CN112789536B - 多模干涉型光波导器件和光集成电路 - Google Patents

多模干涉型光波导器件和光集成电路 Download PDF

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Abstract

多模干涉型光波导器件(1)具备：多模干涉波导(10)，包括第一反射面(15)；第一单模波导(20)，连接于多模干涉波导(10)；以及第二单模波导(21)，连接于多模干涉波导(10)、且与第一反射面(15)相向。因此，多模干涉型光波导器件(1)能够使光以进一步降低的光损耗从第一单模波导(20)传播到第二单模波导(21)。

Description

多模干涉型光波导器件和光集成电路
技术领域
本发明涉及一种多模干涉型光波导器件和光集成电路。
背景技术
日本专利第5294283号说明书(专利文献1)和日本特开2000-137128号公报(专利文献2)公开了在弯曲部形成有全反射镜的弯曲波导。
专利文献1：日本专利第5294283号说明书
专利文献2：日本特开2000-137128号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1和专利文献2所公开的弯曲波导中，依然在弯曲部产生光损耗(例如参照专利文献1的图37(b))。本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供进一步降低了光损耗的波导型器件。
用于解决问题的方案
本发明的第一方面的多模干涉型光波导器件具备包括反射部的多模干涉波导、第一单模波导以及第二单模波导。反射部包括第一反射面。多模干涉波导是1×1多模干涉波导。多模干涉波导具有第一端部、与第一端部相反侧的第二端部、将第一端部与第二端部进行连接的第一侧部以及与第一侧部相反侧的第二侧部。第二侧部将第一端部与第二端部进行连接。第一单模波导连接于第一端部。第一反射面设置于第二端部。第二单模波导与第一反射面相向、且连接于第一侧部。
本发明的第二方面的多模干涉型光波导器件具备包括反射部的多模干涉波导、第一单模波导、第二单模波导以及第三单模波导。反射部包括第一反射面和第二反射面。多模干涉波导具有第一端部、与第一端部相反侧的第二端部、将第一端部与第二端部进行连接的第一侧部以及与第一侧部相反侧的第二侧部。第二侧部将第一端部与第二端部进行连接。第一单模波导连接于第一端部。第一反射面设置于第二端部的靠近第一侧部的第一部分。第二反射面设置于第二端部的靠近第二侧部的第二部分。第二单模波导与第一反射面相向、且连接于第一侧部。第三单模波导与第二反射面相向、且连接于第二侧部。
本发明的第三方面的多模干涉型光波导器件具备包括反射部的多模干涉波导、第一单模波导以及第二单模波导。反射部包括第一反射面和第二反射面。多模干涉波导具有第一端部、与第一端部相反侧的第二端部、将第一端部与第二端部进行连接的第一侧部以及与第一侧部相反侧的第二侧部。第二侧部将第一端部与第二端部进行连接。第一反射面设置于第二端部。第二反射面设置于第一端部。第一单模波导连接于第一侧部、且与第二反射面相向。第二单模波导连接于第一侧部、且与第一反射面相向。
发明的效果
在本发明的第一方面的多模干涉型光波导器件中，多模干涉波导使从第一单模波导入射的光在第一反射面上反射并自成像到第二单模波导。由于第二单模波导与第一反射面相向，因此第一反射面实质上不扰乱多模干涉波导中的光的干涉状态而使光向第二单模波导反射。因此，根据本发明的第一方面的多模干涉型光波导器件，能够进一步降低光损耗。
在本发明的第二方面的多模干涉型光波导器件中，多模干涉波导使从第一单模波导入射的光自成像到第二单模波导和第三单模波导。由于第二单模波导与第一反射面相向，第三单模波导与第二反射面相向，因此第一反射面和第二反射面实质上不扰乱多模干涉波导中的光的干涉状态而使光向第二单模波导和第三单模波导反射。因此，根据本发明的第二方面的多模干涉型光波导器件，能够进一步降低光损耗。
在本发明的第三方面的多模干涉型光波导器件中，多模干涉波导使从第一单模波导入射的光在第一反射面和第二反射面上反射并自成像到第二单模波导。由于第一单模波导与第二反射面相向，第二单模波导与第一反射面相向，因此第一反射面和第二反射面实质上不扰乱多模干涉波导中的光的干涉状态而使光向第二单模波导反射。因此，根据本发明的第三方面的多模干涉型光波导器件，能够进一步降低光损耗。
附图说明
图1是实施方式1的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图2是实施方式1的多模干涉型光波导器件的、图1所示的截面线II-II上的概略局部放大截面图。
图3是表示实施方式1的多模干涉型光波导器件中的光的传播的仿真结果的图。
图4是实施方式2的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图5是表示实施方式2的多模干涉型光波导器件中的光的传播的仿真结果的图。
图6是实施方式3的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图7是表示实施方式3的多模干涉型光波导器件中的光的传播的仿真结果的图。
图8是实施方式4的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图9是实施方式5的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图10是实施方式6的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图11是实施方式7的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图12是实施方式8的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图13是实施方式8的变形例的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图14是实施方式9的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图15是实施方式9的多模干涉型光波导器件的、图14所示的截面线XV-XV上的概略局部放大截面图。
图16是实施方式9的第一变形例的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图17是实施方式9的第二变形例的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图18是实施方式10的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图19是实施方式10的变形例的多模干涉型光波导器件的概略平面图。
图20是实施方式11的光集成电路的概略平面图。
图21是实施方式12的光集成电路的概略平面图。
图22是实施方式13的光集成电路的概略平面图。
(附图标记说明)
1、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i、1j、1k、1m、1n、1p、52、54、55、56、57、60、63、64、70、71、72、75、78、79、86、88、93：多模干涉型光波导器件；3、3b、3c：光集成电路；10：多模干涉波导；10n：中心线；11：第一端部；11f：第三部分；12：第二端部；13：第一侧部；14：第二侧部；15：第一反射面；16：第二反射面；17：第三反射面；18：第四反射面；20：第一单模波导；20n：第一中心线；20r：第一连接部；20t、21t、22t、23t：锥形波导部分；21：第二单模波导；21n：第二中心线；21r：第二连接部；22：第三单模波导；22n：第三中心线；22r：第三连接部；23：第四单模波导；23n：第四中心线；23r：第四连接部；26：第一成像部；27：第二成像部；29p：交点；30：基板；31：第一包层；32：芯层；33：第二包层；34：埋入层；36：空气；51：输入波导；58、59、61、62、73、74、76、77、85、87、89、90、94、95：单模波导；65：第一输出波导；66、67、68、69、81、82、83、84：电极；80：第二输出波导；97：杂散光。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。此外，对相同的结构附加相同的参照编号，不重复其说明。
实施方式1.
参照图1至图3来说明实施方式1的多模干涉型光波导器件1。多模干涉型光波导器件1具备多模干涉波导10、第一单模波导20以及第二单模波导21。
多模干涉波导10具有第一端部11、与第一端部11相反侧的第二端部12、将第一端部11与第二端部12进行连接的第一侧部13以及与第一侧部13相反侧的第二侧部14。第二侧部14将第一端部11与第二端部12进行连接。第一端部11是多模干涉波导10的长边方向上的端部。第二端部12是多模干涉波导10的长边方向上的端部。
第二端部12相对于第一端部11倾斜。具体地说，第二端部12以随着接近第一侧部13而第一端部11与第二端部12之间的距离增加、且随着接近第二侧部14而第一端部11与第二端部12之间的距离减少的方式相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜。多模干涉波导10的中心线10n位于第一侧部13与第二侧部14的中间，且沿着多模干涉波导10的长边方向延伸。
第一侧部13是多模干涉波导10的宽度方向上的端部。第二侧部14是多模干涉波导10的宽度方向上的端部。多模干涉波导10具有宽度W。宽度W是第一侧部13与第二侧部14之间的距离。第一侧部13也可以与第二侧部14平行。第一侧部13例如相对于第一端部11垂直。第二侧部14例如相对于第一端部11垂直。
多模干涉波导10包括反射部。反射部包括第一反射面15。第一反射面15设置于第二端部12。第一反射面15也可以遍及整个第二端部12地延伸。第一反射面15相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜第一角度θ1。第一角度θ1是多模干涉波导10的中心线10n与第一反射面15之间的角度。在一例中，第一角度θ1是45°。第一反射面15以随着接近第一侧部13而第一端部11与第一反射面15之间的距离增加、且随着接近第二侧部14而第一端部11与第一反射面15之间的距离减少的方式相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜。
第一单模波导20在第一连接部20r处连接于多模干涉波导10。第一连接部20r是第一单模波导20与多模干涉波导10的边界部分。第一单模波导20连接于第一端部11。第一单模波导20的第一中心线20n与多模干涉波导10的中心线10n平行。第一单模波导20的第一中心线20n与多模干涉波导10的中心线10n一致。第一连接部20r位于多模干涉波导10的中心线10n上。
第二单模波导21在第二连接部21r处连接于多模干涉波导10。第二连接部21r是第二单模波导21与多模干涉波导10的边界部分。第二单模波导21连接于第一侧部13。特定地说，第二单模波导21连接于第一侧部13的靠近第二端部12的部分。
第二单模波导21与第一反射面15相向。第二单模波导21的第二中心线21n不与多模干涉波导10的中心线10n平行。第二单模波导21的第二中心线21n相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜第二角度θ2。第二角度θ2是多模干涉波导10的中心线10n与第二单模波导21的第二中心线21n之间的角度。第二角度θ2实质上是第一角度θ1的2倍。在本说明书中，第二角度θ2实质上是第一角度θ1的2倍意味着第二角度θ2为第一角度θ1的1.9倍以上且第一角度θ1的2.1倍以下。在一例中，第二角度θ2是90°。
如图2所示，多模干涉波导10形成于基板30上。多模干涉波导10包括第一包层31、芯层32以及第二包层33。第一包层31形成于基板30上。芯层32形成于第一包层31上。第二包层33形成于芯层32上。芯层32被夹在第一包层31与第二包层33之间。第一单模波导20和第二单模波导21除了波导宽度以外具有与多模干涉波导10同样的截面构造。基板30例如是如InP基板那样的半导体基板。第一包层31和第二包层33例如是如InP层那样的半导体层。芯层32例如是包括InGaAsP系材料的块体半导体层或多量子阱(MQW)层。多模干涉型光波导器件1例如是半导体光波导器件。
本实施方式的多模干涉波导10是一输入一输出的多模干涉波导(1×1MMI)。多模干涉波导10构成为使从第一单模波导20入射的第一光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)。在本说明书中，多模干涉波导10使光自成像到单模波导意味着多模干涉波导10使光自成像并将自成像的光出射到单模波导。第一光的第一成像部26例如位于第二连接部21r。
例如在多模干涉波导10是脊型波导的情况下，用以下的式(1)给出多模干涉波导10的多模波导长度L1×1。在此，W表示多模干涉波导10的宽度，neff表示多模干涉波导10的等效折射率，λ表示第一光的波长。
L1×1＝neffW2/λ (1)
本实施方式的多模干涉型光波导器件1起到以下的效果。
多模干涉型光波导器件1具备包括反射部的多模干涉波导10、第一单模波导20以及第二单模波导21。反射部包括第一反射面15。多模干涉波导10是1×1多模干涉波导。多模干涉波导10具有第一端部11、与第一端部11相反侧的第二端部12、将第一端部11与第二端部12进行连接的第一侧部13以及与第一侧部13相反侧的第二侧部14。第二侧部14将第一端部11与第二端部12进行连接。第一单模波导20连接于第一端部11。第一反射面15设置于第二端部12。第二单模波导21与第一反射面15相向、且连接于第一侧部13。
从第一单模波导20向多模干涉波导10入射如信号光那样的第一光。多模干涉波导10使第一光在第一反射面15上反射并自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)。由于第二单模波导21与第一反射面15相向，因此如图3所示，在第一光的扩展小的时候第一光在第一反射面15上被反射。第一反射面15实质上不扰乱多模干涉波导10中的第一光的干涉状态而使第一光向第二单模波导21反射。因此，多模干涉型光波导器件1能够使第一光从第一单模波导20向第二单模波导21以低损耗传播。多模干涉型光波导器件1能够以低损耗改变第一光的前进方向(例如弯曲90°)。
在本实施方式的多模干涉型光波导器件1中，第二角度θ2实质上是第一角度θ1的2倍。第一角度θ1是沿着多模干涉波导10的长边方向延伸的多模干涉波导10的中心线10n与第一反射面15之间的角度。第二角度θ2是多模干涉波导10的中心线10n与第二单模波导21的第二中心线21n之间的角度。因此，在多模干涉波导10中传播的第一光以高的效率耦合到第二单模波导21。多模干涉型光波导器件1能够使第一光从第一单模波导20向第二单模波导21以低损耗传播。
此外，主要说明了第一单模波导20作为输入光波导发挥功能、且第二单模波导21作为输出光波导发挥功能的情况，但是第二单模波导21能够作为输入光波导发挥功能，第一单模波导20能够作为输出光波导发挥功能。即，多模干涉型光波导器件1能够使从第二单模波导21入射的光自成像到第一单模波导20(例如第一连接部20r)来以低损耗从第一单模波导20出射合波光。
实施方式2.
参照图4和图5来说明实施方式2的多模干涉型光波导器件1b。本实施方式的多模干涉型光波导器件1b具有与实施方式1的多模干涉型光波导器件1同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在本实施方式中，第一反射面15设置于第二端部12的靠近第一侧部13的第一部分。第一反射面15相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜第一角度θ1。第一反射面15以随着接近第一侧部13而第一端部11与第一反射面15之间的距离增加、且随着接近多模干涉波导10的中心线10n而第一端部11与第一反射面15之间的距离减少的方式相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜。
反射部还包括第二反射面16。第二反射面16设置于第二端部12的靠近第二侧部14的第二部分。第二反射面16相对于多模干涉波导10的中心线10n向与第一反射面15相反的方向倾斜第一角度θ1。第二反射面16以随着接近第二侧部14而第一端部11与第二反射面16之间的距离增加、且随着接近多模干涉波导10的中心线10n而第一端部11与第二反射面16之间的距离减少的方式相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜。
多模干涉型光波导器件1b还具备第三单模波导22。第三单模波导22在第三连接部22r处连接于多模干涉波导10。第三连接部22r是第二单模波导21与多模干涉波导10的边界部分。第三单模波导22连接于第二侧部14。特定地说，第三单模波导22连接于第二侧部14的靠近第二端部12的部分。第三单模波导22与第二反射面16相向。第三单模波导22的第三中心线22n不与多模干涉波导10的中心线10n平行。第三单模波导22的第三中心线22n相对于多模干涉波导10的中心线10n向与第二单模波导21相反的方向倾斜第二角度θ2。
本实施方式的多模干涉波导10是一输入二输出的多模干涉波导(1×2MMI)。多模干涉波导10构成为使从第一单模波导20入射的第一光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。第一光的第一成像部26例如位于第二连接部21r，第一光的第二成像部27例如位于第三连接部22r。
例如在多模干涉波导10是脊型波导的情况下，用以下的式(2)给出多模干涉波导10的多模波导长度L1×2。
L1×2＝neffW2/2λ (2)
用W/4给出第一距离D1。第一距离D1是从多模干涉波导10的中心线10n到第二单模波导21的第二中心线21n与第一反射面15的交点的距离。第一距离D1是从多模干涉波导10的中心线10n到第三单模波导22的第三中心线22n与第二反射面16的交点的距离。
本实施方式的多模干涉型光波导器件1b起到以下的效果。
多模干涉型光波导器件1b具备包括反射部的多模干涉波导、第一单模波导20、第二单模波导21以及第三单模波导22。反射部包括第一反射面15和第二反射面16。多模干涉波导10具有第一端部11、与第一端部11相反侧的第二端部12、将第一端部11与第二端部12进行连接的第一侧部13以及与第一侧部13相反侧的第二侧部14。第二侧部14将第一端部11与第二端部12进行连接。第一单模波导20连接于第一端部11。第一反射面15设置于第二端部12的靠近第一侧部13的第一部分。第二反射面16设置于第二端部12的靠近第二侧部14的第二部分。第二单模波导21与第一反射面15相向、且连接于第一侧部13。第三单模波导22与第二反射面16相向、且连接于第二侧部14。
从第一单模波导20向多模干涉波导10入射如信号光那样的第一光。多模干涉波导10使第一光在第一反射面15和第二反射面16上反射并自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。由于第二单模波导21与第一反射面15相向，因此如图5所示，在第一光的扩展小的时候第一光在第一反射面15上被反射。由于第三单模波导22与第二反射面16相向，因此如图5所示，在第一光的扩展小的时候第一光在第二反射面16上被反射。第一反射面15和第二反射面16实质上不扰乱多模干涉波导10中的第一光的干涉状态而使第一光向第二单模波导21和第三单模波导22反射。因此，多模干涉型光波导器件1b能够以低损耗改变第一光的前进方向(例如弯曲90°)，并且能够使第一光分支。
主要说明了第一单模波导20作为输入光波导发挥功能、且第二单模波导21和第三单模波导22作为输出光波导发挥功能、且多模干涉型光波导器件1b作为波导型光分波器发挥功能的情况，但是第二单模波导21和第三单模波导22能够作为输入光波导发挥功能，第一单模波导20能够作为输出光波导发挥功能，多模干涉型光波导器件1b能够作为波导型光合波器发挥功能。即，多模干涉型光波导器件1b能够使从第二单模波导21入射的光和从第三单模波导22入射的光自成像到第一单模波导20(例如第一连接部20r)来以低损耗从第一单模波导20出射合波光。
实施方式3.
参照图6和图7来说明实施方式3的多模干涉型光波导器件1c。本实施方式的多模干涉型光波导器件1c具有与实施方式2的多模干涉型光波导器件1b同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在本实施方式中，第一单模波导20连接于第一端部11的靠近第一侧部13的第三部分。
多模干涉型光波导器件1c还具备第四单模波导23。第四单模波导23在第四连接部23r处连接于多模干涉波导10。第四连接部23r是第四单模波导23与多模干涉波导10的边界部分。第四单模波导23连接于第一端部11的靠近第二侧部14的第四部分。
本实施方式的多模干涉波导10是二输入二输出的多模干涉波导(2×2MMI)。多模干涉波导10构成为使从第一单模波导20入射的第一光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。第一光的第一成像部26例如位于第二连接部21r，第一光的第二成像部27例如位于第三连接部22r。多模干涉波导10构成为使从第四单模波导23入射的第二光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。第二光的第一成像部26例如位于第二连接部21r，第二光的第二成像部27例如位于第三连接部22r。
例如在多模干涉波导10是脊型波导的情况下，用以下的式(3)给出多模干涉波导10的多模波导长度L2×2。
L2×2＝2neffW2/3λ (3)
用W/6给出第二距离D2。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第一单模波导20的第一中心线20n的距离。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第二单模波导21的第二中心线21n与第一反射面15的交点的距离。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第四单模波导23的第四中心线23n的距离。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第三单模波导22的第三中心线22n与第二反射面16的交点的距离。
本实施方式的多模干涉型光波导器件1c除了实施方式2的多模干涉型光波导器件1b的效果以外，还起到以下的效果。
多模干涉型光波导器件1c还具备第四单模波导23。第一单模波导20连接于第一端部11的靠近第一侧部13的第三部分。第四单模波导23连接于第一端部11的靠近第二侧部14的第四部分。
从第四单模波导23向多模干涉波导10入射如信号光那样的第二光。多模干涉波导10使第二光在第一反射面15和第二反射面16上反射并自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。由于第二单模波导21与第一反射面15相向，因此在第二光的扩展小的时候第二光在第一反射面15上被反射。由于第三单模波导22与第二反射面16相向，因此在第二光的扩展小的时候第二光在第二反射面16上被反射。第一反射面15和第二反射面16实质上不扰乱多模干涉波导10中的第二光的干涉状态而使第二光向第二单模波导21和第三单模波导22反射。因此，多模干涉型光波导器件1c能够以低损耗改变第二光的前进方向(例如弯曲90°)，并且能够使第二光分支。
主要说明了第一单模波导20或第四单模波导23作为输入光波导发挥功能、且第二单模波导21和第三单模波导22作为输出光波导发挥功能、且多模干涉型光波导器件1c作为波导型光分波器发挥功能的情况，但是第二单模波导21和第三单模波导22能够作为输入光波导发挥功能，第一单模波导20或第四单模波导23能够作为输出光波导发挥功能，多模干涉型光波导器件1c能够作为波导型光合波器发挥功能。
即，在从第二单模波导21入射到多模干涉波导10的第三光与从第三单模波导22入射到多模干涉波导10的第四光之间的相位差为第一相位差时，多模干涉型光波导器件1c能够使第三光和第四光自成像到第一单模波导20(例如第一连接部20r)来以低损耗从第一单模波导20出射合波光。在从第二单模波导21入射到多模干涉波导10的第三光与从第三单模波导22入射到多模干涉波导10的第四光之间的相位差为第二相位差时(第二相位差与第一相位差不同)，多模干涉型光波导器件1c能够使第三光和第四光自成像到第四单模波导23(例如第四连接部23r)来以低损耗从第四单模波导23出射合波光。
实施方式4.
参照图8来说明实施方式4的多模干涉型光波导器件1d。本实施方式的多模干涉型光波导器件1d具有与实施方式1的多模干涉型光波导器件1同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在本实施方式中，反射部还包括第二反射面16。第二反射面16设置于第一端部11。特定地说，第二反射面16也可以遍及整个第一端部11地延伸。第二反射面16相对于多模干涉波导10的中心线10n向与第一反射面15相反的方向倾斜第一角度θ1。在一例中，第一角度θ1是45°。第二反射面16以随着接近第一侧部13而第二端部12与第二反射面16之间的距离增加、且随着接近第二侧部14而第二端部12与第二反射面16之间的距离减少的方式相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜。
第一单模波导20连接于第一侧部13。特定地说，第一单模波导20连接于第一侧部13的靠近第一端部11的部分。第一单模波导20与第二反射面16相向。第一单模波导20的第一中心线20n不与多模干涉波导10的中心线10n平行。第一单模波导20的第一中心线20n相对于多模干涉波导10的中心线10n向与第二单模波导21相反的方向倾斜第二角度θ2。第二角度θ2是第一角度θ1的2倍。在一例中，第二角度θ2是90°。
本实施方式的多模干涉波导10是一输入一输出的多模干涉波导(1×1MMI)。多模干涉波导10构成为使从第一单模波导20入射的第一光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)。第一光的第一成像部26例如位于第二连接部21r。
例如在多模干涉波导10是脊型波导的情况下，用上述式(1)给出多模干涉波导10的多模波导长度L1×1。
本实施方式的多模干涉型光波导器件1d起到与实施方式1的多模干涉型光波导器件1同样的以下的效果。
多模干涉型光波导器件1d具备包括反射部的多模干涉波导10、第一单模波导20以及第二单模波导21。反射部包括第一反射面15和第二反射面16。多模干涉波导10具有第一端部11、与第一端部11相反侧的第二端部12、将第一端部11与第二端部12进行连接的第一侧部13以及与第一侧部13相反侧的第二侧部14。第二侧部14将第一端部11与第二端部12进行连接。第一反射面15设置于第二端部12。第二反射面16设置于第一端部11。第一单模波导20连接于第一侧部13、且与第二反射面16相向。第二单模波导21连接于第一侧部13、且与第一反射面15相向。
从第一单模波导20向多模干涉波导10入射如信号光那样的第一光。多模干涉波导10使第一光在第一反射面15和第二反射面16上反射并自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)。由于第一单模波导20与第二反射面16相向，因此在第一光的扩展小的时候第一光在第二反射面16上被反射。由于第二单模波导21与第一反射面15相向，因此在第一光的扩展小的时候第一光在第一反射面15上被反射。第一反射面15和第二反射面16实质上不扰乱多模干涉波导10中的第一光的干涉状态而使第一光向第二单模波导21反射。因此，多模干涉型光波导器件1d能够以低损耗使第一光的前进方向折返。
此外，主要说明了第一单模波导20作为输入光波导发挥功能、且第二单模波导21作为输出光波导发挥功能的情况，但是第二单模波导21能够作为输入光波导发挥功能，第一单模波导20能够作为输出光波导发挥功能。即，多模干涉型光波导器件1d能够使从第二单模波导21入射的光自成像到第一单模波导20(例如第一连接部20r)来以低损耗从第一单模波导20出射合波光。
实施方式5.
参照图9来说明实施方式5的多模干涉型光波导器件1e。本实施方式的多模干涉型光波导器件1e具有与实施方式4的多模干涉型光波导器件1d同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在本实施方式中，第一反射面15设置于第二端部12的靠近第一侧部13的第一部分。第一反射面15以随着接近第一侧部13而第一端部11与第一反射面15之间的距离增加、且随着接近多模干涉波导10的中心线10n而第一端部11与第一反射面15之间的距离减少的方式相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜。
反射部还包括第三反射面17。第三反射面17设置于第二端部12的靠近第二侧部14的第二部分。第三反射面17相对于多模干涉波导10的中心线10n向与第一反射面15相反的方向倾斜第一角度θ1。本实施方式的第一反射面15和第三反射面17分别对应于实施方式2的第一反射面15和第二反射面16(参照图4)。
多模干涉型光波导器件1e还具备第三单模波导22。第三单模波导22在第三连接部22r处连接于多模干涉波导10。第三单模波导22连接于第二侧部14。特定地说，第三单模波导22连接于第二侧部14的靠近第二端部12的部分。第三单模波导22与第三反射面17相向。第三单模波导22的第三中心线22n不与多模干涉波导10的中心线10n平行。第三单模波导22的第三中心线22n相对于多模干涉波导10的中心线10n向与第二单模波导21相反的方向倾斜第二角度θ2。本实施方式的第三单模波导22对应于实施方式2的第三单模波导22(参照图4)。
本实施方式的多模干涉波导10是一输入二输出的多模干涉波导(1×2MMI)。多模干涉波导10构成为使从第一单模波导20入射的第一光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。第一光的第一成像部26例如位于第二连接部21r，第一光的第二成像部27例如位于第三连接部22r。
例如在多模干涉波导10是脊型波导的情况下，用上述式(2)给出多模干涉波导10的多模波导长度L1×2。多模波导长度L1×2的一端是多模干涉波导10的中心线10n与第二单模波导21的第二中心线21n的交点29p。
用W/4给出第一距离D1。第一距离D1是从多模干涉波导10的中心线10n到第二单模波导21的第二中心线21n与第一反射面15的交点的距离。第一距离D1是从多模干涉波导10的中心线10n到第三单模波导22的第三中心线22n与第三反射面17的交点的距离。
本实施方式的多模干涉型光波导器件1e除了实施方式4的多模干涉型光波导器件1d的效果以外，还起到以下的效果。
多模干涉型光波导器件1e还具备第三单模波导22。反射部还包括第三反射面17。第一反射面15设置于第二端部12的靠近第一侧部13的第一部分。第三反射面17设置于第二端部12的靠近第二侧部14的第二部分。第三单模波导22与第三反射面17相向、且连接于第二侧部14。
从第一单模波导20向多模干涉波导10入射如信号光那样的第一光。多模干涉波导10使第一光在第一反射面15、第二反射面16以及第三反射面17上反射并自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。由于第一单模波导20与第二反射面16相向，因此在第一光的扩展小的时候第一光在第二反射面16上被反射。由于第二单模波导21与第一反射面15相向，因此在第一光的扩展小的时候第一光在第一反射面15上被反射。由于第三单模波导22与第三反射面17相向，因此在第一光的扩展小的时候第一光在第三反射面17上被反射。第一反射面15、第二反射面16以及第三反射面17实质上不扰乱多模干涉波导10中的第一光的干涉状态而使第一光向第二单模波导21和第三单模波导22反射。因此，多模干涉型光波导器件1e能够以低损耗改变第一光的前进方向，并且能够使第一光分支。
主要说明了第一单模波导20作为输入光波导发挥功能、且第二单模波导21和第三单模波导22作为输出光波导发挥功能、且多模干涉型光波导器件1e作为波导型光分波器发挥功能的情况，但是第二单模波导21和第三单模波导22能够作为输入光波导发挥功能，第一单模波导20能够作为输出光波导发挥功能，多模干涉型光波导器件1e能够作为波导型光合波器发挥功能。即，多模干涉型光波导器件1e能够使从第二单模波导21入射的光和从第三单模波导22入射的光自成像到第一单模波导20(例如第一连接部20r)来以低损耗从第一单模波导20出射合波光。
实施方式6.
参照图10来说明实施方式6的多模干涉型光波导器件1f。本实施方式的多模干涉型光波导器件1f具有与实施方式5的多模干涉型光波导器件1e同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在本实施方式中，第一端部11的靠近第一侧部13的第三部分11f与多模干涉波导10的中心线10n垂直。第二反射面16设置于第一端部11的靠近第二侧部14的第四部分。第二反射面16相对于第一端部11的第三部分11f倾斜。
多模干涉型光波导器件1f还具备第四单模波导23。第四单模波导23在第四连接部23r处连接于多模干涉波导10。第四连接部23r是第四单模波导23与多模干涉波导10的边界部分。第四单模波导23在第一端部11的第三部分11f处连接于多模干涉波导10。第四单模波导23的第四中心线23n与多模干涉波导10的中心线10n平行。
本实施方式的多模干涉波导10是二输入二输出的多模干涉波导(2×2MMI)。多模干涉波导10构成为使从第一单模波导20入射的第一光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。第一光的第一成像部26例如位于第二连接部21r，第一光的第二成像部27例如位于第三连接部22r。多模干涉波导10构成为使从第四单模波导23入射的第二光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。第二光的第一成像部26例如位于第二连接部21r，第二光的第二成像部27例如位于第三连接部22r。
例如在多模干涉波导10是脊型波导的情况下，用上述式(3)给出多模干涉波导10的多模波导长度L2×2。
用W/6给出第二距离D2。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第四单模波导23的第四中心线23n的距离。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第二单模波导21的第二中心线21n与第一反射面15的交点的距离。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第三单模波导22的第三中心线22n与第三反射面17的交点的距离。
本实施方式的多模干涉型光波导器件1f除了实施方式5的多模干涉型光波导器件1e的效果以外，还起到以下的效果。
多模干涉型光波导器件1f还具备第四单模波导23。第四单模波导23连接于第一端部11的靠近第一侧部13的第三部分11f。第二反射面16设置于第一端部11的靠近第二侧部14的第四部分。
从第四单模波导23向多模干涉波导10入射如信号光那样的第二光。多模干涉波导10使第二光在第一反射面15和第三反射面17上反射并自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。由于第二单模波导21与第一反射面15相向，因此在第二光的扩展小的时候第二光在第一反射面15上被反射。由于第三单模波导22与第三反射面17相向，因此在第二光的扩展小的时候第二光在第三反射面17上被反射。第一反射面15和第三反射面17实质上不扰乱多模干涉波导10中的第二光的干涉状态而使第二光向第二单模波导21和第三单模波导22反射。因此，多模干涉型光波导器件1f能够以低损耗改变第二光的前进方向(例如弯曲90°)，并且能够使第二光分支。
主要说明了第一单模波导20或第四单模波导23作为输入光波导发挥功能、且第二单模波导21和第三单模波导22作为输出光波导发挥功能、且多模干涉型光波导器件1f作为波导型光分波器发挥功能的情况，但是第二单模波导21和第三单模波导22能够作为输入光波导发挥功能，第一单模波导20或第四单模波导23能够作为输出光波导发挥功能，多模干涉型光波导器件1f能够作为波导型光合波器发挥功能。
即，在从第二单模波导21入射到多模干涉波导10的第三光与从第三单模波导22入射到多模干涉波导10的第四光之间的相位差为第一相位差时，多模干涉型光波导器件1f能够使第三光和第四光自成像到第一单模波导20(例如第一连接部20r)来以低损耗从第一单模波导20出射合波光。在从第二单模波导21入射到多模干涉波导10的第三光与从第三单模波导22入射到多模干涉波导10的第四光之间的相位差为第二相位差时(第二相位差与第一相位差不同)，多模干涉型光波导器件1f能够使第三光和第四光自成像到第四单模波导23(例如第四连接部23r)来以低损耗从第四单模波导23出射合波光。
实施方式7.
参照图11来说明实施方式7的多模干涉型光波导器件1g。本实施方式的多模干涉型光波导器件1g具有与实施方式5的多模干涉型光波导器件1e同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在本实施方式中，第二反射面16设置于第一端部11的靠近第一侧部13的第三部分。第二反射面16相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜第一角度θ1。在一例中，第一角度θ1是45°。第二反射面16以随着接近第一侧部13而第二端部12与第二反射面16之间的距离增加、且随着接近多模干涉波导10的中心线10n而第二端部12与第二反射面16之间的距离减少的方式相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜。
反射部还包括第四反射面18。第四反射面18设置于第一端部11的靠近第二侧部14的第四部分。第四反射面18相对于多模干涉波导10的中心线10n向与第二反射面16相反的方向倾斜第一角度θ1。第四反射面18以随着接近第二侧部14而第二端部12与第四反射面18之间的距离增加、且随着接近多模干涉波导10的中心线10n而第二端部12与第四反射面18之间的距离减少的方式相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜。
多模干涉型光波导器件1g还具备第四单模波导23。第四单模波导23在第四连接部23r处连接于多模干涉波导10。第四连接部23r是第四单模波导23与多模干涉波导10的边界部分。第四单模波导23连接于第二侧部14。特定地说，第四单模波导23连接于第二侧部14的靠近第一端部11的部分。第四单模波导23与第四反射面18相向。第四单模波导23的第四中心线23n不与多模干涉波导10的中心线10n平行。第四单模波导23的第四中心线23n相对于多模干涉波导10的中心线10n倾斜第二角度θ2。第二角度θ2是第一角度θ1的2倍。在一例中，第二角度θ2是90°。
本实施方式的多模干涉波导10是二输入二输出的多模干涉波导(2×2MMI)。多模干涉波导10构成为使从第一单模波导20入射的第一光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。第一光的第一成像部26例如位于第二连接部21r，第一光的第二成像部27例如位于第三连接部22r。多模干涉波导10构成为使从第四单模波导23入射的第二光自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。第二光的第一成像部26例如位于第二连接部21r，第二光的第二成像部27例如位于第三连接部22r。
例如在多模干涉波导10是脊型波导的情况下，用上述式(3)给出多模干涉波导10的多模波导长度L2×2。
用W/6给出第二距离D2。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第一单模波导20的第一中心线20n与第二反射面16的交点的距离。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第二单模波导21的第二中心线21n与第一反射面15的交点的距离。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第三单模波导22的第三中心线22n与第三反射面17的交点的距离。第二距离D2是从多模干涉波导10的中心线10n到第四单模波导23的第四中心线23n与第四反射面18的交点的距离。
本实施方式的多模干涉型光波导器件1g除了实施方式5的多模干涉型光波导器件1e的效果以外，还起到以下的效果。
多模干涉型光波导器件1g还具备第四单模波导23。反射部还包括第四反射面18。第二反射面16设置于第一端部11的靠近第一侧部13的第三部分。第四反射面18设置于第一端部11的靠近第二侧部14的第四部分。第四单模波导23与第四反射面18相向、且连接于第二侧部14。
从第四单模波导23向多模干涉波导10入射如信号光那样的第二光。多模干涉波导10使第二光在第一反射面15、第三反射面17以及第四反射面18上反射并自成像到第二单模波导21(例如第二连接部21r)和第三单模波导22(例如第三连接部22r)。由于第四单模波导23与第四反射面18相向，因此在第二光的扩展小的时候第二光在第四反射面18上被反射。由于第二单模波导21与第一反射面15相向，因此在第二光的扩展小的时候第二光在第一反射面15上被反射。由于第三单模波导22与第三反射面17相向，因此在第二光的扩展小的时候第二光在第三反射面17上被反射。第一反射面15、第三反射面17以及第四反射面18实质上不扰乱多模干涉波导10中的第二光的干涉状态而使第二光向第二单模波导21和第三单模波导22反射。因此，多模干涉型光波导器件1g能够以低损耗改变第二光的前进方向，并且能够使第二光分支。
主要说明了第一单模波导20或第四单模波导23作为输入光波导发挥功能、且第二单模波导21和第三单模波导22作为输出光波导发挥功能、且多模干涉型光波导器件1g作为波导型光分波器发挥功能的情况，但是第二单模波导21和第三单模波导22能够作为输入光波导发挥功能，第一单模波导20或第四单模波导23能够作为输出光波导发挥功能，多模干涉型光波导器件1g能够作为波导型光合波器发挥功能。
即，在从第二单模波导21入射到多模干涉波导10的第三光与从第三单模波导22入射到多模干涉波导10的第四光之间的相位差为第一相位差时，多模干涉型光波导器件1g能够使第三光和第四光自成像到第一单模波导20(例如第一连接部20r)来以低损耗从第一单模波导20出射合波光。在从第二单模波导21入射到多模干涉波导10的第三光与从第三单模波导22入射到多模干涉波导10的第四光之间的相位差为第二相位差时(第二相位差与第一相位差不同)，多模干涉型光波导器件1g能够使第三光和第四光自成像到第四单模波导23(例如第四连接部23r)来以低损耗从第四单模波导23出射合波光。
实施方式8.
参照图12来说明实施方式8的多模干涉型光波导器件1h。本实施方式的多模干涉型光波导器件1h具有与实施方式4的多模干涉型光波导器件1d同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在多模干涉型光波导器件1h中，第一单模波导20和第二单模波导21的至少一个包括锥形波导部分20t、21t。在锥形波导部分20t、21t处，第一单模波导20和第二单模波导21的至少一个连接于多模干涉波导10。锥形波导部分20t、21t的宽度随着接近多模干涉波导10而逐渐增加。
参照图13来说明本实施方式的变形例的多模干涉型光波导器件1i。本实施方式的变形例的多模干涉型光波导器件1i具有与实施方式6的多模干涉型光波导器件1f同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在多模干涉型光波导器件1i中，第一单模波导20、第二单模波导21、第三单模波导22以及第四单模波导23的至少一个包括锥形波导部分20t、21t、22t、23t。在锥形波导部分20t、21t、22t、23t处，第一单模波导20、第二单模波导21、第三单模波导22以及第四单模波导23的至少一个连接于多模干涉波导10。锥形波导部分20t、21t、22t、23t的宽度随着接近多模干涉波导10而逐渐增加。
本实施方式的多模干涉型光波导器件1h、1i除了实施方式4和实施方式6的多模干涉型光波导器件1d、1f的效果以外，还起到以下的效果。
在多模干涉型光波导器件1h、1i中，第一单模波导20和第二单模波导21的至少一个包括锥形波导部分20t、21t。在锥形波导部分20t、21t处，第一单模波导20和第二单模波导21的至少一个连接于多模干涉波导10。锥形波导部分20t、21t的宽度随着接近多模干涉波导10而逐渐增加。
锥形波导部分20t、21t能够抑制在光从多模干涉波导10耦合到第一单模波导20和第二单模波导21的至少一个时产生的反射返回光。多模干涉型光波导器件1h、1i能够使光以进一步降低的光损耗传播。
实施方式9.
参照图14和图15来说明实施方式9的多模干涉型光波导器件1j。本实施方式的多模干涉型光波导器件1j具有与实施方式1的多模干涉型光波导器件1同样的结构，但是主要在以下方面不同。
多模干涉型光波导器件1j还具备埋入有多模干涉波导10的一部分的埋入层34。具体地说，埋入层34埋入有第一端部11、第一侧部13以及第二侧部14。埋入层34既可以由与第一包层31及第二包层33相同的材料形成，也可以由与第一包层31及第二包层33不同的材料形成。埋入层34例如是如InP层那样的半导体层。反射部(第一反射面15)从埋入层34露出。反射部(第一反射面15)例如与空气36接触。埋入层34具有比芯层32低的折射率。多模干涉波导10(芯层32)与埋入层34之间的第一折射率差小于多模干涉波导10与空气36之间的第二折射率差。
参照图16来说明本实施方式的第一变形例的多模干涉型光波导器件1k。多模干涉型光波导器件1k具有与实施方式2的多模干涉型光波导器件1b同样的结构，但是在还具备埋入层34这一点上不同。具体地说，埋入层34埋入有第一端部11、第一侧部13以及第二侧部14。反射部(第一反射面15和第二反射面16)从埋入层34露出。反射部(第一反射面15和第二反射面16)例如与空气36接触。
参照图17来说明本实施方式的第二变形例的多模干涉型光波导器件1m。多模干涉型光波导器件1m具有与实施方式3的多模干涉型光波导器件1c同样的结构，但是在还具备埋入层34这一点上不同。具体地说，埋入层34埋入有第一端部11、第一侧部13以及第二侧部14。反射部(第一反射面15和第二反射面16)从埋入层34露出。反射部(第一反射面15和第二反射面16)例如与空气36接触。
本实施方式的多模干涉型光波导器件1j、1k、1m除了实施方式1至实施方式3的多模干涉型光波导器件1、1b、1c的效果以外，还起到以下的效果。
多模干涉型光波导器件1j、1k、1m还具备埋入有多模干涉波导10的一部分的埋入层34。反射部从埋入层34露出。多模干涉波导10(芯层32)与埋入层34之间的第一折射率差小于多模干涉波导10与空气36之间的第二折射率差。多模干涉波导10(芯层32)中的杂散光(例如实施方式8的反射返回光)被辐射到埋入层34，能够从多模干涉波导10(芯层32)去除杂散光。
实施方式10.
参照图18来说明实施方式10的多模干涉型光波导器件1n。本实施方式的多模干涉型光波导器件1n具有与实施方式1的多模干涉型光波导器件1同样的结构，起到同样的效果，但是主要在以下方面不同。第一角度θ1大于45°，第二角度θ2大于90°。也可以是：第一角度θ1大于50°，第二角度θ2大于100°。也可以是：第一角度θ1大于60°，第二角度θ2大于120°。此外，在本实施方式中，与实施方式1同样地，第二角度θ2实质上是第一角度θ1的2倍。
参照图19来说明本实施方式的变形例的多模干涉型光波导器件1p。本实施方式的变形例的多模干涉型光波导器件1p具有与实施方式2的多模干涉型光波导器件1b同样的结构，起到同样的效果，但是主要在以下方面不同。第一角度θ1大于45°，第二角度θ2大于90°。也可以是：第一角度θ1大于50°，第二角度θ2大于100°。也可以是：第一角度θ1大于60°，第二角度θ2大于120°。此外，在本实施方式中，与实施方式2同样地，第二角度θ2实质上是第一角度θ1的2倍。
此外，在本实施方式的其它变形例中，第一角度θ1也可以小于45°，第二角度θ2也可以小于90°。第一角度θ1也可以小于40°，第二角度θ2也可以小于80°。第一角度θ1也可以小于30°，第二角度θ2也可以小于60°。
根据本实施方式的多模干涉型光波导器件1n、1p，能够使光的前进方向朝任意的方向弯曲，或者能够使光向任意的方向分支。关于实施方式3至实施方式9的多模干涉型光波导器件1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i，也可以与本实施方式的多模干涉型光波导器件1n、1p同样地构成。
实施方式11.
参照图20来说明实施方式11的光集成电路3。光集成电路3具备至少一个实施方式1至实施方式10的多模干涉型光波导器件1、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i、1j、1k、1m、1n、1p中的任意器件。特定地说，光集成电路3具备多个实施方式1至实施方式10的多模干涉型光波导器件1、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i、1j、1k、1m、1n、1p中的任意器件。
光集成电路3能够作为偏振复用光相位调制器发挥功能。光集成电路3包括输入波导51、多模干涉型光波导器件52、54、55、56、57、60、63、64、70、71、72、75、78、79、单模波导58、59、61、62、73、74、76、77、第一输出波导65、第二输出波导80以及电极66、67、68、69、81、82、83、84。输入波导51、多模干涉型光波导器件52、54、55、56、57、60、63、64、70、71、72、75、78、79、单模波导58、59、61、62、73、74、76、77、第一输出波导65、第二输出波导80以及电极66、67、68、69、81、82、83、84形成于同一个基板30上。
输入波导51连接于多模干涉型光波导器件52。多模干涉型光波导器件52是实施方式1的多模干涉型光波导器件1。从输入波导51入射的光的前进方向通过多模干涉型光波导器件52弯曲90°。
多模干涉型光波导器件52连接于多模干涉型光波导器件54。多模干涉型光波导器件54是实施方式6的多模干涉型光波导器件1f。多模干涉型光波导器件54连接于多模干涉型光波导器件55和多模干涉型光波导器件70。光通过多模干涉型光波导器件54被分支为2束光并被输出到多模干涉型光波导器件55和多模干涉型光波导器件70。
多模干涉型光波导器件55是实施方式5的多模干涉型光波导器件1e。对多模干涉型光波导器件55连接有多模干涉型光波导器件56和多模干涉型光波导器件57。光通过多模干涉型光波导器件55被分支为2束光并被输出到多模干涉型光波导器件56和多模干涉型光波导器件57。
多模干涉型光波导器件56是将实施方式6的多模干涉型光波导器件1f的第一反射面15和第三反射面17置换为平坦的第二端部12并对该平坦的第二端部12连接第二单模波导21和第三单模波导22而成的。多模干涉型光波导器件56是2×2多模干涉型光波导器件。对多模干涉型光波导器件56连接有单模波导58和单模波导59。光通过多模干涉型光波导器件56被分支为2束光并被输出到单模波导58、59。单模波导58、59连接于多模干涉型光波导器件60。从单模波导58出射的光与从单模波导59出射的光通过多模干涉型光波导器件60被合波。多模干涉型光波导器件60是与多模干涉型光波导器件56同样地构成的。
在单模波导58上设置有电极66。在单模波导59上设置有电极67。对电极66、67间施加电压来使单模波导58、59的折射率发生变化。多模干涉型光波导器件56、60、单模波导58、59以及电极66、67构成第一马赫曾德尔型光调制器。
多模干涉型光波导器件57是与多模干涉型光波导器件56同样地构成的。对多模干涉型光波导器件57连接有单模波导61和单模波导62。光通过多模干涉型光波导器件57被分支为2束光并被输出到单模波导61、62。单模波导61、62连接于多模干涉型光波导器件63。从单模波导61出射的光与从单模波导62出射的光通过多模干涉型光波导器件63被合波。多模干涉型光波导器件63是与多模干涉型光波导器件63同样地构成的。
在单模波导61上设置有电极68。在单模波导62上设置有电极69。对电极68、69间施加电压来使单模波导61、62的折射率发生变化。多模干涉型光波导器件57、63、单模波导61、62以及电极68、69构成第二马赫曾德尔型光调制器。
多模干涉型光波导器件64是实施方式6的多模干涉型光波导器件1f。对多模干涉型光波导器件64连接有多模干涉型光波导器件60和多模干涉型光波导器件63。从多模干涉型光波导器件60出射的光与从多模干涉型光波导器件63出射的光通过多模干涉型光波导器件64被合波并被输出到第一输出波导65。
多模干涉型光波导器件70是与多模干涉型光波导器件55同样地构成的。对多模干涉型光波导器件70连接有多模干涉型光波导器件71和多模干涉型光波导器件72。光通过多模干涉型光波导器件70被分支为2束光并被输出到多模干涉型光波导器件71和多模干涉型光波导器件72。
多模干涉型光波导器件71是与多模干涉型光波导器件56同样地构成的。对多模干涉型光波导器件71连接有单模波导73和单模波导74。光通过多模干涉型光波导器件71被分支为2束光并被输出到单模波导73、74。单模波导73、74连接于多模干涉型光波导器件75。从单模波导73出射的光与从单模波导74出射的光通过多模干涉型光波导器件75被合波。多模干涉型光波导器件75是与多模干涉型光波导器件60同样地构成的。
在单模波导73上设置有电极81。在单模波导74上设置有电极82。对电极81、82间施加电压来使单模波导73、74的折射率发生变化。多模干涉型光波导器件71、75、单模波导73、74以及电极81、82构成第三马赫曾德尔型光调制器。
多模干涉型光波导器件72是与多模干涉型光波导器件57同样地构成的。对多模干涉型光波导器件72连接有单模波导76和单模波导77。光通过多模干涉型光波导器件72被分支为2束光并被输出到单模波导76、77。单模波导76、77连接于多模干涉型光波导器件78。从单模波导76出射的光与从单模波导77出射的光通过多模干涉型光波导器件78被合波。多模干涉型光波导器件78是与多模干涉型光波导器件63同样地构成的。
在单模波导76上设置有电极83。在单模波导77上设置有电极84。对电极83、84间施加电压来使单模波导76、77的折射率发生变化。多模干涉型光波导器件72、78、单模波导76、77以及电极83、84构成第四马赫曾德尔型光调制器。
多模干涉型光波导器件79是与多模干涉型光波导器件64同样地构成的。对多模干涉型光波导器件79连接有多模干涉型光波导器件75和多模干涉型光波导器件78。从多模干涉型光波导器件75出射的光与从多模干涉型光波导器件78出射的光通过多模干涉型光波导器件79被合波并被输出到第二输出波导80。
说明本实施方式的光集成电路3的效果。光集成电路3具备至少一个实施方式1至实施方式10的多模干涉型光波导器件中的任意器件。因此，光集成电路3起到实施方式1至实施方式10的多模干涉型光波导器件中的任意器件的效果。
另外，在光集成电路3中，光的前进方向通过多模干涉型光波导器件52和多模干涉型光波导器件54被折返。因此，本实施方式的光集成电路3的长边方向的长度被缩短，与比较例的光集成电路相比能够实现小型化。比较例的光集成电路构成为使用弯曲波导来使光的前进方向折返。比较例的光集成电路至少具有用弯曲波导的曲率半径规定的尺寸。
并且，在光集成电路3中，第一多模干涉型光波导器件的多模干涉波导10的侧部经由单模波导连接于与第一多模干涉型光波导器件相邻的第二多模干涉型光波导器件的多模干涉波导10的侧部。因此，相比于第一多模干涉型光波导器件的多模干涉波导10的长边方向的端部经由单模波导连接于与第一多模干涉型光波导器件相邻的第二多模干涉型光波导器件的多模干涉波导10的长边方向的端部的情况而言，光集成电路3的长边方向的长度被缩短，能够进一步实现小型化。
实施方式12.
参照图21来说明实施方式12的光集成电路3b。本实施方式的光集成电路3b具有与实施方式11的光集成电路3同样的结构，起到同样的效果，但是主要在以下方面不同。
光集成电路3b与实施方式9的多模干涉型光波导器件1j、1k、1m同样地还具备埋入有多模干涉波导10的一部分的埋入层34。具体地说，埋入层34埋入有多模干涉波导10的第一端部11、第一侧部13以及第二侧部14。反射部(例如第一反射面15)从埋入层34露出。多模干涉波导10(芯层32)与埋入层34之间的第一折射率差小于多模干涉波导10与空气36之间的第二折射率差。多模干涉波导10(芯层32)中的杂散光(例如在实施方式8中叙述的反射返回光)被辐射到埋入层34，能够从多模干涉波导10(芯层32)去除杂散光。
在本实施方式的多模干涉型光波导器件54中，与实施方式10的多模干涉型光波导器件1n、1p同样地，第一角度θ1大于45°，第二角度θ2大于90°。因此，能够进一步缩短光集成电路3b的长边方向的长度。光集成电路3b能够进一步实现小型化。
实施方式13.
参照图22来说明实施方式13的光集成电路3c。光集成电路3c具备至少一个实施方式1至实施方式10的多模干涉型光波导器件1、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i、1j、1k、1m、1n、1p。
光集成电路3c能够作为一输入四输出的波导型光分波器(1×4波导型光分波器)发挥功能。光集成电路3c包括单模波导85、89、90、94、95和多模干涉型光波导器件86、88、93。单模波导85、89、90、94、95和多模干涉型光波导器件86、88、93形成于同一个基板30上。
单模波导85连接于多模干涉型光波导器件86。多模干涉型光波导器件86是实施方式6的多模干涉型光波导器件1f。多模干涉型光波导器件86连接于多模干涉型光波导器件88和多模干涉型光波导器件93。从单模波导85入射的光通过多模干涉型光波导器件86被分支为2束光并被输出到多模干涉型光波导器件88和多模干涉型光波导器件93。在多模干涉型光波导器件86中，如反射返回光那样的杂散光97从单模波导87被辐射而被去除。
多模干涉型光波导器件88是在实施方式5的多模干涉型光波导器件1e(参照图9)中将第一反射面15和第二反射面置换为平坦的第二端部12并对该平坦的第二端部12连接第二单模波导21和第三单模波导22而成的。多模干涉型光波导器件88是1×2多模干涉型光波导器件。对多模干涉型光波导器件88连接有单模波导89、90。光通过多模干涉型光波导器件88被分支为2束光并被输出到单模波导89、90。
多模干涉型光波导器件93是与多模干涉型光波导器件88同样地构成的。对多模干涉型光波导器件93连接有单模波导94、95。光通过多模干涉型光波导器件93被分支为2束光并被输出到单模波导94、95。这样，从单模波导85入射的光从单模波导89、90、94、95被出射。
多模干涉型光波导器件86的多模干涉波导10的侧部经由单模波导连接于多模干涉型光波导器件88的多模干涉波导10的侧部和多模干涉型光波导器件93的多模干涉波导10的侧部。因此，相比于多模干涉型光波导器件86的多模干涉波导10的长边方向的端部经由单模波导连接于多模干涉型光波导器件88的多模干涉波导10的长边方向的端部和多模干涉型光波导器件93的多模干涉波导10的长边方向的端部的情况而言，光集成电路3c的长边方向的长度被缩短，能够实现小型化。
主要说明了单模波导85作为输入光波导发挥功能、且单模波导89、90、94、95作为输出光波导发挥功能、且光集成电路3c作为波导型光分波器发挥功能的情况，但是单模波导89、90、94、95能够作为输入光波导发挥功能，单模波导85能够作为输出光波导发挥功能，光集成电路3c能够作为波导型光合波器发挥功能。
应认为本次公开的实施方式1-13在所有方面均是例示的，而不是限制性的。只要不矛盾，也可以将本次公开的实施方式1-13的至少2个进行组合。例如，也可以在实施方式1至实施方式3、实施方式5、实施方式7、实施方式9至实施方式13中设置实施方式8的锥形波导部分20t、21t、22t、23t。也可以在实施方式4至实施方式8、实施方式10、实施方式11以及实施方式13中设置实施方式9的埋入层34。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书表示，意图包括与权利要求书均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (11)

1.一种多模干涉型光波导器件，具备：
多模干涉波导，包括反射部；
第一单模波导；以及
第二单模波导，
所述反射部包括第一反射面，
所述多模干涉波导是1×1多模干涉波导，
所述多模干涉波导具有第一端部、与所述第一端部相反的一侧的第二端部、将所述第一端部与所述第二端部进行连接的第一侧部以及与所述第一侧部相反的一侧的第二侧部，所述第二侧部将所述第一端部与所述第二端部进行连接，所述第一侧部与所述第二侧部平行，所述多模干涉波导的宽度W为所述第一侧部与所述第二侧部之间的距离，
所述第一单模波导连接于所述第一端部，
所述第一反射面设置于所述第二端部，
所述第二单模波导与所述第一反射面相向且通过连接部连接于所述第一侧部，
所述多模干涉波导的多模波导长度L1×1为：从所述第一端部至所述多模干涉波导的中心线与所述第一反射面的交点的距离、和从该交点至所述连接部的距离之和，
用neff表示所述多模干涉波导的等效折射率，用λ表示入射的光的波长时，所述多模波导长度L1×1＝neffW2/λ，
在波长为λ的光入射到所述第一单模波导的情况下，使所述光自成像到所述连接部。
2.一种多模干涉型光波导器件，具备：
多模干涉波导，包括反射部；
第一单模波导；
第二单模波导；以及
第三单模波导，
所述反射部包括第一反射面和第二反射面，
所述多模干涉波导具有第一端部、与所述第一端部相反的一侧的第二端部、将所述第一端部与所述第二端部进行连接的第一侧部以及与所述第一侧部相反的一侧的第二侧部，所述第二侧部将所述第一端部与所述第二端部进行连接，所述第一侧部与所述第二侧部平行，所述多模干涉波导的宽度W为所述第一侧部与所述第二侧部之间的距离，
所述第一单模波导连接于所述第一端部，
所述第一反射面设置于所述第二端部的靠近所述第一侧部的第一部分，
所述第二反射面设置于所述第二端部的靠近所述第二侧部的第二部分，
所述第二单模波导与所述第一反射面相向且通过第一连接部连接于所述第一侧部，
所述第三单模波导与所述第二反射面相向且通过第二连接部连接于所述第二侧部，
所述多模干涉波导的多模波导长度L1×2＝从所述第一端部至所述第二单模波导的中心线与所述第一反射面的交点的距离和从该交点至所述第一连接部的距离之和＝从所述第一端部至所述第三单模波导的中心线与所述第二反射面的交点的距离和从该交点至所述第二连接部的距离之和，
用neff表示所述多模干涉波导的等效折射率，用λ表示入射的光的波长时，所述多模波导长度L1×2＝neffW2/2λ，
设第一距离D1表示从所述多模干涉波导的中心线到所述第二单模波导的中心线与所述第一反射面的交点的距离时，该第一距离D1等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第三单模波导的中心线与所述第二反射面的交点的距离，且该第一距离D1等于W/4，
在波长为λ的光入射到所述第一单模波导的情况下，使所述光自成像到所述第一连接部以及所述第二连接部。
3.一种多模干涉型光波导器件，具备：
多模干涉波导，包括反射部；
第一单模波导；
第二单模波导；以及
第三单模波导，
所述反射部包括第一反射面和第二反射面，
所述多模干涉波导具有第一端部、与所述第一端部相反的一侧的第二端部、将所述第一端部与所述第二端部进行连接的第一侧部以及与所述第一侧部相反的一侧的第二侧部，所述第二侧部将所述第一端部与所述第二端部进行连接，所述第一侧部与所述第二侧部平行，所述多模干涉波导的宽度W为所述第一侧部与所述第二侧部之间的距离，
所述第一反射面设置于所述第二端部的靠近所述第一侧部的第一部分，
所述第二反射面设置于所述第二端部的靠近所述第二侧部的第二部分，
所述第二单模波导与所述第一反射面相向且通过第一连接部连接于所述第一侧部，
所述第三单模波导与所述第二反射面相向且通过第二连接部连接于所述第二侧部，
所述多模干涉型光波导器件还具备第四单模波导，
所述第一单模波导连接于所述第一端部的靠近所述第一侧部的第三部分，
所述第四单模波导连接于所述第一端部的靠近所述第二侧部的第四部分，
所述多模干涉波导的多模波导长度L2×2＝从所述第一端部至所述第二单模波导的中心线与所述第一反射面的交点的距离和从该交点至所述第一连接部的距离之和＝从所述第一端部至所述第三单模波导的中心线与所述第二反射面的交点的距离和从该交点至所述第二连接部的距离之和，
用neff表示所述多模干涉波导的等效折射率，用λ表示入射的光的波长时，所述多模波导长度L2×2＝2neffW2/3λ，
设第二距离D2表示从所述多模干涉波导的中心线到所述第一单模波导的中心线的距离时，该第二距离D2等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第二单模波导的中心线与所述第一反射面的交点的距离，且该第二距离D2等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第四单模波导的中心线的距离，且该第二距离D2等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第三单模波导的中心线与所述第二反射面的交点的距离，且该第二距离D2等于W/6，
在波长为λ的第一光入射到所述第一单模波导的情况下，使所述第一光自成像到所述第一连接部以及所述第二连接部，
在波长为λ的第二光入射到所述第四单模波导的情况下，使所述第二光自成像到所述第一连接部以及所述第二连接部。
4.一种多模干涉型光波导器件，具备：
多模干涉波导，包括反射部；
第一单模波导；以及
第二单模波导，
所述反射部包括第一反射面和第二反射面，
所述多模干涉波导具有第一端部、与所述第一端部相反的一侧的第二端部、将所述第一端部与所述第二端部进行连接的第一侧部以及与所述第一侧部相反的一侧的第二侧部，所述第二侧部将所述第一端部与所述第二端部进行连接，所述第一侧部与所述第二侧部平行，所述多模干涉波导的宽度W为所述第一侧部与所述第二侧部之间的距离，
所述第一反射面设置于所述第二端部，
所述第二反射面设置于所述第一端部，
所述第一单模波导通过第一连接部连接于所述第一侧部且与所述第二反射面相向，
所述第二单模波导通过第二连接部连接于所述第一侧部且与所述第一反射面相向，
所述多模干涉波导的多模波导长度L1×1为：从所述第一连接部至所述多模干涉波导的中心线与所述第二反射面的交点即第一交点的距离、从该第一交点至所述多模干涉波导的中心线与所述第一反射面的交点即第二交点的距离、以及从该第二交点至所述第二连接部的距离之和，
用neff表示所述多模干涉波导的等效折射率，用λ表示入射的光的波长时，所述多模波导长度L1×1＝neffW2/λ，
在波长为λ的光入射到所述第一单模波导的情况下，使所述光自成像到所述第二连接部。
5.一种多模干涉型光波导器件，具备：
多模干涉波导，包括反射部；
第一单模波导；以及
第二单模波导，
所述反射部包括第一反射面和第二反射面，
所述多模干涉波导具有第一端部、与所述第一端部相反的一侧的第二端部、将所述第一端部与所述第二端部进行连接的第一侧部以及与所述第一侧部相反的一侧的第二侧部，所述第二侧部将所述第一端部与所述第二端部进行连接，所述第一侧部与所述第二侧部平行，所述多模干涉波导的宽度W为所述第一侧部与所述第二侧部之间的距离，
所述第二反射面设置于所述第一端部，
所述第一单模波导通过第一连接部连接于所述第一侧部且与所述第二反射面相向，
所述第二单模波导通过第二连接部连接于所述第一侧部且与所述第一反射面相向，
所述多模干涉型光波导器件还具备第三单模波导，
所述反射部还包括第三反射面，
所述第一反射面设置于所述第二端部的靠近所述第一侧部的第一部分，
所述第三反射面设置于所述第二端部的靠近所述第二侧部的第二部分，
所述第三单模波导与所述第三反射面相向且通过第三连接部连接于所述第二侧部，
所述多模干涉波导的多模波导长度L1×2为：从所述第一连接部至所述多模干涉波导的中心线与所述第二反射面的交点即第一交点的距离、和从该第一交点至所述多模干涉波导的中心线与所述第二单模波导的中心线的交点即第二交点的距离之和，
用neff表示所述多模干涉波导的等效折射率，用λ表示入射的光的波长时，所述多模波导长度L1×2＝neffW2/2λ，
设第一距离D1表示从所述多模干涉波导的中心线到所述第二单模波导的中心线与所述第一反射面的交点的距离时，该第一距离D1等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第三单模波导的中心线与所述第三反射面的交点的距离，且该第一距离D1等于W/4，
在波长为λ的光入射到所述第一单模波导的情况下，使所述光自成像到所述第二连接部以及所述第三连接部。
6.一种多模干涉型光波导器件，具备：
多模干涉波导，包括反射部；
第一单模波导；以及
第二单模波导，
所述反射部包括第一反射面和第二反射面，
所述多模干涉波导具有第一端部、与所述第一端部相反的一侧的第二端部、将所述第一端部与所述第二端部进行连接的第一侧部以及与所述第一侧部相反的一侧的第二侧部，所述第二侧部将所述第一端部与所述第二端部进行连接，所述第一侧部与所述第二侧部平行，所述多模干涉波导的宽度W为所述第一侧部与所述第二侧部之间的距离，
所述第一单模波导通过第一连接部连接于所述第一侧部且与所述第二反射面相向，
所述第二单模波导通过第二连接部连接于所述第一侧部且与所述第一反射面相向，
所述多模干涉型光波导器件还具备第三单模波导，
所述反射部还包括第三反射面，
所述第一反射面设置于所述第二端部的靠近所述第一侧部的第一部分，
所述第三反射面设置于所述第二端部的靠近所述第二侧部的第二部分，
所述第三单模波导与所述第三反射面相向且通过第三连接部连接于所述第二侧部，
所述多模干涉型光波导器件还具备第四单模波导，
所述第四单模波导连接于所述第一端部的靠近所述第一侧部的第三部分，
所述第二反射面设置于所述第一端部的靠近所述第二侧部的第四部分，
所述多模干涉波导的多模波导长度L2×2为：从所述第一连接部至所述第一单模波导的中心线与所述第二反射面的交点即第一交点的距离、从该第一交点至所述第三单模波导的中心线与所述第三反射面的交点即第二交点的距离、以及从该第二交点至所述第三连接部的距离之和，
用neff表示所述多模干涉波导的等效折射率，用λ表示入射的光的波长时，所述多模波导长度L2×2＝2neffW2/3λ，
设第二距离D2表示从所述多模干涉波导的中心线到所述第四单模波导的中心线的距离时，该第二距离D2等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第二单模波导的中心线与所述第一反射面的交点的距离，且该第二距离D2等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第三单模波导的中心线与所述第三反射面的交点的距离，且该第二距离D2等于W/6，
在波长为λ的第一光入射到所述第一单模波导的情况下，使所述第一光自成像到所述第二连接部以及所述第三连接部，
在波长为λ的第二光入射到所述第四单模波导的情况下，使所述第二光自成像到所述第二连接部以及所述第三连接部。
7.一种多模干涉型光波导器件，具备：
多模干涉波导，包括反射部；
第一单模波导；以及
第二单模波导，
所述反射部包括第一反射面和第二反射面，
所述多模干涉波导具有第一端部、与所述第一端部相反的一侧的第二端部、将所述第一端部与所述第二端部进行连接的第一侧部以及与所述第一侧部相反的一侧的第二侧部，所述第二侧部将所述第一端部与所述第二端部进行连接，所述第一侧部与所述第二侧部平行，所述多模干涉波导的宽度W为所述第一侧部与所述第二侧部之间的距离，
所述第一单模波导通过第一连接部连接于所述第一侧部且与所述第二反射面相向，
所述第二单模波导通过第二连接部连接于所述第一侧部且与所述第一反射面相向，
所述多模干涉型光波导器件还具备第三单模波导，
所述反射部还包括第三反射面，
所述第一反射面设置于所述第二端部的靠近所述第一侧部的第一部分，
所述第三反射面设置于所述第二端部的靠近所述第二侧部的第二部分，
所述第三单模波导与所述第三反射面相向且通过第三连接部连接于所述第二侧部，
所述多模干涉型光波导器件还具备第四单模波导，
所述反射部还包括第四反射面，
所述第二反射面设置于所述第一端部的靠近所述第一侧部的第三部分，
所述第四反射面设置于所述第一端部的靠近所述第二侧部的第四部分，
所述第四单模波导与所述第四反射面相向且通过第四连接部连接于所述第二侧部，
所述多模干涉波导的多模波导长度L2×2为：从所述第一连接部至所述第一单模波导的中心线与所述第二反射面的交点即第一交点的距离、从该第一交点至所述第二单模波导的中心线与所述第一反射面的交点即第二交点的距离、以及从该第二交点至所述第二连接部的距离之和，
用neff表示所述多模干涉波导的等效折射率，用λ表示入射的光的波长时，所述多模波导长度L2×2＝2neffW2/3λ，
设第二距离D2表示从所述多模干涉波导的中心线到所述第一单模波导的中心线与所述第二反射面的交点的距离时，该第二距离D2等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第二单模波导的中心线与所述第一反射面的交点的距离，且该第二距离D2等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第三单模波导的中心线与所述第三反射面的交点的距离，且该第二距离D2等于从所述多模干涉波导的中心线到所述第四单模波导的中心线与所述第四反射面的交点的距离，且该第二距离D2等于W/6，
在波长为λ的第一光入射到所述第一单模波导的情况下，使所述第一光自成像到所述第二连接部以及所述第三连接部，
在波长为λ的第二光入射到所述第四单模波导的情况下，使所述第二光自成像到所述第二连接部以及所述第三连接部。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的多模干涉型光波导器件，其中，
所述第一单模波导和所述第二单模波导中的至少一个包括锥形波导部分，
在所述锥形波导部分处，所述第一单模波导和所述第二单模波导中的所述至少一个连接于所述多模干涉波导，
所述锥形波导部分的宽度随着接近所述多模干涉波导而逐渐增加。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的多模干涉型光波导器件，其中，
所述多模干涉型光波导器件还具备埋入有所述多模干涉波导的一部分的埋入层，
所述反射部从所述埋入层露出。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的多模干涉型光波导器件，其中，
第二角度实质上是第一角度的2倍，
所述第一角度是沿着所述多模干涉波导的长边方向延伸的所述多模干涉波导的中心线与所述第一反射面之间的角度，
所述第二角度是所述中心线与所述第二单模波导的第二中心线之间的角度。
11.一种光集成电路，具备至少一个权利要求1至10中的任一项所述的所述多模干涉型光波导器件。
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