JPH07174929A

JPH07174929A - 光ブランチングデバイスおよび光学部品

Info

Publication number: JPH07174929A
Application number: JP6269161A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuura; 祐司松浦; Hideyori Sasaoka; 英資笹岡; Hiroo Kanamori; 弘雄金森
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 1995-07-14

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた加工安定性を有するとともに、損失を
低減することができる光ブランチングデバイスを提供す
る。【構成】本発明の光ブランチングデバイスは、基板２
０１と、基板２０１上に形成された第１コア部材２１０
と、基板２０１上に形成され、第１コア部材２１０に近
づくにしたがって細くなった第２コア部材２２０と、基
板２０１上に形成され、第１コア部材２１０に近づくに
したがって細くなった第３コア部材２２１とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光信号処理等
の分野で用いられる光学部品、特に分岐導波路や方向性
結合器などの光ブランチングデバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信、光信号処理の分野では、光学部
品の小型化等の要請から導波路型光分岐結合素子が頻繁
に用いられている。代表的な光ブランチングデバイス
は、特開平５−１１１３０号公報に記載されている。ま
た、光ブランチングデバイスの１つである方向性結合器
は、JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY.VOL.10,NO.20 D
ECEMBER,1992 1843-1849に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ブランチング
デバイスは、結合効率が十分ではなかった。その理由
は、分岐部における導波路の加工精度の限界により、分
岐による過剰分岐損失を抑制することができなかったた
めである。本発明の光ブランチングデバイスは、十分な
加工安定性を有するとともに、分岐部での損失をさらに
低減することができる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、光ブランチン
グデバイスにおいて、基板と、第１コア部材と、第２コ
ア部材と第３コア部材とを備える。

【０００５】第１コア部材は、基板上に形成されてい
る。

【０００６】第２コア部材は、基板上に形成されてい
る。第２コア部材は、第１コア部材に近づくにしたがっ
て細くなっている。

【０００７】第３コア部材も、基板上に形成されてい
る。第３コア部材は、第１コア部材に近づくにしたがっ
て細くなっている。さらに、第２コア部材と第３コア部
材との間の間隔は、第１コア部材に近づくにしたがって
狭くなっている。

【０００８】本発明に係る光ブランチングデバイスは、
光を伝搬する導波路を基板上に備えている。この導波路
は、第１端面を有する第１コア部材（第１テーパ導波
路）と、第１端面に対向する第２端面を有し、第１端面
から第２端面へ向かう方向へのびたコア部材であって、
第２端面の面積が、第２端面から所定距離離れた場所に
おける第２端面に平行な平面によって規定されるその断
面積よりも小さくなる形状を有する第２コア部材（第２
導波路）と、第１端面に対向する第３端面を有し、第１
端面から第３端面へ向かう方向へのびたコア部材であっ
て、第３端面の面積が、第３端面から所定距離離れた場
所における第３端面に平行な平面によって規定されるそ
の断面積よりも小さくなる形状を有する第３コア部材
（第３導波路）とを有する。

【０００９】また、本発明の光ブランチングデバイス
は、光を伝搬する導波路を基板上に備えており、この導
波路は、第１端面を備えた第１コア部材と、第１コア部
材の第１端面に連続したコア部材であって、第１端面を
含む面によって規定されるその第２断面の面積が、第２
断面から所定距離離れた場所における第２断面に平行な
平面によって規定されるその断面積よりも小さくなる形
状を有する第２コア部材と、第１コア部材の第１端面に
連続したコア部材であって、第１端面を含む面によって
規定されるその第３断面の面積が、第３断面から所定距
離離れた場所における第３断面に平行な平面によって規
定されるその断面積よりも小さくなる形状を有する第３
コア部材とを備えている。ここで、第１端面の面積は、
第２断面の面積と第３断面の面積との和よりも大きい。
なお、以下の説明において、面積が等しいとは、実質的
にそれらの面積が等しいことであって、一方の面積が他
方の面積の１００±３％以内であれば、これらの面積は
ほぼ等しいこととする。

【００１０】この光ブランチングデバイスにおいて、第
１コア部材は、第１のマルチモード導波路であり、第２
コア部材は、第２のシングルモード導波路であり、第３
コア部材は、第３のシングルモード導波路ある。第１コ
ア部材は、テーパ導波路を含む。

【００１１】第１コア部材は、第１端面を有し、第２コ
ア部材は、第１端面に対して所定の間隔をあけて対向す
る第２端面を有し、第３コア部材は、第１端面に対して
所定の間隔をあけて対向する第３端面を有することとし
てもよい。

【００１２】

【作用】本発明の光ブランチングデバイスは、２つの単
一モード導波路（第２および第３コア部材）の幅が基端
部側から多モード導波路（第１コア部材）側に向かって
徐々に縮小されているので、２つの単一モード導波路の
中心間の間隔が狭められる。換言すれば、第２コア部材
と第３コア部材は、共に先細りの形状を有しているの
で、第２コア部材と第３コア部材との間のスペースを一
定とした場合において、第２端面における第２コア部材
の光軸と、第３端面における第３コア部材の光軸との距
離を近接させることができる。

【００１３】したがって、第２コア部材の第２端面にお
いて、この第２コア部材内を伝達する光は，コアの径方
向に電界分布を有する。電界分布のピーク位置（第１ピ
ーク位置）は、第２コア部材の光軸のある位置である。
第３コア部材の第３端面において、この第３コア部材内
を伝達する光は，コアの径方向に電界分布を有する。電
界分布のピーク位置（第２ピーク位置）は、第３コア部
材の光軸のある位置である。第１ピークと第２ピークと
を近接させれば、第１コア部材と第２コア部材との間を
伝搬する光の結合効率および第１コア部材と第３コア部
材との間を伝搬する光の結合効率は高めることができ
る。したがって、本発明によれば、分岐部での損失を低
減しつつ導波光を分岐、結合させて出力することができ
る。

【００１４】本発明に係る光ブランチングデバイスは、
コア部材を取り囲むクラッド部材を備えている。クラッ
ド部材は、第１表面を有している。第１表面は、クラッ
ド部材と基板との間の界面に平行である。クラッド部材
と、コア部材との比屈折率差は、０．３％以上が好まし
い。第１コア部材、第２コア部材および第３コア部材
は、クラッド部材内に埋設されている。

【００１５】詳細には、第１コア部材は、第１端面、第
１垂直断面、第２垂直断面および第１水平断面を有して
いる。第１垂直断面は、第１表面に対して垂直な第１面
と交差することにより規定される。第２垂直断面は、第
１表面に対して垂直な第２面であって第１端面と前記第
１面との間に位置する第２面と交差することにより規定
される。第１水平断面は、第１表面に対して平行な第３
面と交差することにより規定される。

【００１６】第２コア部材は、クラッド部材内に埋設さ
れている。

【００１７】第２コア部材は、第２端面、第３垂直断面
および第２水平断面を有している。

【００１８】第２端面は、第１コア部材の第１端面に対
して第１の間隔を隔てて対向している。第３垂直断面
は、第１表面に対して垂直な第４面と交差することによ
り規定される。第２水平断面は、第３面と交差すること
により規定される。ここで、第２コア部材は、先細りの
形状であるので、第２端面の面積は、第３垂直断面の面
積よりも小さい。

【００１９】第３コア部材は、クラッド部材内に埋設さ
れている。

【００２０】第３コア部材は、第３端面、第４垂直断
面、第３水平断面を有している。

【００２１】第３端面は、第１コア部材の第１端面に対
して第２の間隔を隔てて対向している。

【００２２】第４断面は、この第３コア部材が、第４面
と交差することにより規定される。第３水平断面は、第
３コア部材が、第３面と交差することにより規定され
る。

【００２３】第３コア部材は、先細りの形状を有してい
るので、第３端面の面積は、第４垂直断面の面積よりも
小さい。

【００２４】すなわち、この光ブランチングデバイスを
有する光学部品は、基板と、第１テーパ導波路と、第２
導波路と、第３導波路とを有している。基板は、基板表
面を有している。基板表面上には、クラッド部材が形成
されている。基板表面は、第１の表面に平行である。第
１テーパ導波路は、基板表面上に形成されている。第１
テーパ導波路は、第４導波路と、この第４導波路に連続
する第２テーパ導波路とを備えている。

【００２５】第４導波路は、基板表面と交差する面を含
む第１端面、基板表面と交差する面を含む第５側面、第
５側面に平行な第６側面を有している。第２テーパ導波
路は、第４導波路に連続している。第２テーパ導波路
は、第４導波路に近付く方向に広がっている。詳細に
は、第２テーパ導波路は、その幅が第４導波路に近づく
ほど大きくなっている。幅方向（ベクトルＷ）は、基板
に垂直な方向（基板の厚み方向：ベクトルＴ）と導波路
内を伝搬する光の進行方向（ベクトルＬ）との双方に垂
直な方向（ベクトルＴｘＬ：ベクトルＴとベクトルＬの
外積）で定義される。

【００２６】第２導波路は、基板表面上に形成されてい
る。第２導波路は、第１端面に近かづくにしたがって細
くなっている。第３導波路は、基板表面上に形成されて
いる。第３光導波路は、第１端面に近付くにしたがって
細くなっている。

【００２７】第１テーパ導波路は、第２テーパ導波路
と、これに連続した第４導波路とを備えているので、第
１端面の面積は、第１垂直断面の面積よりも大きく、ま
た、第２垂直断面の面積は、第１端面の面積と等しい。
換言すれば、第１水平断面と第１端面との交線の長さ
（Ｗｔ）は、第２水平断面と第２端面との交線の長さ
（Ｗ１）と、第３水平断面と前記第３端面との交線の長
さ（Ｗ２）と、第２端面と第３端面との間の距離（Ａ）
との和（Ｗ１＋Ｗ２＋Ａ）よりも大きい。

【００２８】第１コア部材は、第１コア部材に入力され
た光の波面を第１端面から平行に出射する形状を有して
いる。第２端面および第３端面は、第１端面から出射さ
れる光の波面にほぼ平行である。また、第１の間隔（Ｂ
１）は、第２の間隔（Ｂ２）と第２コア部材内を伝搬す
る光の波長（λ）との和（Ｂ２＋λ）以下であり、第２
の間隔（Ｂ２）と第２コア部材内を伝搬する光の波長
（λ）との差（Ｂ２−λ）以上である。すなわち、（Ｂ
２−λ）≦（Ｂ１）≦（Ｂ２＋λ）であり、ここで、光
の波長は１．５５マイクロメータである。

【００２９】また、第２導波路は、一定幅導波路とこの
一定幅導波路に連続した傾斜幅導波路とを有している。
一定幅導波路は、一定の幅を有している。傾斜幅導波路
は、一定幅導波路に連続しており、第１端面に近づくに
したがって、その幅が細くなっている。傾斜幅導波路の
幅は、一定幅導波路の幅の１／２ないし４／５であるこ
とが望ましい。

【００３０】この光ブランチングデバイスは、方向性光
結合器に適用することもできる。コア部材は、第４端面
を有している。第４端面は、第１端面に対向している。
光ブランチングデバイスは、第４コア部材と第５コア部
材とを有している。第４コア部材は、クラッド部材内に
埋設されている。第４コア部材は、第１コア部材の第４
端面に対して所定の間隔を隔てて対向する第５端面を有
している。

【００３１】第５コア部材は、クラッド部材内に埋設さ
れている。第５コア部材は、第１コア部材の第４端面に
対して所定の間隔を隔てて対向する第６端面を有してい
る。

【００３２】なお、第２コア部材内を伝搬する光と第３
コア部材内を伝搬する光との間の干渉を防止するため
に、光ブランチングデバイスは、第２コア部材と第３コ
ア部材との間に介在する遮光部材を備えることとしても
よい。

【００３３】また、上記の導波路型光分岐素子のうち、
多モード導波路がテーパ部と直線部とを有するテーパ導
波路であるものは、上記の作用に加えて特に以下の作用
を有する。すなわち、導波光が多モード導波路から単一
モード導波路へ向かって伝送される場合、導波光は、テ
ーパ部にて放射状に広がった波面が直線部にて平面状に
戻されてから単一モード導波路に入射する。これによ
り、多モード導波路の端面のうち、単一モード導波路の
末端幅縮小により、対向する導波路端面が存在しなくな
った部分にて生じる導波光の放射を抑えながら導波光を
分岐して出力することができる。

【００３４】また、本発明に係る導波路型光分岐素子の
うち、多モード導波路の一方の末端に２つの単一モード
導波路が接続されているものは、２つの単一モード導波
路の幅が基端部側から多モード導波路側に向かって徐々
に縮小されているので、２つの単一モード導波路の中心
間の間隔が狭められる。これにより、２つの単一モード
導波路の末端における電界分布の２つのピークが接近
し、分岐部での電磁界分布の結合効率が高まって、分岐
部での損失を低減しつつ導波光を分岐、結合させて出力
することができる。

【００３５】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例およびこれに関連する光ブランチングデバイスについ
て説明する。なお、図面の説明において同一の要素には
同一の符号を用い、重複する説明は省略する。

【００３６】本願発明者らは、長年に渡って光導波路の
研究を行ってきた。以下、本願発明者らによって構成さ
れる研究室内では、よく知られた数々の光ブランチング
デバイスについて説明する。

【００３７】図２５は、Ｙ字状の導波路型光分岐結合素
子（Ｙ字状素子）の水平断面図である。図２５に示され
る光ブランチングデバイスをタイプＡの導波路とする。
タイプＡの光導波路は、基板１００１と、基板１００１
上に形成された直線状の単一モード導波路１０１１と、
導波路１０１１に接続された多モードのテーパ導波路１
０１２と、導波路１０１２に接続のされた導波路分岐側
の単一モード導波路１０２０、１０２１とを備える。

【００３８】したがって、図２５のＹ字状素子（タイプ
Ａ）は、単一モード導波路１０１１または１０２０、１
０２１によって伝送される導波光を、多モード導波路１
０１２を介して分岐、結合させる素子である。

【００３９】また、図２６は、別の導波路型光分岐結合
素子を示す断面図である。図２５に示される光ブランチ
ングデバイスをタイプＢの導波路とする。タイプＢの導
波路は、基板１００１と、基板１００１上に形成された
単一モード導波路１０７１，１０７２とを備えている。
単一モード導波路１０７１，１０７２は、その結合部１
０７０において、並列的に近接している。

【００４０】本願発明者らは、これらのタイプＡおよび
Ｂの導波路には、以下のような改良すべき点があること
に気付いた。

【００４１】このタイプＢの素子を設計通りの分岐比を
持つように作製するには、結合部１０７０における導波
路１０７１と１０７２の間隔が極めて正確に設計値に一
致するように製作工程を制御する必要がある。

【００４２】本願発明者らは、タイプＢの導波路を幾つ
か試作した。その結果、いくつかの不良品ができた。そ
こで、本願発明者らは、この不良品のできた原因を考察
した。

【００４３】試作品を顕微鏡で観察したところ、結合部
１０７０における導波路１０７１と１０７２の間隔は、
設計値に一致していなかった。本願発明者らは、この原
因の１つは、結合部１０７０を製造する際のエッチング
の不完全性に起因すると考えている。図２６の素子を大
量生産する場合の歩留まりは、改善されるべきである。

【００４４】図２７の導波路は、図２６の方向性結合器
において、結合部１０７０を、直線状の多モード導波路
１０６０に置き換えた光ブランチングデバイスである。
多モード導波路１０６０の両末端には、曲線状の単一モ
ード導波路１０４０、１０４１および１０４２、１０４
３がそれぞれ接続されている。図２７に示す導波路をタ
イプＣの導波路とする。

【００４５】タイプＣの素子は、タイプＢの素子のよう
な、２つの単一モード導波路を並列的に近接させた結合
部構造を有さないため、加工安定性に優れている。した
がって、タイプＣの導波路は、タイプＢの導波路より
も、歩留まりが高い。

【００４６】一方、本願発明者らは、図２５のＹ字状素
子は、導波路を形成の際に、分岐部にある鋭角形状の間
隙部８０の先端が、シャープにならず、丸くなることに
気付いた。これは、分岐部における損失の増加を引き起
こす。損失の増加は、良品の歩留りを低下させてしま
う。

【００４７】図２８は、上記の素子における結合効率を
改善した優れた光ブランチングデバイスを示す断面図で
ある。しかし、この光ブランチングデバイスにおいて
も、さらに改善すべき点がある。この導波路をタイプＤ
の導波路とする。

【００４８】タイプＣの方向性結合器において、本願発
明者らは、分岐部において多モード導波路１０６０側の
電界分布と、単一モード導波路１０４０〜１０４３側の
分布との結合効率を高めるため、単一モード導波路間の
間隔を縮小してみた。しかし、導波路を形成した際に、
導波路構成物質（コア物質）が分岐部付近の間隙部１０
８０に侵入し、この結果、その形状になまり（変形）が
生じた。

【００４９】間隙部１０８０の形状のなまりは、モード
形状の不連続を引き起こして結合損を上昇させる。単一
モード導波路間の間隔を縮小しすぎると、結合損失の上
昇を招く。通常の製造技術では、この間隔を０．５マイ
クロメータ以下に縮小することは、困難である。したが
って、極度の間隔の縮小は、加工安定性と製造歩留まり
の増加の点において、好ましくない。

【００５０】以上、説明したようにタイプＡないしＤの
導波路は、損失を低下させると同時に、加工安定性を高
める必要がある。

【００５１】本発明の導波路型光分岐結合素子は、十分
な加工安定性を有するとともに、分岐部での損失がさら
に低減された導波路型光分岐結合素子を提供することを
目的とする。以下、本発明の実施例に係る光ブランチン
グデバイスについて説明する。

【００５２】図１は、本発明の１つの実施例に係る光ブ
ランチングデバイスを示す斜視図である。図２Ａは、こ
のデバイスを図の矢印Ｈ−Ｈを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図２Ｂは、図２Ａに示したデバイス
を図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切ったデバイスの断面図
である。図２Ｃは、図２Ａに示したデバイスを図の矢印
Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図
２Ｄは、図２Ａに示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図２Ｅは、図
２Ａに示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。図２Ｆは、図２Ａに示し
たデバイスを図の矢印Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図２Ｇは、図２Ａに示したデバイス
を図の矢印Ｇ−Ｇを通る平面で切ったデバイスの断面図
である。図３は、図２Ａに示した光ブランチングデバイ
スを示す図である。

【００５３】本実施例の導波路型光分岐素子（光ブラン
チングデバイス）は、シリコン基板２０１と、保持基板
２０１上に形成されたクラッド部材２０２と、第１コア
部材（第１テーパ導波路）２１０と、第２コア部材（第
２導波路）２２０と、第３コア部材（第３導波路）２２
１とを備える。

【００５４】第１コア部材２１０は、クラッド部材２０
２内に埋設されている。第２コア部材２２０は、クラッ
ド部材２０２内に埋設されている。第２コア部材２２０
は、第１コア部材２１０の第１端面２１１ｃに連続して
いる。第１端面２１１ｃと第２コア部材２２０との界面
（第２端面）を符号２２０ｃで示す。第３コア部材２２
１も、クラッド部材２０２内に埋設されている。第３コ
ア部材２２１は、第１コア部材２１０の第１端面２１１
ｃに連続している。第１端面２１１ｃと第３コア部材２
２１との界面（第３端面）を符号２２１ｃで示す。

【００５５】クラッド部材２０２（クラッド２０２，ク
ラッド層２０２）は、第１表面２０２ａを有している。
第１表面２０２ａは、基板２０１の主表面（基板２０１
とクラッド部材２０２との界面）２０１ａに平行であ
る。この第１表面２０２ａに垂直な方向と光の伝搬する
方向の双方に垂直な方向を幅方向とする。また、第１表
面２０２ａに垂直な方向を厚み方向とする。第１コア部
材２１０は、一定の幅および厚みを有する光伝送路２１
２と、一定の厚みを有し、光伝送路２１２に連続してこ
の光伝送路２１２から離れるほど広い幅を有するテーパ
ー型のコア部分２１１とを有している。光伝送路２１２
の幅は、図２Ａの面２１２ａと面２１２ｂとの間の距離
により規定される。

【００５６】第１コア部材２１０は、第１表面２０２ａ
に対して垂直な第１面（図２Ａの矢印Ｂ−Ｂを通る平
面）と交差することにより規定される第１垂直断面２１
２ｄを有している。第１コア部材２１０は、第１表面２
０２ａに対して垂直な第２面（図２Ａの矢印Ｃ−Ｃを通
る平面）であって第１端面２１１ｃと第１面（Ｂ−Ｂ
面）との間に位置する第２面（Ｃ−Ｃ面）と交差するこ
とにより規定される第２垂直断面２１２ｅを有してい
る。第１コア部材２１０は、第１表面２ａに対して平行
な第３面（図１の矢印Ｈ−Ｈを通る平面）と交差するこ
とにより規定される第１水平断面（図２Ａの符号２１０
ａで示される）を有している。

【００５７】第２コア部材２２０は、第１表面２０２ａ
に対して垂直な第４面（図２Ａの矢印Ｅ−Ｅを通る平
面）と交差することにより規定される第３垂直断面２２
０ｅを有している。第２コア部材２２０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第２水平断面
（図２Ａの符号２２０ｆで示される）を有している。

【００５８】第３コア部材２２１は、第４面（Ｅ−Ｅ
面）と交差することにより規定される第４垂直断面２２
１ｅを有している。第３コア部材２２１は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第３水平断面
２２１ｆを有している。

【００５９】換言すれば、図１ないし図３に示された分
岐導波路は、基板１、第１テーパ導波路２１０、第２導
波路２２０および第３導波路２２１を有している。

【００６０】第２コア部材２２０は、第１コア部材２１
０に近づくにしたがって細くなっている。第３コア部材
２２１も、第１コア部材２１０に近づくにしたがって細
くなっている。さらに、第２コア部材２２０と第３コア
部材２２１との間の間隔は、第１コア部材２１０に近づ
くにしたがって狭くなっている。この光ブランチングデ
バイスにおいて、第１コア部材２１０は、第１のマルチ
モード導波路２１０でを含み、第２コア部材２２０は、
第２のシングルモード導波路２２０であり、第３コア部
材２２１は、第３のシングルモード導波路２２１ある。
第１コア部材２１０はテーパ導波路２１１を含む。

【００６１】第２コア部材２２０と第３コア部材２２１
は、共に先細りの形状を有しているので、第２コア部材
２２０と第３コア部材２２１との間のスペースを一定と
した場合において、第２端面２２０ｃにおける第２コア
部材２２０の光軸ＯＰ２２０と、第３端面２２１ｃにお
ける第３コア部材２２１の光軸ＯＰ２２１との距離を近
接させることができる。

【００６２】したがって、第２コア部材２２０の第２端
面２２０ｃにおいて、この第２コア部材２２０内を伝達
する光は，コア２２０の径方向に電界分布を有する。電
界分布のピーク位置（第１ピーク位置）は、第２コア部
材２２０の光軸ＯＰ２２０のある位置である。第３コア
部材２２１の第３端面２２１ｃにおいて、この第３コア
部材２２１ｃ内を伝達する光は，コア２２１の径方向に
電界分布を有する。電界分布のピーク位置（第２ピーク
位置）は、第３コア部材２２１の光軸ＯＰ２２１のある
位置である。第１ピークと第２ピークとを近接させれ
ば、第１コア部材２１０と第２コア部材２２０との間を
伝搬する光の結合効率および第１コア部材２１０と第３
コア部材２２１との間を伝搬する光の結合効率は高める
ことができる。したがって、本発明によれば、分岐部で
の損失を低減しつつ導波光を分岐、結合させて出力する
ことができる。

【００６３】第２コア部材２２０は、第２端面（界面）
２２０ｃ、第３垂直断面２２０ｅおよび第２水平断面２
２０ｆを有している。

【００６４】第２端面２２０ｃは、第１コア部材（第１
テーパ導波路）２１０の第１端面２１１ｃに対して対向
している。第３垂直断面２２０ｅは、第１表面２０２ａ
に対して垂直な第４面（Ｅ−Ｅ面）と交差することによ
り規定される。第２水平断面２２０ｆは、第３面（Ｈ−
Ｈ面）と交差することにより規定される。ここで、第２
コア部材２２０は、先細りの形状であるので、第２端面
２２０ｃの面積は、第３垂直断面２２０ｅの面積よりも
小さい。また、第２コア部材２２０は、第４面と平行な
面（Ｇ−Ｇ面）と交差することによって規定される断面
２２０ｈを有している。第３垂直断面２２０ｅは、界面
２２０ｃと断面２２０ｈとの間に配置される。断面２２
０ｈの面積は、第３垂直断面２２０ｅの面積よりも大き
い。

【００６５】第３コア部材２２１は、クラッド部材２０
２内に埋設されている。第３コア部材２２１は、第３端
面２２１ｃ、第４垂直断面２２１ｅ、第３水平断面２２
１ｆを有している。第３端面（界面）２２１ｃは、第１
コア部材２１０の第１端面２１１ｃに対して対向してい
る。第４垂直断面２２１ｅは、この第３コア部材２２１
が、第４面（Ｅ−Ｅ面）と交差することにより規定され
る。第３水平断面２２１ｆは、第３コア部材２２１が、
第３面（Ｈ−Ｈ面）と交差することにより規定される。
第３コア部材２２１は、先細りの形状を有しているの
で、第３端面２２１ｃの面積は、第４垂直断面２２１ｅ
の面積よりも小さい。また、第３コア部材２２１は、第
４面（Ｅ−Ｅ面）と平行な面（Ｇ−Ｇ面）と交差するこ
とによって規定される断面２２１ｈを有している。第４
垂直断面２２１ｅは、界面２２１ｃと断面２２１ｈとの
間に配置される。断面２２１ｈの面積は、第４垂直断面
２２１ｅの面積よりも大きい。

【００６６】基板１は、基板表面２０１ａを有してい
る。第１テーパ導波路２１０は、基板表面２０１ａ上に
形成されており、第１端面２１１ｃを有している。第２
導波路２２０は、基板表面２０１ａ上に形成されてい
る。第２導波路２２０は、第１端面２１１ｃとの界面２
２０ｃ、基板表面１ａと交差する面を含む第１側面２２
０ａ、第１側面２２０ａに対向する第２側面２２０ｂを
有している。

【００６７】第３導波路２２１は、基板表面２０１ａ上
に形成されている。第３導波路は２２１、第１端面２１
１ｃとの界面２２１ｃ、基板表面２０１ａと交差する面
を含む第３側面２２１ａ、第３側面２２１ａに対向する
第４側面２２１ｂを有している。第４側面２２１ｂは、
第１側面２２０ａと第３側面２２１ａとの間に配置され
ている。第１側面２２０ａは、第２側面２２０ｂと第４
側面２２１ｂとの間に配置されている。

【００６８】第１端面２１１ｃの幅は、基板表面２０１
ａの法線方向（厚み方向）および第１端面２１１ｃの法
線方向（光軸方向）の双方に垂直な方向（幅方向）に沿
った第１端面２１１ｃの長さである。第１端面２１１ｃ
の幅（Ｗｔ）は、第２側面２２０ｂと第３側面２２１ａ
との間の距離よりも大きい。すなわち、側面２２０ａ、
２２０ｂ、２２１ａ、２２１ｂと第１端面２１１ｃとの
交線をそれぞれ、交線２２０ｉ、２２０ｊ、２２１ｊ、
２２１ｉとし、第１端面２１１ｃと端面２１１ｂとの間
の交線を２１１ｉとし、第１端面２１１ｃと端面２１１
ａとの交線を２１１ｊとすれば、第１端面２１１ｃの幅
はＷｔは、交線２１１ｉと交線２１１ｊとの間の距離で
規定される。また、第２界面２２０ｃの幅（Ｗ２）は、
交線２２０ｉと２２０ｊとの間の距離によって規定さ
れ、第３界面２２１ｃの幅（Ｗ２）は、交線２２１ｉと
２２１ｊとの間の距離によって規定される。第３界面２
２１ｃと第２界面２２０ｃとの間の距離（Ａ）は、交線
２２０ｊと２２１ｊとの間の距離によって規定される。
つまり、交線２１１ｉと交線２１１ｊとの間の距離（Ｗ
ｔ）は、交線２２０ｉと２２１ｉとの間の距離（Ｗ２＋
Ｗ２＋Ａ）よりも大きい。

【００６９】第１コア部材２１０は、界面２１２ｃを介
して第１コア部材２１０に入力された光が、第１垂直断
面２１２ｄおよび第２垂直断面２１２ｅを横切って第１
水平断面２１０ａに沿った方向に伝搬して第１端面２１
１ｃから出力されるように配置されている。

【００７０】第２コア部材は、第１端面２１１ｃから出
力された光が、第２界面２２０ｃを通って第２コア部材
２２０に入力され、第３垂直断面２２０ｅを横切って第
２水平断面２２０ｆに沿った方向に伝搬して第２コア部
材２２０の端面２２０ｄを通って出力されるように配置
されている。

【００７１】第３コア部材２２１は、第１端面２１１ｃ
から出力された光が、第３端面２２１ｃを通って第３コ
ア部材２１１に入力され、第４垂直断面２２１ｅを横切
って第３水平断面２２１ｆに沿った方向に伝搬して第３
コア部材２２１から出力されるように配置されている。

【００７２】ここで、第１端面２１１ｃの面積は、第１
垂直断面２１２ｄの面積よりも大きい。すなわち、第１
コア部材２１０は、第２および第３コア部材方向２２
０，２２１に向かって広がったテーパー形状の部分２１
１を有している。テーパー形状の部分２１１は、第１コ
ア部材２１０の光軸ＯＰ（中心線）に対して所定の角度
を有する面２１１ａおよび２１１ｂを有している。換言
すれば、テーパー形状の部分（テーパ導波路）２１１の
第１表面２０２ａに垂直な２つの表面と、第３表面（Ｈ
−Ｈ面）との交線２１１ａ，２１１ｂは、第３表面の第
１コア部材２１０の光軸ＯＰ（中心線）に対して所定の
角度を有している。第１コア部材２１０がテーパー部分
２１１を含んでいることにより、第１コア部材２１０の
端面（第４端面）２１２ｃに入力された光信号のエネル
ギー（パワー）密度は、この光が第１垂直断面２１２ｄ
を通過して第１端面２１１ｃに向かうにしたがって減少
する。

【００７３】第１コア部材２１０の端面２１１ｃから出
力された光は、界面２２０ｃから第２コア部材２２０に
入力され、第３端面２２１ｃから第３コア部材２２１に
入力される。本願発明者らは、これまでの研究から、２
つの光部品間を伝搬する光の結合効率を増加されるため
には、それぞれの光部品の対向する端面を光の伝搬する
方向に対して垂直にすることが有効であることに気付い
た。本実施例の光ブランチングデバイスの第１端面２１
１ｃは、この第１端面２１１ｃを通過する光の進行方向
に対して垂直である。したがって、界面２２０ｃは、こ
の界面２２０ｃに入射される光の進行方向に対して垂直
である。界面２２１ｃは、この界面２２１ｃに入射され
る光の進行方向に対して垂直である。したがって、第１
端面２１１ｃは、界面２２０ｃに対して対向しており、
第１端面２１１ｃは界面２２０ｃに平行である。第１端
面２１１ｃは、界面２２１ｃに対して対向しており、第
１端面２１１ｃは第３端面２２１ｃに平行である。

【００７４】第２コア部材２２０は、第１表面２０２ａ
に対して垂直な面２２０ａおよび２２０ｂを有してい
る。面２２０ａおよび面２２０ｂは、第２コア部材２２
０内を伝搬する光の進行方向に対して平行である。ま
た、面２２０ａと面２２０ｂとは互いに対向しており、
面２２０ａおよび面２２０ｂは平行である。したがっ
て、面２２０ａと面２２０ｂは、第１表面２０２ａと第
２端面２２０ｃの双方に垂直である。

【００７５】同様に、第３コア部材２２１は、第１表面
２０２ａに対して垂直な面２２１ａおよび２２１ｂを有
している。面２２１ａおよび面２２１ｂは、第３コア部
材２２１内を伝搬する光の進行方向に対して平行であ
る。また、面２２１ａと面２２１ｂとは互いに対向して
おり、面２２１ａおよび面２２１ｂは平行である。した
がって、面２２１ａと面２２１ｂは、第１表面２０２ａ
と第３端面２２１ｃの双方に垂直である。

【００７６】第２導波路２２０は、一定の幅を有する一
定幅導波路２２０ｘと、一定幅導波路２２０ｘに連続し
た傾斜幅導波路２２０ｙとを有している。傾斜幅導波路
２２０ｙは、第１端面２１１ｃに近づくにしたがって、
その幅が細くなっており、傾斜幅導波路２２０ｙの幅
は、一定幅導波路２２０ｘの幅の１／２ないし４／５で
ある。

【００７７】第３導波路２２１は、一定の幅を有する一
定幅導波路２２１ｘと、一定幅導波路２２１ｘに連続し
た傾斜幅導波路２２１ｙとを有している。傾斜幅導波路
２２１ｙは、第１端面２１１ｃに近づくにしたがって、
その幅が細くなっており、傾斜幅導波路２２１ｙの幅
は、一定幅導波路２２１ｘの幅の１／２ないし４／５で
ある。

【００７８】第２コア部材２２０と第３コア部材２２１
との間隔は、第１コア部材２１０から離れるにしたがっ
て広くなる。すなわち、第２コア部材２２０は、第３コ
ア部材２２１から離れる方向に曲った曲面２３０ａおよ
び２３０ｂを有している。曲面２３０ａは、平面２２０
ａに連続しており、曲面２３０ｂは、平面２２０ｂに連
続している。曲面２３０ａの曲率半径はＲであり、曲面
２３０ｂの曲率半径もほぼＲである。第３コア部材２２
１は、第２コア部材２２０から離れる方向に曲った曲面
２３１ａおよび２３１ｂを有している。曲面２３１ａ
は、平面２２１ａに連続しており、曲面２３１ｂは、平
面２２１ｂに連続している。曲面２３０ａの曲率半径は
Ｒであり、曲面２３０ｂの曲率半径もほぼＲである。第
２コア部材２２０および第３コア部材２２１は、Ｓ字形
導波路である。

【００７９】第２端面２２０ｃから第２コア部材２２０
に入力された光は、第２コア部材２２０の端面２２０ｄ
から出力される。第３端面２２１ｃから第３コア部材２
２１に入力された光は、第３コア部材２２１の端面２２
１ｄから出力される。ここで、第２コア部材２２０の入
力端面２２０ｃから出力端面２２０ｄまでの光路長は、
第３コア部材２２１の入力端面２２１ｃから出力端面２
２１ｄまでの光路長に等しい。

【００８０】したがって、第１コア部材２１０からこれ
らのコア部材２２０，２２１に入力された光がコア部材
２２０，２２１から出力される場合において、コア部材
２２０，２２１によって分岐されたそれぞれの光ビーム
の出力端面２２０ｄ，２２１ｄにおける位相は揃ってい
る。それぞれの端面２２０ｄ，２２１ｄから出力された
光ビームの位相は、お互いに揃っているので、これらの
出力光を再び合成する場合などにおいても、それぞれの
ビームの位相は容易に整合する。

【００８１】図４は、図２Ａに示した光ブランチングデ
バイスの第２コア部材２２０および第３コア部材２２１
の端面２２０ｄ，２２１ｄを改良したデバイスを示す図
である。図２Ａに示した光ブランチングデバイスの端面
２２０ｄ，２２１ｄは、露出している。露出した端面２
２０ｄの法線方向は、第３コア部材２２１の内を伝搬す
る光の進行方向（光軸方向）に対して所定の角度を有し
ている。また、露出した端面２２１ｄの法線方向は、第
３コア部材２２１内を伝搬する光の進行方向に対して所
定の角度を有している。前述のように、本願発明者ら
は、これまでの研究から、２つの光部品間を伝搬する光
の結合効率を増加されるためには、それぞれの光部品の
対向する端面を光の伝搬する方向（光軸）に対して垂直
にすることが有効であることに気付いた。そこで、本実
施例の光ブランチングデバイスは、図４に示すように、
第２コア部材２２０の出力端面２２０ｄが、第２コア部
材２２０の光軸ＯＰ２０２（一点鎖線で示す）に対して
垂直になるように第２コア部材２２０を配置する。第２
コア部材２２０の端面２２０ｄに対向する位置にレンズ
Ｌ２０２を介して光ファイバＦ２０２を配置する。ま
た、第３コア部材２２１の出力端面２２１ｄが、第３コ
ア部材２２１の光軸ＯＰ２０３（一点鎖線で示す）に対
して垂直になるように第３コア部材２２１を配置する。
第３コア部材２２１の端面２２１ｄに対向する位置にレ
ンズＬ２０３を介して光ファイバＦ２０３を配置する。
また、第１コア部材２１０の入力端面２１２ｃが、第１
コア部材２１０の光軸ＯＰ２０１（一点鎖線で示す）に
対して垂直になるように第１コア部材２１０を配置す
る。第１コア部材２１０の端面２１２ｃに対向する位置
にレンズＬ２０１を介して光ファイバＦ２０１を配置す
る。

【００８２】図５は、図４に示した光ブランチングデバ
イスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイスＢ
Ｒ２０１，ＢＲ２０２，ＢＲ２０３を接続した１ｘ４構
造を有する光ブランチングデバイスである。この光ブラ
ンチングデバイスは、第１の光ブランチングデバイスＢ
Ｒ２０１と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ２０１
の出力端面２２０ｄに、第２の光ブランチングデバイス
ＢＲ２０２の入力端面２１２ｃが接続された第２の光ブ
ランチングデバイスＢＲ２０２と、第１の光ブランチン
グデバイスＢＲ２０１の出力端面２２１ｄに、第３の光
ブランチングデバイスＢＲ２０３の入力端面２１２ｃが
接続された第３の光ブランチングデバイスＢＲ２０３と
を備える。

【００８３】端面Ｐ２０１から第１の光ブランチングデ
バイスＢＲ２０１に入力された光信号（図の実線矢印で
示す）は、この光ブランチングデバイスによって、分離
されて、第２の光ブランチングデバイスＢＲ２０２の端
面Ｐ２０２，Ｐ２０３、および第３の光ブランチングデ
バイスＢＲ２０３の端面Ｐ２０４，Ｐ２０５から出力さ
れる。一方、端面Ｐ２０２〜Ｐ２０５から入力されたそ
れぞれの光信号（図の一点鎖線矢印で示す）は、この光
ブランチングデバイスによって、合成されて、端面Ｐ２
０１から出力される。

【００８４】図６は、図４に示した光ブランチングデバ
イスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイスＢ
Ｒ２０１，ＢＲ２０２，ＢＲ２０３，ＢＲ２０４，ＢＲ
２０５，ＢＲ２０６，ＢＲ２０７を接続した１ｘ８構造
を有する光ブランチングデバイスである。この光ブラン
チングデバイスは、入力端面（入力ポート）を有する第
１の光ブランチングデバイスＢＲ２０１と、第１の光ブ
ランチングデバイスＢＲ２０１の出力端面２２０ｄに、
第２の光ブランチングデバイスＢＲ２０２の入力端面２
１２ｃが接続された第２の光ブランチングデバイスＢＲ
２０２と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ２０１の
出力端面２２１ｄに、第３の光ブランチングデバイスＢ
Ｒ２０３の入力端面２１２ｃが接続された第３の光ブラ
ンチングデバイスＢＲ２０３とを有している。

【００８５】さらに、この光ブランチングデバイスは、
第２の光ブランチングデバイスＢ２０Ｒ２の出力端面２
２０ｄに、第４の光ブランチングデバイスＢＲ２０４の
入力端面２１２ｃが接続された第４の光ブランチングデ
バイスＢＲ２０４と、第２の光ブランチングデバイスＢ
Ｒ２０２の出力端面２２１ｄに、第５のブランチングデ
バイスＢＲ２０５の入力端面２１２ｃが接続された第５
の光ブランチングデバイスＢＲ２０５と、第３の光ブラ
ンチングデバイスＢＲ２０３の出力端面２２０ｄに、第
６の光ブランチングデバイスＢＲ２０６の入力端面２１
２ｃが接続された第６の光ブランチングデバイスＢＲ２
０６と、第３の光ブランチングデバイスＢＲ２０３の出
力端面２２１ｄに、第７の光ブランチングデバイスＢＲ
２０７の入力端面２１２ｃが接続された第７の光ブラン
チングデバイスＢＲ２０７とを備える。

【００８６】したがって、この光ブランチングデバイス
は、このデバイスに入力された１つの光ビームを８つの
ビームに分岐することができ、このデバイスに入力され
た８つのビームを１つのビームに合成することができ
る。なお、これらの光ブランチングデバイスＢＲ２０
１，ＢＲ２０２，ＢＲ２０３，ＢＲ２０４，ＢＲ２０
５，ＢＲ２０６，ＢＲ２０７は同一基板２０１上に形成
されている。

【００８７】次に、本発明の１つの実施例に係る光ブラ
ンチングデバイスについて説明する。

【００８８】本発明の１つの実施例に係る光ブランチン
グデバイスを図７ないし図９に示す。これは単一モード
導波路３１２または３２０、３２１によって伝送される
導波光を、多モードのテーパ導波路３１１を介して分
岐、結合させる略Ｙ字状の分岐結合素子（Ｙ字状素子）
である。本実施例の光ブランチングデバイスは、図１に
示した光ブランチングデバイスの第２および第３コア部
材２２０，２２１を第１コア部材２１０から分離した構
造を有する。

【００８９】本発明に係る導波路型光分岐結合素子の一
つは、多モード導波路３１０と、２つの単一モード導波
路３２０，３２１とを備えている。単一モード導波路３
２０，３２１は、多モード導波路３１０側の端部３２０
ｃ，３２１ｃが互いに近接している。端面３２０ｃ，３
２１ｃは、多モード導波路３１０の一方の端面３１１ｃ
と所定の間隔（Ｂ）をあけて対向している。

【００９０】２つの単一モード導波路３２０，３２１の
うち少なくとも１つの導波路は、基端部側から多モード
導波路３１１側に向かって徐々にその幅が縮小されてい
る。したがって、２つの単一モード導波路３２０，３２
１の中心間の間隔は、図２８に示した光ブランチングデ
バイスのそれよりも狭められている。

【００９１】ここで、多モード導波路３１０は、所定幅
の単一モード導波路３１２と端部に接続されたテーパ導
波路３１１とからなる。このテーパ導波路３１１は、後
述するように、所定幅の導波路に接続され平面形状がテ
ーパ状のテーパ部と、テーパ部に接続されテーパ部の末
端とほぼ同一幅の直線部とを有するものであってもよ
い。また、後述するように、多モード導波路側の端部が
互いに近接し、多モード導波路の他方の端面と所定の間
隔をあけて対向する２つの単一モード導波路をさらに備
えてもよい。

【００９２】光ブランチングデバイスは、多モード導波
路と、多モード導波路の一方の末端に接続され、多モー
ド導波路側の端部が互いに近接する２つの単一モード導
波路とを備え、２つの単一モード導波路のうち少なくと
も１つが基端部側から多モード導波路側に向かって徐々
に幅が縮小されることにより、２つの単一モード導波路
の中心間の間隔が狭められたことを特徴としている。

【００９３】この導波路型光分岐結合素子は、多モード
導波路の他方の末端に接続され、多モード導波路側の端
部が互いに近接する２つの単一モード導波路をさらに備
えてもよい。以上の導波路型光分岐結合素子は、単一モ
ード導波路の多モード導波路側の末端幅が基端部の幅の
１／２〜４／５になるように縮小されていてもよい。

【００９４】本発明に係る導波路型光分岐結合素子のう
ち、多モード導波路の一方の端面と２つの単一モード導
波路の端面が対向するものは、多モード導波路と２つの
単一モード導波路とが分離した分岐部構造を有するの
で、分岐部に加工困難な間隙部を設けることなく導波光
の分岐、結合が可能である。このため、分岐部の加工が
容易で優れた加工安定性を有する。

【００９５】さらに、２つの単一モード導波路の幅が基
端部側から多モード導波路側に向かって徐々に縮小され
ているので、２つの単一モード導波路の中心間の間隔が
狭められる。これにより、単一モード導波路の末端にお
ける電界分布の２つのピークが接近し、分岐部での電磁
界分布の結合効率が高まる。したがって、分岐部での損
失を低減しつつ導波光を分岐、結合させて出力すること
ができる。

【００９６】また、上記の導波路型光分岐素子のうち、
多モード導波路がテーパ部と直線部とを有するテーパ導
波路であるものは、上記の作用に加えて特に以下の作用
を有する。すなわち、導波光が多モード導波路から単一
モード導波路へ向かって伝送される場合、導波光は、テ
ーパ部にて放射状に広がった波面が直線部にて平面状に
戻されてから単一モード導波路に入射する。これによ
り、多モード導波路の端面のうち、単一モード導波路の
末端幅縮小により、対向する導波路端面が存在しなくな
った部分にて生じる導波光の放射を抑えながら導波光を
分岐して出力することができる。

【００９７】また、本発明に係る導波路型光分岐素子の
うち、多モード導波路の一方の末端に２つの単一モード
導波路が接続されているものは、２つの単一モード導波
路の幅が基端部側から多モード導波路側に向かって徐々
に縮小されているので、２つの単一モード導波路の中心
間の間隔が狭められる。これにより、２つの単一モード
導波路の末端における電界分布の２つのピークが接近
し、分岐部での電磁界分布の結合効率が高まって、分岐
部での損失を低減しつつ導波光を分岐、結合させて出力
することができる。

【００９８】図７のように、例えばシリコンからなる基
板１の上面に、例えばＳｉＯ₂からなる透明材料層が形
成されている。この透明材料層は高屈折率のコア、すな
わち単一モード導波路３１２、多モードのテーパ導波路
３１１および分岐側の単一モード導波路（以下、分岐側
導波路と呼ぶ。）３２０，３２１と、このコアが埋め込
まれた低屈折率のクラッド３０２とからなる。なお、導
波路３１１，３１２，３２０および３２１は、いずれも
これらの部材内を光が伝搬する方向に沿って形成されて
いる。

【００９９】テーパ導波路３１１は単一モード導波路３
１２に接続されている。また、分岐側導波路３２０，３
２１の端面３２０ｃ，３２１ｃはともに、テーパ導波路
３１１の端面と所定の間隔をあけて対向している。

【０１００】単一モード導波路３１２の、基板の表面方
向に沿った平面形状は直線であり、テーパ導波路３１１
の平面形状は、単一モード導波路３１２側から分岐部側
に向かって末広がりのテーパ形状である。また、分岐側
導波路３２０，３２１は、基端部３２０ｄ，３２１ｄ側
からテーパ導波路３１２に向かって徐々に幅が縮小され
ている。

【０１０１】図９を用いて、図７および図８に示される
光ブランチングデバイスの構造をより詳しく説明する。
図９のように、テーパ導波路３１１は末端幅がＷｔ、長
さがＬｔであり、幅がＷ１の単一モード導波路３１２に
接続されている。分岐側の単一モード導波路３２０，３
２１の端面３２０ｃ，３２１ｃは、テーパ導波路３１１
の端面と所定の間隔Ｂをあけて対向している。また、分
岐側導波路３２０、３２１は、分岐部側の端部が間隔Ａ
をあけて互いに近接しており、テーパ導波路３１１の中
央線に関して対称に、なおかつ、光の伝搬する方向に向
かって徐々に互いの間隔が大きくなるように配置されて
いる。優れた加工安定性と低損失性を同時に実現するた
めには、テーパ導波路３１１の端面と分岐側導波路３２
０、３２１の端面との間隔Ｂは、２〜８μｍ程度である
ことが好ましい。

【０１０２】分岐側導波路３２０、３２１は、一定幅の
基端部３２０ｘ，３２１ｘに、外縁の曲率半径がＲでテ
ーパ導波路３１１に向かって徐々に幅が縮小された単一
モード導波路３２０ｙ，３２１ｙが接続されたものであ
る。ここで、基端部３２０ｘ，３２１ｘは、共に、幅が
Ｗ１で曲率半径がＲの曲線形状の単一モード導波路であ
る。また、分岐側導波路３２０、３２１の第１端面３１
１ｃ側の末端幅はＷ２である。なお、分岐側導波路３２
０、３２１の幅は、基端部３２０ｘ，３２１ｘ側から導
波路の光軸中心軸に沿って１ｍｍテーパ導波路１２側に
向かうごとに３μｍ小さくなる。

【０１０３】ここで、単一モード導波路の幅について述
べると、単一モード条件の下で十分なスラブ型の電磁界
の閉じ込め作用を実現し、導波路からの放射を十分に抑
えながら光を伝送するためには、導波路の正規化周波数
Ｖが、（３／８）π≦Ｖ≦（１／２）π…（１）の条件を満たすように導波路の幅（Ｗ）を設定すること
が好ましい。なお、Ｖ＝（π・Ｗ／λ）・（Ｎ₁ ²−Ｎ₂ ²）^1/2 ここで、Ｗ…導波路の幅 λ…導波光の波長Ｎ₁…コアの屈折率Ｎ₂…クラッドの屈折率である。

【０１０４】本実施例に係る図９の素子では、基端部３
２０ｘ，３２１ｘおよび単一モード導波路３１２の幅
は、式（１）の条件をみたす様に設定される。基端部３
２０ｘ，３２１ｘおよび単一モード導波路３１２の幅の
値は、それぞれＷ１である。しかし、テーパ導波路３１
１と分岐側導波路３２０、３２１とが分離した分岐部構
造を有する点、および分岐側導波路３２０、３２１の末
端幅（＝Ｗ２）が基端部３２０ｘ，３２１ｘおよび単一
モード導波路３１２の幅（＝Ｗ１）より縮小されている
点で図２５の素子と異なっている。

【０１０５】本実施例の素子について、さらに詳しく説
明する。

【０１０６】本実施例の光ブランチングデバイスは、図
７に示した光ブランチングデバイスの第２および第３コ
ア部材３２０，３２１を第１コア部材３１０から分離し
た構造を有する。第２コア部材３２０および第３コア部
材３２１は、第１端面３１１ｃに近づくにしたがって、
細くなっている。

【０１０７】図７は、この光ブランチングデバイスを示
す斜視図である。図８Ａは、このデバイスを図の矢印Ｈ
−Ｈを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図８
Ｂは、図８Ａに示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る
平面で切ったデバイスの断面図である。図８Ｃは、図８
Ａに示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切っ
たデバイスの断面図である。図８Ｄは、図８Ａに示した
デバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で切ったデバイス
の断面図である。図８Ｅは、図８Ａに示したデバイスを
図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデバイスの断面図で
ある。図８Ｆは、図８Ａに示したデバイスを図の矢印Ｆ
−Ｆを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図８
Ｇは、図８Ａに示したデバイスを図の矢印Ｇ−Ｇを通る
平面で切ったデバイスの断面図である。図９は、図８Ａ
に示した光ブランチングデバイスを示す図である。

【０１０８】本実施例の導波路型光分岐素子（光ブラン
チングデバイス）は、シリコン基板３０１と、保持基板
３０１上に形成されたクラッド部材３０２と、第１コア
部材（第１テーパ導波路）３１０と、第２コア部材（第
２導波路）３２０と、第３コア部材（第３導波路）３２
１とを備える。

【０１０９】第１コア部材３１０は、クラッド部材３０
２内に埋設されている。第２コア部材３２０は、クラッ
ド部材３０２内に埋設されている。第２コア部材３２０
は、第１コア部材３１０の第１端面３１１ｃに第１の間
隔をあけて対向する第２の端面３２０ｃを有している。
第３コア部材３２１も、クラッド部材３０２内に埋設さ
れている。第３コア部材３２１は、第１コア部材１０の
第１端面３１１ｃに第２の間隔を開けて対向する第３端
面３２１ｃを有している。

【０１１０】クラッド部材３０２（クラッド３０２，ク
ラッド層３０２）は、第１表面３０２ａを有している。
第１表面３０２ａは、基板３０１の主表面３０１ａに平
行である。この第１表面３０２ａに垂直な方向と光の伝
搬する方向の双方に垂直な方向を幅方向とする。また、
第１表面３０２ａに垂直な方向を厚み方向とする。第１
コア部材３１０は、一定の幅および厚みを有する光伝送
路３１２、一定の厚みを有し、光伝送路３１２に連続し
てこの光伝送路３１２から離れるほど広い幅を有するテ
ーパー型のコア部分３１１とを有している。光伝送路３
１２の幅３１２は、図８Ａの面３１２ａと面３１２ｂと
の間の距離により規定される。

【０１１１】第１コア部材３１０は、第１表面３０２ａ
に対して垂直な第１面（図８Ａの矢印Ｂ−Ｂを通る平
面）と交差することにより規定される第１垂直断面３１
２ｄを有している。第１コア部材３１０は、第１表面３
０２ａに対して垂直な第２面（図８Ａの矢印Ｃ−Ｃを通
る平面）であって第１端面３１１ｃと第１面（Ｂ−Ｂ
面）との間に位置する第２面（Ｃ−Ｃ面）と交差するこ
とにより規定される第２垂直断面３１２ｅを有してい
る。第１コア部材３１０は、第１表面３０２ａに対して
平行な第３面（図７の矢印Ｈ−Ｈを通る平面）と交差す
ることにより規定される第１水平断面（図８Ａの符号３
１０ａで示される）を有している。

【０１１２】第２コア部材３２０は、第１表面３０２ａ
に対して垂直な第４面（図８Ａの矢印Ｅ−Ｅを通る平
面）と交差することにより規定される第３垂直断面３２
０ｅを有している。第２コア部材３２０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第２水平断面
（図８Ａの符号３２０ｆで示される）を有している。

【０１１３】第３コア部材３２１は、第４面（Ｅ−Ｅ
面）と交差することにより規定される第４垂直断面３２
１ｅを有している。第３コア部材３２１は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第３水平断面
３２１ｆを有している。

【０１１４】換言すれば、図７ないし図９に示された分
岐導波路は、基板３０１、第１テーパ導波路３１０、第
２導波路３２０および第３導波路３２１を有している。

【０１１５】第２コア部材３２０は、第１コア部材３１
０に近づくにしたがって細くなっている。第３コア部材
３２１も、第１コア部材３１０に近づくにしたがって細
くなっている。さらに、第２コア部材３２０と第３コア
部材３２１との間の間隔は、第１コア部材３１０に近づ
くにしたがって狭くなっている。この光ブランチングデ
バイスにおいて、第１コア部材３１０は、第１のマルチ
モード導波路３１０であり、第２コア部材３２０は、第
２のシングルモード導波路３２０であり、第３コア部材
３２１は、第３のシングルモード導波路３２１ある。第
１コア部材３１０はテーパ導波路３１１を含む。

【０１１６】第２コア部材３２０と第３コア部材３２１
は、共に先細りの形状を有しているので、第２コア部材
３２０と第３コア部材３２１との間のスペースを一定と
した場合において、第２端面３２０ｃにおける第２コア
部材３２０の光軸と、第３端面３２１ｃにおける第３コ
ア部材３２１の光軸との距離を近接させることができ
る。

【０１１７】したがって、第２コア部材３２０の第２端
面３２０ｃにおいて、この第２コア部材３２０内を伝達
する光は，コア３２０の径方向に電界分布を有する。電
界分布のピーク位置（第１ピーク位置Ｐ１）は、第２コ
ア部材３２０の光軸のある位置である。第３コア部材３
２１の第３端面３２１ｃにおいて、この第３コア部材３
２１ｃ内を伝達する光は，コア３２１の径方向に電界分
布を有する。電界分布のピーク位置（第２ピーク位置Ｐ
２）は、第３コア部材３２１の光軸のある位置である。
第１ピークと第２ピークとを近接させれば、第１コア部
材３１０と第２コア部材３２０との間を伝搬する光の結
合効率および第１コア部材３１０と第３コア部材３２１
との間を伝搬する光の結合効率は高めることができる。
したがって、本発明によれば、分岐部での損失を低減し
つつ導波光を分岐、結合させて出力することができる。

【０１１８】第２コア部材３２０は、第２端面３２０
ｃ、第３垂直断面３２０ｅおよび第２水平断面３２０ｆ
を有している。第２端面３２０ｃは、第１コア部材（第
１テーパ導波路）３１０の第１端面３１１ｃに対して対
向している。

【０１１９】第３垂直断面３２０ｅは、第１表面３０２
ａに対して垂直な第４面（Ｅ−Ｅ面）と交差することに
より規定される。第２水平断面３２０ｆは、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される。ここで、第
２コア部材３２０は、先細りの形状であるので、第２端
面３２０ｃの面積は、第３垂直断面３２０ｅの面積より
も小さい。また、第２コア部材３２０は、第４面と平行
な面（Ｇ−Ｇ面）と交差することによって規定される断
面３２０ｈを有している。第３垂直断面３２０ｅは、界
面３２０ｃと断面３２０ｈとの間に配置される。断面３
２０ｈの面積は、第３垂直断面３２０ｅの面積よりも大
きい。

【０１２０】第３コア部材３２１は、クラッド部材３０
２内に埋設されている。第３コア部材３２１は、第３端
面３２１ｃ、第４垂直断面３２１ｅ、第３水平断面３２
１ｆを有している。第３端面）３２１ｃは、第１コア部
材３１０の第１端面３１１ｃに対して対向している。第
４垂直断面３２１ｅは、この第３コア部材３２１が、第
４面（Ｅ−Ｅ面）と交差することにより規定される。第
３水平断面３２１ｆは、第３コア部材３２１が、第３面
（Ｈ−Ｈ面）と交差することにより規定される。第３コ
ア部材３２１は、先細りの形状を有しているので、第３
端面３２１ｃの面積は、第４垂直断面３２１ｅの面積よ
りも小さい。また、第３コア部材３２１は、第４面（Ｅ
−Ｅ面）と平行な面（Ｇ−Ｇ面）と交差することによっ
て規定される断面３２１ｈを有している。第４垂直断面
３２１ｅは、界面３２１ｃと断面３２１ｈとの間に配置
される。断面３２１ｈの面積は、第４垂直断面３２１ｅ
の面積よりも大きい。

【０１２１】基板３０１は、基板表面３０１ａを有して
いる。第１テーパ導波路３１０は、基板表面３０１ａ上
に形成されており、第１端面３１１ｃを有している。第
２導波路３２０は、基板表面３０１ａ上に形成されてい
る。第２導波路３２０は、第１端面３１１ｃとの界面３
２０ｃ、基板表面３０１ａと交差する面を含む第１側面
３２０ａ、第１側面３２０ａに対向する第２側面３２０
ｂを有している。

【０１２２】第３導波路３２１は、基板表面３０１ａ上
に形成されている。第１端面３１１ｃとの界面３２１
ｃ、基板表面３０１ａと交差する面を含む第３側面３２
１ａ、第３側面３２１ａに対向する第４側面３２１ｂを
有している。第４側面３２１ｂは、第１側面３２０ａと
第３側面３２１ａとの間に配置されている。第１側面３
２０ａは、第２側面３２０ｂと第４側面３２１ｂとの間
に配置されている。

【０１２３】第１端面３１１ｃの幅は、基板表面３０１
ａの法線方向（厚み方向）および第１端面３１１ｃの法
線方向（光軸方向）の双方に垂直な方向（幅方向）に沿
った第１端面３１１ｃの長さである。第１端面３１１ｃ
の幅（Ｗｔ）は、第２側面３２０ｂと第３側面３２１ａ
との間の距離よりも大きい。すなわち、側面３２０ａ、
３２０ｂ、３２１ａ、３２１ｂと第１端面３１１ｃとの
交線をそれぞれ、交線３２０ｉ、３２０ｊ、３２１ｊ、
３２１ｉとし、第１端面３１１ｃと端面３１１ｂとの間
の交線を３１１ｉとし、第１端面３１１ｃと端面３１１
ａとの交線を３１１ｊとすれば、第１端面３１１ｃの幅
はＷｔは、交線３１１ｉと交線３１１ｊとの間の距離で
規定される。また、第２端面３２０ｃの幅（Ｗ２）は、
交線３２０ｉと３２０ｊとの間の距離によって規定さ
れ、第３端面３２１ｃの幅（Ｗ２）は、交線３２１ｉと
３２１ｊとの間の距離によって規定される。第３端面３
２１ｃと第２端面３２０ｃとの間の距離（Ａ）は、交線
３２０ｊと３２１ｊとの間の距離によって規定される。
つまり、交線３１１ｉと交線３１１ｊとの間の距離（Ｗ
ｔ）は、交線３２０ｉと３２１ｉとの間の距離（Ｗ２＋
Ｗ２＋Ａ）よりも大きい。

【０１２４】第１コア部材３１０は、界面３１２ｃを介
して第１コア部材３１０に入力された光が、第１垂直断
面３１２ｄおよび第３垂直断面３１２ｅを横切って第１
水平断面３１０ａに沿った方向に伝搬して第１端面３１
１ｃから出力されるように配置されている。

【０１２５】第２コア部材は、第１端面３１１ｃから出
力された光が、第２界面３２０ｃを通って第２コア部材
３２０に入力され、第３垂直断面３２０ｅを横切って第
２水平断面３２０ｆに沿った方向に伝搬して第２コア部
材３２０の端面３２０ｄを通って出力されるように配置
されている。

【０１２６】第３コア部材３２１は、第１端面３１１ｃ
から出力された光が、第３端面３２１ｃを通って第３コ
ア部材３１１に入力され、第４垂直断面３２１ｅを横切
って第３水平断面３２１ｆに沿った方向に伝搬して第３
コア部材３２１から出力されるように配置されている。

【０１２７】ここで、第１端面３１１ｃの面積は、第１
垂直断面３１２ｄの面積よりも大きい。すなわち、第１
コア部材３１０は、第２および第３コア部材方向３２
０，３２１に向かって広がったテーパー形状の部分３１
１を有している。テーパー形状の部分３１１は、第１コ
ア部材３１０の光軸ＯＰ３１０（中心線）に対して所定
の角度を有する面３１１ａおよび３１１ｂを有してい
る。換言すれば、テーパー形状の部分（テーパ導波路）
３１１の第１表面３０２ａに垂直な２つの表面と、第３
表面（Ｈ−Ｈ面）との交線３１１ａ，３１１ｂは、第３
表面の第１コア部材３１０の光軸ＯＰ３１０（中心線）
に対して所定の角度を有している。第１コア部材３１０
がテーパー部分３１１を含んでいることにより、第１コ
ア部材３１０の端面（第４端面）３１２ｃに入力された
光信号のエネルギー（パワー）密度は、この光が第１垂
直断面３１２ｄを通過して第１端面３１１ｃに向かうに
したがって減少する。

【０１２８】第１コア部材３１０の端面３１１ｃから出
力された光は、界面３２０ｃから第２コア部材３２０に
入力され、第３端面３２１ｃから第３コア部材３２１に
入力される。

【０１２９】光ブランチングデバイスの第１端面３１１
ｃは、第１端面３１１ｃを通過する光の進行方向に対し
て垂直である。したがって、第２端面３２０ｃは、この
第２端面３２０ｃに入射される光の進行方向に対して垂
直である。第３端面３２１ｃは、この第３端面３２１ｃ
に入射される光の進行方向に対して垂直である。したが
って、第１端面３１１ｃは、第２端面３２０ｃに対して
対向しており、第１端面３１１ｃは第２端面３２０ｃに
平行である。第１端面３１１ｃは、第３端面３２１ｃに
対して対向しており、第１端面３１１ｃは第３端面３２
１ｃに平行である。

【０１３０】第２コア部材３２０は、第１表面３０２ａ
に対して垂直な面３２０ａおよび３２０ｂを有してい
る。面３２０ａおよび面３２０ｂは、第２コア部材３２
０内を伝搬する光の進行方向に対して平行である。ま
た、面３２０ａと面３２０ｂとは互いに対向しており、
面３２０ａおよび面３２０ｂは平行である。したがっ
て、面３２０ａと面３２０ｂは、第１表面３０２ａと第
２端面３２０ｃの双方に垂直である。

【０１３１】同様に、第３コア部材３２１は、第１表面
３０２ａに対して垂直な面３２１ａおよび３２１ｂを有
している。面３２１ａおよび面３２１ｂは、第３コア部
材３２１内を伝搬する光の進行方向に対して平行であ
る。また、面３２１ａと面３２１ｂとは互いに対向して
おり、面３２１ａおよび面３２１ｂは平行である。した
がって、面３２１ａと面３２１ｂは、第１表面３０２ａ
と第３端面３２１ｃの双方に垂直である。

【０１３２】第２導波路３２０は、一定の幅を有する一
定幅導波路３２０ｘと、一定幅導波路３２０ｘに連続し
た傾斜幅導波路３２０ｙとを有している。傾斜幅導波路
３２０ｙは、第１端面３１１ｃに近づくにしたがって、
その幅が細くなっており、傾斜幅導波路３２０ｙの幅
は、一定幅導波路３２０ｘの幅の１／２ないし４／５で
ある。

【０１３３】第３導波路３２１は、一定の幅を有する一
定幅導波路３２１ｘと、一定幅導波路３２１ｘに連続し
た傾斜幅導波路３２１ｙとを有している。傾斜幅導波路
３２１ｙは、第１端面３１１ｃに近づくにしたがって、
その幅が細くなっており、傾斜幅導波路３２１ｙの幅
は、一定幅導波路３２１ｘの幅の１／２ないし４／５で
ある。

【０１３４】第２コア部材３２０と第３コア部材３２１
との間隔は、第１コア部材３１０から離れるにしたがっ
て広くなる。すなわち、第２コア部材３２０は、第３コ
ア部材３２１から離れる方向に曲った曲面３３０ａおよ
び３３０ｂを有している。曲面３３０ａは、平面３２０
ａに連続しており、曲面３３０ｂは、平面３２０ｂに連
続している。曲面３３０ａの曲率半径はＲであり、曲面
３３０ｂの曲率半径もほぼＲである。第３コア部材３２
１は、第２コア部材３２０から離れる方向に曲った曲面
３３１ａおよび３３１ｂを有している。曲面３３１ａ
は、平面３２１ａに連続しており、曲面３３１ｂは、平
面３２１ｂに連続している。曲面３３０ａの曲率半径は
Ｒであり、曲面３３０ｂの曲率半径もほぼＲである。第
２コア部材３２０および第３コア部材３２１は、Ｓ字形
導波路である。

【０１３５】第２端面３２０ｃから第２コア部材３２０
に入力された光は、第２コア部材３２０の端面３２０ｄ
から出力される。第３端面３２１ｃから第３コア部材３
２１に入力された光は、第３コア部材３２１の端面３２
１ｄから出力される。ここで、第２コア部材３２０の入
力端面３２０ｃから出力端面３２０ｄまでの光路長は、
第３コア部材３２１の入力端面３２１ｃから出力端面３
２１ｄまでの光路長に等しい。

【０１３６】したがって、第１コア部材３１０からこれ
らのコア部材３２０，３２１に入力された光がコア部材
３２０，３２１から出力される場合において、コア部材
３２０，３２１によって分岐されたそれぞれの光ビーム
の出力端面３２０ｄ，３２１ｄにおける位相は揃ってい
る。それぞれの端面３２０ｄ，３２１ｄから出力された
光ビームの位相は、お互いに揃っているので、これらの
出力光を再び合成する場合などにおいても、それぞれの
ビームの位相は容易に整合する。

【０１３７】図１０は、図８Ａに示した光ブランチング
デバイスの第２コア部材３２０および第３コア部材３２
１の端面３２０ｄ，３２１ｄを改良したデバイスであ
る。図８Ａに示した光ブランチングデバイスの端面３２
０ｄ，３２１ｄは、露出している。露出した端面３２０
ｄの法線方向は、第３コア部材３２１の内を伝搬する光
の進行方向（光軸方向）に対して所定の角度を有してい
る。また、露出した端面３２１ｄの法線方向は、第３コ
ア部材３２１内を伝搬する光の進行方向に対して所定の
角度を有している。前述のように、本願発明者らは、こ
れまでの研究から、２つの光部品間を伝搬する光の結合
効率を増加されるためには、それぞれの光部品の対向す
る端面を光の伝搬する方向（光軸）に対して垂直にする
ことが有効であることに気付いた。

【０１３８】そこで、本実施例の光ブランチングデバイ
スは、図１０に示すように、第２コア部材３２０の出力
端面３２０ｄが、第２コア部材３２０の光軸ＯＰ３０２
（一点鎖線で示す）に対して垂直になるように第２コア
部材３２０を配置する。第２コア部材３２０の端面３２
０ｄに対向する位置にレンズＬ３０２を介して光ファイ
バＦ３０２を配置する。また、第３コア部材３２１の出
力端面３２１ｄが、第３コア部材３２１の光軸ＯＰ３０
３（一点鎖線で示す）に対して垂直になるように第３コ
ア部材３２１を配置する。第３コア部材３２１の端面３
２１ｄに対向する位置にレンズＬ３０３を介して光ファ
イバＦ３０３を配置する。また、第１コア部材３１０の
入力端面３１２ｃが、第１コア部材３１０の光軸ＯＰ３
０１（一点鎖線で示す）に対して垂直になるように第１
コア部材３１０を配置する。第１コア部材３１０の端面
３１２ｃに対向する位置にレンズＬ３０１を介して光フ
ァイバＦ３０１を配置する。

【０１３９】図１１は、図１０に示した光ブランチング
デバイスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ３０１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３を接続した１ｘ
４構造を有する光ブランチングデバイスである。この光
ブランチングデバイスは、第１の光ブランチングデバイ
スＢＲ３０１と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ３
０１の出力端面３２０ｄに、第２の光ブランチングデバ
イスＢＲ３０２の入力端面３１２ｃが接続された第２の
光ブランチングデバイスＢＲ３０２と、第１の光ブラン
チングデバイスＢＲ１の出力端面３２１ｄに、第３の光
ブランチングデバイスＢＲ３０３の入力端面３１２ｃが
接続された第３の光ブランチングデバイスＢＲ３０３と
を備える。したがって、Ｓ字型導波路の一端部分は、テ
ーパ導波路を構成している。

【０１４０】端面Ｐ３０１から第１の光ブランチングデ
バイスＢＲ３０１に入力された光信号（図の実線矢印で
示す）は、この光ブランチングデバイスによって、分離
されて、第２の光ブランチングデバイスＢＲ３０２の端
面Ｐ３０２，Ｐ３０３、および第３の光ブランチングデ
バイスＢＲ３の端面Ｐ３０４，Ｐ３０５から出力され
る。一方、端面Ｐ３０２〜Ｐ３０５から入力されたそれ
ぞれの光信号（図の一点鎖線矢印で示す）は、この光ブ
ランチングデバイスによって、合成されて、端面Ｐ３０
１から出力される。

【０１４１】図１２は、図１０に示した光ブランチング
デバイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ３０１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３，ＢＲ３０４，
ＢＲ３０５，ＢＲ３０６，ＢＲ３０７を接続した１ｘ８
構造を有する光ブランチングデバイスである。この光ブ
ランチングデバイスは、入力端面（入力ポート）を有す
る第１の光ブランチングデバイスＢＲ３０１と、第１の
光ブランチングデバイスＢＲ３０１の出力端面３２０ｄ
に、第２の光ブランチングデバイスＢＲ３０２の入力端
面３１２ｃが接続された第２の光ブランチングデバイス
ＢＲ３０２と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ３０
１の出力端面３２１ｄに、第３の光ブランチングデバイ
スＢＲ３０３の入力端面３１２ｃが接続された第３の光
ブランチングデバイスＢＲ３０３とを有している。

【０１４２】さらに、この光ブランチングデバイスは、
第２の光ブランチングデバイスＢ３０Ｒ２の出力端面３
２０ｄに、第４の光ブランチングデバイスＢＲ３０４の
入力端面３１２ｃが接続された第４の光ブランチングデ
バイスＢＲ３０４と、第２の光ブランチングデバイスＢ
Ｒ３０２の出力端面３２１ｄに、第５のブランチングデ
バイスＢＲ３０５の入力端面３１２ｃが接続された第５
の光ブランチングデバイスＢＲ３０５と、第３の光ブラ
ンチングデバイスＢＲ３０３の出力端面３２０ｄに、第
６の光ブランチングデバイスＢＲ３０６の入力端面３１
２ｃが接続された第６の光ブランチングデバイスＢＲ３
０６と、第３の光ブランチングデバイスＢＲ３０３の出
力端面３２１ｄに、第７の光ブランチングデバイスＢＲ
３０７の入力端面３１２ｃが接続された第７の光ブラン
チングデバイスＢＲ３０７とを備える。

【０１４３】したがって、この光ブランチングデバイス
は、このデバイスに入力された１つの光ビームを８つの
ビームに分岐することができ、このデバイスに入力され
た８つのビームを１つのビームに合成することができ
る。なお、これらの光ブランチングデバイスＢＲ３０
１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３，ＢＲ３０４，ＢＲ３０
５，ＢＲ３０６，ＢＲ３０７は同一基板３０１上に形成
されている。

【０１４４】次に、本実施例との比較のため、図２８の
素子（比較例）について説明する。

【０１４５】図２８の素子（比較例）は、基板１００１
上に形成された直線状の単一モード導波路１０１１と、
これに接続された多モードのテーパ導波路１０１２と、
テーパ導波路１０１２の端面が間隔Ａをあけて対向する
分岐側の単一モード導波路１０２０，１０２１を備えて
いる。図２８示した素子は、光導波路３２０，３２１の
幅の点で本実施例の素子と異なる。

【０１４６】本実施例のＹ字状素子は、テーパ導波路３
１１と分岐側導波路３２０，３２１とが分離した分岐部
構造を有している点で、図２７のＹ字状素子と異なる。
したがって、図２７における鋭角形状の間隙部８０が不
要となって分岐部の加工が容易になる。この結果、本実
施例の光ブランチングデバイスは、大規模通信システム
の構築の際などに歩留まりよく大量生産することができ
る。

【０１４７】図２８の素子の分岐側導波路１０２０，１
０２１は一定幅（＝Ｗ１）であるのに対し、本実施例の
素子は、その末端幅が基端部３２０ｘ，３２１ｘの幅よ
り縮小された分岐側導波路３２０，３２１を備えてい
る。

【０１４８】したがって、本実施例の素子では、分岐部
において、分岐側導波路３２０，３２１の末端３２０
ｃ，３２１ｃでの電界分布が多モード導波路３１１の末
端３１１ｃでの電界分布により合致する。

【０１４９】詳しく説明すると、本実施例の光分岐結合
素子における分岐部のような導波路の形状が急激に変化
する箇所では、多モード導波路３１１の末端３１１ｃお
よび３２０，３２１の末端３２０ｃ，３２１ｃにおける
導波光の電磁界分布の結合効率が大きいほど、導波光の
分岐、結合の際の損失は低減される。

【０１５０】１３Ｂは、図７ないし図９に示した光ブラ
ンチングデバイスの第１コア部材３１０，第２コア部材
３２０，第３コア部材３２１を図１ないし図３から抜出
して示す図である。図１３Ｂには、座標軸が示してあ
る。図１３Ａは、図１３Ｂに示した第１コア部材３１０
の末端、すなわち、座標Ｙ１、における導波光の電界分
布、および、第２および第３コア部材３２０，３２１の
末端、すなわち、座標Ｙ２における導波光の電界分布
（座標Ｙ２におけるコア部材の固有の界分布であって、
これらの分布の一致度が高いと損失は少ない。この分布
は以下同様に示す。）を示すグラフである。図１３Ａに
おいて、座標Ｙ１における導波光の電界分布は、実線で
示し、座標Ｙ２における導波光の電界分布は、点線で示
す。図１３Ａに示された座標Ｘ１，Ｘ２は、図１３Ｂの
位置座標Ｘ１，Ｘ２にそれぞれ対応している。導波光と
は、本光ブランチングデバイスのコア部材３１０，３２
０，３２１内を伝搬する光である。ここで、第２および
第３コア部材３２０，３２１の末端３２０ｃ，３２１ｃ
の幅は、それぞれ、図２８に示した第２コア部材１０２
０，１０２１の末端１０２０ｃ，１０２１ｃの幅の半分
である。

【０１５１】図１３Ａ内の各電界分布は、各導波モード
が運ぶ光パワーが１になるように正規化(nomalization
for power)して示してある。なお、ここでは、非分岐側
導波路３１０および分岐側導波路３２０，３２１のいず
れにおいても最低次モードのみが励振されると仮定して
いる。光分岐後の電界分布は、分岐側導波路３２０、３
２１における各電界分布を合成して得られる。

【０１５２】一方、図２８に示した比較例の光ブランチ
ングデバイスの電界分布は、図３０Ａに示される。図２
８に示した光ブランチングデバイスでは、直線導波路１
０１１に付加されたテーパ導波路１０１２の末端幅（Ｗ
ｔ）は、分岐側導波路１０２０，１０２１の幅（Ｗ）の
和（２Ｗ）と、分岐側導波路１０２０、１０２１の分岐
部における間隔（Ａ）との総和（２Ｗ＋Ａ）に等しい。

【０１５３】図３０Ｂは、図２８に示した光ブランチン
グデバイスの第１コア部材１０１０，第２コア部材１０
２０，第３コア部材１０２１を図２８から抜出して示す
図である。図３０Ｂには、座標軸が示してある。

【０１５４】図３０Ａは、図３０Ｂに示した第１コア部
材１０１０の末端、すなわち、座標Ｙ１、における導波
光の電界分布、および、第２および第３コア部材１０２
０，１０２１の末端、すなわち、座標Ｙ２における導波
光の電界分布を示すグラフである。図３０Ａにおいて、
座標Ｙ１における導波光の電界分布は、実線で示し、座
標Ｙ２における導波光の電界分布は、点線で示す。図３
０Ａに示された座標Ｘ１，Ｘ２は、図３０Ｂの位置座標
Ｘ１，Ｘ２にそれぞれ対応している。導波光とは、本光
ブランチングデバイスのコア部材１０１０，１０２０，
１０２１内を伝搬する光である。図３０Ａ内の各分布は
光パワーが１になるように正規化して示してある。な
お、ここでは、非分岐側導波路１０１０および分岐側導
波路１０２０，１０２１のいずれにおいても最低次モー
ドのみが励振されると仮定している。分岐側導波路１０
２０，１０２１の幅は、一定である。光分岐後の電界分
布は、分岐側導波路１０２０、１０２１における各電界
分布を合成して得られる。

【０１５５】図１３Ａから、第１端面３１１ｃに近づく
にしたがって細くなった第２コア部材３２０、第１端面
３１１ｃに近づくにしたがって細くなった第３コア部材
３２１を用いることにより、第２コア部材３２０および
第３コア部材３２１の末端３２０ｃ，３２１ｃにおける
電界分布と、テーパ導波路３１１の末端３１１ｃにおけ
る電界分布を図２８に示した光ブランチングデバイスの
それらよりも多く重ねることができる。すなわち、光分
岐前後の電界の重なり部分の面積が大きくなる。したが
って、光分岐前後の電磁界分布の重畳積分（overlap in
tegral) で与えられる結合効率が向上する。このため、
分岐側導波路３２０と３２１の間からの導波光放射が抑
えられ、比較例の導波路型光分岐素子に比べて光分岐の
際の損失が低くなる。

【０１５６】図１３Ａから明らかなように、分岐側導波
路３２０、３２１の末端３２０ｃ，３２１ｃの幅を基端
３２０ｘ，３２１ｘの幅よりも縮小することによって、
分岐側導波路３２０、３２１の中心間（光軸間）の間隔
が狭まるので、分岐導波路３２０、３２１側の電界分布
（点線）の２つのピーク（ＰＥ１，ＰＥ２）が接近し、
多モード導波路３１１側の電界分布に非常によく合致す
る。

【０１５７】図１３Ａに示した多モード導波路３１１の
電界分布のピーク位置ＰＥと、第１のピークＰＥ１との
間の距離は、１マイクロメータ以上、２マイクロメータ
以下であることが望ましい。

【０１５８】図１３Ａに示した多モード導波路３１１の
電界分布のピーク位置ＰＥと、第２のピークＰＥ２との
間の距離は、１マイクロメータ以上、２マイクロメータ
以下であることが望ましい。

【０１５９】これにより、電界の重なる面積が大きくな
り、分岐導波路３２０、３２１側および多モード導波路
３１１側の電磁界分布の重畳積分で与えられる結合効率
が向上する。その結果、導波光を分岐、結合して出力す
るにあたり、分岐部での結合損失を低減することが可能
である。

【０１６０】換言すれば、第２コア部材３２０の第２端
面３２０ｃにおいて、この第２コア部材３２０内を伝達
する光は，コア３２０の径方向に電界分布を有する。電
界分布のピーク位置（第１ピーク位置ＰＥ１）は、第２
コア部材３２０の光軸ＯＰ３２０のある位置である。第
３コア部材３２１の第３端面３２１ｃにおいて、この第
３コア部材３２１ｃ内を伝達する光は，コア３２１の径
方向に電界分布を有する。電界分布のピーク位置（第２
ピーク位置ＰＥ２）は、第３コア部材３２１の光軸ＯＰ
３２１のある位置である。第１ピークＰＥ１と第２ピー
クＰＥ２とを近接させれば、第１コア部材３１０と第２
コア部材３２０との間を伝搬する光の結合効率および第
１コア部材３１０と第３コア部材３２１との間を伝搬す
る光の結合効率は高めることができる。したがって、本
発明によれば、分岐部での損失を低減しつつ導波光を分
岐、結合させて出力することができる。

【０１６１】一方、末端幅が縮小された分岐側導波路３
２０，３２１を有さない図２８の素子では、分岐側の電
界分布を多モード導波路側の分布により合致させるた
め、分岐側導波路１０２０，１０２１の間隔（＝Ａ）を
狭めて、導波路１０２０，１０２１の中心間の間隔を狭
めることが考えられる。ところが、間隔を狭め過ぎると
加工安定性が低下し、歩留まりの悪化を招いてしまう。

【０１６２】歩留まりの悪化を防ぎ、十分な加工安定性
と低損失性をともに実現するには、第２導波路３２０と
第３導波路３２１との間の間隔の値は２〜４μｍである
ことが好ましい。

【０１６３】これに対し、実施例のＹ字状素子は、分岐
側導波路３２０，３２１の末端３２０ｃ，３２１ｃの幅
が基端部３２０ｘ，３２１ｘの幅より縮小された構造を
有している。したがって、分岐側導波路３２０と３２１
の間隔を狭めることなく、導波路３２０、３２１の中心
同士（素子のコアの中心同士）の間隔を狭まくすること
ができる。そして、第２導波路３２０と第３導波路３２
１との間の間隔の値が２〜４μｍであるので、その加工
が容易である。

【０１６４】本実施例の光ブランチングデバイスは、図
２８に示した光ブランチングデバイスよりも、導波光の
分岐、結合の際の損失を低減することができる。

【０１６５】次に、本発明の１つの実施例に係る光ブラ
ンチングデバイスについて説明する。

【０１６６】図１４は、本発明の１つの実施例に係る光
ブランチングデバイスを示す斜視図である。図１５Ａ
は、このデバイスを図１４の矢印Ｈ−Ｈを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。図１５Ｂは、図１５Ａに
示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切ったデ
バイスの断面図である。図１５Ｃは、図１５Ａに示した
デバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイス
の断面図である。図１５Ｄは、図１５Ａに示したデバイ
スを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で切ったデバイスの断面
図である。図１５Ｅは、図１５Ａに示したデバイスを図
の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデバイスの断面図であ
る。図１５Ｆは、図１５Ａに示したデバイスを図の矢印
Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図
１５Ｇは、図１５Ａに示したデバイスを図の矢印Ｇ−Ｇ
を通る平面で切ったデバイスの断面図である。図１６
は、図１５Ａに示したデバイスの断面図である。

【０１６７】図１４ないし図１６に示されるように、こ
のＹ字状素子では、末端幅がＷｔのテーパ部４１５に、
幅がＷｔで長さがＬｓの直線部４１６が接続されてい
る。このため、導波光がテーパ導波路４１１から分岐側
導波路へ向かって伝送される場合、テーパ部４１５にて
放射状に広がった波面を直線部４１６にて平面状に戻し
てから、導波光を分岐側導波路４２０，４２１に入射さ
せることができる。

【０１６８】これによって、テーパ導波路４１１の端面
４１１ｃのうち、分岐側導波路４２０，４２１の末端幅
縮小により対向する導波路端面が存在しなくなった部分
（テーパ導波路４１２の端面のうち、分岐側導波路４２
０，４２１の末端幅と分岐側導波路４２０，４２１の間
隔との総和よりも幅が大きくなった部分）にて生じる導
波光の放射（反射、回折）を抑え、光分岐の際の損失を
さらに低減することができる。

【０１６９】この導波路型光分岐素子は、テーパ導波路
（第１テーパ導波路）４１１の末端４１１ｃに、このテ
ーパ部４１６の末端３１１ｃとほぼ同一幅の直線部４１
６が付加された構造を有している。

【０１７０】このため、テーパ部４１５にて放射状に広
がった波面を直線部４１６にて平面状に戻してから、導
波光を分岐側導波路４２０，１４１に入射させることが
できる。

【０１７１】この波面が進行する様子を、図３１に示
す。これにより、テーパ導波路４１１の分岐部側の端面
のうち、末端幅を拡大するために設けられた部分（分岐
側導波路４２０、４２１の末端幅と、分岐側導波路４２
０、４２１の間隔との総和よりも幅を大きくした部分）
にて生じる導波光の放射（反射、回折）を抑え、分岐部
での放射損失（radiation loss) をさらに低減すること
ができる。

【０１７２】入力手段ＩＭは、光源ＩＭ１と、光源ＩＭ
１から出射された光ＩＭ４が入力される光ファイバＩＭ
２と、光ファイバＩＭ２から出力された光ＩＭ５が入力
されるレンズＩＭ３とを有している。レンズＩＭ３から
出力された光ＩＭ６は、第１コア部材１１０の第４端面
４１２ｄに入力される。この光ＩＭ６は、第１コア部材
４１０を通って、第１端面４１１ｃから出力される。第
１端面４１１ｃから出力された光ＩＭ７は、第２コア部
材４２０に入力される。第１端面４１１ｃから出力され
た光ＩＭ８は。第コア部材４３０に入力される。第２コ
ア部材４２０から出力された光ＩＭ９は、光検出器ＯＭ
１に入力される。第３コア部材４２１から出力された光
ＩＭ１０は、光検出器ＯＭ２に入力される。

【０１７３】本実施例の光ブランチングデバイスについ
てさらに詳しく説明する。

【０１７４】図１４ないし図１６に示すように、本実施
例の光ブランチングデバイスは、シリコン基板４０１
と、保持基板４０１上に形成されたクラッド部材４０２
と、第１コア部材４１０と、第２コア部材４２０と、第
３コア部材４２１とを備える。

【０１７５】第１コア部材４１０は、クラッド部材４０
２内に埋設されている。第２コア部材４２０は、クラッ
ド部材４０２内に埋設されている。第２コア部材４２０
は、第１コア部材４１０の第１端面４１１ｃに対して第
１の間隔Ｂを隔てて対向する第２端面４２０ｃを有して
いる。第３コア部材４２１も、クラッド部材４０２内に
埋設されている。第３コア部材４２１は、第１コア部材
４１０の第１端面４１１ｃに対して第２の間隔Ｂを隔て
て対向する第３端面４２１ｃを有している。ここで、第
１の間隔Ｂと第２の間隔Ｂとは等しくしてある。

【０１７６】クラッド部材４０２（クラッド４０２，ク
ラッド層４０２）は、第１表面４０２ａを有している。
第１表面４０２ａは、基板４０１の主表面４０１ａに平
行である。主表面４０１ａは、クラッド部材４０２と基
板４０１との界面で規定される。この第１表面４０２ａ
に垂直な方向と光の伝搬する方向の双方に垂直な方向を
幅方向とする。また、第１表面４０２ａに垂直な方向を
厚み方向とする。第１コア部材４１０は、一定の幅およ
び厚みを有する光伝送路４１２、一定の厚みを有し、光
伝送路４１２に連続してこの光伝送路４１２から離れる
ほど広い幅を有するテーパー型の第１コア部分４１５
と、一定の厚みおよび幅を有し、コア部分４１５に連続
した第２コア部分４１６とを有する。

【０１７７】光伝送路４１２の幅４１２は、図１５Ａの
面４１２ａと面４１２ｂとの間の距離により規定され
る。

【０１７８】第１コア部材４１０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な面（図１５Ａの矢印Ｂ−Ｂを通る平面）
と交差することにより規定される第５垂直断面４１２ｄ
を有している。

【０１７９】第１コア部材４１０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な第１面（図１５Ａの矢印Ｃ−Ｃを通る平
面）と交差することにより規定される第１垂直断面４１
２ｅを有している。

【０１８０】第１コア部材４１０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な第２面（図１５Ａの矢印Ｇ−Ｇを通る平
面）であって第１端面４１１ｃと第１面（Ｂ−Ｂ面）と
の間に位置する第２面（Ｇ−Ｇ面）と交差することによ
り規定される第２垂直断面４１６ｃを有している。

【０１８１】第１コア部材４１０は、第１表面２ａに対
して平行な第３面（図１４の矢印Ｈ−Ｈを通る平面）と
交差することにより規定される第１水平断面（図１５Ａ
の符号４１０ａで示される）を有している。

【０１８２】第２コア部材４２０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な第４面（図１５Ａの矢印Ｅ−Ｅを通る平
面）と交差することにより規定される第３垂直断面４２
０ｅを有している。第２コア部材４２０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第２水平断面
（図１５Ａの符号４２０ｆで示される）を有している。
第３コア部材４２１は、第４面（Ｅ−Ｅ面）と交差する
ことにより規定される第４垂直断面４２１ｅを有してい
る。第３コア部材４２１は、第３面（Ｈ−Ｈ面）と交差
することにより規定される第３水平断面４２１ｆを有し
ている。

【０１８３】第１コア部材４１０は、端面４１２ｃを介
して第１コア部材４１０に入力された光が、第１垂直断
面４１２ｅおよび第２垂直断面４１６ｃを横切って第１
水平断面４１０ａに沿った方向に伝搬して第１端面４１
１ｃから出力されるように配置されている。

【０１８４】なお、断面は、第１端面４１１ｃに平行で
あり、導波光の進行方向に垂直であるとする。

【０１８５】第２コア部材４２０は、第１端面４１１ｃ
から出力された光が、第２端面４２０ｃを通って第２コ
ア部材４２０に入力され、第３垂直断面４２０ｅを横切
って第２水平断面４２０ｆに沿った方向に伝搬して第２
コア部材４２０の端面４２０ｄを通って出力されるよう
に配置されている。第３コア部材４２１は、第１端面か
ら出力された光が、第３端面４２１ｃを通って第３コア
部材４２１に入力され、第４垂直断面４２１ｅを横切っ
て第３水平断面４２１ｆに沿った方向に伝搬して第３コ
ア部材４２１から出力されるように配置されている。

【０１８６】ここで、第１端面４１１ｃの面積は、第１
垂直断面４１２ｅの面積よりも大きい。すなわち、第１
コア部材４１０は、第２および第３コア部材４２０，４
２１方向に向かって広がったテーパー形状の部分４１５
を有している。テーパー形状の部分４１５は、第１コア
部材４１０の光軸ＯＰ４１０（中心線）に対して所定の
角度を有する面４１５ａおよび４１５ｂを有している。
換言すれば、部分４１５における第１表面４０２ａに垂
直な２つの表面４１５ａ，４１５ｂと、第３表面（Ｈ−
Ｈ面）との交線４１５ａ，４１５ｂは、第３表面内にお
いて第１コア部材４１０の光軸ＯＰ４１０（中心線）に
対して所定の角度を有している。

【０１８７】換言すれば、この光ブランチングデバイス
は、基板表面４０１ａを有する基板４０１、第１テーパ
導波路４１０、第２導波路４２０および第３導波路４２
１を有している。

【０１８８】１テーパ導波路４１０は、第４導波路４１
６とこの第４導波路４１６に連続した第２テーパ導波路
４１５を有している。第１テーパ導波路４１０は、基板
表面４０１ａ上に形成されている。

【０１８９】第４導波路４１６は、基板表面４０１ａと
交差する面を含む第１端面４１１ｃ、基板表面４０１ａ
と交差する面を含む第５側面４１６ａ、第５側面４１６
ａに平行な第６側面４１６を有している。第５側面４１
６ａは、第６に側面４１６ｂに対してほぼ平行であり、
これらの側面４１６ａ，４１６ｂのなす角度が３度以内
であればこれらの側面４１６ａ，４１６ｂはほぼ平行で
ある。

【０１９０】第２テーパ導波路４１５は、第４導波路
（真っ直ぐな導波路）４１６に連続している。第２テー
パ導波路４１５は、第４導波路４１６に近付く方向に広
がっている。第２導波路４２０は、基板表面４０１ａ上
に形成されている。第２導波路４２０は、第１端面４１
１ｃに対して所定の間隔をあけて対向する第２端面４２
０ｃを有している。

【０１９１】第３導波路４２１は、基板表面４０１ａ上
に形成されている。第３導波路４２１は、第１端面４１
１ｃに対して所定の間隔をあけて対向する第３端面４２
１ｃを有している。第１コア部材がテーパー部分４１５
を含んでいることにより、第１コア部材４１０の端面４
１２ｃに入力された光信号のエネルギー（パワー）密度
は、この光が第１垂直断面４１２ｄを通過して第１端面
４１１ｃに向かうにしたがって減少する。

【０１９２】第１コア部材４１０の端面４１１ｃから出
力された光は、第２端面４２０ｃから第２コア部材４２
０に入力され、第３端面４２１ｃから第３コア部材４２
１に入力される。本願発明者らは、これまでの研究か
ら、２つの光部品間を伝搬する光の結合効率を増加され
るためには、それぞれの光部品の対向する端面を光の伝
搬する方向に対して垂直にすることが有効であることに
気付いた。本実施例の光ブランチングデバイスの第１端
面４１１ｃは、この第１端面４１１ｃを通過する光の進
行方向に対して垂直である。また、第２端面４２０ｃ
は、この第２端面４２０ｃに入射される光の進行方向に
対して垂直である。第３端面４２１ｃは、この第３端面
４２１ｃに入射される光の進行方向に対して垂直であ
る。

【０１９３】したがって、第１端面４１１ｃは、第２端
面４２０ｃに対して対向しており、第１端面４１１ｃは
第２端面４２０ｃに平行である。第１端面４１１ｃは、
第３端面４２１ｃに対して対向しており、第１端面４１
１ｃは第３端面４２１ｃに平行である。前記実施例と同
様に、第１端面４１１ｃの幅（Ｗｔ）は、第２側面４２
０ｂと第３側面４２１ａとの間の距離よりも大きい。す
なわち、側面４２０ａ、４２０ｂ、４２１ａ、４２１ｂ
と第１端面４１１ｃとの交線をそれぞれ、交線４２０
ｉ、４２０ｊ、４２１ｊ、４２１ｉとし、第１端面４１
１ｃと端面４１６ｂとの間の交線を４１１ｉとし、第１
端面４１１ｃと端面４１６ａとの交線を４１１ｊとすれ
ば、第１端面４１１ｃの幅はＷｔは、交線４１６ｉと交
線４１６ｊとの間の距離で規定される。また、第２端面
４２０ｃの幅（Ｗ２）は、交線４２０ｉと４２０ｊとの
間の距離によって規定され、第３端面４２１ｃの幅（Ｗ
２）は、交線４２１ｉと４２１ｊとの間の距離によって
規定される。第３端面４２１ｃと第２端面４２０ｃとの
間の距離（Ａ）は、交線４２０ｊと４２１ｊとの間の距
離によって規定される。つまり、交線４１１ｉと交線４
１１ｊとの間の距離（Ｗｔ）は、交線４２０ｉと４２１
ｉとの間の距離よ（Ｗ２＋Ｗ２＋Ａ）よりも大きい。

【０１９４】光ブランチングデバイスにおける光の結合
効率をさらに向上させるために、本実施例の光ブランチ
ングデバイスでは、第２垂直断面４１６ｃの面積が、第
１端面４１１ｃの面積と等しいこととした。換言すれ
ば、第２垂直断面４１６ｃの幅は、第１端面４１１ｃの
幅（Ｗｔ）と等しい。

【０１９５】すなわち、図１５に示すように、第１コア
部材４１０に入力された光は、第１垂直断面４１２ｅか
ら第１端面４１１ｃに進行するにしたがって、光のパワ
ー密度（エネルギー密度）が減少すると同時に、この光
の波面ＷＡ１が第１水平断面４１０ａ内において扇型に
変形する。この第２垂直断面４１６ｃの面積が、第１端
面４１１ｃの面積と等しいこととすれば、この光が、第
２垂直断面４１６ｃから第１端面４１１ｃへ伝搬する間
にその波面が、第１端面４１１ｃに平行になる。

【０１９６】したがって、第１端面４１１ｃから出力さ
れた光の指向性は高くなり、第２コア部材４２０および
第３コア部材４２１に結合する光の結合効率は高くな
る。

【０１９７】また、第２端面４２０ｃおよび第３端面４
２１ｃは、第１端面４１１ｃから出射される光の波面Ｗ
Ａ２に平行であるので、光の結合効率は高くなる。

【０１９８】すなわち、第１コア部材４１０は、第１端
面４１１ｃを有し、入力された光のエネルギー密度を低
下させるとともに、光の波面ＷＡ１を第１端面４１１ｃ
に対して平行にして光を第１端面４１１ｃから出射する
形状を有している。第２コア部材４２０は、第１端面４
１１ｃに対して所定の間隔をあけて対向する第２端面４
２０ｃを有しており、第３コア部材４２１ｃは、第１端
面４１１ｃに対して所定の間隔（Ｂ）をあけて対向する
第３端面４２１ｃを有している。

【０１９９】この光は、一定の幅（コアサイズ）を有す
る光伝送路（コア）４１２内を通過する。光伝送路４１
２ｃは、第１コア部材４１０の一部分であり、テーパー
導波路部４１５に連続し、第１垂直断面４１２ｅの断面
積の最小値と等しい断面積を有している。

【０２００】第２コア部材４２０は、第１表面４０２ａ
に対して垂直な面４２０ａおよび４２０ｂを有してい
る。面４２０ａおよび面４２０ｂは、第２コア部材４２
０内を伝搬する光の進行方向に対して平行である。ま
た、面４２０ａと面４２０ｂとは互いに対向しており、
面４２０ａおよび面４２０ｂは平行である。したがっ
て、面４２０ａと面４２０ｂは、第１表面４０２ａと第
２端面４２０ｃの双方に垂直である。

【０２０１】同様に、第３コア部材４２１は、第１表面
４０２ａに対して垂直な面４２１ａおよび４２１ｂを有
している。面４２１ａおよび面４２１ｂは、第３コア部
材４２１内を伝搬する光の進行方向に対して平行であ
る。また、面４２１ａと面４２１ｂとは互いに対向して
おり、面４２１ａおよび面４２１ｂは平行である。した
がって、面４２１ａと面４２１ｂは、第１表面４０２ａ
と第３端面４２１ｃの双方に垂直である。

【０２０２】第２部材４２０と第３部材４２１との間隔
は、第１コア部材４１０から離れるにしたがって広くな
る。すなわち、第２コア部材４２０は、第３コア部材４
２１から離れる方向に曲った曲面４３０ａおよび４３０
ｂを有している。曲面４３０ａは、平面４２０ａに連続
しており、曲面４３０ｂは、平面４２０ｂに連続してい
る。曲面４３０ａの曲率半径はＲであり、曲面４３０ｂ
の曲率半径もほぼＲである。第３コア部材４２１は、第
２コア部材４２０から離れる方向に曲った曲面４３１ａ
および４３１ｂを有している。曲面４３１ａは、平面４
２１ａに連続しており、曲面４３１ｂは、平面４２１ｂ
に連続している。曲面４３０ａの曲率半径はＲであり、
曲面４３１ｂの曲率半径もほぼＲである。

【０２０３】第２端面４２０ｃから第２コア部材４２０
に入力された光は、第２コア部材４２０の端面４２０ｄ
から出力される。第３端面４２１ｃから第３コア部材４
２１に入力された光は、第３コア部材４２１の端面４２
１ｄから出力される。ここで、第２コア部材４２０の入
力端面４２０ｃから出力端面４２０ｄまでの光路長は、
第３コア部材４２１の入力端面４２１ｃから出力端面４
２１ｄまでの光路長に等しい。したがって、第１コア部
材４１０からこれらのコア部材４２０，４２１に入力さ
れた光がコア部材４２０，４２１から出力される場合に
おいて、コア部材４２０，４２１によって分岐されたそ
れぞれの光ビームの出力端面４２０ｄ，４２１ｄにおけ
る位相は揃っている。それぞれの端面４２０ｄ，４２１
ｄから出力された光ビームの位相は、お互いに揃ってい
るので、これらの出力光を再び合成する場合などにおい
ても、それぞれのビームの位相は容易に整合する。

【０２０４】図１７は、図１５Ａに示した光ブランチン
グデバイスの第２コア部材４２０および第３コア部材４
２１の端面４２０ｄ，４２１ｄを改良したデバイスであ
る。図１５Ａに示した光ブランチングデバイスの端面４
２０ｄ，４２１ｄは、露出している。露出した端面４２
０ｄの法線方向は、第３コア部材４２１の内を伝搬する
光の進行方向（光軸方向）に対して所定の角度を有して
いる。また、露出した端面４２１ｄの法線方向は、第３
コア部材４２１内を伝搬する光の進行方向に対して所定
の角度を有している。すなわち、第２コア部材４２０お
よび第３コア部材４２１は、Ｓ字形導波路(S-shaped wa
veguid) である。前述のように、本願発明者らは、これ
までの研究から、２つの光部品間を伝搬する光の結合効
率を増加されるためには、それぞれの光部品の対向する
端面を光の伝搬する方向（光軸）に対して垂直にするこ
とが有効であることに気付いた。そこで、本実施例の光
ブランチングデバイスは、図１７に示すように、第２コ
ア部材４２０の出力端面４２０ｄが、第２コア部材４２
０の光軸ＯＰ４０２（一点鎖線で示す）に対して垂直に
なるように第２コア部材４２０を配置する。第２コア部
材４２０の端面４２０ｄに対向する位置にレンズＬ４０
２を介して光ファイバＦ４０２を配置する。また、第３
コア部材４２１の出力端面４２１ｄが、第３コア部材４
２１の光軸ＯＰ４０３（一点鎖線で示す）に対して垂直
になるように第３コア部材４２１を配置する。第３コア
部材４２１の端面４２１ｄに対向する位置にレンズＬ４
０２を介して光ファイバＦ４０３を配置する。また、第
１コア部材４１０の入力端面４１２ｃが、第１コア部材
４１０の光軸ＯＰ４０１（一点鎖線で示す）に対して垂
直になるように第１コア部材４１０を配置する。第１コ
ア部材４１０の端面４１２ｃに対向する位置にレンズＬ
４０１を介して光ファイバＦ４０１を配置する。

【０２０５】図１８は、図１７に示した光ブランチング
デバイスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ４０１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３を接続した１ｘ
４構造を有する光ブランチングデバイスの断面図であ
る。この光ブランチングデバイスは、第１の光ブランチ
ングデバイスＢＲ４０１と、第１の光ブランチングデバ
イスＢＲ４０１の出力端面４２０ｄに、第２の光ブラン
チングデバイスＢＲ４０２の入力端面４１２ｃが接続さ
れた第２の光ブランチングデバイスＢＲ４０２と、第１
の光ブランチングデバイスＢＲ４０１の出力端面４２１
ｄに、第３の光ブランチングデバイスＢＲ４０３の入力
端面４１２ｃが接続された第３の光ブランチングデバイ
スＢＲ４０３とを備える。端面Ｐ４０１から第１の光ブ
ランチングデバイスＢＲ４０１に入力された光信号（図
の実線矢印で示す）は、この光ブランチングデバイスに
よって、分離されて、第２の光ブランチングデバイスＢ
Ｒ４０２の端面Ｐ４０２，Ｐ４０３、および第３の光ブ
ランチングデバイスＢＲ４０３の端面Ｐ４０４，Ｐ４０
５から出力される。一方、端面Ｐ４０２〜Ｐ４０５から
入力されたそれぞれの光信号（図の一点鎖線矢印で示
す）は、この光ブランチングデバイスによって、合成さ
れて、端面Ｐ４０１から出力される。

【０２０６】図２０は、図１７に示した光ブランチング
デバイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイ
スＢＲ４０１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３，ＢＲ４０４，
ＢＲ４０５，ＢＲ４０６，ＢＲ４０７を接続した１ｘ８
構造を有する光ブランチングデバイスの断面図である。
この光ブランチングデバイスは、入力端面（入力ポー
ト）を有する第１の光ブランチングデバイスＢＲ４０１
と、第１の光ブランチングデバイスＢＲ４０１の出力端
面４２０ｄに、第２の光ブランチングデバイスＢＲ４０
２の入力端面４１２ｃが接続された第２の光ブランチン
グデバイスＢＲ４０２と、第１の光ブランチングデバイ
スＢＲ４０１の出力端面４２１ｄに、第３の光ブランチ
ングデバイスＢＲ４０３の入力端面４１２ｃが接続され
た第３の光ブランチングデバイスＢＲ４０３とを有して
いる。さらに、この光ブランチングデバイスは、第２の
光ブランチングデバイスＢＲ２の出力端面４２０ｄに、
第４の光ブランチングデバイスＢＲ４０４の入力端面４
１２ｃが接続された第４の光ブランチングデバイスＢＲ
４０４と、第２の光ブランチングデバイスＢＲ４０２の
出力端面４２１ｄに、第５のブランチングデバイスＢＲ
４０５の入力端面４１２ｃが接続された第５の光ブラン
チングデバイスＢＲ４０５と、第３の光ブランチングデ
バイスＢＲ４０３の出力端面４２０ｄに、第６の光ブラ
ンチングデバイスＢＲ４０６の入力端面４１２ｃが接続
された第６の光ブランチングデバイスＢＲ４０６と、第
３の光ブランチングデバイスＢＲ３の出力端面４２１ｄ
に、第７の光ブランチングデバイスＢＲ４０７の入力端
面４１２ｃが接続された第７の光ブランチングデバイス
ＢＲ４０７とを備える。

【０２０７】したがって、この光ブランチングデバイス
は、このデバイスに入力された１つの光ビームを８つの
ビームに分岐することができ、このデバイスに入力され
た８つのビームを１つのビームに合成することができ
る。なお、これらの光ブランチングデバイスＢＲ４０
１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３，ＢＲ４０４，ＢＲ４０
５，ＢＲ４０６，ＢＲ４０７は同一基板４０１上に形成
されている。

【０２０８】図１９は、図１４ないし図１６に示した本
実施例のＹ字状素子について、直線部４１６の幅（＝Ｗ
ｔ）と分岐側導波路４２０，４２１の末端幅（＝Ｗ２）
をパラメーターとして、導波光の波長が１．５５μｍの
場合の分岐過剰損を計算し、その結果を示したグラフで
ある。分岐過剰損の計算はビーム伝搬法により行った。
計算にあたっては、図１６に示される各部の寸法を、Ａ
＝４μｍ、Ｂ＝４μｍ、Ｗ１＝８μｍ、Ｌｔ＝１２００
μｍ、Ｒ＝５０ｍｍとし、コアとクラッドの比屈折率差
を０．３％とした。また、末端幅の各数値ごとに直線部
４１６の幅（＝Ｗｔ）を１μｍ間隔で異ならせてデータ
を５個ずつ求めた。

【０２０９】図１９のグラフによれば、分岐側導波路４
２０，４２１の末端幅（＝Ｗ２）を小さくすると分岐過
剰損の最小値を与える直線部４１６の幅（＝Ｗｔ）が小
さくなり、最小値自体も小さくなる傾向が認められる。

【０２１０】ただし、末端幅を縮小し過ぎると、電界の
閉じ込め作用が弱まって電界が広がり、放射損失が増加
するうえ、加工性も低下する。本発明者らの知見によれ
ば、末端幅縮小による効果が顕著で放射損失の増加を上
回り、なおかつ十分な加工安定性を維持するためには、
分岐側導波路４２０，４２１の末端４２０ｃ，４２１ｃ
の幅は、基端部４２０ｘ，４２１ｘの幅の１／２〜４／
５であることが望ましい。ここで、導波光の波長は約
１．３〜１．５５μｍを想定している。

【０２１１】本発明者らは、実施例のＹ字状素子の効果
を確認するために、図２０に示されるような１×８構造
を有する分岐結合素子を作製した。図２０に示される素
子は、図１７のＹ字状素子を光伝搬方向に沿って３段組
み合わせて作製した光学部品である。図２０に示される
光学部品について、その伝送特性を測定した。また、比
較のために図２８のＹ字状素子（比較例）を３段組み合
わせた１×８素子も併せて作製し、伝送特性を測定し
た。

【０２１２】１×８素子は、シリコン基板４０１上に火
炎堆積法でＳｉＯ₂ガラス層（クラッド）を形成し、次
いで、ドーパントを含んだ高屈折率のＳｉＯ₂ガラス層
を堆積して、エッチングすることによりコアを形成し、
さらに上部クラッドとしてのＳｉＯ₂ガラス層を堆積し
て形成することにより作製された。

【０２１３】１×８素子を構成するＹ字状素子の各部の
寸法は、図１６、図２８における符号を用いて表すと、
次の通りである。

【０２１４】Ａ＝４μｍＢ＝４μｍＷ１＝８μｍＬｔ＝１２００μｍＲ＝５０ｍｍであり、分岐側導波路４２０、４２１の末端幅（＝Ｗ
２）、直線部４１６の末端幅Ｗｔおよび直線部４１６の
長さＬｓは、以下の通りである。

【０２１５】図２０の素子…Ｗ２＝４μｍ、Ｗｔ＝１８
μｍ、Ｌｓ＝１５０μｍ。

【０２１６】図２８の素子（比較例）…Ｗ２＝Ｗ１＝８
μｍ、Ｗｔ＝２０μｍ、Ｌｓ＝０μｍ。

【０２１７】いずれの素子においても、コアとクラッド
の比屈折率差は０．３％、導波路の厚さは８μｍとし
た。なお、図１４ないし図２０の素子において上記の寸
法を採用した理由は、図１９に示されたデータに基づ
く。この寸法を有する光ブランチングデバイスは、図１
９のグラフに表されるＷ２＝４μｍのデータの中で比較
的低い分岐過剰損を示したからである。

【０２１８】分岐過剰損（素子全体の損失から１×８分
岐の本質的な損失９ｄＢ、入出力ファイバとの結合損、
導波路の伝送損失を差し引いた値）の測定は、図２０、
２８のＹ字状素子にシングルモードファイバを通じて波
長１．５５μｍのレーザダイオード光を入出力すること
により行われた。

【０２１９】１×８素子の８個の出力ポートの出力平均
を測定して平均分岐過剰損を求めたところ、図２８のタ
イプの１×８素子（比較例）は１．５３ｄＢであるのに
対し、図２０の素子（図１４の素子を含む）の１×８素
子の平均分岐過剰損は、０．８０ｄＢであり、比較例の
素子に比べ格段に優れた特性を示した。これは、分岐側
導波路４２０、４２１の末端幅が縮小された構造を採用
したことに基づく効果の現れである。

【０２２０】図２９は、図２０の１×８素子（実施例）
および図２８の１×８素子（比較例）の分岐過剰損の波
長特性を測定した結果を示したグラフである。なお、こ
こでの分岐過剰損とは、分岐一段当たりのもので、１×
８素子全体の分岐過剰損を３等分したものである。

【０２２１】図２９によれば、測定波長全域にわたり図
１４の素子（実施例）のほうが低損失で、とくに、長波
長領域での実施例の素子の損失は図２８の素子（比較
例）のそれの半分程度である。広範囲にわたる導波光の
波長領域において、実施例の素子の方が比較例の素子よ
り優れていることが確認できる。また、実施例の素子は
比較例の素子に比べ導波光波長の変化による損失の変動
が小さい。したがって、本発明の導波路型光分岐素子
は、広波長域にわたる光を掃引するような光測定システ
ムなどにおいて好適な使用が可能な点でも優れている。

【０２２２】なお、第２コア部材４２０および第３コア
部材４２１は、図２１に示すように、第１コア部材４１
０に連続していてもよい。

【０２２３】次に、本発明に係る方向性結合器について
説明する。図２２はこの方向性結合器の斜視図である。
図２３は、図２２のデバイスを図２２の矢印Ｈ−Ｈを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図２４Ａは、
図２３に示したデバイスを図の矢印Ａ−Ａを通る平面で
切ったデバイスの断面図である。図２４Ｂは、図２３に
示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切ったデ
バイスの断面図である。

【０２２４】図２４Ｃは、図２３に示したデバイスを図
の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイスの断面図であ
る。図２４Ｄは、図２３に示したデバイスを図の矢印Ｄ
−Ｄを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図２
４Ｅは、図２３に示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。

【０２２５】本実施例の方向性結合器は、シリコン基板
５０１と、保持基板５０１上に形成されたクラッド部材
５０２と、第１コア部材５６０と、第２コア部材（第２
導波路）５２０と、第３コア部材（第３導波路）５２１
とを備える。

【０２２６】第１コア部材５６０は、クラッド部材５０
２内に埋設されている。第２コア部材５２０は、クラッ
ド部材５０２内に埋設されている。第２コア部材５２０
は、第１コア部材５６０の第１端面５１１ｃに連続した
界面（第２端面）５２０ｃを有している。第３コア部材
５２１も、クラッド部材５０２内に埋設されている。第
３コア部材５２１は、第１コア部材５６０の第１端面５
１１ｃに連続した界面（第３端面）５２１ｃを有してい
る。

【０２２７】第１コア部材５１０は、第１端面５１１ｃ
に対向する第４端面５１１ｄを有している。

【０２２８】第４コア部材５４０は、クラッド部材５０
２内に埋設されている。第４コア部材５４０は、第１コ
ア部材５６０の第４端面５１１ｄに連続した界面（第５
端面）５２０ｃを有している。第５コア部材５０２も、
クラッド部材５０２内に埋設されている。第５コア部材
５４１は、第１コア部材５６０の第４端面５１１ｄに連
続した界面（第６端面）５２１ｃを有している。

【０２２９】クラッド部材５０２（クラッド５０２，ク
ラッド層５０２）は、第１表面５０２ａを有している。
第１表面５０２ａは、基板５０１の主表面５０１ａに平
行である。この第１表面５０２ａに垂直な方向と光の伝
搬する方向の双方に垂直な方向を幅方向とする。また、
第１表面５０２ａに垂直な方向を厚み方向とする。第１
コア部材５６０は、一定の幅および厚みを有している。

【０２３０】第１コア部材５６０は、第１表面５０２ａ
に対して垂直な第１面（図２３の矢印Ｃ−Ｃを通る平
面）と交差することにより規定される第１垂直断面５１
２ｄを有している。第１垂直断面５１２ｄの幅は一定で
ある。

【０２３１】第１コア部材５６０は、第１表面５０２ａ
に対して平行な第３面（図１の矢印Ｈ−Ｈを通る平面）
と交差することにより規定される第１水平断面（図２３
の符号５６０ａで示される）を有している。

【０２３２】第２コア部材５２０は、第１表面１０２ａ
に対して垂直な第４面（図２３の矢印Ｅ−Ｅを通る平
面）と交差することにより規定される第３垂直断面５２
０ｅを有している。第２コア部材５２０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第２水平断面
（図２３の符号５２０ｆで示される）を有している。

【０２３３】第３コア部材５２１は、第４面（Ｅ−Ｅ
面）と交差することにより規定される第４垂直断面５２
１ｅを有している。第３コア部材５２１は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第３水平断面
５２１ｆを有している。

【０２３４】第４コア部材５４０は、第１表面１０２ａ
に対して垂直な第５面（図２３の矢印Ａ−Ａを通る平
面）と交差することにより規定される第５垂直断面５４
０ｅを有している。第４コア部材５４０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第４水平断面
（図２３の符号５４０ｆで示される）を有している。

【０２３５】第５コア部材５４１は、第５面（Ａ−Ａ
面）と交差することにより規定される第６垂直断面５４
１ｅを有している。第５コア部材５４１は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第５水平断面
５４１ｆを有している。

【０２３６】換言すれば、図２２ないし図２４Ｅに示さ
れた分岐導波路は、基板１、直線導波路（ミキサー）５
６０、第２導波路５２０、第３導波路５２１、第４導波
路５４０および第５導波路５４１を有している。

【０２３７】第１端面５１１ｃの幅は、基板表面５０１
ａの法線方向（厚み方向）および第１端面５１１ｃの法
線方向（光軸方向）の双方に垂直な方向（幅方向）に沿
った第１端面５１１ｃの長さである。第１端面５１１ｃ
の幅は、第２端面５２０ｃと第３端面５２１ｃとの間の
距離よりも大きい。第１端面５１１ｃの幅は、第２側面
５２０ｂと第３側面５２１ａとの間の距離よりも大き
い。

【０２３８】第２導波路５２０の幅は、ミキサー５６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面５２０ｅの面積は、第２端面５２０ｃの面積よりも
大きい。

【０２３９】第３導波路５２１の幅は、ミキサー５６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面５２１ｅの面積は、第３端面５２１ｃの面積よりも
大きい。

【０２４０】第４導波路５４０の幅は、ミキサー５６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面５４０ｅの面積は、第５端面５４０ｃの面積よりも
大きい。

【０２４１】第５導波路５４１の幅は、ミキサー５６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面５２１ｅの面積は、第６端面５２１ｃの面積よりも
大きい。

【０２４２】第１コア部材５６０は、第４導波路５４０
および第５導波路５４１を通って第１コア部材５６０に
入力された光が、第２導波路５２０および第３導波路５
２１を通って光ブランチングデバイスから出力されるよ
うに配置されている。

【０２４３】図２３の方向性結合器は、本実施例のＹ字
状素子と同様に、シリコンからなる基板５０１上に形成
されたコア、すなわち単一モード導波路５２０，５２
１，５４０，５４１および多モード導波路５６０と、こ
のコアが埋め込まれたクラッド５０２とを備えている。

【０２４４】多モード導波路５６０の一方の末端５１１
ｃには、単一モード導波路５２０、５２１が接続されて
おり、他方の末端５１１ｄには単一モード導波路５４
０、５４１が接続されている。単一モード導波路５２
０，５２１および５４０，５４１は、それぞれ多モード
導波路５６０側の端部が間隔Ａをあけて互いに近接し、
多モード導波路５６０の中央線（光軸）に関して対称に
配置去れている。また、第１コア部材５６０から離れる
ほど、単一モード導波路５２０と５２１との間隔は、広
くなる。第１コア部材５６０から離れるほど、単一モー
ド導波路５４０と５４１との間隔は、広くなる。

【０２４５】単一モード導波路５２０，５２１は、図１
のＹ字状素子の分岐側導波路２２０、２２１と同じもの
である。一定幅の基端部５２０ｘ，５２１ｘに、多モー
ド導波路５６０に向かって徐々に幅が縮小され、外縁の
曲率半径がＲの単一モード導波路５２０ｙ，５２１ｙが
接続されている。基端部５２０ｘ，５２１ｘは、幅がＷ
１、曲率半径がＲの曲り導波路である。また、単一モー
ド導波路５２０ｙ，５２１ｙの多モード導波路５６０側
の末端５２０ｃ，５２１ｃの幅はＷ２である。

【０２４６】一定幅の基端部５４０ｘ，５４１ｘに、多
モード導波路５６０に向かって徐々に幅が縮小され、外
縁の曲率半径がＲの単一モード導波路５４０ｙ，５４１
ｙが接続されている。基端部５４０ｘ，５４１ｘは、幅
がＷ１、曲率半径がＲの曲り導波路である。また、単一
モード導波路５４０ｙ，５４１ｙの多モード導波路５６
０側の末端５４０ｃ，５４１ｃの幅はＷ２である。

【０２４７】また、基端部５２０ｘ，５２１ｘ，５４０
ｘ，５４１ｘの導波路幅（＝Ｗ１）はスラブ型では、（３／８）π≦Ｖ≦（１／２）π…（１）の条件をみたすよう設定されている。

【０２４８】この方向性結合器は、単一モード導波路５
２０，５２１，５４０，５４１の多モード導波路５６０
側の末端５２０ｃ，５２１ｃ，５４０ｃ，５４１ｃの幅
が基端部５２０ｘ，５２１ｘ，５４０ｘ，５４１ｘの幅
（＝Ｗ１）より縮小された分岐側導波路を有する。

【０２４９】すなわち、単一モード導波路５２０，５２
１，５４０，５４１の多モード導波路５６０側の末端５
２０ｃ，５２１ｃ，５４０ｃ，５４１ｃの幅が、基端部
５２０ｘ，５２１ｘ，５４０ｘ，５４１ｘの幅であるＷ
１から縮小されてＷ２となっていることが特徴である。

【０２５０】これにより、図２３の方向性結合器は、単
一モード導波路５２０，５２１，５４０，５４１の中心
同士の間隔が狭まっているので、十分な加工安定性を維
持している。したがって、この光ブランチングデバイス
の分岐部における導波光の結合効率は従来のそれよりも
高い。したがって、本実施例の方向性結合器の導波光の
分岐、結合の際の損失は、図２７に示したの方向性結合
器のそれよりも低い。なお、末端幅縮小による効果が顕
著で放射損失の増加を上回り、なおかつ十分な加工安定
性を維持するためには、単一モード導波路５２０，５２
１，５４０，５４１の多モード導波路５６０側の末端５
２０ｃ，５２１ｃ，５４０ｃ，５４１ｃの幅（Ｗ２）
が、基端部５２０ｘ，５２１ｘ，５４０ｘ，５４１ｘの
幅（＝Ｗ１）の１／２〜４／５であることが望ましい。

【０２５１】すなわち、（Ｗ１）ｘ（１／２）＜＝Ｗ２
＜＝（Ｗ１）ｘ（４／５）である。

【０２５２】次に、本発明の１つの実施例に係る方向性
結合器について説明する。

【０２５３】図３２はこの方向性結合器の斜視図であ
る。図３３は、図３２のデバイスを図３２の矢印Ｈ−Ｈ
を通る平面で切ったデバイスの断面図である。図３４Ａ
は、図３３に示したデバイスを図の矢印Ａ−Ａを通る平
面で切ったデバイスの断面図である。図３４Ｂは、図３
３に示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切っ
たデバイスの断面図である。

【０２５４】図３４Ｃは、図３３に示したデバイスを図
の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイスの断面図であ
る。図３４Ｄは、図３３に示したデバイスを図の矢印Ｄ
−Ｄを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図３
４Ｅは、図３３に示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。

【０２５５】本実施例の方向性結合器は、シリコン基板
６０１と、保持基板６０１上に形成されたクラッド部材
６０２と、第１コア部材６６０と、第２コア部材（第２
導波路）６２０と、第３コア部材（第３導波路）６２１
とを備える。

【０２５６】第１コア部材６６０は、クラッド部材６０
２内に埋設されている。第２コア部材６２０は、クラッ
ド部材６０２内に埋設されている。第２コア部材６２０
は、第１コア部材６６０の第１端面６１１ｃに所定の間
隔（Ｂ）をあけて対向する第２端面６２０ｃを有してい
る。第３コア部材６２１も、クラッド部材２内に埋設さ
れている。第３コア部材６２１は、第１コア部材６６０
の第１端面６１１ｃに所定の間隔（Ｂ）をあけて対向し
た第３端面６２１ｃを有している。

【０２５７】第１コア部材６６０は、第１端面６１１ｃ
に対向する第４端面６１１ｄを有している。

【０２５８】第４コア部材６４０は、クラッド部材６０
２内に埋設されている。第４コア部材６４０は、第１コ
ア部材６６０の第４端面６１１ｄに対して所定の間隔
（Ｂ）をあけて対向した第５端面６４０ｃを有してい
る。

【０２５９】第５コア部材６４１も、クラッド部材６０
２内に埋設されている。第５コア部材６４１は、第１コ
ア部材６６０の第４端面６１１ｄに対して所定の間隔
（Ｂ）をあけて対向した第６端面６２１ｄを有してい
る。

【０２６０】クラッド部材６０２（クラッド６０２，ク
ラッド層６０２）は、第１表面６０２ａを有している。
第１表面６０２ａは、基板６０１の主表面６０１ａに平
行である。この第１表面６０２ａに垂直な方向と光の伝
搬する方向の双方に垂直な方向を幅方向とする。また、
第１表面６０２ａに垂直な方向を厚み方向とする。第１
コア部材６６０は、一定の幅および厚みを有している。

【０２６１】第１コア部材６６０は、第１表面６０２ａ
に対して垂直な第１面（図３３の矢印Ｃ−Ｃを通る平
面）と交差することにより規定される第１垂直断面６１
２ｄを有している。第１垂直断面６１２ｄの幅は一定で
ある。

【０２６２】第１コア部材６６０は、第１表面６０２ａ
に対して平行な第３面（図３２の矢印Ｈ−Ｈを通る平
面）と交差することにより規定される第１水平断面（図
３３の符号６６０ａで示される）を有している。

【０２６３】第２コア部材６２０は、第１表面６０２ａ
に対して垂直な第４面（図３３の矢印Ｅ−Ｅを通る平
面）と交差することにより規定される第３垂直断面６２
０ｅを有している。第２コア部材６２０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第２水平断面
（図３３の符号６２０ｆで示される）を有している。

【０２６４】第３コア部材６２１は、第４面（Ｅ−Ｅ
面）と交差することにより規定される第４垂直断面６２
１ｅを有している。第３コア部材６２１は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第３水平断面
６２１ｆを有している。

【０２６５】第４コア部材６４０は、第１表面６０２ａ
に対して垂直な第５面（図３３の矢印Ａ−Ａを通る平
面）と交差することにより規定される第５垂直断面６４
０ｅを有している。第４コア部材６４０は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第４水平断面
（図３３の符号６４０ｆで示される）を有している。

【０２６６】第５コア部材６４１は、第５面（Ａ−Ａ
面）と交差することにより規定される第６垂直断面６４
１ｅを有している。第５コア部材６４１は、第３面（Ｈ
−Ｈ面）と交差することにより規定される第５水平断面
６４１ｆを有している。

【０２６７】換言すれば、図３２ないし図３４Ｅに示さ
れた分岐導波路は、基板１、直線導波路（ミキサー）６
６０、第２導波路６２０、第３導波路６２１、第４導波
路６４０および第５導波路６４１を有している。

【０２６８】第１端面６１１ｃの幅は、基板表面６０１
ａの法線方向（厚み方向）および第１端面６１１ｃの法
線方向（光軸方向）の双方に垂直な方向（幅方向）に沿
った第１端面６１１ｃの長さである。第１端面６１１ｃ
の幅は、第２端面６２０ｃと第３端面６２１ｃとの間の
距離よりも大きい。第１端面６１１ｃの幅は、第２側面
６２０ｂと第３側面６２１ａとの間の距離よりも大き
い。

【０２６９】第２導波路６２０の幅は、ミキサー６６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面６２０ｅの面積は、第２端面６２０ｃの面積よりも
大きい。

【０２７０】第３導波路６２１の幅は、ミキサー６６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面６２１ｅの面積は、第３端面６２１ｃの面積よりも
大きい。

【０２７１】第４導波路６４０の幅は、ミキサー６６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面６４０ｅの面積は、第５端面６４０ｃの面積よりも
大きい。

【０２７２】第５導波路６４１の幅は、ミキサー６６０
に近づくにしたがって、細くなっている。したがって、
断面６２１ｅの面積は、第６端面６２１ｃの面積よりも
大きい。

【０２７３】第１コア部材６６０は、第４導波路６４０
および第５導波路６４１を通って第１コア部材６６０に
入力された光が、第２導波路６２０および第３導波路６
２１を通って光ブランチングデバイスから出力されるよ
うに配置されている。

【０２７４】図３３の方向性結合器は、本実施例のＹ字
状素子と同様に、シリコンからなる基板６０１上に形成
されたコア、すなわち単一モード導波路６２０，６２
１，６４０，６４１および多モード導波路６６０と、こ
のコアが埋め込まれたクラッド６０２とを備えている。

【０２７５】多モード導波路６６０の一方の末端６１１
ｃには、単一モード導波路６２０、６２１が接続されて
おり、他方の末端６１１ｄには単一モード導波路６４
０、６４１が接続されている。単一モード導波路６２
０，６２１および６４０，６４１は、それぞれ多モード
導波路６６０側の端部が間隔Ａをあけて互いに近接し、
多モード導波路６６０の中央線（光軸）ＯＰ６６０に関
して対称に配置されている。また、第１コア部材６６０
から離れるほど、単一モード導波路６２０と６２１との
間隔は、広くなる。第１コア部材６６０から離れるほ
ど、単一モード導波路６４０と６４１との間隔は、広く
なる。

【０２７６】この方向性結合器は、単一モード導波路６
４０，６４１の端面６４０ｃ，６４１ｃが多モード導波
路６６０の端面６６０ｄと所定の間隔（Ｂ）をあけて対
向している点、単一モード導波路６２０，６２１の端面
６２０ｃ，６２１ｃが多モード導波路６６０の端面６６
０ｃ所定の間隔（Ｂ）をあけて対向している点のみが図
２３の光結合素子と異なる。

【０２７７】図２３に示される構造をさらに説明する
と、単一モード導波路６４０，６４１の端面６４０ｃ，
６４１ｃは、多モード導波路６６０の端面６６０ｄと間
隔Ｂをあけて対向している。単一モード導波路６２０，
６２１についても同様である。なお、本実施例の光ブラ
ンチングデバイスにおいて、優れた加工安定性と十分な
低損失性を実現するためには、単一モード導波路６４
０，６４１および６２０，６２１の端面６４０ｃ，６４
１ｃおよび６２０ｃ，６２１ｃと多モード導波路６６０
の端面６６０ｄ，６６０ｃとの間隔Ｂは、２〜８μｍ程
度であることが好ましい。

【０２７８】図３３の方向性結合器は単一モード導波路
６２０，６２１，６４０，６４１とマルチモード導波路
６６０とが分離した分岐部構造を有している。したがっ
て、図２７の方向性結合器における分岐部付近の間隙部
１０８０のような作製上なまりやすい部分を有さない。
したがって、図３３の素子は、図２７の素子よりもさら
に優れた加工安定性を有しており、歩留まりよく大量生
産することができるので、大規模通信システム等の構築
にいっそう適している。

【０２７９】本発明者らは、図３３の方向性結合器（実
施例４）の効果を確認するためにこれを作製し、その光
伝送特性を測定した。また、比較のために図２７の方向
性結合器も併せて作製し、その光伝送特性を測定した。
方向性結合器の作製方法は、上記の素子のそれと同様で
ある。また、各部の寸法は、図１０、１３における符号
を用いて表すと、次の通りである。

【０２８０】Ａ＝４μｍＢ＝４μｍＷ１＝８μｍＲ＝５０ｍｍ（以上、図３３、２７の２タイプに共通）であり、単一
モード導波路６４０，６４１および単一モード導波路６
２０，６２１の末端幅（＝Ｗ２）、多モード導波路６０
の導波路幅Ｗｍおよび長さＬｍについては、図３３の素子…Ｗ２＝４μｍ、Ｗｍ＝１８μｍ、Ｌｍ＝
１．５ｍｍ図２７の素子…Ｗ２＝Ｗ１＝８μｍ、Ｗｍ＝２０μｍ、
Ｌｍ＝１．８ｍｍと異なっている。いずれにおいても、コアとクラッドの
比屈折率差は０．３％、導波路の厚さは８μｍである。
なお、図３３の素子において分岐部構造の寸法が上記の
ようになっているのは、図３３の素子が図１６の素子と
同じ分岐部構造を有していることに鑑みて、図１９のグ
ラフに表されるＷ２＝４μｍのデータの中で比較的低い
分岐過剰損を示す寸法を採用したためである。

【０２８１】光伝送特性の測定は、分岐比と挿入損失を
求めるもので、図３３および図２７の方向性結合器にシ
ングルモードファイバを通じて波長１．５５μｍのレー
ザダイオード光を入出力することにより行われた。その
結果、分岐比はともに約５１：４９でほぼ同一であった
が、挿入損失は、図２７の素子で０．６５ｄＢであった
のに対し、図３３の素子は０．４２ｄＢであり、本実施
例の素子の方が優れていた。

【０２８２】また本実施例の素子の分岐部構造は、図１
６のＹ字状素子の構造と同じであるから、本発明に係る
方向性結合器も図２６のＹ字状素子と同様、広範囲にわ
たる導波光の波長領域において低損失で、導波光波長の
変化による損失の変動が小さいと推測される。したがっ
て、本発明に係る方向性結合器も、広波長域にわたる光
を掃引するような光測定システムなどにおいて好適な使
用が可能である。

【０２８３】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、様々な変形が可能である。例えば、分岐側の単一
モード導波路の末端幅が基端部より縮小された構造を有
するかぎり、導波路型光分岐結合素子の組成や、各部の
形状、寸法等は、上記実施例のものに限定されない。ま
た、導波路型光分岐結合素子の構造は、本実施例の埋込
み型構造に限られず、リッジ型や装荷型といった他の構
造であってもよい。

【０２８４】また、分岐側の単一モード導波路は、上記
実施例のように多モード導波路の中央線に関して対称に
配置されるものに限られない。本発明者らは、非対称の
光分岐結合素子であっても上記実施例と同様に優れた加
工安定性と低損失性が実現できるものと考える。

【０２８５】また、光分岐結合素子の例として、Ｙ字状
素子と方向性結合器をあげたが、このほかにもスターカ
プラなどがあり、このような素子も本発明の特徴である
分岐部構造を有する限り本発明に含まれる。

【０２８６】また、本発明の光分岐結合素子を、一の素
子の出力側導波路の末端を他の素子の入力側導波路とす
ることにより複数組み合わせて一つの導波路型素子とす
ることもできる。この導波路型素子は、各素子の効果が
累積されるので、優れた加工安定性を有するとともに格
段に損失を抑えて、導波光を分岐、結合させて出力する
ことができる。

【０２８７】本発明の特徴は、多モード導波路側の末端
幅が基端部の導波路幅より縮小された単一モード導波路
を備えることより、２つの単一モード導波路の中心同士
の間隔が狭められていることであり、このような構造を
有する導波路型素子は本発明に含まれる。

【０２８８】図３５は、図３３に示された光ブランチン
グデバイスＢＲ６０１を３つ用意し、これらの光ブラン
チングデバイスを接続した光学部品である。それぞれの
光ブランチングデバイスをＢＲ６０１，ＢＲ６０２，Ｂ
Ｒ６０３とする。

【０２８９】この光学部品は、第１光ミキサー６６０
と、第１の端部６２１ｃと第２の端部６２１ｐを有する
Ｓ字型導波路６２１と、第１の端部６２０ｃと第２の端
部６２０ｐを有するＳ字型導波路６２０と、第２光ミキ
サー１６６０と、第３光ミキサー２６６０とを備える。

【０２９０】第１の端部６２１ｃは、第１ミキサー６６
０に対向している。第２の端部６２１ｐは、第３のミキ
サー２６６０に対向している。第１の端部６２０ｃは、
第１ミキサー６６０に対向している。第２の端部６２０
ｐは、第２のミキサー１６６０に対向している。

【０２９１】ポートＰ１ないしＰ４から入力された光
は、合成されてポートＰ４ないしＰ８から出力される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の１つの実施例に係る光ブラン
チングデバイスを示す斜視図である。

【図２】図２Ａは、このデバイスを図の矢印Ｈ−Ｈを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図２Ｂは、図
２Ａに示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。図２Ｃは、図２Ａに示し
たデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図２Ｄは、図２Ａに示したデバイス
を図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で切ったデバイスの断面図
である。図２Ｅは、図２Ａに示したデバイスを図の矢印
Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図
２Ｆは、図２Ａに示したデバイスを図の矢印Ｆ−Ｆを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図２Ｇは、図
２Ａに示したデバイスを図の矢印Ｇ−Ｇを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。

【図３】図３は、図２Ａに示した光ブランチングデバイ
スを示す図である。

【図４】図４は、図２Ａに示した光ブランチングデバイ
スの第２コア部材２２０および第３コア部材２２１の端
面２２０ｄ，２２１ｄを改良したデバイスを示す断面図
である。

【図５】図５は、図４に示した光ブランチングデバイス
を３つ用意し、これらの光ブランチングデバイスＢＲ２
０１，ＢＲ２０２，ＢＲ２０３を接続した１ｘ４構造を
有する光ブランチングデバイスの断面図である。

【図６】図６は、図４に示した光ブランチングデバイス
を７つ用意し、これらの光ブランチングデバイスＢＲ２
０１，ＢＲ２０２，ＢＲ２０３，ＢＲ２０４，ＢＲ２０
５，ＢＲ２０６，ＢＲ２０７を接続した１ｘ８構造を有
する光ブランチングデバイスを示す図である。

【図７】図７は、この光ブランチングデバイスを示す斜
視図である。

【図８】図８Ａは、このデバイスを図の矢印Ｈ−Ｈを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図８Ｂは、図
８Ａに示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。図８Ｃは、図８Ａに示し
たデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図８Ｄは、図８Ａに示したデバイス
を図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で切ったデバイスの断面図
である。図８Ｅは、図８Ａに示したデバイスを図の矢印
Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図
８Ｆは、図８Ａに示したデバイスを図の矢印Ｆ−Ｆを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図８Ｇは、図
８Ａに示したデバイスを図の矢印Ｇ−Ｇを通る平面で切
ったデバイスの断面図である。

【図９】図９は、図８Ａに示した光ブランチングデバイ
スを示す図である。

【図１０】図１０は、図８Ａに示した光ブランチングデ
バイスの第２コア部材３２０および第３コア部材３２１
の端面３２０ｄ，３２１ｄを改良したデバイスの断面図
である。

【図１１】は、図１０に示した光ブランチングデバイス
を３つ用意し、これらの光ブランチングデバイスＢＲ３
０１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３を接続した１ｘ４構造を
有する光ブランチングデバイスの断面図である。

【図１２】図１２は、図１０に示した光ブランチングデ
バイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイス
ＢＲ３０１，ＢＲ３０２，ＢＲ３０３，ＢＲ３０４，Ｂ
Ｒ３０５，ＢＲ３０６，ＢＲ３０７を接続した１ｘ８構
造を有する光ブランチングデバイスの断面図である。

【図１３】図１３Ａは、図１３Ｂに示した第１コア部材
３１０の末端、すなわち、座標Ｙ１、における導波光の
電界分布、および、第２および第３コア部材３２０，３
２１の末端、すなわち、座標Ｙ２における導波光の電界
分布を示すグラフである。図１３Ｂは、図７ないし図９
に示した光ブランチングデバイスの第１コア部材３１
０，第２コア部材３２０，第３コア部材３２１を図７い
し図９ら抜出して示す図である。図１３Ｂには、座標軸
が示してある。

【図１４】図１４は、本発明の１つの実施例に係る光ブ
ランチングデバイスを示す斜視図である。

【図１５】図１５Ａは、このデバイスを図１４の矢印Ｈ
−Ｈを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図１
５Ｂは、図１５Ａに示したデバイスを図の矢印Ｂ−Ｂを
通る平面で切ったデバイスの断面図である。図１５Ｃ
は、図１５Ａに示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通る
平面で切ったデバイスの断面図である。図１５Ｄは、図
１５Ａに示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で
切ったデバイスの断面図である。図１５Ｅは、図１５Ａ
に示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切った
デバイスの断面図である。図１５Ｆは、図１５Ａに示し
たデバイスを図の矢印Ｆ−Ｆを通る平面で切ったデバイ
スの断面図である。図１５Ｇは、図１５Ａに示したデバ
イスを図の矢印Ｇ−Ｇを通る平面で切ったデバイスの断
面図である。

【図１６】図１６は、図１５Ａに示したデバイスの断面
図である。この波面が進行する様子を、図３１に示す。

【図１７】図１７は、図１５Ａに示した光ブランチング
デバイスの第２コア部材４２０および第３コア部材４２
１の端面４２０ｄ，４２１ｄを改良したデバイスの断面
図である。

【図１８】図１８は、図１７に示した光ブランチングデ
バイスを３つ用意し、これらの光ブランチングデバイス
ＢＲ４０１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３を接続した１ｘ４
構造を有する光ブランチングデバイスを示す図である。

【図１９】図１９は、図１４ないし図１６に示した本実
施例のＹ字状素子について、直線部４１６の幅（＝Ｗ
ｔ）と分岐側導波路４２０，４２１の末端幅（＝Ｗ２）
をパラメーターとして、導波光の波長が１．５５μｍの
場合の分岐過剰損を計算し、その結果を示したグラフで
ある。

【図２０】図２０は、図１７に示した光ブランチングデ
バイスを７つ用意し、これらの光ブランチングデバイス
ＢＲ４０１，ＢＲ４０２，ＢＲ４０３，ＢＲ４０４，Ｂ
Ｒ４０５，ＢＲ４０６，ＢＲ４０７を接続した１ｘ８構
造を有する光ブランチングデバイスを示す図である。

【図２１】本発明の１つの実施例に係る光ブランチング
デバイスの断面図である。

【図２２】図２２は方向性結合器の斜視図である。

【図２３】図２３は、図２２のデバイスを図２２の矢印
Ｈ−Ｈを通る平面で切ったデバイスの断面図である。

【図２４】図２４Ａは、図２３に示したデバイスを図の
矢印Ａ−Ａを通る平面で切ったデバイスの断面図であ
る。図２４Ｂは、図２３に示したデバイスを図の矢印Ｂ
−Ｂを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図２
４Ｃは、図２３に示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図２４Ｄは、
図２３に示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で
切ったデバイスの断面図である。図２４Ｅは、図２３に
示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデ
バイスの断面図である。

【図２５】図２５は、Ｙ字状の導波路型光分岐結合素子
（Ｙ字状素子）の水平断面図である。

【図２６】図２６は、別の導波路型光分岐結合素子を示
す断面図である。

【図２７】図２７は、図２６の方向性結合器において、
結合部１０７０を、直線状の多モード導波路１０６０に
置き換えた光ブランチングデバイスの断面図である。

【図２８】図２８は、上記の素子における結合効率を改
善した優れた光ブランチングデバイスを示す断面図であ
る。

【図２９】図２９は、図２０の１×８素子（実施例）お
よび図２８の１×８素子（比較例）の分岐過剰損の波長
特性を測定した結果を示したグラフである。

【図３０】図３０Ａは、図３０Ｂに示した第１コア部材
１０１０の末端、すなわち、座標Ｙ１、における導波光
の電界分布、および、第２および第３コア部材１０２
０，１０２１の末端、すなわち、座標Ｙ２における導波
光の電界分布を示すグラフである。図３０Ｂは、図２８
に示した光ブランチングデバイスの第１コア部材１０１
０，第２コア部材１０２０，第３コア部材１０２１を図
２８から抜出して示す図である。図３０Ｂには、座標軸
が示してある。

【図３１】光ブランチングデバイス内を波面が伝搬する
ようすを示す断面図である。

【図３２】図３２は方向性結合器の斜視図である。

【図３３】図３３は、図３２のデバイスを図３２の矢印
Ｈ−Ｈを通る平面で切ったデバイスの断面図である。

【図３４】図３４Ａは、図３３に示したデバイスを図の
矢印Ａ−Ａを通る平面で切ったデバイスの断面図であ
る。図３４Ｂは、図３３に示したデバイスを図の矢印Ｂ
−Ｂを通る平面で切ったデバイスの断面図である。図３
４Ｃは、図３３に示したデバイスを図の矢印Ｃ−Ｃを通
る平面で切ったデバイスの断面図である。図３４Ｄは、
図３３に示したデバイスを図の矢印Ｄ−Ｄを通る平面で
切ったデバイスの断面図である。図３４Ｅは、図３３に
示したデバイスを図の矢印Ｅ−Ｅを通る平面で切ったデ
バイスの断面図である。

【図３５】図３５は、図３３に示された光ブランチング
デバイスを３つ用意し、これらを接続した光学部品の断
面図である。

【符号の説明】

２０１…基板、２０２…クラッド（クラッド部材）、２
１０…第１コア部材（第１テーパ導波路）、２２０…第
２コア部材（第２導波路）、２２１…第３コア部材（第
３導波路）、２１２…単一モード導波路、２１１…第２
テーパ導波路、２１１ｃ…第１端面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に形成され、光を伝
搬する導波路とを備えた光ブランチングデバイスにおい
て、前記導波路は、第１端面を有する第１コア部材と、前記第１端面に対向する第２端面を有し、前記第１端面
から前記第２端面へ向かう方向へのびたコア部材であっ
て、前記第２端面の面積が、前記第２端面から所定距離
離れた場所における前記第２端面に平行な平面によって
規定されるその断面積よりも小さくなる形状を有する第
２コア部材と、前記第１端面に対向する第３端面を有し、前記第１端面
から前記第３端面へ向かう方向へのびたコア部材であっ
て、前記第３端面の面積が、前記第３端面から所定距離
離れた場所における前記第３端面に平行な平面によって
規定されるその断面積よりも小さくなる形状を有する第
３コア部材と、を有することを特徴とする光ブランチン
グデバイス。
【請求項２】基板と、前記基板上に形成され、光を伝
搬する導波路とを備えた光ブランチングデバイスにおい
て、前記導波路は、第１端面を備えた第１コア部材と、前記第１コア部材の前記第１端面に連続したコア部材で
あって、前記第１端面を含む面によって規定されるその
第２断面の面積が、前記第２断面から所定距離離れた場
所における前記第２断面に平行な平面によって規定され
るその断面の面積よりも小さくなる形状を有する第２コ
ア部材と、前記第１コア部材の前記第１端面に連続したコア部材で
あって、前記第１端面を含む面によって規定されるその
第３断面の面積が、前記第３断面から所定距離離れた場
所における前記第３断面に平行な平面によって規定され
るその断面の面積よりも小さくなる形状を有する第３コ
ア部材と、を備え、前記第１端面の面積は、前記第２断面の面積と前記第３
断面の面積との和よりも大きいことを特徴とする光ブラ
ンチングデバイス。
【請求項３】前記第１コア部材は、第１のマルチモー
ド導波路を含み、前記第２コア部材は、第２のシングルモード導波路を含
み、前記第３コア部材は、第３のシングルモード導波路を含
む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
光ブランチングデバイス。
【請求項４】前記第１コア部材は、テーパ導波路を含
むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光
ブランチングデバイス。
【請求項５】前記基板上に形成され、前記第１コア部
材に近づくにしたがって細くなった第４コア部材と、前記基板上に形成され、前記第１コア部材に近づくにし
たがって細くなった第５コア部材と、を備えることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載の光ブランチン
グデバイス。
【請求項６】光ブランチングデバイスにおいて、第１表面を有するクラッド部材と、前記クラッド部材内に埋設され、第１端面、前記第１表
面に対して垂直な第１面と交差することにより規定され
る第１垂直断面、前記第１表面に対して垂直な第２面で
あって前記第１端面と前記第１面との間に位置する第２
面と交差することにより規定される第２垂直断面、およ
び前記第１表面に対して平行な第３面と交差することに
より規定される第１水平断面を有する第１コア部材と、前記クラッド部材内に埋設され、前記第１コア部材の前
記第１端面に対して第１の間隔を隔てて対向する第２端
面、前記第１表面に対して垂直な第４面と交差すること
により規定される第３垂直断面、および前記第３面と交
差することにより規定される第２水平断面を有する第２
コア部材と、前記クラッド部材内に埋設され、前記第１コア部材の前
記第１端面に対して第２の間隔を隔てて対向する第３端
面、前記第４面と交差することにより規定される第４垂
直断面、および前記第３面と交差することにより規定さ
れる第３水平断面を有する第３コア部材と、を備え、前記第２コア部材は、前記第２端面の面積が前記第３垂
直断面の面積よりも小さくなるような先細りの形状を有
しており、前記第３コア部材は、前記第３端面の面積が前記第４垂
直断面の面積よりも小さくなるような先細りの形状を有
していることを特徴とする光ブランチングデバイス。
【請求項７】前記第１端面の面積は、前記第１垂直断
面の面積よりも大きく、前記第２垂直断面の面積は、前記第１端面の面積と略等
しいことを特徴とする請求項６に記載の光ブランチング
デバイス。
【請求項８】前記第１水平断面と前記第１端面との交
線の長さは、前記第２水平断面と前記第２端面との交線
の長さ、前記第３水平断面と前記第３端面との交線の長
さ、および前記第２端面と前記第３端面との間の距離を
足し合わせた長さよりも長いことを特徴とする請求項６
に記載の光ブランチングデバイス。
【請求項９】前記第１コア部材は、第４端面を有し、前記光ブランチングデバイスは、前記クラッド部材内に埋設され、前記第１コア部材の前
記第４端面に対して所定の間隔を隔てて対向する第５端
面を有する第４コア部材、および前記クラッド部材内に
埋設され、前記第１コア部材の前記第４端面に対して所
定の間隔を隔てて対向する第６端面を有する第５コア部
材を備えることを特徴とする請求項６に記載の光ブラン
チングデバイス。
【請求項１０】前記第１コア部材は、前記第１コア部
材に入力された光の波面を前記第１端面から略平行に出
射する形状を有していることを特徴とする請求項６に記
載の光ブランチングデバイス。
【請求項１１】前記第２端面および前記第３端面は、
前記第１端面から出射される光の波面に略平行であるこ
とを特徴とする請求項６に記載の光ブランチングデバイ
ス。
【請求項１２】前記第１の間隔は、前記第２の間隔と
前記第２コア部材内を伝搬する光の波長との和以下であ
り、前記第２の間隔と前記第２コア部材内を伝搬する光
の波長との差以上であることを特徴とする請求項６に記
載の光ブランチングデバイス。
【請求項１３】基板表面を有する基板と、前記基板表面上に形成された第１テーパ導波路であっ
て、前記基板表面と交差する面を含む第１端面、前記基
板表面と交差する面を含む第５側面、および前記第５側
面に平行な第６側面を有する第４導波路、並びに前記第
４導波路に連続し、前記第４導波路に近付く方向に広が
った第２テーパ導波路を有する第１テーパ導波路と、前記基板表面上に形成され、前記第１端面に近かづくに
したがって細くなった第２導波路と、前記基板表面上に形成され、前記第１端面に近かづくに
したがって細くなった第３導波路と、を備える光学部
品。
【請求項１４】分岐導波路を備えた光学部品におい
て、前記分岐導波路は、基板表面を有する基板と、前記基板表面上に形成され、第１端面を有する第１テー
パ導波路と、前記基板表面上に形成された第２導波路であって、前記
第１端面に対して対向する第２端面、前記基板表面と交
差する面を含む第１側面、および前記第１側面に対向す
る第２側面を有し、前記第１端面に近づくにしたがって
細くなった第２導波路と、前記基板表面上に形成された第３導波路であって、前記
第１端面に対して対向する第３端面、前記基板表面と交
差する面を含む第３側面、および前記第３側面に対向す
る第４側面を有し、前記第４側面が前記第１側面と前記
第３側面との間に配置され、前記第１側面が前記第２側
面と前記第４側面との間に配置されるように前記基板表
面上に配置され、前記第１端面に近かづくにしたがって
細くなった第３導波路と、を備え、前記基板表面の法線方向および前記第１端面の法線方向
の双方に垂直な方向に沿った前記第１端面の幅は、前記
第２側面と前記第３側面との間の距離よりも大きいこと
を特徴とする光学部品。
【請求項１５】前記第１端面の幅は、前記第２側面と
前記第２端面との交線と、前記第３側面と前記第３端面
との間の交線との間の距離よりも広いことを特徴とする
請求項１４に記載の光学部品。
【請求項１６】前記第２端面は、前記第１端面に接触
しており、前記第３端面は、前記第１端面に接触していることを特
徴とする請求項１４に記載の光学部品。
【請求項１７】前記第２導波路は、前記第１導波路に
連続しており、前記第３導波路は、前記第１導波路に連続していること
を特徴とする請求項１６に記載の光学部品。
【請求項１８】前記第１テーパ導波路は、前記基板表
面と交差する面を含む第５側面、および前記第５側面に
平行な第６側面を有する第４導波路と、前記第４導波路に連続し、前記第４導波路に近付く方向
に広がった第２テーパ導波路と、を有することを特徴と
する請求項１４に記載の光学部品。
【請求項１９】前記第１テーパ導波路は、前記基板表面と交差する面を含む第５側面、および前記
第５側面に略平行な第６側面を有する第４導波路と、前記第４導波路に連続し、前記第４導波路に近付く方向
に広がった第２テーパ導波路と、を有し、前記第１端面の幅は、前記第２側面と前記第３側面との
間の距離に４マイクロメータを加えた値よりも大きく、
１０マイクロメータを加えた値よりも小さいことを特徴
とする請求項１４に記載の光学部品。
【請求項２０】前記第２導波路は、一定の幅を有する一定幅導波路と、前記一定幅導波路に連続し、第１端面に近づくにしたが
ってその幅が細くなった傾斜幅導波路と、を有する請求
項１５に記載の光学部品。
【請求項２１】前記第２導波路は、一定の幅を有する一定幅導波路と、前記一定幅導波路に連続し、第１端面に近づくにしたが
って、その幅が細くなった傾斜幅導波路と、を有し、前記傾斜幅導波路の幅は、前記一定幅導波路の幅の１／
２ないし４／５であることを特徴とする請求項１５に記
載の光学部品。