JP2024058207A - 光合波器及び可視光光源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＸＲグラス等に適用可能な小型な光合波器を提供することである。
【解決手段】光合波器１００は、波長の異なる複数の可視光の光合波器であって、ニオブ酸リチウム以外の材料からなる基板１０と、基板の主面１０Ａに形成された光合波機能層と、を備え、光合波機能層は、２個のマルチモード干渉型光合波部５０Ａ、５０Ｂと、マルチモード干渉型光合波部５０Ａに接続する光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１と、マルチモード干渉型光合波部５０Ｂに接続する光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１と、を有し、マルチモード干渉型光合波部と、光入力側光導波路及び光出力側光導波路と、光入力側光導波路及び光出力側光導波路とはニオブ酸リチウム膜からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光合波器及び可視光光源モジュールに関する。

ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：拡張現実）グラス、ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ：仮想現実）グラス等のＸＲグラスは小型のウェアラブルデバイスとして期待されている。ＡＲグラス、ＶＲグラスのようなウェアラブルデバイスにおいては通常の眼鏡型のサイズに各機能が収まるように小型化されることが普及に対するカギとなっている。

特許文献１には、マッハツェンダー型光変調器を用いた網膜投影型ディスプレイが開示されている。

特許第６７２８５９６号公報 特許第６５７２３７７号公報 特開２０１２－４８０７１号公報 特開２０２０－２７１７０号公報 特許第６７８７３９７号公報

特許文献１に開示されている網膜投影型ディスプレイでは、出射部において複数の光導波路が近接されているが、合波はされていないため、波長毎の光軸が異なり、出射光の制御が複雑となる。

特許文献２には、ＲＧＢ（Ｒ：赤色光、Ｇ：緑色光、Ｂ：青色光）の３色の可視光の合波器として方向性結合器を含む石英系平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）が開示されている。石英系ＰＬＣは石英系材料で構成されており、安定性に優れている。しかしながら、屈折率差Δｎの大きなニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）の基板を用いる場合、結合長が長くなり小型化が困難である。

特許文献３及び特許文献４には、マルチモード干渉計（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）を用いたＲＧＢ３色の可視光の合波器が開示されている。この合波器も石英系材料で構成されており、屈折率差Δｎの大きなニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）の基板を用いる場合についてはなんら開示されていない。

特許文献１にニオブ酸リチウムの単結晶または固溶体結晶を用いて，その一部をプロトン交換法やＴｉ拡散法により改質した部分を光導波路とした様態が好ましい様態として開示されている。しかしながら、改質した導波部分（コア）領域のサイズがプロトンやＴｉが侵入・拡散した距離により規定されるため、光導波路の径を小さくすることが困難である。そのため光導波路自体のサイズが大きくならざるを得ず、また、光導波路の径が大きいことにより変調電圧の電界が集中しづらく、変調のためには大きな電圧をかける必要があるか、小さな電圧で動作させるためには電圧を付与する電極を長くする必要があるため、変調素子のサイズが大きくなってしまう。
さらに、光導波路の径が大きいことにより、可視光が光導波路を伝搬する際に高次モードが発生し、シングルモード化が困難になる。

また、図１８（ａ）に示すような、バルクニオブ酸リチウムの単結晶Ｂ１の一部を改質した部分Ｂ１－ａを光導波路とした変調器においては、バルクニオブ酸リチウム単結晶中にＴｉを少し加えて屈折率差Δｎを作っているだけなので改質した導波部分（コア）と改質していない部分（クラッド）の屈折率差が小さい。そのため、光導波路を湾曲することによる曲げ損が大きく、曲率高く光導波路を湾曲することができないため。素子のサイズを小さくすることは困難である。また、ＡＲグラス等のヘッドマウントディスプレイに搭載される変調光源には、例えば眼鏡の弦のサイズに収まるサイズが求められるが、引用文献２のようなバルク結晶型の光変調器ではかかるサイズまで小型化された光変調器を作製することは困難である。

ニオブ酸リチウム単結晶Ｂ１の一部を改質した部分Ｂ１－ａを光導波路とした変調器に対して、図１８（ｂ）に示すような、サファイア等の基板上にエピタキシャル成長させた単結晶ニオブ酸リチウム膜Ｆを加工した凸部Ｆridgeを光導波路とした変調器の場合（例えば、特許文献５参照）には、そもそもこの凸型部分がＴｉ拡散光導波路に比べてサイズが小さいこと、凸部の周りがすべてクラッドに相当するので周りの材料を適切に選択すると屈折率差Δｎを大きくすることができること、光導波路を曲線状に曲げた場合の光損失がバルクニオブ酸リチウム単結晶に比べて小さいこと等の理由から、小型化に適している。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＸＲグラス等に適用可能な小型な光合波器及び可視光光源モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。

本発明の態様１に係る光合波器は、波長の異なる複数の可視光を合波する光合波器であって、ニオブ酸リチウムとは異なる材料からなる基板と、前記基板の主面に形成された光合波機能層と、を備え、前記光合波機能層は、１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部と、前記１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部のそれぞれに接続する光入力側光導波路及び光出力側光導波路とを有し、前記マルチモード干渉型光合波部、前記光入力側光導波路及び前記光出力側光導波路はニオブ酸リチウム膜からなる。

本発明の態様２に係る可視光光源モジュールは、態様１の光合波器と、前記光合波器で合波する可視光を出射する複数の可視光レーザー光源とを備える。

本発明の態様３に係る光変調機能付き光合波器は、態様１の光合波器と、前記光合波器に接続され、複数の可視光レーザー光源から出射された複数の可視光を前記光合波器に導波するマッハツェンダー型光変調器と、を備える。

本発明の態様４に係る可視光光源モジュールは、態様３の光変調機能付き光合波器と、前記光変調機能付き光合波器で合波する可視光を出射する複数の可視光レーザー光源とを備える。

本発明の光合波器によれば、ＸＲグラス等に適用可能な小型な光合波器を提供できる。

第１実施形態に係る光合波器の平面模式図である。 第１実施形態に係る光合波器を、図１のＸ－Ｘ線で切断した断面模式図である。 ＲＧＢ３色の光の伝搬損失を比較したグラフであり、（ａ）はマルチモード干渉型光合波部の断面が矩形形状である場合であり、（ｂ）は断面が台形形状である場合である。 （ａ）は図３（ｂ）のシミュレーションで用いたモデルを示す平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線で切った断面模式図である。 （ａ）は図３（ａ）のシミュレーションで用いたモデルを示す平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線で切った断面模式図である。 台形形状の断面を有するマルチモード干渉型光合波部がリッジと、基板側にさらにスラブ部を有する構成である場合の断面模式図である。 サファイア基板上に形成されたニオブ酸リチウム膜からなる光導波路の断面模式図であり、（ａ）はスラブ部がある場合であり、（ｂ）はスラブ部がない場合である。 図７で示した光導波路のモデルにおいて、スラブ部の厚みＴ_slab、及び、リッジの幅Ｗａをふったときにモード計算を行ってシングルモードの形成を調べた結果を示すマトリックスであり、（ａ）は赤色光（Ｒ）６３８ｎｍの場合であり、（ｂ）は緑色光（Ｇ）５２０ｎｍの場合であり、（ｃ）は青色光（Ｂ）４５５ｎｍの場合である。 光導波路の一部に曲げ部を設けた場合の高次モードの抑制を調べた結果であり、（ａ）は赤色光（Ｒ）６３８ｎｍの場合であり、（ｂ）は青色光（Ｂ）４５５ｎｍの場合である。 比較例１の光合波器の構成を示す平面模式図である。 比較例１の合波時の伝搬損失のシミュレーションの結果である。 実施例１の光合波器の構成を示す平面模式図である。 実施例１の合波時の伝搬損失のシミュレーションの結果である。 実施例２の合波時の伝搬損失のシミュレーションの結果である。 実施例１～６及び比較例１～３のシミュレーションの結果である。 第１実施形態に係る可視光光源モジュールの平面模式図である。 第２実施形態に係る可視光光源モジュールの平面模式図である。 バルクニオブ酸リチウムの単結晶の一部を改質した部分を光導波路とした変調器を説明するための概念図であり、（ｂ）は単結晶ニオブ酸リチウム膜を加工してなる凸部を光導波路とした変調器を説明するための概念図である。

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

〔光合波器〕
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光合波器の平面模式図である。図２は、第１実施形態に係る光合波器を、図１のＸ－Ｘ線で切断した断面模式図である。
図１に示す光合波器１００は、波長の異なる複数の可視光を合波する光合波器であって、ニオブ酸リチウムとは異なる材料からなる基板１０と、基板１０の主面１０Ａに形成された光合波機能層２０と、を備え、光合波機能層２０は、２個のマルチモード干渉型光合波部５０（５０Ａ、５０Ｂ）と、マルチモード干渉型光合波部５０Ａに接続する光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１と、マルチモード干渉型光合波部５０Ｂに接続する光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１と、を有し、マルチモード干渉型光合波部５０と、光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１と、光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１とはニオブ酸リチウム膜からなる。
マルチモード干渉型光合波部５０Ａの光出力側光導波路５０Ａｂ１と、マルチモード干渉型光合波部５０Ｂの光入力側光導波路５０Ａｂ１とは共通する。

光合波器１００においては、Δｎが大きいニオブ酸リチウムの膜を用いることで、光導波路の曲率半径を小さくすることができ、さらにマルチモード干渉型光合波部を用いることで、方向性結合器を用いた場合と比べて結合長の増大を防ぐことにより、設計の自由度の向上と小型化を両立できる。

光合波機能層２０は、マルチモード干渉型光合波部５０と、光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１と、光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１とが形成されたニオブ酸リチウム膜からなる導波路コア膜２４と、これらを被覆するように導波路コア膜２４上に形成される導波路クラッド（バッファ）膜２５とからなる。以下、符号２４をニオブ酸リチウム膜について用いることもある。

基板１０としては例えば、サファイア基板、Ｓｉ基板、熱酸化シリコン基板などを挙げることができる。
マルチモード干渉型光合波部５０と、光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１と、光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）膜からなるので、ニオブ酸リチウム膜より屈折率が低いものであれば特に限定されないが、単結晶ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル膜として形成させることができる基板として、サファイア単結晶基板もしくはシリコン単結晶基板が好ましい。単結晶基板の結晶方位は特に限定されないが、例えば、ｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜は３回対称の対称性を有しているので、下地の単結晶基板も同じ対称性を有していることが望ましく、サファイア単結晶基板の場合はｃ面、シリコン単結晶基板の場合は（１１１）面の基板が好ましい。

ニオブ酸リチウム膜は例えば、ｃ軸配向したニオブ酸リチウム膜である。ニオブ酸リチウム膜は例えば、基板１０上にエピタキシャル成長したエピタキシャル膜である。エピタキシャル膜は、下地の基板によって結晶方位が揃えられた単結晶の膜のことである。エピタキシャル膜は、ｚ方向およびｘｙ面内方向に単一の結晶方位をもった膜であり、結晶がｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向にともに揃って配向しているものである。基板１０上に形成されている膜がエピタキシャル膜かどうかは、例えば、２θ－θＸ線回折における配向位置でのピーク強度と極点の確認を行うことで証明することができる。

具体的には、２θ－θＸ線回折による測定を行ったとき、目的とする面以外の全てのピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である。例えば、ニオブ酸リチウム膜がｃ軸配向エピタキシャル膜である場合には、（００Ｌ）面以外のピーク強度が、（００Ｌ）面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である。ここで、（００Ｌ）は、（００１）や（００２）などの等価な面を総称する表示である。

また、前述の配向位置でのピーク強度の確認の条件においては、一方向における配向性を示しているのみである。よって、前述の条件を得たとしても、面内において結晶配向がそろっていない場合には、特定角度位置でＸ線の強度が高まることはなく、極点は見られない。例えば、ニオブ酸リチウム膜がニオブ酸リチウム膜の場合、ＬｉＮｂＯ_３は三方晶系の結晶構造であるため、単結晶におけるＬｉＮｂＯ_３（０１４）の極点は３つとなる。ニオブ酸リチウムの場合、ｃ軸を中心に１８０°回転させた結晶が対称的に結合した、いわゆる双晶の状態にてエピタキシャル成長することが知られている。この場合、３つの極点が対称的に２つ結合した状態になるため、極点は６つとなる。また、（１００）面のシリコン単結晶基板上にニオブ酸リチウム膜を形成した場合は、基板が４回対称となっているため、４ｘ３＝１２個の極点が観測される。なお、本開示では、双晶の状態にてエピタキシャル成長したニオブ酸リチウム膜もエピタキシャル膜に含める。

ニオブ酸リチウムの組成は、Ｌｉ_ｘＮｂＡ_ｙＯ_ｚである。Ａは、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｏ以外の元素である。ｘは、０．５以上１．２以下であり、好ましくは０．９以上１．０５以下である。ｙは、０以上０．５以下である。ｚは１．５以上４．０以下であり、好ましくは２．５以上３．５以下である。Ａの元素は、例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｃｅであり、これらの元素を２種類以上の組み合わせても良い。
さらにニオブ酸リチウム膜としては、基板上に貼り合わせされたニオブ酸リチウム単結晶薄膜であってもよい。

ニオブ酸リチウム膜の膜厚は例えば、２μｍ以下である。ニオブ酸リチウム膜の膜厚とは、リッジ部以外の部分の膜厚のことである。ニオブ酸リチウム膜の膜厚は使用する波長やリッジ形状などに応じて適宜最適設計を行えばよい。

光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１、並びに、光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１は、内部を光が伝搬する光の通路である。光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１、並びに、光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１は、ニオブ酸リチウム膜２４の第１面２４Ａから突出するリッジである。第１面２４Ａは、ニオブ酸リチウム膜２４のリッジ部以外の部分（スラブ層）における上面である。ニオブ酸リチウム膜２４は、マルチモード干渉型光合波部５０、光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１、並びに、光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１と、スラブ層とからなる。
図２に示す光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１、並びに、光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１の断面形状定形部の断面形状は矩形であるが、光を導波できる形状であればよく、例えば、台形、三角形、半円形等であってもよい。３つのリッジのｙ方向の幅Ｗａは、０．２μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましく、３つのリッジ部の高さ（第１面２４Ａからの突出高さＨａ）は、例えば、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。

光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１、並びに、光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１のサイズをレーザー光の波長程度とすることによってシングルモードで伝搬することができる。

＜マルチモード干渉型光合波部＞
（１）台形断面を有するマルチモード干渉型光合波部
図１に示したマルチモード干渉型光合波部５０Ａ、５０Ｂはいずれも、２入力１出力のマルチモード干渉型光合波部である。
マルチモード干渉型光合波部５０Ａは、光入力側光導波路５０Ａａ１を伝搬する光と光入力側光導波路５０Ａａ２を伝搬する光とを合波し、その合波した光を光出力側光導波路５０Ａｂ１に出力する合波部である。
また、マルチモード干渉型光合波部５０Ｂは、光出力側光導波路５０Ａｂ１を伝播する合波光と光入力側光導波路５０Ｂａ１を伝搬する光とを合波し、その合波した光を光出力側光導波路５０Ｂｂ１に出力する合波部である。

マルチモード干渉型光合波部は、光の進行方向に対して垂直方向に切った断面が台形形状であることが好ましい。また、この台形形状の傾斜角度は４０°～８５°であることが好ましい。
マルチモード干渉型光合波部の幅寸法マージンが改善し、最適なマルチモード干渉型光合波部幅が大きくなり、加工が容易となるからである。

図３に、マルチモード干渉型光合波部の光の進行方向に対して垂直方向に切った断面が台形形状である場合と、矩形形状である場合とで、シミュレーション（Photon Design社Fimmwave）によってＲＧＢ３色の光の伝搬損失を比較したグラフを示す。また、図４に、シミュレーションに用いたモデルを示す。

図４（ａ）に示すように、図１と同様に２入力１出力型の２段のマルチモード干渉型光合波部を有する光合波器をモデルに使った。また、図４（ｂ）に示すように、２段のマルチモード干渉型光合波部はいずれも、光の進行方向に対して垂直方向に切った断面（図４（ａ）のＡ－Ａ断面）が同一の台形形状であり、上面と下面の中心Ｃ－Ｃに対して対称とした。２段のマルチモード干渉型光合波部はいずれも、高さＴを０．７μｍとし、長さは１段目のマルチモード干渉型光合波部の長さＬ１が６２０μｍ、２段目のマルチモード干渉型光合波部の長さＬ２が１６８０μｍとし、また、幅Ｗを６．５μｍとした。また、光入力側光導波路及び光出力側光導波路はいずれも、高さＴが０．７μｍであり、幅Ｗａは２μｍとした。
このモデルにおいて、マルチモード干渉型光合波部（リッジ）の高さＴの１／２での幅をＷとし、リッジの中心Ｃ－Ｃを固定して両側にｄＷ／２ずつ（従って、合わせてｄＷ）、下面と傾斜部との間の傾斜角θを固定したまま広げるか、または、縮めて、ＲＧＢ合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。図３において、横軸がｄＷであり、正の場合が幅を広げる場合であり、負の場合が幅を縮める場合である。縦軸は伝搬損失である。
赤色光（Ｒ）の波長としては６３８ｎｍ、緑色光（Ｇ）の波長としては５２０ｎｍ、青色光（Ｂ）の波長としては４７３ｎｍを用いた。
また、θが８５°、７０°、５０°及び４０°についてもシミュレーションを行った。さらに比較として、θが９０°（矩形形状）のときも同様にシミュレーションを行った。

図３（ａ）は、θが９０°（矩形形状）のときの結果であり、図３（ｂ）は、θが５０°のときの結果である。ｄＷは－０．５μｍ～０．５μｍの範囲（リッジの幅を６．０μｍ～７．０μｍに相当）でふった。
ＲＧＢ３色で１０ｄＢ以下になるときのｄＷの範囲をＷのマージンとして評価した。 図３（ａ）、（ｂ）から、θが９０°（矩形形状）のとき及び５０°のときのマージンはそれぞれ、０．２μｍ、０．３μｍであった。また、図３（ａ）、（ｂ）から、伝搬損失がＲＧＢ３色全体として最も低いときのｄＷすなわち、最適な幅Ｗはそれぞれ、６．５５μｍ、６．８μｍであった。

θが８５°、７０°及び４０°のとき、マージンはいずれも０．３μｍであり、また、最適な幅Ｗはそれぞれ、６．６μｍ、６．６μｍ、６．９μｍであった。

以上の通り、マルチモード干渉型光合波部の断面が矩形形状である構成に比べて、台形形状である構成の方が、幅寸法マージンが改善し、加工が容易になることがわかった。
また、伝搬損失がＲＧＢ３色全体として最も低い最適幅Ｗは傾斜角θが小さくなるにつれて大きくなるので、最適幅Ｗを大きくして加工を容易にできることがわかった。

（２）スラブ部を有するマルチモード干渉型光合波部
マルチモード干渉型光合波部は基板側にスラブ部が設けられてもよい。
図５（ｂ）に示すマルチモード干渉型光合波部５１は、リッジ５１－１と、基板側にさらにスラブ部５１－２を有してもよい。スラブ部を有することによって、幅寸法マージンがさらに拡大し、加工がさらに容易になりえる。また、最適幅Ｗがさらに拡大し、加工がさらに容易になりえる。

マルチモード干渉型光合波部が図５（ａ）、（ｂ）で示したモデルの構成である場合に、ＲＧＢ合波時のＲＧＢ３色のそれぞれの基本モード（ＴＭ０）、高次モード（ＴＭ１、ＴＭ２）の伝搬損失（ｄＢ）のシミュレーションを行った。
スラブ部の高さＴslabを０．２μｍとし、マルチモード干渉型光合波部の高さＴは、リッジ５１－１の高さとスラブ部５１－２の高さとを足したものとする。マルチモード干渉型光合波部の幅Ｗは６．５μｍとする。その他の寸法は図４について示した寸法と同じとした。表１にその結果である伝搬損失の値（ｄＢ）を示す。比較として、スラブ部を有さない場合と、スラブ部を有する場合のそれぞれの光の伝搬損失から、スラブ部を有さない場合の対応するそれぞれの光の伝搬損失を引いた数値を示した。

スラブ部を有する場合は、スラブ部を有さない場合に比べて、ＲＧＢで伝搬損失の差が減少した。また、スラブ部を有する場合からスラブ部を有さない場合の伝搬損失の差から、赤色光及び青色光はＴＭ０モードの伝搬損失が低減すると共に、高次モードの伝搬損失が大きくなり、伝搬が抑制された結果が得られた。
従って、スラブ部を設けることがシングルモード化に有効であることがわかった。

図６に示すように、台形形状の断面を有するマルチモード干渉型光合波部５２がリッジ５２－１と、基板側にさらにスラブ部５２－２を有してもよい。スラブ部を有することによって、幅寸法マージンがさらに拡大すると共に、最適幅Ｗがさらに拡大して、加工がさらに容易になりえる。また、赤色光及び青色光はＴＭ０モードの伝搬損失が低減すると共に、高次モードの伝搬を抑制することができる。

＜光入力側光導波路及び光出力側光導波路＞
マルチモード干渉型光合波部に接続する光入力側光導波路及び光出力側光導波路は、シングルモード光導波路であることが好ましい。シングルモード光導波路とは、光の伝搬モードが単一の状態（基本モード）で伝搬する光導波路を指すものとし、複数のモードに分散して伝搬する状態（高次モード）の光導波路をマルチモード光導波路と称することにする。シングルモードはモード分散を起こさないため、マルチモードに比べて光の伝送損失が小さく、伝搬速度が速い。

光入力側光導波路及び光出力側光導波路の少なくとも一部に基板側にスラブ部が設けられていることが好ましい。
ＲＧＢ用光導波路の幅を広げてシングルモード化が可能になるからである。

図７に、サファイア基板上に形成されたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）膜からなり、光導波路の高さＴは０．７μｍで固定であり、スラブ部の厚みＴ_slab、及び、リッジの幅Ｗａの直線状の光導波路を示す。図７（ａ）はスラブ部がある場合であり、（ｂ）はスラブ部がない場合である。
図８に、図７で示した光導波路のモデルにおいて、スラブ部の厚みＴ_slab、及び、リッジの幅Ｗａをふったときにモード計算を行ってシングルモードの形成を調べた結果を示す。
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は順に、赤色光（Ｒ）６３８ｎｍ、緑色光（Ｇ）５２０ｎｍ、青色光（Ｂ）４５５ｎｍである。各マトリックス中で、Ｓはシングルモード、Ｍはマルチモード、ＮＧはシングルモードが漏洩モード（Leaky mode）を意味する。

図８（ａ）に基づくと、赤色光（Ｒ）６３８ｎｍは、光導波路の高さＴ＝０．７μｍ、スラブ部がない場合（厚みＴ_slab＝０μｍ）ではリッジの幅Ｗａを狭くしてもシングルモード化できないが、スラブ部があると、スラブ部の厚みＴ_slab＝０．１０μｍ以上になるとリッジ幅Ｗａによってシングルモード化が可能になり、Ｗａ＝２．０μｍまでシングルモード化が可能である。
図８（ｂ）に基づくと、緑色光（Ｇ）５２０ｎｍは、光導波路の高さＴ＝０．７μｍ、スラブ部がない場合（厚みＴ_slab＝０μｍ）ではリッジの幅Ｗａを狭くしてもシングルモード化できないが、スラブ部があると、スラブ部の厚みＴ_slab＝０．１０μｍ以上になるとリッジ幅Ｗａによってシングルモード化が可能になり、Ｗａ＝２．５μｍまでシングルモード化が可能である。
図８（ｃ）に基づくと、青色光（Ｇ）４５５ｎｍは、光導波路の高さＴ＝０．７μｍ、スラブ部がない場合（厚みＴ_slab＝０μｍ）ではリッジの幅Ｗａを狭くしてもシングルモード化できないが、スラブ部があると、スラブ部の厚みＴ_slab＝０．１０μｍ以上になるとリッジ幅Ｗａによってシングルモード化が可能になり、Ｗａ＝２．５μｍまでシングルモード化が可能である。

光入力側光導波路及び光出力側光導波路の少なくとも一部に曲げ部が設けられていることが好ましい。高次モードを抑制できるからである。

図９は、光導波路の一部に曲げ部を設けた場合の高次モードの抑制を調べた結果であり、（ａ）は赤色光（Ｒ）６３８ｎｍの場合であり、（ｂ）は青色光（Ｂ）４５５ｎｍの場合である。

図９（ａ）は、図７で示したモデルで、スラブ部の厚みＴ_slab＝０．１５μｍに固定した場合、赤色光（Ｒ）６３８ｎｍについて、曲率半径が４００μｍの曲げ部を備えると、基本モードＴＭ０は伝搬損失０ｄＢであるが、高次モードＴＭ１、ＴＭ２でそれぞれ、０．５ｄＢ、９０．９ｄＢの損失が発生して伝搬が抑制され、さらに曲率半径が２００μｍの曲げ部を備えると、基本モードＴＭ０は伝搬損失０ｄＢであるが、高次モードＴＭ１、ＴＭ２でそれぞれ、３．４ｄＢ、１５２．１ｄＢの損失が発生して伝搬が大幅に抑制される。

同様に、スラブ部の厚みＴ_slab＝０．１５μｍに固定した場合、青色光（Ｂ）４５５ｎｍについて、曲率半径が４００μｍの曲げ部を備えると、基本モードＴＭ０は損失０ｄＢであるが、高次モードＴＭ１、ＴＭ２でそれぞれ、０．１ｄＢ、１２．８ｄＢの損失が発生して伝搬が抑制され、さらに曲率半径が２００μｍの曲げ部を備えると、基本モードＴＭ０は損失０ｄＢであるが、高次モードＴＭ１、ＴＭ２でそれぞれ、５．１ｄＢ、２８．１ｄＢの損失が発生して伝搬が大幅に抑制される。

本実施形態に係る光合波器は、１段又は複数段の、２入力１出力のマルチモード干渉型光合波部のうち、少なくとも１段の前記マルチモード干渉型光合波部に接続された、２つの光入力側光導波路及び１つの光出力側光導波路において、２つの光入力側光導波路は異なる幅を有し、かつ、１つの光出力側光導波路は２つの光入力側光導波路のうち幅が狭い方と同じ幅を有することが好ましい。
例えば、ＲＧＢ合波の構成において、それぞれの光入力側光導波路の幅をシングルモードが維持できる最大幅に設定することで入射結合損失を低減でき、また、光出力側光導波路からの出射光もシングルモードを維持できる。この作用効果は、一例として例示した図８によって確認できる。

＜合波する可視光の順番＞
本実施形態に係る光合波器は、２段以上のマルチモード干渉型光合波部を備え、１段目のマルチモード干渉型光合波部で波長Ａの可視光と波長Ｂの可視光とを合波し、２段目のマルチモード干渉型光合波部で波長Ａの可視光及び波長Ｂの可視光の合波光と、波長Ｃの可視光とを合波する構成であることが好ましい。
この構成によって、２段でＲＧＢの合波が可能となる。
また、この構成において３段目以降のマルチモード干渉型光合波部を追加することで、さらに異なる波長（例えば、波長Ｂ’）の光を追加して弱い光の強度を補充すること等が可能となる。この例示の場合は、波長Ｂ’は波長Ｂと同じ波長又は近い波長であって、その色の強度を補強できるものである。

また、構成において、波長Ａ＞波長Ｂ、かつ、波長Ａ＞波長Ｃとすることが好ましい。
波長Ａは例えば、赤色光（６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下）であり、波長Ｂ及び波長Ｃのいずれか一方は例えば、緑色光（５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下）であり、他方は例えば、４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である。
合波する可視光をこの順番にすることによって、ＲＧＢ合波による伝搬損失を小さくすることができる。また、マルチモード干渉型光合波の長さ寸法マージンを大きくすることができる。この作用効果について以下に実施例及び比較例を使って説明する。

＜合波する可視光の順番に関する検証（伝搬損失及び合波部長さのマージンの観点）＞
特許文献３に、可視光の３波長（３波長λ１、λ２、λ３はλ１＜λ２＜λ３という関係かつ｜λ１－λ２｜＜｜λ２－λ３｜という関係を有する。）を合波する２段のマルチモード干渉型合波部（以下、ＭＭＩ合波部ということがある。）を有し、１段目のＭＭＩ合波部（長さＬ１）で波長λ１の可視光と波長λ２の可視光とを合波し、２段目のＭＭＩ合波部（長さＬ２（＜Ｌ１））でその合波された可視光と波長λ３の可視光とを合波する光合波器が開示されている（請求項１参照）。また、特許文献３では、λ１として青色光（４６０ｎｍの光）、λ２として緑色光（５１０ｎｍの光）、λ３として赤色光（６３５ｎｍの光）が例示されており、この場合、｜λ１－λ２｜＝５０ｎｍであり、｜λ２－λ３｜＝１２５ｎｍである。特許文献３に開示された光合波器では、３波長λ１、λ２、λ３の関係、及び、２段のＭＭＩ合波部の長さの関係を有することにより、青色光、緑色光及び赤色光ともに６５％～７５％の出力でシングルモードを得ることができる旨、記載されている（段落００３８、図３参照）。

（比較例１）
図１０に示す光合波器において、合波する可視光の順番、及び、２段のＭＭＩ合波部の長さを特許文献３に従って、合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。赤色光（Ｒ）の波長としては６３８ｎｍ、緑色光（Ｇ）の波長としては５２０ｎｍ、青色光（Ｂ）の波長としては４７３ｎｍを用いた。２段のＭＭＩ合波部１５０Ａ（１５０）、１５０Ｂ（１５０）はいずれも断面矩形のＭＭＩ合波部であって、スラブ部を有し、スラブの厚さはいずれも0．２μmとし、幅Ｗはいずれも６μｍであり、高さＴはいずれも０．７μｍとし、ＭＭＩ合波部１５０Ａの長さＬ１は１４２０μｍ、ＭＭＩ合波部１５０Ｂの長さＬ２は６７０μｍとした。また、光入力側光導波路１５０Ａａ１、１５０Ａａ２及び光出力側光導波路１５０Ａｂ１、並びに、光入力側光導波路１５０Ｂａ１、１５０Ａｂ１及び光出力側光導波路１５０Ｂｂ１はいずれも、高さＴが０．７μｍであり、幅Ｗａは２μｍとした。

図１１に、合波時の伝搬損失のシミュレーションの結果を示す。
図１１の上のグラフは、ＭＭＩ合波部１５０Ａの長さＬ１を１４２０μｍの前後に１００μｍ程度ふったときのＧＢ合波時の伝搬損失を示し、また、下のグラフは、ＭＭＩ合波部１５０Ｂの長さＬ２を６７０μｍの前後に１００μｍ程度ふったときのＲＧＢ合波時の伝搬損失を示す。
ＧＢ合波時のＧ及びＢの最小の伝搬損失はＬ１が１４２０μｍのとき、３．８ｄＢ程度であり、ＲＧＢ合波時のＲ、Ｇ及びＢの最小の伝搬損失はＬ２が６７０μｍのとき、それぞれ、２．４ｄＢ、３．５ｄＢ、４．２ｄＢ程度であった。
伝搬損失をいずれの光についても５ｄＢ以下とすると、Ｌ２のマージンは±２６μｍ程度と大きいものの、Ｌ１のマージンは±５μｍ程度と非常に狭い。

（実施例１）
次に、図１２に示す光合波器において、合波する可視光の順番、及び、２段のＭＭＩ合波部の長さを変えて、合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。１段目のＭＭＩ合波部５０Ａで赤色光（Ｒ）及び青色光（Ｂ）を合波し、次いで、２段目のＭＭＩ合波部５０Ｂでその合波した光と緑色光（Ｇ）とを合波したこと、ＭＭＩ合波部５０Ａの長さＬ１を５２０μｍ、ＭＭＩ合波部５０Ｂの長さＬ２を１４００μｍとした以外は、比較例１と同様の構成でシミュレーションを行った。

図１３に、合波時の伝搬損失のシミュレーションの結果を示す。
図１３の上のグラフは、ＭＭＩ合波部５０Ａの長さＬ１を５２０μｍの前後に１００μｍ程度ふったときのＲＢ合波時の伝搬損失を示し、また、下のグラフは、ＭＭＩ合波部５０Ｂの長さＬ２を１４００μｍの前後に１００μｍ程度ふったときのＲＧＢ合波時の伝搬損失を示す。
ＲＢ合波時のＲ及びＢの最小の伝搬損失はＬ１が５２０μｍのとき、それぞれ、２．２ｄＢ、１．６程度であり、ＲＧＢ合波時のＲ、Ｇ及びＢの最小の伝搬損失はＬ２が１４００μｍのとき、それぞれ、２．４ｄＢ、２．６ｄＢ、１．５ｄＢ程度であり、図１０に示した光合波器に比べて、伝搬損失は低下した。
また、伝搬損失をいずれの光についても５ｄＢ以下とすると、Ｌ２のマージンは±１９μｍ程度と比較例１に比べて若干小さくなったが、Ｌ１のマージンは±３８μｍ程度であり、比較例１に比べて大幅に拡大した。

（実施例２）
次に、図１２に示す光合波器において、合波する可視光の順番、及び、２段のＭＭＩ合波部の長さを変えて、合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。１段目のＭＭＩ合波部５０Ａで赤色光（Ｒ）及び緑色光（Ｇ）を合波し、次いで、２段目のＭＭＩ合波部５０Ｂでその合波した光と青色光（Ｂ）とを合波したこと、ＭＭＩ合波部５０Ａの長さＬ１を６３５μｍ、ＭＭＩ合波部５０Ｂの長さＬ２を１９２０μｍとした以外は、比較例１と同様の構成でシミュレーションを行った。

図１４に、合波時の伝搬損失のシミュレーションの結果を示す。
図１４の上のグラフは、ＭＭＩ合波部５０Ａの長さＬ１を６３５μｍの前後に１００μｍ程度ふったときのＲＧ合波時の伝搬損失を示し、また、下のグラフは、ＭＭＩ合波部５０Ｂの長さＬ２を１９２０μｍの前後に１００μｍ程度ふったときのＲＧＢ合波時の伝搬損失を示す。
ＲＧ合波時のＲ及びＧの最小の伝搬損失はＬ１が６３５μｍのとき、それぞれ、２．６ｄＢ、２．７程度であり、ＲＧＢ合波時のＲ、Ｇ及びＢの最小の伝搬損失はＬ２が１９２０μｍのとき、それぞれ、２．４ｄＢ、２．６ｄＢ、２．２ｄＢ程度であり、比較例１に比べて、伝搬損失は低下した。
また、伝搬損失をいずれの光についても５ｄＢ以下とすると、Ｌ２のマージンは±２６μｍ程度と図１０に示した光合波器と同じであるが、Ｌ１のマージンは±１４μｍ程度であり、比較例１に比べて大幅に拡大した。

（比較例２、実施例３、４）
比較例２及び実施例３、４では、２段のＭＭＩ合波部の幅Ｗを６．５μｍとした点が共通して比較例１と異なる。
さらに、比較例２は１段目のＭＭＩ合波部の長さＬ１を９００μｍ、２段目のＭＭＩ合波部の長さＬ２を７８０μｍとした点以外は比較例１と同様にして合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。
実施例３は１段目のＭＭＩ合波部の長さＬ１を６２０μｍ、２段目のＭＭＩ合波部の長さＬ２を１６８０μｍとした点以外は実施例１と同様にして合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。実施例４は１段目のＭＭＩ合波部の長さＬ１を１５１８μｍ、２段目のＭＭＩ合波部の長さＬ２を６００μｍとした点以外は実施例２と同様にして合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。

図１５に、実施例１～６及び比較例１～３のシミュレーションの結果を示す。
図１５に示した伝搬損失はＲＧＢ合波時のものである。
比較例２において、ＧＢ合波時のＧ及びＢの最小の伝搬損失はＬ１が９００μｍのとき、いずれも４．８ｄＢ程度であった。比較例２において、Ｌ２の長さマージンはマイナス側にしかなかった。
実施例３において、ＲＢ合波時のＲ及びＢの最小の伝搬損失はＬ１が６２０μｍのとき、いずれも２．２ｄＢ程度であった。
実施例４において、ＲＧ合波時のＲ及びＧの最小の伝搬損失はＬ１が１５１８μｍのとき、それぞれ、３．３ｄＢ、２．８ｄＢ程度であった。

実施例３では、比較例２に比べて伝搬損失がＲＧＢすべてで低く、かつ、Ｌ１、Ｌ２共に比較例２に比べて長さのマージンが広かった。
実施例４では、比較例２に比べて伝搬損失がＧＢで低く、かつ、Ｌ１、Ｌ２共に比較例２に比べて長さのマージンが広かった。

（比較例３、実施例５、６）
比較例３及び実施例５、６では、２段のＭＭＩ合波部の幅Ｗを７μｍとした点が共通して比較例と異なる。
さらに、比較例３は１段目のＭＭＩ合波部の長さＬ１を１７２０μｍ、２段目のＭＭＩ合波部の長さＬ２を７１０μｍとした点以外は比較例１と同様にして合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。
実施例５は１段目のＭＭＩ合波部の長さＬ１を７１０μｍ、２段目のＭＭＩ合波部の長さＬ２を１９００μｍとした点以外は実施例１と同様にして合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。実施例６は１段目のＭＭＩ合波部の長さＬ１を６９０μｍ、２段目のＭＭＩ合波部の長さＬ２を１７２５μｍとした点以外は実施例２と同様にして合波時の伝搬損失のシミュレーションを行った。

比較例３において、ＧＢ合波時のＧ及びＢの最小の伝搬損失はＬ１が１７２０μｍのとき、それぞれ、４．０ｄＢ、３．８ｄＢ程度であった。
実施例５において、ＲＢ合波時のＲ及びＢの最小の伝搬損失はＬ１が７１０μｍのとき、それぞれ、３．８ｄＢ、２．１ｄＢ程度であった。
実施例６において、ＲＧ合波時のＲ及びＧの最小の伝搬損失はＬ１が６９０μｍのとき、それぞれ、３．２ｄＢ、２．２ｄＢ程度であった。

実施例５では、比較例３に比べて伝搬損失がＧＢで低く、かつ、Ｌ１、Ｌ２共に比較例２に比べて長さのマージンが広かった。
実施例６では、比較例３に比べて伝搬損失がＧＢで低く、かつ、Ｌ１、Ｌ２共に比較例２に比べて長さのマージンが広かった。
上記、比較例と実施例において、ＭＭＩ合波部にスラブ部が無い場合においても、ＲＧＢ各色の伝搬損失およびＬ１マージンとＬ２マージンの比較例と実施例の関係性は、スラブ部を有する場合と同じ傾向である。

〔可視光光源モジュール〕
（第１実施形態）
図１６は、第１実施形態に係る可視光光源モジュールの平面模式図である。
図１６に示す可視光光源モジュール１０００は、上記の光合波器１００と、光合波器１００で合波する可視光を出射する複数の可視光レーザー光源３０（３０－１、３０－２、３０－３）とを備える。
図１６に示した構成要素について、上記と同様な構成要素については同じ符号を付してその説明を省略することがある。

可視光レーザー光源３０としては、各種レーザー素子が使用可能である。例えば、市販の赤色光、緑色光、青色光等のレーザーダイオード（ＬＤ）が使用可能である。赤色光は、ピーク波長が６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である光が使用可能であり、緑色光は、ピーク波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である光が使用可能であり、青色光は、ピーク波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である光が使用可能である。
可視光光源モジュール１０００において、可視光レーザー光源３０－１、３０－２、３０－３をそれぞれ、赤色光を発するＬＤ、青色光を発するＬＤ、及び緑色光を発するＬＤとする。ＬＤ３０－１、３０－２、３０－３は、それぞれのＬＤから発せられる光の出射方向に略直交する方向において互いに間隔をあけて配置され、サブキャリア１２０の上面に設けられている。

可視光光源モジュール１０００では、可視光レーザー光源の個数が３個の場合を例示したが、３個に限定されず、２個あるいは４個以上の複数であればよい。複数の可視光レーザー光源は発光する光の波長がすべて異なるものでもよいし、また、発光する光の波長が同じ可視光レーザー光源があっても構わない。また、発光する光は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）以外の光も使用可能であり、図面を用いて説明した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の搭載順についても、この順である必要性はなく適宜変更可能である。

ＬＤ３０は、ベアチップでサブキャリア１２０に実装可能である。サブキャリア１２０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコン（Ｓｉ）等で構成されている。

サブキャリア１２０は、金属層を介して基板１０と直接接合された構成とすることができる。この構成によって、空間結合やファイバ結合をしないことによりさらに小型化が可能となる。

ＬＤ３０の光出射面３１と光合波器１００の光入射面１０１とは、所定の間隔で配置されている。光入射面１０１は光出射面３１と対向しており、ｘ方向において光出射面３１と光入射面１０１との間には隙間Ｓがある。可視光光源モジュール１０００は空気中に露出されているので、隙間Ｓには空気が満ちている。隙間Ｓが同じガス（空気）で充填された状態となるため、ＬＤ３０から出射された各色光を所定の結合効率を満たした状態で入射路に入射させることが容易である。可視光光源モジュール１０００がＡＲグラス、ＶＲグラスに用いられる場合、ＡＲグラス、ＶＲグラスで求められる光量等をふまえると、隙間（間隔）Ｓのｘ方向の大きさは、例えば０μｍより大きく、５μｍ以下である。

（第２実施形態）
図１７は、第２実施形態に係る可視光光源モジュールの平面模式図である。
図１７に示す可視光光源モジュール２０００は、光変調機能付き光合波器２００と、光変調機能付き光合波器２００で合波する可視光を出射する複数の可視光レーザー光源３０（３０－１、３０－２、３０－３）とを備える。
図１７に示した構成要素について、上記と同様な構成要素については同じ符号を付してその説明を省略することがある。

光変調機能付き光合波器２００は、ニオブ酸リチウムとは異なる材料からなる基板１０と、基板１０の主面１０Ａに形成された、マッハツェンダー型光変調器４０を含む光合波機能層２０Ａと、を備え、光合波機能層２０Ａはマッハツェンダー型光変調器４０以外に、２個のマルチモード干渉型光合波部５０（５０Ａ、５０Ｂ）と、マルチモード干渉型光合波部５０Ａに接続する光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１と、マルチモード干渉型光合波部５０Ｂに接続する光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１と、を有し、マッハツェンダー型光変調器４０と、マルチモード干渉型光合波部５０と、光入力側光導波路５０Ａａ１、５０Ａａ２及び光出力側光導波路５０Ａｂ１と、光入力側光導波路５０Ｂａ１、５０Ａｂ１及び光出力側光導波路５０Ｂｂ１とはニオブ酸リチウム膜からなる。

マッハツェンダー型光変調器４０としては公知のマッハツェンダー型光変調器あるいは光導波路を用いることができ、波長と位相のそろった光ビームを２本の対（ペア）となるビームに分割（分波）し、それぞれに異なる位相を与えてから合流（合波）する。位相差の違いによって、合波した光ビームの強度が変わる。
光変調出力部２００には、可視光レーザー光源３０－１、３０－２、３０－３の数と同数の３個のマッハツェンダー型光導波路４０－１、４０－２、４０－３を有する。可視光レーザー光源３０－１、３０－２、３０－３とマッハツェンダー型光導波路４０－１、４０－２、４０－３とは、可視光レーザー光源から出射された光が対応するマッハツェンダー型光導波路に入射するように位置決めされている。

図１７に示すマッハツェンダー型光導波路４０（４０－１、４０－２、４０－３）は、第１光導波路４１と第２光導波路４２と入力路４３と出力路４４と分岐部４５と結合部４６とを有する。出力路４４はマルチモード干渉型光合波部の光入力側光導波路となっている。図１７に示す第１光導波路４１及び第２光導波路４２は分岐部４５の近傍及び結合部４６の近傍以外は、ｘ方向に直線状に延びる構成であるが、このような構成に限定されない。図１７に示す第１光導波路４１と第２光導波路４２の長さは、略同一である。分岐部４５は、入力路４３と第１光導波路４１及び第２光導波路４２との間にある。入力路４３は、分岐部４５を介して、第１光導波路４１及び第２光導波路４２と繋がる。結合部４６は、第１光導波路４１及び第２光導波路４２と出力路４４との間にある。第１光導波路４１と第２光導波路４２とは、結合部４６を介して、出力路４４と繋がる。

電極２１、２２は、各マッハツェンダー型光導波路４０－１、４０－２、４０－３（以下、単に「各マッハツェンダー型光導波路４０」ということがある。）に変調電圧を印加する電極である。電極２１は、第１電極の一例であり、電極２２は、第２電極の一例である。電極２１の一端は電源１３１に接続され、他端は終端抵抗１３２に接続されている。電極２２の一端は電源１３１に接続され、他端は終端抵抗１３２に接続されている。電源１３１は、変調電圧を各マッハツェンダー型光導波路４０に印加する駆動回路の一部である。電極２１、２２は図の簡略化のために、マッハツェンダー型光導波路４０－１の部分にのみ描いている。

電極２３、２４は、各マッハツェンダー型光導波路４０に直流バイアス電圧を印加する電極である。電極２３の一端及び電極２４の一端は電源１３３に接続されている。電源１３３は、直流バイアス電圧を各マッハツェンダー型光導波路４０に印加する直流バイアス印加回路の一部である。
電極２１、２２に直流バイアス電圧を重畳する場合は、電極２３、２４を設けなくてもよい。また電極２１、２２、２３、２４の周囲に接地電極を設けてもよい。

光合波機能層２０Ａのサイズは、例えば、１００ｍｍ^２以下である。光合波機能層２０Ａのサイズが１００ｍｍ^２以下であれば、ＡＲグラスやＶＲグラス用として適している。

光合波機能層２０Ａは、公知の方法で作製できる。例えばエピタキシャル成長、フォトリソグラフィ、エッチング、気相成長及びメタライズなどの半導体プロセスを用いて、光合波機能層２０Ａは製造される。

例えば、網膜投影型ディスプレイにおいて、所望の色で画像を表示するためには、可視光を表現するＲＧＢの３色の各々の強度を独立に高速に変調する必要がある。かかる変調を可視光レーザー光源（電流変調）だけ行うと、それらの変調を制御するＩＣの負荷が大きくなってしまうが、マッハツェンダー型光変調器４０（光変調機能付き光合波器２００）による変調（電圧変調）も併用することが可能となる。この場合は、粗調整を電流（可視光レーザー光源）で行い、微調整を電圧（マッハツェンダー型光変調器４０）で行ってもよいし、また、粗調整を電圧（マッハツェンダー型光変調器４０）で行い、微調整を電流（可視光レーザー光源）で行ってもよい。微調整を電圧で行う方が応答性がよいので、応答性を重視する場合には前者を採用し、微調整を電流で行う方が低い電流で済むため消費電力を抑制するため、消費電力の抑制を重視する場合には後者を採用することが好ましい。

１０ 基板
１０Ａ 基板の表面
２０、２０Ａ 光合波機能層
２４ 導波路コア膜
２５ 導波路クラッド膜
３０ 可視光レーザー光源
５０Ａａ１、５０Ａａ２、５０Ｂａ１ 光入力側光導波路
５０Ｂｂ１ 光出力側光導波路
５０、５１、５２ マルチモード干渉型光合波部
５１－１、５２－１ リッジ
５１－２、５２－２ スラブ部
１００ 光合波器
２００ 光変調機能付き光合波器
１０００、２０００ 可視光光源モジュール

Claims (13)

1. 波長の異なる複数の可視光を合波する光合波器であって、
   ニオブ酸リチウムとは異なる材料からなる基板と、
   前記基板の主面に形成された光合波機能層と、を備え、
   前記光合波機能層は、１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部と、前記１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部のそれぞれに接続する光入力側光導波路及び光出力側光導波路とを有し、前記マルチモード干渉型光合波部、前記光入力側光導波路及び前記光出力側光導波路はニオブ酸リチウム膜からなる、光合波器。
2. 前記１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部はいずれも、２入力１出力のマルチモード干渉型光合波部である、請求項１に記載の光合波器。
3. 前記１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部のうち、少なくとも一つのマルチモード干渉型光合波部は光の進行方向に対して垂直方向に切った断面が台形形状である、請求項１に記載の光合波器。
4. 前記台形形状の傾斜角度が４０°～８５°である、請求項３に記載の光合波器。
5. 前記台形形状の断面を有するマルチモード干渉型光合波部が基板側にスラブ部を有する、請求項３に記載の光合波器。
6. 前記光入力側光導波路及び光出力側光導波路の少なくとも一部にスラブ部が設けられている、請求項１に記載の光合波器。
7. 前記光入力側光導波路及び光出力側光導波路の少なくとも一部に曲げ部が設けられている、請求項１に記載の光合波器。
8. 前記１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部の少なくとも１段の前記マルチモード干渉型光合波部に接続された、２つの光入力側光導波路及び１つの光出力側光導波路において、前記２つの光入力側光導波路は異なる幅を有し、かつ、前記１つの光出力側光導波路は前記２つの光入力側光導波路のうち幅が狭い方と同じ幅を有する、請求項２に記載の光合波器。
9. ２段以上のマルチモード干渉型光合波部を備え、１段目のマルチモード干渉型光合波部で波長Ａの可視光と波長Ｂの可視光とを合波し、２段目のマルチモード干渉型光合波部で波長Ａの可視光及び波長Ｂの可視光の合波光と、波長Ｃの可視光とを合波する、請求項２に記載の光合波器。
10. 前記波長Ａ＞前記波長Ｂであり、かつ、前記波長Ａ＞前記波長Ｃである、請求項９に記載の光合波器。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の光合波器と、前記光合波器で合波する可視光を出射する複数の可視光レーザー光源とを備える、可視光光源モジュール。
12. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の光合波器と、前記光合波器に接続され、複数の可視光レーザー光源から出射された複数の可視光を前記光合波器に導波するマッハツェンダー型光変調器と、を備える、光変調機能付き光合波器。
13. 請求項１２に記載の光変調機能付き光合波器と、前記光変調機能付き光合波器で合波する可視光を出射する複数の可視光レーザー光源とを備える、可視光光源モジュール。

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