波路部分に対し反転曲率の第３円弧光導波路部分を形成し、前記第１分岐合波点において前記第１円弧光導波路部分の接線と、前記第３円弧光導波路部分の接線が平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする光導波路構造。
【請求項２】
前記第３円弧光導波路部分が、さらに、第２分岐合波点を有し、該第２分岐合波点において該第２分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第３円弧光導波路部分に対し反転曲率の第４円弧光導波路部分を形成し、前記第２分岐合波点において前記第３円弧光導波路部分の接線と、前記第４円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
【請求項３】
前記第４円弧光導波路部分が、さらに、第３分岐合波点を有し、該第３分岐合波点において該第３分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第４円弧光導波路部分に対し反転曲率の第５円弧光導波路部分を形成し、前記第３分岐合波点において前記第３円弧光導波路部分の接線と、前記第５円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路構造。
【請求項４】
一方の出入射側に単一ポートを有し、他方の出入射側に複数ポートを有する光導波路構造であって、
前記光導波路構造の最外側の少なくとも一方がＳ形曲線光導波路部分であり、
前記Ｓ形光導波路部分は、第１変曲点で曲率が反転する第１曲線光導波路部分及び第２曲線光導波路部分からなり、
前記第１変曲点より前記単一ポート側の前記第１曲線光導波路部分に、第１分岐合波部を設け、
前記第１の曲線光導波路部分は、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、前記第１のコア部に接続され、前記一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、を有し、
更に、前記第１のコア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部を有し、
前記第１の軸線、前記第２の軸線及び前記第３の軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、
前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に前記第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、
前記第３の接点は、前記基準接線に対して前記他方の側に位置していることを特徴とする光導波路構造。
【請求項５】
合波分岐部を有する光導波路構造であって、
一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、
前記第１のコア部に接続され、前記一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、
前記第１のコア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部と、を有し、
前記第１の軸線、前記第２の軸線及び前記第３の軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、
前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に前記第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、
前記第３の接点は、前記基準接線に対して前記他方の側に位置していることを特徴とする光導波路構造。
【請求項６】
前記第２の接点は、前記基準接線に対して前記一方の側に位置していることを特徴とする光導波路構造。
【請求項７】
前記第１の接点、前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記基準垂直線上に位置することを特徴とする請求項５又は６に記載の光導波路構造。
【請求項８】
前記第２のコア部及び前記第３のコア部は、それらが一体となって前記基準垂直線から分岐側に延びるコア部分を有することを特徴とする請求項７に記載の光導波路構造。
【請求項９】
前記第１のコア部は、その幅が前記基準垂直線に向かって広がるテーパ部分を有することを特徴とする請求項７に記載の光導波路構造。
【請求項１０】
前記第１のコア部、前記第２のコア部及び前記第３のコア部は、前記基準垂直線にまたがり且つ前記基準接線と平行な前記一方の側の輪郭及び前記他方の側の輪郭を有する拡張コア部分を有することを特徴とする請求項７に記載の光導波路構造。
【請求項１１】
前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記基準垂直線と平行であり且つそれよりも合波側に位置する第２の垂直線上に位置し、
更に、前記基準垂直線と前記第２の垂直線との間に中間コア部を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の光導波路構造。
【請求項１２】
前記中間コア部の前記一方の側の輪郭及び前記他方の側の輪郭は、前記基準接線と平行な直線であることを特徴とする請求項１１に記載の光導波路構造。
【請求項１３】
前記中間コア部は、マルチモード光導波路を構成することを特徴とする請求項１２に記載の光導波路構造。
【請求項１４】
前記第１のコア部は、その幅が前記基準垂直線に向かって広がるテーパ部分を有することを特徴とする請求項１１〜１３の何れか１項に記載の光導波路構造。
【請求項１５】
合波分岐部を有する光導波路構造であって、
一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、
前記第１のコア部に接続され、前記一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、
前記第１のコア部と前記他方の側に間隔をおき且つ並んで延びる結合器軸線に沿って形成され、第１のコア部と光結合器を構成する結合器コア部と、
前記結合器コア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部と、を有し、
前記第１の軸線、前記第２の軸線、前記第３の軸線及び前記結合器軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点、第３の接点及び結合器接点を有し、
前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に前記第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、
前記結合器接点は、前記基準垂直線上に位置し、
前記第３の接点は、前記結合器接点で接する前記結合器軸線の接線に対して前記他方の側に位置していることを特徴とする光導波路構造。
【請求項１】
一方の出入射側に単一ポートを有し、他方の出入射側に複数ポートを有する光導波路構造であって、
該光導波路構造の一方の最外側が、Ｓ形曲線光導波路部分であり、
該Ｓ形曲線光導波路部分は、両端部の接線が平行であり、第１変曲点で曲率が反転する第１円弧光導波路部分及び第２円弧光導波路部分からなり、
前記第１変曲点より前記単一ポート側の前記第１円弧光導波路部分に、第１分岐合波点を設け、該第１分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第１円弧光導波路部分に対し反転曲率の第３円弧光導波路部分を形成し、前記第１分岐合波点において前記第１円弧光導波路部分の接線と、前記第３円弧光導波路部分の接線が平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする光導波路構造。
【請求項２】
前記第３円弧光導波路部分が、さらに、第２分岐合波点を有し、該第２分岐合波点において該第２分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第３円弧光導波路部分に対し反転曲率の第４円弧光導波路部分を形成し、前記第２分岐合波点において前記第３円弧光導波路部分の接線と、前記第４円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
【請求項３】
前記第４円弧光導波路部分が、さらに、第３分岐合波点を有し、該第３分岐合波点において該第３分岐合波点から前記複数ポート側へ延び、前記第４円弧光導波路部分に対し反転曲率の第５円弧光導波路部分を形成し、前記第３分岐合波点において前記第３円弧光導波路部分の接線と、前記第５円弧光導波路部分の接線とが平行でかつ間隔をおいていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路構造。
【請求項４】
一方の出入射側に単一ポートを有し、他方の出入射側に複数ポートを有する光導波路構造であって、
前記光導波路構造の最外側の少なくとも一方がＳ形曲線光導波路部分であり、
前記Ｓ形光導波路部分は、第１変曲点で曲率が反転する第１曲線光導波路部分及び第２曲線光導波路部分からなり、
前記第１変曲点より前記単一ポート側の前記第１曲線光導波路部分に、第１分岐合波部を設け、
前記第１の曲線光導波路部分は、一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、前記第１のコア部に接続され、前記一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、を有し、
更に、前記第１のコア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部を有し、
前記第１の軸線、前記第２の軸線及び前記第３の軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、
前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に前記第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、
前記第３の接点は、前記基準接線に対して前記他方の側に位置していることを特徴とする光導波路構造。
【請求項５】
合波分岐部を有する光導波路構造であって、
一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、
前記第１のコア部に接続され、前記一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、
前記第１のコア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部と、を有し、
前記第１の軸線、前記第２の軸線及び前記第３の軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、
前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に前記第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、
前記第３の接点は、前記基準接線に対して前記他方の側に位置していることを特徴とする光導波路構造。
【請求項６】
前記第２の接点は、前記基準接線に対して前記一方の側に位置していることを特徴とする光導波路構造。
【請求項７】
前記第１の接点、前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記基準垂直線上に位置することを特徴とする請求項５又は６に記載の光導波路構造。
【請求項８】
前記第２のコア部及び前記第３のコア部は、それらが一体となって前記基準垂直線から分岐側に延びるコア部分を有することを特徴とする請求項７に記載の光導波路構造。
【請求項９】
前記第１のコア部は、その幅が前記基準垂直線に向かって広がるテーパ部分を有することを特徴とする請求項７に記載の光導波路構造。
【請求項１０】
前記第１のコア部、前記第２のコア部及び前記第３のコア部は、前記基準垂直線にまたがり且つ前記基準接線と平行な前記一方の側の輪郭及び前記他方の側の輪郭を有する拡張コア部分を有することを特徴とする請求項７に記載の光導波路構造。
【請求項１１】
前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記基準垂直線と平行であり且つそれよりも合波側に位置する第２の垂直線上に位置し、
更に、前記基準垂直線と前記第２の垂直線との間に中間コア部を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の光導波路構造。
【請求項１２】
前記中間コア部の前記一方の側の輪郭及び前記他方の側の輪郭は、前記基準接線と平行な直線であることを特徴とする請求項１１に記載の光導波路構造。
【請求項１３】
前記中間コア部は、マルチモード光導波路を構成することを特徴とする請求項１２に記載の光導波路構造。
【請求項１４】
前記第１のコア部は、その幅が前記基準垂直線に向かって広がるテーパ部分を有することを特徴とする請求項１１〜１３の何れか１項に記載の光導波路構造。
【請求項１５】
合波分岐部を有する光導波路構造であって、
一方の側に湾曲する曲線からなる第１の軸線に沿って形成された合波側の第１のコア部と、
前記第１のコア部に接続され、前記一方の側に湾曲する曲線からなる第２の軸線に沿って形成された分岐側の第２のコア部と、
前記第１のコア部と前記他方の側に間隔をおき且つ並んで延びる結合器軸線に沿って形成され、第１のコア部と光結合器を構成する結合器コア部と、
前記結合器コア部に接続され、他方の側に湾曲する曲線からなる第３の軸線に沿って形成された分岐側の第３のコア部と、を有し、
前記第１の軸線、前記第２の軸線、前記第３の軸線及び前記結合器軸線はそれぞれ、互いに平行なそれぞれの接線と接する第１の接点、第２の接点、第３の接点及び結合器接点を有し、
前記第２の接点及び前記第３の接点は、前記第１の軸線の第１の接点における接線である基準接線と垂直に前記第１の接点を通って延びる基準垂直線から分岐側の領域内に位置し、
前記結合器接点は、前記基準垂直線上に位置し、
前記第３の接点は、前記結合器接点で接する前記結合器軸線の接線に対して前記他方の側に位置していることを特徴とする光導波路構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１８０７２（Ｐ２０１１−１８０７２Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１０４１（Ｐ２０１０−２１１０４１）
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【分割の表示】特願２００６−５１６８８９（Ｐ２００６−５１６８８９）の分割
【原出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【分割の表示】特願２００６−５１６８８９（Ｐ２００６−５１６８８９）の分割
【原出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]