特許 6704436 光ハイブリッド回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6704436

(24)【登録日】2020年5月14日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】光ハイブリッド回路

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/125 20060101AFI20200525BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20200525BHJP

   G02F 2/00 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/125 301

   G02B6/125 311

   G02B6/122 311

   G02F2/00

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-152966(P2018-152966)

(22)【出願日】2018年8月15日

(65)【公開番号】特開2020-27212(P2020-27212A)

(43)【公開日】2020年2月20日

【審査請求日】2018年8月15日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成３０年度国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）

(73)【特許権者】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513065077

【氏名又は名称】技術研究組合光電子融合基盤技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100141955

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100085419

【弁理士】

【氏名又は名称】大垣 孝

(72)【発明者】

【氏名】岡山 秀彰

【審査官】 井部 紗代子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１９４３４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５１８２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−２１９６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０８−５０８３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−０５７４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１８−５０５４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０１０５２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 岡山 秀彰、他，ＭＭＩカプラ接続を利用したＳｉ導波路９０°光ハイブリッド，第６５回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集，日本，応用物理学会，２０１８年 ３月，１８ｐ−Ｂ２０１−１１

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２ − ６／１４

Ｇ０２Ｆ １／００ − １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１ − ７／００

Ｈ０４Ｂ１０／００ −１０／９０

Ｈ０４Ｊ１４／００ −１４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光導波路コアと、
前記光導波路コアを包含するクラッドと
を備え、
前記光導波路コアは、
一端側にこの順に並列に配置された第１〜第４入力部と、他端側にこの順に並列に配置された第１〜第４出力部を備え、第１入力部と第１出力部とが互いに対向し、第２入力部と第２出力部とが互いに対向し、第３入力部と第３出力部とが互いに対向し、第４入力部と第４出力部とが互いに対向する４×４カプラと、
一端側にこの順に並列に配置された第１〜第３入力部と、他端側にこの順に並列に配置された第１〜第３出力部を備え、第１入力部と第１出力部とが互いに対向し、第２入力部と第２出力部とが互いに対向し、第３入力部と第３出力部とが互いに対向する３×３カプラと、
入力部と出力部とを備える接続導波路部と
を含み、
前記４×４カプラの第１出力部は、前記接続導波路部の入力部に接続され、
前記４×４カプラの第２出力部は、前記３×３カプラの第１入力部に接続され、
前記４×４カプラの第３出力部は、前記３×３カプラの第２入力部に接続され、
前記４×４カプラの第４出力部は、前記３×３カプラの第３入力部に接続され、
第１の光が、前記４×４カプラの第１入力部に入力され、
第２の光が、前記４×４カプラの第３入力部に入力され、
前記４×４カプラは、多モード干渉カプラとして構成されており、第１入力部に入力される光と第３入力部に入力される光との干渉光を、第１出力部及び第４出力部から出力し、かつ第１入力部に入力される光と、第３入力部に入力される光に対しπ／２の位相回転を与えた光との干渉光を、第２出力部及び第３出力部から出力し、
前記３×３カプラは、多モード干渉カプラとして構成されており、第１入力部に入力される光を第３出力部から、第２入力部に入力される光を第２出力部から、第３入力部に入力される光を第１出力部から、それぞれ出力し、
前記接続導波路部は、入力部に入力される光を出力部から出力し、
前記３×３カプラに入力された光が該３×３カプラから出力されるタイミングと、前記接続導波路部に入力された光が該接続導波路部から出力されるタイミングとが揃っている
ことを特徴とする光ハイブリッド回路。

【請求項2】

前記接続導波路部が、シングルモード導波路である
ことを特徴とする請求項１に記載の光ハイブリッド回路。

【請求項3】

前記４×４カプラの第１入力部に接続された第１入力導波路部と、
前記４×４カプラの第３入力部に接続された第２入力導波路部と、
前記接続導波路部の出力部に接続された第１出力導波路部と、
前記３×３カプラの第１出力部に接続された第２出力導波路部と、
前記３×３カプラの第２出力部に接続された第３出力導波路部と、
前記３×３カプラの第３出力部に接続された第４出力導波路部と
をさらに備え、
前記第１入力導波路部は、前記４×４カプラと接続された端に向かって連続的に幅が拡大する入力テーパ部を含み、
前記第２入力導波路部は、前記４×４カプラと接続された端に向かって連続的に幅が拡大する入力テーパ部を含み、
前記第２出力導波路部は、３×３カプラと接続された端から離れる方向に向かって、連続的に幅が縮小する出力テーパ部を含み、
前記第３出力導波路部は、３×３カプラと接続された端から離れる方向に向かって、連続的に幅が縮小する出力テーパ部を含み、
前記第４出力導波路部は、３×３カプラと接続された端から離れる方向に向かって、連続的に幅が縮小する出力テーパ部を含み、
前記接続導波路部は、前記４×４カプラと接続された端から離れる方向に向かって、連続的に幅が縮小するテーパ部を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の光ハイブリッド回路。

【請求項4】

前記接続導波路部が、多モード干渉カプラとして構成された１×１カプラであり、
前記接続導波路部の入力部は、該接続導波路部の一端側に配置され、前記接続導波路部の出力部は、該接続導波路部の他端側に配置され、
前記接続導波路部の入力部と出力部とは、互いに対向して配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光ハイブリッド回路。

【請求項5】

前記接続導波路部が、この順に直列に接続された第１部分と第２部分とを備え、
前記第１部分は、前記接続導波路部の出力部に向かうにつれて前記３×３カプラから離間するように形成されており、
前記第２部分は、前記接続導波路部の出力部に向かうにつれて前記３×３カプラへ接近するように形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の光ハイブリッド回路。

【請求項6】

前記接続導波路部が、多モード干渉カプラとして構成された１×１カプラであり、
前記接続導波路部の入力部は、該接続導波路部の一端側に配置され、前記接続導波路部の出力部は、該接続導波路部の他端側に配置され、
前記接続導波路部の入力部と出力部とは、互いに点対称となる位置に配置されており、
前記接続導波路部は、前記３×３カプラと共通の設計で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光ハイブリッド回路。

【請求項7】

前記４×４カプラの第１入力部に接続された第１入力導波路部と、
前記４×４カプラの第３入力部に接続された第２入力導波路部と、
前記接続導波路部の出力部に接続された第１出力導波路部と、
前記３×３カプラの第１出力部に接続された第２出力導波路部と、
前記３×３カプラの第２出力部に接続された第３出力導波路部と、
前記３×３カプラの第３出力部に接続された第４出力導波路部と、
をさらに備え、
前記第１入力導波路部は、前記４×４カプラと接続された端に向かって連続的に幅が拡大する入力テーパ部を含み、
前記第２入力導波路部は、前記４×４カプラと接続された端に向かって連続的に幅が拡大する入力テーパ部を含み、
前記第１出力導波路部は、前記接続導波路部と接続された端から離れる方向に向かって、連続的に幅が縮小する出力テーパ部を含み、
前記第２出力導波路部は、３×３カプラと接続された端から離れる方向に向かって、連続的に幅が縮小する出力テーパ部を含み、
前記第３出力導波路部は、３×３カプラと接続された端から離れる方向に向かって、連続的に幅が縮小する出力テーパ部を含み、
前記第４出力導波路部は、３×３カプラと接続された端から離れる方向に向かって、連続的に幅が縮小する出力テーパ部を含む
ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の光ハイブリッド回路。

【請求項8】

前記光導波路コアが、シリコンを材料として形成されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光ハイブリッド回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば光コヒーレント検波を行う装置に用いて好適な、光ハイブリッド回路に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、小型化と量産性に優れることから、シリコン系素材を導波路材料として用いるシリコン（Ｓｉ）導波路が注目されている。Ｓｉ導波路では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Ｓｉを材料として形成する。そして、Ｓｉよりも屈折率の低い例えばシリカ等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば１μｍ程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。

【0003】

また、Ｓｉ導波路では、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の半導体装置の製造過程を流用することが可能である。そのため、チップ上に電子機能回路と光機能回路とを一括形成する光電融合（シリコンフォトニクス）の実現が期待されている。

【0004】

このＳｉ導波路を光コヒーレント検波に用いる際に有用な回路が光ハイブリッド回路である。図８を参照して、光ハイブリッド回路の従来例を説明する。図８は、光ハイブリッド回路の従来例を説明する模式図である。なお、図８では、光導波路コアのみを示してある。

【0005】

光ハイブリッド回路は、第１及び第２の入力分岐素子４０２及び４０４と、それぞれ長手方向に延在する第１〜第４の光導波路４１２、４１４、４１６及び４１８と、位相回転素子４２０と、第１及び第２の方向性結合器４３２及び４３４とを備えて構成される。第１の入力分岐素子４０２に、第１及び第２の光導波路４１２及び４１４が接続されており、第２の入力分岐素子４０４に、第３及び第４の光導波路４１６及び４１８が接続されている。第２の光導波路４１４と第３の光導波路４１６とは交差し、第１及び第３の光導波路４１２及び４１６が第１の方向性結合器４３２に接続され、第２及び第４の光導波路４１４及び４１８が第２の方向性結合器４３４に接続されている。また、第４の光導波路４１８には、位相回転素子４２０が設けられている。位相回転素子４２０は、第４の光導波路４１８を伝播する光に９０度（π／２）の位相回転を与える。

【0006】

この光ハイブリッド回路には、これまで多くの改良が加えられている。先ず、構成要素を少なくするために、２×４型の多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｉ−Ｍｏｄｅ−Ｉｎｔｅｆｅｒｅｎｃｅ）カプラを使用することが考えられた（例えば、特許文献１参照）。

【0007】

この特許文献１に開示されている光ハイブリッド回路は、１つのＭＭＩカプラで実現される。

【0008】

しかも、入力分岐素子と方向性結合器の間をつなぎ、９０度の位相回転を発生させるためのシングルモード導波路が存在しない。このため、シングルモード導波路で生じがちな位相誤差を回避できる。

【0009】

しかし、必要な位相関係を得るためには、４本の光導波路のうち３本を交差配置する必要がある。光導波路の交差には、ある程度の角度の保持が必要になるなど、回路の小型化が難しかったり、設計が面倒であったりする。

【0010】

この特許文献１の課題を解決するために、２×４ＭＭＩカプラの４つの出力ポートのうち、２つの出力ポートに２×２ＭＭＩカプラを接続し、さらに、ＭＭＩカプラとして幅テーパＭＭＩカプラを用いる技術がある（例えば、特許文献２参照）。

【0011】

また、９０度の位相回転をシングルモード導波路で生じさせるのではなく、入力分岐素子として１×２ＭＭＩカプラと２×２ＭＭＩカプラを使用する技術がある（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の光ハイブリッド回路では、位相回転をシングルモード導波路で生じさせない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０１２−５１８２０２号公報

【特許文献2】特許第５２８７５２７号

【特許文献3】特許第５２４３６０７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

しかしながら、特許文献２の光ハイブリッド回路では、光導波路の交差が生じないため、構造は簡単であるが、幅テーパＭＭＩカプラの設計が難しい。また、特許文献１及び３のいずれの光ハイブリッド回路でも、構成要素間などにシングルモード導波路を多用するため、幅誤差に弱くなる欠点がある。

【0014】

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、設計が容易で、かつ幅誤差に強い光ハイブリッド回路を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上述した目的を達成するために、この発明の光ハイブリッド回路は、光導波路コアと、光導波路コアを包含するクラッドとを備えて構成される。

【0016】

光導波路コアは、４×４カプラと、３×３カプラと、接続導波路部とを含む。４×４カプラは、一端側にこの順に並列に配置された第１〜第４入力部と、他端側にこの順に並列に配置された第１〜第４出力部を備え、第１入力部と第１出力部とが互いに対向し、第２入力部と第２出力部とが互いに対向し、第３入力部と第３出力部とが互いに対向し、第４入力部と第４出力部とが互いに対向する。３×３カプラは、一端側にこの順に並列に配置された第１〜第３入力部と、他端側にこの順に並列に配置された第１〜第３出力部を備え、第１入力部と第１出力部とが互いに対向し、第２入力部と第２出力部とが互いに対向し、第３入力部と第３出力部とが互いに対向する。接続導波路部は、入力部と出力部とを備える。

【0017】

４×４カプラの第１出力部は、接続導波路部の入力部に接続される。４×４カプラの第２出力部は、３×３カプラの第１入力部に接続される。４×４カプラの第３出力部は、３×３カプラの第２入力部に接続される。４×４カプラの第４出力部は、３×３カプラの第３入力部に接続される。

【0018】

この発明の光ハイブリッド回路では、第１の光が、４×４カプラの第１入力部に入力され、第２の光が、４×４カプラの第３入力部に入力される。

【0019】

４×４カプラは、多モード干渉カプラとして構成されており、第１入力部に入力される光と第３入力部に入力される光との干渉光を、第１出力部及び第４出力部から出力し、かつ第１入力部に入力される光と、第３入力部に入力される光に対しπ／２の位相回転を与えた光との干渉光を、第２出力部及び第３出力部から出力する。３×３カプラは、多モード干渉カプラとして構成されており、第１入力部に入力される光を第３出力部から、第２入力部に入力される光を第２出力部から、第３入力部に入力される光を第１出力部から、それぞれ出力する。接続導波路部は、入力部に入力される光を出力部から出力する。

【0020】

３×３カプラに入力された光がこの３×３カプラから出力されるタイミングと、接続導波路部に入力された光がこの接続導波路部から出力されるタイミングとが揃っている。

【発明の効果】

【0021】

この発明の光ハイブリッド回路では、図８を参照して説明した従来の光ハイブリッド回路と等価な機能を有する。しかも、この発明の光ハイブリッド回路では、幅テーパＭＭＩカプラを含まないため、設計が容易である。

【0022】

また、この発明の光ハイブリッド回路では、シングルモード導波路を用いる場合であっても、シングルモード導波路を利用するのは接続導波路部のみであるため、この発明の光ハイブリッド回路は、シングルモード導波路を多用する従来の光ハイブリッド回路と比べて、幅誤差に強い。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】第１の光ハイブリッド回路を示す概略的平面図である。

【図2】第１の光ハイブリッド回路を示す概略的端面図である。

【図3】（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の光ハイブリッド回路の特性を示す図である。

【図4】第２の光ハイブリッド回路を示す概略的平面図である。

【図5】第２の光ハイブリッド回路の変形例を示す概略的平面図である。

【図6】（Ａ）は、第２の光ハイブリッド回路の特性を示す図であり、（Ｂ）は、第２の光ハイブリッド回路の変形例の特性を示す図である。

【図7】第３の光ハイブリッド回路を示す概略的平面図である。

【図8】光ハイブリッド回路の従来例を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

【0025】

(第１の光ハイブリッド回路)
図１及び図２を参照して、この発明の第１実施形態に係る光ハイブリッド回路（以下、第１の光ハイブリッド回路とも称する）を説明する。図１及び図２は、第１の光ハイブリッド回路を説明するための模式図である。図１は、第１の光ハイブリッド回路を示す概略平面図である。また、図２は、図１に示す構造体をＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。なお、図１では、光導波路コアのみを示してあり、後述する支持基板及びクラッドを省略して示してある。

【0026】

なお、以下の説明では、各構成要素について、光伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、支持基板の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。

【0027】

第１の光ハイブリッド回路１００は、支持基板１０とクラッド２０と光導波路コア３０とを備えて構成されている。

【0028】

支持基板１０は、例えば単結晶Ｓｉを材料とした平板状体で構成されている。

【0029】

クラッド２０は、支持基板１０上に設けられている。クラッド２０は、支持基板１０の上面を被覆し、かつ、光導波路コア３０を包含して形成されている。クラッド２０は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を材料として形成されている。

【0030】

光導波路コア３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばシリコン（Ｓｉ）を材料として形成されている。その結果、光導波路コア３０は、光の伝送路として機能し、光導波路コア３０に入力された光は、光導波路コア３０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。

【0031】

ここで、光導波路コア３０を伝播する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、光導波路コア３０は、支持基板１０から少なくとも１μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。

【0032】

光導波路コア３０の厚さは、シングルモード条件を達成できる厚さ、例えば２００〜５００ｎｍの範囲内の厚さであることが望ましい。例えば、当該第１の光ハイブリッド回路１００を１５５０ｎｍの波長帯域で用いる場合は、光導波路コア３０の厚さを２００ｎｍにすることができる。

【0033】

光導波路コア３０は、第１入力導波路部１１０、第２入力導波路部１２０、４×４カプラ４０、３×３カプラ５０、接続導波路部６０、第１出力導波路部２１０、第２出力導波路部２２０、第３出力導波路部２３０、及び第４出力導波路部２４０を備えて構成される。第１出力導波路部２１０、第２出力導波路部２２０、第３出力導波路部２３０及び第４出力導波路部２４０は、この順に互いに並列に配置されている。

【0034】

４×４カプラ４０及び３×３カプラ５０の各カプラは、光導波路コア３０の平面形状に応じて、所謂多モード干渉（ＭＭＩ）カプラとして構成される。

【0035】

４×４カプラ４０は、一端側にこの順に並列に配置された第１〜第４入力部４１ａ〜４１ｄと、他端側にこの順に並列に配置された第１〜第４出力部４２ａ〜４２ｄを備えて構成される。４×４カプラ４０では、第１入力部４１ａと第１出力部４２ａとが互いに対向し、第２入力部４１ｂと第２出力部４２ｂとが互いに対向し、第３入力部４１ｃと第３出力部４２ｃとが互いに対向し、第４入力部４１ｄと第４出力部４２ｄとが互いに対向している。

【0036】

４×４カプラ４０は、第１入力部４１ａ及び第３入力部４１ｃに入力される光をミキシングして、第１〜第４出力部４２ａ〜４２ｄから出力する。４×４カプラ４０は、第１入力部４１ａに入力される第１の光と第３入力部４１ｃに入力される第２の光との干渉光を、第１出力部４２ａ及び第４出力部４２ｄから出力する。また、４×４カプラ４０は、第１入力部４１ａに入力される第１の光と、第３入力部４１ｃに入力される第２の光に対し９０度（π／２）の位相回転を与えた光との干渉光を、第２出力部４２ｂ及び第３出力部４２ｃから出力する。

【0037】

３×３カプラ５０は、一端側にこの順に並列に配置された第１〜第３入力部５１ａ〜５１ｃと、他端側にこの順に並列に配置された第１〜第３出力部５２ａ〜５２ｃを備えて構成される。３×３カプラ５０では、第１入力部５１ａと第１出力部５２ａとが互いに対向し、第２入力部５１ｂと第２出力部５２ｂとが互いに対向し、第３入力部５１ｃと第３出力部５２ｃとが互いに対向している。

【0038】

３×３カプラ５０は、所謂ミラーイメージ型のカプラとして構成されており、第１〜第３入力部５１ａ〜５１ｃに入力される光を、第１〜第３出力部５２ａ〜５２ｃから出力する。３×３カプラ５０は、第１入力部５１ａに入力される光を第３出力部５２ｃから、第２入力部５１ｂに入力される光を第２出力部５２ｂから、第３入力部５１ｃに入力される光を第１出力部５２ａから、それぞれ出力する。

【0039】

第１入力導波路部１１０は、直列に接続された入力ポート部１１１及び入力テーパ部１１２を備えて構成される。入力ポート部１１１は、例えばシングルモード条件を達成する幅に設定されている。従って、入力ポート部１１１は、基本モードの光を伝播させる。入力テーパ部１１２は、４×４カプラ４０の第１入力部４１ａに接続されている。入力テーパ部１１２は、入力ポート部１１１と接続された一端から４×４カプラ４０と接続された他端まで（すなわち、４×４カプラ４０と接続された端に向かって）、連続的に幅が拡大するテーパ形状で形成されている。

【0040】

第２入力導波路部１２０は、直列に接続された入力ポート部１２１及び入力テーパ部１２２を備えて構成される。第２入力導波路部１２０の入力ポート部１２１及び入力テーパ部１２２は、第１入力導波路部１１０の入力ポート部１１１及び入力テーパ部１１２と同様に構成することができる。第２入力導波路部１２０の入力テーパ部１２２は、４×４カプラ４０の第３入力部４１ｃに接続されている。

【0041】

４×４カプラ４０の第１出力部４２ａは、接続導波路部６０の入力部６５に接続されている。４×４カプラ４０の第２出力部４２ｂは、３×３カプラ５０の第１入力部５１ａに接続されている。４×４カプラ４０の第３出力部４２ｃは、３×３カプラ５０の第２入力部５１ｂに接続されている。４×４カプラ４０の第４出力部４２ｄは、３×３カプラ５０の第３入力部５１ｃに接続されている。

【0042】

接続導波路部６０の出力部６６は、第１出力導波路部２１０に接続されている。

【0043】

３×３カプラ５０の第１出力部５２ａは、第２出力導波路部２２０の出力テーパ部２２１に接続されている。３×３カプラ５０の第２出力部５２ｂは、第３出力導波路部２３０の出力テーパ部２３１に接続されている。３×３カプラ５０の第３出力部５２ｃは、第４出力導波路部２４０の出力テーパ部２４１に接続されている。

【0044】

接続導波路部６０は、この順に直列に接続されたテーパ部６１、第１アーム導波路部６２、直線導波路部６３及び第２アーム導波路部６４を備えて構成される。

【0045】

テーパ部６１は、４×４カプラ４０と接続された一端から第１アーム導波路部６２と接続された他端まで（すなわち、４×４カプラ４０と接続された端から離れる方向に向かって）、連続的に幅が縮小するテーパ形状で形成されている。

【0046】

第１アーム導波路部６２は、直線導波路部６３に向かうにつれて３×３カプラ５０から離間する曲線導波路として形成されている。直線導波路部６３は、第１アーム導波路部６２及び第２アーム導波路部６４を結ぶ直線状の導波路として形成されている。第２アーム導波路部６４は、第１出力導波路部２１０に向かうにつれて３×３カプラ５０へ接近する曲線導波路として形成されている。第１アーム導波路部６２、直線導波路部６３及び第２アーム導波路部６４は、シングルモード条件を達成する幅に設定されている。従って、第１アーム導波路部６２、直線導波路部６３及び第２アーム導波路部６４は、基本モードの光を伝播させる。

【0047】

ここでは、テーパ部６１の、４×４カプラ４０と接続された一端部を、入力部６５としている。また、第２アーム導波路部６４の、直線導波路部６３と接続された一端とは反対側の他端部を、出力部６６としている。

【0048】

第１出力導波路部２１０は、例えばシングルモード条件を達成する幅に設定されている。従って、第１出力導波路部２１０は、基本モードの光を伝播させる。

【0049】

第２出力導波路部２２０は、この順に直列に接続された出力テーパ部２２１及び出力ポート部２２２を備えて構成される。出力テーパ部２２１は、３×３カプラ５０と接続された一端から出力ポート部２２２と接続された他端まで（すなわち、３×３カプラ５０と接続された端から離れる方向に向かって）、連続的に幅が縮小するテーパ形状で形成されている。

【0050】

第３出力導波路部２３０は、この順に直列に接続された出力テーパ部２３１及び出力ポート部２３２を備えて構成される。また、第４出力導波路部２４０は、この順に直列に接続された出力テーパ部２４１及び出力ポート部２４２を備えて構成される。第３出力導波路部２３０の出力テーパ部２３１及び出力ポート部２３２、並びに第４出力導波路部２４０の出力テーパ部２４１及び出力ポート部２４２は、第２出力導波路部２２０の出力テーパ部２２１及び出力ポート部２２２と同様に構成することができる。

【0051】

次に、上述した４×４カプラ４０、３×３カプラ５０及び接続導波路部６０の設計について説明する。

【0052】

ＭＭＩカプラの長さＬは、幅をＷ、等価屈折率をｎ、及び波長をλとして、下式（１）で表すことができる。

【0053】

Ｌ＝４ｎＷ^２／（Ｎλ） ・・・（１）
上式（１）において、Ｎは、像形成のパラメータである。ＭＭＩカプラにおいて、入力光を４等分する場合にはＮ＝４である。４×４カプラ４０の幅をＷ_１として、上式（１）より、４×４カプラ４０の長さＬ_１は、Ｌ_１＝ｎＷ_１^２／λとなる。

【0054】

３×３カプラ５０の幅Ｗ_２は、４×４カプラ４０の幅Ｗ_１のほぼ３／４である。また、所謂ミラーイメージ型のカプラではＮ＝１である。上式（１）より、３×３カプラ５０の長さＬ_２は、Ｌ_２＝４ｎＷ_２^２／λ＝４ｎ（３Ｗ_１／４）^２／λ＝（９／４）Ｌ_１となる。

【0055】

従って、３×３カプラ５０の長さＬ_２は、４×４カプラ４０の長さＬ_１に対して２．２５倍となる。

【0056】

接続導波路部６０は、上述したようにシングルモード導波路として形成される。このため、接続導波路部６０とＭＭＩカプラである３×３カプラ５０では、群屈折率に差が生じ、それぞれを伝播する光の速度にも差が生じる。そこで、接続導波路部６０の光路長を調整することによって、３×３カプラ５０に入力された光が３×３カプラ５０から出力されるタイミングと、接続導波路部６０に入力された光が接続導波路部６０から出力されるタイミングとを対応させることができる。

【0057】

第１の光ハイブリッド回路１００をコヒーレント検波に用いる場合、第１入力導波路部１１０には、第１の光として信号光が入力される。信号光は、入力ポート部１１１及び入力テーパ部１１２を順次に経て、４×４カプラ４０の第１入力部４１ａに送られる。また、第２入力導波路部１２０には、第２の光として局発光が入力される。局発光は、入力ポート部１２１及び入力テーパ部１２２を順次に経て、４×４カプラ４０の第３入力部４１ｃに送られる。

【0058】

４×４カプラ４０に送られた信号光と局発光とは、４×４カプラ４０においてミキシングされる。そして、これら信号光及び局発光の干渉光が第１〜第４出力部４２ａ〜４２ｄからそれぞれ出力される。なお、第２出力部４２ｂ及び第３出力部４２ｃからは、信号光と、９０度（π／２）の位相回転を与えられた局発光との干渉光が出力される。第１出力部４２ａ及び第４出力部４２ｄからは、信号光と、位相回転を与えられない局発光との干渉光が出力される（JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.28, NO.9, MAY 1, 2010 pp.1323-1331参照）。

【0059】

４×４カプラ４０の各入力部４１ａ〜４１ｄに入力される光に対する、各出力部４２ａ〜４２ｄから出力される光の位相差φ（ｘ、ｙ）は、共通する位相分を除いて、下式（２）及び（３）で表される。ここで、Ｎ＝４である。また、ψ_０は、入力光の位相を示す。また、ｘは入力部４１ａ〜４１ｄの番号を示し、ｙは出力部４２ａ〜４２ｄの番号を示す。従って、ここでは、ｘは１〜４の整数であり、ｙは１〜４の整数である。そして、第ｘ入力部４１から入力される光に対する、第ｙ出力部４２から出力される光の位相差について、ｘ＋ｙが偶数の場合は下式（２）で表され、ｘ＋ｙが奇数の場合は下式（３）で表される。

【0060】

φ（ｘ、ｙ）＝π＋φ_{Ｎ−（ｙ−ｘ）／２}＝ψ_０＋π＋｛π（ｙ−ｘ）（２Ｎ−ｙ＋ｘ）｝／４Ｎ ・・・（２）
φ（ｘ、ｙ）＝π＋φ_{Ｎ−（ｙ＋ｘ−１）／２}＝ψ_０＋｛π（ｙ＋ｘ−１）（２Ｎ−ｙ−ｘ＋１）｝／４Ｎ ・・・（３）
また、第１入力部４１ａ及び第３入力部４１ｃに入力される光を干渉させた場合の、第ｙ出力部からの出力パワーＰ（ｙ）は、下式（４）で表される。

【0061】

Ｐ（ｙ）＝［Ｐ_１^１／２ｅｘｐ｛ｉφ（１，ｙ）｝＋Ｐ_３^１／２ｅｘｐ｛ｉφ（３，ｙ）＋ｉφ_０｝］［Ｐ_１^１／２ｅｘｐ｛−ｉφ（１，ｙ）｝＋Ｐ_３^１／２ｅｘｐ｛−ｉφ（３，ｙ）−ｉφ_０｝］／４＝［Ｐ_１＋Ｐ_３＋２（Ｐ_１Ｐ_３）^１／２ｃｏｓ｛ｉφ（１，ｙ）−ｉφ（３，ｙ）−ｉφ_０｝］／４ ・・・（４）
ここで、φ_０は、第１入力部４１ａに入力される光と第３入力部４１ｃに入力される光との位相差を、Ｐ_１は、第１入力部４１ａに入力される光の入力パワーを、Ｐ_３は、第３入力部４１ｃに入力される光の入力パワーを、それぞれ示す。

【0062】

上式（４）から、上式（４）のｃｏｓ中の、第１〜第４出力部４２ａ〜４２ｄの出力パワーＰ（ｙ）の位相は、それぞれ０＋φ_００、π／２＋φ_００、３π／２＋φ_００及びπ＋φ_００となる。ここで、φ_０＝−３π／４−φ_００としている。

【0063】

この結果、第１出力部４２ａからの出力光の位相に対して、第２出力部４２ｂからの出力光では＋π／２、第３出力部４２ｃからの出力光では＋３π／２、及び第４出力部４２ｄからの出力光では＋πの位相差の関係となる（Appl. Opt 33, pp.3905）。

【0064】

従って、第１出力部４２ａからの出力光と第４出力部４２ｄからの出力光との間にはπの位相差が生じる。また、第２出力部４２ｂからの出力光と第３出力部４２ｃからの出力光との間にはπの位相差が生じる。そして、第１出力部４２ａからの出力光と第２出力部４２ｂからの出力光との間にはπ／２の位相差が生じる。また、第３出力部４２ｃからの出力光と第４出力部４２ｄからの出力光との間にはπ／２の位相差が生じる。

【0065】

４×４カプラ４０の第１出力部４２ａから出力される光は、接続導波路部６０の入力部６５に送られる。接続導波路部６０の入力部６５に送られた光は、テーパ部６１、第１アーム導波路部６２、直線導波路部６３及び第２アーム導波路部６４を順次に経て、出力部６６から出力される。

【0066】

４×４カプラ４０の第２出力部４２ｂから出力される光は、３×３カプラ５０の第１入力部５１ａに送られる。第１入力部５１ａから３×３カプラ５０に入力された光は、第３出力部５２ｃから出力される。また、４×４カプラ４０の第３出力部４２ｃから出力される光は、３×３カプラ５０の第２入力部５１ｂに送られる。第２入力部５１ｂから３×３カプラ５０に入力された光は、第２出力部５２ｂから出力される。また、４×４カプラ４０の第４出力部４２ｄから出力される光は、３×３カプラ５０の第３入力部５１ｃに送られる。第３入力部５１ｃから３×３カプラ５０に入力された光は、第１出力部５２ａから出力される。

【0067】

接続導波路部６０の出力部６６から出力される光は、第１出力導波路部２１０に送られる。また、３×３カプラ５０の第１出力部５２ａ〜第３出力部５２ｃから出力される光は、それぞれ第２出力導波路部２２０〜第４出力導波路部２４０に送られる。

【0068】

第１出力導波路部２１０〜第４出力導波路部２４０に送られた光は、第１バランス受光器８０及び第２バランス受光器９０に送られる。第１バランス受光器８０及び第２バランス受光器９０は、それぞれ一対のフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を備えて構成される。ここでは、第１バランス受光器８０がＰＤ８１及び８２を、第２バランス受光器９０がＰＤ９１及び９２を備えている。第１バランス受光器８０が備えるＰＤ８１及び８２、並びに第２バランス受光器９０が備えるＰＤ９１及び９２は、並列に配置される。第１バランス受光器８０及び第２バランス受光器９０は、ＰＤ８１及び８２並びにＰＤ９１及び９２に光が入力されることによって、これら光を受光する。第１出力導波路部２１０に送られた光は、第１出力導波路部２１０を経て、第１バランス受光器８０の一方のＰＤ８１に入力される。第２出力導波路部２２０に送られた光は、出力テーパ部２２１及び出力ポート部２２２を経て、第１バランス受光器８０の他方のＰＤ８２に入力される。また、第３出力導波路部２３０に送られた光は、出力テーパ部２３１及び出力ポート部２３２経て、第２バランス受光器９０の一方のＰＤ９１に入力される。また、第４出力導波路部２４０に送られた光は、出力テーパ部２４１及び出力ポート部２４２経て、第２バランス受光器９０の他方のＰＤ９２に入力される。

【0069】

４×４カプラ４０と第１〜第４出力導波路部２１０〜２４０との間に、接続導波路部６０及び３×３カプラ５０を備えることにより、第１バランス受光器８０のＰＤ８１及び８２に入力される各光の位相差はπとなる。また、第２バランス受光器９０のＰＤ９１及び９２に入力される各光の位相差はπとなる。そして、第１バランス受光器８０のＰＤ８１及び８２に入力される光と、第２バランス受光器９０のＰＤ９１及び９２とに入力される光との位相差はπ／２となる。

【0070】

従って、第１の光ハイブリッド回路１００は、図８を参照して説明した従来の光ハイブリッド回路と等価な機能を有する。

【0071】

しかも、第１の光ハイブリッド回路１００では、光導波路の交差が生じないため、製造が簡単であり、さらに、幅テーパＭＭＩカプラを含まないため、設計が容易である。また、第１の光ハイブリッド回路１００では、第１入力導波路部１１０及び第２入力導波路部１２０と、第１〜第４出力導波路部２１０〜２４０との間において、接続導波路部６０にのみシングルモード導波路を用いる。このため、シングルモード導波路を多用する従来の光ハイブリッド回路と比べて、幅誤差に強い。

【0072】

また、第１の光ハイブリッド回路１００では、入力テーパ部１１２及び入力テーパ部１２２を用いて、第１入力導波路部１１０及び第２入力導波路部１２０と４×４カプラ４０とを接続する。また、第１の光ハイブリッド回路１００では、テーパ部６１を用いて、４×４カプラ４０と接続導波路部６０とを接続する。また、第１の光ハイブリッド回路１００では、出力テーパ部２２１、出力テーパ部２３１及び出力テーパ部２４１を用いて、３×３カプラ５０と第２出力導波路部２２０、第３出力導波路部２３０及び第４出力導波路部２４０とを接続する。これによって、第１の光ハイブリッド回路１００では、構成要素間の入力強度及び出力強度のバラつきを抑えるとともに、伝播損失を低減することができる。

【0073】

さらに、第１の光ハイブリッド回路１００では、接続導波路部６０が第１アーム導波路部６２及び第２アーム導波路部６４を含むことによって、接続導波路部６０と３×３カプラ５０とのギャップを大きく確保することができる。これによって、接続導波路部６０を伝播する光と３×３カプラ５０を伝播する光との、不所望な結合を防止することができる。

【0074】

（特性評価）
発明者は、３次元ビーム伝播法（ＢＰＭ：Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）を用いて、第１の光ハイブリッド回路１００の特性を評価するシミュレーションを行った。

【0075】

このシミュレーションでは、第１入力導波路部１１０及び第２入力導波路部１２０から光を入力し、第１〜第４出力導波路部２１０〜２４０のそれぞれから出力される光の強度を取得した。また、このシミュレーションでは、光導波路コア３０はＳｉを材料として、クラッド２０はＳｉＯ_２を材料として、それぞれ構成した。光導波路コア３０は、全体的に厚さを２００ｎｍとした。第１入力導波路部１１０及び第２入力導波路部１２０に入力する光は、波長１５５０ｎｍのＴＥ偏波を想定した。

【0076】

シミュレーションの結果を図３に示す。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、構成要素のサイズが異なる２つの第１の光ハイブリッド回路１００における、各出力導波路からの出力と位相差の関係を示す図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）では、横軸に位相差（度）を取って示し、縦軸に出力光強度を取って示している。図３（Ａ）において、曲線３０１は第１出力導波路部２１０からの出力強度を、曲線３０２は第２出力導波路部２２０からの出力強度を、曲線３０３は第３出力導波路部２３０からの出力強度を、曲線３０４は第４出力導波路部２４０からの出力強度を、それぞれ示している。また、図３（Ｂ）において、曲線３１１は第１出力導波路部２１０からの出力強度を、曲線３１２は第２出力導波路部２２０からの出力強度を、曲線３１３は第３出力導波路部２３０からの出力強度を、曲線３１４は第４出力導波路部２４０からの出力強度を、それぞれ示している。

【0077】

なお、図３（Ａ）に係る第１の光ハイブリッド回路１００では、４×４カプラ４０の幅を５．６μｍ及び長さを４９．６μｍとした。また、３×３カプラ５０の幅を４．２μｍ及び長さを１１２．６μｍとした。また、入力テーパ部１１２、入力テーパ部１２２及びテーパ部６１について、４×４カプラ４０と接続される側の端の幅を１μｍとした。また、出力テーパ部２２１、出力テーパ部２３１及び出力テーパ部２４１について、３×３カプラ５０と接続される側の端の幅を１μｍとした。

【0078】

一方、図３（Ｂ）に係る第１の光ハイブリッド回路１００では、４×４カプラ４０の幅を６．７８７μｍ及び長さを７５μｍとした。また、３×３カプラ５０の幅を５．０９０２５μｍ及び長さを１６８．７５μｍとした。また、入力テーパ部１１２、入力テーパ部１２２及びテーパ部６１について、４×４カプラ４０と接続される側の端の幅を１．２μｍとした。また、出力テーパ部２２１、出力テーパ部２３１及び出力テーパ部２４１について、３×３カプラ５０と接続される側の端の幅を１．２μｍとした。

【0079】

図３（Ａ）及び（Ｂ）によれば、第１〜第４出力導波路部２１０〜２４０からの出力光は、上述した所望の位相関係を示している。また、図３（Ａ）及び（Ｂ）を比較すると、４×４カプラ４０及び３×３カプラ５０の幅が小さい第１の光ハイブリッド回路１００では、各出力導波路部からの出力強度のピークにバラつきが生じているのに対し、４×４カプラ４０及び３×３カプラ５０の幅が大きい第１の光ハイブリッド回路１００では、出力導波路部からの出力強度のピークが揃っている。従って、４×４カプラ４０及び３×３カプラ５０の幅を大きく設定することによって、出力強度のピークを均等にできることが理解された。

【0080】

なお、４×４カプラ４０のみに対して同様のシミュレーションを行った場合においても、幅を大きく設定することで、出力強度のピークを均等にできることがわかった（図示せず）。また、入力テーパ部１１２、入力テーパ部１２２、テーパ部６１、出力テーパ部２２１、出力テーパ部２３１及び出力テーパ部２４１を設けない場合、出力強度のピークにバラつきが生じることもわかった（図示せず）。

【0081】

(第２の光ハイブリッド回路)
図４を参照して、この発明の第２実施形態に係る光ハイブリッド回路（以下、第２の光ハイブリッド回路とも称する）について説明する。図４は、第２の光ハイブリッド回路を示す概略的平面図である。なお、図４では、光導波路コアのみを示してあり、支持基板及びクラッドを省略している。また、なお、第２の光ハイブリッド回路は、接続導波路部が１×１カプラである点において、上述した第１の光ハイブリッド回路と相違する。第１の光ハイブリッド回路と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0082】

第２の光ハイブリッド回路２００では、接続導波路部２６０が、ＭＭＩカプラとして構成された１×１カプラである。なお、以下の説明では、接続導波路部２６０を１×１カプラ２６０と称することもある。

【0083】

１×１カプラ２６０では、一端側に入力部２６１が配置され、他端側に出力部２６２が配置される。入力部２６１は１×１カプラ２６０の一端側における３×３カプラ５０に近い側に配置され、出力部２６２は１×１カプラ２６０の他端側における３×３カプラ５０に近い側に配置され、入力部２６１と出力部２６２とは、互いに対向して配置されている。

【0084】

１×１カプラ２６０の入力部２６１は、４×４カプラ４０の第１出力部４２ａと接続されている。また、１×１カプラ２６０の出力部２６２は、第１出力導波路部２１０に接続されている。１×１カプラ２６０は、４×４カプラ４０の第１出力部４２ａから送られる光を、第１出力導波路部２１０に送る。

【0085】

ここで、１×１カプラ２６０において、入力部２６１から入力された光を対向する出力部２６２から出力させる場合、上式（１）における像形成のパラメータＮは１／２である。従って、１×１カプラ２６０の幅をＷ_３として、１×１カプラ２６０の長さＬ_３は、Ｌ_３＝８ｎＷ_３^２／λとなる。また、上述したように、３×３カプラ５０の長さＬ_２は、Ｌ_２＝４ｎＷ_２^２／λである。従って、１×１カプラ２６０の長さＬ_３と３×３カプラ５０の長さＬ_２とを等しくする場合、１×１カプラ２６０の幅は、３×３カプラ５０の幅の１／√２となる。

【0086】

また、第２の光ハイブリッド回路２００では、第１出力導波路部２１０が、第２〜第３出力導波路部２２０〜２３０と同様に、この順に直列に接続された出力テーパ部２１１及び出力ポート部２１２を備えて構成される。出力テーパ部２１１は、１×１カプラ２６０の出力部２６２と接続される。出力テーパ部２１１は、１×１カプラ２６０と接続された一端から出力ポート部２１２と接続された他端まで（すなわち、１×１カプラ２６０と接続された端から離れる方向に向かって）、連続的に幅が縮小するテーパ形状で形成されている。

【0087】

第２の光ハイブリッド回路２００では、接続導波路部２６０が、１×１カプラで構成されている。このため、接続導波路部２６０及び３×３カプラ５０がともにＭＭＩカプラで構成される。この結果、接続導波路部２６０をシングルモード導波路として形成した場合と比べ、接続導波路部２６０と３×３カプラ５０との群屈折率差が小さく、これらを伝播する光の速度の差も小さい。このため、接続導波路部２６０の光路長を調整することなく、接続導波路部２６０及び３×３カプラ５０を共通の長さで設計することができる。従って、第２の光ハイブリッド回路２００は、設計が容易である。

【0088】

ここで、第２の光ハイブリッド回路では、図５に示すように、１×１カプラ２６０が第１部分２６３と第２部分２６４とを備える構成とすることもできる。図５は、第２の光ハイブリッド回路の変形例を示す概略的平面図である。なお、図５では、光導波路コアのみを示してあり、支持基板及びクラッドを省略している。

【0089】

この変形例に係る光ハイブリッド回路２５０では、１×１カプラ２６０が、この順に直列に接続された第１部分２６３と第２部分２６４を含んで構成される。第１部分２６３は、第２部分２６４に向かうにつれて（すなわち出力部２６２に向かうにつれて）３×３カプラ５０から離間するように形成されている。また、第２部分２６４は、第１出力導波路部２１０に向かうにつれて（すなわち出力部２６２に向かうにつれて）３×３カプラ５０へ接近するように形成されている。この結果、変形例に係る光ハイブリッド回路２５０では、１×１カプラ２６０と３×３カプラ５０とのギャップを大きく確保することができる。これによって、１×１カプラ２６０を伝播する光と３×３カプラ５０を伝播する光との、不所望な結合を防止することができる。

【0090】

（特性評価）
発明者は、３次元ＢＰＭを用いて、第２の光ハイブリッド回路２００及び変形例に係る光ハイブリッド回路２５０の特性を評価するシミュレーションを行った。

【0091】

このシミュレーションでは、第２の光ハイブリッド回路２００及び変形例に係る光ハイブリッド回路２５０について、第１入力導波路部１１０及び第２入力導波路部１２０から光を入力し、第１〜第４出力導波路部２１０〜２４０のそれぞれから出力される光の強度を取得した。

【0092】

シミュレーションの結果を図６に示す。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の光ハイブリッド回路２００及び変形例に係る光ハイブリッド回路２５０における、各出力導波路からの出力と位相差の関係を示す図である。図６（Ａ）及び（Ｂ）では、横軸に位相差（度）を取って示し、縦軸に出力光強度を取って示している。図６（Ａ）において、曲線５０１は第１出力導波路部２１０からの出力強度を、曲線５０２は第２出力導波路部２２０からの出力強度を、曲線５０３は第３出力導波路部２３０からの出力強度を、曲線５０４は第４出力導波路部２４０からの出力強度を、それぞれ示している。また、図３（Ｂ）において、曲線５１１は第１出力導波路部２１０からの出力強度を、曲線５１２は第２出力導波路部２２０からの出力強度を、曲線５１３は第３出力導波路部２３０からの出力強度を、曲線５１４は第４出力導波路部２４０からの出力強度を、それぞれ示している。

【0093】

なお、図６（Ａ）に係るシミュレーションでは、図４に示す第２の光ハイブリッド回路２００を想定した。そして、１×１カプラ２６０の幅を３×３カプラ５０の１／１．４２、及び長さを３×３カプラ５０と共通とした。その他の条件については、上述した図３（Ｂ）に係るシミュレーションと同様である。

【0094】

一方、図６（Ｂ）に係るシミュレーションでは、図５に示す変形例に係る光ハイブリッド回路２５０を想定した。そして、１×１カプラ２６０の幅を３×３カプラ５０の１／１．４２とした。また、１×１カプラ２６０の４×４カプラ４０と接続された一端と、３×３カプラ５０の４×４カプラ４０と接続された一端との面位置を揃え、かつ１×１カプラ２６０の第１出力導波路部２１０と接続された他端と３×３カプラ５０の第２〜第４出力導波路部２２０〜２４０と接続された他端との面位置を揃えた。さらに、１×１カプラ２６０について、３×３カプラ５０と最も近接する部分と最も離間した部分とのギャップＧが２μｍとなるように、第１部分２６３及び第２部分２６４を設計した。

【0095】

図６（Ａ）及び（Ｂ）によれば、第２の光ハイブリッド回路２００及び変形例に係る光ハイブリッド回路２５０ともに、第１〜第４出力導波路部２１０〜２４０からの出力光は、上述した所望の位相関係を示している。

【0096】

(第３の光ハイブリッド回路)
図７を参照して、この発明の第３実施形態に係る光ハイブリッド回路（以下、第３の光ハイブリッド回路とも称する）について説明する。図７は、第３の光ハイブリッド回路を示す概略的平面図である。なお、図７では、光導波路コアのみを示してあり、支持基板及びクラッドを省略している。また、なお、第３の光ハイブリッド回路は、接続導波路部としての１×１カプラを３×３カプラと共通の設計で形成する点において、上述した第１及び第２の光ハイブリッド回路と相違する。第１及び第２の光ハイブリッド回路と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0097】

第３の光ハイブリッド回路３００では、接続導波路部３６０が、ＭＭＩカプラとして構成された１×１カプラである。なお、以下の説明では、接続導波路部３６０を１×１カプラ３６０と称することもある。

【0098】

１×１カプラ３６０は、一端側に入力部３６１が配置され、他端側に出力部３６２が配置される。入力部３６１は１×１カプラ３６０の一端側における３×３カプラ５０に近い側に配置され、出力部３６２は１×１カプラ３６０の他端側における３×３カプラ５０から遠い側に配置され、入力部３６１と出力部３６２とは、互いに点対称となる位置に配置されている。

【0099】

１×１カプラ３６０の入力部３６１は、４×４カプラ４０の第１出力部４２ａと接続されている。また、１×１カプラ３６０の出力部３６２は、第１出力導波路部２１０に接続されている。１×１カプラ３６０は、４×４カプラ４０の第１出力部４２ａから送られる光を、第１出力導波路部２１０に送る。

【0100】

１×１カプラ３６０は、所謂ミラーイメージ型のカプラとして構成された３×３カプラ５０と共通の設計で形成されている。そして、１×１カプラ３６０の入力部３６１は、３×３カプラ５０の第３入力部５１ｃに対応する。また、１×１カプラ３６０の出力部３６２は、３×３カプラ５０の第１出力部５２ａに対応する。従って、１×１カプラ３６０は、３×３カプラ５０と同様に機能し、入力部３６１から入力された光を、点対称となる位置に配置された出力部３６２から出力することができる。

【0101】

第３の光ハイブリッド回路３００では、接続導波路部３６０が、３×３カプラ５０と共通の設計で形成された１×１カプラで構成されている。このため、接続導波路部３６０と３×３カプラ５０とで群屈折率が共通となり、これらを伝播する光の速度も共通となる。このため、１×１カプラ３６０の光路長を調整することなく、３×３カプラ５０に入力された光が３×３カプラ５０から出力されるタイミングと、１×１カプラ３６０に入力された光が１×１カプラ３６０から出力されるタイミングとを対応させることができる。また、第３の光ハイブリッド回路３００では、１×１カプラ３６０を３×３カプラ５０と共通に設計するため、設計が容易である。

【0102】

なお、第３の光ハイブリッド回路３００では、上述した第１の光ハイブリッド回路１００及び第２の光ハイブリッド回路２００と比べて、１×１カプラ３６０の出力部３６２と、３×３カプラ５０の第１出力部５２ａとの離間距離が長くなる。そこで、第１出力導波路部２１０の出力ポート部２１２及び第２出力導波路部２２０の出力ポート部２２２を引き回し導波路として用いることによって、１×１カプラ３６０の出力部３６２及び３×３カプラ５０の第１出力部５２ａからの出力光を、共通の第１バランス受光器８０に送ることができる。この際に、第１出力導波路部２１０の出力ポート部２１２及び第２出力導波路部２２０の出力ポート部２２２、並びに第３出力導波路部２３０の出力ポート部２３２及び第４出力導波路部２４０の出力ポート部２４２の光路長を揃えることによって、第１バランス受光器８０及び第２バランス受光器９０それぞれへの光の到達タイミングを合わせることができる。

【0103】

（製造方法）
上述した各光ハイブリッド回路は、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用することによって、簡易に製造することができる。以下、光ハイブリッド回路の製造方法の一例を説明する。

【0104】

まず、支持基板層、ＳｉＯ_２層、及びＳｉ層が順次積層されて構成されたＳＯＩ基板を用意する。次に、例えばドライエッチングを行い、Ｓｉ層をパターニングすることによって、光導波路コアを形成する。次に、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ＳｉＯ_２層上に、ＳｉＯ_２を、光導波路コアを被覆して形成する。その結果、ＳｉＯ_２層のクラッドによって光導波路コアが包含され、光ハイブリッド回路が得られる。

【符号の説明】

【0105】

１０：支持基板
２０：クラッド
３０：光導波路コア
４０：４×４カプラ
５０：３×３カプラ
６０、２６０、３６０：接続導波路部
６１：テーパ部
６２：第１アーム導波路部
６３：直線導波路部
６４：第２アーム導波路部
８０：第１バランス受光器
９０：第２バランス受光器
１００：第１の光ハイブリッド回路
１１０：第１入力導波路部
１１１、１２１：入力ポート部
１１２、１２２：入力テーパ部
１２０：第２入力導波路部
２００、２５０：第２の光ハイブリッド回路
２１０：第１出力導波路部
２１１、２２１、２３１、２４１：出力テーパ部
２１２、２２２、２３２、２４２：出力ポート部
２２０：第２出力導波路部
２３０：第３出力導波路部
２４０：第４出力導波路部
３００：第３の光ハイブリッド回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】