CN116520488A - 光学器件、基板型光波导元件、光通信装置和波导间迁移方法 - Google Patents

光学器件、基板型光波导元件、光通信装置和波导间迁移方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了光学器件、基板型光波导元件、光通信装置和波导间迁移方法。光学器件包括迁移单元，在该迁移单元中，以交叠方式设置第一波导和第二波导，使得传播第一波导的垂直模式与传播第二波导的垂直模式之间的有效折射率之间的大小关系在输入端的位置与输出端的位置处逆转。该迁移单元在输入端处允许第二波导作为单模波导，并且在输出端处允许第二波导作为多模波导，使处于最大垂直模式的TM0光和处于高阶模式的光传播通过该多模波导。该光学器件包括除去单元，该除去单元允许第二波导作为单模波导，通过从从所述迁移单元接收到的光中除去处于高阶模式的光，来使TM0光传播通过该单模波导。

Description

光学器件、基板型光波导元件、光通信装置和波导间迁移方法
技术领域
本文所公开的实施方式涉及光学器件、基板型光波导元件、光通信装置、以及波导间迁移(inter-waveguide transition)方法。
背景技术
近年来，随着通信容量的增加，对光纤通信的需求日益增加，使得要使用将电信号转换成光信号的小型光学器件。因此，近年来，由硅光子学代表的超紧凑式基板型光波导元件(在下文中简称为光学器件)的开发得到积极研究。在该光学器件中，可以将由不同材料制成的两个或更多个波导一体地安装在同一芯片上。
构成光学器件的光学组件各自具有依赖于例如材料折射率的不同特性，使得可以通过使用由适合于各个光学组件的材料制成的波导来改善光学器件的特性。因此，用由不同材料制成的波导构成的光学器件具有波导间迁移结构，其中，光通过不同波导之间的间接迁移来传播。
而且，在光学器件中，为了增加通信容量，使用了偏振传输技术，其通过使用两个正交偏振分量来传输不同信号。这两个正交偏振分量包括：以平行于基板的电场分量为主分量的类TE模式(在下文中简称为TE模式)和以垂直于基板的电场分量为主分量的类TM模式(下文中，简称为TM模式或垂直模式)。
在TM模式下，与在TE模式下相比，将向芯体(core)的光封闭(confinement)较弱，导致在不同波导之间的间接迁移中光损失增加。因此，在波导间迁移结构中，需要抑制由不同波导之间的间接迁移而造成的在TM模式下的光损失。
图9是例示常规使用的波导间迁移结构200的示例的图。在图9所例示的波导间迁移结构200中，包括例如被SiO2包层覆盖的由Si制成的波导(在下文中简称为Si波导)201以及例如被包层覆盖着的由Si3N4制成的波导(在下文中简称为氮化硅(SiN)波导)202。在波导间迁移结构200中，处于TE模式中的具有最大有效折射率的TE0模式的光通过Si波导201与SiN波导202之间的间接迁移来传播。
在波导间迁移结构200中，在Si波导201的中间位置处，将SiN波导202设置在Si波导201上方，Si波导201的波导宽度沿着光的行进方向逐渐减小，并且同时，SiN波导202的波导宽度逐渐增大。然后，该波导间迁移结构具有以下结构：Si波导201最终终止并且仅保留SiN波导202。然后，该在波导间迁移结构200中，在Si波导201与SiN波导202之间的位置处局限(localized)于Si波光导201中的电场E逐渐且绝热地迁移至SiN波导202。
专利文献1：日本特开专利公布No.2016-180865；
专利文献2：日本特开专利公布No.2015-191110；
专利文献3：国际公布小册子No.WO 2008/114624；
专利文献4：美国专利No.7397995；
非专利文献1：Wesley D.Sacher,et al.,"Monolithically IntegratedMultilayer Silicon Nitride-on-Silicon Waveguide Platforms for 3-D PhotonicCircuits and Devices,"Proceedings of the IEEE,Vol.106,No.12,December 2018。
然而，常规波导间迁移结构200包括第一截面部分X1，其中，在Si波导201的上游断续地生成具有小波导宽度的SiN波导202。而且，在常规波导间迁移结构200中，在SiN波导202的下游生成第二截面部分X2，其中，具有窄波导宽度的Si波导201逐渐消失。换言之，常规波导间迁移结构200包括两个断续的截面部分。在波导间迁移结构200中，由断续的截面部分X1和X2造成迁移光散射，并产生光损失。
而且，例如，在光的波长为1.55μm的情况下，Si的材料折射率为约3.5，Si3N4的材料折射率为约2.0，使得Si的材料折射率较大。通常，具有较高材料折射率的芯体能够将电场封闭在芯体中。因此，在具有窄波导宽度并且终止于SiN波导202的下游的位置处的Si波导201的第二截面部分X2中，由于电场E较局限于终止的Si波导201的芯体中，在该位置处因断续性而造成的损失增加。结果，由于因断续性而造成的所述增加，因此，在Si波导201终止的第二截面部分X2中受到影响的光损失是显著的。在Si波导201终止的第二截面部分X2中的光损失的影响不仅在Si波导201与SiN波导202之间的间接迁移的情况下产生，而且在使用具有材料折射率之间的大小关系(magnitude relationship)的波导的波导间迁移结构的情况下产生。另外，与处于TE0模式的光相比，对于处于TM0模式的光，由断续的截面部分中的光散射造成的光损失的增加较显著。
在常规波导间迁移结构200中，传播通过Si波导201的处于TM0模式的光绝热地迁移成传播通过SiN波导202的处于TM0模式的光。为了使处于TM0模式的光迁移，需要将Si波导201和SiN波导202设置成使得传播通过Si波导201的TM0模式的有效折射率与传播通过SiN波导202的TM0模式的有效折射率逐渐匹配。然后，传播通过Si波导201的TM0模式与传播通过SiN波导202的TM0模式彼此相互作用，使得处于TM0模式的电场分布在Si波导201和SiN波导202中。
在波导间迁移结构200包括的输入部分200A和输出部分200B中，优选有效地建立与外部隔离波导的连接。而且，在此所提及的外部隔离波导例如是Si波导201的独立波导，其不包括处于Si波导201上方的SiN波导202，或者是SiN波导202的独立波导，其不包括处于SiN波导202下方的Si波导201。
然而，在输入部分200A和输出部分200B中，以下相互作用不是优选的，在该相互作用中电场被分布于Si波导201和SiN波导202两者中。在输入部分200A和输出部分200B中，如果电场被分布于两个波导中，那么当输入部分200A和输出部分200B被连接至外部隔离波导时，因此因模式分布的失配而造成产生光损失、模式转换、反射等。
因此，本发明的实施方式的方面的目的是，提供一种能够抑制因不同波导之间的间接迁移而造成光损失的光学器件等。
发明内容
根据实施方式的方面，提供了一种光学器件，其中，处于垂直模式的光通过具有第一材料折射率的第一波导与具有低于所述第一材料折射率的第二材料折射率的第二波导之间的间接迁移来传播通过所述光学器件，所述光学器件包括迁移单元和除去单元。所述光学器件在所述第一波导与所述第二波导之间分离的状态下交叠地设置所述第一波导和所述第二波导，以使传播通过所述第一波导的所述垂直模式的有效折射率与传播通过所述第二波导的所述垂直模式的有效折射率之间的大小关系在所述迁移单元的输入部分的位置处与在所述迁移单元的输出部分的位置处逆转。在所述输入部分处，所述迁移单元允许所述第二波导作为单模波导，以使处于所述垂直模式中的具有最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光传播通过所述单模波导。并且在所述输出部分处，所述迁移单元允许所述第二波导作为多模波导，以使处于具有所述最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光和处于所述垂直模式中的高阶模式的光传播通过所述多模波导。所述除去单元通过从从所述迁移单元接收到的处于所述垂直模式的光中除去处于所述高阶模式的光，来使所述垂直模式中的具有所述最大有效折射率的TM0光传播通过所述单模波导，从而允许所述第二波导作为所述单模波导。
附图说明
图1是例示根据本实施方式的基板型光波导元件的示例的图；
图2A是示意性地例示沿着图1所例示的线A-A截取的截面部分的示例的图；
图2B是示意性地例示沿着图1所例示的线B-B截取的截面部分的示例的图；
图2C是示意性地例示沿着图1所例示的线C-C截取的截面部分的示例的图；
图2D是示意性地例示沿着图1所例示的线D-D截取的截面部分的示例的图；
图2E是示意性地例示沿着图1所例示的线E-E截取的截面部分的示例的图；
图2F是示意性地例示沿着图1所例示的线F-F截取的截面部分的示例的图；
图3A是例示根据常规波导间迁移结构的输出部分中的SiN波导的波导宽度(芯体厚度0.4μm)的各个模式的有效折射率之间的关系的示例的图；
图3B是例示根据迁移结构的输出部分中的SiN波导的波导宽度(芯体厚度0.3μm)的各个模式的有效折射率之间的关系的示例的图；
图4是例示传播通过迁移单元中的各个截面位置的TE0模式和TM0模式的各个有效折射率的计算结果的示例的图；
图5是例示根据本实施方式的内置有基板型光波导元件的光通信装置的示例的图；
图6是例示根据比较例的基板型光波导元件的示例的图；
图7A是示意性地例示沿着图6所例示的线A-A截取的截面部分的示例的图；
图7B是示意性地例示沿着图6所例示的线B-B截取的截面部分的示例的图；
图7C是示意性地例示沿着图6所例示的线C-C截取的截面部分的示例的图；
图7D是示意性地例示沿着图6所例示的线D-D截取的截面部分的示例的图；
图7E是示意性地例示沿着图6所例示的线E-E截取的截面部分的示例的图；
图8是例示传播通过迁移单元中的各个截面位置的TE0模式和TM0模式的各个有效折射率的计算结果的示例的图；以及
图9是例示常规波导间迁移结构的示例的图。
具体实施方式
图6是例示根据比较例的基板型光波导元件100的示例的图。而且，为了便于描述，在图6中，未例示包层103。图6所例示的基板型光波导元件100包括：Si波导101、SiN波导102、以及覆盖Si波导101和SiN波导102的包层103。而且，基板型光波导元件100包括迁移单元104，该迁移单元基于间接迁移来对Si波导101和SiN波导102光耦合。Si波导101由例如Si制成，并且Si在光波长为1.55μm时的材料折射率为3.48。SiN波导102由例如Si3N4(在下文中简称为SiN)制成，并且SiN在光波长为1.55μm时的材料折射率为1.99。包层103由例如SiO2制成，并且SiO2在光波长为1.55μm时的材料折射率为1.44。
Si波导101包括：第一直线波导110，以及与第一直线波导110光耦合的第一锥形波导120。第一锥形波导120具有锥形结构，其中，波导宽度根据光的行进方向从第一直线波导110的输出端口(port)起朝着SiN波导102的输入端口逐渐减小。将第一直线波导110的波导宽度限定为例如0.48μm。而且，将第一锥形波导120的输入部分120A的波导宽度限定为例如0.48μm，并且将第一锥形波导120的输出部分120B的波导宽度限定为例如0.09μm。将第一直线波导110和第一锥形波导120两者的各个芯体的厚度限定为例如0.22μm。
SiN波导102包括：第二锥形波导130、以及与第二锥形波导130光耦合的第二直线波导140。第二锥形波导130具有锥形结构，其中，波导宽度从第一直线波导110的输出端口起朝着第二直线波导140的输入端口逐渐增大。而且，将第二锥形波导130的输入部分130A的波导宽度限定为例如0.25μm，并且将第二锥形波导130的输出部分130B的波导宽度限定为例如WSiN。将第二直线波导140的波导宽度限定为例如WSiN。将第二直线波导140和第二锥形波导130各自的芯体的厚度限定为例如0.3μm。
基板型光波导元件100包括迁移单元104，该迁移单元104是通过在第一锥形波导120和第二锥形波导130之间分离的状态下交叠地将第二锥形波导130的一部分设置在第一锥形波导120上方来构成的。而且，将第一锥形波导120与第二锥形波导130之间的间距限定为例如0.3μm。
迁移单元104包括：输入部分104A、输出部分104B、以及位于输入部分104A与输出部分104B之间的中间部分104C。图7A是示意性地例示沿着图6所例示的线A-A截取的截面部分的示例的图。图7A中示意性地例示的沿着图6中的线A-A截取的截面部分是Si波导101中包括的第一直线波导110的示意性截面部分。而且，将第一直线波导110的波导宽度限定为例如0.48μm，并且将芯体的厚度限定为例如0.22nm。
图7B是示意性地例示沿着图6所例示的线B-B截取的截面部分的示例的图。图7B中示意性地例示的沿着图6中的线B-B截取的截面部分是迁移单元104的输入部分104A的示意性截面部分，并且具有以下结构：第一锥形波导120的输入部分120A的波导宽度大于第二锥形波导130的输入部分130A的波导宽度。将第一锥形波导120的输入部分120A的波导宽度限定为例如0.48μm，并且将第二锥形波导130的输入部分130A的波导宽度限定为例如0.25μm。将第一锥形波导120的芯体的厚度限定为例如0.22μm，并且将第二锥形波导130的芯体的厚度限定为例如0.3μm。将第一锥形波导120与第二锥形波导130之间的间距限定为例如0.3μm。
图7C是示意性地例示沿着图6所例示的线C-C截取的截面部分的示例的图。图7C中示意性地例示的沿着图6中的线C-C截取的截面部分是迁移单元104的中间部分104C的示意性截面部分，并且具有以下结构：第一锥形波导120的波导宽度小于第二锥形波导130的波导宽度。将第一锥形波导120的芯体的厚度限定为例如0.22μm，并且将第二锥形波导130的芯体的厚度限定为例如0.3μm。将第一锥形波导120与第二锥形波导130之间的间距限定为例如0.3μm。
图7D是示意性地例示沿着图6所例示的线D-D截取的截面部分的示例的图。图7D中示意性地例示的沿着图6中的线D-D截取的截面部分是迁移单元104的输出部分104B的示意性截面部分，并且具有以下结构：第二锥形波导130的输出部分130B的波导宽度大于第一锥形波导120的输出部分120B的波导宽度。将第一锥形波导120的输出部分120B的波导宽度限定为例如0.09μm，并且将第二锥形波导130的输出部分130B的波导宽度限定为WSiN。将第一锥形波导120的芯体的厚度限定为例如0.22μm，并且将第二锥形波导130的芯体的厚度限定为例如0.3μm。将第一锥形波导120与第二锥形波导130之间的间距限定为例如0.3μm。
图7E是示意性地例示沿着图6所例示的线E-E截取的截面部分的示例的图。图7E中示意性地例示的沿着图6中的线E-E截取的截面部分是SiN波导102中包括的第二直线波导140的示意性截面部分。而且，将第二直线波导140的波导宽度限定为WSiN，并且将芯体的厚度限定为例如0.3nm。
迁移单元104的输入部分104A包括第一截面部分，该第一截面部分具有以下结构：从第一直线波导110接收到的光在第一锥形波导120的输入部分120A与第二锥形波导130的输入部分130A彼此交叠的部分处是断续的。输入部分120A的波导宽度不同于输入部分130A的波导宽度，使得在第一锥形波导120与第二锥形波导130之间因此构成光的断续部分。
迁移单元104的输出部分104B包括第二截面部分，在该第二截面部分中，向第二直线波导140输出的光在第一锥形波导120的输出部分120B与第二锥形波导130的输出部分130B彼此交叠的部分处是断续的。输出部分120B的波导宽度不同于输出部分130B的波导宽度，使得在第一锥形波导120与第二锥形波导130之间构成光的断续部分。
迁移单元104的输入部分104A具有以下结构：第一锥形波导120的波导宽度较大而第二锥形波导130的波导宽度较小，并且与此相反，输出部分104B具有以下结构：第一锥形波导120的波导宽度较小而第二锥形波导130的波导宽度较大。即，将该结构构造成，使得第一锥形波导120的波导宽度从输入部分120A起朝着输出部分120B逐渐减小，并且第二锥形波导130的波导宽度从输入部分130A起朝着输出部分130B逐渐增大。通常，随着波导的波导宽度增加，向芯体的光封闭变强，使得受到芯体的材料折射率的影响，有效折射率增加。
迁移单元104的输入部分104A和输出部分104B皆具有以下结构：在传播通过第一锥形波导120的TM0模式的有效折射率与传播通过第二锥形波导130的TM0模式的有效折射率之间具有大的差异。结果，在迁移单元104的输入部分104A和输出部分104B中，可以减小以下相互作用，在该相互作用中电场被分布于Si波导101和SiN波导102两者中。例如，迁移单元104的输出部分104B与位于SiN波导102下游的具有小波导宽度的Si波导101终止的截面部分相对应，在该输出部分104B中，将电场E局限于SiN波导102的芯体中，使得可以抑制因断续性而造成的损失。
而且，迁移单元104的中间部分104C具有以下结构：传播通过第一锥形波导120的TM0模式的有效折射率与传播通过第二锥形波导130的TM0模式的有效折射率彼此接近并一致，并且匹配。结果，电场被分布于Si波导101和SiN波导102两者中的相互作用得到强化。
在根据比较例的迁移单元104中，通过在传播通过Si波导101的TM0模式的有效折射率与传播通过SiN波导102的TM0模式的有效折射率之间应用大的差异，可以抑制在断续的截面部分处由光散射而产生的光损失。
然而，由于以下验证结果，难以提供传播通过不同波导传播的TM0模式的有效折射率的差异。图8是例示传播通过迁移单元104中的各个截面位置的TE0模式和TM0模式的有效折射率的计算结果的示例的图。
图8是以图形例示传播通过迁移单元104中包括的Si波导101和SiN波导102的各个截面位置的TE0模式和TM0模式的有效折射率的计算结果的图。第一截面位置“0”对应于迁移单元104的输入部分104A，并且是沿着图7B中所例示的线B-B截取的截面部分。第二截面位置“1”对应于迁移单元104的输出部分104B，并且是沿着图7D中所例示的线D-D截取的截面部分。第三截面位置“0.5”对应于迁移单元104中包括的中间部分104C，并且是沿着图7C所例示的线C-C截取的截面部分。将穿过Si波导101和SiN波导102的光的波长限定为1.55μm。使用有限元方法来计算有效折射率。假设在该计算中，计算在Si波导101和SiN波导102被隔离的情况下的有效折射率。而且，“隔离”是指与目标波导不同的波导被分隔开到无穷大。
假设在SiN波导102中最大波导宽度WSiN为1.0μm时满足单模条件(如图3B所例示的)，这将在稍后进行描述。换言之，假设在SiN波导102中，作为TE模式中的高阶模式的TE1模式和作为TM模式中的高阶模式的TM1模式不传播。
在Si波导101终止的第二截面位置“1”处，如图8所例示的，在传播通过Si波导101的TE0模式的有效折射率与传播通过SiN波导102的TE0模式的有效折射率之间的差为0.126。与此相反，在传播通过Si波导101的TM0模式的有效折射率与传播通过SiN波导102的TM0模式的有效折射率之间的差为0.056。因此，TM0模式难以在Si波导101与SiN波导102之间产生有效折射率差异。
而且，在迁移单元104的输入部分104A和输出部分104B中，为了减小波导的断续性的影响，在TM0模式的情况下，与TE0模式的情况相比，需要增加波导宽度。特别地，在断续的截面部分是折射率高的Si波导101的情况下，这是更值得注意的。因此，当光在通过Si波导101向SiN波导102传播时通过间接迁移来传播时，需要增加位于Si波导101的断续的截面部分上游的SiN波导102的波导宽度。然而，如果SiN波导102的波导宽度过度增加，则不满足单模波导的条件，并且高阶模式因此传播。结果，如果传播了高阶模式，则由于在制造时在波导内部产生的粗糙侧壁的影响而产生高阶模式，并且由于产生了高阶模式而产生不需要的干扰等，这都导致了光信号的特性降级。
因此，下面将参照附图详细说明解决上述情形的基板型光波导元件1的实施方式。而且，本发明不限于这些实施方式。另外，下面描述的实施方式也可以以任何恰当的组合来使用，只要这些实施方式彼此不冲突。
实施方式
图1是例示根据本实施方式的基板型光波导元件1的示例的图。图1所例示的基板型光波导元件1包括：硅(Si)波导2、氮化硅(SiN)波导3、覆盖Si波导2和SiN波导3的包层4。基板型光波导元件1允许光以绝热间接迁移的方式在Si波导2与SiN波导3之间迁移。Si波导2是由例如Si制成的第一波导。Si在光波长为1.55μm时的材料折射率为3.48。Si的材料折射率是第一材料折射率。SiN波导3是由例如Si3N4(在下文中简称为SiN)制成的第二波导。SiN在光波长为1.55μm时的材料折射率为1.99。SiN的材料折射率是小于第一材料折射率的第二材料折射率。包层4是由例如SiO2制成的层。SiO2在光波长为1.55μm时的材料折射率为1.44。
Si波导2包括：第一直线波导10以及与第一直线波导10光耦合的第一锥形波导20。第一锥形波导20具有锥形结构，其中波导宽度从第一直线波导10的输出部分起朝着SiN波导3中包括的第二直线波导40的输入部分逐渐减小。将第一直线波导10的波导宽度限定为例如0.48μm。而且，将第一锥形波导20的输入部分20A的波导宽度限定为例如0.48μm，并且将第一锥形波导20的输出部分20B的波导宽度限定为例如0.09μm。将第一直线波导10和第一锥形波导20中的每一个锥形波导的芯体的厚度限定为例如0.22μm。
SiN波导3包括：第二锥形波导30、与第二锥形波导30光耦合的第二直线波导40、与第二直线波导40光耦合的第三锥形波导50以及与第三锥形波导50光耦合的第三直线波导60。第二锥形波导30具有锥形结构，其中，波导宽度从第一直线波导10的输出部分起朝着第二直线波导40的输入部分逐渐增大。而且，将第二锥形波导30的输入部分30A的波导宽度限定为例如0.25μm，并且将第二锥形波导30的输出部分30B的波导宽度限定为例如1.8μm。将第二直线波导40的波导宽度限定为例如1.8μm。
第三锥形波导50具有锥形结构，其中，波导宽度从第二直线波导40的输出部分起朝着第三直线波导60的输入部分逐渐减小。而且，将第三锥形波导50的输入部分50A的波导宽度限定为例如1.8μm，并且将第三锥形波导50的输出部分50B的波导宽度限定为例如1μm。将第三直线波导60的波导宽度限定为例如1μm。将第二锥形波导30、第二直线波导40、第三锥形波导50以及第三直线波导60中的各个波导的芯体的厚度限定为例如0.3μm。
基板型光波导元件1包括迁移单元5和除去单元6。迁移单元5包括：Si波导2中包括的第一锥形波导20以及SiN波导3中包括的第二锥形波导30。在迁移单元5中，通过在第一锥形波导20与第二锥形波导30之间分离的状态下交叠地将第二锥形波导30的一部分设置在第一锥形波导20上方，使传播通过第一锥形波导20的TM0模式迁移成传播通过第二锥形波导30传播的TM0模式。在迁移单元5的输入端的位置处，将第二锥形波导30用作单模波导，使处于TM模式中的具有最大有效折射率的TM0模式的光传播通过该单模波导。在迁移单元5的输出端的位置处，将第二锥形波导30用作多模波导，使处于TM0模式的以及处于TM模式中包括的高阶模式的光传播通过该多模波导。而且，将第一锥形波导20与第二锥形波导30之间的间距限定为例如0.3μm。
在迁移单元5中，SiN波导3中包括的第二锥形波导30的波导宽度大于Si波导2中包括的第一锥形波导20的波导宽度，使得对SiN波导3的光电场进行封闭的区域相对地大于Si波导2的区域。结果，可以减小与第一锥形波导20终止于的第二截面部分相对应的输出部分5B处的断续性造成的光散射效应。然而，在多模波导中，由于在制造时在波导内部产生的粗糙侧壁所造成的随机波导的断续性等的影响，因此，TM0模式和TM模式中包括的高阶模式彼此干扰，并因此，在波长光谱区域中产生波纹，使得光学器件的特性劣化。因此，将该结构构造成，使得在除去单元6中除去TM模式中包括的高阶模式。
除去单元6允许第三锥形波导50作为单模波导，通过从从迁移单元5接收到的处于TM0模式的光中除去处于高阶模式的光，来使仅处于TM0模式的光传播通过该单模波导。除去单元6包括第二直线波导40和第三锥形波导50。第二直线波导40是多模波导，高于TM1模式的高阶TM模式传播通过该多模波导。第三锥形波导50是单模波导，通过仅除去从第二直线波导40接收到的处于高阶TM模式的光，来使仅TM0模式传播通过该单模波导。第三锥形波导50能够避免高阶模式的干扰，同时通过从从第二直线波导40接收到的多模式中除去高阶TM模式来抑制TM0模式中的光损失。
迁移单元5包括：输入部分5A、输出部分5B以及中间部分5C。而且，将迁移单元5的输入部分5A与输出部分5B之间的波导长度限定为例如80μm。在迁移单元5的输入部分5A处，将第二锥形波导30设定为单模波导，其中，传播处于TM模式中的具有最大有效折射率的仅TM0模式的光。而且，在迁移单元5的输出部分5B处，将第二锥形波导30设定为多模波导，其中，传播处于TM0模式的光以及处于TM模式中的高阶模式的光。除去单元6包括输入部分6A和输出部分6B。而且，将除去单元6中包括的第二直线波导40的波导长度限定为例如2μm。另外，将除去单元6中包括的第三锥形波导50的波导长度限定为例如20μm。
图2A是示意性地例示沿着图1所例示的线A-A截取的截面部分的示例的图。图2A中示意性地例示的沿着图1中的线A-A截取的截面部分是Si波导2中包括的第一直线波导10的截面部分。而且，将第一直线波导10的波导宽度限定为例如0.48μm，并且将芯体的厚度限定为例如0.22nm。
图2B是示意性地例示沿着图1所例示的线B-B截取的截面部分的示例的图。图2B中示意性地例示的沿着图1中的线B-B截取的截面部分是迁移单元5的输入部分5A的示意性截面部分，并且具有以下结构：第一锥形波导20的输入部分20A的波导宽度大于第二锥形波导30的输入部分30A的波导宽度。将第一锥形波导20的输入部分20A的波导宽度限定为例如0.48μm，并且将第二锥形波导30的输入部分30A的波导宽度限定为例如0.25μm。将第一锥形波导20的芯体的厚度限定为例如0.22μm，并且将第二锥形波导30的芯体的厚度限定为例如0.3μm。将第一锥形波导20与第二锥形波导30之间的间距限定为例如0.3μm。
图2C是示意性地例示沿着图1所例示的线C-C截取的截面部分的示例的图。图2C中示意性地例示的沿着图1中的线C-C截取的截面部分是迁移单元5的中间部分5C的示意性截面部分，并且具有以下结构：第一锥形波导20的波导宽度小于第二锥形波导30的波导宽度。将第一锥形波导20的芯体的厚度限定为例如0.22μm，并且将第二锥形波导30的芯体的厚度限定为例如0.3μm。将第一锥形波导20与第二锥形波导30之间的间距限定为例如0.3μm。
图2D是示意性地例示沿着图1所例示的线D-D截取的截面部分的示例的图。图2D中示意性地例示的沿着线D-D截取的截面部分是迁移单元5的输出部分5B的示意性截面部分，并且具有以下结构：第二锥形波导30的输出部分30B的波导宽度大于第一锥形波导20的输出部分20B的波导宽度。将第一锥形波导20的输出部分20B的波导宽度限定为例如0.09μm，并且将第二锥形波导30的输出部分130B的波导宽度限定为例如1.8μm。将第一锥形波导20的芯体的厚度限定为例如0.22μm，并且将第二锥形波导30的芯体的厚度限定为例如0.3μm。将第一锥形波导20与第二锥形波导30之间的间距限定为例如0.3μm。
图2E是示意性地例示沿着图1所例示的线E-E截取的截面部分的示例的图。图2E中示意性地例示的沿着线E-E截取的截面部分是除去单元6中包括的第二直线波导40的示意性截面部分。而且，将第二直线波导40的波导宽度限定为例如1.8μm，并且将芯体的厚度限定为例如0.3nm。
图2F是示意性地例示沿着图1所例示的线F-F截取的截面部分的示例的图。图2F中示意性地例示的沿着线F-F截取的截面部分是第三锥形波导50的与除去单元6的输出部分6B相对应的示意性截面部分，并且具有以下结构：第三锥形波导50的输出部分50B的波导宽度小于第二直线波导40的波导宽度。第三锥形波导50的输出部分50B的波导宽度与第三直线波导60的波导宽度相同。将第三锥形波导50的输出部分50B的波导宽度限定为例如1μm，并且将第三直线波导60的波导宽度限定为例如1μm。将第三锥形波导50和第三直线波导60中的各个波导的芯体的厚度限定为例如0.3μm。
迁移单元5的输入部分5A包括第一截面部分，其中，来自第一直线波导10的光在第一锥形波导20的输入部分20A与第二锥形波导30的输入部分30A彼此交叠的位置处变得断续。输入部分20A的波导宽度不同于输入部分30A的波导宽度，使得在第一锥形波导20与第二锥形波导30之间构成信号光的断续部分。
迁移单元5的输出部分5B包括第二截面部分，其中，去往第二直线波导40的光在第一锥形波导20的输出部分20B与第二锥形波导30的输出部分30B彼此交叠的位置处不变得断续。输出部分20B的波导宽度不同于输出部分30B的波导宽度，使得在第一锥形波导20与第二锥形波导30之间构成光的断续部分。
在迁移单元5的输入部分5A处，第一锥形波导20的波导宽度较大而第二锥形波导30的波导宽度较小，与此相反，在输出部分5B处，第一锥形波导20的波导宽度较小，而第二锥形波导30的波导宽度较大。换言之，将该结构构造成，使得第一锥形波导20的波导宽度从输入部分20A起朝着输出部分20B逐渐减小，并且第二锥形波导30的波导宽度从输入部分30A起朝着输出部分30B逐渐增大。
迁移单元5的输入部分5A和输出部分5B各自的结构皆被构造成，使得在传播通过第一锥形波导20的TM0模式的有效折射率与传播通过第二锥形波导30的TM0模式的有效折射率之间提供大的差异。在迁移单元5的输入部分5A处，传播通过第一锥形波导20的TM0模式的有效折射率高于传播通过第二锥形波导30的TM0模式的有效折射率。换言之，可以减小以下相互作用，在该相互作用中电场被分布于Si波导2和SiN波导3两者中。而且，在迁移单元5的输出部分5B处，传播通过第二锥形波导30的TM0模式的有效折射率高于传播通过第一锥形波导20的TM0模式的有效折射率。换言之，可以减小以下相互作用，在该相互作用中电场被分布于Si波导2和SiN波导3两者中。结果，在迁移单元5的输入部分5A和输出部分5B处，可以减小以下相互作用，在该相互作用中电场被分布于Si波导2和SiN波导3两者中。
而且，在迁移单元5的中间部分5C处，将结构构造成，使得传播通过第一锥形波导20的TM0模式的有效折射率与传播通过第二锥形波导30的TM0模式的有效折射率接近并一致。结果，电场被分布于Si波导2和SiN波导3两者中的相互作用得到强化。
在输入部分5A处，在第一锥形波导20被设定为隔离波导的情况下获得的传播通过第一锥形波导20的TM0模式的有效折射率大于在第二锥形波导30被设定为隔离波导的情况下获得的传播通过第二锥形波导30的TM0模式的有效折射率。在输出部分5B处，在第二锥形波导30被设定为隔离波导的情况下获得的传播通过第二锥形波导30的TM0模式的有效折射率大于在第一锥形波导20被设定为隔离波导的情况下获得的传播通过第一锥形波导20的TM0模式的有效折射率。换言之，在迁移单元5的输入部分5A和输出部分5B处，将结构构造成，使得传播的TM0模式的有效折射率的大小关系被逆转，即，在TM0模式的有效折射率之间产生大的差异，使得可以抑制在断续的截面部分处由光散射而造成的光损失。
已经将迁移单元5构造成，使得SiN波导3(第二锥形波导30)的波导宽度被增加到例如1.8μm，以尽可能地抑制由断续部分针对TM0模式造成的影响，使得可以抑制由断续部分针对TM0模式造成的影响。然而，已经将迁移单元5构造成，使得SiN波导3(第二锥形波导30)的波导宽度增加，因此传播TM模式中包括的高阶模式。
因此，被设置在迁移单元5的后级中的除去单元6从从迁移单元5接收到的TM模式中除去高阶模式，并且传播仅TM0模式，使得可以避免高阶模式的干扰。
图3A是例示根据常规波导间迁移结构200的输出部分200B处所展示的SiN波导202的波导宽度(芯体厚度0.4μm)的相应模式的有效折射率之间的关系的示例的图。而且，假设通过使用有限元方法来计算有效折射率。
首先，在常规波导间迁移结构200中，将处于C频带的1.55μm的SiN波导202的芯体的厚度限定为0.4μm，并且将SiN波导202的其中Si波导201终止的部分的波导宽度限定为0.9μm。常规波导间迁移结构200中包括的SiN波导202的波导宽度为0.9μm；因此，当参照图3A时，发现SiN波导202是传播TM0模式和TE0模式而不传播高于TM1模式和TE1模式的高阶模式的波导。即，常规波导间迁移结构200中包括的SiN波导202是单模波导，例如TM0模式传播通过该单模波导。
图3B是例示根据迁移单元5的输出部分5B处的SiN波导3的波导宽度(芯体厚度0.3μm)的相应模式的有效折射率之间的关系的示例的图。而且，假设通过使用有限元方法来计算有效折射率。
首先，在根据比较例的迁移单元104中，将处于C频带的1.55μm的SiN波导102的芯体的厚度限定为0.3μm，并且将SiN波导102的其中Si波导101终止的部分的波导宽度限定为1.0μm。根据比较例的迁移单元104的SiN波导102的波导宽度为1.0μm；因此，当参照图3B时，发现SiN波导102是传播TM0模式和TE0模式而不传播高于TM1模式和TE1模式的高阶模式的波导。即，根据比较例的迁移单元104中包括的SiN波导102是单模波导，例如TM0模式传播通过该单模波导。
与此相反，在对应于根据本实施方式的迁移单元5的输出部分5B的第二锥形波导30中，第一锥形波导20终止于其中的第二锥形波导30的波导宽度例如为1.8μm。因此，当参照图3B时，迁移单元5的输出部分5B是多模波导，TM0模式、TE0模式、以及高于TM1模式和TE1模式的高阶模式传播通过该多模波导。与此相反，常规波导间迁移结构200中包括的SiN波导202是单模波导。因此，对应于根据本实施方式的迁移单元5的输出部分5B的SiN波导3是多模波导，使得可以说常规SiN波导202不同于根据本实施方式的SiN波导3。
而且，根据本实施方式的除去单元6中包括的第三锥形波导50的输出部分50B的波导宽度是1μm；因此，当参照图3B时，第三锥形波导50是不传播与TM1模式相对应的高阶模式的单模波导。因此，第三锥形波导50从多个模式中除去高阶模式并传播TM0模式。
图4是例示在迁移单元5中的各个截面位置处传播的TE0模式和TM0模式的有效折射率的计算结果的示例的图。第一截面位置“0”对应于迁移单元5的输入部分5A的截面部分，并且是沿着图2B中所例示的线B-B截取的截面部分。第二截面位置“1”对应于迁移单元5的输出部分5B的截面部分，并且是沿着图2D中所例示的线D-D截取的截面部分。第三截面位置“0.5”对应于迁移单元5的中间部分5C的截面部分，并且是沿着图2C中所例示的线C-C截取的截面部分。将传播通过Si波导2和SiN波导3的光的波长限定为1.55μm。使用有限元方法计算有效折射率。而且，在计算时，计算在各个波导被隔离的情况下的有效折射率。
在迁移单元5的Si波导2终止于的并且对应于第二截面位置“1”的输出部分5B处，当参照图4时，在传播通过Si波导2的TM0模式的有效折射率与传播通过SiN波导3的TM0模式的有效折射率之间的差为0.087。而且，如图8所例示的，根据比较例的迁移单元104的输出部分104B的有效折射率之间的差是0.056。即，根据本实施方式的迁移单元5的输出部分5B处的有效折射率之间的差大于根据比较例的迁移单元104的输出部分104B处的有效折射率之间的差。结果，在迁移单元5中，通过增加有效折射率之间的差异，可以可靠地抑制在断续的截面部分处由光散射而造成的光损失。
而且，将根据比较例的迁移单元104的输出部分104B处的TM0模式在垂直方向上的电场分量与根据本实施方式的迁移单元5的输出部分5B处的TM0模式在垂直方向上的电场分量进行比较。通过使用有限元方法来计算垂直方向上的电场分量。而且，将根据比较例的迁移单元104中包括的SiN波导102的芯体厚度限定为0.3μm，并且将输出部分104B处的SiN波导102的波导宽度限定为1.0μm。将根据本实施方式的迁移单元5中包括的SiN波导3的芯体厚度限定为0.3μm，并且将输出部分5B处的SiN波导3的波导宽度限定为1.8μm。
在根据比较例的迁移单元104的输出部分104B处的Si波导101中局限的功率的比例是1.0％，而在根据本实施方式的迁移单元5的输出部分5B处的Si波导2中局限的功率的比例是0.7％。即，在根据本实施方式的迁移单元5的输出部分5B处，与根据比较例的迁移单元104的输出部分5B处的光功率相比，将较大量的光功率局限于SiN波导3中。结果，在迁移单元5的输出部分5B处，即使断续地去除Si波导，也将大部分功率局限于SiN波导3中，使得可以以低损失来连接至第二直线波导40。
而且，通过使用有限差分时域法，来计算在将TM0模式输入到根据比较例的基板型光波导元件100和根据本实施方式的基板型光波导元件1的情况下获得的迁移损失。迁移损失能够基于-10log10来计算(作为TM0输出的功率/输入的TM0的功率)。根据比较例的基板型光波导元件100中的迁移损失为0.051dB，而根据本实施方式的基板型光波导元件1中的迁移损失为0.013dB。而且，基板型光波导元件1中包括的迁移单元5中的迁移损失为0.012dB，并且除去单元6中的迁移损失为0.001dB。
结果，迁移单元5作为多模波导，使得大大改善了迁移损失。例如，在内置有基板型光波导元件1(100)的光通信装置的光路中，设想内置有多个基板型光波导元件1(100)(例如10个基板型光波导元件1(100))的情况。内置有根据比较例的基板型光波导元件100的通信装置中的迁移损失为0.51dB。与此相反，内置有根据本实施方式的基板型光波导元件1的通信装置中的迁移损失为0.13dB。结果，利用内置有根据本实施方式的基板型光波导元件1的通信装置，与内置有根据比较例的基板型光波导元件100的通信装置的情况相比，可以将迁移损失降低0.38dB。
此外，在基板型光波导元件1、100中，通过执行光刻和蚀刻在晶片的表面上均匀形成的Si来形成Si波导2、101、。然后，例如，当在Si波导2、101、上方分离地形成SiN波导3、102、时，通过使用掩模执行光刻在Si波导2、101、上形成SiN波导3、102、。然而，可能存在其中Si波导2、101、与SiN波导3、102、之间的位置关系因掩模移位而造成的移位的情况。
如果在Si波导2、101与SiN波导3、102之间发生了掩模移位，则在根据比较例的基板型光波导元件100中包括的迁移单元104的输出部分104B处的电场的分布发生改变，使得迁移损失增加。与此相反，在根据本实施方式的基板型光波导元件1中包括的迁移单元5的输出部分5B处，SiN波导3的波导宽度(1.8μm)大于根据比较例的波导宽度，使得通过减小由掩模移位而造成的移位的影响可以将电场集中于SiN波导3中。
为了验证该效果，假设SiN波导3由于发生掩模移位而相对于Si波导2在垂直于光的行进方向的方向上移位达0.12μm的情况。然后，通过使用有限差分时域法来计算在将TM0模式输入到迁移单元5的输入部分5A的情况下产生的迁移损失。迁移损失能够基于-10log10来计算(作为TM0输出的功率/输入的TM0的功率)。
根据比较例的基板型光波导元件100中包括的迁移单元104的迁移损失为0.106dB，而根据本实施方式的基板型光波导元件1中的迁移损失为0.015dB。基板型光波导元件1中包括的迁移单元5中的迁移损失为0.014dB，并且除去单元6中的迁移损失为0.001dB。结果，根据本实施方式的迁移单元5中包括的SiN波导3是具有宽波导宽度的多模波导，使得与比较例相比，即使发生了掩模移位，也可以极大地改善迁移损失。
而且，在发生了掩模移位的情况下，在波导中产生不对称性。这时，偏振面是倾斜的，使得在断续部分中发生TE0模式与TM0模式之间的偏振转换。如果在通过将不同的信号添加至TE0模式和TM0模式而增加传输量时发生偏振转换，则在偏振之间发生串扰，并因此，信号的质量劣化(比特误差增加)。而且，如果在两个部分中执行波导迁移，则由于与未经受偏振转换的电场的干扰，因此，在已经执行了一次偏振转换之后返回转换前的偏振时发生波长波纹。
然而，利用根据本实施方式的基板型光波导元件1，在迁移单元5的作为断续部分的输出部分5B处，可以将电场局限于SiN波导3中，使得可以减小由与Si波导2的相对位置的位移而造成的效应。为了验证该效应，假设SiN波导3由于发生掩模移位而相对于Si波导2在垂直于光的行进方向的方向上移位达0.12μm的情况。然后，通过使用有限差分时域法来计算在将TM0模式输入到迁移单元5的情况下获得的TE0模式的透射率。透射率能够基于10log10来计算(作为TE0输出的功率/输入的TM0的功率)。
作为根据比较例的基板型光波导元件100的迁移单元104的透射率为-18.93dB，而根据本实施方式的基板型光波导元件1的透射率为-39.47dB。结果，与比较例相比，根据本实施方式的基板型光波导元件1能够极大地抑制偏振转换的效应。
而且，在本实施方式中，可以将电场局限于断续部分中的SiN波导3中，使得还可以减少在断续Si部分中发生的反射。
利用根据本实施方式的迁移单元5，已经描述了以通过改变波导宽度来确保有效折射率的差为例的情况，但是由于电场的边界条件的影响，当改变波导宽度时有效折射率的变化在TM0模式下比在TE0模式下小。在TE0模式下，电场被断续地保持在和Si波导2与包层4之间的边界以及SiN波导3与包层4之间的边界相对应的波导侧壁上，使得如果波导宽度发生改变，则强烈地施加断续电场分布的效果。与此相反，在TM0模式下，虽然在波导的厚度方向上存在断续的电场分布，但是在波导的宽度方向上存在连续的电场分布，使得断续的电场分布的效果在宽度方向上较小。因此，与TE0的情况相比，对于TM0，难以通过改变波导宽度来确保有效折射率的差异。因此，在本实施方式中，为了确保即使对于TM0也有足够的有效折射率差异，将波导宽度增加到充任与TM相关的多模波导的程度。此外，作为除去单元6的影响的结果，可以避免在多模波导中出现的在TM0模式上施加的影响。
而且，在根据本实施方式的基板型光波导元件1中，通常，通过在晶片的表面上均匀形成的芯体材料膜上执行光刻和蚀刻来形成Si波导2和SiN波导3。因此，通过仅调节波导的宽度来执行该工艺，使得可以简化形成波导的工艺。
作为迁移单元5的迁移目的地的第二波导和作为迁移源的第一波导的示例可以包括：平面光波回路(planar lightwave circuit，PLC)(其中，芯体和包层4两者都由SiO2制成)、InP波导以及GaAs波导。芯体可以是Si或Si3N4，下包层可以是SiO2，以及上包层可以是SiO2、空气等。而且，当在迁移目的地处提供的波导的材料折射率高于在迁移源处提供的波导的材料折射率时，这可以适用。例如，在PLC的情况下，通过改变玻璃波导中的掺杂量来改变迁移源和迁移目的地处的材料折射率也是适用的。
在PLC的情况下，通过改变芯体中的掺杂量可以改变材料折射率。在SiN波导3和Si波导2的情况下，相对折射率的差异大，使得光被强烈地封闭，结果，即使半径R小，也可以实现具有低损失的弯曲波导，因此可以减小基板型光波导元件1的尺寸。
Si波导2和SiN波导3各自的结构皆可以是肋形波导、脊形波导、通道波导、并且恰当的修改是可能的。如果Si波导2和SiN波导3各自的结构是肋形波导，则光也泄漏到板部分，芯体的粗糙侧壁的影响小，并且可以抑制光损失。如果Si波导2和SiN波导3各自的结构是通道波导，则对光的封闭是强的，使得可以急剧弯曲波导，并因此可以减小基板型光波导元件1的尺寸。包层4可以由任何材料制成，只要材料折射率小于芯体的折射率，并且恰当的修改是可能的。
已经描述了根据本实施方式的基板型光波导元件1是由由Si作为材料制成的Si波导2和由SiO2作为材料制成的包层4构成的硅光波导的情况作为示例。然而，也可适用于Si波导2和包层4中的每一者的材料是SiO2的PLC、InP波导、以及GaAs波导。
图5是例示内置有根据本实施方式的基板型光波导元件1的光通信装置80的示例的图。将图5所例示的光通信装置80连接至设置在输出侧上的光纤和设置在输入侧上的光纤。光通信装置80包括：数字信号处理器(DSP)81、光源82、光学发送器83以及光学接收器84。DSP 81是执行数字信号处理的电组件。DSP 81执行例如对传输数据等进行编码、生成包括传输数据的电信号、以及将所生成的电信号输出至光发送器83的处理。而且，DSP 81从光接收器84获取包括接收数据的电信号，并且通过执行例如所获取的电信号的进行解码处理来获得接收数据。
光源82例如包括激光二极管等，生成具有预定波长的光，以及将所生成的光供应给光发送器83和光接收器84。光发送器83是以下光学器件：通过使用从DSP 81输出的电信号来调制从光源82供应的光，以及将所获得的发送光输出至光纤。光发送器83在从光源82供给的光在波导中传播时，用向光调制器输入的电信号对该光进行调制，从而生成发送光。
光接收器84从光纤接收光信号，并且通过使用从光源82供应的光来解调制接收光。然后，光接收器84将经解调制的接收光转换成电信号，并且将经转换的电信号输出至DSP 81。在光发送器83和光接收器8中的每一者中，内建有充任光传播通过的波导的基板型光波导元件1。
在光通信装置80中包括的基板型光波导元件1的迁移单元5中，将结构构造成使得SiN波导3(第二锥形波导30)的波导宽度被增加到例如1.8μm，使得可以抑制由断续部分针对TM0模式造成的影响。
而且，在光通信装置80中包括的基板型光波导元件1中所包括的除去单元6中，从从迁移单元5接收到的TM模式中除去高阶模式，并且传播仅TM0模式，使得可以避免高阶模式的干扰。
而且，为了便于描述，已经作为示例描述了根据本实施方式的除去单元6包括第二直线波导40和第三锥形波导50的情况。然而，除去单元6可以包括仅第三锥形波导50，并且在这种情况下，可以在迁移单元5的输出部分5B中包括的第二锥形波导30与第三锥形波导50上光耦合，并且恰当的修改是可能的。
根据实施方式的方面，可以提供一种能够抑制由不同波导之间的间接迁移而造成的光损失的光学器件等。

Claims (10)

1.一种光学器件，其中，处于垂直模式的光通过具有第一材料折射率的第一波导与具有低于所述第一材料折射率的第二材料折射率的第二波导之间的间接迁移来传播通过所述光学器件，所述光学器件包括：
迁移单元，所述迁移单元在所述第一波导与所述第二波导之间分离的状态下交叠地设置所述第一波导和所述第二波导，以使传播通过所述第一波导的所述垂直模式的有效折射率与传播通过所述第二波导的所述垂直模式的有效折射率之间的大小关系在所述迁移单元的输入部分的位置处与在所述迁移单元的输出部分的位置处逆转，从而在所述输入部分处，所述迁移单元允许所述第二波导作为单模波导，以使处于所述垂直模式中的具有最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光传播通过所述单模波导，并且在所述输出部分处，所述迁移单元允许所述第二波导作为多模波导，以使处于具有所述最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光和处于所述垂直模式中的高阶模式的光传播通过所述多模波导；以及
除去单元，所述除去单元通过从从所述迁移单元接收到的处于所述垂直模式的光中除去处于所述高阶模式的光，来使所述垂直模式中的具有所述最大有效折射率的TM0光传播通过所述单模波导，从而允许所述第二波导作为所述单模波导。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其中，
处于所述垂直模式以及与所述垂直模式正交的水平模式的光通过所述第一波导与所述第二波导之间的间接迁移来传播通过所述光学器件。
3.根据权利要求1所述的光学器件，其中，
所述第一波导包括第一锥形波导，在第一锥形波导中，波导宽度根据光的行进方向逐渐减小；
所述第二波导包括：
第二锥形波导，在所述第二锥形波导中，基于所述间接迁移来与所述第一锥形波导光耦合，并且波导宽度根据所述光的所述行进方向逐渐减小；以及
第三锥形波导，在所述第三锥形波导中，与所述第二锥形波导光耦合，并且波导宽度根据光的所述行进方向逐渐减小；
通过在所述第一锥形波导的输入部分与所述第二锥形波导的输入部分之间分离的状态下交叠地设置所述第一锥形波导的输入部分和所述第二锥形波导的输入部分，并且在所述第一锥形波导的输出部分与所述第二锥形波导的输出部分之间分离的状态下交叠地设置所述第一锥形波导的输出部分和所述第二锥形波导的输出部分，以使传播通过所述第一锥形波导的垂直模式的有效折射率与传播通过所述第二锥形波导的垂直模式的有效折射率之间的大小关系在所述迁移单元的所述输入部分的位置处与所述迁移单元的输出部分的位置处逆转，作为其结果，所述迁移单元允许所述第二锥形波导的所述输入部分作为所述单模波导并且允许所述第二锥形波导的所述输出部分作为所述多模波导，并且
所述除去单元通过允许从所述迁移单元接收到的处于所述垂直模式的光传播通过所述第三锥形波导，从处于所述垂直模式的光中除去处于所述高阶模式的光，来使所述垂直模式中的具有所述最大有效折射率的仅TM0光传播通过所述单模波导，从而允许所述第三锥形波导作为所述单模波导。
4.根据权利要求3所述的光学器件，其中，在所述迁移单元中，在所述第一锥形波导是隔离波导的情况下传播通过所述第一锥形波导的所述垂直模式的所述有效折射率与在所述第二锥形波导是隔离波导的情况下传播通过所述第二锥形波导的所述垂直模式的所述有效折射率之间的大小关系在所述迁移单元的所述输入部分的位置处与所述迁移单元的所述输出部分的位置处逆转。
5.根据权利要求3或4所述的光学器件，其中，
所述迁移单元具有以下结构：位于所述迁移单元的所述输出部分处的所述第二锥形波导的波导宽度大于位于所述迁移单元的所述输入部分处的所述第一锥形波导的波导宽度，并且
所述迁移单元在所述输入部分处允许所述第二锥形波导作为所述单模波导，而在所述输出部分处允许所述第二锥形波导作为所述多模波导。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光学器件，其中，
由基板上的包层覆盖的所述第一波导由包括硅Si的材料制成，
由所述基板上的所述包层覆盖的所述第二波导由包括氮化硅SiN的材料制成，并且
所述包层由包括SiO2的材料制成。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光学器件，其中，所述第一波导和所述第二波导是肋形波导。
8.一种基板型光波导元件，其中，处于垂直模式的光通过具有第一材料折射率的第一波导与具有低于所述第一材料折射率的第二材料折射率的第二波导之间的间接迁移来传播通过所述基板型光波导元件，所述基板型光波导元件包括：
迁移单元，所述迁移单元在所述第一波导与所述第二波导之间分离的状态下交叠地设置所述第一波导和所述第二波导，以使传播通过所述第一波导的所述垂直模式的有效折射率与传播通过所述第二波导的所述垂直模式的有效折射率之间的大小关系在所述迁移单元的输入部分的位置处与在所述迁移单元的输出部分的位置处逆转，从而在所述输入部分处，所述迁移单元允许所述第二波导作为单模波导，以使处于所述垂直模式中的具有最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光传播通过所述单模波导，并且在所述输出部分处，所述迁移单元允许所述第二波导作为多模波导，以使处于具有所述最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光和处于所述垂直模式中的高阶模式的光传播通过所述多模波导；以及
除去单元，所述除去单元通过从从所述迁移单元接收到的处于所述垂直模式的光中除去处于所述高阶模式的光，来使所述垂直模式中的具有所述最大有效折射率的TM0光传播通过所述单模波导，从而允许所述第二波导作为所述单模波导。
9.一种光通信装置，所述光通信装置包括：
光源；
光发送器，所述光发送器使用发送信号对从所述光源接收到的光执行光调制并且发送发送光；
光接收器，所述光接收器使用从所述光源接收到的光来从接收光接收接收信号；以及
基板型光波导元件，所述基板型光波导元件用作波导，所述波导被用于使光传播通过所述光发送器和所述光接收器，其中，
处于垂直模式的光通过具有第一材料折射率的第一波导与具有低于所述第一材料折射率的第二材料折射率的第二波导之间的间接迁移来传播通过所述基板型光波导元件，所述基板型光波导元件包括：
迁移单元，所述迁移单元在所述第一波导与所述第二波导之间分离的状态下交叠地设置所述第一波导和所述第二波导，以使传播通过所述第一波导的所述垂直模式的有效折射率与传播通过所述第二波导的所述垂直模式的有效折射率之间的大小关系在所述迁移单元的输入部分的位置处与在所述迁移单元的输出部分的位置处逆转，从而在所述输入部分处，所述迁移单元允许所述第二波导作为单模波导，以使处于所述垂直模式中的具有最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光传播通过所述单模波导，并且在所述输出部分处，所述迁移单元允许所述第二波导作为多模波导，以使处于具有所述最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光和处于所述垂直模式中的高阶模式的光传播通过所述多模波导；以及
除去单元，所述除去单元通过从从所述迁移单元接收到的处于所述垂直模式的光中除去处于所述高阶模式的光，来使所述垂直模式中的具有所述最大有效折射率的TM0光传播通过所述单模波导，从而允许所述第二波导作为所述单模波导。
10.一种波导间迁移方法，所述波导间迁移方法用于使处于垂直模式的光通过具有第一材料折射率的第一波导与具有低于所述第一材料折射率的第二材料折射率的第二波导之间的间接迁移来传播，所述波导间迁移方法用于进行包括以下各项的处理：
在所述第一波导与所述第二波导之间分离的状态下交叠地设置所述第一波导和所述第二波导，以使传播通过所述第一波导的所述垂直模式的有效折射率与传播通过所述第二波导的所述垂直模式的有效折射率之间的大小关系在迁移单元的输入部分的位置处与在所述迁移单元的输出部分的位置处逆转，从而在所述输入部分处允许所述第二波导作为单模波导，以使处于所述垂直模式中的具有最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光传播通过所述单模波导，并且在所述输出部分处允许所述第二波导作为多模波导，以使处于具有所述最大有效折射率的所述垂直模式的TM0光和处于所述垂直模式中的高阶模式的光传播通过所述多模波导；以及
通过从从所述多模波导接收到的处于所述垂直模式的光中除去处于所述高阶模式的光，来使所述垂直模式中的具有所述最大有效折射率的TM0光传播通过所述单模波导，从而允许所述第二波导作为所述单模波导。
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