JP5445703B2 - 偏光回転器及びその製造方法 - Google Patents

Description

（関連出願）本願は、先の日本特許出願２００６−３２５７３０号（２００６年１２月１日出願）の優先権を主張するものであり、前記先の出願の全記載内容は、本書に引用をもって繰込み記載されているものとみなされる。
本発明は、偏光回転器及びその製造方法に関し、特に光回路用の偏光回転器及びその製造方法に関する。また、本発明は、偏光回転器を含むＴＥ−ＴＭモード変換器、光回路及びこれらの製造方法に関する。

シリコン・オン・インシュレータ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ、ＳＯＩ）基板とは、シリコン基板の上に埋め込み酸化膜と呼ばれる二酸化シリコンの薄膜を形成し、更にその上にシリコン活性層と呼ばれるシリコンの薄膜を形成したものである。ＳＯＩは光回路の基板として利用することができる。最上層のシリコン活性層を加工して細線状にすることによって、細線状のシリコンをコアとし、そのコアを取り巻く下層の埋め込み酸化膜と上部の空気をクラッディング（クラッド）とする細線導波路を形成することができる。シリコンのコアの上部は、更に二酸化シリコンによって埋め込まれることもある。（導波路の導波光の電磁界は、コアを中心としてクラッディングにしみ出すように分布しながら導波される。したがって、「導波路」とは、コアのみならずクラッド部分を含むものとし、「細線」とは、導波路のコアのみを指すものとする。また、「コアの幅」とは、導波方向に垂直な断面におけるコアの側面間の間隔をいい、「コアの高さ」とは、導波方向に垂直な断面におけるコアの上面と底面との間隔をいう。以下の説明においても同様である。）

ＳＯＩ基板上において、様々な基本的な機能を有する微小な要素光素子を組み合わせて１つの基板上に集積化することによって、光回路を実現することができる。光回路用の要素光素子のほとんどは小型化が比較的容易な導波路型である。基本的な要素光素子は、直線導波路、曲がり導波路、分岐導波路などの光導波路である。これらの導波路部品を複数組み合わせることによって、方向性結合器や干渉計などの光素子を構成することができ、更に、これらに波長フィルタを組み合わせることによって、波長合分波器や光スイッチなどの光素子を構成することができる。

光回路の主要な構成要素は光導波路であるが、個々の光素子に好適な導波路のコアの断面形状は、必ずしも同じではない。光配線として用いられる場合には、光導波路の特性として導波損失が小さいことが要求される。シリコンのコアは、細線状に加工される際に側壁に荒れが生じ、その荒れが光の散乱損失を生じさせる。したがって、直線導波路においては、側壁の面積が小さくなるように、コアの高さは低いことが望ましい。

しかし、コアの厚みが薄すぎる（高さが低すぎる）場合には、モード・フィールドが広がるため、曲がり導波路においてはかえって導波損失が増える。方向性結合器などの光素子は曲がり導波路を多く含むため、高集積が求められる光回路の場合、コアは厚めの方がよいことになる。ＳＯＩ基板におけるシリコン活性層は厚みが均一である。したがって、従来技術では、光回路全体の光損失低減と集積度向上のトレード・オフを考慮して、光回路全体の導波路のコアの高さを選ばざるを得ない。なお、コアの幅は、光導波路がシングル・モードとなるように選ばれる。

要素光素子の動作特性は偏光方向にも依存する。基板上に形成される光導波路は、通常、厚み方向と幅方向に関する光学的な対称性に起因して、基板に平行な方向の電界を多く含むＴＥモードと、基板に垂直な方向の電界を多く含むＴＭモードとを導波モードとして有する。伝搬方向に垂直な断面における導波光の電磁界の分布、すなわち、モード・フィールドは、一般に、ＴＥモードとＴＭモードとの間で大きさや形状が異なる。その結果、個々の要素光素子の動作特性は、ＴＥモードとＴＭモードとでは異なり、ＴＥモードで高性能であるものと、ＴＭモードで高性能であるものとがある。しかし、従来技術においては、偏光方向を自在に回転することは困難であるため、光回路内の特定の要素光素子において、性能の劣化（例えば、光損失）を招くという問題があった。

なお、特許文献１において、連続的に偏光方向を回転するとともに、コアの高さ及び幅を変化させる変換器が開示されている。しかし、ここで開示されている変換器は、直方体やくさび型の形状のコア材料を積み重ねたものであるため、層状の基板上に形成したり、導波路の断面形状を連続的に変化させることは困難であるという問題がある。

特表２００６−５０９２６４号公報

以上の特許文献１の開示事項は、本書に引用をもって繰り込み記載されているものとする。以下に本発明による関連技術の分析を与える。従来技術においては、導波路のコアの断面形状を設計する際に光回路の損失低減と集積度向上とがトレード・オフの関係にあるため、両者を同時に好適化するようにコアの断面形状を設計することが困難であるという問題がある。

また、従来技術では、光回路を動作させる偏光方向をＴＥモードかＴＭモードのいずれかに限定しなければならない。しかし、要素光素子によって高性能化や高集積化に適した偏光方向が異なるため、性能の劣化（例えば、光損失）を招くという問題がある。

さらに、従来技術では、損失低減と集積度向上のトレード・オフによって決まる導波路コアの高さが光回路によって異なるため、光回路毎に異なったシリコン活性層厚を有するＳＯＩ基板を用いなければならない。したがって、光回路の製造プロセスが煩雑となり、製造コストが高くなるという問題もある。

本発明の第１の視点に係る光回路は、第１の導波路と、第２の導波路と、第１の導波路の光の偏光方向及びモード・フィールドを同時に変換して第２の導波路へ導波する第３の導波路と、を備えた光回路であって、前記第１の導波路のコアと前記第２の導波路のコアの対応する端部のアスペクト比の大きい方向は互いに異なることを特徴とする。

本発明の第２の視点に係る光回路は、第１ないし第３の導波路を備えた光回路であって、前記第１の導波路は、導波軸（すなわち、導波方向）に垂直な断面におけるコアの形状が横長であり、前記第２の導波路は、導波軸に垂直な断面におけるコアの形状が前記第１の導波路のコアとの位置関係において縦長であり、前記第３の導波路のコアの両端は、それぞれ前記第１の導波路のコアと前記第２の導波路のコアとに接続されており、前記第１の導波路のコアと前記第３の導波路のコアとの接続部、及び、前記第２の導波路のコアと前記第３の導波路のコアとの接続部において、接続される２つの導波路のコアの断面形状及び屈折率が連続的に又は段階的に変化しており、前記第３の導波路のコアの断面形状及び屈折率が、導波方向の両端の間で導波方向について連続的に又は段階的に変化している。

第１の展開形態の光回路は、前記第３の導波路のコアの断面形状が導波方向に連続的に又は段階的に変化している。

第２の展開形態の光回路は、前記第３の導波路のコアの屈折率が導波方向に連続的に又は段階的に変化している。

第３の展開形態の光回路は、前記第１の導波路の導波方向と前記第２の導波路の導波方向とが同一である。

第４の展開形態の光回路は、前記第１の導波路のコアと前記第２の導波路のコアとの間で対応する端部のアスペクト比の大きい方向が互いに直交する。

第５の展開形態の光回路は、前記第３の導波路のコアの幅が、前記第１の導波路のコアとの接続端から前記第２の導波路のコアとの接続端に至る過程において、単調に減少するか又は単調に減少する部分と一定の部分との組み合わせである。

第６の展開形態の光回路は、前記第３の導波路のコアの高さが、前記第１の導波路のコアとの接続端から前記第２の導波路のコアとの接続端に至る過程において、単調に増加するか又は単調に増加する部分と一定の部分との組み合わせである。

第７の展開形態の光回路は、前記第１の導波路のコア及び前記第２の導波路のコアの断面形状がいずれも長方形である。

第８の展開形態の光回路は、前記第１の導波路のコア及び前記第２の導波路のコアの断面形状のアスペクト比がいずれも１．２以上である。

第９の展開形態の光回路は、前記第１の導波路のコア、前記第２の導波路のコア及び前記第３の導波路のコアが同一平面上に形成される。

第１０の展開形態の光回路は、前記第３の導波路のコアの導波方向の長さが、前記第１の導波路のコアと前記第２の導波路のコアの幅との差、又は、前記第１の導波路のコアの高さと前記第２の導波路のコアの高さとの差のいずれか大きい方の１０倍以上である。

第１１の展開形態の光回路は、前記第３の導波路のコアの上面が、前記第３の導波路のコアの底面と０°より大きく９０°より小さい角度をなす傾斜平面を含み、傾斜平面の法線を底面上に射影した方向が、前記第１の導波路及び前記第２の導波路の導波方向のそれぞれに対して、０°より大きく９０°より小さい角度をなす。

第１２の展開形態の光回路は、前記第３の導波路のコアに含まれる傾斜平面と前記第３の導波路のコアの底面とがなす角が、３０°以上９０°未満である。

第１３の展開形態の光回路は、前記第３の導波路のコアの上面が凹面を含み、前記凹面の任意の位置における接平面が前記第３の導波路のコアの底面と０°より大きく９０°より小さい角度を成し、接平面の法線を底面上に射影した方向が前記第１の導波路及び前記第２の導波路の導波方向のそれぞれに対して、０°より大きく９０°より小さい角度をなす。

第１４の展開形態の光回路は、前記第１の導波路、前記第２の導波路及び前記第３の導波路のコアの屈折率が３以上であり、クラッディングの屈折率が２以下である。

第１５の展開形態の光回路は、前記第１の導波路、前記第２の導波路及び前記第３の導波路が単一のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Iｎｓｕｌａｔｏｒ）基板に形成される。

本発明の第３の視点に係る光回路は、第１の導波路と第２の導波路とを備え、前記第１の導波路と前記第２の導波路との間に、偏光回転及びモード・フィールド変換を同時に行う第３の導波路と、モード・フィールド変換のみを行う第４の導波路とを直列に備え、ＴＥモードとＴＭモードを相互に変換する。

第１６の展開形態の光回路は、前記第４の導波路が、アスペクト比が１の導波路とアスペクト比が１でない導波路とを接続し、又は、アスペクト比の大きい方向が互いに異なる導波路同士を接続する。

第１７の展開形態の光回路は、前記第３の導波路及び前記第４の導波路を直列に備える。

本発明の第４の視点に係る光回路は、第１の導波路と第２の導波路との間に設けられ、第１の導波路の光の偏光方向及びモード・フィールドを同時に変換して第２の導波路へ導波する第３の導波路を備えた光回路であって、前記第３の導波路のコアの断面形状は、導波方向に連続的に又は段階的に変化し、前記第１の導波路のコアと前記第２の導波路のコアの対応する端部のアスペクト比の大きい方向は互いに異なることを特徴とする。

第１８の展開形態の光回路は、前記第１の導波路のコアと前記第３の導波路のコアとの接続部、及び、前記第２の導波路のコアと前記第３の導波路のコアとの接続部において、接続される２つの導波路のコアの断面形状及び屈折率は連続的に又は段階的に変化していることが好ましい。

本発明の第５の視点に係る光回路の製造方法は、一定の膜厚の第１の膜と、第１の膜よりも薄い一定の膜厚の第２の膜と、両膜のそれぞれに対して等しい厚みで接するとともに膜厚が一方向に単調に変化する第３の膜とを備えるコア材料に対して、コアの長手方向が第３の膜の膜厚が変化する方向と斜めに交差する方向となるように加工することによって導波路を形成する工程を含む。

第１９の展開形態の光回路の製造方法は、前記第３の膜を細線状に加工する形成工程において、第３の膜を厚さが小さい方から大きい方に向かってコアの幅が単調に減少するように加工するか、又は、単調に減少する部分と一定の部分との組み合わせとなるように加工する工程を含む。

第２０の展開形態の光回路の製造方法は、単一のＳＯＩ基板に対して導波路を形成する。

本発明の偏光回転器によって、導波路のコアの高さを自在に変化させることが可能となる。したがって、光回路内にコアの高さが異なる要素光素子を混在させることが可能となる。その結果、導波路コアの高さに関する、損失低減と集積度向上の間のトレード・オフ関係を解消し、光回路における損失低減と集積度向上を同時に実現することができる。

また、本発明の偏光回転器によって、偏光の向きも自在に変化させることが可能となる。したがって、光回路内に偏光方向により性能が異なる要素光素子を混在させることも可能となる。

また、本発明の偏光回転器もしくはこれを含む光回路の製造方法は、単一のＳＯＩ基板上において実施することが可能であるため、光回路の製造プロセスを簡易化するとともに低コスト化する。

本発明の第１の実施例の光回路を説明するための斜視図である。 本発明の第１の実施例の光回路の製造方法を説明するためのＳＯＩ基板の斜視図である。 本発明の第２の実施例の光回路を説明するための斜視図である。 本発明の第３の実施例の光回路を説明するための斜視図である。 本発明の第３の実施例の光回路の製造方法を説明するためのＳＯＩ基板の斜視図である。

本発明の実施形態に係る光回路は、第１ないし第３の導波路を備えた光回路であって、第１の導波路は、導波方向に垂直な断面におけるコアの形状が横長であり、第２の導波路は、導波方向に垂直な断面におけるコアの形状が第１の導波路のコアとの位置関係において縦長であり、前記第３の導波路のコアの両端は、それぞれ第１の導波路のコアと第２の導波路のコアとに接続されており、第１の導波路のコアと第３の導波路のコアとの接続部、及び、第２の導波路のコアと第３の導波路のコアとの接続部において、それぞれ接続される２つの導波路のコアの断面形状及び屈折率が、連続的に又は段階的に変化しており、第３の導波路のコアの断面形状及び屈折率が、導波方向の両端の間で導波方向について連続的に又は段階的に変化している。

また、第１の導波路のコアの導波方向と第２の導波路のコアの導波方向とが平行であってもよい。

さらに、第３の導波路のコアの導波方向に垂直な断面におけるコアの横幅は、第１の導波路のコアとの接続端から第２の導波路のコアとの接続端に至る過程において、単調に減少するか、又は、単調に減少する部分と一定の部分との組み合わせであってもよい。

また、第３の導波路のコアの導波方向に垂直な断面におけるコアの高さは、第１の導波路のコアとの接続端から第２の導波路のコアとの接続端に至る過程において、単調に増加するか、又は、単調に増加する部分と一定の部分との組み合わせであってもよい。

さらに、第１の導波路のコア及び第２の導波路のコアの断面形状はいずれも長方形であってもよい。

なお、第１の導波路のコア及び第２の導波路のコアの断面形状の縦横比はいずれも長い方が短い方の１．２倍以上であることが好ましい。

また、第１の導波路のコア、第２の導波路のコア及び第３の導波路のコアの底面は、全て同一平面上にあることが好ましい。

さらに、第３の導波路のコアの長さは、第１の導波路のコアの横幅と第２の導波路のコアの横幅との差、又は、第１の導波路のコアの高さと第２の導波路のコアの高さとの差の大きい方の１０倍以上であることが好ましい。

なお、第３の導波路のコアの上面は、第３の導波路のコアの底面と０°と９０°の間の角度をなす傾斜平面を含み、傾斜平面の法線を前記底面上に射影した方向は、第１の導波路のコアの導波方向と第２の導波路のコアの導波方向の両方に対して、０°と９０°の間の角度をなしてもよい。

また、傾斜平面が第３の導波路のコアの底面に対してなす角は３０°以上９０°未満であってもよい。

また、第３の導波路のコアの上面は凹面を含み、凹面の任意の位置における接平面が第３の導波路のコアの底面と０°と９０°の間の角度を成し、接平面の法線を底面上に射影した方向は、第１の導波路のコアの導波方向及び第２の導波路のコアの導波方向の両方に対して、０°と９０°の間の角度をなしてもよい。

さらに、第１の導波路のコアの導波方向と第２の導波路のコアの導波方向とは平行でなくてもよい。

なお、コアの屈折率は３以上であり、クラッディングの屈折率は２以下であることが好ましい。

さらに、ＴＥ−ＴＭモード変換器は、導波路の偏光モードを、ＴＥモードとＴＭモードとの間で相互に変換する機能を有し、モード・フィールド変換器と上述の偏光回転器とを備えたものであってもよい。

また、ＴＥ−ＴＭモード変換器において、モード・フィールド変換器は、縦横比が等しいか又は横長のコアを有する扁平導波路のＴＥモード及びＴＭモードを、それぞれ縦長のコアを有する扁平導波路のＴＥモード及びＴＭモードに変換するか、又は、これと逆の変換を行うものであってもよい。

さらに、ＴＥ−ＴＭモード変換器において、モード・フィールド変換器は、横長のコアを有する扁平導波路のＴＥモード及びＴＭモードを、それぞれ縦横比が等しいか又は縦長のコアを有する扁平導波路のＴＥモード及びＴＭモードに変換するか、又は、これと逆の変換を行うものであってもよい。

なお、ＴＥ−ＴＭモード変換器は、モード・フィールド変換器と偏光回転器とを直列に接続して構成されることが好ましい。

本発明の他の実施形態に係る偏光回転器の製造方法では、厚み方向のテーパの段差を介して厚膜部分と薄膜部分が隣接する構造を有するコア材料を、テーパの段差を斜めに横切る方向に伸びた細線状に加工する工程を含む。

また、テーパの段差を横切る範囲において、段差の低い方から高い方に向かって細線の幅が単調に減少するように加工するか、又は、単調に減少する部分と一定の部分との組み合わせとなるように加工してもよい。

次に、本発明の第１の実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例の光回路を説明するための斜視図である。また、図２は、本発明の第１の実施例の光回路の製造方法を説明するための基板の斜視図である

コアの高さ及び偏光方向が互いに異なる導波路を備えた光回路は、図１に示すようなコア形状を有する偏光回転器を用いることによって、単一のＳＯＩ基板上において実現することができる。

偏光回転器は、第１の導波路、第２の導波路及び第３の導波路を備え、第１の導波路のコア１の形状は横長であり、第２の導波路のコア２の形状は縦長であり、第３の導波路のコア３の両端はそれぞれ第１の導波路のコア１及び第２の導波路のコア２とに接続されており、第１の導波路のコア１と第３の導波路のコア３との接続部及び第２の導波路のコア２と第３の導波路のコア３との接続部において、接続される２つの導波路のコアの断面形状及び屈折率は連続的又は段階的に変化しており、第３の導波路のコアの断面形状及び屈折率は両端の間で連続的又は段階的に変化していることを特徴とする。

第３の導波路は、導波路の幅と高さが徐々に変化する導波路であり、偏光を回転し、コアの高さの異なる導波路を接続するための要素光素子（すなわち、偏光回転器）である。コアの高さを徐々に（連続的に又は段階的に）変化させることによって、異なるコアの高さを有する導波路同士を低い損失で結合することができる。また、コアの幅も非対称に徐々に変化させることにより、偏光回転器の両側にある、偏光方向の異なるシングル・モード導波路を無損失で結合することができる。

なお、第１の導波路と第２の導波路の導波方向は同一であってもよい。

第３の導波路のコア３の上面は、図２に示すコア材料５のテーパ段差の低い部分の上面３ａ、テーパ段差の斜面３ｂ、及び、テーパ段差の高い部分の上面３ｃから成る。第３の導波路のコア３の両側面３ｄは、コア３の底面及び上面の一部３ａ及び３ｃに直交する面として定義される。

第３の導波路のコア３の両側面３ｄ間の幅は、第１の導波路のコア１との接続端から第２の導波路のコア２との接続端に至る過程において、単調に減少するか、又は、単調に減少する部分と一定の部分との組み合わせであってもよい。

さらに、第３の導波路のコアの高さは、第１の導波路のコア１との接続端から第２の導波路のコア２との接続端に至る過程において、単調に増加するか、又は、単調に増加する部分と一定の部分との組み合わせであってもよい。

第１の導波路のコア１と第２の導波路のコア２の断面形状は、いずれも長方形であることが好ましい。

第１の導波路のコア１と第２の導波路のコア２の断面形状の縦横比は、いずれも長い方が短い方の１．２倍以上であってもよい。

第１の導波路のコア１、第２の導波路のコア２及び第３の導波路のコア３の底面は、全て同一平面上にあってもよい。

第３の導波路の導波方向の長さは、第１の導波路のコア１の幅と第２の導波路のコア２の幅との差、又は、第１の導波路のコア１の高さと第２の導波路のコア２の高さとの差の大きい方の１０倍以上であることが好ましい。

第３の導波路のコア３の上面は、第３の導波路のコア３の底面と０°と９０°の間の角度をなす傾斜平面３ｂを含み、傾斜平面３ｂの法線を底面上に射影した方向は第１の導波路のコア１の導波方向と第２の導波路のコア２の導波方向の両方に対して０°より大きく９０°より小さい角度を成してもよい。

傾斜平面３ｂと第３の導波路のコア３の底面とがなす角は、３０°以上９０°未満であることが好ましい。

また、コアの屈折率は３以上であり、クラッディングの屈折率は２以下であることが好ましい。

第１の実施例の製造方法を、図面を参照して説明する。

厚膜と薄膜とが厚み方向のテーパを介して接続された段差構造を備えるコア材料（シリコン活性層）５において、段差方向を斜めに横切る方向に細線状の導波路のコアを形成することによって、偏光回転器を作成することができる。ここで、「段差方向」とは、段差の上面の法線を底面に射影した方向をいう。また、「段差方向を斜めに横切る方向」とは、ＳＯＩ膜に平行な平面内において、段差方向に対して平行又は垂直のいずれでもない方向（すなわち、ＳＯＩ膜に平行な平面内において、段差方向に対して０°及び９０°以外の角度で交わる方向）をいう。したがって、「段差方向を斜めに横切る方向に細線状の導波路のコアを形成する」とは、コアの長手方向（通常は、導波方向と一致する。）が、そのような斜め方向となるようにコアを形成することをいう。

また、幅方向のテーパを形成するために、段差を横切る範囲において、段差の低い方から高い方に向かって第３の導波路のコアの両側面（図１の３ｂ）間の幅が単調に減少するか、又は、単調に減少する部分と一定の部分との組み合わせとなるように加工することによって、偏光回転器を形成してもよい。

本発明の第２の実施例について、図面を参照して説明する。

図３は、本発明の第２の実施例の光回路を説明するための斜視図である。

第１の実施例では、図１に示したように、第１の導波路の導波方向と第２の導波路の導波方向とは互いに平行であったが、図３に示すように、それらは互いに平行でなくてもよい。つまり、第１の導波路の導波方向と第２の導波路の導波方向は、第３の導波路のコア７を通過する光の導波方向に一致するように決めてもよい。従って、図３に示すように、第１の導波路のコア１の導波方向と第２の導波路のコア２の導波方向は平行でなくてもよい。

本発明の第３の実施例について、図面を参照して説明する。

図４は、本発明の第３の実施例の光回路を説明するための斜視図である。一方、図５は、本発明の第３の実施例の光回路の製造方法を説明するためのＳＯＩ基板の斜視図である。

実施例１及び２の説明において、図１及び図３の第３の導波路のコア３及び７の上面３ａないし３ｃ、７ａないし７ｃは全て平面として説明した。しかし、偏光を回転させる効率をより向上させるためには、偏光回転器は図４に示すように曲面を含むことが好ましい。すなわち、第３の導波路のコア８の上面は凹面８ａを含み、凹面８ａの任意の位置における接平面は第３の導波路のコア８の底面と０°より大きく９０°より小さい角度を成し、接平面の法線方向を底面上に射影した方向は、第１の導波路のコア１の導波方向と第２の導波路のコア２の導波方向の両方に対して、０°より大きく９０°より小さい角度を成してもよい。

偏光回転器と偏光を回転しないモード・フィールド変換器を組み合わせることによって、ＴＥ−ＴＭモード変換器を構成することもできる。すなわち、モード・フィールド変換器と偏光回転器とを備え、ＴＥモードとＴＭモードの偏光モードを有する導波路の偏光モードをＴＥモードとＴＭモードの間で相互に変換する機能を有するＴＥ−ＴＭモード変換器が提供される。

モード・フィールド変換器は、縦横比が等しいか若しくは横長のコアを有する扁平導波路のＴＥモード及びＴＭモードを、それぞれ縦長のコアを有する扁平導波路のＴＥモード及びＴＭモードに変換するか、又はこれとは逆に変換するものであってもよい。

また、モード・フィールド変換器は、横長のコアを有する扁平導波路のＴＥモード及びＴＭモードを、それぞれ縦横比が等しいか若しくは縦長のコアを有する扁平導波路のＴＥモード及びＴＭモードに変換するか、又はこれとは逆に変換するものであってもよい。

最も単純なＴＥ−ＴＭモード変換器は、モード・フィールド変換器と偏光回転器を直列に接続した構成を備える。

本発明に係る製造方法を実施する場合には、一例として、ＳＯＩ基板を用い、そのシリコン活性層を導波路のコアとして利用することが考えられる。ＳＯＩ基板のシリコン活性層上に、フォトレジストでパターニングし、水酸化カリウム溶液を用いたエッチングによって、図２に示すように４５°のテーパの段差４を形成する。フォトレジストの剥離後、新たに段差４を斜めに横切るような方向に導波路用の細線パターンを形成し、異方性ドライ・エッチングによって細線状に加工することで、図２に波線で示した導波路のコア１ないし３を備えた偏光回転器を形成することができる。

また、シリコン活性層に段差を形成するための溶液として硝酸と過酸化水素水の混合液を用いる場合には、当方性のエッチングが起きるため、図５に示すような凹面状の斜面を有するテーパ段差９を形成することができる。導波路用の細線パターンを、テーパ段差９を斜めに横切るような方向に対して形成し、異方性ドライ・エッチングによって細線状に加工することで、図５に波線で示した、導波路のコア１、２及び８を備えた偏光回転器を形成することができる。

本発明の光回路によって、高さもしくは偏光方向の異なる要素光素子が集積化された高性能光回路を実現することができる。
本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。

１ 第１の導波路のコア
２ 第２の導波路のコア
３ 第３の導波路のコア
３ａ テーパ段差の低い部分から成る、第３の導波路のコアの上面
３ｂ テーパ段差の斜面から成る、第３の導波路のコアの上面
３ｃ テーパ段差の高い部分から成る、第３の導波路のコアの上面
３ｄ 第３の導波路のコアの側面
４ 平面状の斜面を有するテーパ段差
５ コア材料（シリコン活性層）
６ クラッディング材料（二酸化シリコン薄膜）
７ 第３の導波路のコア
７ａ テーパ段差の低い部分から成る、第３の導波路のコアの上面
７ｂ テーパ段差の斜面から成る、第３の導波路のコアの上面
７ｃ テーパ段差の高い部分から成る、第３の導波路のコアの上面
７ｄ 第３の導波路のコアの側面
８ 第３の導波路のコア
８ａ テーパ段差の凹面状の斜面から成る、第３の導波路のコアの上面
８ｂ テーパ段差の高い部分から成る、第３の導波路のコアの上面
８ｃ 第３の導波路のコアの側面
９ 凹面状の斜面を有するテーパ段差

Claims (18)

1. 第１の導波路と、
   第２の導波路と、
   第１の導波路の光の偏光方向及びモード・フィールドを同時に変換して第２の導波路へ導波する第３の導波路と、を備えた光回路であって、
   前記第１の導波路のコアと前記第２の導波路のコアの対応する端部のアスペクト比の大きい方向は互いに異なり、
   前記第３の導波路のコアの上面は、前記第３の導波路のコアの底面と０°より大きく９０°より小さい角度をなす傾斜平面を含み、
   傾斜平面の法線を底面上に射影した方向は前記第１の導波路及び前記第２の導波路の導波方向のそれぞれに対して、０°より大きく９０°より小さい角度をなす、光回路。
2. 第１ないし第３の導波路を備えた光回路であって、
   前記第１の導波路は、導波方向に垂直な断面におけるコアの形状が横長であり、
   前記第２の導波路は、導波方向に垂直な断面におけるコアの形状が前記第１の導波路のコアとの位置関係において縦長であり、
   前記第３の導波路のコアの両端は、それぞれ前記第１の導波路のコアと前記第２の導波路のコアとに接続されており、
   前記第１の導波路のコアと前記第３の導波路のコアとの接続部、及び、前記第２の導波路のコアと前記第３の導波路のコアとの接続部において、接続される２つの導波路のコアの断面形状及び屈折率は連続的に又は段階的に変化しており、
   前記第３の導波路のコアの断面形状は、導波方向の両端の間で導波方向について連続的に又は段階的に変化し、
   前記第３の導波路のコアの上面は、前記第３の導波路のコアの底面と０°より大きく９０°より小さい角度をなす傾斜平面を含み、
   傾斜平面の法線を底面上に射影した方向は前記第１の導波路及び前記第２の導波路の導波方向のそれぞれに対して、０°より大きく９０°より小さい角度をなす、光回路。
3. 前記第３の導波路のコアの断面形状は、導波方向に連続的に又は段階的に変化している、請求項１又は２に記載の光回路。
4. 前記第１の導波路の導波方向と前記第２の導波路の導波方向とは同一である、請求項１ないし３のいずれか一に記載の光回路。
5. 前記第１の導波路のコアと前記第２の導波路のコアとの間で対応する端部のアスペクト比の大きい方向は互いに直交する、請求項１ないし４のいずれか一に記載の光回路。
6. 前記第３の導波路のコアの幅は、前記第１の導波路のコアとの接続端から前記第２の導波路のコアとの接続端に至る過程において、単調に減少するか、又は、単調に減少する部分と一定の部分との組み合わせである、請求項１ないし５のいずれか一に記載の光回路。
7. 前記第３の導波路のコアの高さは、前記第１の導波路のコアとの接続端から前記第２の導波路のコアとの接続端に至る過程において、単調に増加するか、又は、単調に増加する部分と一定の部分との組み合わせである、請求項１ないし６のいずれか一に記載の光回路。
8. 前記第１の導波路のコア及び前記第２の導波路のコアの断面形状は、いずれも長方形である、請求項１ないし７のいずれか一に記載の光回路。
9. 前記第１の導波路のコア及び前記第２の導波路のコアの断面形状のアスペクト比は、いずれも１．２以上である、請求項１ないし８のいずれか一に記載の光回路。
10. 前記第１の導波路のコア、前記第２の導波路のコア及び前記第３の導波路のコアは同一平面上に形成される、請求項１ないし９のいずれか一に記載の光回路。
11. 前記第３の導波路のコアの導波方向の長さは、前記第１の導波路のコアと前記第２の導波路のコアの幅との差、又は、前記第１の導波路のコアの高さと前記第２の導波路のコアの高さとの差のいずれか大きい方の１０倍以上である、請求項１ないし１０のいずれか一に記載の光回路。
12. 前記第３の導波路のコアに含まれる傾斜平面と前記第３の導波路のコアの底面とがなす角は、３０°以上９０°未満である、請求項１ないし１１のいずれか一に記載の光回路。
13. 前記第３の導波路のコアの上面は凹面を含み、
    前記凹面の任意の位置における接平面が前記第３の導波路のコアの底面と０°より大きく９０°より小さい角度を成し、
    接平面の法線を底面上に射影した方向は前記第１の導波路及び前記第２の導波路の導波方向のそれぞれに対して０°より大きく９０°より小さい角度をなす、請求項１ないし１１のいずれか一に記載の光回路。
14. 前記第１の導波路、前記第２の導波路及び前記第３の導波路のコアの屈折率は３以上であり、
    クラッディングの屈折率は２以下である、請求項１ないし１３のいずれか一に記載の光回路。
15. 前記第１の導波路、前記第２の導波路及び前記第３の導波路を単一のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板に形成する、請求項１ないし１４のいずれか一に記載の光回路。
16. 一定の膜厚の第１の膜と、第１の膜よりも薄い一定の膜厚の第２の膜と、両膜のそれぞれに対して等しい厚みで接するとともに膜厚が一方向に単調に変化する第３の膜とを備えるコア材料に対して、コアの長手方向が第３の膜の膜厚が変化する方向と斜めに交差する方向となるように加工することによって導波路を形成する工程を含む、光回路の製造方法。
17. 前記第３の膜を細線状に加工する形成工程において、厚さが小さい方から大きい方に向かってコアの幅が単調に減少するように加工するか、又は、単調に減少する部分と一定の部分との組み合わせとなるように加工する工程を含む、請求項１６に記載の光回路の製造方法。
18. 単一のＳＯＩ基板に対して前記導波路を形成する、請求項１６又は１７に記載の光回路の製造方法。

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