JP5901509B2

JP5901509B2 - Optical demultiplexer

Info

Publication number: JP5901509B2
Application number: JP2012278981A
Authority: JP
Inventors: 智志西川; 後藤田　光伸; 光伸後藤田; 高林　正和; 正和高林; 柳生　栄治; 栄治柳生
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: JP2014123009A

Description

本発明は、光ファイバ通信で用いられる光集積素子で用いられる光分波器に関する。 The present invention relates to an optical demultiplexer used in an optical integrated device used in optical fiber communication.

近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化して、１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システムが実用化されている。上記システム用の光源としては、３０〜４０ｄＢ以上の高いサイドモード抑圧比（Side Mode Suppression Ratio：ＳＭＳＲ）が得られる単一モードＬＤ（Laser Diode）が好適である。当該単一モードＬＤは、例えば、分布帰還型ＬＤ（Distributed Feedback Laser Diode：ＤＦＢ−ＬＤ）、分布ブラッグ反射型ＬＤ（Distributed Bragg Reflector Laser Diode：ＤＢＲ−ＬＤ）等である。 Along with a dramatic increase in communication demand in recent years, a wavelength division multiplexing communication system that multiplexes a plurality of signal lights having different wavelengths and enables large-capacity transmission with one optical fiber has been put into practical use. As the light source for the system, a single mode LD (Laser Diode) capable of obtaining a high side mode suppression ratio (SMSR) of 30 to 40 dB or more is preferable. The single mode LD is, for example, a distributed feedback laser diode (DFB-LD) or a distributed Bragg reflector laser diode (DBR-LD).

また、近年では、波長選択により通信で用いる全波長帯域をカバーできる波長可変ＬＤの開発が進められている。当該波長選択は、例えば、アレイ化されたＤＦＢ−ＬＤと温度調整、電流注入等による屈折率制御との併用により実現される。また、当該波長選択は、例えば、複数の反射ピークを有する特殊なＤＢＲミラーのペアにより実現される。 In recent years, development of a wavelength tunable LD that can cover the entire wavelength band used for communication by wavelength selection has been advanced. The wavelength selection is realized by, for example, using the arrayed DFB-LD together with refractive index control by temperature adjustment, current injection, or the like. The wavelength selection is realized by, for example, a pair of special DBR mirrors having a plurality of reflection peaks.

さらに、波長可変ＬＤと、電界吸収（Electro absorption：ＥＡ）型光変調器、マッハツェンダ（Mach Zehnder：ＭＺ）型光変調器などの外部変調器とを同一基板上に集積した光集積素子についても、開発が行われている。 Further, for an optical integrated device in which a wavelength tunable LD and an external modulator such as an electro absorption (EA) type optical modulator or a Mach Zehnder (MZ) type optical modulator are integrated on the same substrate, Development is underway.

上記光集積素子のアレイＬＤ部やＭＺ変調器部においては、波長依存性の比較的少ない多モード干渉（Multi Mode Interference：ＭＭＩ）型の光合分波素子（以下「ＭＭＩ素子」と称す）が広く用いられている。 In the array LD section and the MZ modulator section of the optical integrated element, there are widely used multimode interference (MMI) type optical multiplexing / demultiplexing elements (hereinafter referred to as “MMI elements”) having relatively little wavelength dependency. It is used.

非特許文献１では、波長可変ＬＤとＭＺ変調器との間に半導体光増幅素子（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）を集積する構成を用いた技術（以下、関連技術Ａともいう）が開示されている。関連技術Ａは、光の出力増大、導波路の分岐損失、接続損失、散乱損失等の補償に用いる事がしばしば行われている。ＳＯＡはＬＤと同様のエピタキシャル層から構成されている。また、ＳＯＡは、電流注入を行うと入射光に対する増幅器として働くが、単独ではレーザ発振が生じないように設計されている。 Non-Patent Document 1 discloses a technique using a configuration in which a semiconductor optical amplifier (SOA) is integrated between a wavelength tunable LD and an MZ modulator (hereinafter also referred to as related technique A). . The related art A is often used for compensation of light output increase, waveguide branching loss, connection loss, scattering loss, and the like. The SOA is composed of an epitaxial layer similar to the LD. The SOA functions as an amplifier for incident light when current injection is performed, but is designed so that laser oscillation does not occur by itself.

さて、上記の波長可変ＬＤとＳＯＡを集積した素子の出力側に、導波光に対する微小な反射点が存在する場合を考える。反射点とは、光が反射する位置である。反射点からの戻り光（反射戻り光）は、ＳＯＡで増幅されると無視できないレベルとなる。その結果、ＬＤの動作が不安定化し、発振線幅が増大するなどの問題が生じる。 Consider a case where a minute reflection point for guided light exists on the output side of an element in which the above-described wavelength tunable LD and SOA are integrated. The reflection point is a position where light is reflected. The return light from the reflection point (reflected return light) becomes a level that cannot be ignored when amplified by the SOA. As a result, the operation of the LD becomes unstable and the oscillation line width increases.

そこで、例えば、非特許文献２には、反射戻り光を低減するために、ＳＯＡの出射側に曲がり導波路を設け、無反射（Anti-Reflection：ＡＲ）コートを併用する技術（以下、関連技術Ｂともいう）が開示されている。非特許文献２では、関連技術Ｂにより、端面付近からの光の反射を−５０ｄＢ程度以下まで低減する事に成功し、ＤＦＢ−ＬＤの発振線幅への影響を除去できるようになった事が報告されている。 Therefore, for example, Non-Patent Document 2 discloses a technique (hereinafter, related technique) in which a curved waveguide is provided on the exit side of the SOA and an anti-reflection (AR) coating is used in combination to reduce reflected return light. (Also referred to as B). In Non-Patent Document 2, the related technology B succeeded in reducing the reflection of light from the vicinity of the end face to about −50 dB or less, and the influence on the oscillation line width of the DFB-LD can be removed. It has been reported.

また、特許文献１には、反射光を干渉させることにより反射戻り光を低減する技術（以下、関連技術Ｃともいう）が開示されている。関連技術Ｃは、ＭＭＩ素子自体の反射戻り光の低減とは異なるが、１×２カプラＭＭＩ素子を経由したＬＤへの外部反射戻り光の低減に関する技術である。具体的には、関連技術Ｃは、２つの反射光の位相差を調整し、反射光を干渉させる。これにより反射戻り光を低減する。 Patent Document 1 discloses a technique (hereinafter also referred to as related technique C) that reduces reflected return light by causing reflected light to interfere. Related technology C is a technology related to the reduction of the external reflected return light to the LD via the 1 × 2 coupler MMI element, although it is different from the reduction of the reflected return light of the MMI element itself. Specifically, the related technique C adjusts the phase difference between the two reflected lights and causes the reflected lights to interfere. This reduces reflected return light.

国際公開第２００８／１０７９６３号パンフレットInternational Publication No. 2008/107963 Pamphlet

“IEEE Photonics Technology Letters”, Vol.16, No.6, 2004, pp1531-1533“IEEE Photonics Technology Letters”, Vol.16, No.6, 2004, pp1531-1533 “IEEE Journal of Selected Topics in Quantuｍ Electronics”, Vol.13, No.5, 2007, pp1089-1094“IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics”, Vol.13, No.5, 2007, pp1089-1094

しかしながら、従来の技術では、以下のような問題があった。具体的には、ＳＯＡを含む関連技術Ｂの光集積素子においては、曲がり導波路を設けて出射端面からの光の反射を低減している。これにより、単一モードＬＤの発振線幅の増大を防止している。 However, the conventional techniques have the following problems. Specifically, in the related art B optical integrated device including SOA, a bent waveguide is provided to reduce the reflection of light from the emission end face. This prevents an increase in the oscillation line width of the single mode LD.

しかしながら、光集積素子においては出射端面以外にも、屈折率のわずかに異なる導波路同士の接合界面や、変調器との接合部など、反射点となる可能性のある箇所がチップ（光集積素子）内に多数存在している。 However, in the optical integrated device, in addition to the emission end face, a chip (an optical integrated device) may be a reflection point such as a bonding interface between waveguides having slightly different refractive indexes or a bonding portion with a modulator. ) Are in large numbers.

特に、ＭＭＩ素子においては、多モード導波路部とポート導波路部との境界付近で、モード不整合に起因する微小な反射光の発生が避けられない。これらの箇所での反射光は、関連技術Ａのように、反射した光がＳＯＡを介してＬＤへの戻り光になると、出射端面の場合と同様に発振線幅の増大を引き起こす。 In particular, in an MMI element, generation of minute reflected light due to mode mismatch is inevitable near the boundary between the multimode waveguide portion and the port waveguide portion. The reflected light at these locations causes an increase in the oscillation line width as in the case of the related art A, when the reflected light returns to the LD through the SOA as in the case of the emission end face.

しかし、関連技術Ｂの曲がり導波路は、出射端面以外の反射点に対しては有効でない。そのため、関連技術Ｂの曲がり導波路は、出射端面以外の反射点に適用できない。例えば４０Ｇｂｐｓ以上の高速変調を用いた光通信システムには、少なくとも１ＭＨｚ程度以下の狭発振線幅が必要とされており、発振線幅の増大を抑制する必要がある。 However, the curved waveguide of Related Art B is not effective for reflection points other than the emission end face. Therefore, the bent waveguide of related technology B cannot be applied to reflection points other than the emission end face. For example, in an optical communication system using high-speed modulation of 40 Gbps or more, a narrow oscillation line width of at least about 1 MHz is required, and it is necessary to suppress an increase in the oscillation line width.

また、関連技術Ｃでは、１入力２出力の光分波器として機能するＭＭＩ素子を利用する光集積素子において、ＭＭＩ素子の周辺に、光検出器を設ける必要がある。そのため、光集積素子のコストが増加するという問題がある。したがって、関連技術Ｃにおいて、コストを抑えた光集積素子の実現には、光分波器（ＭＭＩ素子）自体を低反射な構成とする必要がある。 In Related Art C, in an optical integrated device using an MMI element that functions as a 1-input / 2-output optical demultiplexer, it is necessary to provide a photodetector around the MMI element. Therefore, there is a problem that the cost of the optical integrated device increases. Therefore, in the related art C, in order to realize an optical integrated device with reduced cost, it is necessary that the optical demultiplexer (MMI device) itself has a low reflection configuration.

なお、関連技術Ａ，Ｂにおいて、光分波器として機能するＭＭＩ素子を利用する構成とした場合においても、上記と同様に、コストを抑えた光集積素子の実現には、光分波器（ＭＭＩ素子）自体を低反射な構成とする必要がある。 In the related arts A and B, even when an MMI element functioning as an optical demultiplexer is used, as in the above, an optical demultiplexer ( The MMI element itself needs to have a low reflection configuration.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、低反射な光分波器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a low-reflection optical demultiplexer.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る光分波器は、多モード干渉型の光分波器である。前記光分波器は、１個の入力ポートと、前記光分波器における光が出射される端面である出射端面に設けられた第１および第２出力ポートと、を備え、前記入力ポートから前記第１出力ポートまでの光路長である第１光路長と、前記入力ポートから前記第２出力ポートまでの光路長である第２光路長とは異なり、前記第１光路長および前記第２光路長は、前記出射端面で反射した光であって、かつ、前記入力ポートへ向かう光である反射光の強度が、該第１光路長と該第２光路長とが同じである場合における前記反射光の強度よりも小さくなるように設定され、前記出射端面は、前記第１出力ポートが設けられた第１端面と前記第２出力ポートが設けられた第２端面とから構成され、前記第１端面と前記第２端面との間には、段差が設けられ、前記段差は、前記出射端面の中央に設けられ、前記段差の大きさをｄと表現し、整数をｍと表現し、前記光分波器における光の屈折率をｎｅと表現し、該光分波器における光の波長をλと表現した場合、該段差の大きさｄは、ｄ＝（２ｍ＋１）／（２ｎｅ×λ）により規定される。
In order to achieve the above object, an optical demultiplexer according to an aspect of the present invention is a multimode interference optical demultiplexer. The optical demultiplexer includes one input port, and first and second output ports provided on an emission end surface that is an end surface from which light in the optical demultiplexer is emitted, and from the input port Unlike the first optical path length that is the optical path length to the first output port and the second optical path length that is the optical path length from the input port to the second output port, the first optical path length and the second optical path The length is the light reflected by the emission end face and the intensity of the reflected light that is the light directed to the input port is the same when the first optical path length and the second optical path length are the same. The emission end face is configured by a first end face provided with the first output port and a second end face provided with the second output port; and A step is provided between one end surface and the second end surface. The step is provided at the center of the exit end face, the size of the step is expressed as d, the integer is expressed as m, the refractive index of light in the optical demultiplexer is expressed as ne, When the wavelength of light in the waver is expressed as λ, the step size d is defined by d = (2m + 1) / (2ne × λ) .

本発明によれば、光分波器は、１個の入力ポートと、前記光分波器における光が出射される端面である出射端面に設けられた第１および第２出力ポートとを備える。前記入力ポートから前記第１出力ポートまでの光路長である第１光路長と、前記入力ポートから前記第２出力ポートまでの光路長である第２光路長とは異なる。前記第１光路長および前記第２光路長は、前記出射端面で反射した光であって、かつ、前記入力ポートへ向かう光である反射光の強度が、該第１光路長と該第２光路長とが同じである場合における前記反射光の強度よりも小さくなるように設定される。これにより、反射光の強度を低減した低反射な光分波器を提供することができる。 According to the present invention, the optical demultiplexer includes one input port and first and second output ports provided on an emission end face that is an end face from which light in the optical demultiplexer is emitted. The first optical path length that is the optical path length from the input port to the first output port is different from the second optical path length that is the optical path length from the input port to the second output port. The first optical path length and the second optical path length are light reflected by the emission end face, and the intensity of reflected light that is light directed to the input port is determined by the first optical path length and the second optical path. The length is set to be smaller than the intensity of the reflected light when the length is the same. Thereby, it is possible to provide a low-reflection optical demultiplexer in which the intensity of reflected light is reduced.

比較例に係る光分波器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical demultiplexer which concerns on a comparative example. 本発明の実施の形態１に係る光分波器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical demultiplexer which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る光分波器の斜視図である。1 is a perspective view of an optical demultiplexer according to Embodiment 1 of the present invention. 光分波器の透過光の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution of the transmitted light of an optical demultiplexer. 光分波器の反射光の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution of the reflected light of an optical demultiplexer. 本発明の実施の形態１に係る光分波器における段差の大きさに対する反射率の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the reflectance with respect to the magnitude | size of the level | step difference in the optical demultiplexer which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る光分波器において、入射光の波長を変えた場合の反射率の特性を示す図である。In the optical demultiplexer which concerns on Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the characteristic of the reflectance at the time of changing the wavelength of incident light. 本発明の実施の形態１に係る光分波器が有する、光の波長に対する反射率の特性を示す図である。It is a figure which shows the reflectance characteristic with respect to the wavelength of light which the optical demultiplexer which concerns on Embodiment 1 of this invention has. 本発明の実施の形態１の変形例に係る光分波器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical demultiplexer which concerns on the modification of Embodiment 1 of this invention. 比較例に係る光分波器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical demultiplexer which concerns on a comparative example. 本発明の実施の形態２に係る光分波器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical demultiplexer which concerns on Embodiment 2 of this invention. 光分波器の透過光の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution of the transmitted light of an optical demultiplexer. 光分波器の反射光の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution of the reflected light of an optical demultiplexer. 本発明の実施の形態２に係る光分波器における段差の大きさに対する反射率の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the reflectance with respect to the magnitude | size of the level | step difference in the optical demultiplexer which concerns on Embodiment 2 of this invention. 比較例に係る光分波器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical demultiplexer which concerns on a comparative example. 本発明の実施の形態３に係る光分波器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical demultiplexer which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態３の変形例に係る光分波器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical demultiplexer which concerns on the modification of Embodiment 3 of this invention.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof may be omitted.

なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。 It should be noted that the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent elements exemplified in the embodiments are appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. It is not limited to those examples. Moreover, the dimension of each component in each figure may differ from an actual dimension.

＜実施の形態１＞
（比較例）
図１は、比較例に係る光分波器１０００の構成を示す図である。光分波器１０００は、ＭＭＩ型の光カプラである。光分波器１０００は、１入力２出力の構成を有する。図１を参照して、光分波器１０００は、入力導波路２１と、多モード干渉部１０Ｎと、出力導波路３１，３２とを備える。 <Embodiment 1>
(Comparative example)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical demultiplexer 1000 according to a comparative example. The optical demultiplexer 1000 is an MMI type optical coupler. The optical demultiplexer 1000 has a configuration of one input and two outputs. Referring to FIG. 1, the optical demultiplexer 1000 includes an input waveguide 21, a multimode interference unit 10 </ b> N, and output waveguides 31 and 32.

多モード干渉部１０Ｎの形状は、長方形である。多モード干渉部１０Ｎは、入力ポートＰ２１と、出力ポートＰ３１，Ｐ３２とを有する。入力ポートＰ２１には、入力導波路２１が接続される。出力ポートＰ３１，Ｐ３２には、それぞれ、出力導波路３１，３２が接続される。 The shape of the multimode interference unit 10N is a rectangle. The multimode interference unit 10N includes an input port P21 and output ports P31 and P32. The input waveguide 21 is connected to the input port P21. Output waveguides 31 and 32 are connected to the output ports P31 and P32, respectively.

（実施の形態１の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００の構成を示す図である。図２（ａ）は、光分波器１００の構成を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ１−Ａ２線に沿った光分波器１００の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００の斜視図である。なお、図３は、基板５０に光分波器１００が配置された状態を示す。 (Configuration of Embodiment 1)
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the optical demultiplexer 100 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating the configuration of the optical demultiplexer 100. FIG. 2B is a cross-sectional view of the optical demultiplexer 100 along the line A1-A2 of FIG. FIG. 3 is a perspective view of the optical demultiplexer 100 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 shows a state where the optical demultiplexer 100 is disposed on the substrate 50.

光分波器１００は、多モード干渉（ＭＭＩ（Multi Mode Interference））型の光分波器（光カプラ）である。光分波器１００は、１入力２出力の構成を有する。光分波器１００は、例えば、光ファイバ通信で用いられる単一モード半導体レーザを含む光集積素子において使用される。 The optical demultiplexer 100 is a multimode interference (MMI) type optical demultiplexer (optical coupler). The optical demultiplexer 100 has a configuration of one input and two outputs. The optical demultiplexer 100 is used, for example, in an optical integrated device including a single mode semiconductor laser used in optical fiber communication.

図２を参照して、光分波器１００は、図１の光分波器１０００と比較して、多モード干渉部１０Ｎの代わりに多モード干渉部１０を備える点が異なる。光分波器１００のそれ以外の構成は、光分波器１０００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。 Referring to FIG. 2, optical demultiplexer 100 is different from optical demultiplexer 1000 in FIG. 1 in that multimode interference unit 10 is provided instead of multimode interference unit 10N. Since the other configuration of optical demultiplexer 100 is the same as that of optical demultiplexer 1000, detailed description will not be repeated.

光分波器１００は、２つの出力ポート、すなわち、出力ポートＰ３１，Ｐ３２を備える。すなわち、光分波器１００が備える複数の出力ポートの数は偶数である。 The optical demultiplexer 100 includes two output ports, that is, output ports P31 and P32. That is, the number of the plurality of output ports provided in the optical demultiplexer 100 is an even number.

多モード干渉部１０は、多モード干渉部１０Ｎと比較して、出力ポートＰ３１，Ｐ３２の各々における光の出射される位置が異なるよう、光の出射端面の形状を変えた構造を有する。具体的には、多モード干渉部１０は、多モード干渉部１０Ｎと比較して、段差１１（突起部１０ｘ）が設けられている点が異なる。多モード干渉部１０のそれ以外の構成は、多モード干渉部１０Ｎと同様なので詳細な説明は繰り返さない。 The multimode interference unit 10 has a structure in which the shape of the light emission end face is changed so that the position at which the light is emitted from each of the output ports P31 and P32 is different from that of the multimode interference unit 10N. Specifically, the multimode interference unit 10 is different from the multimode interference unit 10N in that a step 11 (projection 10x) is provided. Since the other configuration of multimode interference unit 10 is the same as that of multimode interference unit 10N, detailed description will not be repeated.

多モード干渉部１０の形状は、略長方形である。多モード干渉部１０は、入射端面１０ａと、出射端面１０ｂと、端面１０ｃ，１０ｄとを有する。多モード干渉部１０は、出射端面１０ｂの２ヶ所で収束光を得られるように構成されている。 The shape of the multimode interference unit 10 is substantially rectangular. The multimode interference unit 10 has an incident end face 10a, an exit end face 10b, and end faces 10c and 10d. The multimode interference unit 10 is configured so that convergent light can be obtained at two locations on the emission end face 10b.

入射端面１０ａは、出射端面１０ｂと対向する。入射端面１０ａには、１個の入力ポートＰ２１が設けられる。すなわち、多モード干渉部１０は、１個の入力ポートＰ２１を有する。入力ポートＰ２１は、入射端面１０ａの中央に配置される。なお、入力ポートＰ２１の位置は、入射端面１０ａの中央に限定されず、例えば、入射端面１０ａの中央からすこしずれた位置であってもよい。 The incident end face 10a faces the outgoing end face 10b. The input end face 10a is provided with one input port P21. That is, the multimode interference unit 10 has one input port P21. The input port P21 is disposed at the center of the incident end face 10a. Note that the position of the input port P21 is not limited to the center of the incident end face 10a, and may be a position slightly deviated from the center of the incident end face 10a, for example.

出射端面１０ｂは、多モード干渉部１０の内側の端面である。出射端面１０ｂは、多モード干渉部１０における光が出射される端面である。すなわち、出射端面１０ｂは、光分波器１００における光が出射される端面である。出射端面１０ｂには、上記の収束光を多モード干渉部１０から出力させる（取り出す）ために、出力ポートＰ３１，Ｐ３２が設けられる。 The emission end face 10 b is an end face inside the multimode interference unit 10. The emission end face 10b is an end face from which light in the multimode interference unit 10 is emitted. In other words, the emission end face 10b is an end face from which light in the optical demultiplexer 100 is emitted. The output end face 10b is provided with output ports P31 and P32 for outputting (extracting) the convergent light from the multimode interference unit 10.

以下においては、入射端面１０ａの中央と出射端面１０ｂの中央とを通る直線を、中央線ＣＬともいう。出力ポートＰ３１，Ｐ３２は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置に配置される。 Hereinafter, a straight line passing through the center of the incident end face 10a and the center of the exit end face 10b is also referred to as a center line CL. The output ports P31 and P32 are arranged at positions that are line-symmetric with respect to the center line CL on the emission end face 10b.

なお、出力ポートＰ３１，Ｐ３２が配置される位置は上記の位置に限定されない。例えば、出力ポートＰ３１，Ｐ３２は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置からすこしずれた位置に配置されてもよい。 The positions where the output ports P31 and P32 are arranged are not limited to the above positions. For example, the output ports P31 and P32 may be arranged at positions slightly shifted from the positions that are line-symmetric with respect to the center line CL on the emission end face 10b.

出射端面１０ｂは、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２とから構成される。端面１０ｂ１には、出力ポートＰ３１が設けられる。端面１０ｂ２には、出力ポートＰ３２が設けられる。端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間には、段差１１が設けられる。段差１１は、出射端面１０ｂの中央に設けられる。なお、段差１１の位置は、出射端面１０ｂの中央に限定されず、例えば、出射端面１０ｂの中央からずれた位置であってもよい。 The emission end face 10b is composed of an end face 10b1 and an end face 10b2. An output port P31 is provided on the end face 10b1. An output port P32 is provided on the end face 10b2. A step 11 is provided between the end face 10b1 and the end face 10b2. The step 11 is provided at the center of the emission end face 10b. In addition, the position of the level | step difference 11 is not limited to the center of the output end surface 10b, For example, the position shifted from the center of the output end surface 10b may be sufficient.

具体的には、多モード干渉部１０には、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間に段差１１が設けられるように、突起部１０ｘが設けられる。 Specifically, the multimode interference unit 10 is provided with a protrusion 10x so that a step 11 is provided between the end surface 10b1 and the end surface 10b2.

出力ポートＰ３１は、出力対象の収束光の位置に合わせて、出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から、出射端面１０ｂの約１／４の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３２は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約３／４の長さだけ離れた位置に接続されている。 The output port P31 is connected to a position away from one end (end face 10c) of the output end face 10b by a length of about ¼ of the output end face 10b in accordance with the position of the convergent light to be output. The output port P32 is connected to a position away from the end face 10c by a length of about 3/4 of the emission end face 10b.

以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３１までの光路長を、光路長ＬＸ１ともいう。また、以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３２までの光路長を、光路長ＬＸ２ともいう。図２の構成により、光路長ＬＸ１と、光路長ＬＸ２とは異なる。 Hereinafter, the optical path length from the input port P21 to the output port P31 is also referred to as an optical path length LX1. In the following, the optical path length from the input port P21 to the output port P32 is also referred to as an optical path length LX2. With the configuration of FIG. 2, the optical path length LX1 and the optical path length LX2 are different.

また、以下においては、入力ポートＰ２１からの光が出射端面１０ｂで反射した光であって、かつ、入力ポートＰ２１へ向かう光を、反射光Ｒという。また、以下においては、光路長ＬＸ１と光路長ＬＸ２とが仮に同じである場合における反射光Ｒを、反射光ＲＮともいう。光路長ＬＸ１と光路長ＬＸ２とが仮に同じである場合は、入力ポートＰ２１および出力ポートＰ３１，Ｐ３２の構成が、図１の構成の場合である。 In the following, light from the input port P21 reflected by the emission end face 10b and directed to the input port P21 is referred to as reflected light R. Hereinafter, the reflected light R when the optical path length LX1 and the optical path length LX2 are the same is also referred to as reflected light RN. When the optical path length LX1 and the optical path length LX2 are the same, the configuration of the input port P21 and the output ports P31 and P32 is the configuration of FIG.

光路長ＬＸ１および光路長ＬＸ２は、反射光Ｒの強度が、反射光ＲＮの強度よりも小さくなるように設定される。 The optical path length LX1 and the optical path length LX2 are set such that the intensity of the reflected light R is smaller than the intensity of the reflected light RN.

次に、光分波器１００の製造方法について説明する。光分波器１００は、たとえばＩｎＧａＡｓＰ系の半導体光回路により作製されている。図２（ｂ）を参照して、ＩｎＰ層１３上に、ＩｎＧａＡｓＰ層１４およびＩｎＰ層１５をエピタキシャル成長させた半導体ウエハ上に、図２の光回路形状を得るためのマスク層（図示せず）を形成する。 Next, a method for manufacturing the optical demultiplexer 100 will be described. The optical demultiplexer 100 is made of, for example, an InGaAsP semiconductor optical circuit. Referring to FIG. 2B, a mask layer (not shown) for obtaining the optical circuit shape of FIG. 2 is formed on the semiconductor wafer obtained by epitaxially growing the InGaAsP layer 14 and the InP layer 15 on the InP layer 13. Form.

ここで、ＩｎＰ層１３は、基板５０を構成する。ＩｎＧａＡｓＰ層１４は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）波長が１．３０μｍとなるように組成されている。ＩｎＧａＡｓＰ層１４の厚みは、約０．２μｍである。ＩｎＰ層１５の厚みは、約１．５μｍである。 Here, the InP layer 13 constitutes the substrate 50. The InGaAsP layer 14 is composed so that the photoluminescence (PL) wavelength is 1.30 μm. The thickness of the InGaAsP layer 14 is about 0.2 μm. The thickness of the InP layer 15 is about 1.5 μm.

当該マスク層は、公知の露光プロセスにより形成される。マスク層の形成後、公知のドライエッチングプロセスにより、深さ４．０μｍだけエッチングする。 The mask layer is formed by a known exposure process. After the mask layer is formed, the mask layer is etched by a depth of 4.0 μm by a known dry etching process.

そして、マスク層を除去後、半導体部を覆うＳｉＯ_２層１６を成膜する。ＳｉＯ_２層１６は、保護膜として機能する。ＳｉＯ_２層１６は、スパッタ法などの公知の方法により成膜される。ＳｉＯ_２層１６の厚さは、０．６μｍ以上である。以上により、光分波器１００が形成される。 Then, after removing the mask layer, a SiO ₂ layer 16 covering the semiconductor portion is formed. The SiO ₂ layer 16 functions as a protective film. The SiO ₂ layer 16 is formed by a known method such as sputtering. The thickness of the SiO ₂ layer 16 is 0.6 μm or more. Thus, the optical demultiplexer 100 is formed.

次に、光分波器１００の詳細な構成について説明する。以下においては、入射端面１０ａから出射端面１０ｂ側に向かう方向を、光伝搬方向ともいう。 Next, a detailed configuration of the optical demultiplexer 100 will be described. Hereinafter, the direction from the incident end face 10a toward the exit end face 10b is also referred to as a light propagation direction.

入力ポートＰ２１に接続される入力導波路２１の幅Ｗ０と、出力ポートＰ３１，Ｐ３２にそれぞれ接続される出力導波路３１，３２の各々の幅Ｗ０とは、１．８μｍである。以下においては、多モード干渉部１０を、ＭＭＩ部ともいう。また、以下においては、ＭＭＩ部の長手方向を、ＭＭＩ長手方向ともいう。 The width W0 of the input waveguide 21 connected to the input port P21 and the width W0 of each of the output waveguides 31 and 32 connected to the output ports P31 and P32 are 1.8 μm. Hereinafter, the multimode interference unit 10 is also referred to as an MMI unit. In the following, the longitudinal direction of the MMI portion is also referred to as the MMI longitudinal direction.

ＭＭＩ部の幅Ｗ１は、１６．０μｍである。出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から出力導波路３１の幅方向の中心までの距離Ｘ２は、３．０５μｍである。出射端面１０ｂの他端（端面１０ｄ）から出力導波路３２の幅方向の中心までの距離Ｘ３は、３．０５μｍである。 The width W1 of the MMI portion is 16.0 μm. A distance X2 from one end (end face 10c) of the emission end face 10b to the center in the width direction of the output waveguide 31 is 3.05 μm. A distance X3 from the other end (end face 10d) of the emission end face 10b to the center in the width direction of the output waveguide 32 is 3.05 μm.

また、前述したように、出射端面１０ｂの中央に段差１１が設けられる。具体的には、多モード干渉部１０には、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間に段差１１が設けられるように、突起部１０ｘが設けられる。これにより、ＭＭＩ長手方向における出力ポートＰ３１，Ｐ３２の各々の位置が異なるように、出力ポートＰ３２の位置がずれる。 Further, as described above, the step 11 is provided in the center of the emission end face 10b. Specifically, the multimode interference unit 10 is provided with a protrusion 10x so that a step 11 is provided between the end surface 10b1 and the end surface 10b2. Accordingly, the position of the output port P32 is shifted so that the positions of the output ports P31 and P32 in the longitudinal direction of the MMI are different.

段差１１の大きさｄは、０．１２μｍに設定される。端面１０ｃの長さＬ１は、２６８．０μｍである。端面１０ｄの長さＬ２は、２６８．１２μｍである。 The size d of the step 11 is set to 0.12 μm. The length L1 of the end face 10c is 268.0 μm. The length L2 of the end face 10d is 268.12 μm.

次に、光分波器１００の動作について説明する。ここで、光分波器１０００および光分波器１００の各々において、入力ポートＰ２１から以下の特性のＴＥ（Transverse Electric field）偏光を入射させる処理（以下、光入射処理Ａ）を行ったとする。当該ＴＥ偏光は、波長１．５５μｍの光である。 Next, the operation of the optical demultiplexer 100 will be described. Here, it is assumed that each of the optical demultiplexer 1000 and the optical demultiplexer 100 performs processing (hereinafter referred to as light incident processing A) in which TE (Transverse Electric field) polarized light having the following characteristics is incident from the input port P21. The TE polarized light is light having a wavelength of 1.55 μm.

光入射処理Ａを行った場合、比較例に係る光分波器１０００における透過光の強度分布は、以下の図４（ａ）のようになる。また、光分波器１００における透過光の強度分布は、以下の図４（ｂ）のようになる。透過光とは、光分波器１０００または光分波器１００において、入力ポートから出力ポートに向かう光である。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）の強度分布は、コンピュータ等が行う計算によって求められる。以下に示される「計算」は、コンピュータ等が行う計算を意味する。 When the light incident process A is performed, the intensity distribution of the transmitted light in the optical demultiplexer 1000 according to the comparative example is as shown in FIG. Further, the intensity distribution of the transmitted light in the optical demultiplexer 100 is as shown in FIG. The transmitted light is light traveling from the input port to the output port in the optical demultiplexer 1000 or the optical demultiplexer 100. The intensity distributions in FIGS. 4A and 4B are obtained by calculation performed by a computer or the like. The “calculation” shown below means a calculation performed by a computer or the like.

図４（ａ）は、光分波器１０００における透過光の強度分布を示す図である。図４（ｂ）は、光分波器１００における透過光の強度分布を示す図である。 FIG. 4A is a diagram illustrating the intensity distribution of transmitted light in the optical demultiplexer 1000. FIG. 4B is a diagram illustrating the intensity distribution of transmitted light in the optical demultiplexer 100.

図４（ａ）では、光分波器１０００の輪郭が白線で示される。なお、図４（ａ）において、白の線で示される長方形は、多モード干渉部１０Ｎに対応する。図４（ｂ）では、光分波器１００の輪郭が白線で示される。なお、図４（ｂ）において、白の線で示される長方形は、多モード干渉部１０に対応する。 In FIG. 4A, the outline of the optical demultiplexer 1000 is indicated by a white line. In FIG. 4A, a rectangle indicated by a white line corresponds to the multimode interference unit 10N. In FIG. 4B, the outline of the optical demultiplexer 100 is indicated by a white line. In FIG. 4B, a rectangle indicated by a white line corresponds to the multimode interference unit 10.

図４（ａ）および図４（ｂ）において、横軸および縦軸の数値の単位は、μｍである。また、図４（ａ）および図４（ｂ）は、白に近い箇所ほど、光の強度が強いことを示す。 4A and 4B, the unit of numerical values on the horizontal axis and the vertical axis is μm. 4A and 4B show that the closer to white, the stronger the light intensity.

出射端面１０ｂに設けた段差１１の大きさ（約０．１２μｍ）はＴＥ偏光の波長（１．５５μｍ）より十分に小さい。そのため、図４（ａ）および図４（ｂ）では、透過光の特性の差はほとんどない。 The size (about 0.12 μm) of the step 11 provided on the emission end face 10 b is sufficiently smaller than the wavelength of TE polarized light (1.55 μm). Therefore, in FIG. 4A and FIG. 4B, there is almost no difference in the characteristics of transmitted light.

なお、図４（ａ）の状況における光分波器１０００において、入力導波路２１から出力導波路３１への挿入損失は、−３．４００３ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１０００において、入力導波路２１から出力導波路３２への挿入損失は、−３．４０３８ｄＢ（計算値）であった。 In the optical demultiplexer 1000 in the situation of FIG. 4A, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 31 was −3.4003 dB (calculated value). Further, in the optical demultiplexer 1000, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 32 was −3.4038 dB (calculated value).

また、図４（ｂ）の状況における光分波器１００において、入力導波路２１から出力導波路３１への挿入損失は、−３．４００７ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１００において、入力導波路２１から出力導波路３２への挿入損失は、−３．４０３２ｄＢ（計算値）であった。 In addition, in the optical demultiplexer 100 in the situation of FIG. 4B, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 31 was −3.4007 dB (calculated value). In addition, in the optical demultiplexer 100, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 32 was −3.4032 dB (calculated value).

すなわち、計算で得られた透過光の損失の差は、どの出力ポートでも、０．０１ｄＢ以下である。すなわち、透過光の損失の差は、極めて小さい。また、各挿入損失はほぼ一致している。 That is, the difference in the loss of transmitted light obtained by the calculation is 0.01 dB or less at any output port. That is, the difference in transmitted light loss is extremely small. Moreover, each insertion loss is substantially the same.

次に、前述の光入射処理Ａを行った場合における反射光の強度分布について説明する。光入射処理Ａを行った場合、比較例に係る光分波器１０００における反射光の強度分布は、以下の図５（ａ）のようになる。また、光分波器１００における反射光の強度分布は、以下の図５（ｂ）のようになる。当該反射光とは、光分波器１０００または光分波器１００において、入力ポートＰ２１から多モード干渉部に入力された光が、当該多モード干渉部の出射端面で反射した光であって、かつ、入力ポートＰ２１側に向かう（戻る）光である。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）の強度分布は、計算によって求められる。 Next, the intensity distribution of the reflected light when the above-described light incident process A is performed will be described. When the light incident process A is performed, the intensity distribution of the reflected light in the optical demultiplexer 1000 according to the comparative example is as shown in FIG. Further, the intensity distribution of the reflected light in the optical demultiplexer 100 is as shown in FIG. The reflected light is light that is input to the multimode interference unit from the input port P21 in the optical demultiplexer 1000 or the optical demultiplexer 100 and is reflected by the emission end face of the multimode interference unit. In addition, the light travels (returns) toward the input port P21. Note that the intensity distributions of FIGS. 5A and 5B are obtained by calculation.

図５（ａ）は、光分波器１０００における反射光の強度分布を示す。図５（ｂ）は、光分波器１００における反射光の強度分布を示す。図５（ａ）および図５（ｂ）における強度分布以外の部分（例えば、輪郭線等）は、図４（ａ）および図４（ｂ）で説明したのと同様である。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）において、白の部分の内部に示される黒の部分は、白の箇所よりもさらに光の強度が強いことを示す。 FIG. 5A shows the intensity distribution of reflected light in the optical demultiplexer 1000. FIG. 5B shows the intensity distribution of the reflected light in the optical demultiplexer 100. Portions other than the intensity distribution in FIGS. 5A and 5B (for example, contour lines) are the same as those described in FIGS. 4A and 4B. In FIGS. 5A and 5B, the black portion shown inside the white portion indicates that the light intensity is higher than that of the white portion.

ＭＭＩ部において、干渉に寄与する導波モードの数が少ないほど、出射端面に形成される収束光のビーム形状は、入射光の形状よりもわずかに拡がった形状になる。当該入射光は、入力ポートに入射される光である。この場合、出射端面に、入力ポートの幅と同じ幅の出力導波路を設けた構造では、当該出力導波路から全光量を出射させることが出来ず、出射端面で光の反射が生じる。 In the MMI section, the smaller the number of waveguide modes that contribute to interference, the more the beam shape of the convergent light formed on the exit end face becomes slightly wider than the shape of the incident light. The incident light is light incident on the input port. In this case, in a structure in which an output waveguide having the same width as the input port is provided on the exit end face, the entire light quantity cannot be emitted from the output waveguide, and light is reflected at the exit end face.

光分波器１０００では、図５（ａ）に示すように、出力ポートＰ３１，Ｐ３２の各々の近傍において、中央線ＣＬに対して線対称な強度分布を有する反射光が生じている。当該反射光は、デバイス構造の対称性を反映して、同様に位相についても対称となっている。当該各反射光は、互いに干渉しながらＭＭＩ部（多モード干渉部１０Ｎ）を逆方向に伝搬し、当該各反射光の一部が入力導波路２１において結合している。上記の逆方向または後述の逆方向は、前述の光伝搬方向と反対の方向である。すなわち、当該各反射光の一部が結合し、当該結合した光が入力導波路２１を伝搬している。 In the optical demultiplexer 1000, as shown in FIG. 5A, reflected light having an intensity distribution line-symmetric with respect to the center line CL is generated in the vicinity of each of the output ports P31 and P32. The reflected light is also symmetrical with respect to the phase, reflecting the symmetry of the device structure. Each reflected light propagates in the opposite direction through the MMI unit (multi-mode interference unit 10N) while interfering with each other, and a part of each reflected light is coupled in the input waveguide 21. The reverse direction described above or the reverse direction described later is a direction opposite to the above-described light propagation direction. That is, a part of each reflected light is combined, and the combined light propagates through the input waveguide 21.

これに対し、光分波器１００では、図５（ｂ）に示すように、出力ポートＰ３１，Ｐ３２の各々の近傍で生じた反射光の強度は、図５（ａ）に示される反射光の強度と同等である。しかしながら、出射端面１０ｂに設けた段差１１（突起部１０ｘ）により、図５（ａ）の状態とは異なる位相を有する各反射光が、干渉しながらＭＭＩ部（多モード干渉部１０）を逆方向に伝搬する。当該各反射光は、出力ポートＰ３１の近傍で生じた反射光および出力ポートＰ３２の近傍で生じた反射光である。 On the other hand, in the optical demultiplexer 100, as shown in FIG. 5B, the intensity of the reflected light generated in the vicinity of each of the output ports P31 and P32 is the same as that of the reflected light shown in FIG. It is equivalent to strength. However, due to the step 11 (projection portion 10x) provided on the emission end face 10b, each reflected light having a phase different from the state of FIG. 5A interferes with the MMI portion (multimode interference portion 10) in the reverse direction. Propagate to. Each reflected light is reflected light generated near the output port P31 and reflected light generated near the output port P32.

段差１１の大きさを０．１２μｍとした場合、各反射光の位相が互いにπだけずれる。そのため、入力ポートＰ２１付近における各反射光の強度が相殺され、入力導波路２１おいて結合する反射光は小さくなる。すなわち、入力導波路２１を伝搬する反射光は小さくなる。これを反映して、光分波器１０００と光分波器１００とにおいて、透過光の強度分布に差がないことと対照的に、図５（ｂ）の反射光の強度分布のパターンは、図５（ａ）と全く異なっている。 When the size of the step 11 is 0.12 μm, the phases of the reflected lights are shifted from each other by π. For this reason, the intensity of each reflected light in the vicinity of the input port P21 is canceled, and the reflected light coupled in the input waveguide 21 becomes small. That is, the reflected light propagating through the input waveguide 21 becomes small. Reflecting this, in contrast to the fact that there is no difference in the intensity distribution of the transmitted light in the optical demultiplexer 1000 and the optical demultiplexer 100, the pattern of the intensity distribution of the reflected light in FIG. This is completely different from FIG.

図６は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００における段差１１の大きさに対する反射率の特性を示す図である。具体的には、図６は、光分波器１００において、段差１１の大きさを０μｍ〜０．５μｍまで変えた場合の入力導波路２１において結合する光の反射率の特性を示す。当該反射率の特性は、計算により算出される。ここで、反射率は、入力導波路２１において結合する反射光（反射戻り光）の強度である。 FIG. 6 is a diagram showing the reflectance characteristics with respect to the size of the step 11 in the optical demultiplexer 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Specifically, FIG. 6 shows the reflectance characteristics of light coupled in the input waveguide 21 when the size of the step 11 is changed from 0 μm to 0.5 μm in the optical demultiplexer 100. The reflectance characteristic is calculated by calculation. Here, the reflectance is the intensity of reflected light (reflected return light) coupled in the input waveguide 21.

図６により、各反射光間の位相差をπだけずらす前述の段差が、反射率が最小になる条件である。図６に示されるように、当該条件にあった特性が周期的に繰り返される。また、図６により、当該反射率が最小になる条件により、段差がない構成より、段差がある構成の方が反射率が最大で１５ｄＢ以上低減されることがわかる。 According to FIG. 6, the above-described step that shifts the phase difference between the reflected lights by π is a condition that the reflectance is minimized. As shown in FIG. 6, the characteristics suitable for the conditions are periodically repeated. In addition, it can be seen from FIG. 6 that the maximum reflectance is reduced by 15 dB or more in the configuration with the step than in the configuration without the step due to the condition that the reflectance is minimized.

段差１１の大きさは、段差１１の長さの往復に要する光の位相遅れが（２ｍ＋１）π、（ｍは整数）となるように決めればよい。光の波長λ、導波モードの有効屈折率ｎｅによっても段差１１の大きさｄを変える必要がある。この場合、段差１１の大きさｄは、以下の式１によって示される。以下においては、段差１１の大きさｄを、単に、段差ともいう。 The size of the step 11 may be determined so that the phase delay of the light required for the round trip of the length of the step 11 is (2m + 1) π, where m is an integer. It is necessary to change the size d of the step 11 depending on the wavelength λ of the light and the effective refractive index ne of the waveguide mode. In this case, the size d of the step 11 is expressed by the following formula 1. Hereinafter, the size d of the step 11 is also simply referred to as a step.

ｄ＝（２ｍ＋１）／（２ｎｅ×λ）・・・（式１）
図６によれば、段差の大きさが±０．０２μｍだけばらついた場合でも、段差なしの場合に比べて、反射率が約１０ｄＢ低減される。そのため、本実施の形態に係る光分波器１００は、比較例に係る光分波器１０００と比較して、大幅な光の低反射化を実現する。すなわち、光分波器１００は、低反射な光カプラである。 d = (2m + 1) / (2ne × λ) (Formula 1)
According to FIG. 6, even when the step size varies by ± 0.02 μm, the reflectance is reduced by about 10 dB compared to the case without the step. Therefore, the optical demultiplexer 100 according to the present embodiment realizes a significant reduction in light reflection as compared with the optical demultiplexer 1000 according to the comparative example. That is, the optical demultiplexer 100 is a low reflection optical coupler.

したがって、このような光分波器１００を、光集積回路（光集積素子）に設けた場合、当該光集積回路内部における反射戻り光を低減できる。そのため、レーザ、光増幅器等の集積化が容易になる。 Therefore, when such an optical demultiplexer 100 is provided in an optical integrated circuit (optical integrated element), reflected return light inside the optical integrated circuit can be reduced. This facilitates integration of lasers, optical amplifiers, and the like.

なお、図２の光分波器１００の構造は一例である。例えば、ＭＭＩ部（多モード干渉部１０）のサイズ、入力導波路および出力導波路のサイズ、半導体ウエハのエピ構造、保護膜の材料等は、任意に変更してもよい。また、光分波器１００は、保護膜（ＳｉＯ_２層１６）を設けない構成としてもよい。また、石英ガラス製の光回路、Ｓｉ、他の化合物半導体を用いた光回路にも、本実施の形態の構成（動作機構）を適用可能である。 The structure of the optical demultiplexer 100 in FIG. 2 is an example. For example, the size of the MMI unit (multimode interference unit 10), the sizes of the input waveguide and the output waveguide, the epitaxial structure of the semiconductor wafer, the material of the protective film, and the like may be arbitrarily changed. Further, the optical demultiplexer 100 may be configured not to provide the protective film (SiO ₂ layer 16). Further, the configuration (operation mechanism) of this embodiment can be applied to an optical circuit made of quartz glass, an optical circuit using Si, or another compound semiconductor.

なお、本実施の形態に係るＭＭＩ部（多モード干渉部１０）の全体サイズは、半導体プロセスの寸法精度により、たとえば、μｍ単位でばらつくことが不可避である。その場合でも、半導体プロセスの面精度は０．０１μｍ程度の精度がある。そのため、０．１μｍ程度の微小な段差を、０．０１μｍ程度の高精度で加工することが可能である。 Note that it is inevitable that the overall size of the MMI section (multimode interference section 10) according to the present embodiment varies in units of μm, for example, due to the dimensional accuracy of the semiconductor process. Even in this case, the surface accuracy of the semiconductor process is about 0.01 μm. Therefore, it is possible to process a minute step of about 0.1 μm with high accuracy of about 0.01 μm.

そのため、各反射光間の位相差がπから大きくずれることは無い。また、反射率の低減に対する加工精度のばらつきの影響は小さい。したがって、位相を調整する位相調整部等を設けることなく、各反射光間において所望の位相差を得ることが出来る。 Therefore, the phase difference between the reflected lights does not deviate greatly from π. In addition, the influence of variations in processing accuracy on the reduction in reflectance is small. Therefore, it is possible to obtain a desired phase difference between the reflected lights without providing a phase adjusting unit for adjusting the phase.

図７は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００において、入射光の波長を変えた場合の反射率の特性を示す図である。当該反射率の特性は、計算により算出される。 FIG. 7 is a diagram showing the reflectance characteristics when the wavelength of the incident light is changed in the optical demultiplexer 100 according to the first embodiment of the present invention. The reflectance characteristic is calculated by calculation.

図８は、本発明の実施の形態１に係る光分波器１００が有する、光の波長に対する反射率の特性を示す図である。図８は、段差なしの場合の反射率の特性を示す。また、図８は、段差０．１２±０．０１μｍの範囲における反射率の最大値を、各波長に対してプロットした結果を示す。当該反射率の最大値は、図７のデータから読み取られた値である。すなわち、図７および図８は、光の波長の依存する反射率の特性を示す。 FIG. 8 is a diagram illustrating the reflectance characteristics with respect to the wavelength of light included in the optical demultiplexer 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 shows the reflectance characteristics when there is no step. Moreover, FIG. 8 shows the result of plotting the maximum value of the reflectance in the range of the step of 0.12 ± 0.01 μm with respect to each wavelength. The maximum value of the reflectance is a value read from the data of FIG. That is, FIG. 7 and FIG. 8 show the reflectance characteristics depending on the wavelength of light.

図７に示すように、±４０ｎｍの波長範囲で１０ｄＢ以上の反射率の減少が生じている。その結果、図６と同様の低反射化が実現されていることがわかる。 As shown in FIG. 7, the reflectance is reduced by 10 dB or more in the wavelength range of ± 40 nm. As a result, it can be seen that the same low reflection as in FIG. 6 is realized.

光の干渉による反射率の減少が生じるには、以下の条件Ａが満たされればよい。当該条件Ａは、入射端面１０ａの中央に配置された入力ポートＰ２１に、強度が同じで、かつ、互いに逆位相の２つの反射光が到達するという条件である。なお、当該２つの反射光は、さらに、前述の中央線ＣＬに対して線対称な強度分布を有する。 In order for the reflectance to decrease due to light interference, the following condition A should be satisfied. The condition A is a condition that two reflected lights having the same intensity and opposite phases reach the input port P21 disposed in the center of the incident end face 10a. The two reflected lights further have an intensity distribution that is line-symmetric with respect to the center line CL described above.

このような条件Ａは、ＭＭＩ部の形状およびＭＭＩ部を伝搬する光分布の幾何的対称性から生じているため、各反射光の波長変化による、反射率への影響は小さい。広い波長範囲で低反射化が生じている理由は、波長を変えた場合でも、出射端面１０ｂで生じた、同じ強度の各反射光が互いにほぼ位相差πを有した状態で逆方向に伝搬する状況は同じであるためである。 Such a condition A is caused by the shape of the MMI part and the geometric symmetry of the light distribution propagating through the MMI part, so that the influence on the reflectance due to the wavelength change of each reflected light is small. The reason why the low reflection occurs in the wide wavelength range is that, even when the wavelength is changed, each reflected light having the same intensity, which is generated at the emission end face 10b, propagates in the opposite direction with a substantially phase difference π. This is because the situation is the same.

なお、ウエハプロセスのエッチングばらつき、エピ成長の組成ばらつきなどにより、出力ポート近傍における光の収束位置がずれるおそれがある。これが、出射端面１０ｂにおける反射の増大要因となりうる。 Note that the light convergence position in the vicinity of the output port may be shifted due to etching variations in the wafer process, composition variations in epi growth, and the like. This can be an increase factor of reflection at the emission end face 10b.

しかし、前記のように光の干渉による反射率減少が生じるには、前述の条件Ａが満たされればよい。なお、プロセスばらつきによりＭＭＩ部の全体サイズが変動した場合にも、ＭＭＩ部の形状およびＭＭＩ部を伝搬する光分布の幾何的対称性が維持されるので、条件Ａは満たされる。 However, in order to reduce the reflectance due to light interference as described above, it is only necessary to satisfy the above condition A. Note that, even when the overall size of the MMI portion varies due to process variations, the geometric symmetry of the shape of the MMI portion and the light distribution propagating through the MMI portion is maintained, so the condition A is satisfied.

このため、入力ポートＰ２１が、入射端面１０ａの中央に配置され、偶数個の出力ポートが、前述の中央線ＣＬに対して線対称に配置されていれば、前述のように、各反射光の干渉による反射低減が生じる。そのため、本実施の形態に係る光分波器１００によれば、波長範囲の拡大に加え、プロセスばらつきによる光の反射の増大も抑制することが出来る。 Therefore, if the input port P21 is arranged at the center of the incident end face 10a and the even number of output ports are arranged symmetrically with respect to the above-mentioned center line CL, as described above, Reflection reduction due to interference occurs. Therefore, according to the optical demultiplexer 100 according to the present embodiment, an increase in reflection of light due to process variations can be suppressed in addition to an increase in the wavelength range.

また、出射端面１０ｂでの光強度分布では、出力ポート付近では光強度が大きく、たとえば出射端面１０ｂの中央では光強度は小さい。そのため、光強度が十分に小さい部分で、出射端面１０ｂの形状が微小に変化しても、光の透過特性および反射特性にほとんど影響がない。 Further, in the light intensity distribution on the exit end face 10b, the light intensity is high near the output port, for example, the light intensity is low at the center of the exit end face 10b. For this reason, even if the shape of the emission end face 10b changes minutely in a portion where the light intensity is sufficiently small, the light transmission characteristics and reflection characteristics are hardly affected.

以上、本実施の形態によれば、光分波器１００は、１個の入力ポートＰ２１と、光分波器１００における光が出射される端面である出射端面１０ｂに設けられた出力ポートＰ３１，Ｐ３２とを備える。入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３１までの光路長ＬＸ１と、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３２までの光路長ＬＸ２とは異なる。光路長ＬＸ１および光路長ＬＸ２は、出射端面１０ｂで反射した光であって、かつ、入力ポートＰ２１へ向かう光である反射光の強度が、該光路長ＬＸ１と該光路長ＬＸ２とが同じである場合における反射光の強度よりも小さくなるように設定される。 As described above, according to the present embodiment, the optical demultiplexer 100 includes one input port P21 and the output ports P31 provided on the output end face 10b, which is the end face from which the light in the optical demultiplexer 100 is emitted. P32. The optical path length LX1 from the input port P21 to the output port P31 is different from the optical path length LX2 from the input port P21 to the output port P32. The optical path length LX1 and the optical path length LX2 are the light reflected by the emission end face 10b and the intensity of the reflected light that is the light directed to the input port P21 is the same as the optical path length LX1 and the optical path length LX2. In this case, the intensity is set to be smaller than the intensity of the reflected light.

これにより、反射光の強度を低減した低反射な光分波器を提供することができる。 Thereby, it is possible to provide a low-reflection optical demultiplexer in which the intensity of reflected light is reduced.

また、本実施の形態によれば、入力ポートＰ２１へ戻る（向かう）各反射光間の位相が異なるように、かつ、光の干渉により入力ポートＰ２１付近での当該各反射光の強度が減少するように、段差１１の大きさが調整される。すなわち、各出力ポートの位置が調整される。なお、各反射光は、各出力ポート付近で発生する光である。そのため、光分波器１００を、低反射にできる。したがって、低反射な光分波器１００を提供できる。 Further, according to the present embodiment, the intensity of each reflected light in the vicinity of the input port P21 is reduced by the interference of light so that the phases between the reflected lights returning (toward) the input port P21 are different. As described above, the size of the step 11 is adjusted. That is, the position of each output port is adjusted. Each reflected light is light generated near each output port. Therefore, the optical demultiplexer 100 can be made low reflection. Therefore, the low-reflection optical demultiplexer 100 can be provided.

ここで、当該低反射な光分波器１００を、単一モードＬＤを有する光集積素子において利用したとする。この構成の場合、単一モードＬＤへ向かう反射光の強度を、単一モードＬＤの発振線幅に影響を与えない強度に低減できる。また、この構成では、使用する光の波長範囲を広帯域化することができる。 Here, it is assumed that the low-reflection optical demultiplexer 100 is used in an optical integrated device having a single mode LD. In the case of this configuration, the intensity of reflected light toward the single mode LD can be reduced to an intensity that does not affect the oscillation line width of the single mode LD. Further, with this configuration, the wavelength range of the light to be used can be widened.

また、本実施の形態の構成によれば、各反射光の強度（反射率）を低減することができる。 Moreover, according to the structure of this Embodiment, the intensity | strength (reflectance) of each reflected light can be reduced.

なお、本実施の形態の構成は、図２の構成に限定されない。例えば、図２に示される、段差１１を有する出射端面１０ｂを構成する端面１０ｂ１と端面１０ｂ２とを、図９のように、斜面１７で接続した構成としてもよい。すなわち、出射端面１０ｂのうち、光強度が大きい部分から伝搬する各反射光間の位相差が、本実施の形態と同様となるように調整されていればよい。この場合、本実施の形態と同様の低反射化の効果を得ることが出来る。 Note that the configuration of the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. For example, it is good also as a structure which connected the end surface 10b1 and the end surface 10b2 which comprise the output end surface 10b which has the level | step difference 11 shown in FIG. 2 by the slope 17 like FIG. That is, it is only necessary that the phase difference between the reflected lights propagating from the portion having the high light intensity in the emission end face 10b is adjusted to be the same as in the present embodiment. In this case, it is possible to obtain the same low reflection effect as in the present embodiment.

＜実施の形態２＞
（比較例）
図１０は、比較例に係る光分波器１０００Ａの構成を示す図である。光分波器１０００Ａは、１入力４出力の構成を有する。図１０を参照して、光分波器１０００Ａは、図１の光分波器１０００と比較して、多モード干渉部１０Ｎの代わりに多モード干渉部１０ＮＡを備える点と、出力導波路３３，３４をさらに備える点とが異なる。光分波器１０００Ａのそれ以外の構成は、光分波器１０００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。 <Embodiment 2>
(Comparative example)
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an optical demultiplexer 1000A according to the comparative example. The optical demultiplexer 1000A has a configuration of 1 input and 4 outputs. Referring to FIG. 10, optical demultiplexer 1000A includes a multimode interference unit 10NA in place of multimode interference unit 10N, as compared with optical demultiplexer 1000 in FIG. 34 is further different. Since the other configuration of optical demultiplexer 1000A is the same as that of optical demultiplexer 1000, detailed description will not be repeated.

多モード干渉部１０ＮＡは、多モード干渉部１０Ｎと比較して、出力ポートＰ３３，Ｐ３４をさらに含む点が異なる。多モード干渉部１０ＮＡのそれ以外の構成は、多モード干渉部１０Ｎと同様なので詳細な説明は繰り返さない。出力ポートＰ３３，Ｐ３４には、それぞれ、出力導波路３３，３４が接続される。 The multimode interference unit 10NA is different from the multimode interference unit 10N in that it further includes output ports P33 and P34. Since the other configuration of multimode interference unit 10NA is the same as that of multimode interference unit 10N, detailed description will not be repeated. Output waveguides 33 and 34 are connected to the output ports P33 and P34, respectively.

（実施の形態２の構成）
図１１は、本発明の実施の形態２に係る光分波器１００Ａの構成を示す図である。光分波器１００Ａは、１入力４出力の構成を有する。 (Configuration of Embodiment 2)
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an optical demultiplexer 100A according to Embodiment 2 of the present invention. The optical demultiplexer 100A has a configuration of one input and four outputs.

光分波器１００Ａは、図１０の光分波器１０００Ａと比較して、多モード干渉部１０ＮＡの代わりに多モード干渉部１０Ａを備える点が異なる。光分波器１００Ａのそれ以外の構成は、光分波器１０００Ａと同様なので詳細な説明は繰り返さない。なお、光分波器１００Ａの用途は、図２の光分波器１００と同様である。 The optical demultiplexer 100A is different from the optical demultiplexer 1000A in FIG. 10 in that it includes a multimode interference unit 10A instead of the multimode interference unit 10NA. Since the other configuration of optical demultiplexer 100A is similar to that of optical demultiplexer 1000A, detailed description will not be repeated. The application of the optical demultiplexer 100A is the same as that of the optical demultiplexer 100 in FIG.

光分波器１００Ａは、４つの出力ポート、すなわち、出力ポートＰ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４を備える。すなわち、光分波器１００Ａが備える複数の出力ポートの数は偶数である。 The optical demultiplexer 100A includes four output ports, that is, output ports P31, P32, P33, and P34. That is, the number of the plurality of output ports provided in the optical demultiplexer 100A is an even number.

多モード干渉部１０Ａは、多モード干渉部１０ＮＡと比較して、少なくとも出力ポートＰ３１，Ｐ３３の各々における光の出射される位置が異なるよう、光の出射端面の形状を変えた構造を有する。具体的には、多モード干渉部１０Ａは、多モード干渉部１０ＮＡと比較して、段差１１（突起部１０ｘ）が設けられている点が異なる。多モード干渉部１０Ａのそれ以外の構成は、多モード干渉部１０ＮＡと同様である。 10 A of multimode interference parts have the structure which changed the shape of the light emission end surface so that the position where light was emitted in at least each of output ports P31 and P33 may differ compared with multimode interference part 10NA. Specifically, the multimode interference unit 10A differs from the multimode interference unit 10NA in that a step 11 (projection 10x) is provided. The other configuration of the multimode interference unit 10A is the same as that of the multimode interference unit 10NA.

言い換えれば、多モード干渉部１０Ａは、図２の多モード干渉部１０と比較して、出力ポートＰ３３，Ｐ３４をさらに含む点と、出力ポートの配置位置とが異なる。多モード干渉部１０Ａのそれ以外の構成は、多モード干渉部１０と同様である。多モード干渉部１０Ａの外形は、図２の多モード干渉部１０と同じである。 In other words, the multi-mode interference unit 10A is different from the multi-mode interference unit 10 in FIG. 2 in that the multi-mode interference unit 10A further includes output ports P33 and P34 and the arrangement position of the output ports. The other configuration of the multimode interference unit 10A is the same as that of the multimode interference unit 10. The outer shape of the multimode interference unit 10A is the same as that of the multimode interference unit 10 of FIG.

多モード干渉部１０Ａは、出射端面１０ｂの４ヶ所で収束光を得られるように構成されている。出射端面１０ｂには、上記の収束光を多モード干渉部１０Ａから出力させる（取り出す）ために、出力ポートＰ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４が設けられる。 The multimode interference unit 10A is configured to obtain convergent light at four locations on the emission end face 10b. The output end face 10b is provided with output ports P31, P32, P33, and P34 for outputting (extracting) the convergent light from the multimode interference unit 10A.

前述したように、入射端面１０ａの中央と出射端面１０ｂの中央とを通る直線を、中央線ＣＬともいう。出力ポートＰ３１，Ｐ３３と、出力ポートＰ３２，Ｐ３４とは、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置に配置される。すなわち、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置に配置される。 As described above, a straight line passing through the center of the incident end face 10a and the center of the exit end face 10b is also referred to as a center line CL. The output ports P31 and P33 and the output ports P32 and P34 are arranged at positions that are line-symmetric with respect to the center line CL on the emission end face 10b. That is, the output ports P33, P31, P32, and P34 are arranged at positions that are line-symmetric with respect to the center line CL on the emission end face 10b.

なお、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４が配置される位置は上記の位置に限定されない。例えば、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置からずれた位置に配置されてもよい。 The positions where the output ports P33, P31, P32, and P34 are arranged are not limited to the above positions. For example, the output ports P33, P31, P32, and P34 may be arranged at positions shifted from the positions that are line-symmetric with respect to the center line CL on the emission end face 10b.

出射端面１０ｂは、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２とから構成される。端面１０ｂ１には、出力ポートＰ３１，Ｐ３３が設けられる。端面１０ｂ２には、出力ポートＰ３２，Ｐ３４が設けられる。端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間には、段差１１が設けられる。段差１１は、出射端面１０ｂの中央に設けられる。 The emission end face 10b is composed of an end face 10b1 and an end face 10b2. Output ports P31 and P33 are provided on the end face 10b1. Output ports P32 and P34 are provided on the end face 10b2. A step 11 is provided between the end face 10b1 and the end face 10b2. The step 11 is provided at the center of the emission end face 10b.

多モード干渉部１０Ａには、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間に段差１１が設けられるように、突起部１０ｘが設けられる。 The multimode interference portion 10A is provided with a protrusion 10x so that a step 11 is provided between the end surface 10b1 and the end surface 10b2.

出力ポートＰ３３は、出力対象の収束光の位置に合わせて、出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から、出射端面１０ｂの約１／８の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３１は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約３／８の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３２は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約５／８の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３４は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約７／８の長さだけ離れた位置に接続されている。 The output port P33 is connected to a position away from one end (end face 10c) of the output end face 10b by a length of about 1/8 of the output end face 10b in accordance with the position of the convergent light to be output. The output port P31 is connected to a position away from the end face 10c by a length of about 3/8 of the emission end face 10b. The output port P32 is connected to a position away from the end face 10c by a length of about 5/8 of the emission end face 10b. The output port P34 is connected to a position separated from the end face 10c by a length of about 7/8 of the emission end face 10b.

実施の形態１と同様、以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３１までの光路長を、光路長ＬＸ１ともいう。また、以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３２までの光路長を、光路長ＬＸ２ともいう。図１１の構成により、光路長ＬＸ１と、光路長ＬＸ２とは異なる。 As in the first embodiment, hereinafter, the optical path length from the input port P21 to the output port P31 is also referred to as an optical path length LX1. In the following, the optical path length from the input port P21 to the output port P32 is also referred to as an optical path length LX2. With the configuration of FIG. 11, the optical path length LX1 and the optical path length LX2 are different.

実施の形態１と同様、光路長ＬＸ１および光路長ＬＸ２は、反射光Ｒの強度が、反射光ＲＮの強度よりも小さくなるように設定される。 Similar to the first embodiment, the optical path length LX1 and the optical path length LX2 are set such that the intensity of the reflected light R is smaller than the intensity of the reflected light RN.

以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３３までの光路長を、光路長ＬＸ３ともいう。また、以下においては、入力ポートＰ２１から出力ポートＰ３４までの光路長を、光路長ＬＸ４ともいう。図１１の構成により、光路長ＬＸ３と、光路長ＬＸ４とは異なる。 Hereinafter, the optical path length from the input port P21 to the output port P33 is also referred to as an optical path length LX3. In the following, the optical path length from the input port P21 to the output port P34 is also referred to as an optical path length LX4. With the configuration of FIG. 11, the optical path length LX3 and the optical path length LX4 are different.

なお、光分波器１００Ａは、たとえば、実施の形態１と同じＩｎＧａＡｓＰ系の半導体光回路により作製される。導波路の断面構造とウエハプロセスは、実施の形態１とおなじであるので説明を省略する。 The optical demultiplexer 100A is manufactured, for example, by the same InGaAsP-based semiconductor optical circuit as in the first embodiment. Since the cross-sectional structure of the waveguide and the wafer process are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

次に、光分波器１００Ａの詳細な構成について説明する。入力ポートＰ２１に接続される入力導波路２１の幅Ｗ０と、出力ポートＰ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４にそれぞれ接続される出力導波路３１，３２，３３，３４の各々の幅Ｗ０とは、１．８μｍである。以下においては、多モード干渉部１０Ａを、ＭＭＩ部ともいう。また、以下においては、ＭＭＩ部の長手方向を、ＭＭＩ長手方向ともいう。 Next, a detailed configuration of the optical demultiplexer 100A will be described. The width W0 of the input waveguide 21 connected to the input port P21 and the width W0 of each of the output waveguides 31, 32, 33, and 34 connected to the output ports P31, P32, P33, and P34, respectively, are: 8 μm. Hereinafter, the multimode interference unit 10A is also referred to as an MMI unit. In the following, the longitudinal direction of the MMI portion is also referred to as the MMI longitudinal direction.

ＭＭＩ部の幅Ｗ１は、１６．０μｍである。入射端面１０ａの中央から端面１０ｃまでの距離Ｘ１は、８．０μｍである。実施の形態１と同様、入力ポートＰ２１は、入射端面１０ａの中央に配置される。 The width W1 of the MMI portion is 16.0 μm. A distance X1 from the center of the incident end face 10a to the end face 10c is 8.0 μm. As in the first embodiment, the input port P21 is arranged at the center of the incident end face 10a.

前述したように、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４は、出射端面１０ｂにおいて、中央線ＣＬに対し線対称となる位置に配置される。 As described above, the output ports P33, P31, P32, and P34 are arranged at positions that are line-symmetric with respect to the center line CL on the emission end face 10b.

出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から出力導波路３３の幅方向の中心までの距離Ｘ２は、１．９５μｍである。出射端面１０ｂの他端（端面１０ｄ）から出力導波路３４の幅方向の中心までの距離Ｘ４は、１．９５μｍである。また、端面１０ｃから出力導波路３１の幅方向の中心までの距離Ｘ３は、６．００μｍである。端面１０ｄから出力導波路３２の幅方向の中心までの距離Ｘ５は、６．００μｍである。 A distance X2 from one end (end face 10c) of the emission end face 10b to the center in the width direction of the output waveguide 33 is 1.95 μm. A distance X4 from the other end (end face 10d) of the emission end face 10b to the center in the width direction of the output waveguide 34 is 1.95 μm. A distance X3 from the end face 10c to the center of the output waveguide 31 in the width direction is 6.00 μm. A distance X5 from the end face 10d to the center in the width direction of the output waveguide 32 is 6.00 μm.

また、前述したように、出射端面１０ｂの中央に段差１１が設けられる。具体的には、多モード干渉部１０Ａには、端面１０ｂ１と端面１０ｂ２との間に段差１１が設けられるように、突起部１０ｘが設けられる。これにより、ＭＭＩ長手方向における、出力ポートＰ３１，Ｐ３３の位置と出力ポートＰ３２，Ｐ３４の位置とが異なるように、出力ポートＰ３２，Ｐ３４の位置がずれる。 Further, as described above, the step 11 is provided in the center of the emission end face 10b. Specifically, the multi-mode interference portion 10A is provided with a protrusion 10x so that a step 11 is provided between the end surface 10b1 and the end surface 10b2. Accordingly, the positions of the output ports P32 and P34 are shifted so that the positions of the output ports P31 and P33 and the positions of the output ports P32 and P34 in the longitudinal direction of the MMI are different.

段差１１の大きさｄは、０．１２μｍに設定される。端面１０ｃの長さＬ１は、４０２．０μｍである。端面１０ｄの長さＬ２は、４０２．１２μｍである。 The size d of the step 11 is set to 0.12 μm. The length L1 of the end face 10c is 402.0 μm. The length L2 of the end face 10d is 402.12 μm.

次に、光分波器１００の動作について説明する。ここで、光分波器１０００Ａおよび光分波器１００Ａの各々において、実施の形態１と同様、入力ポートＰ２１から以下の特性のＴＥ偏光を入射させる処理（以下、光入射処理Ａ）を行ったとする。当該ＴＥ偏光は、波長１．５５μｍの光である。 Next, the operation of the optical demultiplexer 100 will be described. Here, in each of the optical demultiplexer 1000A and the optical demultiplexer 100A, as in the first embodiment, a process of making TE polarized light having the following characteristics incident from the input port P21 (hereinafter, light incident process A) is performed. To do. The TE polarized light is light having a wavelength of 1.55 μm.

光入射処理Ａを行った場合、比較例に係る光分波器１０００Ａにおける透過光の強度分布は、以下の図１２（ａ）のようになる。また、光分波器１００Ａにおける透過光の強度分布は、以下の図１２（ｂ）のようになる。なお、図１２（ａ）および図１２（ｂ）の強度分布は、計算によって求められる。 When the light incident process A is performed, the intensity distribution of the transmitted light in the optical demultiplexer 1000A according to the comparative example is as shown in FIG. Further, the intensity distribution of the transmitted light in the optical demultiplexer 100A is as shown in FIG. Note that the intensity distributions of FIGS. 12A and 12B are obtained by calculation.

図１２（ａ）は、光分波器１０００Ａにおける透過光の強度分布を示す。図１２（ｂ）は、光分波器１００Ａにおける透過光の強度分布を示す。 FIG. 12A shows the intensity distribution of transmitted light in the optical demultiplexer 1000A. FIG. 12B shows an intensity distribution of transmitted light in the optical demultiplexer 100A.

図１２（ａ）では、光分波器１０００Ａの輪郭が白線で示される。なお、図１２（ａ）において、白の線で示される長方形は、多モード干渉部１０ＮＡに対応する。図１２（ｂ）では、光分波器１００Ａの輪郭が白線で示される。なお、図１２（ｂ）において、白の線で示される長方形は、多モード干渉部１０Ａに対応する。 In FIG. 12A, the outline of the optical demultiplexer 1000A is indicated by a white line. In FIG. 12A, a rectangle indicated by a white line corresponds to the multimode interference unit 10NA. In FIG. 12B, the outline of the optical demultiplexer 100A is indicated by a white line. In FIG. 12B, a rectangle indicated by a white line corresponds to the multimode interference unit 10A.

図１２（ａ）および図１２（ｂ）において、横軸および縦軸の数値の単位は、μｍである。また、図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、白に近い箇所ほど、光の強度が強いことを示す。なお、図１２（ａ）および図１２（ｂ）において、白の部分の内部に示される黒の部分は、白の箇所よりもさらに光の強度が強いことを示す。 12A and 12B, the unit of numerical values on the horizontal axis and the vertical axis is μm. Also, FIGS. 12A and 12B show that the closer to white, the stronger the light intensity. In FIG. 12A and FIG. 12B, the black portion shown inside the white portion indicates that the light intensity is stronger than the white portion.

出射端面１０ｂに設けた段差１１の大きさ（約０．１２μｍ）はＴＥ偏光の波長（１．５５μｍ）より十分に小さい。そのため、図１２（ａ）および図１２（ｂ）では、透過光の特性の差はほとんどない。 The size (about 0.12 μm) of the step 11 provided on the emission end face 10 b is sufficiently smaller than the wavelength of TE polarized light (1.55 μm). Therefore, in FIG. 12A and FIG. 12B, there is almost no difference in the characteristics of transmitted light.

なお、図１２（ａ）の状況における光分波器１０００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３３への挿入損失は、−６．５１６６ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１０００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３１への挿入損失は、−６．５５２３ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１０００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３２への挿入損失は、−６．５４７３ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１０００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３４への挿入損失は、−６．５１５１ｄＢ（計算値）であった。 In the optical demultiplexer 1000A in the situation of FIG. 12A, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 33 was −6.5166 dB (calculated value). In addition, in the optical demultiplexer 1000A, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 31 was −6.5523 dB (calculated value). In the optical demultiplexer 1000A, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 32 was −6.5473 dB (calculated value). In addition, in the optical demultiplexer 1000A, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 34 was −6.5151 dB (calculated value).

また、図１２（ｂ）の状況における光分波器１００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３３への挿入損失は、−６．５０９９ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３１への挿入損失は、−６．５６１４ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３２への挿入損失は、−６．５４６１ｄＢ（計算値）であった。また、光分波器１００Ａにおいて、入力導波路２１から出力導波路３４への挿入損失は、−６．５１３４ｄＢ（計算値）であった。 In addition, in the optical demultiplexer 100A in the situation of FIG. 12B, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 33 was −6.5099 dB (calculated value). In addition, in the optical demultiplexer 100A, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 31 was −6.5614 dB (calculated value). In addition, in the optical demultiplexer 100A, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 32 was −6.5461 dB (calculated value). In addition, in the optical demultiplexer 100A, the insertion loss from the input waveguide 21 to the output waveguide 34 was −6.5134 dB (calculated value).

次に、前述の光入射処理Ａを行った場合における反射光の強度分布について説明する。光入射処理Ａを行った場合、比較例に係る光分波器１０００Ａにおける反射光の強度分布は、以下の図１３（ａ）のようになる。また、光分波器１００Ａにおける反射光の強度分布は、以下の図１３（ｂ）のようになる。なお、図１３（ａ）および図１３（ｂ）の強度分布は、計算によって求められる。 Next, the intensity distribution of the reflected light when the above-described light incident process A is performed will be described. When the light incident process A is performed, the intensity distribution of the reflected light in the optical demultiplexer 1000A according to the comparative example is as shown in FIG. Further, the intensity distribution of the reflected light in the optical demultiplexer 100A is as shown in FIG. Note that the intensity distributions in FIGS. 13A and 13B are obtained by calculation.

図１３（ａ）は、光分波器１０００Ａにおける反射光の強度分布を示す。図１３（ｂ）は、光分波器１００Ａにおける反射光の強度分布を示す。図１３（ａ）および図１３（ｂ）における強度分布以外の部分（例えば、輪郭線等）は、図１２（ａ）および図１２（ｂ）で説明したのと同様である。 FIG. 13A shows the intensity distribution of the reflected light in the optical demultiplexer 1000A. FIG. 13B shows the intensity distribution of the reflected light in the optical demultiplexer 100A. Parts other than the intensity distribution (for example, contour lines) in FIGS. 13A and 13B are the same as those described in FIGS. 12A and 12B.

光分波器１０００Ａでは、図１３（ａ）に示すように、出力ポートＰ３３，Ｐ３１の各々の近傍において、対称な強度および位相を有する反射光が生じている。当該各反射光は、互いに干渉しながらＭＭＩ部（多モード干渉部１０ＮＡ）を逆方向に伝搬し、当該各反射光の一部が入力導波路２１において結合している。すなわち、当該各反射光の一部が結合し、当該結合した光が入力導波路２１を伝搬している。 In the optical demultiplexer 1000A, as shown in FIG. 13A, reflected light having symmetrical intensity and phase is generated in the vicinity of each of the output ports P33 and P31. Each reflected light propagates in the opposite direction through the MMI unit (multimode interference unit 10NA) while interfering with each other, and a part of each reflected light is coupled in the input waveguide 21. That is, a part of each reflected light is combined, and the combined light propagates through the input waveguide 21.

これに対し、光分波器１００Ａでは、図１３（ｂ）が示すように、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４の各々の近傍で生じた反射光の強度は、図１３（ａ）に示される反射光の強度と同等である。しかしながら、出射端面１０ｂに設けた段差１１（突起部１０ｘ）により、図１３（ａ）の状態とは異なる位相を有する各反射光が、干渉しながらＭＭＩ部（多モード干渉部１０Ａ）を逆方向に伝搬する。当該各反射光は、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４の各々の近傍で生じた反射光である。 On the other hand, in the optical demultiplexer 100A, as shown in FIG. 13B, the intensity of the reflected light generated in the vicinity of each of the output ports P33, P31, P32, and P34 is shown in FIG. It is equivalent to the intensity of reflected light. However, due to the step 11 (projection portion 10x) provided on the emission end face 10b, each reflected light having a phase different from the state of FIG. 13A interferes with the MMI portion (multimode interference portion 10A) in the reverse direction. Propagate to. Each reflected light is reflected light generated in the vicinity of each of the output ports P33, P31, P32, and P34.

段差１１の大きさを０．１２μｍとした場合、出力ポートＰ３３近傍で生じた反射光の位相と出力ポートＰ３４近傍で生じた反射光の位相とがπだけずれる。また、出力ポートＰ３１近傍で生じた反射光の位相と出力ポートＰ３２近傍で生じた反射光の位相とがπだけずれる。そのため、入力ポートＰ２１付近における各反射光の強度が相殺され、入力導波路２１おいて結合する反射光は小さくなる。すなわち、入力導波路２１を伝搬する反射光は小さくなる。 When the size of the step 11 is 0.12 μm, the phase of the reflected light generated near the output port P33 and the phase of the reflected light generated near the output port P34 are shifted by π. Further, the phase of the reflected light generated near the output port P31 and the phase of the reflected light generated near the output port P32 are shifted by π. For this reason, the intensity of each reflected light in the vicinity of the input port P21 is canceled, and the reflected light coupled in the input waveguide 21 becomes small. That is, the reflected light propagating through the input waveguide 21 becomes small.

これを反映して、光分波器１０００Ａと光分波器１００Ａとにおいて、透過光の強度分布に差がないことと対照的に、図１３（ｂ）の反射光の強度分布のパターンは、図１３（ａ）と全く異なっている。 Reflecting this, in contrast to the fact that there is no difference in the intensity distribution of the transmitted light between the optical demultiplexer 1000A and the optical demultiplexer 100A, the pattern of the intensity distribution of the reflected light in FIG. This is completely different from FIG.

図１４は、本発明の実施の形態２に係る光分波器１００Ａにおける段差１１の大きさに対する反射率の特性を示す図である。具体的には、図１４は、光分波器１００Ａにおいて、段差１１の大きさを０μｍ〜０．５μｍまで変えた場合の入力導波路２１において結合する光の反射率の特性を示す。当該反射率の特性は、計算により算出される。ここで、反射率は、入力導波路２１において結合する反射光（反射戻り光）の強度である。 FIG. 14 is a diagram illustrating the reflectance characteristics with respect to the size of the step 11 in the optical demultiplexer 100A according to Embodiment 2 of the present invention. Specifically, FIG. 14 shows the reflectance characteristics of light coupled in the input waveguide 21 when the size of the step 11 is changed from 0 μm to 0.5 μm in the optical demultiplexer 100A. The reflectance characteristic is calculated by calculation. Here, the reflectance is the intensity of reflected light (reflected return light) coupled in the input waveguide 21.

図１４により、各反射光間の位相差をπだけずらす前述の段差が、反射率が最小になる条件である。当該各反射光は、例えば、出力ポートＰ３３近傍で生じた反射光と出力ポートＰ３４近傍で生じた反射光である。図１４に示されるように、当該条件にあった特性が周期的に繰り返される。また、図１４により、当該反射率が最小になる条件により、段差がない構成より、段差がある構成の方が反射率が約１５ｄＢ低減されることがわかる。 According to FIG. 14, the above-described step that shifts the phase difference between the reflected lights by π is a condition that the reflectance is minimized. The reflected light is, for example, reflected light generated near the output port P33 and reflected light generated near the output port P34. As shown in FIG. 14, the characteristics suitable for the conditions are periodically repeated. Further, FIG. 14 shows that the reflectance is reduced by about 15 dB in the configuration with the step than in the configuration without the step due to the condition that the reflectance is minimized.

なお、導波モードの有効屈折率は、実施の形態１の場合とほぼ同じである。そのため、本実施の形態における段差１１の大きさｄは、実施の形態１の場合と同様である。 Note that the effective refractive index of the waveguide mode is substantially the same as in the first embodiment. Therefore, the size d of the step 11 in the present embodiment is the same as that in the first embodiment.

図１４によれば、段差の大きさが±０．０２μｍだけばらついた場合でも、段差なしの場合に比べて、反射率が約９．５ｄＢ低減される。そのため、本実施の形態に係る光分波器１００Ａは、比較例に係る光分波器１０００Ａと比較して、大幅な光の低反射化を実現する。すなわち、光分波器１００Ａは、低反射な光カプラである。したがって、このような光分波器１００Ａを、光集積回路（光集積素子）に設けた場合、当該光集積回路内部における反射戻り光を低減できる。そのため、レーザ、光増幅器等の集積化が容易になる。 According to FIG. 14, even when the step size varies by ± 0.02 μm, the reflectance is reduced by about 9.5 dB compared to the case without the step. Therefore, the optical demultiplexer 100A according to the present embodiment realizes a significant reduction in light reflection as compared with the optical demultiplexer 1000A according to the comparative example. That is, the optical demultiplexer 100A is a low reflection optical coupler. Therefore, when such an optical demultiplexer 100A is provided in an optical integrated circuit (optical integrated element), it is possible to reduce reflected return light inside the optical integrated circuit. This facilitates integration of lasers, optical amplifiers, and the like.

なお、図１１の光分波器１００Ａの構造は一例である。例えば、ＭＭＩ部（多モード干渉部１０Ａ）のサイズ、入力導波路および出力導波路のサイズ、半導体ウエハのエピ構造、保護膜の材料等は、任意に変更してもよい。また、光分波器１００Ａは、保護膜（ＳｉＯ_２層１６）を設けない構成としてもよい。また、石英ガラス製の光回路、Ｓｉ、他の化合物半導体を用いた光回路にも、本実施の形態の構成（動作機構）を適用可能である。 The structure of the optical demultiplexer 100A in FIG. 11 is an example. For example, the size of the MMI unit (multimode interference unit 10A), the sizes of the input waveguide and the output waveguide, the epi structure of the semiconductor wafer, the material of the protective film, and the like may be arbitrarily changed. Further, the optical demultiplexer 100A may have a configuration in which the protective film (SiO ₂ layer 16) is not provided. Further, the configuration (operation mechanism) of this embodiment can be applied to an optical circuit made of quartz glass, an optical circuit using Si, or another compound semiconductor.

なお、本実施の形態に係るＭＭＩ部（多モード干渉部１０Ａ）の全体サイズは、半導体プロセスの寸法精度により、たとえば、μｍ単位でばらつくことが不可避である。その場合でも、本実施の形態に係る段差は、多モード干渉部１０Ａのサイズに比べ、微小である。また、半導体プロセスの面精度は０．０１μｍ程度の精度がある。そのため、０．１μｍ程度の微小な段差を、０．０１μｍ程度の高精度で加工することが可能である。 Note that it is inevitable that the overall size of the MMI section (multimode interference section 10A) according to the present embodiment varies in units of μm, for example, due to the dimensional accuracy of the semiconductor process. Even in that case, the step according to the present embodiment is very small compared to the size of the multimode interference unit 10A. Further, the surface accuracy of the semiconductor process has an accuracy of about 0.01 μm. Therefore, it is possible to process a minute step of about 0.1 μm with high accuracy of about 0.01 μm.

＜実施の形態３＞
（比較例）
図１５は、比較例に係る光分波器１０００Ｂの構成を示す図である。光分波器１０００は、１入力２出力の構成を有する。図１５を参照して、光分波器１０００Ｂは、図１の光分波器１０００と比較して、出力導波路３１，３２の代わりに出力導波路３１Ａ，３２Ａを備える点が異なる。光分波器１０００Ｂのそれ以外の構成は、光分波器１０００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。 <Embodiment 3>
(Comparative example)
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of an optical demultiplexer 1000B according to a comparative example. The optical demultiplexer 1000 has a configuration of one input and two outputs. Referring to FIG. 15, optical demultiplexer 1000 </ b> B is different from optical demultiplexer 1000 in FIG. 1 in that output waveguides 31 </ b> A and 32 </ b> A are provided instead of output waveguides 31 and 32. Since the other configuration of optical demultiplexer 1000B is the same as that of optical demultiplexer 1000, detailed description will not be repeated.

出力導波路３１Ａ，３２Ａは、それぞれ、出力ポートＰ３１，Ｐ３２に接続される。詳細は後述するが、出力導波路３１Ａ，３２Ａの各々は、テーパ構造を有する。 The output waveguides 31A and 32A are connected to the output ports P31 and P32, respectively. Although details will be described later, each of the output waveguides 31A and 32A has a tapered structure.

（実施の形態３の構成）
図１６は、本発明の実施の形態３に係る光分波器１００Ｂの構成を示す図である。光分波器１００Ｂは、１入力２出力の構成を有する。 (Configuration of Embodiment 3)
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of an optical demultiplexer 100B according to Embodiment 3 of the present invention. The optical demultiplexer 100B has a configuration of one input and two outputs.

光分波器１００Ｂは、図１５の光分波器１０００Ｂと比較して、多モード干渉部１０Ｎの代わりに多モード干渉部１０を備える点が異なる。光分波器１００Ｂのそれ以外の構成は、光分波器１０００Ｂと同様なので詳細な説明は繰り返さない。すなわち、光分波器１００Ｂは、図２（ａ）の光分波器１００と比較して、出力導波路３１，３２の代わりに出力導波路３１Ａ，３２Ａを備える点が異なる。 The optical demultiplexer 100B is different from the optical demultiplexer 1000B in FIG. 15 in that the multimode interference unit 10 is provided instead of the multimode interference unit 10N. Since the other configuration of optical demultiplexer 100B is similar to that of optical demultiplexer 1000B, detailed description will not be repeated. That is, the optical demultiplexer 100B is different from the optical demultiplexer 100 in FIG. 2A in that output waveguides 31A and 32A are provided instead of the output waveguides 31 and 32.

出力導波路３１Ａ，３２Ａは、それぞれ、出力ポートＰ３１，Ｐ３２に接続される。すなわち、出力ポートＰ３１および出力ポートＰ３２には、それぞれ、出力導波路３１Ａ，３２Ａが接続される。 The output waveguides 31A and 32A are connected to the output ports P31 and P32, respectively. That is, the output waveguides 31A and 32A are connected to the output port P31 and the output port P32, respectively.

なお、光分波器１００Ｂの用途は、図２の光分波器１００と同様である。 The application of the optical demultiplexer 100B is the same as that of the optical demultiplexer 100 in FIG.

前述したように、多モード干渉部１０は、多モード干渉部１０Ｎと比較して、出力ポートＰ３１Ａ，Ｐ３２Ａの各々における光の出射される位置が異なるよう、光の出射端面の形状を変えた構造を有する。具体的には、多モード干渉部１０は、多モード干渉部１０Ｎと比較して、段差１１（突起部１０ｘ）が設けられている点が異なる。多モード干渉部１０のそれ以外の構成は、多モード干渉部１０Ｎと同様なので詳細な説明は繰り返さない。 As described above, the multimode interference unit 10 has a structure in which the shape of the light emission end face is changed so that the light emission position at each of the output ports P31A and P32A is different from that of the multimode interference unit 10N. Have Specifically, the multimode interference unit 10 is different from the multimode interference unit 10N in that a step 11 (projection 10x) is provided. Since the other configuration of multimode interference unit 10 is the same as that of multimode interference unit 10N, detailed description will not be repeated.

前述したように、多モード干渉部１０は、出射端面１０ｂの２ヶ所で収束光を得られるように構成されている。 As described above, the multimode interference unit 10 is configured to obtain convergent light at two places on the emission end face 10b.

出力ポートＰ３１は、前述したように、出力対象の収束光の位置に合わせて、出射端面１０ｂの一端（端面１０ｃ）から、出射端面１０ｂの約１／４の長さだけ離れた位置に接続されている。出力ポートＰ３２は、端面１０ｃから、出射端面１０ｂの約３／４の長さだけ離れた位置に接続されている。 As described above, the output port P31 is connected to a position away from one end (end face 10c) of the output end face 10b by a length of about ¼ of the output end face 10b in accordance with the position of the convergent light to be output. ing. The output port P32 is connected to a position away from the end face 10c by a length of about 3/4 of the emission end face 10b.

前述したように、出力導波路３１Ａは、出力導波路３１と比較して、テーパ構造を有する点が異なる。具体的には、出力導波路３１Ａは、テーパ部ＴＰ１と棒状部３１ｎとを有する。棒状部３１ｎの形状は、四角注または円柱である。すなわち、棒状部３１ｎは、当該棒状部３１ｎの長手方向に亘って同じ幅を有する。すなわち、棒状部３１ｎは、該棒状部３１ｎ全体に亘って幅が一定である。 As described above, the output waveguide 31A is different from the output waveguide 31 in that it has a tapered structure. Specifically, the output waveguide 31A includes a tapered portion TP1 and a rod-shaped portion 31n. The shape of the rod-shaped part 31n is a square note or a cylinder. That is, the bar-shaped part 31n has the same width over the longitudinal direction of the bar-shaped part 31n. That is, the bar-shaped part 31n has a constant width over the entire bar-shaped part 31n.

また、前述したように、出力導波路３２Ａは、出力導波路３２と比較して、テーパ構造を有する点が異なる。具体的には、出力導波路３２Ａは、テーパ部ＴＰ２と棒状部３２ｎとを有する。棒状部３２ｎは、棒状部３１ｎと同じ形状を有する。テーパ部ＴＰ１およびテーパ部ＴＰ２は、それぞれ、出力ポートＰ３１および出力ポートＰ３２に接続される。 Further, as described above, the output waveguide 32A is different from the output waveguide 32 in that it has a tapered structure. Specifically, the output waveguide 32A has a tapered portion TP2 and a rod-shaped portion 32n. The rod-shaped portion 32n has the same shape as the rod-shaped portion 31n. The tapered portion TP1 and the tapered portion TP2 are connected to the output port P31 and the output port P32, respectively.

テーパ部ＴＰ１は、出力ポートＰ３１Ａから遠ざかる程該出力導波路３１Ａの幅が小さくなるテーパ構造を有する。棒状部３１ｎは、テーパ部ＴＰ１に接続される。具体的には、棒状部３１ｎは、テーパ部ＴＰ１のうち幅が最も小さい一端と接続される。テーパ部ＴＰ２は、出力ポートＰ３２Ａから遠ざかる程該出力導波路３２Ａの幅が小さくなるテーパ構造を有する。棒状部３２ｎは、棒状部３１ｎと同様、テーパ部ＴＰ２のうち幅が最も小さい一端と接続される。 The taper portion TP1 has a taper structure in which the width of the output waveguide 31A decreases as the distance from the output port P31A increases. The rod-shaped part 31n is connected to the taper part TP1. Specifically, the rod-shaped portion 31n is connected to one end having the smallest width in the tapered portion TP1. The tapered portion TP2 has a tapered structure in which the width of the output waveguide 32A decreases as the distance from the output port P32A increases. The rod-shaped portion 32n is connected to one end of the tapered portion TP2 having the smallest width, like the rod-shaped portion 31n.

例えば、テーパ部ＴＰ１のテーパ構造は、出射端面１０ｂ付近の出力導波路３１Ａの幅を大きくし、出力ポートＰ３１付近の収束光を出力導波路３１Ａ内に収容する構造である。当該構造により、出射端面１０ｂにおいて、入力ポートＰ２１側に戻る反射光の強度を減らすことが出来る。しかしながら、出射端面１０ｂでの出力導波路の幅を大きくするほど、光の伝搬損失が増大する。なお、テーパ部ＴＰ２のテーパ構造も、テーパ部ＴＰ１と同様である。 For example, the taper structure of the taper portion TP1 is a structure in which the width of the output waveguide 31A near the emission end face 10b is increased and the convergent light near the output port P31 is accommodated in the output waveguide 31A. With this structure, it is possible to reduce the intensity of the reflected light returning to the input port P21 side at the emission end face 10b. However, the propagation loss of light increases as the width of the output waveguide at the exit end face 10b increases. The taper structure of the taper portion TP2 is the same as that of the taper portion TP1.

そこで、本実施の形態では、出射端面１０ｂの段差構造と出力導波路のテーパ構造とを併用する。これにより、光の伝搬損失を増大させず、低反射な光分波器を実現できる。 Therefore, in the present embodiment, the step structure of the emission end face 10b and the taper structure of the output waveguide are used together. Thereby, a low reflection optical demultiplexer can be realized without increasing the light propagation loss.

なお、光分波器１００Ｂは、たとえば、実施の形態１と同じＩｎＧａＡｓＰ系の半導体光回路により作製される。導波路の断面構造とウエハプロセスは、実施の形態１とおなじであるので説明を省略する。 The optical demultiplexer 100B is manufactured, for example, by the same InGaAsP-based semiconductor optical circuit as in the first embodiment. Since the cross-sectional structure of the waveguide and the wafer process are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

次に、光分波器１００Ｂの詳細な構成について説明する。入力ポートＰ２１に接続される入力導波路２１の幅は、１．８μｍである。出力ポートＰ３１，Ｐ３２にそれぞれ接続される出力導波路３１Ａ，３２Ａの各々において最も小さい幅は、１．８μｍである。 Next, a detailed configuration of the optical demultiplexer 100B will be described. The width of the input waveguide 21 connected to the input port P21 is 1.8 μm. In each of the output waveguides 31A and 32A connected to the output ports P31 and P32, the smallest width is 1.8 μm.

ＭＭＩ部（多モード干渉部１０）の幅Ｗ１は、１６．０μｍである。実施の形態１と同様、入力ポートＰ２１は、入射端面１０ａの中央に配置される。端面１０ｃから出力導波路３１Ａの幅方向の中心までの距離Ｘ２は、３．０５μｍである。端面１０ｄから出力導波路３２Ａの幅方向の中心までの距離Ｘ３は、３．０５μｍである。 The width W1 of the MMI part (multimode interference part 10) is 16.0 μm. As in the first embodiment, the input port P21 is arranged at the center of the incident end face 10a. A distance X2 from the end face 10c to the center of the output waveguide 31A in the width direction is 3.05 μm. A distance X3 from the end face 10d to the center in the width direction of the output waveguide 32A is 3.05 μm.

各出力導波路のテーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の出射端面１０ｂにおける幅は、２．８μｍである。また、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の長さは、５０μｍである。テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の形状は、台形である。 The width of the output end face 10b of each of the tapered portions TP1 and TP2 of each output waveguide is 2.8 μm. The length of each of the taper portions TP1 and TP2 is 50 μm. The shape of the taper portions TP1 and TP2 is a trapezoid.

テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々は、対応する出力ポートから遠ざかるにつれて、幅が２．８μｍ〜最小値１．８μｍまで小さくなる。テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々において、幅が最小値の部分は、棒状部と接続される。 Each of the taper portions TP1 and TP2 decreases in width from 2.8 μm to a minimum value of 1.8 μm as the distance from the corresponding output port increases. In each of the taper portions TP1 and TP2, the portion having the minimum width is connected to the rod-like portion.

なお、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の形状は、斜辺が直線である台形に限定されない。例えば、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の形状は、斜辺が曲線とした構成であってもよい。この構成の場合、例えば、テーパ部ＴＰ１において幅が最小の部分は、当該曲線により、棒状部３１ｎとなめらかに接続される。 In addition, each shape of taper part TP1, TP2 is not limited to the trapezoid whose hypotenuse is a straight line. For example, each of the tapered portions TP1 and TP2 may have a configuration in which the hypotenuse has a curved line. In the case of this configuration, for example, a portion having the smallest width in the tapered portion TP1 is smoothly connected to the rod-like portion 31n by the curve.

以上のような、構造とすることにより、本実施の形態に係る光分波器１００Ｂは、実施の形態１，２の構成よりも、さらに低反射化することができるとともに、使用される光の波長範囲を増大（広帯域化）させることが可能になる。すなわち、光分波器１００Ｂは、低反射な光カプラである。したがって、このような光分波器１００Ｂを、光集積回路（光集積素子）に設けた場合、当該光集積回路内部における反射戻り光を低減できる。そのため、レーザ、光増幅器等の集積化が容易になる。 By adopting the structure as described above, the optical demultiplexer 100B according to the present embodiment can reduce the reflection more than the configurations of the first and second embodiments, and can reduce the light used. The wavelength range can be increased (broadband). That is, the optical demultiplexer 100B is a low reflection optical coupler. Therefore, when such an optical demultiplexer 100B is provided in an optical integrated circuit (optical integrated device), reflected return light inside the optical integrated circuit can be reduced. This facilitates integration of lasers, optical amplifiers, and the like.

＜実施の形態３の変形例＞
図１７は、本発明の実施の形態３の変形例に係る光分波器１００Ｃの構成を示す図である。光分波器１００Ｃは、図１１の光分波器１００Ａに、実施の形態３のテーパ部の構造を適用させたものである。 <Modification of Embodiment 3>
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of an optical demultiplexer 100C according to a modification of the third embodiment of the present invention. The optical demultiplexer 100C is obtained by applying the structure of the tapered portion of the third embodiment to the optical demultiplexer 100A of FIG.

図１７を参照して、光分波器１００Ｃは、光分波器１００Ａと比較して、出力導波路３３，３１，３２，３４の代わりに出力導波路３３Ａ，３１Ａ，３２Ａ，３４Ａを備える点とが異なる。光分波器１００Ｃのそれ以外の構成は、光分波器１００Ａと同様なので詳細な説明は繰り返さない。 Referring to FIG. 17, optical demultiplexer 100C includes output waveguides 33A, 31A, 32A, and 34A instead of output waveguides 33, 31, 32, and 34, as compared with optical demultiplexer 100A. Is different. Since the other configuration of optical demultiplexer 100C is similar to that of optical demultiplexer 100A, detailed description will not be repeated.

出力導波路３３Ａ，３１Ａ，３２Ａ，３４Ａは、それぞれ、出力ポートＰ３３，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３４に接続される。出力導波路３３Ａは、出力導波路３１Ａと同じ形状およびサイズを有する。出力導波路３４Ａは、出力導波路３２Ａと同じ形状およびサイズを有する。例えば、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の出射端面１０ｂにおける幅は、２．８μｍである。また、テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々の長さＸ６は、５０μｍである。テーパ部ＴＰ１，ＴＰ２の各々は、対応する出力ポートから遠ざかるにつれて、幅が２．８μｍ〜最小値１．８μｍまで小さくなる。 The output waveguides 33A, 31A, 32A, and 34A are connected to output ports P33, P31, P32, and P34, respectively. The output waveguide 33A has the same shape and size as the output waveguide 31A. The output waveguide 34A has the same shape and size as the output waveguide 32A. For example, the width at the emission end face 10b of each of the taper portions TP1 and TP2 is 2.8 μm. The length X6 of each of the taper portions TP1 and TP2 is 50 μm. Each of the taper portions TP1 and TP2 decreases in width from 2.8 μm to a minimum value of 1.8 μm as the distance from the corresponding output port increases.

以上の構成においても、実施の形態２と同様な効果を得ることができる。したがって、反射光の干渉により低反射な光分波器を得ることが出来る。 Also in the above configuration, the same effect as in the second embodiment can be obtained. Therefore, it is possible to obtain an optical demultiplexer having low reflection due to interference of reflected light.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態、実施の形態の変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態、実施の形態の変形例を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that within the scope of the invention, the present invention can be freely combined with each embodiment and modification of the embodiment, or can be appropriately modified and omitted with each embodiment and modification of the embodiment. Is possible.

例えば、本発明は、実施の形態１，２，３の構成に限定されず、光路長ＬＸ１と光路長ＬＸ２とが異なる構成であれば、他の構成であってもよい。また、各実施の形態の光分波器における出力ポートの数は、２，４に限定されず、６以上の偶数であってもよい。 For example, the present invention is not limited to the configurations of the first, second, and third embodiments, and may have other configurations as long as the optical path length LX1 and the optical path length LX2 are different. Further, the number of output ports in the optical demultiplexer of each embodiment is not limited to 2, 4, and may be an even number of 6 or more.

１０，１０Ａ，１０Ｎ，１０ＮＡ多モード干渉部、１０ａ入射端面、１０ｂ出射端面、１０ｂ１，１０ｂ２，１０ｃ，１０ｄ端面、１０ｘ突起部、１１段差、２１入力導波路、３１，３１Ａ，３２，３２Ａ，３３，３３Ａ，３４，３４Ａ出力導波路、３１ｎ，３２ｎ棒状部、５０基板、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１０００，１０００Ａ，１０００Ｂ光分波器、Ｐ２１入力ポート、Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４出力ポート、ＴＰ１，ＴＰ２テーパ部。 10, 10A, 10N, 10NA Multimode interference section, 10a entrance end face, 10b exit end face, 10b1, 10b2, 10c, 10d end face, 10x protrusion, 11 step, 21 input waveguide, 31, 31A, 32, 32A, 33 , 33A, 34, 34A output waveguide, 31n, 32n rod-shaped part, 50 substrate, 100, 100A, 100B, 100C, 1000, 1000A, 1000B optical demultiplexer, P21 input port, P31, P32, P33, P34 output port , TP1, TP2 Tapered part.

Claims

多モード干渉型の光分波器であって、
１個の入力ポートと、
前記光分波器における光が出射される端面である出射端面に設けられた第１および第２出力ポートと、を備え、
前記入力ポートから前記第１出力ポートまでの光路長である第１光路長と、前記入力ポートから前記第２出力ポートまでの光路長である第２光路長とは異なり、
前記第１光路長および前記第２光路長は、前記出射端面で反射した光であって、かつ、前記入力ポートへ向かう光である反射光の強度が、該第１光路長と該第２光路長とが同じである場合における前記反射光の強度よりも小さくなるように設定され、
前記出射端面は、前記第１出力ポートが設けられた第１端面と前記第２出力ポートが設けられた第２端面とから構成され、
前記第１端面と前記第２端面との間には、段差が設けられ、
前記段差は、前記出射端面の中央に設けられ、
前記段差の大きさをｄと表現し、整数をｍと表現し、前記光分波器における光の屈折率をｎｅと表現し、該光分波器における光の波長をλと表現した場合、該段差の大きさｄは、
ｄ＝（２ｍ＋１）／（２ｎｅ×λ）
により規定される
光分波器。 A multimode interference type optical demultiplexer,
One input port,
A first output port and a second output port provided on an emission end face that is an end face from which light in the optical demultiplexer is emitted;
Unlike the first optical path length that is the optical path length from the input port to the first output port, and the second optical path length that is the optical path length from the input port to the second output port,
The first optical path length and the second optical path length are light reflected by the emission end face, and the intensity of reflected light that is light directed to the input port is determined by the first optical path length and the second optical path. Set to be smaller than the intensity of the reflected light when the length is the same ,
The emission end face is composed of a first end face provided with the first output port and a second end face provided with the second output port,
A step is provided between the first end surface and the second end surface,
The step is provided at the center of the exit end face,
When the step size is expressed as d, the integer is expressed as m, the refractive index of light in the optical demultiplexer is expressed as ne, and the wavelength of light in the optical demultiplexer is expressed as λ, The step size d is:
d = (2m + 1) / (2ne × λ)
An optical demultiplexer as defined by

前記第１および第２出力ポートの各々の数は１以上であり、
前記光分波器は、さらに、
前記出射端面と対向する入射端面を備え、
前記入力ポートは、前記入射端面の中央に配置され、
１以上の前記第１および第２出力ポートは、前記出射端面において、前記入射端面の中央と前記出射端面の中央とを通る直線に対し線対称となる位置に配置される
請求項１に記載の光分波器。 The number of each of the first and second output ports is one or more;
The optical demultiplexer further includes:
An incident end face opposed to the exit end face;
The input port is disposed at the center of the incident end face,
The one or more said 1st and 2nd output ports are arrange | positioned in the said output end surface in the position which becomes line symmetrical with respect to the straight line which passes along the center of the said incident end surface, and the center of the said output end surface. Optical demultiplexer.

前記第１および第２出力ポートの各々には、導波路が接続され、
各前記導波路は、
前記第１または第２出力ポートである出力ポートに接続され、該出力ポートから遠ざかる程該導波路の幅が小さくなるテーパ部と、
前記テーパ部に接続され、幅が一定である棒状部と、を有する
請求項１または２に記載の光分波器。 A waveguide is connected to each of the first and second output ports,
Each said waveguide is
A tapered portion that is connected to an output port that is the first or second output port, and the width of the waveguide decreases as the distance from the output port increases;
The optical demultiplexer according to claim 1 , further comprising: a rod-like portion connected to the tapered portion and having a constant width .