JP2015152729A - Optical element - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplex)通信において用いられる、波長の異なる成分光の合分波に用いる多モード干渉(以下、MMI(Multi Mode Interference)とも称する)光導波路型の光素子に関する。 The present invention is, for example, a multimode interference (hereinafter also referred to as MMI (Multi Mode Interference)) optical waveguide type used for multiplexing / demultiplexing of component light having different wavelengths used in wavelength division multiplexing (WDM) communication. The present invention relates to an optical element.
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。光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。 In an optical subscriber communication system in which optical transmission from the subscriber side to the station side (uplink communication) and optical transmission from the station side to the subscriber side (downlink communication) are performed using one optical fiber, uplink communication In addition, light of different wavelengths may be used for downlink communication. The mainstream at present in optical subscriber systems is GE-PON (Gigabit Ethernet (registered trademark) -Passive Optical Network) capable of two-way communication at a rate of 1 Gbps or higher. In recent years, as a next-generation technology that replaces GE-PON, WDM-PON with increased multiplicity of wavelengths used for communication has been studied. In WDM-PON, in principle, a communication speed exceeding 10 Gbps can be obtained in both directions.
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。 In WDM-PON, a station-side terminator (OLT: Optical Line Terminal) and a subscriber-side terminator (ONU: Optical Network Unit) are provided at the ends of the optical fiber used for communication at the station side and the subscriber side, respectively. It is done. These terminators include a light emitting element, a light receiving element, and a wavelength multiplexing / demultiplexing element that multiplexes / demultiplexes light of a plurality of wavelengths.
一般に、発光素子、受光素子、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る(例えば、非特許文献1及び特許文献1〜6参照)。
Generally, a light emitting element, a light receiving element, and a wavelength multiplexing / demultiplexing element are integrated on a common substrate provided with an optical waveguide (see, for example, Non-Patent
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(SiO2)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。 In recent years, a Si optical waveguide using a core made of silicon (Si) and a clad made of silicon oxide (SiO 2 ) having a large refractive index difference from Si is used for connection between these elements. . Since the refractive index of the core of the Si optical waveguide is much larger than the refractive index of the clad, light confinement is strong, and a curved optical waveguide that bends light with a small curvature radius of about 1 μm can be formed. In addition, since it can be manufactured using the processing technology of the Si electronic device, an extremely fine submicron cross-sectional structure can be realized. Therefore, the element size can be reduced by using the Si optical waveguide.
Si光導波路を用いた波長合分波素子には、マッハツェンダ干渉器型、方向性結合器型、グレーティング型、及びMMI光導波路型等が存在する。 Wavelength multiplexing / demultiplexing elements using Si optical waveguides include Mach-Zehnder interferometer type, directional coupler type, grating type, and MMI optical waveguide type.
しかし、マッハツェンダ干渉器型は、結合係数や等価屈折率等に大きな波長依存性があるため、ONUで求められる波長分離特性を得ることが困難である。 However, since the Mach-Zehnder interferometer type has a large wavelength dependency in the coupling coefficient, the equivalent refractive index, and the like, it is difficult to obtain the wavelength separation characteristics required by the ONU.
また、方向性結合器型は、透過率の波長依存性が大きいため、光源等の波長ずれに弱い傾向がある。 In addition, the directional coupler type tends to be weak against wavelength shift of a light source or the like because the transmittance has a large wavelength dependency.
また、MMI光導波路型では、不要な高次モードとの干渉により、MMI光導波路内での周期関数的な伝搬状態を得ることが難しく、良好な波長分離特性が得られにくい。さらに、構造由来の光のロスが大きい傾向がある(例えば、Optics Engneering vol.41,pp.723−727,2002年3月参照)。 Also, in the MMI optical waveguide type, it is difficult to obtain a periodic function propagation state in the MMI optical waveguide due to interference with unnecessary higher-order modes, and it is difficult to obtain good wavelength separation characteristics. Further, the loss of light derived from the structure tends to be large (see, for example, Optics Engineering vol. 41, pp. 723-727, March 2002).
また、上述した全形式の波長合分波素子では、Si光導波路における大きな偏波依存性が問題となっている。 Further, in all types of wavelength multiplexing / demultiplexing devices described above, a large polarization dependency in the Si optical waveguide is a problem.
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、偏波無依存で動作するとともに、光のロスを抑えつつ周期関数的な出力特性を持ち、MMI光導波路型の波長合分波素子として用いることができる光素子を得ることにある。 The present invention has been made with such a technical background. Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical element that operates as a polarization-independent and has an output characteristic that is periodic function while suppressing light loss, and can be used as an MMI optical waveguide type wavelength multiplexing / demultiplexing element. There is to get.
発明者は、鋭意検討の結果、光入出力用のテーパ状の幅テーパ光導波路と、光の電場分布を合成するMMI光導波路とを、波長分離用のMMI光導波路に接続することにより、上述の課題を解決できることに想到した。 As a result of intensive studies, the inventor has connected the above-mentioned tapered width tapered optical waveguide for light input / output and the MMI optical waveguide for synthesizing the electric field distribution of light to the above-mentioned MMI optical waveguide for wavelength separation. I was able to solve this problem.
従って、本発明の光素子は、共通平面の上側に、コアと、コアの周囲に設けられたクラッドとを備える光導波路を有しており、入力された波長の異なるi個(iは2以上の整数)の光を偏波無依存で合分波する光素子である。 Therefore, the optical element of the present invention has an optical waveguide provided with a core and a clad provided around the core on the upper side of the common plane, and i pieces (i is 2 or more) having different input wavelengths. This is an optical element that multiplexes and demultiplexes the light of an integer of
この光素子は、光伝搬方向に沿って、第1幅テーパ光導波路と、第1多モード干渉光導波路と、第2多モード干渉光導波路とを備える。 The optical element includes a first width tapered optical waveguide, a first multimode interference optical waveguide, and a second multimode interference optical waveguide along the light propagation direction.
そして、第1幅テーパ光導波路は、光入出力用のテーパ状の光導波路であって、第1多モード干渉光導波路の一端面に接続され、第1幅テーパ光導波路の第1多モード干渉光導波路とは反対側の端面に第1光入出力ポートを備える。 The first width tapered optical waveguide is a tapered optical waveguide for optical input / output, and is connected to one end face of the first multimode interference optical waveguide, and the first multimode interference of the first width tapered optical waveguide. A first optical input / output port is provided on the end surface opposite to the optical waveguide.
また、第1多モード干渉光導波路は、波長分離用のMMI光導波路であって、第1多モード干渉光導波路に入力される光の、少なくとも0次モード光及び1次モード光を励起できる幅を有する。 The first multimode interference optical waveguide is an MMI optical waveguide for wavelength separation, and has a width capable of exciting at least the 0th-order mode light and the first-order mode light of the light input to the first multimode interference optical waveguide. Have
さらに、第2多モード干渉光導波路は、光の電場分布を合成するMMI光導波路であって、第2多モード干渉光導波路に入力される光の、少なくとも0次モード光、1次モード光及び2次モード光を励起できる幅を有し、第1多モード干渉光導波路とは反対側の端面に第2及び第3光入出力ポートとを備える。 Further, the second multimode interference optical waveguide is an MMI optical waveguide that synthesizes the electric field distribution of light, and at least the 0th-order mode light, the first-order mode light, and the light input to the second multimode interference optical waveguide The second mode light input / output port is provided on the end surface opposite to the first multimode interference optical waveguide.
そして、第1幅テーパ光導波路は、第1多モード干渉光導波路に向かうにつれて幅が拡大し、第1多モード干渉光導波路側の端面において第1多モード干渉光導波路の幅の1/2以上の幅を有し、第1多モード干渉光導波路の中心軸からずれた位置に設けられており、第1多モード干渉光導波路において、0次モード光及び1次モード光のみを励起させる。 The width of the first width taper optical waveguide is increased toward the first multimode interference optical waveguide, and at the end surface on the first multimode interference optical waveguide side, the width of the first multimode interference optical waveguide is ½ or more. The first multi-mode interference optical waveguide excites only the 0th-order mode light and the first-order mode light in the first multi-mode interference optical waveguide.
この発明の光素子では、第1幅テーパ光導波路が第1多モード干渉光導波路で励起するモードを0次及び1次に限定することで、偏波無依存な波長分離を行う。さらに、第2多モード干渉光導波路が、出力光の電場を所望な分布に合成することにより、クラッドへの放射によるロスを低減することができる。 In the optical element according to the present invention, polarization-independent wavelength separation is performed by limiting the modes excited by the first multi-mode interference optical waveguide to the 0th order and the 1st order. Furthermore, since the second multimode interference optical waveguide synthesizes the electric field of the output light into a desired distribution, loss due to radiation to the clad can be reduced.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the shape, size, and arrangement relationship of the components are schematically shown to such an extent that the present invention can be understood. Each of the following embodiments is a preferred example of the present invention, and the material and numerical conditions of each component are merely examples of preferred cases. Accordingly, the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a common component and the description may be abbreviate | omitted.
(発明の概要)
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、本発明の実施形態である第1光素子を簡略化して示す模式図である。図1では第1光素子のコアのみを示し、クラッドの図示を省略する。
(Summary of Invention)
The outline of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a simplified first optical element according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, only the core of the first optical element is shown, and illustration of the cladding is omitted.
第1光素子10は、図が描かれた紙面に平行な共通平面の上側に設けられており、光伝搬方向Rに沿って、互いに接続された第1幅テーパ光導波路12、第1MMI光導波路14、及び第2MMI光導波路16を備える。
The first
第1MMI光導波路14の一端面S1には、第1幅テーパ光導波路12が接続されており、第1幅テーパ光導波路12の、第1MMI光導波路14とは反対側の端面には、第1光入出力ポートP1が設けられている。第1MMI光導波路14の一端面S1とは反対側の他端面S2には、第2MMI光導波路16が接続されている。また第2MMI光導波路16の第1MMI光導波路14とは反対側の端面S3には、第2及び第3光入出力ポートP2及びP3がそれぞれ設けられている。ここで、第2及び第3光入出力ポートP2及びP3の間の端面S3の領域を間隙Gと称する。そして、第1〜第3光入出力ポートP1〜P3には、それぞれ、光入出力用のチャネル型光導波路51,52及び53が接続されている。
A first width taper
この例では、第1光素子10には、チャネル型光導波路51から、波長の異なる第1及び第2光L1及びL2が入力される。そして、これらの光を偏波無依存で波長分離して、第1及び第2光L1及びL2を、それぞれ第2及び第3チャネル型光導波路52及び53から出力する。
In this example, first and second light beams L1 and L2 having different wavelengths are input to the first
概略的に、第1幅テーパ光導波路12は、両光L1及びL2に関して、第1MMI光導波路14中で励起される伝搬モードを0次及び1次モード光に限定する機能を有する。第1MMI光導波路14は、波長の異なる第1及び第2光L1及びL2を偏波無依存で波長分離し、それぞれ、他端面S2の集光スポットF1及びF2に集光する。第2MMI光導波路16は、両光L1及びL2に関して、主に0〜2次モード光を励起する。そして、これらのモード間干渉を利用して、両光L1及びL2の電場分布を合成することにより、間隙Gからクラッドへ漏れ出す光のロスを抑える。その結果、チャネル型光導波路52及び53から、より強度の強い第1及び第2光L1及びL2をそれぞれ出力する。
Schematically, the first width tapered
(第1光素子の構造)
続いて、図1を参照して、第1光素子10の構造をより詳細に説明する。
(Structure of the first optical element)
Next, the structure of the first
なお、図1において矢印Rは、光伝搬方向を便宜的に示している。また、以下の説明において、光伝搬方向Rに沿った幾何学的長さを「長さ」とも称し、紙面に直角な方向に沿った幾何学的長さを「高さ」又は「厚み」とも称し、高さ方向と長さ方向の両者に直角な方向に沿った幾何学的長さを「幅」とも称する。また、光は逆過程が成り立つので、第1及び第2光L1及びL2の伝搬方向は、光伝搬方向Rには限定されない。 In FIG. 1, an arrow R indicates the light propagation direction for convenience. In the following description, the geometric length along the light propagation direction R is also referred to as “length”, and the geometric length along the direction perpendicular to the paper surface is referred to as “height” or “thickness”. The geometric length along the direction perpendicular to both the height direction and the length direction is also referred to as “width”. In addition, since the reverse process is established for light, the propagation directions of the first and second lights L1 and L2 are not limited to the light propagation direction R.
第1幅テーパ光導波路12は、第1MMI光導波路14で励起される第1及び第2光L1及びL2の伝搬モードを、0次モード光及び1次モード光に限定する機能を有する。これにより、第1MMI光導波路14中でのモード間干渉を単純化して、第1及び第2MMI光導波路14及び16での波長分離能力を高める。
The first width tapered
第1幅テーパ光導波路12は、第1MMI光導波路14に向かうにつれて等脚台形状に幅が広くなる平面形状を持つ。また、第1幅テーパ光導波路12は、第1MMI光導波路14の中心軸C2とは、ずれた位置に設けられている。すなわち、第1幅テーパ光導波路12の中心軸C1と第1MMI光導波路14の中心軸C2とは一致しない。そして、第1MMI光導波路14の一端面S1において、第1幅テーパ光導波路12は、第1MMI光導波路14の幅の1/2以上の幅であることが好ましく、より詳細には、第1MMI光導波路14の幅の50〜80%の大きさが好適であり、さらに、70%がより一層好適である。なお、第1幅テーパ光導波路12の幅等の寸法の好適値は、シミュレーションにより求めたものである。
The first width taper
第1MMI光導波路14は、長さが幅よりも長い矩形状の平面形状を持つ。そして、第1MMI光導波路14は、第1及び第2光L1及びL2を偏波無依存で波長分離して、それぞれ、他端面S2の集光スポットF1及びF2に集光する。集光スポットF1は、第1光L1を出力する第2光入出力ポートP2側に存在し、集光スポットF2は、第2光L2を出力する第3光入出力ポートP3側に存在する。
The first MMI
第1MMI光導波路14には、以下に説明する波長分離能力と偏波無依存性とが同時に求められる。
The first MMI
先ず、波長分離能力について説明する。第1光L1と第2光L2を波長分離するために、第1MMI光導波路14は、第1光L1と第2光L2とで、干渉次数の偶奇性が異なるように幅と長さとが設計されている。ここで、干渉次数とは、言わば、図1に示した第1及び第2光L1及びL2の第1MMI光導波路14中での蛇行回数(幅方向について進行方向が反転する回数)に対応する。つまり、図1の例では、第1MMI光導波路14中で3回(干渉次数が奇数)蛇行する第1光L1は、集光スポットF1に集光し、4回(干渉次数が偶数)蛇行する第2光L2は、集光スポットF2に集光する。ここで、第1及び第2光L1及びL2の干渉次数の偶奇性を逆にすれば、第1及び第2光L1及びL2がそれぞれ集光スポットF2及びF1に集光される。
First, the wavelength separation capability will be described. In order to separate the wavelengths of the first light L1 and the second light L2, the first MMI
なお、この例では、分離すべき波長数iが2の場合について説明した。しかし、第1光素子10は、波長数iが3以上の場合、例えば、波長の異なる第1〜第3光L1〜L3についても波長分離が可能である。例えば、第1及び第2光L1及びL2と、第3光L3とで干渉次数の偶奇性を異ならせれば、第1及び第2光L1及びL2と、第3光L3とを波長分離して、第2及び第3光入出力ポートP2及びP3から、それぞれ出力させることができる。
In this example, the case where the number of wavelengths i to be separated is 2 has been described. However, when the number of wavelengths i is 3 or more, the first
続いて、偏波無依存性について説明する。第1MMI光導波路14は、偏波無依存な多モード干渉を行うように幅と長さとが設計されている。具体的には、第1光L1について、TE波の0次及び1次モード光の間の伝搬定数差と、TM波の0次及び1次モード光の間の伝搬定数差とを等しくしている。第2光L2も同様に、両偏波で0次及び1次モード光間の伝搬定数差を等しくしている。これにより、第1MMI光導波路14では、偏波に依存しない波長分離が可能となる。
Next, polarization independence will be described. The width and length of the first MMI
次に、図2(A)及び(B)を参照して、第1MMI光導波路14を伝搬して集光スポットF1及びF2に至った第1及び第2光L1及びL2の電場分布を説明する。なお、図2(A)及び(B)とも一端面S1側から他端面S2を見た場合の電場分布である。図中の軸は幅方向の位置を任意単位で表す。また、軸の上下がそれぞれ、電場の正負に対応する。また、第1MMI光導波路14は偏波無依存なので、両偏波とも図面と同様の電場分布を示す。
Next, with reference to FIGS. 2A and 2B, the electric field distributions of the first and second lights L1 and L2 that have propagated through the first MMI
図2(A)は、波長がλ1である第1光L1の他端面S2での電場分布を示す。1個の大きなピークが0次モード光の電場分布であり、サインカーブ的な曲線が1次モード光の電場分布である。点線が、0次及び1次モードの合成電場分布を示す。 FIG. 2A shows an electric field distribution on the other end surface S2 of the first light L1 having a wavelength λ1. One large peak is the electric field distribution of the zeroth-order mode light, and a sine curve is the electric field distribution of the first-order mode light. The dotted line indicates the combined electric field distribution of the 0th and 1st modes.
合成電場分布は、第1光L1を出力する第2光入出力ポートP2(集光スポットF1)側に大きな正のピークを持ち、集光スポットF2、すなわち間隙G側に長く裾を曳いている。 The combined electric field distribution has a large positive peak on the second light input / output port P2 (condensing spot F1) side that outputs the first light L1, and has a long tail on the condensing spot F2, that is, on the gap G side. .
図2(B)は、波長がλ2である第2光L2の他端面S2での電場分布を示す。第2光L2の電場分布は、1次モード光の電場の正負が逆転している以外は、第1光L1と同様である。1次モード光でのこの違いは、第2光L2と第1光L1とで干渉次数の偶奇性が異なることに由来する。その結果、第2光L2の合成電場分布は、第2光L2を出力する第3出力ポートP3(集光スポットF2)側に大きな正のピークを持ち、集光スポットF1、すなわち間隙G側に長く裾を曳いている。 FIG. 2B shows an electric field distribution on the other end surface S2 of the second light L2 having a wavelength of λ2. The electric field distribution of the second light L2 is the same as that of the first light L1 except that the positive / negative of the electric field of the primary mode light is reversed. This difference in the first-order mode light originates from the fact that the even and odd interference orders differ between the second light L2 and the first light L1. As a result, the combined electric field distribution of the second light L2 has a large positive peak on the third output port P3 (condensing spot F2) side that outputs the second light L2, and on the condensing spot F1, that is, on the gap G side. Long hem.
第2MMI光導波路16は、第1MMI光導波路14よりも幅が広く、長さが短い矩形状の平面形状を持つ。第2MMI光導波路16は、端面S3に、第2及び第3光入出力ポートP2及びP3を備える。第2及び第3光入出力ポートP2及びP3は、第1MMI光導波路14の中心軸C2に対して対称に設けられており、両光入出力ポートP2及びP3の間の端面S3に、上述の間隙Gが存在する。
The second MMI
第2MMI光導波路16の幅は、両光L1及びL2の少なくとも0次〜2次モード光を励起できる大きさに設計される。ただ、第2MMI光導波路16で必要なモードは、2次モード光までであるので、3次以上の高次モード光の励起が抑制されるように幅を選択することが好ましい。
The width of the second MMI
また、第2MMI光導波路16の長さは、両光L1及びL2で、0次モード光と2次モード光との間の位相差がπとなるように設計される。
The length of the second MMI
さらに、この長さは、両光L1及びL2の0次及び1次モード光のビート長の1/4以下、好ましくは1/8以下となるように設計される。ビート長が1/4以下の場合は、両偏波の0次及び1次モード光の位相関係が図2(A)及び(B)の状態を保つとみなすことができる。その結果、第2MMI光導波路16を実用上十分に偏波無依存として取り扱うことができる。ここで、ビート長とは、第2MMI光導波路16を伝搬する光の両偏波間の位相差が2πとなる長さである。
Furthermore, this length is designed to be 1/4 or less, preferably 1/8 or less of the beat length of the 0th-order and 1st-order mode lights of both lights L1 and L2. When the beat length is ¼ or less, it can be considered that the phase relationship between the zero-order and first-order mode lights of both polarizations maintains the state of FIGS. 2 (A) and 2 (B). As a result, the second MMI
第2MMI光導波路16を上述のように設計することで、間隙Gからクラッドに放射される光のロスを低減できる。以下、この点について、図2(C)及び(D)を参照して説明する。図2(C)及び(D)は、端面S3における第1及び第2光L1及びL2の電場分布を示す。なお、電場分布を見る方向、及び図中の軸の意味は図2(A)及び(B)と同様である。なお、図2(C)及び(D)には、第2MMI光導波路16で励起される2次モード光の電場分布も示している。
By designing the second MMI
図2(C)及び(D)に示す第1及び第2光L1及びL2の電場分布は、1次モード光の電場の正負が逆転している以外は同様であるので、第1光L1を例にして説明する。 The electric field distributions of the first and second lights L1 and L2 shown in FIGS. 2C and 2D are the same except that the positive and negative electric fields of the primary mode light are reversed. An example will be described.
第2MMI光導波路16の長さは、上述のように0次モード光と2次モード光の位相差がπとなるように設定されているので、図2(C)に示すように、図の左側では、0〜2次モード光の電場が正となり、それ以外の部分では、各モードの電場の正負が拮抗する分布となる。
Since the length of the second MMI
その結果、点線で示す第1光L1の合成電場分布は、第2光入出力ポートP2(図の左側)で0〜2次モード光の電場の正の部分が重複した大きなピークができ、それ以外の部分では0〜2次モードの電場が相殺して電場強度が0となる。つまり、間隙G方向(図の右側)での電場が0となるため、間隙Gからの放射による光のロスが抑制され、第1光L1の殆どを第2光入出力ポートP2から出力することができる。 As a result, the combined electric field distribution of the first light L1 indicated by the dotted line has a large peak in which the positive part of the electric field of 0 to 2nd mode light overlaps at the second light input / output port P2 (left side of the figure). In other parts, the electric field in the 0 to 2nd mode cancels and the electric field strength becomes zero. That is, since the electric field in the gap G direction (right side in the figure) becomes 0, the loss of light due to the radiation from the gap G is suppressed, and most of the first light L1 is output from the second light input / output port P2. Can do.
図2(D)を参照すると、第2光L2でも同様であり、間隙G方向での電場が0になり、第3光入出力ポートP3側のみに合成電場のピークが存在するために、間隙Gからのロスを抑制することができる。 Referring to FIG. 2D, the same applies to the second light L2, the electric field in the gap G direction becomes 0, and the peak of the combined electric field exists only on the third light input / output port P3 side. Loss from G can be suppressed.
(第1幅テーパ光導波路について)
次に、第1幅テーパ光導波路12の作用について、図3〜図4を参照して、より詳細に説明する。
(About 1st width taper optical waveguide)
Next, the operation of the first width tapered
図3(A)及び(B)は第1幅テーパ光導波路12の有無による第1MMI光導波路14における光の伝搬状態を、シミュレーションに用いた光素子と共に示す模式図である。なお、このシミュレーションの光素子10A及び10Bでは、第1MMI光導波路14中での伝搬状態を強調するために、第2MMI光導波路16を省略している。詳細には、第2MMI光導波路16が接続されるべき他端面S2に、テーパ形の出力用導波路54を介して、チャネル型光導波路52及び53が接続されている。また、光素子10A及び10Bへの入力光の波長を1530.5nmの一波長に限定した。
FIGS. 3A and 3B are schematic views showing the propagation state of light in the first MMI
図3(A)は、第1幅テーパ光導波路12を持たず、チャネル型光導波路51が直接、一端面S1に接続された光素子10Aでの伝搬状態を示す。図3(B)は、第1幅テーパ光導波路12を備えた光素子10Bでの伝搬状態を示す。図3(A)及び(B)の分布図では、横軸が、幅方向の長さ(μm)を示し、縦軸が、光伝搬方向Rの長さ(μm)を示す。また、伝搬光の強度を白黒の濃淡で表しており、色が白いほど光強度が大きいことを示す。
FIG. 3A shows a propagation state in the
図4(A)及び(B)は、光素子10A及び10Bのそれぞれに、チャネル型光導波路51から、波長の異なる第1及び第2光L1及びL2を入力した場合の波長分離特性を示す特性図である。なお、図3及び4のシミュレーションは、BPM法(beam propagation method)により以下の条件で行った。
1)チャネル型光導波路51〜53の横断面を、一辺が300nmの正方形状とした。
2)第1MMI光導波路14の幅を1.61μmとし、長さを150μmとし、厚みを300nmとした。
3)光素子10Bにおいて、第1幅テーパ光導波路12のテーパの長さを4μmとし、幅を300nmから1.13μmまで増加させた。
4A and 4B are characteristics showing wavelength separation characteristics when the first and second lights L1 and L2 having different wavelengths are input from the channel-type
1) The cross-sections of the channel type
2) The width of the first MMI
3) In the
図3(A)を参照すると、第1MMI光導波路14中で、0次モード光から2次以上の高次モード光までが励起されるため、これらの多数のモードが干渉し、複雑な伝搬状態が生じている。一方、図3(B)では、第1幅テーパ光導波路12の作用により、第1MMI光導波路14で、0次及び1次モード光のみが励起されるため、周期的な伝搬状態が生じている。
Referring to FIG. 3A, in the first MMI
図4(A)及び(B)は、光素子10A及び10Bに、波長1.52μmの第1光L1と、波長1.59μmの第2光L2をチャネル型光導波路51から入力したときの波長分離特性を示している。具体的には、出力側のチャネル型光導波路52及び53から出力される光強度を示している。なお、図4(A)及び(B)において、縦軸は任意単位の光強度であり、横軸はμm単位の波長である。
4A and 4B show the wavelengths when the first light L1 having a wavelength of 1.52 μm and the second light L2 having a wavelength of 1.59 μm are input from the channel-type
図4(A)及び(B)を比較すると、第1幅テーパ光導波路12を持つ図4(B)の方が、第1及び第2光L1及びL2に関して優れた波長分離特性を示している。具体的には、第1及び第2光L1及びL2の波長分離曲線がそれぞれ左右対称であるとともに、第1及び第2光L1及びL2のピーク波長で良好な消光比を示している。ここで、消光比とは、所定のピーク波長における、一方の光のピーク強度に対する他方の光の強度比である。
Comparing FIGS. 4A and 4B, FIG. 4B having the first width tapered
ただ、光素子10Bは、波長が1.52μmの第1光L1のピーク強度が、光素子10Aよりも小さくなっている。具体的には、第1光L1の出力に約2dBのロスが生じている。これは、図3(B)より分かるように、光素子10Bでは、光強度の強い領域(図中、白色領域)が、第1MMI光導波路14の幅方向の中央に存在するので、他端面S2において、チャネル型光導波路52及び53の中間の間隙Gから光がクラッドに放射されてしまうためである。
However, in the
(第2光素子)
続いて、図5〜図8を参照して、本発明の別の実施形態の第2光素子について説明する。図5は、第2光素子の斜視図である。図5においては、光導波路を構成するコアは、クラッドに覆われており直接目視できないが、強調のために実線で示している。
(Second optical element)
Then, with reference to FIGS. 5-8, the 2nd optical element of another embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 5 is a perspective view of the second optical element. In FIG. 5, the core constituting the optical waveguide is covered with the clad and cannot be seen directly, but is shown by a solid line for emphasis.
第2光素子30は、第3MMI光導波路18及び第2幅テーパ光導波路20を備える以外は、第1光素子10と同様に構成されている。よって、以下、この相違点を中心に説明する。
The second
図5を参照すると、第3MMI光導波路18は、第1及び第2MMI光導波路14及び16の間に設けられている。
Referring to FIG. 5, the third MMI
第3MMI光導波路18は、光伝搬方向Rに沿って幅が拡大する等脚台形状の平面形状を持つ。具体的には、第3MMI光導波路18の幅は、第1MMI光導波路14の幅から、第2MMI光導波路16の幅まで増加する。つまり、第3MMI光導波路18は、第1MMI光導波路14から、第2MMI光導波路16との間の幅の変化を緩やかにしている。これにより、第3MMI光導波路18中では、両光L1及びL2の0次〜2次モード光が主に励起され、3次以上の不要な高次モード光の励起が抑制される。このように不要な高次モード光の励起が抑制されるので、第3MMI光導波路18を設けることで、第2及び第3光入出力ポートP2及びP3(図6参照)における電場分布を、容易に、波長分離に適した状態とすることができる。
The third MMI
なお、第3MMI光導波路18を設ける場合、第2MMI光導波路16と共にシミュレーション等で設計することが好ましい。
In addition, when providing the 3rd MMI
(第1及び第2光素子に共通した構造)
主に図5を参照して、第1及び第2光素子10及び30に共通した構造について説明する。第1及び第2光素子10及び30は、共通平面8aの上側に設けられたコア7と、コア7の周囲に設けられたクラッド9とを備える光導波路で構成されている。
(Structure common to the first and second optical elements)
A structure common to the first and second
ここで、共通平面8aを、SOI(silicon on insulator)基板6に設けられる下層Si層8の主面とする。
Here, the
コア7とは、第1及び第2幅テーパ光導波路12及び20と、第1〜第3MMI光導波路14,18及び16を示す。クラッド9は、コア7の全周囲を覆っている。この例では、第1及び第2光素子10及び30は、コア7の屈折率が約3.47のSi製であり、クラッド9の屈折率が約1.46のSiO2製のSi光導波路で構成されている。このように、コア7の屈折率に対して71.4%以下の屈折率を持つクラッド9を用いることで、第1及び第2光素子10及び30のサイズを小さくすることができる。
The
一般に、Si光導波路を用いた光素子では、コアの厚みは0.5μm以下、より好ましくは0.3μm以下とすることが好ましい。コアの厚みをこの範囲に設定することにより、第1及び第2光素子10及び30を、厚み方向に関して単一モード光導波路とすることができる。この例では、コア7の厚さを300nmとしている。
In general, in an optical element using a Si optical waveguide, the thickness of the core is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.3 μm or less. By setting the core thickness within this range, the first and second
また、コア7の下側に設けられるクラッド9の厚みtを1μm以上とすることが好ましい。これにより、コア7から下層Si層8への光の放射を抑制することができる。この例では、tを約1.5μmとしている。
Moreover, it is preferable that the thickness t of the clad 9 provided below the
また、第1及び第2光素子10及び30は、偏波無依存で動作するので、波長を合分波した光を伝搬するチャネル型光導波路51〜53も偏波無依存であるのが好ましい。そのため、チャネル型光導波路51〜53の横断面を、1辺が約300nmの正方形状としている。
In addition, since the first and second
第1及び第2光素子10及び30の作成には、SOI基板を用いるのが好ましい。SOI基板では、単結晶である下層Si層8と、SiO2製のBOX(Buried Oxide)層と、単結晶Siの薄膜であるSOI層がこの順序で積層されている。そして、SOI層で所望の形状にコア7を形成し、その後、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等で、コア7を埋め込んでクラッド9となるSiO2を形成すれば、第1及び第2光素子10及び30が得られる。
An SOI substrate is preferably used for the production of the first and second
なお、第1及び第2光素子10及び30は、Si光導波路製に限定されず、石英系導波路、化合物半導体系導波路等、光導波路として公知の種々の材料で形成できる。
The first and second
(第2幅テーパ光導波路)
続いて、図5及び図6を参照して、第2幅テーパ光導波路20について説明する。図6は、第2光素子30の要部拡大平面図であり、クラッド9の図示を省略している。
(Second width taper optical waveguide)
Subsequently, the second width tapered
第2幅テーパ光導波路20は、第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bを備える。第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bは、第2MMI光導波路16の第2及び第3出力ポートP2及びP3にそれぞれ設けられている。
The second width taper
この例では、第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bは、第2光素子30の中心軸C2に対して対称な形状及び配置を持つ。
In this example, the first and second sub-width tapered
図6を参照すると、第1サブ幅テーパ光導波路20aは、台形状の平面形状を持ち、その中心軸C20aが、第2光素子30の中心軸C2から角度θ1だけ傾いている。そして、端面S3上において、チャネル型光導波路52側の底辺の中点から降ろした垂線の足と、中心軸C20aとの距離はSb1である。
Referring to FIG. 6, the first sub-width tapered
なお、第1サブ幅テーパ光導波路20aの中心軸C20aとは、端面S3に接続された台形の一方の底辺の中点と、チャネル型光導波路52に接続された他方の底辺の中点とを結んだ直線である。第2サブ幅テーパ光導波路20bでも同様に中心軸C20b、角度θ2及び距離Sb2が定義される。この例ではθ1=θ2(Sb1=Sb2)である。以下、θ1及びθ2を「傾斜角」とも称する。また、Sb1及びSb2を「変位」とも称する。また、第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bの端面S3における幅をそれぞれW1及びW2とする。この例では、この幅は等しく、W1=W2である。
The central axis C20a of the first sub-width tapered
第1サブ幅テーパ光導波路20aの中心軸C20aは、第1サブ幅テーパ光導波路20aを伝搬する第1光L1の波面の進行方向に平行になるように設定される。中心軸C20aを、このように設定することで、第1光L1の進行方向と、第1サブ幅テーパ光導波路20aの延在方向とが一致し、第1サブ幅テーパ光導波路20aからの光の放射によるロスを抑制できる。第2サブ幅テーパ光導波路20bについても同様である。
The central axis C20a of the first sub-width tapered
ただ、第2光素子30で分離すべき波長差が、1μm以上の場合には、第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20b中で、第1及び第2光L1及びL2の波面の方向が異なる場合もあり得る。この場合には、傾斜角θ1及びθ2を異なる大きさに設定してもよい。
However, when the wavelength difference to be separated by the second
(偏波無依存性とロスの低減)
次に、主に図6及び図7を参照して、第2光素子30が実質的に偏波無依存で、且つ光のロスが抑制されることについて説明する。
(Polarization independence and loss reduction)
Next, mainly referring to FIG. 6 and FIG. 7, it will be described that the second
図7は、第3及び第2MMI光導波路18及び16と第2幅テーパ光導波路20の寸法を変化させたときの、第2光素子30の入力光の透過率を示すシミュレーション結果である。
FIG. 7 is a simulation result showing the transmittance of the input light of the second
図7において、横軸は、図6に示した変位Sb1(=Sb2)の大きさ(μm)を示す。縦軸は、入力光に対する出力光の強度の比率である透過率(dB)を示す。 In FIG. 7, the horizontal axis indicates the magnitude (μm) of the displacement Sb1 (= Sb2) shown in FIG. The vertical axis represents the transmittance (dB) that is the ratio of the intensity of the output light to the input light.
図7には、TE波及びTM波のそれぞれに関して、W1(=W2)の長さを0.8μm、1μm、及び1.2μmと変化させた6本の曲線が描かれている。すなわち、曲線TE(0.8),TE(1)及びTE(1.2)は、それぞれ、W1が0.8μm,1μm及び1.2μmのTE波の透過率を示す。同様に、曲線TM(0.8),TM(1)及びTM(1.2)は、W1が0.8μm,1μm及び1.2μmのTM波の透過率を示す。 FIG. 7 shows six curves in which the length of W1 (= W2) is changed to 0.8 μm, 1 μm, and 1.2 μm for each of the TE wave and the TM wave. That is, the curves TE (0.8), TE (1), and TE (1.2) indicate the transmittance of TE waves with W1 of 0.8 μm, 1 μm, and 1.2 μm, respectively. Similarly, curves TM (0.8), TM (1), and TM (1.2) indicate the transmittance of TM waves having W1 of 0.8 μm, 1 μm, and 1.2 μm.
なお、シミュレーションは以下に列記する条件で、FDTD(Finite-difference time-domain)法で行った。
1)コア7の厚さを300nmとした。
2)第1幅テーパ光導波路12の一端面S1での幅を1202.5nmとした。これは、第1MMI光導波路14の幅の約74.7%である。
3)第1MMI光導波路14の長さを15μmとし、幅を1610nmとした。
4)変位Sb1の長さを−0.02μm〜+0.02μmまで変化させた。なお、変位Sb1の長さが負の場合は、光伝搬方向Rに沿って第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bの中心軸C20aとC20bとが接近することを示し、正の場合は、光伝搬方向Rに沿って第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bの中心軸C20aとC20bとが離間することを示す。
5)第2光素子30への入力光を、第1MMI光導波路14で偏波無依存性が達成される1530.5nmとした。
6)第3MMI光導波路18の長さD18は、μm単位で、式(4×(W1−0.8)/0.6+1)より求めた。
7)第2MMI光導波路16の長さD16は、μm単位で、式(4×(W1−0.8)/0.6+2)より求めた。
8)第2MMI光導波路16の幅を、Gの幅(300nm)+2×W1とした。これは、第2MMI光導波路16の幅を1.7μm〜2.9μmにすることに相当する。
9)第2幅テーパ光導波路20の長さD20は、4μmとした。
10)間隙Gの幅を、300nmとした。
The simulation was performed by the FDTD (Finite-difference time-domain) method under the conditions listed below.
1) The thickness of the
2) The width at the one end face S1 of the first width tapered
3) The first MMI
4) The length of the displacement Sb1 was changed from −0.02 μm to +0.02 μm. In addition, when the length of the displacement Sb1 is negative, it indicates that the central axes C20a and C20b of the first and second sub-width tapered
5) The input light to the second
6) The length D18 of the third MMI
7) The length D16 of the second MMI
8) The width of the second MMI
9) The length D20 of the second width tapered
10) The width of the gap G was set to 300 nm.
図7を参照すると、例えば、曲線TE(0.8),TE(1)及びTE(1.2)に示されるように、第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bの幅W1及びW2が大きくなるほど光のロスが少なくなることが分かる。これは、光のロスを生じる間隙Gの幅(300nm)に対して、光を出力するW1及びW2の幅の比率が大きくなるためと思われる。しかし、図示はしていないが、W1が1.5μmを超えると、逆に、透過率のロスが大きくなる傾向が見られた。
Referring to FIG. 7, for example, as shown by curves TE (0.8), TE (1) and TE (1.2), the width W1 of the first and second sub-width tapered
特に、W1が、1.2μmである曲線TM(1.2)では、変位Sb1が、−0.02μmである場合に、入力光のロスが約0.8dBまで抑制されている。また、同じSb1(=−0.02μm)において、偏波が異なるTE(1.2)では、入力光のロスが約1.15dBまで抑制されている。 In particular, in the curve TM (1.2) where W1 is 1.2 μm, the loss of input light is suppressed to about 0.8 dB when the displacement Sb1 is −0.02 μm. Further, in the same Sb1 (= −0.02 μm), TE (1.2) having different polarizations suppresses the loss of input light to about 1.15 dB.
図4(B)で示した、第2及び第3MMI光導波路16及び18と、第1幅テーパ光導波路12を持たない光素子10Bでの入力光のロスは、約2dBであるので、第2光素子30では、第2及び第3MMI光導波路16及び18と、第2幅テーパ光導波路20を備え、さらに、シミュレーションで最適化を行うことにより、入力光のロスをより減少させることができる。
Since the loss of input light in the
また、第2光素子30を実用的に偏波無依存で動作させるためには、両偏波間の透過率の差が0.5dB以内に収まることが要求される。この意味で、変位Sb1=−0.02μmにおける曲線TE(1.2)とTM(1.2)との透過率の差は、約0.3dBであり、第2光素子30は、上述の条件を満たしている。
Further, in order to operate the second
(ONU及びOLTへの応用)
続いて、図8(A)及び(B)を参照して、加入者系システムで用いられる波長が1.3μm及び1.49μmの光の波長分離に最適化した第2光素子30の波長分離特性について説明する。
(Application to ONU and OLT)
Subsequently, referring to FIGS. 8A and 8B, the wavelength separation of the second
図8(A)では、コア7の厚みを300nmとする条件の下で、FDTD法により、実用上十分な特性が得られるまでシミュレーション繰り返し、以下の1)〜6)の条件を決定した。なお、シミュレーションに当たって、第2光素子30には、全ての波長を含む白色光を入力した。
1)上述の2波長で偏波無依存な波長分離を達成するために、第1MMI光導波路14の幅を1850nmとし、長さを50.5μmとした。
2)第1幅テーパ光導波路12の一端面S1における幅を1365nmとした。この幅は、第2MMI光導波路16の幅の約65%である。また、第1幅テーパ光導波路12のテーパの長さを2μmとした。
3)第2MMI光導波路16の幅を2100nmとし、長さを2μmとした。
4)第3MMI光導波路18の長さを4μmとした。
5)第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bの幅W1及びW2をそれぞれ900nmとし、変位Sb1を−100nmとした。つまり、第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bは、中心軸C2方向に傾いて設けられている。
6)間隙Gの幅を220nmとした。
In FIG. 8 (A), simulation was repeated under the condition that the thickness of the
1) In order to achieve polarization-independent wavelength separation at the two wavelengths described above, the width of the first MMI
2) The width at the one end face S1 of the first width tapered
3) The width of the second MMI
4) The length of the third MMI
5) The widths W1 and W2 of the first and second sub-width tapered
6) The width of the gap G was 220 nm.
図8(A)には、4本の曲線が示されている。曲線L1(TE)及びL1(TM)は、目的波長が約1.49μmに設定された第1光L1のTE波及びTM波の波長分離特性を示す。同様に、曲線L2(TE)及びL2(TM)は、目的波長が約1.3μmに設定された第2光L2のTE波及びTM波の波長分離特性を示す。 FIG. 8A shows four curves. Curves L1 (TE) and L1 (TM) indicate the wavelength separation characteristics of the TE wave and the TM wave of the first light L1 in which the target wavelength is set to about 1.49 μm. Similarly, the curves L2 (TE) and L2 (TM) indicate the wavelength separation characteristics of the TE wave and TM wave of the second light L2 whose target wavelength is set to about 1.3 μm.
図8(A)を参照すると、第2光素子30では、周期関数的な波長分離特性が得られている。また、目的波長である1.3μm及び1.49μm付近では、TE波とTM波とも透過率のロスが0.7dB以内に抑えられている。
Referring to FIG. 8A, the second
さらに、目的波長付近で、TE波とTM波の曲線は略一致しており、実用上十分に偏波無依存性が達成されている。 Further, near the target wavelength, the curves of the TE wave and the TM wave substantially coincide with each other, and the polarization independence is achieved sufficiently for practical use.
図8(B)では、コア7の厚みを220nmとする条件の下で、FDTD法により、実用上十分な特性が得られるまでシミュレーション繰り返し、以下の1)〜6)の条件を決定した。なお、第2光素子30には、全ての波長を含む白色光を入力した。
1)第1幅テーパ光導波路12の一端面S1における幅を437nmとした。この幅は、第2MMI光導波路16の幅の約46%である。
2)上述の2波長で偏波無依存な波長分離を達成するために、第1MMI光導波路14の幅を950nmとし、長さを12μmとした。
3)第2MMI光導波路16の幅を1700nmとし、長さを2μmとした。
4)第3MMI光導波路18の長さを1.3μmとした。
5)第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bの幅W1及びW2をそれぞれ700nmとし、変位Sb1を−20nmとした。つまり、第1及び第2サブ幅テーパ光導波路20a及び20bは、中心軸C2方向に傾いて設けられている。
6)間隙Gの幅を250nmとした。
In FIG. 8 (B), the simulation was repeated under the condition that the thickness of the
1) The width at one end surface S1 of the first width tapered
2) In order to achieve polarization-independent wavelength separation at the two wavelengths described above, the width of the first MMI
3) The width of the second MMI
4) The length of the third MMI
5) The widths W1 and W2 of the first and second sub-width tapered
6) The width of the gap G was 250 nm.
図8(B)を参照すると、第2光素子30では、周期関数的な波長分離特性が得られている。また、目的波長である1.3μm及び1.49μm付近では、TE波とTM波とも透過率のロスは、1dBより小さく、実用上十分に偏波無依存性が達成されていることが分かる。
Referring to FIG. 8B, the second
さらに、目的波長付近で、TE波とTM波の曲線の一致度が図8(A)よりも若干劣っている。 Further, the degree of coincidence between the TE wave and TM wave curves is slightly inferior to that in FIG.
これは、コア7の厚みが220nmの場合には、第1MMI光導波路14の幅が、目的波長の1.5μmの1次モード光のカットオフに近づくために、第1幅テーパ光導波路12の一端面S1における幅を狭くしなければならない等、寸法的な制約が大きくなるためと思われる。
This is because when the thickness of the
7 コア
8 Si基板
8a 共通平面(Si基板8の主面)
9 クラッド
10 第1光素子
12 第1幅テーパ光導波路
14 第1多モード干渉光導波路
16 第2多モード干渉光導波路
18 第3多モード干渉光導波路
20 第2幅テーパ光導波路
20a 第1サブ幅テーパ光導波路
20b 第2サブ幅テーパ光導波路
30 第2光素子
51,52,53 チャネル型光導波路
54 出力用導波路
7
9 Cladding 10 First
Claims (9)
光伝搬方向に直角、且つ、前記共通平面に平行な長さを幅とするとき、
前記光素子が、
光伝搬方向に沿って、第1幅テーパ光導波路と、第1多モード干渉光導波路と、第2多モード干渉光導波路とを備え、
前記第1幅テーパ光導波路は、前記第1多モード干渉光導波路の一端面に接続され、前記第1多モード干渉光導波路とは反対側の端面に第1光入出力ポートを備え、
前記第1多モード干渉光導波路は、該第1多モード干渉光導波路に入力される光の、少なくとも0次モード光及び1次モード光を励起できる幅を有し、
前記第2多モード干渉光導波路は、該第2多モード干渉光導波路に入力される光の、少なくとも0次モード光、1次モード光及び2次モード光を励起できる幅を有し、前記第1多モード干渉光導波路とは反対側の端面に第2及び第3光入出力ポートを備え、
前記第1幅テーパ光導波路は、前記第1多モード干渉光導波路に向かうにつれて幅が拡大し、前記第1多モード干渉光導波路側の端面において前記第1多モード干渉光導波路の幅の1/2以上の幅を有し、前記第1多モード干渉光導波路の中心軸からずれた位置に設けられており、
前記第1多モード干渉光導波路において、前記0次モード光及び1次モード光のみを励起させることを特徴とする光素子。 An optical waveguide having a core and a clad provided around the core is provided on the upper side of the common plane, and input light of i pieces (i is an integer of 2 or more) having different wavelengths is polarization independent. An optical element that multiplexes and demultiplexes at
When the width is perpendicular to the light propagation direction and parallel to the common plane,
The optical element is
A first width tapered optical waveguide, a first multimode interference optical waveguide, and a second multimode interference optical waveguide are provided along the light propagation direction,
The first width tapered optical waveguide is connected to one end face of the first multimode interference optical waveguide, and has a first optical input / output port on an end face opposite to the first multimode interference optical waveguide,
The first multimode interference optical waveguide has a width capable of exciting at least the 0th-order mode light and the first-order mode light of the light input to the first multimode interference optical waveguide;
The second multimode interference optical waveguide has a width capable of exciting at least 0th-order mode light, first-order mode light, and second-order mode light of light input to the second multimode interference optical waveguide, A second and third optical input / output port on the end surface opposite to the one multimode interference optical waveguide;
The width of the first width-tapered optical waveguide is increased toward the first multimode interference optical waveguide, and 1 / of the width of the first multimode interference optical waveguide at the end surface on the first multimode interference optical waveguide side. Having a width of 2 or more, provided at a position shifted from the central axis of the first multimode interference optical waveguide,
In the first multimode interference optical waveguide, only the zeroth-order mode light and the first-order mode light are excited.
入力されたi個の前記光のそれぞれに対し、偶数又は奇数の干渉次数を付与し、偶数の干渉次数を有する光が、前記第2光入出力ポートから出力されるとき、奇数の干渉次数を有する光は、前記第3光入出力ポートから出力され、偶数の干渉次数を有する光が、前記第3光入出力ポートから出力されるとき、奇数の干渉次数を有する光は、前記第2光入出力ポートから出力されることを特徴とする請求項1又は2に記載の光素子。 The first multimode interference optical waveguide includes a propagation constant difference between a TE wave 0th-order mode light and a first-order mode light, a TM wave 0th-order mode light, and a first-order light for each of the i input lights. It has a width that makes the propagation constant difference of mode light equal,
An even or odd interference order is given to each of the input i light beams, and an odd interference order is output when light having an even interference order is output from the second optical input / output port. The light having the interference order is output from the third light input / output port, and the light having the even interference order is output from the third light input / output port, the light having the odd interference order is output from the second light input / output port. The optical element according to claim 1, wherein the optical element is output from an input / output port.
前記第3多モード干渉光導波路は、前記第1多モード干渉光導波路から、前記第2多モード干渉光導波路に向かうにつれて幅が拡大し、
前記第3多モード干渉光導波路は、該第3多モード干渉光導波路に入力されるi個の前記光の、0次モード光、1次モード及び2次モード光を少なくとも励起できる幅を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の光素子。 A third multimode interference optical waveguide is provided between the first and second multimode interference optical waveguides;
The width of the third multimode interference optical waveguide increases from the first multimode interference optical waveguide toward the second multimode interference optical waveguide.
The third multimode interference optical waveguide has a width capable of exciting at least the 0th-order mode light, the first-order mode light, and the second-order mode light of the i pieces of light input to the third multimode interference optical waveguide. The optical element according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記第1及び第2サブ幅テーパ光導波路は、前記第2多モード干渉光導波路から離間するにつれて幅が縮小するとともに、
それぞれの中心軸が、前記第1及び第2サブ幅テーパ光導波路を伝搬する光の波面の方向と一致するように設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光素子。 A second width tapered optical waveguide having first and second sub-width tapered optical waveguides is connected to the second and third optical input / output ports,
The first and second sub-width tapered optical waveguides are reduced in width as they are separated from the second multimode interference optical waveguide,
Each central axis is provided so that it may correspond with the direction of the wave front of the light which propagates the said 1st and 2nd sub width taper optical waveguide. The optical element as described.
前記一端面における前記第1幅テーパ光導波路の端部と、前記第1及び第2側面の何れかとの距離が0(ゼロ)であることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の光素子。 The first multimode interference optical waveguide includes first and second side surfaces that connect between the one end surface and the other end surface;
The distance between the end of the first width taper optical waveguide on the one end surface and any one of the first and second side surfaces is 0 (zero). An optical element according to 1.
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