JP2014182213A - 光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】偏波変換によりＴＥ波又はＴＭ波に偏波を揃えて伝搬光の処理を行う
【解決手段】コアと、コアの周囲に設けられ、コアの屈折率の７１．４％以下の屈折率のクラッドとを備える光導波路を有し、光導波路が、偏波が異なる第１及び第２光Ｃ_１及びＣ_２を含む被変換光Ｌ_１が入力され、第２光を、伝搬モード次数が異なり且つ偏波が第１光と等しい第３光Ｃ_３に変換し、第１及び第３光を含む変換光Ｌ_２を出力する偏波変換部３と、複数の出力ポート７_１〜７_Ｎを有する出力部７と、１以上の多モード干渉光導波路又は平面光導波路を備え、入力される変換光に所定の処理を行うとともに、伝搬モードの次数及び強度比が変換光と同様に保たれた第１及び第３光を含む処理光Ｌ_３を出力ポートが接続された箇所で生成する光処理部５とを備える
【選択図】図１

Description

この発明は、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）通信において波長の異なる成分光の合分波に用いる光素子に関する。

加入者側から局側への光伝送（上り通信）と、局側から加入者側への光伝送（下り通信）とを１本の光ファイバで行う光加入者系通信システム（以下、加入者系システムとも称する。）においては、上り通信及び下り通信に異なる波長の光を用いることがある。加入者系システムで現在主流となっているのが、双方向で１Ｇｂｐｓ以上の速度で通信可能なＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）である。近年、ＧＥ−ＰＯＮに代わる次世代の技術として、通信に用いる波長の多重度を上げたＷＤＭ−ＰＯＮが検討されている。ＷＤＭ−ＰＯＮでは、原理的には、双方向で１０Ｇｂｐｓを超える通信速度が得られる。

ＷＤＭ−ＰＯＮでは、通信に用いる光ファイバの局側及び加入者側の端部にそれぞれ局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）と、加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）とが設けられる。これらの終端装置には、発光素子、受光素子及び複数波長の光を合分波する波長合分波素子が備えられる。以下、発光素子の一例として、Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ（以下、ＬＤとも称する。）を用い、受光素子の一例として、Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ（以下、ＰＤとも称する。）を用いた場合につき説明する。

一般に、ＬＤ、ＰＤ、及び波長合分波素子は、光導波路を備えた共通基板に集積されている（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照）。近年、これらの素子間接続には、シリコン（Ｓｉ）を材料とするコアと、Ｓｉとの屈折率差が大きな酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を材料とするクラッドとを用いたＳｉ光導波路が用いられる。Ｓｉ光導波路は、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも非常に大きいので、光の閉じ込めが強く、光を１μｍ程度の小さい曲率半径で曲げる湾曲光導波路を形成できる。また、Ｓｉ電子デバイスの加工技術を利用して製造できるために、きわめて微細なサブミクロンの断面構造を実現できる。これらのことから、Ｓｉ光導波路を用いることで素子サイズを小型化することができる。

Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｉｇｅｓｔ ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ ２０１０，ｐａｐｅｒ ＯＷＪ３， ２０１０年３月 Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．２０，ｐ．Ｂ４９３，２０１２年１２月１０日 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｎｏ．６４７６０２，２００７年 Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．１９，ｐ．１０９４０，２０１１年５月２０日 Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．２０，ｐ．１３４２５，２０１２年５月３１日

特開２００９−１９８９１４号公報

しかし、Ｓｉ光導波路は偏波により伝搬特性が変化する特性（以下、偏波依存性とも称する。）を有し、特に、波長を合分波する際の課題となっていた。

この課題を解消する技術として、伝搬光を予めＴＥ波及びＴＭ波に分離して、それぞれの偏波を別個に処理する技術が報告されている（例えば、非特許文献２参照）。しかし、この技術では、ＴＥ波とＴＭ波にそれぞれ光回路を準備する必要があり、素子が大型化する問題があった。

また、別の技術として、偏波無依存な断面構造を持つＳｉ光導波路で光合分波素子を構成する技術が報告されている（例えば、非特許文献３参照）。しかし、この技術では、偏波無依存なＳｉ光導波路の設計に膨大な時間が掛かり、さらに、完成した光合分波素子も寸法誤差に弱いという問題があった。

一方、Ｓｉ光導波路において、偏波を回転する技術が報告されていた（例えば、非特許文献４及び５参照）。

この発明は、このような技術的背景でなされた。従って、この発明の目的は、偏波変換によりＴＥ波又はＴＭ波に偏波を揃えて伝搬光の処理を行うことにより、偏波ごとの光回路も、偏波無依存な設計の光導波路も不要とした光素子を得ることにある。

発明者は、鋭意検討の結果、屈折率が非対称に分布する光導波路を利用した偏波変換部を用いることで、上述の目的を達成できることに想到した。

従って、この発明の光素子は、コアと、コアの周囲に設けられ、コアの屈折率の７１．４％以下の屈折率のクラッドとを備える光導波路を有する。

そして、光導波路が、偏波変換部と、出力部と、光処理部とを備える。

偏波変換部には、偏波が異なる第１及び第２光を含む被変換光が入力される。そして、第２光を、伝搬モード次数が異なり且つ偏波が第１光と等しい第３光に変換し、第１及び第３光を含む変換光を生成する。

出力部は、複数の出力ポートを備えている。

光処理部は、１以上の多モード干渉光導波路又は平面光導波路を備え、入力される変換光に所定の処理を行うとともに、出力ポートが接続された箇所において、伝搬モードの次数及び強度比が変換光と同様に保たれた第１及び第３光を含む処理光を生成する。

この発明では、偏波変換部が、二つの偏波を含む光を一方の偏波に変換して、光処理部に出力するので、偏波ごとの光回路も、偏波無依存な設計の光導波路も不要となり、構造が簡単な光素子が得られる。

本発明の光素子の機能ブロック図である。 実施形態１の光素子の構造を概略的に示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、図２のＩ−Ｉ線，ＩＩ−ＩＩ線，及びＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った切断端面図である。 実施形態１の光素子の入力部の部分拡大平面図である。 実施形態１の光素子の動作を説明するための模式図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、入力部にＴＥ０及びＴＭ０をそれぞれ入力した場合における実施形態１の光素子中での光界分布を示した分布図である。 実施形態１の光素子における変形例の入力部の構造を模式的に示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、偏波変換部の変形例を示す横断面図である。 実施形態２の光素子の構造を概略的に示す平面図である。 実施形態３の光素子の構造を概略的に示す平面図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図では構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示している。また、以下の各実施形態は、この発明の一好適例であり、各構成要素の材質や数値的条件なども、好適な場合の例示に過ぎない。従って、この発明は、以下の各実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。

［発明の概要］
（概説）
図１を参照して、この発明の概要について説明する。図１は、本発明の光素子（以下、第１光素子とも称する。）の機能を示すブロック図である。

第１光素子１は、機能的には偏波変換部３を備える入力部４と、光処理部５と、出力部７とを備える。

第１光素子１は、外部から入力される被変換光Ｌ_１を偏波変換部３で変換光Ｌ_２に偏波変換して、入力部４から光処理部５に入力する。そして、光処理部５で変換光Ｌ_２に所定の処理を行って処理光Ｌ_３１〜Ｌ_３Ｎ（Ｎは２以上の整数）とし、この処理光Ｌ_３１〜Ｌ_３Ｎを複数の出力ポート７_１〜７_Ｎを有する出力部７から、上述の処理に応じた出力光Ｌ_４１〜Ｌ_４Ｎとして出力する。以下、処理光Ｌ_３１〜Ｌ_３Ｎを区別する必要がない場合は、単に「処理光Ｌ_３」とも称する。また、出力光Ｌ_４１〜Ｌ_４Ｎを区別する必要がない場合は、単に「出力光Ｌ_４」とも称する。同様に、出力ポート７_１〜７_Ｎを区別する必要がない場合は、単に「出力ポート７」とも称する。

以下、第１光素子１の各構成要素について説明する。

入力部４には、不図示の光導波路等から、偏波が異なる第１光Ｃ_１及び第２光Ｃ_２を含む被変換光Ｌ_１が入力される。以下、第１光Ｃ_１が基本モードのＴＥ波（以下、ＴＥ０とも称する。）であり、第２光Ｃ_２が基本モードのＴＭ波（以下、ＴＭ０とも称する。）の場合を例に挙げて説明する。

入力部４が備える偏波変換部３は、後述する屈折率の非対称性を利用して、第２光Ｃ_２を基本モードとは異なる伝搬モードのＴＥ波の第３光Ｃ_３に変換する。この例では、第３光Ｃ_３を、ＴＥ波の１次モード（以下、ＴＥ１とも称する。）に変換する。つまり、偏波変換部３は、ＴＭ０である第２光Ｃ_２を、ＴＥ１である第３光Ｃ_３に変換する。

なお、偏波変換部３は、第１光Ｃ_１を偏波変換しないように設計されている。より詳細には、偏波変換部３は、第２及び第３光Ｃ_２及びＣ_３の間では位相整合条件が成り立つが、第１光Ｃ_１と他の偏波及び伝搬モードとの間では位相整合条件が成り立たないように設計されている。ここで、第２及び第３光Ｃ_２及びＣ_３で成立する位相整合条件とは、第２及び第３光の伝搬定数をそれぞれβ（Ｃ_２）及びβ（Ｃ_３）としたとき、β（Ｃ_２）＝β（Ｃ_３）である。

これらの結果、偏波変換部３は、第１及び第２光Ｃ_１（ＴＥ０）及びＣ_２（ＴＭ０）を含む偏波多重化光である被変換光Ｌ_１を、同一偏波で伝搬モードが多重化された第１及び第３光Ｃ_１（ＴＥ０）及びＣ_３（ＴＥ１）を含む変換光Ｌ_２に変換する。なお、偏波変換部３では光の可逆性が成り立ち、上述の被変換光Ｌ_１から変換光Ｌ_２への変換、及びこれとは逆の変換光Ｌ_２から被変換光Ｌ_１への変換の双方向で変換が可能である。

このようにして偏波変換部３で変換された変換光Ｌ_２は、入力部４を介して光処理部５に出力される。

光処理部５は、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）光導波路あるいは平面導波路などを備え、入力される変換光Ｌ_２に所定の処理を行い、処理光Ｌ_３を生成する。処理光Ｌ_３は、各出力ポート７_１〜７_Ｎが接続された箇所において、伝搬モードの次数及び強度比が変換光Ｌ_２と同様に保たれている。つまり、この例では、処理光Ｌ_３は、各出力ポート７_１〜７_Ｎが設けられた位置で、第１及び第３光Ｃ_１（ＴＥ０）及びＣ_３（ＴＥ１）が変換光Ｌ_２と同様の強度比で含まれている。

光処理部５が行う「所定の処理」とは、変換光Ｌ_２が複数波長を含む場合の波長分離や、各出力ポート７_１〜７_Ｎへの処理光Ｌ_３１〜Ｌ_３Ｎの分配比の調整等が挙げられる。ここで、「波長分離」とは、複数波長の変換光Ｌ_２を、波長がそれぞれ異なる処理光Ｌ_３１〜Ｌ_３Ｎへと分離して、各出力ポート７_１〜７_Ｎから出力することである。また、「分配比」とは、ある波長の変換光Ｌ_２が各出力ポート７_１〜７_Ｎに分配されて出力される際の強度比である。このように、処理光Ｌ_３１〜Ｌ_３Ｎは、上述の所定の処理に応じて、ＭＭＩ光導波路に設けられる出力ポート７_１〜７_Ｎに出力される。

出力部７は、処理光Ｌ_３１〜Ｌ_３Ｎに対応した出力光Ｌ_４１〜Ｌ_４Ｎをそれぞれ出力する複数の出力ポート７_１〜７_Ｎを有する。出力光Ｌ_４１〜Ｌ_４Ｎは、出力ポート７_１〜７_Ｎの構造等により、処理光Ｌ_３１〜Ｌ_３Ｎの伝搬モードや偏波を変換して出力する。例えば、出力ポート７_１〜７_Ｎがシングルモード光導波路に接続されている場合には、複数の伝搬モードを含む処理光Ｌ_３１〜Ｌ_３Ｎは、基本モード光に変換された上で、出力光Ｌ_４１〜Ｌ_４Ｎとして出力される。

（実施形態１）
続いて、図２〜図８を参照して、実施形態１の光素子（以下、第２光素子とも称する。）について説明する。ここでは、第２光素子１０が、ＭＭＩ光導波路を利用して、波長λが１５５０ｎｍの被変換光Ｌ_１を、等分配して出力する所謂３ｄＢカプラの場合を例示する。

図２は、第２光素子の構造を概略的に示す平面図である。図３（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ線に沿った切断端面図であり、図３（Ｂ）は、図２のＩＩ−ＩＩ線に沿った切断端面図であり、図３（Ｃ）は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った切断端面図である。図４は、第２光素子の入力部の部分拡大平面図である。図５は、第２光素子の動作を説明するための模式図である。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、入力部にＴＥ０及びＴＭ０をそれぞれ入力した場合における第２光素子中での光界分布を示した分布図である。図７は、変形例の入力部の構造を模式的に示す平面図である。図８（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、偏波変換部の変形例を示す横断面図である。

（座標系の定義）
まず、図２を参照して、以下の説明で用いる第２光素子１０の方向及び寸法を定義する。図２に示したような右手系の直交座標系を考え、Ｘ方向を図が描かれた紙面の左から右に向かう方向とし、幅方向とも称する。また、Ｚ方向を図が描かれた紙面の裏面から表面に向かう方向とし、高さ方向又は厚み方向とも称する。また、Ｙ方向を図が描かれた紙面の下方から上方に向かう方向とし、長さ方向とも称する。そして、Ｘ方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」とも称し、Ｙ方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」とも称し、Ｚ方向に沿って測った幾何学的長さを「高さ」又は「厚さ」とも称する。また、この例では、被変換光Ｌ_１の進行方向であるＹ方向を光伝搬方向とする。さらに、所定の構造体の光伝搬方向に垂直な断面のことを「横断面」と称する。

（構造）
まず、主に図２及び図３を参照して、第２光素子１０の全体構造について説明する。図２を参照すると、第２光素子１０は、偏波変換部３を備える入力部４と、矩形状の平行平板であるＭＭＩ光導波路５ａを備える光処理部５と、第１及び第２出力ポート７_１及び７_２を備える出力部７とで構成されている。つまり、この例では、出力ポートの数Ｎは２である。

第２光素子１０は、基板１１の主面１１ａ側に設けられている。より詳細には、主面１１ａ上に形成されたクラッド１２ｂと、該クラッド１２ｂで囲まれたコア１２ａとを備える光導波路１２で構成されている。なお、基板１１及び光導波路１２については後述する。

光処理部５のＭＭＩ光導波路５ａは、矩形状の薄板であり、矩形の一方の短辺に対応する第１端面５ｂに入力部４が接続されており、第１端面５ｂに対向する第２端面５ｃに出力部７の第１及び第２出力ポート７_１及び７_２が接続されている。図２に示すように、この例では、入力部４と、第１及び第２出力ポート７_１及び７_２は同様に構成されており、両出力ポート７_１及び７_２にも、入力部４と同様に偏波変換部３がそれぞれ設けられている。

続いて、主に図４を参照して、入力部４及び偏波変換部３の構造について説明する。上述のように、両出力ポート７_１及び７_２は入力部４と同様に構成されているので、以下の説明は、そのまま両出力ポート７_１及び７_２でも成り立つ。

入力部４は、光伝搬方向に沿って直列に配置された４領域に区画される。すなわち、光導波路９_１に接続された第１領域４ａ、第２領域４ｂ、偏波変換部３及び第３領域４ｃである。

光導波路９_１は、シングルモードのチャネル型光導波路９_１ａと、このチャネル型光導波路９_１ａと第１領域４ａとを接続するためのテーパ形光導波路９_１ｂとを備える。チャネル型光導波路９_１ａの幅Ｗ_９は、例えば、約４４０ｎｍである。また、テーパ形光導波路９_１ｂの光伝搬方向に沿った長さＤ_９１は、約３μｍである。長さＤ_９１をこの値とすることにより、チャネル型光導波路９_１ａと第１領域４ａとがなだらかに接続され、角部での回折によるロスが低減される。

第１領域４ａは、第２及び第３光Ｃ_２及びＣ_３の相互変換が生じない幅Ｗ_４ａを有する光導波路領域である。ここで、幅Ｗ_４ａは例えば、約７５０ｎｍである。第１領域４ａは、テーパ形光導波路９_１ｂと、第２領域４ｂとの間に設けられる。より詳細には、第１領域４ａの光伝搬方向前方の前側領域４ａ_２は、薄膜部３ｂと一体に形成されている（図３（Ｂ））。前側領域４ａ_２の長さＤ_４ａは、例えば、約３μｍとする。一方、第１領域４ａの光伝搬方向後方の後側領域４ａ_１は、薄膜部３ｂが存在しない通常のチャネル型光導波路として構成されている。

第１領域４ａは、偏波変換部３の位置合わせ誤差を吸収するための緩衝領域である。つまり、第１領域４ａを介さない場合、偏波変換部３と光導波路９_１とを直接接続する必要があるため、偏波変換部３の加工精度と位置合わせ精度に高いレベルが要求される。それに対し、偏波変換には直接関係しないものの、第１領域４ａを設けることにより、上述の加工精度及び位置合わせ制度を実用上許容できるレベルまで下げることができる。

第２領域４ｂは、幅広い第１領域４ａと、幅が狭い偏波変換部３との間を接続する、光伝搬方向に沿って幅が狭くなる形状のテーパ形光導波路である。より詳細には、第２領域４ｂは、光導波路の幅を狭めることにより、被変換光Ｌ_１の光界分布を、偏波変換に適した分布へと変更する。第２領域４ｂの長さＤ_４ｂは、角部での回折の影響が少なくなるような長さの約３μｍである。

偏波変換部３は、入口の幅がＷ_３Ｎであり、出口の幅がＷ_３Ｗ（＞Ｗ_３Ｎ）であり、長さがＤ_３であるテーパ形光導波路である。偏波変換部３のこれらの寸法Ｗ_３Ｎ，Ｗ_３Ｗ及びＤ_３は、被変換光Ｌ_１に含まれるＴＭ０である第２光Ｃ_２の伝搬定数β（Ｃ_２）と、ＴＥ１である第３光Ｃ_３の伝搬定数β（Ｃ_３）を等しくするように最適化されている。具体的には、入口の幅Ｗ_３Ｎは約４５０ｎｍであり、出口の幅Ｗ_３Ｗは約５５０ｎｍであり、Ｄ_３は約２μｍである。

図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、偏波変換部３以外では、コア１２ａは何れも一様な厚みを有している。それに対して、図３（Ｂ）に示す偏波変換部３では、コア１２ａの横断面形状が、凸形のリブ状に形成されている。すなわち、偏波変換部３では、コア１２ａが、一様な薄い厚みを有する大面積の薄膜部３ｂと、薄膜部３ｂから突出した部分である突出部３ａとで構成される。なお、この例では薄膜部３ｂと突出部３ａとは一体的に形成されている。詳しくは後述するが、このリブ状の光導波路が有する屈折率の非対称性を利用して、偏波変換部３は、第２光Ｃ_２（ＴＭ０）を第３光Ｃ_３（ＴＥ１）へと変換する。

なお、図３（Ｂ）に示すように、第２光素子１０では、偏波変換部３の突出部３ａと薄膜部３ｂとが一体に形成されていた。しかし、突出部３ａと薄膜部３ｂとを別体に形成し、両者を光学接着剤や、Ｓｉウエハ直接接合技術等により貼り合せてもよい。このようにすることによっても、偏波変換部３において、リブ状の光導波路が得られる。

また、図３（Ｂ）に示すように、薄膜部３ｂの厚みＨ_２は約５０ｎｍであり、突出部３ａの厚みＨ_１は約１７０ｎｍである。また、偏波変換部３の中心軸Ｏ_１からＸ方向に測った薄膜部３ｂの幅Ｗ_３ｂは約２μｍである。薄膜部３ｂと、突出部３ａの厚みＨ_１及びＨ_２と、薄膜部３ｂの幅Ｗ_３ｂは、第２及び第３光Ｃ_２及びＣ_３の変換効率を最大化するように最適化されている。このように構成された偏波変換部３は、波長λが１５５０ｎｍの第２光Ｃ_２（ＴＭ０）を、約９９％以上の効率で、第３光Ｃ_３（ＴＥ１）へと変換できる。なお、偏波変換部３以外の第１〜第３領域４ａ，４ｂ，及び４ｃのコアの厚みは、薄膜部３ｂの有無に関わらず、図３（Ｃ）に示すように約２２０ｎｍである。

定性的には、偏波変換部３は、凸形の横断面が有するＺ方向に関する屈折率の非対称性を利用して、第２光Ｃ_２のＴＭ波の電場の振動方向を９０°回転して、ＴＥ波へと変換する。さらに、光伝搬方向に沿った幅がＷ_３ＮからＷ_３Ｗへと拡幅する偏波変換部３は、ＴＥ波へと変換される第２光Ｃ_２の１次モードを励起する。このようにして、偏波変換部３は、ＴＭ０である第２光Ｃ_２を、ＴＥ１である第３光Ｃ_３に変換する。これらの結果、偏波変換部３からは、ＴＥ０である第１光Ｃ_１と、ＴＥ１である第３光Ｃ_３とを含む変換光Ｌ_２が出力される。

第３領域４ｃは、変換光Ｌ_２を光処理部５のＭＭＩ光導波路５ａに出射するに当たり、出射口４ｄの角部４ｅでの回折によるロスを防ぐために設けられる。より詳細には、第３領域４ｃは、長さＤ_４ｃの間に幅がＷ_３ＷからＷ_４ｃまで拡幅するテーパ形光導波路である。長さＤ_４ｃは、例えば約１０μｍである。また、幅Ｗ_４ｃは、例えば約１μｍである。

光処理部５は、矩形状の平行平板状のＭＭＩ光導波路５ａを備え、第１端面５ｂに入力部４が設けられ、第２端面５ｃに、第１及び第２出力ポート７_１及び７_２が設けられている。図３（Ａ）に示すようにＭＭＩ光導波路５ａの厚みは、約２２０ｎｍである。また、幅Ｗ_５は、約３μｍである。

また、入力部４と、第１及び第２出力ポート７_１及び７_２とは、光伝搬方向に平行に延在する第３及び第４端面５ｄ及び５ｅから十分に離して設けることが好ましい。これは、ＭＭＩ光導波路５ａ中で、１０次以上の十分に高次の伝搬モードを励起するためである。このように高次モード光を励起できれば、第１及び第２出力ポート７_１及び７_２の接続位置において、処理光Ｌ_３中の１次モード光である第３光Ｃ_３（ＴＥ１）を、入力時の変換光Ｌ_２と同様に再現できる。例えば、入力部４の場合、中心軸Ｏ_１と第３端面５ｄとの距離が、約８００ｎｍ以上であることが好ましい。第１及び第２出力ポート７_１及び７_２に関しても同様である。

出力部７は、ＭＭＩ光導波路５ａの第２端面５ｃに、第１及び第２出力ポート７_１及び７_２を備える。上述のように、第１及び第２出力ポート７_１及び７_２は、入力部４と同様に構成されている。よって、出力部７に関する重複する説明を省略する。

ここで、主に図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、基板１１及び光導波路１２について簡単に説明する。光導波路１２を構成するコア１２ａは、屈折率が約３．４７のＳｉが材料である。また、クラッド１２ｂは、屈折率が約１．４５のＳｉＯ_２が材料である。クラッド１２ｂは、主面１１ａ上に約３μｍの一様な膜厚で形成されている。このように、クラッド１２ｂの屈折率をコア１２ａの屈折率の７１．４％未満とすることにより、コア１２ａへの光の閉じ込め能力が向上し、小さい曲率半径の湾曲光導波路を形成することができる。

また、基板１１は、Ｓｉが材料である。光導波路１２を伝搬する光の基板１１への不所望な結合を防ぐためには、コア１２ａと基板１１との間に１μｍ以上の厚みのクラッド１２ｂを介在させることが好ましい。この例では、主面１１ａとコア１２ａの下面との間に、約１．５μｍのクラッド１２ｂを介在させている。

（製造方法）
第２光素子１０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２層とＳｉ層とがこの順序で積層されたＳＯＩ（Ｓｉ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用して作成される。すなわち、最上層のＳｉ層を利用して、上述した入力部４、光処理部５、出力部７、及び突出部３ａのコア１２ａとなる領域にマスクを配置したドライエッチング等で形成する。その際、残存するＳｉ層の膜厚が、偏波変換部３の薄膜部３ｂ（約５０ｎｍ）と等しくなったところで、薄膜部３ｂとなるＳｉ層を保護するためのマスクを更に追加して、ＳｉＯ_２層が露出するまでエッチングを行う。そして、このコア１２ａを埋め込むように、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で、クラッド１２ｂの上層に対応するＳｉＯ_２層を形成する。これにより、第２光素子１０が形成される。

（動作）
続いて、図５を参照して、第２光素子１０の動作を説明する。図５は、第２光素子１０の動作を説明するための、模式図である。

不図示の光導波路から入力部４に入力された第１及び第２光Ｃ_１（ＴＥ０）及びＣ_２（ＴＭ０）を含む被変換光Ｌ_１は、偏波変換部３において、ＴＭ０の第２光Ｃ_２がＴＥ１の第３光Ｃ_３へと変換される。その結果、第１端面５ｂに設けられた入力部４から光処理部５へと、第１光Ｃ_１（ＴＥ０）と第３光Ｃ_３（ＴＥ１）とを含む変換光Ｌ_２が入力される。

光処理部５のＭＭＩ光導波路５ａでは、入力された変換光Ｌ_２から、１０次以上の次数の伝搬モードが励起され、それぞれのモード間で干渉しながら第２端面５ｃ方向に伝搬する。そして、第２端面５ｃの第１及び第２出力ポート７_１及び７_２が接続されている位置において、第１及び第３光Ｃ_１及びＣ_３を含む処理光Ｌ_３１及びＬ_３２が、それぞれ励起（再生）される。ここで、処理光Ｌ_３１及びＬ_３２は、光強度が半分である以外は、変換光Ｌ_２と同様の強度比で第１及び第３光Ｃ_１（ＴＥ０）及びＣ_３（ＴＥ１）を含む。

つまり、この例では、光処理部５が行う「所定の処理」とは、変換光Ｌ_２を第１及び第２出力ポート７_１及び７_２へと等分配した処理光Ｌ_３１及びＬ_３２を生成することである。

このようにして生成された処理光Ｌ_３１及びＬ_３２は、それぞれ第１及び第２出力ポート７_１及び７_２に入力される。上述のように、各出力ポート７_１及び７_２には、それぞれ偏波変換部３が設けられているので、第１及び第３光Ｃ_１（ＴＥ０）及びＣ_３（ＴＥ１）を含む処理光Ｌ_３１及びＬ_３２では、第３光Ｃ_３が第２光Ｃ_２（ＴＭ０）へと再変換される。

より詳細には、処理光Ｌ_３１及びＬ_３２中に含まれるＴＥ１である第３光Ｃ_３は、（概説）の項で図１により説明したと逆の変換過程を経て、ＴＭ０である第２光Ｃ_２へと変換される。その結果、各出力ポート７_１及び７_２からは、入力された被変換光Ｌ_１と同じ強度比で第１及び第２光Ｃ_１及びＣ_２を含み、且つ、強度が被変換光Ｌ_１の半分の第１及び第２出力光Ｌ_４１及びＬ_４２が出力される。

（効果）
続いて、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示したシミュレーション結果に基づいて、第２光素子１０の奏する効果を説明する。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、入力部４にＴＥ０及びＴＭ０をそれぞれ入力した場合における第２光素子１０中での光界分布を示した分布図である。シミュレーションは３次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法で、上述した第２光素子１０について行った。入力した光の波長は１５５０ｎｍである。

図６（Ａ）は、被変換光Ｌ_１としてＴＥ０を第２光素子１０に入力した場合の光界分布である。被変換光Ｌ_１がＴＥ０であることから、入力部４と第１及び第２出力ポート７_１及び７_２では偏波変換は生じていない。図６（Ａ）を参照すると、各出力ポート７_１及び７_２から出力される出力光Ｌ_４１及びＬ_４２は、電界強度が等しく、第２光素子１０は被変換光Ｌ_１がＴＥ０の場合３ｄＢカプラとして機能することが判る。

図６（Ｂ）は、被変換光Ｌ_１としてＴＭ０を第２光素子１０に入力した場合の光界分布である。よって、入力部４で、ＴＭ０の被変換光Ｌ_１は、ＴＥ１の変換光Ｌ_２へと変換される。同様に、第１及び第２出力ポート７_１及び７_２で、ＴＥ１の処理光Ｌ_３１及びＬ_３２は、ＴＭ０の出力光Ｌ_４１及びＬ_４２へと変換される。

このように、図６（Ｂ）では、ＴＭ０とＴＥ１との間で偏波変換が生じているにも関わらず、各出力ポート７_１及び７_２から出力される出力光Ｌ_４１及びＬ_４２は、電界強度が等しい。このことから、第２光素子１０は被変換光Ｌ_１がＴＭ０の場合でも、３ｄＢカプラとして機能することが判る。

以上説明したように、第２光素子１０は、光処理部５に、ＴＥ波及びＴＭ波の何れか一方の偏波の変換光Ｌ_２を入力する。その結果、ＭＭＩ光導波路は、ＴＥ波及びＴＭ波の何れかのみに所定の処理を行うだけで良く、ＴＥ波及びＴＭ波の両偏波にそれぞれ所定の処理を行うための素子が不要となる。これにより、ＭＭＩ光導波路の設計を大幅に簡略化することができる。

また、第２光素子１０では、被変換光Ｌ_１が、１波長の場合について説明した。しかし、被変換光Ｌ_１は、波長が異なる第１〜第Ｍ成分光（Ｍは１以上の整数）を含んでいても良い。ただし、この場合には、各成分光に対して偏波変換が可能なように、偏波変換部３を設計する必要がある。さらに、各成分光を所望の分配比で第１及び第２出力ポート７_１及び７_２に出力できるように、光処理部５のＭＭＩ光導波路５ａの寸法を設計する必要がある。

また、第２光素子１０では、両偏波を含む被変換光Ｌ_１を、ＴＥ波のみの変換光Ｌ_２に変換した。しかし、例えば、偏波変換部３の構造等によっては、被変換光Ｌ_１をＴＭ波のみの変換光Ｌ_２に変換しても良い。

第２光素子１０では、ＴＭ０の第２光Ｃ_２をＴＥ１の第３光Ｃ_３に変換することにより、ＴＥ０の第１光Ｃ_１とＴＥ１の第３光Ｃ_３を含む変換光Ｌ_２を得た。しかし、不要な他の伝播モードの励起によるノイズを許容できるならば、第３光Ｃ_３を、１次モードのＴＥ波以外の高次の伝搬モードに変換してもよい。

（変形例）
続いて、図７及び図８を用いて、第２光素子１０の変形例について説明する。図７は、変形例の入力部の構造を模式的に示す平面図である。図８（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、偏波変換部３の変形例を示す横断面図である。

図７に示す入力部４’（以下、第２入力部４’とも称する）は、以下の２点が、図４の入力部４（以下、第１入力部４とも称する。）とは異なっており、その結果、第２入力部４’は、第１入力部４よりも構造が単純化されている。
（１）偏波変換部３と、第２及び第３領域４’ｂ及び４’ｃとを一体のテーパ形光導波路４’Ｔとした点
（２）第１領域４’ａの幅Ｗ_４’ａが、図４の入力部４の幅Ｗ_４ａよりも狭い点
以下、これらの相違点について主に説明する。

第２光Ｃ_２（ＴＭ０）から第３光Ｃ_３（ＴＥ１）への偏波変換は、４５０〜５５０ｎｍの幅（以下、変換幅とも称する。）の光導波路で生じる。第２入力部４’は、偏波変換が生じない幅Ｗ_４’ａ（約３８０ｎｍ）の第１領域４’ａから、変換幅を含み、幅Ｗ_４’ｃが約１μｍの出射口４ｄに至るまで、１個のテーパ形光導波路４’Ｔとして構成されている。つまり、第２領域４’ｂ、偏波変換部３及び第３領域及び４’ｃが、１つのテーパ角で表される継ぎ目の無い一体的なテーパ形光導波路４’Ｔを成している。テーパ形光導波路４’Ｔの長さＤ_Ｔは、例えば、約１１μｍである。

また、上述のように、第１領域４’ａの幅Ｗ_４’ａ（約３８０ｎｍ）は、チャネル型光導波路９_１ａの幅Ｗ_９（約４４０ｎｍ）より狭いので、チャネル型光導波路９_１ａと第１領域４’ａの幅Ｗ_４’ａとを接続するテーパ形光導波路９’_１ｂは、光伝搬方向と共に幅が狭くなっていく。このテーパ形光導波路９’_１ｂの長さＤ_９’１は約３μｍである。長さＤ_９’１をこの値とすることにより、チャネル型光導波路９_１ａと第１領域４’ａとがなだらかに接続され、角部での回折によるロスが低減される。

このように、第２入力部４’は、第１入力部４に比較して構造が単純であるので、作成が容易である。また、テーパ形光導波路４’Ｔに偏波変換用に一定幅の領域を設けた場合に比べ、第２入力部４’は、偏波変換特性が、各部の幅の寸法誤差や、被変換光Ｌ_１の波長誤差で左右され難い。

続いて、図８を参照して、偏波変換部３の変形例について説明する。上述した第２光素子１０では、凸形のコア１２ａ（図３（Ｂ））の有するＺ方向に関する屈折率の非対称性を利用して、偏波を変換した。しかし、図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す光導波路１２によっても、所望の偏波変換を行うことができる。以下、それぞれについて説明する。

図８（Ａ）は、コア１２ａの横断面形状が「Ｌ字形」の光導波路１２であり、中心軸Ｏ_３に対して、コア１２ａの屈折率が非対称に分布している。このような光導波路１２によっても偏波を変換することができる。

図８（Ｂ）は、凸形の突出部が基板１１の主面１１ａに平行に突出する横断面形状のコア１２ａを備える光導波路１２であり、屈折率が非対称に分布している。このような光導波路によっても偏波を変換することができる。

図８（Ｃ）及び（Ｄ）は、屈折率がｎ_１の第１クラッド１２ｂ_１と、屈折率がｎ_２（≠ｎ_１）の第２クラッド１２ｂ_２とを用いて、コア１２ａの周りの屈折率分布を非対称とした場合を示している。

図８（Ｃ）は、基板１１の主面１１ａ上に、第１クラッド１２ｂ_１及び第２クラッド１２ｂ_２をこの順序で積層し、両クラッド１２ｂ_１及び１２ｂ_２の境界にコア１２ａを配置している。この例でも、コア１２ａを中心として、厚み方向に屈折率の非対称性を有する光導波路１２が得られ、偏波を変換することができる。なお、上層に設けられる第２クラッド１２ｂ_２は大気でも良い。

また、この例では、コア１２ａの横断面形状が矩形状であるので、第２光素子１０や、図８（Ａ）及び（Ｂ）の光導波路１２に比べて作成しやすい。

図８（Ｄ）は、基板１１の主面１１ａ上の境界線Ｂで、互いに接する２領域にそれぞれ第１及び第２クラッド１２ｂ_１及び１２ｂ_２が積層されている。そして、クラッド１２ｂ中に、第１及び第２クラッド１２ｂ_１及び１２ｂ_２に跨ってコア１２ａが埋め込まれている。この例でも、コア１２ａを中心として、屈折率の非対称性を有する光導波路１２が得られ、偏波を変換することができる。

第２光素子１０では、入力部４とＭＭＩ光導波路５ａとの間に、テーパ状の第３領域４ｃ及び４’ｃを設けた。しかし、入力部４及び４’からＭＭＩ光導波路５ａに変換光Ｌ_２を入力する際の回折によるロスを許容できるならば、第３領域４ｃ及び４’ｃを設ける必要は無い。

第２光素子１０では、偏波変換部３の薄膜部３ｂの幅Ｗ_３ｂを約２μｍとした場合について説明した。しかし、薄膜部３ｂの幅Ｗ_３ｂは２μｍには限定されず、幅Ｗ_３ｂが数ｎｍでも第２光Ｃ_２（ＴＭ０）から第３光Ｃ_３（ＴＥ１）への変換を行うことができる。ただし、この場合、変換効率が低いので、偏波変換部３の光伝搬方向に沿った長さＤ_３を長くする必要がある。

第２光素子１０では、出力ポート７_１及び７_２が偏波変換部３を備える場合について説明した。しかし、出力光Ｌ_４１及びＬ_４２をそのまま受光素子で受光する等、出力光Ｌ_４１及びＬ_４２の光強度のみが問題となる場合には、出力ボート７_１及び７_２に偏波変換部３を設ける必要は無い。

［実施形態２］
図９を参照して、実施形態２の光素子（以下、第３光素子とも称する。）について説明する。図９は第３光素子の概略的な構造を示す平面図である。なお、図９においては、基板１１及びクラッド１２ｂの図示を省略する。また、チャネル型光導波路を単なる実線で描いている。

（構造）
第３光素子２０は、所謂アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）である。第３光素子２０は、光処理部５’の構成が第２光素子１０と異なっている点、及びＫ個（Ｋは２以上の整数）の出力ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１が設けられている点以外は、第２光素子１０と同様に構成されている。従って、相違点である光処理部５’について説明する。

光処理部５’は、第１及び第２平面光導波路１３及び１５と、両者１３及び１５を接続する光路長が異なる第１〜第Ｎチャネル型光導波路１７_１〜１７_Ｎ（Ｎは３以上の整数）で構成される。以下、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１７_１〜１７_Ｎを導波路アレイ１７と総称することもある。

ここで、「光路長」とは、一般に、光導波路の幾何学的な長さＦを、ある波長の光に関する光導波路の等価屈折率Ｇで補正した光学的な長さである。光路長をＲとすると、ＲはＦ×Ｇで与えられる。以降、「光路長」と記載しない長さ（幅、厚み、高さ等を含む）は、単に、幾何学的な長さを示す。

偏波変換部３は、第３光素子２０の第１平面光導波路１３の一端面に設けられた光入出力用の第１ポートＰ_１に設けられている。そして、偏波変換部３と第１ポートＰ_１とで入力部４が構成されている。なお、偏波変換部３には、変形例を含めて、任意好適な構造を採用できる。

出力部７は、第３光素子２０の第２平面光導波路１５の一端面に設けられたＫ個の光入出力用の第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１として構成されている。

（動作）
以下、図９を参照して、第３光素子２０の動作について説明する。

第１ポートＰ_１には、例えば局からの光ファイバ（図示せず）が接続されて、波長λ_１〜λ_Ｋがそれぞれ異なる第１〜第Ｋ成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋが被変換光Ｌ_１として入力される。各成分光Ｓ_Ｇ（Ｇは、１〜Ｋの整数）は、それぞれ、ＴＥ０である第１光Ｃ_１とＴＭ０である第２光Ｃ_２とを含んでいる。

被変換光Ｌ_１に含まれる第１〜第Ｋ成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋは、第１ポートＰ_１に設けられた偏波変換部３により、それぞれの成分光において、ＴＭ０の第２光Ｃ_２がＴＥ１の第３光Ｃ_３へと変換されて、第１及び第３光Ｃ_１及びＣ_３を含む変換光Ｌ_２として、光処理部５に入力される。その結果、各成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋの伝搬モードの構成は、第１及び第３光Ｃ_１（ＴＥ０）及びＣ_３（ＴＥ１）へと変化するが、波長λ_１〜λ_Ｋ自体は変わらない。

これらの変換光Ｌ_２は、第１平面光導波路１３中を回折により広がりながら、テーパ状光導波路１３Ｔ_１〜１３Ｔ_Ｎを介して、導波路アレイ１７に入射し、導波路アレイ１７を伝搬する。

この導波路アレイ１７を伝搬した変換光Ｌ_２は、テーパ状光導波路１５Ｔ_１〜１５Ｔ_Ｎから、第２平面光導波路１５に達し、さらに、波長ごとに第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１に集光されて出力される。すなわち、互いにΔＬずつ光路長が異なるチャネル型光導波路１７_１〜１７_Ｎを伝搬した結果、各成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋには波長に応じた位相差が生じる。それにより、第２平面光導波路１５では、成分光の波長Ｓ_１〜Ｓ_Ｋに応じて集束光の波面が傾き、それぞれの成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋは、この傾斜角により第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１の何れかに集光し、出力される。

すなわち、光処理部５’を伝搬することにより、波長が異なる成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋを含む変換光Ｌ_２は、波長分離処理を施された処理光Ｌ_３となる。その結果、各成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋは、変換光Ｌ_２と同様の伝搬モードと強度比、つまり、第１及び第３光Ｃ_１及びＣ_３の強度比を保ったまま、波長分離されて、第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１に集光される。

そして、第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１に接続された光導波路から、波長分離された出力光Ｌ_４１〜Ｌ_４Ｋとしてそれぞれ出力される。

（効果）
第３光素子２０は、波長が異なる成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋに対して、第２光Ｃ_２から第３光Ｃ_３への偏波変換を行い、光処理部５’に、ＴＥ波及びＴＭ波の何れか一方の偏波の変換光Ｌ_２を入力する。その結果、光処理部５’を構成する第１及び第２平面光導波路１３及び１５と、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１７_１〜１７_Ｎを１つ偏波でのみ所定の処理を行うように設計すればよく、設計を大幅に簡略化することができる。

（変形例）
第３光素子２０では、出力光Ｌ_４を受光素子で受光させる想定の下で、出力部７に、偏波変換部３を設けない場合について説明した。しかし、第２光素子１０と同様に、出力用の第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１に偏波変換部を設けてもよい。

［実施形態３］
図１０を参照して、実施形態３の光素子（以下、第４光素子とも称する。）について説明する。図１０は第４光素子の概略的な構造を示す平面図である。なお、図１０においては、基板１１及びクラッド１２ｂの図示を省略する。また、チャネル型光導波路を単なる実線で描いている。

（構造）
第４光素子３０は、所謂エッシェル型回折格子１９を利用した波長合分波器であり、光処理部５’’が、第３光素子２０の平面光導波路１８と、平面光導波路１８の他端面に設けられるエッシェル型回折格子１９とで構成されている点、及び入力部４と出力部７とが、第４光素子３０の一端面２１に設けられている以外は、第３光素子２０と同様に構成されている。従って、これらの相違点について説明する。

偏波変換部３は、第４光素子３０の平面光導波路１８の一端面２１に設けられた光入出力用の第１ポートＰ_１に設けられている。そして、偏波変換部３と第１ポートＰ_１とで入力部４が構成されている。

また、出力部７は、第４光素子３０の平面光導波路１８の一端面２１に設けられたＫ個（Ｋは２以上の整数）の光入出力用の第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１として構成されている。

（動作）
以下、図１０を参照して、第４光素子３０の動作について説明する。

第１ポートＰ_１には、例えば局からの光ファイバ（図示せず）が接続されて、波長λ_１〜λ_Ｋがそれぞれ異なる第１〜第Ｋ成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋが被変換光Ｌ_１として入力される。各成分光Ｓ_Ｇ（Ｇは、１〜Ｋの整数）は、それぞれ、ＴＥ０である第１光Ｃ_１とＴＭ０である第２光Ｃ_２とを含んでいる。

被変換光Ｌ_１に含まれる第１〜第Ｋ成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋは、第１ポートＰ_１に設けられた偏波変換部３により、それぞれの成分光において、ＴＭ０の第２光Ｃ_２がＴＥ１の第３光Ｃ_３へと変換されて、第１及び第３光Ｃ_１及びＣ_３を含む変換光Ｌ_２として、光処理部５”に入力される。その結果、各成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋの伝搬モードの構成は、第１及び第３光Ｃ_１（ＴＥ０）及びＣ_３（ＴＥ１）へと変化するが、波長λ_１〜λ_Ｋ自体は変わらない。

これらの変換光Ｌ_２は、平面光導波路１８中を回折により広がりながらエッシェル型回折格子１９に至り、各成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋの波長により異なった角度で反射され、一端面２１に設けられた第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１に集光されて出力される。

すなわち、光処理部５’’を伝搬することにより、波長が異なる成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋを含む変換光Ｌ_２は、波長分離処理を施された処理光Ｌ_３となる。その結果、各成分光Ｓ_１〜Ｓ_Ｋは、変換光Ｌ_２と同様の伝搬モードと強度比、つまり、第１及び第３光Ｃ_１及びＣ_３の強度比を保ったまま、波長分離されて、第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１に集光される。

そして、第２〜第Ｋ＋１ポートＰ_２〜Ｐ_Ｋ＋１に接続された光導波路から、波長分離された出力光Ｌ_４１〜Ｌ_４Ｋとして出力される。

第４光素子３０は、第３光素子２０と同様の効果を奏する。

１，１０，２０，３０ 光素子
３ 偏波変換部
４，４’ 入力部
４ａ，４’ａ 第１領域
４ａ_１，４’ａ_１後側領域
４ａ_２，４’ａ_２前側領域
４ｂ，４’ｂ 第２領域
４ｃ，４’ｃ 第３領域
４ｄ 出射口
４ｅ 角部
５ 光処理部
５ａ ＭＭＩ光導波路
５ｂ 第１端面
５ｃ 第２端面
５ｄ 第３端面
５ｅ 第４端面
７ 出力部
７_１〜７_Ｎ 出力ポート
９_１，９’_１，９_２，９_３ 光導波路
９_１ａ，９’_１ａ，９_２ａ，９_３ａ，１７_１〜１７_Ｎ チャネル型光導波路
９_１ｂ，９’_１ｂ，９_２ｂ，９_３ｂ テーパ形光導波路
１１基板
１１ａ 主面
１２ 光導波路
１２ａ コア
１２ｂ クラッド
１３ 第１平面光導波路
１３Ｔ_１〜１３Ｔ_Ｎ，１５Ｔ_１〜１５Ｔ_Ｎ テーパ状光導波路
１５ 第２平面光導波路
１８ 平面光導波路
１９ エッシェル型回折格子
２１ 一端面

Claims (16)

1. コアと、該コアの周囲に設けられ、該コアの屈折率の７１．４％以下の屈折率のクラッドとを備える光導波路を有し、
   該光導波路が、
   偏波が異なる第１及び第２光を含む被変換光が入力され、前記第２光を、伝搬モード次数が異なり且つ偏波が前記第１光と等しい第３光に変換し、前記第１及び第３光を含む変換光を生成する偏波変換部と、
   複数の出力ポートを有する出力部と、
   １以上の多モード干渉光導波路又は平面光導波路を備え、入力される前記変換光に所定の処理を行うとともに、前記出力ポートが接続された箇所において、前記伝搬モードの次数及び強度比が前記変換光と同様に保たれた前記第１及び第３光を含む処理光を生成する光処理部と
   を備えることを特徴とする光素子。
2. 前記偏波変換部は、光伝搬方向に沿った中心線に対して、屈折率が非対称に分布していることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
3. 前記光導波路が基板の主面側に設けられており、
   前記偏波変換部において、前記コアの光伝搬方向に垂直な断面形状が、非対称であることを特徴とする請求項２に記載の光素子。
4. 前記光導波路が基板の主面側に設けられており、
   前記偏波変換部が、光伝搬方向に垂直な断面において場所により屈折率が異なる前記クラッドと、前記コアの周りで前記クラッドの前記屈折率が非対称に分布する位置に配置された当該コアとで構成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の光素子。
5. 前記偏波変換部は、光伝搬方向に垂直な断面形状が凸形のリブ状コアを備え、該リブ状コアの下面が前記主面に平行に配置されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の光素子。
6. 前記リブ状コアが、前記主面に垂直に測った厚みが薄く大面積の薄膜部と、該薄膜部上に設けられ、前記主面に垂直に測った厚みが、前記薄膜部よりも厚く、前記薄膜部よりも面積が小さい厚膜部とを備え、
   該厚膜部の光伝搬方向に垂直方向の断面サイズは、前記光処理部との距離が短くなるに連れて大きくなっていくことを特徴とする請求項５に記載の光素子。
7. 前記薄膜部と前記厚膜部とが一体であることを特徴とする請求項６に記載の光素子。
8. 前記薄膜部と前記厚膜部とが貼り合わせられていることを特徴とする請求項６に記載の光素子。
9. 前記偏波変換部が、互いに屈折率が異なる第１及び第２クラッドを備えた前記クラッドと、前記第１及び第２クラッドの境界に配置された前記コアとで構成されることを特徴とする請求項２〜９の何れか一項に記載の光素子。
10. 前記光処理部が前記多モード干渉光導波路で構成され、該多モード干渉光導波路が、矩形状の平行平板であり、該平行平板の第１端面に前記偏波変換部を備え、該第１端面に対向する第２端面に第１及び第２出力ポートを有する出力部を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光素子。
11. 互いに波長が異なる前記被変換光が、第１〜第Ｍ成分光（Ｍは１以上の整数）を含み、
    前記所定の処理が、前記第１〜第Ｍ成分光の波長に応じた分配比での、前記処理光に含まれる当該第１〜第Ｍ成分光の前記第１及び第２出力ポートへの出力であることを特徴とする請求項１０に記載の光素子。
12. 前記第１及び第２出力ポートのそれぞれに、前記偏波変換部が設けられていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光素子。
13. 前記光処理部が、第１及び第２平面光導波路と、光路長が規則的に変化し、前記第１及び第２平面光導波路を接続する複数のチャネル型光導波路とを備え、
    前記第１平面光導波路に、前記偏波変換部が設けられ、
    前記第２平面光導波路に、出力部が設けられることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光素子。
14. 前記被変換光が、互いに波長が異なる第１〜第Ｋ成分光（Ｋは２以上の整数）を含み、
    前記出力部が、第１〜第Ｋ出力ポートを備え、
    前記複数のチャネル型光導波路のそれぞれの光路長は、前記第１〜第Ｋ成分光を前記第１〜第Ｋ出力ポートへそれぞれ出力するように設計されていることを特徴とする請求項１３に記載の光素子。
15. 前記光処理部が、一方の端面に前記偏波変換部と出力部とを備え、前記一方の端面に対向する他方の端面に回折格子を備える前記平面光導波路で構成されることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光素子。
16. 前記被変換光が、互いに波長が異なる第１〜第Ｋ成分光（Ｋは２以上の整数）を含み、
    前記出力部が、第１〜第Ｋ出力ポートを備え、
    前記回折格子及び前記平面光導波路は、前記第１〜第Ｋ成分光を前記第１〜第Ｋ出力ポートへそれぞれ出力するように設計されていることを特徴とする請求項１５に記載の光素子。

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