CN104603654A - 光波导元件 - Google Patents

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Abstract

光波导元件具备：主波导，其能够对至少两种以上的传播阶数不同的传播模进行导波；和模分离器，其具有具备以构成定向耦合器的方式从上述主波导隔开恒定的距离并与上述主波导平行地配置的耦合部分，并且能够将上述两种以上的传播模中，至少一种传播模从上述主波导分离的副波导，构成上述主波导和上述副波导的芯线与包层的折射率比亦即ncore/nclad在101～250％的范围内。

Description

光波导元件
技术领域
本发明涉及具备模分离器的光波导元件。而且，本发明涉及具备马赫-曾德尔型光调制器、和模分离器的光波导元件。
本申请主张于2012年8月22日提出的日本专利申请2012－183306号的优先权，并在此引用其全部内容。
背景技术
关于在光波导中的传播模，在正交的各个偏振波中将模数n按照有效折射率高的顺序设为0、1、2、···时，将n＝0的传播模称为基模，将其他的模与各自的模数n对应地称为n阶模。
另外，将n≥1以上的模总称为高阶模。
近年来，将硅石(SiO2)作为包层，将硅(Si)作为芯线的Si光波导能够利用较高的折射率差(Si/SiO2)实现光波导的小型化，以及能够使用Si－LSI(大规模集成电路)用的现有的制造设备比较廉价地制造，因此被关注和期待。
在光波导元件中，通过使用多模干涉(Multi－ModeInterferometer：MMI)型合分波器或者Y型合分波器等光合分波器(合波分波器)等，构成马赫-曾德尔(Mach－Zehnder：MZ)型光调制器。MZ型光调制器具有沿MZ型波导配置，并施加电压的调制电极。MZ型光调制器通过由调制电极施加的施加电压使MZ型波导的分支波导(臂)间的光相位变化，并利用射出侧的合波器中的干涉现象控制光的ON/OFF。输入到合波器的基模的光以同相位输入的情况下，两个光合波后的光也为基模，光在输出波导导波(ON状态)。与此相对，两个光为相反相位的情况下，合波后的光成为高阶模。在一般的MZ型光调制器中，以仅基模被导波的方式设定波导宽度，所以合波后的光从波导向外辐射(OFF状态)。
在MZ型光调制器中，有在合波器产生的辐射模在基板传播并与导波模耦合，而使消光比劣化的问题。因此，已知有分离、去除(例如专利文献1、2)、或者遮蔽(例如专利文献3)这样的辐射模光的方法。
并且，在MZ型光调制器的分波器中，若混入高阶模光，则由于分支比劣化，而消光比劣化。为了解决该问题，作为防止向分波器的高阶模的混入的方法，专利文献4公开了在以LiNbO3等为对象的波导中，通过使分波器的前段的波导宽度变细来使有效折射率减少，去除高阶模。专利文献5公开了假定石英系玻璃波导，沿主波导配置具有锥形结构的副波导，并利用绝热跃迁将高阶模从主波导去除。
作为与Si/SiO2波导有关的以往技术的一个，非专利文献1(2.2项、3.2项、Fig.1、Fig.4等)公开了能够通过利用由厚度为200nm，宽度为400nm，间隔为480nm的两个Si波导构成的定向耦合器(directional coupler：DC)的偏振波模分离器(Polarization Splitter：PS)，以10μm左右的长度进行偏振波模的分离。
专利文献1：日本特开2011－164388号公报
专利文献2：日本特开2011－186258号公报
专利文献3：日本特开2006－301612号公报
专利文献4：日本特开2011－257634号公报
专利文献5：日本特开2006－235380号公报
非专利文献1：Hiroshi Fukuda，Koji Yamada，Tai Tsuchizawa，Toshifumi Watanabe，Hiroyuki Shinojima，and Sei－ichi Itabashi，“Silicon photonic circuit withpolarization diversity”，Optics Express，2008年，第16卷，第7号，p.4872－4880
非专利文献2：山内润治监修，薮哲郎著，“光波导解析入门”，森北出版株式会社，2007年9月，第四章
在专利文献1～4中假定使用了LiNbO3或者石英系的波导的波导，波导以仅传播基模的方式设计。在这些构成中，高阶模为辐射模，所以分离、去除、或者遮蔽辐射的光。另一方面，Si/SiO2波导的相对折射率差与LiNbO3或者石英系的波导的相对折射率差相比特别大。因此，与使用LiNbO3或者石英系的波导的情况相比状况较大地不同，难以将专利文献1～4的技术应用于Si/SiO2波导。即，为了在Si/SiO2波导中仅对基模进行导波，例如在包层为SiO2且Si芯线的厚度为220nm的波导中，需要使芯线宽度在450nm以下。但是，若减小波导宽度，则能量密度上升，表面粗度的影响变大所以波导损耗增大。根据本发明者们的研究，例如，芯线宽度为500nm时波导损耗为0.16dB/mm左右，与此相对，芯线宽度为400nm时波导损耗为0.40dB/mm左右，芯线宽度为400nm时的波导损耗是芯线宽度为500nm时的波导损耗的约2.5倍。换句话说，芯线宽度越狭窄波导损耗越上升，越容易引起起因于表面粗度的波导特性的劣化。
为了在波导内仅对基模进行导波而使有效折射率降低，除了使波导宽度变化之外，考虑使波导中的杂质浓度、或者波导深度变化等。但是，杂质浓度的增加成为光损耗增加的原因，使波导深度变化在制造工序上困难。这样，在Si/SiO2波导中，仅对基模进行导波带来波导特性或者制造工序上较大的障碍。
另一方面，根据专利文献5所公开的技术，在绝热跃迁的分支(分波)中为了得到较高的分支特性，需要平缓的锥形部分。若参考非专利文献2的第四章的模拟，则绝热跃迁的一阶模分支所需要的分支部的长度以波长λ为单位大致为1000λ。若将入射光的波长设为1.55μm，则锥形部分的长度大约需要1.5mm。在专利文献5的实施例1中，也公开了相对于入射光的波长1.5μm需要2mm的锥形长度。对于Si/SiO2波导那样的相对折射率差较大的设备来说，利用了较高的折射率差的μm级的设备所带来的光设备的小型化是较大的优势，所以不能够安装专利文献5的锥形部分那样的mm尺寸的设备。
并且，在Si/SiO2波导的制造中也存在问题。在专利文献5中利用绝热跃迁进行基模光与一阶模光的分离，所以需要两个波导间隔相对于波导宽度极小。例如，芯线宽度500nm的Si/SiO2波导的情况下，由于波导间隔制造非常困难。同样地，以芯线宽度500nm的Si/SiO2波导形成副波导的锥形结构在制造上困难，所以制造成本大幅度上升。
此外，非专利文献1公开了能够进行偏振波模的分离的设备，但未公开能够进行模数n不同的传播模的分离(例如基模与高阶模的分离)的设备。
发明内容
本发明的课题在于，鉴于上述那样的问题，提供具备能够进行模分离的模分离器的光波导元件。另外，课题在于提供在具备由能够对两种以上的传播模进行导波的波导构成的马赫-曾德尔型光调制器的光波导元件中，具备能够从光波导进行模分离的模分离器的光波导元件。
本发明的第一方式所涉及的光波导元件具备主波导，其能够对至少两种以上的传播阶数不同的传播模进行导波、和模分离器，其具有具备以构成定向耦合器的方式从上述主波导隔开恒定的距离并与上述主波导平行地配置的耦合部分，并且能够将上述两种以上的传播模中，至少一种传播模从上述主波导分离的副波导，定向耦合器中构成上述主波导和上述副波导的上述芯线与包层的折射率比亦即ncore/nclad在101～250％的范围内。
也可以是上述定向耦合器中的上述主波导的宽度与上述副波导的宽度的差在±10％以内。
也可以是上述定向耦合器中的上述主波导的厚度与上述副波导的厚度的差在±10％以内。
也可以是构成上述定向耦合器的上述副波导还具有与上述耦合部分的前段的端部连续的开始部分，且上述开始部分随着接近上述前段的端部而平缓地接近上述主波导。
也可以是上述副波导还具有与上述耦合部分的后段的端部连续的结束部分，且上述结束部分随着远离上述后段的端部而从上述主波导平缓地分离。
也可以是上述光波导元件具备多个上述模分离器，各上述定向耦合器中的上述主波导的宽度与上述副波导的宽度的差在±10％以内，上述副波导的上述耦合部分与上述主波导的间隔、以及上述副波导的上述耦合部分的长度在所有的上述定向耦合器间相等。
也可以是上述光波导元件具备多个上述模分离器，各上述定向耦合器中的上述主波导的宽度与上述副波导的宽度的差在±10％以内且具有与上述主波导大致相同的宽度，上述副波导的上述耦合部分与上述主波导的间隔、或者上述副波导与上述主波导平行地设置的上述副波导的上述耦合部分的长度在所有的上述定向耦合器间不同。
也可以是上述芯线的材料为Si，上述包层的材料为SiO2。
也可以是上述副波导使高阶模从上述主波导分离。
也可以是上述光波导元件还具备设置在上述副波导的结束部分的前端，并以高浓度掺杂了杂质的光吸收层。
也可以是还具备设置在上述副波导的结束部分的前端的受光元件以及用于取出上述受光元件的电流的电线。
另外，本发明的第二方式所涉及的光波导元件具备：马赫-曾德尔型光调制器，其具有将一个输入光分波为两个分波光的分波部、将上述两个分波光合波为一个输出光的合波部、以及能够对至少两种以上的传播阶数不同的传播模进行导波，并且对上述输入光、上述分波光、以及上述输出光进行导波的主波导；以及一个以上的模分离器，其具有具备以构成定向耦合器的方式与上述主波导隔开恒定的距离并与上述主波导平行地配置的耦合部分，并且能够将上述两种以上的传播模中，至少一种传播模从上述主波导分离的副波导，定向耦合器中构成上述主波导和上述副波导的芯线与包层的折射率比亦即ncore/nclad在101～250％的范围内。
也可以是上述定向耦合器中的上述主波导的宽度与上述副波导的宽度的差在±10％以内。
也可以是上述定向耦合器中的上述主波导的厚度与上述副波导的厚度的差在±10％以内。
也可以是上述副波导还具有与上述耦合部分的前段的端部连续的开始部分，上述开始部分随着接近上述前段的端部而平缓地接近上述主波导。
也可以是上述副波导还具有与上述耦合部分的后段的端部连续的结束部分，上述结束部分随着远离上述后段的端部而从上述主波导平缓地分离。
也可以是上述光波导元件具备在内部包含多个上述马赫-曾德尔型光调制器的一个马赫-曾德尔型干涉仪。
也可以是上述光波导元件具备多个上述模分离器，各上述定向耦合器中的上述主波导的宽度与上述副波导的宽度的差在±10％以内，上述副波导的上述耦合部分与上述主波导的间隔、以及上述副波导的上述耦合部分的长度在所有的上述定向耦合器间相等。
也可以是具备多个上述模分离器，各上述定向耦合器中的上述主波导的宽度与上述副波导的宽度的差在±10％以内，上述副波导的上述耦合部分与上述主波导的间隔、或者上述副波导的上述耦合部分的长度在所有上述定向耦合器间不同。
也可以是上述分波部以及上述合波部为MMI型的光合分波器。
也可以是上述分波部以及上述合波部为Y型的光合分波器。
也可以是上述芯线的材料为Si，上述包层的材料为SiO2。
也可以是上述副波导使高阶模从上述主波导分离。
也可以是上述光波导元件还具备配置在上述副波导的结束部分的前端，并以高浓度掺杂了杂质的光吸收层。
也可以是具备配置在上述副波导的结束部分的前端的受光元件以及用于取出上述受光元件的电流的电线。
根据上述本发明的方式所涉及的光波导元件，通过模分离器，能够进行模分离。
另外，根据上述本发明的方式所涉及的光波导元件，在构成能够对至少两种以上的传播阶数不同的传播模进行导波的波导的马赫-曾德尔型光调制器中，通过模分离器，能够从光波导进行模分离。
附图说明
图1A是表示光波导元件的第一实施方式的俯视图。
图1B是表示图1A的MMI型的光合分波器的部分放大俯视图。
图1C是表示图1A的模分离器的部分放大俯视图。
图1D是沿图1C的S－S线的剖视图。
图2A是表示模分离器的形状不同的光波导元件的俯视图。
图2B是表示模分离器的形状不同的光波导元件的俯视图。
图2C是表示模分离器的形状不同的光波导元件的俯视图。
图3是表示光波导元件的第二实施方式的俯视图。
图4是表示光波导元件的第三实施方式的俯视图。
图5是表示光波导元件的第四实施方式的俯视图。
图6是表示光波导元件的第五实施方式的俯视图。
图7是表示光波导元件的第六实施方式的俯视图。
图8A是表示光波导元件的第七实施方式的俯视图。
图8B是表示光波导元件的第八实施方式的俯视图。
图9是表示光波导元件的第九实施方式的俯视图。
图10是表示光波导元件的第十实施方式的俯视图。
图11A是表示基模的Ex电场的空间分布的一个例子的模拟结果。
图11B是表示一阶模的Ex电场的空间分布的一个例子的模拟结果。
图12是表示耦合系数与波导间隔的关系的一个例子的图。
图13是表示耦合长度与波导间隔的关系的一个例子的图。
图14是表示多个波导间隔中的基模光的强度与副波导长度的关系的一个例子的图。
图15是表示多个波导间隔中的一阶模光的强度与副波导长度的关系的一个例子的图。
图16是表示光分波器之前的一阶模光的能量的波长依赖性的一个例子的图。
图17是表示基模光的损耗的波长依赖性的一个例子的图。
图18是表示一阶模的去除所引起的光分波器的分支比的变化的一个例子的图。
图19是表示各种模分离器中的一阶模光的传播的情况的一个例子的模拟结果。
图20是表示多个曲率半径下的分支比与直线部的关系的一个例子的图。
图21是表示分支比与曲线部的曲率半径的关系的一个例子的图。
图22是表示模分离器中的基模光的传播的情况的一个例子的模拟结果。
具体实施方式
以下，参照附图并基于优选的实施方式对本发明进行说明。图1A～图1D示出了本发明的第一实施方式所涉及的光波导元件。如图1D所示，该光波导元件10具备在基板1上具有芯线2以及包层3的光波导(主波导以及副波导)。在图1A～图1C中，仅图示了相当于芯线2的部分，并将其作为光波导进行说明。
如图1A所示，光波导元件10具有马赫-曾德尔型光调制器40。马赫-曾德尔型光调制器40具有将一个输入光分波为两个输出光(分波光)的光分波部42、将两个输入光(分波光)合波为一个输出光的光合波部46、以及光调制部45。光分波部42的一个输出光经由具有光调制部45的波导43输入到光合波部46，光分波部42的另一个输出光经由不具有光调制部45的波导44输入到光合波部46。
从设在光分波部42的前段的光波导41注入到光分波部42的光被分波为两个，并分别在不同的波导(臂)43、44传播。光调制部45一般来说是相位调制器。若经由光调制部45传播的光和未经由光调制部45传播的光具有规定的相位差并注入光合波部46，则在光合波部46合波的光与相位差对应地被调制。例如，通过注入光合波部46的两个光的相位差控制光信号的on状态和off状态的切换。两个光以同相位注入到光合波部46的情况下，合波后的光在后段的光波导47以基模传播，光信号成为on状态。与此相对，两个光以相反相位注入到光合波部46的情况下，合波后的光在后段的光波导47以一阶模传播，光信号成为off状态。作为波导(主波导)41、43、44、47，若使用多模波导那样芯线宽度较宽的波导，则不容易引起起因于表面粗度的波导特性的劣化所以优选。
另外，图1A～D的光波导元件10具备设于马赫-曾德尔型光调制器40的光合波部46的作为输出侧的后段的模分离器20。光合波部46的输出光经由射出侧波导47注入模分离器20。
构成马赫-曾德尔型光调制器40的光分波部42以及光合波部46的装置并不特别限定，但例如能够列举MMI型的分波器或合波器、Y型的分波器或合波器、或者定向耦合器等。图1B所示的MMI(多模干涉)型合分波器14具有规定的长度LMMI和比波导11、12、13的宽度宽的规定的宽度WMMI。
从波导11、12输入了光的情况下，通过在合分波器14的内部使各输入光以多模导波并干涉，从波导13输出使各输入光合波的光。
另外，从波导13输入了光的情况下，通过在合分波器14的内部使输入光以多模导波并干涉，分波为多个输出光并从波导11、12输出。作为波导11、12、13，若使用多模波导那样芯线宽度较宽的波导，则不容易引起起因于表面粗度的波导特性的劣化所以优选。
如图1C所示，模分离器20具有主波导21、和与主波导21分离地设置的副波导22。期望主波导21是至少两种以上的传播阶数不同的传播模能够导波的波导。作为主波导21，若使用多模波导那样芯线宽度较宽的波导，则不容易引起起因于表面粗度的波导特性的劣化。
副波导22使能够通过主波导21导波的至少两种以上的传播阶数不同的传播模中至少一种以上的传播阶数不同的传播模从主波导21分离。因此，主波导21以及副波导22具有隔开恒定的距离相互平行地设置的耦合部分21b、22b，由这些耦合部分21b、22b构成长度L0的定向耦合器。并且，图示例的模分离器20在与构成定向耦合器的耦合部分21b、22b的前段的端部连续的开始部分21a、22a中，具有主波导21以及副波导22相互平缓地接近的结构。另外，模分离器20在与耦合部分21b、22b的后段的端部连续的结束部分21c、22c中，具有主波导21以及副波导22相互平缓地分离的结构。副波导22也可以是至少两种以上的传播阶数不同的传播模能够导波的波导。
基于模耦合理论对本发明的第一实施方式所涉及的模分离器进行说明。通过将副波导平行地放置在接近主波导的位置，能够形成定向耦合器。若形成定向耦合器，则一般来说主波导的任意模均与副波导的模耦合。从主波导的模向副波导的模的耦合的强度以下式(1)所示的耦合系数χ21表示。
式1
χ 21 = C ∫ ∫ ( n core 2 - n clad 2 ) E 2 * · E 1 dxdy - - - ( 1 )
在式(1)，C是包含归一化常数的常数，ncore是芯线的折射率，nclad是包层的折射率。下角标的1和2分别表示主波导以及副波导的固有模(E1以及E2)。x以及y是波导的宽度方向以及厚度方向，积分范围在副波导的芯线剖面内。
根据式(1)可知，耦合系数的大小取决于主波导的固有模的电磁场分布在副波导的芯线剖面内扩展到何种程度。一般来说，若比较基模和高阶模，则基模在芯线的中央传播，相对于此高阶模与基模相比在波导的外侧传播(例如，参照后述的实施例1的图11A以及图11B)。因此，预料到一阶模等高阶模与基模相比，容易与副波导耦合。另外，一般来说，若拓宽形成定向耦合器的两个波导的间隔(例如，参照图1D的间隔w0)，则基模和高阶模的耦合系数均变小，但基模的耦合系数与一阶模等高阶模的耦合系数相比急剧地减少(例如，参照后述的实施例1的图12)。
因此，通过适当地选择形成定向耦合器的两个波导的间隔，能够充分地增大能够在主波导导波的两种以上的传播模之间的耦合系数χ21的差异。
根据上述的式(1)，相对于芯线的折射率ncore以及包层的折射率nclad，耦合系数χ21与ncore 2－nclad 2成比例。因此，为了增大模间的耦合系数的差，优选采用折射率差较大的波导结构。例如，优选ncore/nclad在101～250％的范围内。
例如，芯线的材料为Si(折射率3.475左右)，包层的材料为SiO2(折射率1.444左右)的情况下，能够使用SOI(Silicon On Insulator：绝缘衬底上的硅)基板等半导体材料作为波导材料所以优选。
作为芯线的材料，能够列举SiOx(折射率1.47)、SiON、SiN、或者非硅系的半导体材料(化合物半导体)等。
在定向耦合器中，若两个波导结构(材料、尺寸、以及形状等)完全对称，则最大能量转移效率为100％。相反两个波导结构不同，模的传播常数不同的情况下，最大能量转移效率比100％小。因此，使一阶模等高阶模从主波导高效地转移副波导的情况下，期望尽量使主波导与副波导的波导结构(材料、尺寸、以及形状等)相同。例如，优选主波导的宽度与副波导的宽度(例如，参照图1D的宽度w1以及w2)大致相同。例如在Si光波导中，为了廉价地制造，也使用以KrF(248nm)为光源的老一代的曝光机。在一般的波导芯线的形成方法中，存在产生起因于曝光掩膜的对准精度、或者蚀刻精度等的误差的问题。因此，没有锥形形状等(参照以往技术。)有意图的波导宽度(芯线宽度)的变更的情况下，例如优选主波导的宽度与副波导的宽度的差在±10％以内。
同样地，优选主波导的厚度与副波导的厚度的差例如在±10％以内。
在定向耦合器中，从主波导向副波导的能量的转移变得最大为止所需要的定向耦合器的长度被称为耦合长度。耦合长度取决于耦合系数χ21的强度。一般来说，耦合系数χ21越小，耦合长度越长(例如，参照后述的实施例1的图12和图13)。
例如，在基模的耦合长度与高阶模的耦合长度相比充分地长的条件下，若缩短定向耦合器的长度(例如使定向耦合器的长度为与高阶模的耦合长度同等程度或者其以下)，并且在基模的转移的比例较小的状态下，充分地增大高阶模的转移的比例，则能够实现能够使特定的高阶模(例如一阶模)从主波导分离到副波导的结构的模分离器。
定向耦合器的长度比高阶模的耦合长度长的情况下，高阶模在主波导和副波导之间交替地转移。因此，例如，在使定向耦合器的长度与基模的耦合长度同等程度，并且减小高阶模向副波导转移的比例的情况下，考虑成为能够使基模从主波导向副波导分离的结构的模分离器。
模分离器为相对于至少能够传播基模和一阶模的主波导，副波导使一阶模从主波导分离的结构的情况下，也容易小型化，所以优选。该情况下，在接近合波器后的主波导的位置，与主波导平行地配置具有与主波导大致相同的宽度的副波导来形成定向耦合器。并且，利用在基模光与高阶模光之间耦合常数显著不同，适当地设定定向耦合器的长度以及主波导与副波导的间隔。由此，能够抑制基模光的损耗，并仅使高阶模光从主波导分离到副波导，能够构成仅输出基模光的合波器。
另外，虽然详细后述，但图3以及图4所示，在接近与分波器连接的主波导的位置，与主波导平行地配置具有与主波导大致相同的宽度的副波导来形成定向耦合器。并且，利用在基模光与高阶模光之间耦合常数显著不同，适当地设定定向耦合器的长度以及主波导与副波导的间隔。由此，能够抑制基模光的损耗，并仅使高阶模光从主波导分离到副波导，能够从注入分波器的光中仅使高阶模光去除或者减少，抑制分支比的劣化。
以上，基于优选的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的方式例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改变。
在图2A所示的光波导元件的模分离器20A中，副波导具有构成定向耦合器的部分亦即耦合部分22b、和取出在耦合部分22b分离的模的光的结束部分22c，但不具有副波导平缓地接近主波导的结构的开始部分(图1C的符号22a)。
在图2B所示的光波导元件的模分离器30中，主波导从开始部分31a经由耦合部分31b到达结束部分31c的整体为直线状。
模分离器30的副波导具有副波导平缓地接近主波导的结构的开始部分32a、构成定向耦合器的部分亦即耦合部分32b、以及取出在耦合部分32b分离的模的光的结束部分32c。
在图2C所示的光波导元件的模分离器30A中，主波导从开始部分31a经由耦合部分31b到达结束部分31c的整体为直线状。模分离器30A的副波导具有构成定向耦合器的部分亦即耦合部分32b、和取出在耦合部分32b分离的模的光的结束部分32c，但不具有副波导平缓地接近主波导的结构的开始部分(图2B的符号32a)。
此外，在后述的第二～第十实施方式等其他的实施方式中，作为各模分离器，也使用与图2A～图2C所示的上述的模分离器20A、30、30A相同的装置即可。在图2B以及图2C中，使主波导21为直线，使副波导22为曲线。另一方面，也能够使主波导21为曲线，而使副波导22为直线。
从主波导和副波导的对称性的观点来看，优选至少在接近定向耦合器的位置，如图1C所示，主波导与副波导具有对称的平面形状。对于主波导与副波导的对称性的影响，在后述的实施例2(特别是图19的(a)以及图19的(b)的比较)中通过基于时域有限差分(Finite－DifferenceTime Domain：FDTD)法的电磁场模拟来比较研究。通过使图2C所示的光波导元件的模分离器30A的主波导的结束部分31c以与副波导的结束部分32c相同的弯曲结构弯曲能够得到图2A所示的具有对称性的模分离器20A。同样地，通过使图2B所示的光波导元件的模分离器30的主波导的开始部分31a以与副波导的开始部分32a相同的弯曲结构弯曲，并使主波导的结束部分31c以与副波导的结束部分32c相同的弯曲结构弯曲能够得到图1C所示的具有对称性的模分离器20。
在图1C的模分离器20中，主波导的开始部分21a以及副波导的开始部分22a、主波导的耦合部分21b以及副波导的耦合部分22b、以及主波导的结束部分21c以及副波导的结束部分22c分别以构成定向耦合器的耦合部分21b、22b的中间线为对称中心线(对称轴)对称地设置。能够适当地选择主波导的曲线部分(21a、21c)的曲率半径与副波导的曲线部分(22a、22c)的曲率半径相等，或是主波导的曲率半径比副波导的曲率半径大，或是主波导的曲线部分(21a、21c)的曲率半径比副波导的曲线部分(22a、22c)的曲率半径小。
在主波导与副波导的间隔充分地远离的位置，能够在基板上使波导延长、弯曲以成为所希望的配置。另外，能够自由地设定波导的方向以及长度等。主波导以及副波导的宽度不仅在接近定向耦合器的位置大致相同，也能够在整体上为大致相同的宽度。
虽然副波导对主波导的基模的影响较小，但具有副波导平缓地接近主波导的结构的开始部分的情况下，能够进一步减少损耗，所以优选。副波导对主波导的基模的影响在后述的实施例2(特别是图19的(b)以及图19的(c)的比较)中通过基于FDTD法(上述)的电磁场模拟进行比较研究。通过使图2C所示的光波导元件的模分离器30A的副波导的开始部分以与副波导的结束部分32c相同的弯曲结构弯曲能够得到图2B所示的具有平缓的接近部分的模分离器30。同样地，通过使图2A所示的光波导元件的模分离器20A的副波导的开始部分以与副波导的结束部分22c相同的弯曲结构弯曲能够得到图1A所示的具有平缓的接近部分的模分离器20。对通过主波导的光来说，若在其附近副波导不连续地出现，则容易产生光的反射或者扰乱，光的损耗增加。由于副波导平缓地接近主波导，从而能够进一步降低这些损耗。
同样地，副波导具有从主波导平缓地分离的结构的结束部分的情况下，能够进一步减少光的损耗，所以优选。
主波导与副波导平缓地接近、或者分离的结构优选沿圆弧、椭圆弧、抛物线、双曲线等曲线构成。曲线的曲率半径例如优选在10μm以上。由于直线的曲率半径为∞，所以用于直线部与曲线部连续地连接的曲率半径并没有上限，但作为接近直线部的曲线部的曲率半径，例如能够列举数十～数百μm。
在图1C的模分离器20中，主波导的开始部分21a以及主波导的结束部分21c、和副波导的开始部分22a以及副波导的结束部分22c分别以与构成定向耦合器的耦合部分21b、22b垂直的二等分线为对称中心线(对称轴)对称地设置。能够适当地选择开始部分的曲率半径与结束部分的曲率半径相等，或是开始部分的曲率半径比结束部分的曲率半径大，或是开始部分的曲率半径比结束部分的曲率半径小。
图3示出了光波导元件的第二实施方式。在本实施方式所涉及的光波导元件中，在马赫-曾德尔型光调制器40的光分波部42的前段的光波导41也连接了模分离器20的主波导21。通过在光输入光分波部42之前将一阶模光分离到副波导22，能够抑制马赫-曾德尔型光调制器40的消光比的劣化。
图4示出了光波导元件的第三实施方式。在本实施方式所涉及的光波导元件中，仅在马赫-曾德尔型光调制器40的光分波部42的前段的光波导41连接模分离器20的主波导21。通过在光输入光分波部42之前将一阶模光分离到副波导22，能够抑制马赫-曾德尔型光调制器40的消光比的劣化。
图5示出了光波导元件的第四实施方式。在本实施方式所涉及的光波导元件中，在马赫-曾德尔型光调制器40的内部(光分波部42与光合波部46之间)的波导43、44也连接了模分离器20的主波导21。通过在光输入光合波部46之前将一阶模光分离到副波导22，能够抑制马赫-曾德尔型光调制器40的消光比的劣化。
图6示出了光波导元件的第五实施方式。在本实施方式所涉及的光波导元件中，在设于马赫-曾德尔型光调制器40的光合波部46的后段的模分离器20的副波导22的结束部分的前端，具备以高浓度掺杂了杂质的光吸收层23。通过以光吸收层23吸收高阶模光，能够防止高阶模光与主波导21再耦合。
在模分离器20设在光分波部42的前段的情况下(参照图3、4)，或者设在马赫-曾德尔型光调制器40的内部的波导43、44的情况(参照图5)等其他的实施方式中，也可以在副波导22的结束部分的前端设置光吸收层23。
图7示出了光波导元件的第六实施方式。在本实施方式所涉及的光波导元件中，在设于马赫-曾德尔型光调制器40的光合波部46的后段的模分离器20的副波导22的结束部分22c的前端部22d，具备受光元件(PD：Photo Detector)24以及用于取出PD24的电流的电线25。通过PD24的设置，能够监视分支到副波导22的高阶模的光的光量。通过该监视，例如能够检测老化，或者由于驱动中的温度等环境变化引起的动作的偏差。
在模分离器20设在光分波部42的前段的情况下(参照图3、4)，或者模分离器20设在马赫-曾德尔型光调制器40的内部的波导43、44的情况(参照图5)等其他的实施方式中，也可以在副波导22的结束部分22c的前端设置PD24以及电线25。在马赫-曾德尔型光调制器40中，使用利用PD24监视的结果，能够通过控制部，调整光调制部45的动作条件(例如电控制的情况下是施加电压等)进行反馈。
PD优选配置在基板上，所以也可以将PD安装在基板上。使用了半导体基板的情况下，也能够将PD作为半导体元件，集成到与光波导相同的基板上。作为能够在具有Si/SiO2波导的Si基板上集成的PD，例如能够列举锗(Ge)PD等IV族半导体PD、磷化铟(InP)系的PD等、或者砷化镓(GaAs)等III－V族化合物半导体PD。
电线25例如能够在基板上(需要的话经由绝缘层)，对每一个PD24平行地设置两根等，设置PD24所需要的根数。
在图7所示的例子中，具有副波导22与主波导21相互平缓地分离的结构的结束部分21c、22c。副波导的结束部分22c的前端部22d的曲率半径朝向PD24逐渐增大，且最终成为直线状的波导与PD24连接。
为了增大向监视器PD的导波光，通过增大副波导的结束部分22c的曲率半径，能够使副波导的结束部分22c的高阶模光的弯曲损耗减少。特别是为了完全地消除弯曲损耗，能够在留下主波导21的结束部分21c的曲线部的状态下使副波导的结束部分22c为直线。该情况下，定向耦合器不具有对称性而主波导21的高阶模的去除率下降，但能够降低分离的高阶模光的弯曲损耗。该情况下，也可以使副波导的开始部分22a如图7所示那样弯曲的状态下，使结束部分22c在耦合部分22b的延长线上延伸。另外，也能够使副波导的结束部分22c中，接近耦合部分22b的部分弯曲到与主波导21分离一定程度，并使与主波导21分离一定程度的前端到PD24为止为直线(相对于耦合部分22b的延长线倾斜)。
如图6以及图7所示，在副波导22的结束部分设置了光吸收层23或者PD24的情况下，优选副波导22的结束部分到光吸收层23或者PD24为止以大致相同的宽度形成。由此，能够将光吸收层23或者PD24配置在基板上所希望的位置，并能够抑制分支到副波导22的高阶模光从副波导22泄漏到基板内。
如图3、图5、图8A、图8B、图9所示，光波导元件具有两个以上的副波导22的情况下，能够在至少一个以上的副波导22的结束部分的前端设置光吸收层23或者PD24。能够在任意一个副波导22的结束部分的前端设置光吸收层23，并且在其它的副波导22的结束部分的前端设置PD24等，任意地进行设计。
图8A示出了光波导元件的第七实施方式。在本实施方式所涉及的光波导元件中，在光合波部46的后段，副波导22在主波导21的长边方向的不同位置存在两个以上，各个副波导22的宽度与主波导21的宽度的差在±10％以内，而与主波导21的宽度大致相同。副波导22与主波导21的间隔(图1D的间隔w0)，以及副波导22与主波导21平行地设置的部分的长度(图1C的耦合部分21b、22b的长度L0)相等，在各副波导22沿主波导21的部分构成具有同等的波长特性的模分离器20。由此，能够提高应该分离到副波导22的光(例如一阶模光)的去除率。
图8B示出了光波导元件的第八实施方式。在本实施方式所涉及的光波导元件中，在光合波部46的后段，副波导22在主波导21的长边方向的不同位置设置两个以上，各个副波导22的宽度与主波导21的宽度的差在±10％以内，而与主波导21的宽度大致相同。副波导22与主波导21的间隔，或者副波导22与主波导21平行地设置的部分的长度等不同，在各副波导22沿主波导21的部分，分别形成具有不同的波长特性的模分离器20、200。由此，能够拓宽应该分离到副波导22的光(例如一阶模光)的被去除的波段。例如，在图8B的例子中，模分离器200与模分离器20相比，拓宽副波导22与主波导21的间隔，但本发明并不特别限定于此。
在图8A以及图8B所示的例子中，在光合波部46的后段，副波导22在主波导21的长边方向的不同位置设置两个以上。然而，在光分波部42的前段设置模分离器20的情况下(参照图3、4)，或者在马赫-曾德尔型光调制器40的内部的波导43、44设置模分离器20的情况(参照图5)等其他的实施方式中，也同样地能够在主波导21的长边方向的不同位置设置两个以上副波导22。该情况下，也优选各个副波导22的宽度与主波导21的宽度的差在±10％以内。构成了具有同等的波长特性的多个模分离器20的情况下，能够提高应该分离到副波导22的光(例如一阶模光)的去除率。构成了具有不同的波长特性的多个模分离器20、200的情况下，能够拓宽在副波导22去除的波段。
图9示出了光波导元件的第九实施方式。本实施方式所涉及的光波导元件具有多个马赫-曾德尔型光调制器40A、40B。在这些马赫-曾德尔型光调制器40A、40B中，光波导元件具有多个马赫-曾德尔型光调制器40A、40B。在这些马赫-曾德尔型光调制器40A、40B的前段配置1×2(单输入双输出)的光分波部48，注入到光分波部48的光被分波为两个，并分别注入不同的马赫-曾德尔型光调制器40A、40B。并且，在马赫-曾德尔型光调制器40A、40B的后段配置2×1(双输入单输出)的光合波部49，能够使各个马赫-曾德尔型光调制器40A、40B的输出合波并输出。这样，也能够将本发明的上述各实施方式所涉及的模分离器20设在由光分波部48和光合波部49构成的一个马赫-曾德尔型干涉仪的内部包含多个马赫-曾德尔型光调制器40A、40B的构成。
图10示出了光波导元件的第十实施方式。在本实施方式所涉及的光波导元件100中，除了具有Y型合分波器15作为马赫-曾德尔型光调制器400的光分波部42以及光合波部46所使用的合分波器之外，与图1A的光波导元件10相同地构成。另外，在图2A～图9所示的光波导元件等其他的实施方式中，也能够代替MMI型合分波器14而使用Y型合分波器15。
【实施例】
以下，使用实施例对本发明进行具体的说明。此外，本发明并不仅限于这些实施例。
＜实施例1＞
在光波导和光分波部以及光合波部中，包层区域由SiO2形成，芯线区域由Si形成。
波导芯线区域的厚度(参照图1D的t0)为220nm，波导芯线区域的宽度(参照图1D的w1以及w2)为500nm。在芯线的上下设有包层以使光不与基板以及空气接触。包层的厚度(参照图1D的t1以及t2)在芯线的上下分别为2μm。包层也形成在芯线的侧方以及波导间。
通过模拟对单独配置了一个上述光波导时的、基模以及一阶模的电磁场分布进行解析。电磁场分布的解析结果如图11A以及图11B所示。可知图11A所示的基模在芯线的中央传播，与此相对，图11B所示的高阶模与基模相比在波导的外侧传播。
在马赫-曾德尔型光调制器的光合波部以及光分波部使用了MMI合分波器。MMI合分波器的宽度(参照图1B的WMMI)为1.5μm，长度(参照图1B的LMMI)为1.7～1.9μm。另外，在MMI分波器的一端耦合一个波导，在另一端耦合两个波导。
将光分波部的前段(入射侧)的波导作为主波导，与其平行，并且隔开间隔地设置了副波导。为了尽量地使向副波导的最大转移能量接近100％，副波导的波导宽度为与主波导相同的宽度。主波导与副波导的间隔(波导间隔)若过于接近则从主波导向副波导的基模的耦合变强，基模光的损耗增大。相反若使副波导过于远离主波导，则从主波导向副波导的一阶模的耦合变弱，需要非常长的副波导长度。
为了求出波导间隔，对于配置了两个上述光波导的定向耦合器，根据基于有限元法的模解析的结果计算耦合系数，然后，根据该耦合系数计算耦合长度。波导间隔在0.15～0.85μm的范围内每隔0.05μm设定。此外，该设定应用于图12～15的全部的模解析。
求出耦合系数与波导间隔的关系的结果如图12所示。可知若拓宽波导间隔，则基模与一阶模的耦合系数χ均减小，但基模的耦合系数χ的减少与一阶模的耦合系数χ的减少相比急剧。
另外，求出耦合长度与波导间隔的关系的结果如图13所示。可知若将波导间隔设为0.5μm，则基模的耦合长度为504μm，但一阶模的耦合长度为16μm。由波导间隔决定基模以及一阶模的耦合效率以及耦合长度，所以使副波导沿主波导平行的部分的长度(副波导长度)与一阶模的耦合长度相等。若假设主波导与副波导对称，则若使副波导长度与一阶模的耦合长度相等，则能够使一阶模光100％转移到副波导。另外，此时基模光转移到副波导的比例限于sin2(π/2×16/504)＝0.0025，即0.25％的转移。即，该情况下，能够以0.01dB的基模光的损耗完全地分离一阶模。
并且为了对上述的副波导长度(bypass length)进行研究，进行了基于时域有限差分(Finite－Difference Time Domain：FDTD)法的电磁场模拟。光的波长为在光通信中一般使用的1.55μm。主波导为直线状，副波导设置了弯曲部。在图14～15中，在图右侧的框中示出了各数据系列(带标记的折线)与波导间隔(0.15～0.85μm)的对应。
假定在MMI型分波器的前段的模分离器注入基模光的情况，求出多个波导间隔下的基模光的强度与副波导长度的关系。其结果如图14所示。此外，在图14以及后述的图15中，右侧的框内所显示的数值表示波导间隔(μm)。根据该结果，可知波导间隔在0.4μm以下的情况下基模较强地向副波导耦合，而产生较大的波导损耗。
相反，假定在MMI型分波器的前段的模分离器注入一阶模光的情况，求出多个波导间隔下的一阶模光的强度与副波导长度的关系。其结果如图15所示。根据该结果，可知若波导间隔狭窄，则耦合系数较大，在较短的副波导长度得到光的最大转移点，其后，光从副波导向主波导返回。
根据图15确认的一阶模的耦合长度与利用有限元法计算出的图13所示的耦合长度几乎一致。
考虑副波导长度较短的情况下最大能量转移效率较小是因为受到在副波导的起点与终点的非对称性的影响。若波导间隔较宽，则耦合变小，若不延长副波导长度则不出现向副波导的转移。
如上述那样，波导间隔在0.4μm以下的情况下基模光的损耗较大，所以考虑优选波导间隔比0.4μm大。
因此，在实施例1中，使波导间隔(参照图1D的w0)为0.5μm(500nm)，使副波导长度为16μm。注入了一阶模光时，相对于转移到副波导的光留在主波导的光为－12.5dB。另外，注入了基模光时，相对于留在主波导的光转移到副波导的光为－25dB。
在实施例1的光分波器中，作为前段的模分离器使用定向耦合器，所以验证了波长变化所引起的特性的变化。在上述的条件下(波导间隔为0.5μm，副波导长度为16μm)使入射波长变化，计算光分波器之前的一阶模光的能量的波长依赖性。其结果(波长为1.53～1.61μm)如图16所示。可知在长波长侧，可看出通过副波导的一阶模光的去除率的降低，但即使如此也将一阶模光去除到－18dB以下，且在C－band以及L－band的整个区域存在一阶模光的去除效果。
并且，计算由于在实施例1设置了副波导所带来的基模光的损耗(Loss)。其结果(波长1.53～1.61μm)如图17所示。基模光的损耗在C－band以及L－band的整个区域在0.016dB以下，可以认为在实用上没有问题。
在副波导的结束部分设置了从主波导平缓地分离的弯曲部，以使转移到副波导的一阶模光不再次返回到主波导。若弯曲部的曲率半径较小则存在一阶模光从副波导泄漏，而经由包层与主波导再耦合的可能性。
因此，将弯曲部的曲率半径设为100μm，以使一阶模光的泄漏减小。
通过基于FDTD法(上述)的电磁场模拟研究了一阶模的去除所带来的MMI型分波器的分支比的变化。首先，以图18的图示出以各种比率将基模光和一阶模光混入到MMI型分波器的情况下的分支比的变化的情况。
没有模分离器的MMI型分波器的情况下，由于仅仅混入2％的一阶模光，从分波器左侧的臂的能量相对于右侧的臂为－2.77dB。
另一方面，具有在实施例1优化的模分离器(波导间隔为0.5μm，副波导长度为16μm)的情况下，在两臂的分支比改善到0.24dB。这样的模分离器的有无所引起的分支比的差异若考虑消光比的降低的原因仅为MMI光分波器的分支比不均等，则意味着消光比从5.58dB改善到15.5dB。因此，通过在马赫-曾德尔型光调制器的分波部的前段设置模分离器，能够期待分支比的大幅度的改善。
＜实施例2＞
在实施例2中，也采用与实施例1相同的光波导结构。具体而言，包层的材料为SiO2，芯线的材料为Si，芯线的厚度为220nm，芯线的宽度(波导宽度)为500nm，包层的厚度在芯线的上下均为2μm。
对于模分离器的平面形状，通过基于FDTD法(上述)的电磁场模拟进行研究。首先，以图19示出在模分离器注入了一阶模光的情况下的光的传播的情况。图19的(a)示出了主波导(图中的左侧)为直线状，副波导(图中的右侧)在其终点侧具有副波导从主波导平缓地分离的结构的模分离器。图19的(b)示出了主波导以及副波导在各自的终点侧具有从对象侧平缓地分离的结构的模分离器。图19的(c)示出了主波导以及副波导在各自的开始侧具有平缓地接近对象侧的结构，在各自的终点侧具有从对象侧平缓地分离的结构的模分离器。
都是一阶模光向副波导转移，但详细来说如后述那样，在图19的(a)中留在主波导的一阶模光有一些并且能够确认。在图19的(b)中留在主波导的一阶模光很少，在图19的(c)中留在主波导的一阶模光完全不能够确认。
图20示出了在图19的(c)所示的结构下，研究了相对于主波导与副波导平行的直线部的长度，分支比怎样变化的结果。这里的分支比是指以分贝(dB)显示转移到副波导的一阶模光的能量与残留于主波导的一阶模光的能量之比的值。
设在成为定向耦合器的直线部的前后的弯曲部的曲率半径为40μm、60μm、100μm三种。在图20的图中，分别显示为“R＝40”、“R＝60”、“R＝100”。
其结果，示出了增大了弯曲部的曲率半径的情况下，优化直线部的长度时的分支比(各折线上的分支比的最大值)变好的趋势。此外，这里，虽然未示出具体的结果，但根据本发明者们的研究，在图19的(a)以及(b)所示的结构中，也同样地，确认出增大弯曲部的曲率半径的情况下，优化直线部的长度时的分支比变好的趋势。
图21示出了对图19的(a)、(b)、(c)所示的三种结构，研究了优化的分支比与曲线部的曲率半径的关系的结果。作为曲线部的曲率半径，从20μm、40μm、60μm、100μm中选择3～4种。与(a)的结构相比(b)的结构示出了分支比更好的结果，并且(c)的结构进一步示出了分支比更好的结果。
这里的“优化的分支比”是指对各结构优化了直线部的长度时的分支比。因此，图21的(c)示出的分支比是与图20示出的“优化的分支比”相同的值。
基于图19～图21所示的、以上的研究，研究了在图19的(c)中，直线部的长度为2μm，弯曲部的曲率半径为100μm的模分离器中的基模光的传播的情况。其结果如图22所示。在该结果中，转移到副波导的基模光完全看不到，基模光全部在主波导传播。具体而言，作为分支比(损耗)为－30.5dB，是非常低的损耗。
＜实施例3＞
以包层区域为SiO2，芯线区域为Si的方式构成了波导以及合分波器。芯线的厚度为220nm，芯线的宽度(波导宽度)为500nm。在芯线的上下设置了包层以使光不与基板以及空气接触。包层的厚度在芯线的上下分别为2μm。包层也形成在芯线的侧方以及波导间。
在马赫-曾德尔型光调制器的光合波部以及光分波部使用了MMI型的合分波器。合分波器的宽度WMMI为1.5μm，长度LMMI为1.8μm。在合分波器的单侧两个光波导耦合的位置，并行的波导的间隔为0.3μm。
将光合波部的后段(射出侧)的波导作为主波导，与其平行，并且隔开间隔地设置了副波导(参照图1A)。为了尽可能地使向副波导的最大转移能量接近100％，副波导的波导宽度为与主波导相同的宽度。基于实施例1、2的研究，副波导与主波导的间隔为0.5μm(500nm)。
主波导与副波导接近以及远离时，若存在急剧的变化则引起导波光的摆动，带来损耗降低。因此，优选主波导与副波导的接近以及远离平缓。但是，在接近部以及远离部，高阶模的耦合尽管较弱也在进行。因此，使主波导与副波导的接近以及远离过于平缓也不适当。因此，基于实施例2的研究，如图19的(c)以及图22所示，使主波导与副波导的各个的接近部以及远离部的曲率半径为100μm，并使直线部的长度为2μm。由此，高阶模能够高效地从主波导转移到副波导，并且几乎没有基模的转移。
＜实施例4＞
以包层区域为SiO2，芯线区域为Si的方式构成了波导以及合分波器。芯线的厚度为220nm，芯线的宽度(波导宽度)为600nm。在芯线的上下设置了包层以使光不与基板以及空气接触。包层的厚度在芯线的上下分别为2μm。包层也形成在芯线的侧方以及波导间。
在马赫-曾德尔型光调制器的光合波部以及光分波部使用了MMI型的合分波器。
其宽度WMMI为1.7μm，长度LMMI为2.4μm。在合分波器的单侧两个光波导耦合的位置，并行的波导的间隔为0.3μm。
将光合波部的后段(射出侧)的波导作为主波导，与其平行，并且隔开间隔地设置了副波导(参照图1A)。
与实施例1～3相同，在600nm的波导宽度下也研究了最佳的波导间隔的结果，副波导与主波导的间隔为0.5μm(500nm)。另外，如图19的(c)以及图22所示，使主波导与副波导的各个的接近部以及远离部的曲率半径为100μm时，最佳的直线部的长度通过模拟求出为9μm。
由此，高阶模能够高效地从主波导转移到副波导，并且几乎消除基模的向副波导的转移。
＜实施例5＞
代替配置在马赫-曾德尔型光调制器的光合波部的后段(射出侧)，而将与实施例3、4相同的副波导配置在光分波部的前段(入射侧)(参照图4)。
另外，将与实施例3、4相同的副波导配置在马赫-曾德尔型光调制器的光分波部的前段、以及光合波部的后段双方(参照图3)。
另外，也在马赫-曾德尔型光调制器的内部配置与实施例3、4相同的副波导(参照图5)。
符号说明
1…基板，2…芯线，3…包层，10、100…光波导元件，14、15…光合分波器，20、20A、30、30A、200…模分离器，21…主波导，22…副波导，23…光吸收层，24…受光元件(PD)，25…电线，40、40A、40B、400…马赫-曾德尔型光调制器，42、48…光分波部，45…光调制部，46、49…光合波部。

Claims (25)

1.一种光波导元件，其特征在于，具备：
主波导，其能够对至少两种以上的传播阶数不同的传播模进行导波；以及
模分离器，其具有具备以构成定向耦合器的方式从所述主波导隔开恒定的距离并与所述主波导平行地配置的耦合部分，并且能够将所述两种以上的传播模中，至少一种传播模从所述主波导分离的副波导，
构成所述主波导和所述副波导的芯线与包层的折射率比亦即ncore/nclad在101～250％的范围内。
2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，
所述定向耦合器中的所述主波导的宽度与所述副波导的宽度的差在±10％以内。
3.根据权利要求1或者2所述的光波导元件，其特征在于，
所述定向耦合器中的所述主波导的厚度与所述副波导的厚度的差在±10％以内。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述副波导还具有与所述耦合部分的前段的端部连续的开始部分，
所述开始部分随着接近所述前段的端部而平缓地接近所述主波导。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述副波导还具有与所述耦合部分的后段的端部连续的结束部分，
所述结束部分随着远离所述后段的端部而从所述主波导平缓地分离。
6.根据权利要求1～5的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
具备多个所述模分离器，
各所述定向耦合器中的所述主波导的宽度与所述副波导的宽度的差在±10％以内，
所述副波导的所述耦合部分与所述主波导的间隔、以及所述副波导的所述耦合部分的长度在所有的所述定向耦合器间相等。
7.根据权利要求1～5的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
具备多个所述模分离器，
各所述定向耦合器中的所述主波导的宽度与所述副波导的宽度的差在±10％以内，
所述副波导的所述耦合部分与所述主波导的间隔、或者所述副波导的所述耦合部分的长度在所有的所述定向耦合器间不同。
8.根据权利要求1～7的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述芯线的材料为Si，所述包层的材料为SiO2。
9.根据权利要求1～8的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述副波导构成为能够使高阶模从所述主波导分离。
10.根据权利要求9所述的光波导元件，其特征在于，
还具备配置在所述副波导的结束部分的前端，并以高浓度掺杂了杂质的光吸收层。
11.根据权利要求9所述的光波导元件，其特征在于，
还具备配置在所述副波导的结束部分的前端的受光元件以及取出所述受光元件的电流的电线。
12.一种光波导元件，其特征在于，具备：
马赫-曾德尔型光调制器，其具有将一个输入光分波为两个分波光的分波部、将所述两个分波光合波为一个输出光的合波部、以及能够对至少两种以上的传播阶数不同的传播模进行导波，并且对所述输入光、所述分波光、以及所述输出光进行导波的主波导；以及
一个以上的模分离器，其具有具备以构成定向耦合器的方式从所述主波导隔开恒定的距离并与所述主波导平行地配置的耦合部分，并且能够将所述两种以上的传播模中，至少一种传播模从所述主波导分离的副波导，
构成所述主波导和所述副波导的芯线与包层的折射率比亦即ncore/nclad在101～250％的范围内。
13.根据权利要求12所述的光波导元件，其特征在于，
所述定向耦合器中的所述主波导的宽度与所述副波导的宽度的差在±10％以内。
14.根据权利要求12或者13所述的光波导元件，其特征在于，
所述定向耦合器中的所述主波导的厚度与所述副波导的厚度的差在±10％以内。
15.根据权利要求12～14的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述副波导还具有与所述耦合部分的前段的端部连续的开始部分，
所述开始部分随着接近所述前段的端部而平缓地接近所述主波导。
16.根据权利要求12～15的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述副波导还具有与所述耦合部分的后段的端部连续的结束部分，
所述结束部分随着远离所述后段的端部而从所述主波导平缓地分离。
17.根据权利要求12～16的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
还具备在内部包含多个所述马赫-曾德尔型光调制器的一个马赫-曾德尔型干涉仪。
18.根据权利要求12～17的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
具备多个所述模分离器，
各所述定向耦合器中的所述主波导的宽度与所述副波导的宽度的差在±10％以内，
所述副波导的所述耦合部分与所述主波导的间隔，以及所述副波导的所述耦合部分的长度在所有的所述定向耦合器间相等。
19.根据权利要求12～18的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
具备多个所述模分离器，
各所述定向耦合器中的所述主波导的宽度与所述副波导的宽度的差在±10％以内，
所述副波导的所述耦合部分与所述主波导的间隔、或者所述副波导的所述耦合部分的长度在所有的所述定向耦合器间不同。
20.根据权利要求12～19的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述分波部以及所述合波部为MMI型的光合分波器。
21.根据权利要求12～19的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述分波部以及所述合波部为Y型的光合分波器。
22.根据权利要求12～21的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述芯线的材料为Si，所述包层的材料为SiO2。
23.根据权利要求12～22的任意一项所述的光波导元件，其特征在于，
所述副波导构成为使高阶模从所述主波导分离。
24.根据权利要求23所述的光波导元件，其特征在于，
还具备配置在所述副波导的结束部分的前端，并以高浓度掺杂了杂质的光吸收层。
25.根据权利要求23所述的光波导元件，其特征在于，
还具备配置在所述副波导的结束部分的前端的受光元件以及取出所述受光元件的电流的电线。
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