JP2021124578A - 光回路素子、これを用いた光送受信器、及び光回路素子の製造方法 - Google Patents

光回路素子、これを用いた光送受信器、及び光回路素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光回路素子において、製造誤差に対するトレランスを向上し、製品ごとのばらつきを抑えることのできる光回路素子、これを用いた光送受信器、及び光回路素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に形成される光回路素子１０Ａは、リブ形状の第１導波路１１０と、リブ形状かつ幅方向の形状が第１導波路と非対称の第２導波路１２０Ａと、を有し、第１導波路は、光伝搬方向に沿って幅が変化する第１セグメント１１１と、第１セグメントに連続する第２セグメント１１２を有し、第２導波路は、第１導波路の第２セグメントに隣接する結合導波路１２１Ａを有し、第１導波路の第２セグメントと、第２導波路の結合導波路の少なくとも一方は、光伝搬方向に沿って幅が変化する。【選択図】図４

Description

本発明は、光回路素子とこれを用いた光送受信器、及び、光回路素子の製造方法に関する。
スマートフォンに代表される情報通信端末の普及、ＩｏＴ（Internet of Things）技術の進展などにより、大容量の光通信ネットワークへの要求が高まっている。送信側では、光変調信号の多値化と波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division）により大容量の伝送を実現し、受信側では、デジタルコヒーレント伝送技術により、高速の大容量通信に対処している。偏波多重方式を採用することで、単位時間当たりの情報量が２倍に増える。
一方で、光トランシーバの小型化が求められており、シリコンフォトニクス技術が採用され始めている。シリコンフォトニクスでは、光カプラ、偏波ローテータ、偏光ビームスプリッタ、光変調器等の光回路素子が、シリコンチップ上にモノリシックに集積される。
上部コアの幅と下部コアの幅が異なる上下非対称なコア構造を用いて、ＴＥ１モードとＴＭ０モードの間で高次偏波変換を行う構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１４／２０８６０１号
公知の偏波変換構成では、高次偏波変換素子を非対称方向性結合器と組み合わせて、ＴＥ０モードとＴＭ０モードの変換を実現している。非対称方向性結合器によって、ＴＥ１とＴＥ０の間のモード変換を行っている。非対称方向性結合器は、製造誤差による導波路幅のズレに対するトレランスが低い。導波路幅が設計値からずれると、ＴＥ１モードの光に対する実効屈折率と、ＴＥ０モードの光に対する実効屈折率が互いに異なって変換効率が低下し、出力光の強度が低下する。
本発明は、光回路素子において、製造誤差等に対するトレランスを向上し、製品ごとのバラツキを抑えることを目的とする。
一つの態様では、基板上に形成される光回路素子は、
リブ形状の第１導波路と、
リブ形状、かつ幅方向の形状が前記第１導波路と非対称の第２導波路と、を有し、
前記第１導波路は、光伝搬方向に沿って幅が変化する第１セグメントと、前記第１セグメントに連続する第２セグメントを有し、
前記第２導波路は、前記第１導波路の前記第２セグメントに隣接する結合導波路を有し、
前記第１導波路の前記第２セグメントと、前記第２導波路の前記結合導波路の少なくとも一方は、前記光伝搬方向に沿って幅が変化する形状である。
光回路素子において、製造誤差等に対するトレランスを向上し、製品ごとのバラツキを抑えることができる。
発明者が見出した技術課題を説明する図である。 実施形態の光回路素子が適用される光送受信器の模式図である。 偏波回転及びモード変換の模式図である。 モード変換及び偏波回転の模式図である。 第１実施形態の光回路素子の概略平面図である。 図４のＩ−Ｉ'断面図である。 偏波回転の動作を説明する図である。 方向性結合器におけるＴＥ０モードとＴＥ１モードの間の変換を説明する図である。 ＴＭ０カットフィルタの構成と機能を説明する図である。 第１実施形態の構成の製造誤差トレランスと偏波消光比の改善効果を示す図である。 第２実施形態の光回路素子の概略平面図である。 第２実施形態の構成の製造誤差トレランスと偏波消光比の改善効果を示す図である。 第３実施形態の光回路素子の概略平面図である。 第３実施形態の方向性結合器におけるＴＥ０モードとＴＥ１モードの間の変換を説明する図である。 変形例の構成を示す図である。 変形例の構成を示す図である。
実施形態では、偏波ローテータ、偏波コンバータなど、基板上にモノリシックに形成される光回路素子の製造誤差に対するトレランスを高め、製品ごとのばらつきを抑制する。特に、変換光の透過特性のばらつきを抑制して、出力光の強度を高く維持する。実施形態の具体的な構成を説明する前に、発明者が見出した技術課題について説明する。
図１は、従来構成における製造誤差に対するトレランスの低さと、透過特性の劣化を示す図である。図１（Ａ）は従来の偏波ローテータの模式図、図１（Ｂ）は、従来構成における光導波路の屈折率の誤差分布を示す図、図１（Ｃ）は、従来構成におけるＴＥ０モードの光の透過強度の減衰を示す図である。
図１（Ａ）で、導波路幅が異なる第１導波路ＷＧ１と第２導波路ＷＧ２により、水平方向、すなわち２本の導波路の間の中心線に対して左右方向に非対称の方向性結合器ＤＣが形成されている。第１導波路ＷＧ１と第２導波路ＷＧ２は、スラブ導波路ＳＬＢの上に形成されたリブ導波路である。スラブ導波路ＳＬＢを「下部コア」、第１導波路ＷＧ１と第２導波路ＷＧ２を「上部コア」と呼んでもよい。下部コアと上部コアを合わせせると、コア全体の形状は高さ方向の中心に対して非対称である。第１導波路ＷＧ１に、たとえばＴＭ０モードの光が入射し、平面がテーパ形状のリブ導波路ＴＰを伝搬することで、ＴＥ１モードの光に変換される。テーパ型のリブ導波路ＴＰでは、高さ方向の対称性が崩されているため、テーパ領域の長さ方向の中心位置付近で、ＴＭ０モードとＴＥ１モードがカップリングし、断熱的にモード変換が行われる。
ＴＥ１モードの光は、非対称の方向性結合器ＤＣによって、ＴＥ０モードの光として第２導波路ＷＧ２に結合し、出力される。非対称の方向性結合器ＤＣでは、幅Ｗ１の第１導波路ＷＧ１を伝搬するＴＥ１モードの光が感じる実効屈折率と、幅Ｗ２の第２導波路ＷＧ２を伝搬するＴＥ０モードの光が感じる屈折率が整合するように、最適な結合長が選択されている。これにより、第１導波路ＷＧ１から第２導波路ＷＧ２への結合時に、ＴＥ１モード（高次モード）とＴＥ０モード（基本モード）の間でモード変換が行われる。
非対称の方向性結合器ＤＣでは、導波路幅の製造誤差に対するトレランスが低い。導波路幅がばらつくことで、結合長が最適に設計されているにもかかわらず、ＴＥ１モードの光が感じる導波路の屈折率とＴＥ０モードの光が感じる導波路の屈折率がずれて、ＴＥ０−ＴＥ１間の変換効率が低下する。
図１（Ｂ）は、屈折率差の二次元マップである。横方向が第１導波路ＷＧ１の幅Ｗ１、縦方向が第２導波路ＷＧ２の幅Ｗ２である。Ｗ１＝０．７μｍ、Ｗ２＝０．３３μｍの条件を、ＴＥ１モードとＴＥ０モードの光に対する屈折率差がゼロまたは最小になる最適な設計値（中心条件）とする。ピッチ（中心間距離）を変えずに、幅Ｗ１と幅Ｗ２のそれぞれを、中心条件から±５０ｎｍの範囲で、２５ｎｍ刻みで変化させる。
第１導波路ＷＧ１の幅Ｗ１が大きくなる方向に変化し、第２導波路ＷＧ２の幅Ｗ２が小さくなる方向に変化したときに（マトリクスの右上の角）、屈折率差は最も大きくなる。また、幅Ｗ１が小さくなる方向に変化し、幅Ｗ２が大きくなる方向に変化したときにも（マトリクスの左下の角）、屈折率差は大きくなる。幅Ｗ１に変化がない場合でも、幅Ｗ２が狭くなる、あるいは太くなって第１導波路ＷＧ１との間の間隔が変動すると、ＴＥ１モードとＴＥ０モードの間の屈折率差が大きくなる。
最悪状態だけではなく、Ｗ１とＷ２の少なくとも一方が設計値からずれることで、ＴＥ１モードの光とＴＥ０モードの光が感じる屈折率差が大きくなり、非対称の方向性結合器の製造誤差に対するトレランスが悪くなる。
図１（Ｃ）は、ＴＥ０モードの光の透過率強度の二次元マップである。ＴＥ１モードで入射した光がＴＥ０モードの光となって出力される透過強度をＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain：時間領域差分）法で計算し、導波路幅Ｗ１のズレと導波路幅Ｗ２のズレのそれぞれに対してマップしたものである。第１導波路ＷＧ１と第２導波路ＷＧ２の間隔を１５０nｍとして計算する。
中心条件（Ｗ１＝０．７μｍ、Ｗ２＝０．３３μｍ）での減衰を０ｄＢとする。第２導波路ＷＧ２の幅Ｗ２に変化がない場合でも、第１導波路ＷＧ１の幅Ｗ１が狭くなると、減衰が大きくなる。第１導波路ＷＧ１の幅Ｗ１に変化がないか、わずかに広がった場合、第２導波路ＷＧ２の幅Ｗ２が狭くなる方にずれると減衰が大きくなる。入力されたＴＭ０モードの光に対して出力されるＴＥ０成分の強度が劣化し、偏波消光比が劣化する。最悪条件だけではなく、Ｗ１とＷ２の少なくとも一方が設計値からずれることで、ＴＥ０成分とＴＭ０成分の間の偏波消光比が劣化する。
さらに、偏波回転成分の混入による偏波消光比の劣化の問題も生じ得る。図１（Ａ）の構成では、非対称の方向性結合器ＤＣでＴＥ０モードに変換された光がそのまま出力される。ＴＥ０モードの光にＴＭ０モードの成分が混ざっている場合、ＴＭ０モードの光もそのまま出力されるので、ＴＥ０光の出力強度が低下する。
実施形態では、光回路素子を形成する光導波路を、非対称の方向性結合器の製造誤差を吸収しやすい配置または形状に設計して、製造誤差に対するトレランスを高め、製造ばらつきを抑制する。その結果、ＴＥ１モードとＴＥ０モードの間の変換効率が改善される。良好な構成例では、意図しない偏波成分を除去するフィルタ機能を持つように、光導波路を設計する。
図２は、実施形態の光回路素子が適用される光送受信器１の模式図である。光送受信器１は、光電気変換フロントエンド回路である光集積回路チップ２を有する。光送受信器１に、光集積回路チップ２に接続される電気回路チップ３が含まれていてもよい。
光送受信器１は、たとえば、直交する２つの偏波成分と、直交する２つの光位相成分を用いて４ビットの情報を伝送するＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying：偏波多重直交位相偏移）方式の送受信機である。
光集積回路チップ２では、基板上に、光回路素子１０を含む様々な光素子がモノリシックに形成されている。光回路素子１０は、送信器ＴＸと受信器ＲＸのそれぞれに用いられている。
送信器ＴＸでは、たとえばＹ偏波側のＩＱ変調器（mod YI、及びmod YQ）によって変調された光信号は、光回路素子１０で偏波回転と偏波変換を受ける。光回路素子１０の出力光は、偏光ビームコンバイナ（ＰＢＣ）で、Ｘ偏波側のＩＱ変調器（mod XI、及びmod XQ）で変調された光信号と合波され、出力される。
受信器ＲＸにおいて、入力光信号は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）で偏波分離され、一方の偏波成分（たとえばＹ偏波成分）が、光回路素子１０で偏波回転と偏波変換を受ける。分離された各成分は、９０°ハイブリッド光ミキサ（図中、「90° Hybrid」と表記）で局発光ＬＯとの干渉によって、Ｉ成分とＱ成分が抽出される。９０°ハイブリッド光ミキサからの出力光は、受光器（PDXI、PDXQ、PDYI、及びPDYQ）で検出される。
図３Ａは、偏波回転及び偏波変換の模式図である。光送受信器１（図２参照）で受信された偏波多重信号は、ＴＥ０モードの光信号とＴＭ０モードの光信号を含む。ＰＢＳで分離されたＴＥ０モードの光は、そのまま受光器に入射する。ＴＭ０モードの光は、光回路素子１０の偏波ローテータ１１でＴＥ１モードの光に変換され、偏波コンバータ１２で基本のＴＥ０モードの光に変換されて、受光器に入射する。この偏波回転と偏波変換は、パッシブ導波路を用いて行われる。
図３Ｂは、偏波変換及び偏波回転の模式図である。光送受信器１で生成されるＴＥ０モードの変調光信号の一部は、光回路素子１０の偏波コンバータ１２でＴＥ１モードに変換され、偏波ローテータ１１でＴＭ０モードの光信号に変換される。ＴＭ０モードの光信号はＰＢＣで、残りのＴＥ０モードの光信号と合波されて、出力される。この偏波変換と偏波回転は、以下で述べるように、パッシブ導波路を用いて行われる。
＜第１実施形態＞
図４は、第１実施形態の光回路素子１０Ａの概略平面図、図５は、図４のＩ−Ｉ'断面図である。光回路素子１０Ａは、第１導波路１１０と、第２導波路１２０Ａを有する。図５に示すように、第１導波路１１０と第２導波路１２０Ａは、高さ方向の形状が高さ方向の中心に対して非対称なリブ形状の導波路コアで形成されている。
第１導波路１１０と第２導波路１２０Ａの下側部分は、たとえばシリコンで形成されたスラブ層１３０であり、スラブ層１３０の上に、シリコンで形成されたリブ型の上部コアが形成されている。スラブ層１３０は第１導波路１１０と第２導波路１２０Ａの下部コアとなる。一例として、スラブ層１３０の厚さは１００ｎｍ、リブ型の上部コアの厚さは、２２０ｎｍである。
スラブ層３０とリブ型の上部コアは、それぞれ個別のマスクを用いてシリコン等のコア材料の層を加工することで形成される。第１導波路１１０と第２導波路１２０Ａは、上下方向すなわち高さ方向で非対称性となることが予定されているので、スラブ層３０に対する上部コアの位置ずれは、偏波変換にそれほど影響しない。
スラブ層１３０と上部コアで形成される第１導波路１１０と第２導波路１２０Ａは、シリコンよりも屈折率の低いＳｉＯ2等のクラッド１５０で取り囲まれて、上下非対称の導波路コアが形成されている。
図４で、第１導波路１１０から第２導波路１２０Ａ側に光が伝搬する場合を考える。第１導波路１１０は、入射光に対して幅が徐々に拡がる第１セグメント１１１と、第１セグメント１１１に連続する第２セグメント１１２を有する。この例では、第２セグメント１１２は、光伝搬方向に沿って幅が変化するので、以下の記載では、第１セグメントを「第１テーパ導波路１１１」、第２セグメント１１２を「第２テーパ導波路１１２」と称する。第１テーパ導波路１１１は、ＴＭ０モードとＴＥ１モードの間で偏波変換を行うパッシブ導波路であり、偏波ローテータ１１として機能する。
第２導波路１２０Ａは、結合導波路１２１Ａと、結合導波路１２１Ａから徐々に幅が拡がる第３テーパ導波路１２２Ａと、第３テーパ導波路１２２Ａから連続して幅が徐々に狭くなる第４テーパ導波路１２３Ａを含む。
第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２と、第２導波路１２０Ａの結合導波路１２１Ａで、幅方向に非対称の方向性結合器１２Ａが形成される。図４の構成例では、結合導波路１２１Ａと、第２テーパ導波路１１２の間の間隔（ギャップ）は、一定に設定されている。
第１導波路１１０にＴＭ０モードの光が入力されると、高さ方向に非対称の第１テーパ導波路１１１によって、ＴＥ１モードの光に変換される。第１テーパ導波路１１１による偏波回転の動作を、図６を参照して説明する。
図６で、ＴＭ０モードとＴＥ１モードの屈折率を、第１テーパ導波路１１１の長さ方向の位置の関数として示す。左端の原点を、入射位置とする。第１テーパ導波路１１１の幅は、入射位置から長さ方向または光伝搬方向に沿って増大する。
第１テーパ導波路１１１の入射位置では、ＴＭ０モードの実効屈折率は、ＴＥ１モードの実効屈折率よりも高い。第１テーパ導波路１１１の終端では、ＴＥ１モードの実効屈折率は、ＴＭ０モードの実効屈折率よりも高い。磁界のみが光伝搬方向と直交する断面で振動するＴＭ０モードの実効屈折率は、第１テーパ導波路１１１の長さ方向の位置にかかわらず、変化が小さい。一方、電界のみが光伝搬方向と直交する断面で振動するＴＥ１モードの実効屈折率は、第１テーパ導波路１１１の入射位置から終端に向かって、大きく変化する。
高さ方向の対称性が崩された第１テーパ導波路１１１では、長さ方向の中央付近で、ＴＭ０モードとＴＥ１モードの実効屈折率の大小関係が入れ替わる。この領域では、個別のＴＭ０モードとＴＥ１モードが存在しないＴＭ０−ＴＥ１ハイブリッドモードとなる。ＴＭ０モードとＴＥ１モードのカップリングを利用して、断熱的に偏波変換が行われる。
図４に戻って、第１テーパ導波路１１１によってＴＥ１モードに変換された偏波は、第２テーパ導波路１１２から、第２導波路１２０Ａの結合導波路１２１Ａに結合する。上述のように、第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２と、第２導波路１２０Ａの結合導波路１２１Ａは、偏波コンバータ１２の一例として、高さ方向と幅方向に非対称な方向性結合器１２Ａを形成する。
第１実施形態の特徴として、第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２の幅は、光伝搬方向に沿って変化している。紙面の左側、すなわち第１テーパ導波路１１１の側から光が伝搬する場合、第２テーパ導波路１１２の幅は光伝搬方向に沿って減少する。方向性結合器１２Ａを形成する導波路の幅を長さ方向に変化させることで、非対称の方向性結合器において、製造誤差等による導波路幅の変動の影響を低減して、製造誤差に対するトレランスを高める。図７を参照して、この構成の意義を説明する。
図７は、方向性結合器１２ＡにおけるＴＥ０モードとＴＥ１モードの変換を説明する図である。方向性結合器１２Ａの結合長は、第２テーパ導波路１１２を伝搬するＴＥ１モードの光が感じる実効屈折率と、結合導波路１２１Ａを伝搬するＴＥ０モードの光が感じる実効屈折率の差が最小になるように、最適な値に設計されている。
非対称の方向性結合器１２Ａを形成する２本の導波路に一定幅の導波路を用いた場合、製造誤差等によって導波路幅が設計値から変動すると、各モードの実効屈折率が変化する（図１（Ｂ）参照）。しかし、結合長は所定の値に決定されているから、製造誤差によって各モードの実効屈折率が変化した分だけ、変換効率が低下する。
これに対し、図７のように、たとえば第２テーパ導波路１１２の幅を伝搬方向に沿って変化させることで、導波路幅が設計値からずれたとしても、長さ方向のいずれかの位置で必ず、ＴＥ１モードの実効屈折率とＴＥ０モードの実効屈折率が一致、または交差する地点が存在する。ＴＥ０モードとＴＥ１モードの実効屈折率差が最小となる地点で、ＴＥ１モードの光は、ＴＥ０モードの光として最大効率で第２導波路１２０Ａの結合導波路１２１Ａに結合する。
第２テーパ導波路１１２のテーパの角度は、想定される製造誤差の範囲内で、幅変動によるＴＥ１モードの実効屈折率の変化を補償するように設定されている。計算の結果によると、第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２の開始地点から、長さ方向に１μｍまでの範囲内で、第１導波路１１０のＴＥ１モードと、第２導波路１２０ＡのＴＥ０モードの実効屈折率が一致または交差するポイントが存在する。これにより、非対称の方向性結合器の製造誤差に対するトレランスが向上し、変換効率または透過特性を高く維持することができる。
図４に戻って、第２導波路１２０Ａの結合導波路１２１Ａを伝搬した光は、第３テーパ導波路１２２Ａを通って、第４テーパ導波路１２３ＡからＴＥ０モードの光として出力される。実施形態のもう一つの特徴として、第４テーパ導波路１２３Ａは、不要な偏波成分（たとえばＴＭ０成分）のカットフィルタとして機能する。
図４のように、方向性結合器１２Ａを形成する第２テーパ導波路１１２の導波路幅が、第１テーパ導波路１１１の導波路幅と反対方向に変化するように設計されていると、ＴＭ０モードから変換されたＴＥ１モードの光の一部が、ＴＭ０モードに逆変換される可能性がある。結合導波路１２１Ａに結合する光の中にＴＭ０の成分が混ざっていると、偏波消光比が悪くなり、出力光の透過特性が劣化する。これを防止するために、第４テーパ導波路１２３Ａを先細りにして、ＴＭ０成分を除去し、半端消光比を改善する。
図８は、第４テーパ導波路１２３ＡのＴＭ０除去効果を説明する図である。第３テーパ導波路１２２Ａ及び第４テーパ導波路１２３Ａの平面形状とともに、各伝搬モードの屈折率の位置依存性を示す。
この屈折率の位置依存性の図に示すように、第２導波路１２０Ａにおいて、第４テーパ導波路１２３Ａに至る前に、第３テーパ導波路１２２Ａによって導波路幅はｗ１まで広げられ光の進行方向に沿ってｗ３に狭められている。この導波路幅ｗ３は、ＴＥ１モードがカットされる幅に設定されているために、第４テーパ導波路１２３ＡでＴＭ０からＴＥ１に変換されたモードはｗ３の幅の導波路部分でカットされ、第３テーパ導波路１２２Ａに入射したＴＭ０モードの成分は出力されることは無い。以上の理由により、第４テーパ導波路１２３Ａの開始地点で、第４テーパ導波路１２３ＡをＴＭ０カットフィルタとして適性に機能させることができる。
一例として、第３テーパ導波路１２２Ａの終了点、すなわち第４テーパ導波路１２３Ａの開始点の幅ｗ１は１．６μｍ、ＴＭ０カットフィルタの開始地点の幅ｗ２は０．６５μｍ、ＴＭ０カットフィルタの終了点の幅ｗ３は、０．４μｍである。導波路幅がｗ２からｗ３に変化するＴＭ０カットフィルタの長さＬ１は、６０μｍである。
各伝搬モードの屈折率の位置依存性を見ると、ターゲットのＴＥ０モードの光については、他の伝搬モードとの屈折率差が大きいので、他のモードとカップリングせずに、そのまま第４テーパ導波路１２３Ａを伝搬する。図中の「Ｃａｓｅ１」で示すように、結合導波路１２１から第３テーパ導波路１２２Ａを通過して第４テーパ導波路１２３Ａに入射するＴＥ０モードの光は、そのままＴＥ０モードの光として第４テーパ導波路１２３Ａから出力される。
これに対し、ＴＥ１モードとＴＭ０モードについては、ＴＭ０カットフィルタの開始点から１０〜３０μｍの範囲でモードの屈折率が互いに近づき、かつ第４テーパ導波路１２３Ａの断面形状で高さ方向の対称性が崩れているため、ＴＥ１モードとＴＭ０モードのカップリングが起きる。
図８の「Ｃａｓｅ２」のように、第３テーパ導波路１２２ＡにＴＭ０モードの光が入射すると、第４テーパ導波路１２３Ａでのカップリングにより、ＴＥ１モードの光に変換されるが、導波路幅がｗ３の位置でＴＥ１モードはカットオフ条件となり、除去される。この意味で、ＴＭ０カットフィルタを「ＴＥ１カットフィルタ」と呼んでもよい。
一方、第４テーパ導波路１２３ＡにＴＥ１モードの光が入射する場合は、ＴＭ０モードの光として出力されるが、第４テーパ導波路１２３Ａは、ＴＥ１モードをＴＥ０モードに変換する非対称の方向性結合器１２Ａの後段に接続されているので、実際上、第４テーパ導波路１２３ＡにＴＥ１モードの光が入力されることはほとんどない。第３テーパ導波路１２２Ａの幅ｗ１に拡がる部分で、ＴＭ０成分からわずかにＴＥ１成分が生じることがあるとしても、無視できる程度に小さい。
第４テーパ導波路１２３Ａの構成により、方向性結合器１２Ａで第２導波路１２０Ａに結合する光の中にＴＭ０成分が混入していたとしても、ＴＭ０カットフィルタで除去されるので、ＴＥ０とＴＭ０の間の偏波消光比が改善される。
図９は、第１実施形態の製造誤差に対するトレランスと偏波消光比の改善効果を示す図である。図９（Ａ）は第１実施形態の光回路素子１０Ａの方向性結合器１２Ａの模式図、図９（Ｂ）はＴＥ０モードの透過強度の二次元マップである。図９（Ａ）で第１導波路１１０のテーパの開始点における導波路幅をＷ１とする。第１導波路１１０の幅は、伝搬方向に沿ってＷ１から徐々に狭くなる。ＴＥ１モードで入射した光がＴＥ０モードの光となって出力される透過強度をＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain：時間領域差分）法で計算する。第１導波路１１０のテーパ開始地点での幅Ｗ１と、第２導波路１２０Ａの幅Ｗ２がずれると、第１導波路１１０の最適結合点（たとえば、図１のように最適な設計幅０．７μｍになる地点）においてどのような損失が発生するかをマップする。第１導波路１１０と第２導波路１２０Ａの間隔を１５０ｎｍとして計算する。
中心条件（Ｗ１＝０．８μｍから０．７μｍに狭まった地点、Ｗ２＝０．３３μｍ）での減衰を０ｄＢとする。図１と同様に、ピッチ（中心間距離）を変えずに、幅Ｗ１と幅Ｗ２のそれぞれを、中心条件から±５０ｎｍの範囲で、２５ｎｍ刻みで変化させる。
図１（Ｃ）と比較して、中心条件から逸脱しても、減衰が低減し、透過特性が大きく改善されている。中心条件から最も離れる表の４隅においても、第１導波路１１０と第２導波路１２０Ａのいずれか一方の幅だけが設計値からずれる場合でも、ＴＥ１からＴＥ０への結合損失が効果的に抑制されている。
＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態の光回路素子１０Ｂの概略平面図である。光回路素子１０Ｂは第１導波路１１０と、第２導波路１２０Ｂを有する。第１導波路１１０から第２導波路１２０Ｂ側に光が結合する場合を考える。
第１導波路１１０は、第１実施形態の第１導波路１１０と同じであり、入射光に対して幅が徐々に拡がる第１テーパ導波路１１１と、第１テーパ導波路１１１から徐々に幅が変化する第２テーパ導波路１１２とを含む。
第２導波路１２０Ｂは、第１導波路１１０と光学的に結合する結合導波路１２１Ｂと、結合導波路１２１Ｂから連続して幅が徐々に狭くなる第４テーパ導波路１２３Ｂを含む。図示はしないが、結合導波路１２１Ｂと第４テーパ導波路１２３Ｂの間に、第１実施形態のように、導波路幅が変化する第３テーパ導波路が挿入されていてもよい。
第２導波路１２０Ｂの結合導波路１２１Ｂは、第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２とともに、水平方向及び高さ方向に非対称の方向性結合器１２Ｂを形成する。第４テーパ導波路１２３Ｂは、不要な偏波成分（たとえばＴＭ０成分）のカットフィルタとして機能する。
方向性結合器１２Ｂにおける第１導波路１１０と第２導波路１２０Ｂの断面形状は、図５の断面図と同様に、スラブ層１３０の上に形成されたリブ型の導波路であり、周囲はＳｉＯ2等のクラッドで取り囲まれている。
第１導波路１１０の第１テーパ導波路１１１は、ＴＭ０モードとＴＥ１モードの間で偏波変換を行うパッシブ導波路であり、偏波ローテータ１１として機能する。第１テーパ導波路１１１の長さ方向の中央付近で、ＴＭ０モードとＴＥ１モードの実効屈折率の大小関係が入れ替わり、ＴＭ０モードとＴＥ１モードのカップリングを利用して、断熱的に偏波変換が行われる。
第１テーパ導波路１１１によってＴＥ１モードに変換された偏波は、方向性結合器１２Ｂにおいて、第２テーパ導波路１１２から、第２導波路１２０Ｂの結合導波路１２１Ｂに結合する。
第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２の幅は、光伝搬方向に沿って連続的に変化している。導波路幅を長さ方向に可変にすることで、非対称の方向性結合器における製造誤差の影響を吸収して、製造誤差に対するトレランスを高める。
第２導波路１２０Ｂの結合導波路１２１Ｂの幅も、光伝搬方向に沿って連続的に変化している。結合導波路１２１Ｂの幅も可変にすることで、第１導波路１１０と第２導波路１２０Ｂの導波路幅のそれぞれに異なる製造誤差が生じた場合でも、製造誤差の影響を吸収して、最大の変換効率を実現することができる。
第２テーパ導波路１１２と結合導波路１２１Ｂの間隔は、第２テーパ導波路１１２を伝搬するＴＥ１モードの光が感じる実効屈折率と、結合導波路１２１Ｂを伝搬するＴＥ０モードの光が感じる実効屈折率が同じになるように設計されている。第２テーパ導波路１１２と結合導波路１２１Ｂの幅の変化にともなって、これら２つの導波路間の間隔も伝搬方向に変化していてもよい。
製造誤差によって第２テーパ導波路１１２の幅と、結合導波路１２１Ｂの幅の両方が設計値からずれたとしても、長さ方向のいずれかの位置で、必ずＴＥ１モードの実効屈折率とＴＥ０モードの実効屈折率が一致、または交差する地点が存在する。ＴＥ０モードとＴＥ１モードの実効屈折率の差が最小となる地点で、第１導波路１１０のＴＥ１モードの光は、ＴＥ０モードの光として最大効率で第２導波路１２０Ｂの結合導波路１２１Ｂに結合する。
ＴＥモードの光は、結合導波路１２１Ｂから第４テーパ導波路１２３Ｂを通って出力される。第４テーパ導波路１２３Ｂの出力側の幅は、ＴＥ１モードに対するカットオフ条件を満たすように設定されている。
第２テーパ導波路１１２の幅変化に起因して結合導波路１２１Ｂへの結合光の中にＴＭ０成分が混在する場合でも、第４テーパ導波路１２３ＢによってＴＭ０成分をＴＥ１モードに変換し、ＴＥ１成分を除去することができる。これにより、ＴＥ０とＴＭ０の間の偏波消光比が改善される。
図１１は、第２実施形態の非対称の方向性結合器の製造誤差に対するトレランスと偏波消光比の改善効果を示す図である。図１１（Ａ）は第２実施形態の光回路素子１０Ｂの方向性結合器１２Ｂの模式図、図１１（Ｂ）はＴＥ０モードの透過強度の二次元マップである。ＴＥ１モードで入射した光がＴＥ０モードの光となって出力される透過強度をＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain：時間領域差分）法で計算する。第１導波路１１０のテーパの開始点の幅をＷ１、第２導波路１２０Ｂのテーパの開始点の幅をＷ２とする。第１導波路１１０の幅Ｗ１を伝搬方向に徐々に狭め、第２導波路１２０Ｂの幅Ｗ２を伝搬方向に徐々に拡げたときの中心条件からのズレをマップする。第１導波路ＷＧ１と第２導波路ＷＧ２の平均間隔を１５０ｎｍとして計算する。
中心条件（Ｗ１を０．７２５μｍから減少させ、Ｗ２を０．２８μｍから増大させたときの方向性結合器による光結合）での減衰を０ｄＢとする。隣接する導波路間の平均間隔を１５０ｎｍに設定し、幅Ｗ１と幅Ｗ２のそれぞれを、中心条件から±５０ｎｍの範囲で、２５ｎｍ刻みで変化させる。
図１（Ｃ）と比較して、中心条件から逸脱しても、減衰が低減し、透過特性が大きく改善されている。特に、中心条件から±２５ｎｍの範囲では、導波路幅がどの方向にずれたとしても、減衰または結合損失はほとんどなく、非常に高い透過特性を示している。
＜第３実施形態＞
図１２は、第３実施形態の光回路素子１０Ｃの概略平面図である。光回路素子１０Ｃは第１導波路１１０と、第２導波路１２０Ｃを有する。第１導波路１１０から第２導波路１２０Ｃ側に光が結合する場合を考える。
第１導波路１１０は、第１実施形態、及び第２実施形態の第１導波路１１０と同じであり、入射光に対して幅が徐々に拡がる第１テーパ導波路１１１と、第１テーパ導波路１１１から徐々に幅が変化する第２テーパ導波路１１２とを含む。
第２導波路１２０Ｃは、伝搬方向に沿って徐々に幅が広くなる結合導波路１２１Ｃと、結合導波路１２１Ｃから連続して幅が拡がる第３テーパ導波路１２２Ｃと、第３テーパ導波路１２２Ｃから連続して幅が徐々に狭くなる第４テーパ導波路１２３Ｃを含む。
結合導波路１２１Ｃは、第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２とともに、水平方向、及び高さ方向に非対称の方向性結合器１２Ｃを形成する。第４テーパ導波路１２３Ｃは、不要な偏波成分（たとえばＴＭ０成分）のカットフィルタとして機能する。
方向性結合器１２Ｃにおける第１導波路１１０と第２導波路１２０Ｃの断面形状は、図５の断面図と同様に、スラブ層１３０の上に形成されたリブ型の導波路であり、周囲はＳｉＯ2等のクラッドで取り囲まれている。
第１導波路１１０の第１テーパ導波路１１１は、ＴＭ０モードとＴＥ１モードの間で偏波変換を行うパッシブ導波路であり、偏波ローテータ１１として機能する。第１テーパ導波路１１１の長さ方向の中央付近で、ＴＭ０モードとＴＥ１モードの実効屈折率の大小関係が入れ替わり、ＴＭ０モードとＴＥ１モードのカップリングを利用して、断熱的に偏波変換が行われる。
第１テーパ導波路１１１によってＴＥ１モードに変換された偏波は、方向性結合器１２Ｃにおいて、第２テーパ導波路１１２から、第２導波路１２０Ｃの結合導波路１２１Ｃに結合する。
第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２の幅は、光伝搬方向に沿って連続的に変化している。導波路幅を長さ方向に可変にすることで、非対称の方向性結合器における製造誤差等の影響を低減して、製造誤差に対するトレランスを高める。
第２導波路１２０Ｃの結合導波路１２１Ｃの幅も、光伝搬方向に沿って連続的に変化している。結合導波路１２１Ｃの幅も光伝搬方向に沿って変化させることで、第１導波路１１０と第２導波路１２０Ｂの双方にそれぞれ異なる製造誤差が生じた場合でも、製造誤差の影響を吸収して製品ごとのばらつきを抑制し、最大の変換効率を実現することができる。
第２テーパ導波路１１２の幅変化と、結合導波路１２１Ｃの幅変化は、第２テーパ導波路１１２を伝搬するＴＥ１モードの光が感じる実効屈折率と、結合導波路１２１Ｃを伝搬するＴＥ０モードの光が感じる実効屈折率が同じになるように設計されている。この例では、第２テーパ導波路１１２と結合導波路１２１Ｃの間隔は、一定である。
製造誤差によって第２テーパ導波路１１２の幅と、結合導波路１２１Ｃの幅の両方が設計値からズレたとしても、長さ方向のいずれかの位置で、必ず第１導波路１１０のＴＥ１モードの実効屈折率と、第２導波路１２０ＣのＴＥ０モードの実効屈折率が一致、または交差する地点が存在する。ＴＥ０モードとＴＥ１モードの実効屈折率差が最小となる地点で、ＴＥ１モードの光は、ＴＥ０モードの光として最大効率で第２導波路１２０Ｃの結合導波路１２１Ｃに結合する。
ＴＥモードの光は、結合導波路１２１Ｃから、第３テーパ導波路１２２Ｃ、及び第４テーパ導波路１２３Ｃを通って出力される。第４テーパ導波路１２３Ｃの出力側の幅は、ＴＥ１モードに対するカットオフ条件を満たすように設定されている。第３テーパ導波路１２２Ｃの開始点の幅は、結合導波路１２１Ｃの終点の幅に一致する。第３テーパ導波路１２２Ｃの終点の幅は、ＴＭ０モードが適切に除去されるように設計された第４テーパ導波路１２３Ｃの開始地点の幅に整合する。
第２テーパ導波路１１２の幅変化に起因して結合導波路１２１Ｃへの結合光の中にＴＭ０成分が混在する場合でも、第４テーパ導波路１２３ＣによってＴＭ０成分をＴＥ１モードに変換し、ＴＥ１成分を除去することができる。これにより、ＴＥ０とＴＭ０の間の偏波消光比が改善される。
図１３は、方向性結合器１２ＣにおけるＴＥ１モードとＴＥ０モードの変換を説明する図である。図１３（Ａ）は、方向性結合器１２Ｃの平面模式図、図１３（Ｂ）は各モードの屈折率の位置依存性を示す。
図１３（Ａ）で、方向性結合器１２Ｃを形成する第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２の開始点の幅Ｗ１＿１を０．７２５μｍ、終端の幅Ｗ１＿２を０．６４５μｍに設計する。また、第２導波路１２０Ｃの結合導波路１２１Ｃの開始点の幅Ｗ２＿１を０．２８μｍ、終端の幅Ｗ２＿２を０．３６μｍに設計する。
図１３（Ｂ）は、Ｗ１＿１、Ｗ１＿２、Ｗ２＿１、Ｗ２＿２をそれぞれ、±５０ｎｍの範囲で変化させたときのすべての屈折率を重ねて表示している。方向性結合器１２Ｃの開始点から１．３μｍまでの領域Ｒで、第１導波路１１０の第２テーパ導波路１１２を伝搬するＴＥ１モードの光が感じる実効屈折率と、第２導波路１２０Ｃの結合導波路１２１Ｃを伝搬するＴＥ０モードの光が感じる実効屈折率が交差する。
注目すべきは、領域Ｒにおいて、第１導波路１１０を伝搬するＴＥ１モードの光が感じる屈折率と、第２導波路１２０Ｃを伝搬するＴＥ０モード光が感じるの屈折率が一致するポイントが、どの導波路幅の条件においても存在している点である。第２テーパ導波路１１２と、結合導波路１２１Ｃの双方の平面形状をテーパにすることで、製造誤差等によりいずれか一方、または双方の導波路幅がずれたとしても、ＴＥ１の屈折率とＴＥ０の屈折率が一致する箇所が存在する。
これにより、非対称方向性結合器の製造誤差に対するトレランスを改善して、変換効率を高く維持することができる。
＜その他の構成例＞
図１４は、さらに別の構成例として、光回路素子１０Ｄの具体的な構成を示す。光回路素子１０Ｄは、第１導波路１１０Ｄと、第２導波路１２０Ｄを有する。
第１導波路１１０Ｄは、第１テーパ導波路１１１と、第２テーパ導波路１１２Ｄと、曲がり導波路１１３を含む。第１テーパ導波路１１１は、偏波ローテータ１１として機能する。曲がり導波路１１３は、光の終端器として機能する。
第２導波路１２０Ｄは、結合導波路１２１Ｄと、第３テーパ導波路１２２Ｄと、第４テーパ導波路１２３Ｄを含む。結合導波路１２１Ｄは、第１導波路１１０Ｄの第２テーパ導波路１１２Ｄとともに、非対称の方向性結合器１２Ｄを形成する。第４テーパ導波路１２３Ｄは、不要な偏波成分（たとえばＴＭ０成分）のカットフィルタとして機能する。
第１導波路１１０Ｄと第２導波路１２０Ｄは、スラブ層１３０の上に形成されたリブ導波路を有する高さ方向に非対称の導波路である。スラブ層１３０の厚さと導波路コアの高さは適宜設計される。一例としてリブ導波路（上部コア）の高さは０．２２μｍ、スラブ層１３０の厚さは０．１μｍである。
第１導波路１１０Ｄから第２導波路１２０Ｄへ光が伝搬する場合を考える。一つの設計例として、第１導波路１１０Ｄの第１テーパ導波路１１１の入力側の幅ｗ１１は、０．４μｍである。６０μｍのテーパ長Ｌ１１で、いったん０．６５μｍの幅ｗ１２まで広げた後に、テーパの角度を大きくして、幅ｗ１３で１．６μｍまで広げる。ｗ１１とｗ１２の間のテーパ領域で、ＴＭ０モードとＴＥ１モードの変換が行われる。
幅が拡張された第１テーパ導波路１１１は、第２テーパ導波路１１２Ｄとして、非対称の方向性結合器１２Ｄに連結される。この方向性結合器１２Ｄでは、第１導波路１１０Ｄと第２導波路１２０Ｄは、幅方向でも互いに非対称である。
第２テーパ導波路１１２Ｄは、幅ｗ１４で０．７８μｍまで狭められた後に、ゆるやかなテーパで細くなり、幅ｗ１５で０．５７μｍまで狭められる。テーパ長Ｌ１２は、８μｍである。ｗ１４とｗ１５の間のテーパ領域で、製造誤差等による導波路幅のズレの影響を吸収する。
第２テーパ導波路１１２Ｄに続けて、曲がり導波路１１３が形成されている。曲がり導波路１１３は、第２導波路１２０Ｄから遠ざかる方向に曲がっており、かつ、テーパ形状を有する。これは、意図しない反射を低減するためである。
非対称の方向性結合器１２Ｄにおいて、第１導波路１１０Ｄの第２テーパ導波路１１２Ｄと、第２導波路１２０Ｄの結合導波路１２１Ｄの間の間隔ｓ１１は、０．１５μｍで一定である。結合導波路１２１Ｄの幅ｗ１６は、０．３３μｍの一定値に設定されている。
結合導波路１２１Ｄは、第３テーパ導波路１２２Ｄによって、幅ｗ１７で１．６μｍまで拡張され、第４テーパ導波路１２３Ｄに連結される。第４テーパ導波路１２３Ｄにおいて、導波路幅は、幅ｗ１８で０．６５μ間まで狭められ、その後、幅ｗ１９の０．４μｍまでゆるかやなテーパが形成される。ｗ１８からｗ１９に至る領域のテーパ長Ｌ１３は、６０μｍである。このテーパ領域が、不要な偏波成分を除去するカットフィルタとして機能する。
図１５は、さらに別の構成例として、光回路素子１０Ｅの具体的な構成を示す。光回路素子１０Ｅは、第１導波路１１０Ｅと、第２導波路１２０Ｅを有する。第１導波路１１０Ｅは、第１テーパ導波路１１１と、第２テーパ導波路１１２Ｅと、曲がり導波路１１３を含む。第１テーパ導波路１１１は、偏波ローテータ１１として機能する。
第２導波路１２０Ｅは、結合導波路１２１Ｅと、第３テーパ導波路１２２Ｅと、第４テーパ導波路１２３Ｅを含む。図１５では、第２導波路１２０Ｅの結合導波路１２１Ｅの幅も可変に設計されている。
第１導波路１１０Ｅの第２テーパ導波路１１２Ｅと、第２導波路１２０Ｅの結合導波路１２１Ｅは、非対称の方向性結合器１２Ｅを形成する。第４テーパ導波路１２３Ｅは、不要な偏波成分（たとえばＴＭ０成分）のカットフィルタとして機能する。
第１導波路１１０Ｅから第２導波路１２０Ｅへ光が伝搬する場合を考える。一つの設計例として、第１導波路１１０Ｅの第１テーパ導波路１１１の入力側の幅ｗ２１は、０．４μｍであり、いったん０．６５μｍの幅ｗ２２まで広げた後に、テーパの角度が大きくなって、幅ｗ２３で１．６μｍまで広がる。ｗ２１とｗ２２の間のテーパ長Ｌ２１は、６０μｍに設定されており、このテーパ領域で、ＴＭ０モードとＴＥ１モードの変換が行われる。
幅が拡張された第１テーパ導波路１１１は、第２テーパ導波路１１２Ｅとして、非対称の方向性結合器１２Ｅに連結される。第２テーパ導波路１１２Ｅは、幅ｗ２４で０．７８μｍまで狭められた後に、幅ｗ２５の０．６９μｍまでゆるやかなテーパで細くなる。ｗ２４からｗ２５までのテーパ長Ｌ２２は、１０μｍである。このテーパ領域で、非対称の方向性結合器１２Ｅにおける導波路幅のズレの影響が吸収される。
第２テーパ導波路１１２Ｅから、曲がり導波路１１３が伸びる。図１４と同様に、意図しない反射を低減するため、曲がり導波路１１３は第２導波路１２０Ｅから遠ざかる方向に曲がっており、かつ、テーパ形状に形成されている。
非対称の方向性結合器１２Ｅにおいて、第１導波路１１０Ｅの第２テーパ導波路１１２Ｅと、第２導波路１２０Ｅの結合導波路１２１Ｅの間の間隔ｓ２１は、たとえば、０．１５μｍで一定である。結合導波路１２１Ｅの幅は、幅ｗ２６の０．２３μｍから、幅ｗ２７の０．３１μｍまで、徐々に増加する。
その後、第３テーパ導波路１２２Ｅによって、幅ｗ２８で１．６μｍまで拡張され、第４テーパ導波路１２３Ｅに連結される。第４テーパ導波路１２３Ｄにおいて、導波路幅はｗ２９で０．６５μ間まで狭められ、その後、幅ｗ３１の０．４μｍまでゆるかやなテーパが形成される。ｗ２９からｗ３１に至る領域のテーパ長Ｌ２３は、６０μｍである。このテーパ領域が、不要な偏波成分を除去するカットフィルタとして機能する。
以上、特定の構成例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した構成例に限定されず、種々の変形例、組合せを含む。たとえば、第１導波路１１０の第１テーパ導波路１１１と第２テーパ導波路１１２の導波路幅は、必ずしもリニアに変化する必要はなく、曲線状に変化してもよい。この場合も、第１テーパ導波路１１１で、ＴＭ０とＴＥ１のモード変換が行われ、第２テーパ導波路１１２で、製造誤差等による導波路幅のズレの影響を吸収することができる。
非対称の方向性結合器で、導波路幅のずれの影響が吸収できればよいので、第１導波路１１０の第２セグメント１１２と、第２導波路１２０の結合導波路１２１の少なくとも一方の幅を伝搬方向に沿って変化させればよい。したがって、第２セグメント１１２を一定幅、結合導波路１２１の幅を光伝搬方向に変化させてもよい。
第２導波路１２０の第４テーパ導波路１２３の形状は、不要な偏波成分のカットオフ条件を満たす範囲で、適宜設計可能である。たとえば、第１導波路１１０から第２導波路１２０へ光が伝搬する場合、第４テーパ導波路１２３の出力端の幅を、ＴＥ１のカットオフ条件を満たすように、０．５μｍ以下の適切な値に設定してもよい。また第４テーパ導波路１２３のうち、カットオフフィルタとして機能する部分のテーパ長を、５０μｍ±１５μｍの範囲で適切な長さに設定してもよい。
上述したすべての構成例で、光の伝搬は、第１導波路１１０から第２導波路１２０への伝搬に限定されず、第２導波路１２０から第１導波路１１０への伝搬でもよい。第２導波路１２０にＴＥ０モードの光が入射すると、非対称の方向性結合器で、ＴＥ１モードの光として、第１導波路１１０に結合する。このとき、方向性結合器において、結合導波路１２１と第２テーパ導波路１１２の少なくとも一方の導波路幅が光伝搬方向（または長さ方向）に変化しているので、光伝搬方向のいずれかの地点で、必ずＴＥ０モードの光に対する実効屈折率と、ＴＥ１モードの光に対する実効屈折率が一致または最近接する。これにより、最大の変換効率で結合可能である。
第１導波路１１０に結合したＴＥ１モードの光は、第１テーパ導波路１１１によって、ＴＭ０モードの光に変換され出力される。これにより、非対称の方向性結合器で製造誤差等による導波路幅のズレの影響が最小になり、製品ごとのばらつきが抑制され、変換効率と透過特性が安定する。
１０、１０Ａ〜１０Ｅ 光回路素子
１１ 偏波ローテータ
１２ 偏波コンバータ
１２Ａ〜１２Ｅ 方向性結合器
１１０、１１０Ｄ、１１０Ｅ 第１導波路
１１１、第１テーパ導波路（第１セグメント）
１１２、１１２Ｄ、１１２Ｅ 第２テーパ導波路（第２セグメント）
１１３ 曲がり導波路
１２０、１２０Ａ〜１２０Ｅ 第２導波路
１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ、１２１Ｅ 結合導波路
１２２Ａ、１２２Ｃ、１２２Ｄ、１２２Ｅ 第３テーパ導波路
１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ、１２３Ｄ、１２３Ｅ 第４テーパ導波路
１３０ スラブ層

Claims (9)

  1. 基板上に形成される光回路素子において、
    リブ形状の第１導波路と、
    リブ形状、かつ幅方向の形状が前記第１導波路と非対称の第２導波路と、
    を有し、
    前記第１導波路は、光伝搬方向に沿って幅が変化する第１セグメントと、前記第１セグメントに連続する第２セグメントを有し、
    前記第２導波路は、前記第１導波路の前記第２セグメントに隣接する結合導波路を有し、
    前記第１導波路の前記第２セグメントと、前記第２導波路の前記結合導波路の少なくとも一方は、前記光伝搬方向に沿って幅が変化する形状である、
    ことを特徴とする光回路素子。
  2. 前記第１セグメントは第１テーパ導波路を形成し、前記第２セグメントの幅は、前記光伝搬方向に沿って前記第１テーパ導波路と逆の方向に変化して、第２テーパ導波路を形成することを特徴とする請求項１に記載の光回路素子。
  3. 前記結合導波路は、前記光伝搬方向に幅が変化するテーパ形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光回路素子。
  4. 前記第１導波路の前記第２セグメントと、前記第２導波路の前記結合導波路の間の間隔は一定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光回路素子。
  5. 前記結合導波路は、前記光伝搬方向に幅が変化するテーパ形状を有し、
    前記結合導波路と、前記第１導波路の前記第２セグメントの間の間隔は、前記光伝搬方向に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載の光回路素子。
  6. 前記第２導波路は、前記結合導波路の後段で、前記光伝搬方向に沿って幅が変化するテーパ導波路を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光回路素子。
  7. 前記第１導波路は、前記第２セグメントから前記第２導波路と反対方向に伸びて終端する曲がり導波路を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光回路素子。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光回路素子を有する光送受信器。
  9. 基板上に、リブ形状の第１導波路と、リブ形状、かつ幅方向の形状が前記第１導波路と非対称の第２導波路を形成する工程、
    を有し、
    前記第１導波路に、光伝搬方向に沿って幅が変化する第１セグメントと、前記第１セグメントに連続する第２セグメントが設けられ、
    前記第２導波路に、前記第１導波路の前記第２セグメントと隣接する結合導波路が設けられ、
    前記第１導波路の前記第２セグメントと、前記第２導波路の前記結合導波路の少なくとも一方は、前記光伝搬方向に沿って幅が変化する形状に形成される、ことを特徴とする光回路素子の製造方法。
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