JP6270936B1 - Optical waveguide device - Google Patents

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Abstract

【課題】広い波長帯域で偏波分離を行う。【解決手段】第1導波路コア50、第2導波路コア60及び第3導波路コア70を備えて構成される。第1導波路コアは、第1点P1と第2点P2とを結ぶ仮想線分Lに平行に設けられている。また、第2導波路コア及び第3導波路コアは、第1導波路コアを挟む位置に、第1導波路コアから離間し、かつ、第1導波路コアに平行に設けられている。第1導波路コアは、第1点側から第2点側に向けて、幅が狭くなる第1テーパ導波路コア52を備えている。第2導波路コアは、第1点側から第2点側に向けて、幅が広くなる第2テーパ導波路コア62を備えている。また、第3導波路コアは、第1点側から第2点側に向けて、幅が広くなる第3テーパ導波路コア72を備えている。【選択図】図1Polarization separation is performed in a wide wavelength band. A first waveguide core, a second waveguide core, and a third waveguide core are provided. The first waveguide core is provided in parallel to an imaginary line segment L connecting the first point P1 and the second point P2. The second waveguide core and the third waveguide core are provided at a position sandwiching the first waveguide core, spaced apart from the first waveguide core and parallel to the first waveguide core. The first waveguide core includes a first tapered waveguide core 52 whose width becomes narrower from the first point side toward the second point side. The second waveguide core includes a second tapered waveguide core 62 that increases in width from the first point side toward the second point side. The third waveguide core includes a third tapered waveguide core 72 that increases in width from the first point side toward the second point side. [Selection] Figure 1

Description

この発明は、偏波分離素子として用いることができる、光導波路素子に関する。   The present invention relates to an optical waveguide element that can be used as a polarization separation element.

情報伝達量の増大に伴い、光配線技術が注目されている。光配線技術では、光ファイバや光導波路素子を伝送媒体とした光デバイスを用いて、情報処理機器内の素子間、ボード間又はチップ間等の情報伝達を光信号で行う。その結果、高速信号処理を要する情報処理機器においてボトルネックとなっている、電気配線を使用することによる帯域制限を改善することができる。   As the amount of information transmitted increases, optical wiring technology has attracted attention. In the optical wiring technology, using an optical device using an optical fiber or an optical waveguide element as a transmission medium, information transmission between elements in information processing equipment, between boards, or between chips is performed by an optical signal. As a result, it is possible to improve band limitation due to the use of electrical wiring, which is a bottleneck in information processing equipment that requires high-speed signal processing.

光デバイスは、光送信器や光受信器等の光学素子を備えて構成される。これらの光学素子は、各光学素子の中心位置(受光位置あるいは発光位置)を設計位置に合わせるための複雑な光軸合わせを行った上で、例えばレンズを用いて互いに空間結合することができる。   The optical device includes an optical element such as an optical transmitter or an optical receiver. These optical elements can be spatially coupled to each other using a lens, for example, after performing complicated optical axis alignment for adjusting the center position (light receiving position or light emitting position) of each optical element to the design position.

ここで、各光学素子を結合するための手段として、レンズの代わりに光導波路素子を利用する技術がある。光導波路素子を利用する場合には、光が光導波路内に閉じ込められて伝播するため、レンズを利用する場合と異なり、複雑な光軸合わせを必要としない。従って、光デバイスは、その組立工程が簡易となるため、量産に適している。   Here, as a means for coupling the optical elements, there is a technique using an optical waveguide element instead of a lens. When the optical waveguide element is used, light is confined in the optical waveguide and propagates, so that unlike the case where a lens is used, complicated optical axis alignment is not required. Therefore, the optical device is suitable for mass production because the assembly process is simplified.

光導波路素子として、シリコンを材料に用いたシリコン(Si)導波路がある。Si導波路では、実質的に光の伝送路となる導波路コアを、Siを材料として形成する。Siを材料とした導波路コアは、例えば石英(すなわち酸化シリコン(SiO))クラッドとの屈折率差が極めて大きいため、導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば数μm程度まで小さくした、小型の曲線導波路が実現できるため、光デバイス全体の小型化に有利である。 As an optical waveguide element, there is a silicon (Si) waveguide using silicon as a material. In the Si waveguide, a waveguide core that substantially becomes a light transmission path is formed using Si as a material. Since the waveguide core made of Si has a very large refractive index difference from, for example, quartz (that is, silicon oxide (SiO 2 )) cladding, light can be strongly confined in the waveguide core. As a result, a small curved waveguide with a bending radius reduced to, for example, about several μm can be realized, which is advantageous for downsizing the entire optical device.

また、Si導波路を含む光導波路素子を製造する際には、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の半導体装置の製造過程を流用することが可能である。そのため、チップ上に電子機能回路と光機能回路とを一括形成する光電融合(シリコンフォトニクス)の実現が期待されている。   Further, when manufacturing an optical waveguide element including a Si waveguide, it is possible to use a manufacturing process of a semiconductor device such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Therefore, realization of photoelectric fusion (silicon photonics) in which electronic functional circuits and optical functional circuits are collectively formed on a chip is expected.

これまで、Si導波路を用いて様々な機能を持った光回路が提供されている。しかし、一般的に、一つの偏波状態において最適な性能を発揮するものが多い。このため、例えば、TE(Transverse Electric)モードで動作する素子に、TM(Transverse Magnetic)モードが混入した場合、所望の性能が発揮されない。外部から光回路に入力される光信号には偏波が混在しているため、様々な手法にて、偏波を分離する方法がとられている。   Hitherto, optical circuits having various functions using Si waveguides have been provided. However, in general, many exhibit optimal performance in one polarization state. For this reason, for example, when a TM (Transverse Magnetic) mode is mixed in an element operating in the TE (Transverse Electric) mode, desired performance cannot be exhibited. Since polarization is mixed in the optical signal input from the outside to the optical circuit, various methods are used to separate the polarization.

Si導波路を用いる偏波分離素子の例として、並んで配置された2つのSi導波路で構成される方向性結合器で構成するものがある(例えば、特許文献1参照)。この方向性結合器は、TE偏波とTM偏波の結合作用長の差を利用して偏波分離を行う。   As an example of a polarization beam splitting element using a Si waveguide, there is one configured by a directional coupler including two Si waveguides arranged side by side (for example, see Patent Document 1). This directional coupler performs polarization separation using a difference in coupling action length between the TE polarization and the TM polarization.

特開2009−244326号公報JP 2009-244326 A

ここで、上述の従来例の特許文献1に開示されている方向性結合器では、利用帯域を広くするには、結合作用長Lcを長くする必要がある。   Here, in the directional coupler disclosed in Patent Document 1 of the above-described conventional example, it is necessary to increase the coupling action length Lc in order to widen the use band.

しかし、結合作用長Lcを長くすると、方向性結合器を構成する2本のSi導波路間の間隔が揺らいでしまうなど、製造誤差耐性が低くなる。この結果、TE偏波とTM偏波の分離がうまくいかない恐れがある。   However, when the coupling action length Lc is increased, the tolerance for manufacturing error is lowered, for example, the interval between the two Si waveguides constituting the directional coupler fluctuates. As a result, there is a possibility that the TE polarization and the TM polarization may not be separated successfully.

また、例えば、Si導波路間の間隔の最適値は、波長に依存する。このため、例えば、Si導波路間の間隔が波長1550nmに最適化されている構成で、波長1300nmにおいて波長分離をすることは難しい。   Further, for example, the optimum value of the interval between the Si waveguides depends on the wavelength. For this reason, for example, it is difficult to perform wavelength separation at a wavelength of 1300 nm in a configuration in which the interval between Si waveguides is optimized to a wavelength of 1550 nm.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、偏波分離素子として用いることができる、光導波路素子であって、利用帯域が広い光導波路素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide element that can be used as a polarization separation element and has a wide utilization band. There is.

上述した目的を達成するために、この発明の光導波路素子は、第1導波路コア、第2導波路コア及び第3導波路コアを備えて構成される。第1導波路コアは、第1点と第2点とを結ぶ仮想線分に平行に設けられている。また、第2導波路コア及び第3導波路コアは、第1導波路コアを挟む位置に、第1導波路コアから離間し、かつ、第1導波路コアに平行に設けられている。   In order to achieve the above-described object, the optical waveguide device of the present invention includes a first waveguide core, a second waveguide core, and a third waveguide core. The first waveguide core is provided in parallel with a virtual line segment connecting the first point and the second point. The second waveguide core and the third waveguide core are provided at a position sandwiching the first waveguide core, spaced apart from the first waveguide core and parallel to the first waveguide core.

第1導波路コアは、第1点側から第2点側に向けて、幅が狭くなる第1テーパ導波路コアを備えている。第2導波路コアは、第1点側から第2点側に向けて、幅が広くなる第2テーパ導波路コアを備えている。また、第3導波路コアは、第1点側から第2点側に向けて、幅が広くなる第3テーパ導波路コアを備えている。   The first waveguide core includes a first tapered waveguide core whose width becomes narrower from the first point side toward the second point side. The second waveguide core includes a second tapered waveguide core whose width increases from the first point side toward the second point side. The third waveguide core includes a third taper waveguide core that increases in width from the first point side toward the second point side.

第1テーパ導波路コアの、第1点側の端部の幅及び厚さは、TE偏波及びTM偏波に対してシングルモード条件を満たす。第2導波路コアの厚さは、第1導波路コアの厚さより小さく、第2テーパ導波路コアの第2点側の端部の幅は、第1テーパ導波路コアの第1点側の端部の幅より大きい。また、第3導波路コアの厚さは、第1導波路コアの厚さと等しく、第3テーパ導波路コアの第2点側の端部の幅は、第1テーパ導波路コアの第1点側の端部の幅と等しい。   The width and thickness of the end on the first point side of the first tapered waveguide core satisfy the single mode condition for the TE polarized wave and the TM polarized wave. The thickness of the second waveguide core is smaller than the thickness of the first waveguide core, and the width of the end of the second taper waveguide core on the second point side is the first point side of the first taper waveguide core. Greater than edge width. The thickness of the third waveguide core is equal to the thickness of the first waveguide core, and the width of the end portion on the second point side of the third taper waveguide core is the first point of the first taper waveguide core. Equal to the width of the side edge.

第2テーパ導波路コアの第1点側の端部の位置が、第3テーパ導波路コアの第1点側の端部の位置に対して、第1点側にある。   The position of the end portion on the first point side of the second tapered waveguide core is on the first point side with respect to the position of the end portion on the first point side of the third tapered waveguide core.

また、この発明の光導波路素子の好適実施例によれば、第1導波路コアは第1等幅導波路コアを備え、第2導波路コアは第2等幅導波路コアを備え、第3導波路コアは第3等幅導波路コアを備える。   According to a preferred embodiment of the optical waveguide device of the present invention, the first waveguide core includes a first uniform width waveguide core, the second waveguide core includes a second uniform width waveguide core, and a third The waveguide core includes a third equal width waveguide core.

第1等幅導波路コアは、第1テーパ導波路コアの第1点側の端部に接続される導波路コアである。第1等幅導波路コアの幅及び厚さは、TE偏波及びTM偏波に対してシングルモード条件を満たす。   The first equal-width waveguide core is a waveguide core connected to the first point side end of the first tapered waveguide core. The width and thickness of the first uniform-width waveguide core satisfy the single mode condition for TE polarization and TM polarization.

第2等幅導波路コアは、第2テーパ導波路コアの第2点側の端部に接続される導波路コアである。第2等幅導波路コアの幅及び厚さは、TE偏波に対してシングルモード条件を満たす。   The second equal width waveguide core is a waveguide core connected to the second point side end of the second tapered waveguide core. The width and thickness of the second equal-width waveguide core satisfy the single mode condition for TE polarization.

第3等幅導波路コアは、第3テーパ導波路コアの第2点側の端部に接続される導波路コアである。第3等幅導波路コアの幅及び厚さは、TE偏波及びTM偏波に対してシングルモード条件を満たす。   The third equal width waveguide core is a waveguide core connected to the second point side end of the third tapered waveguide core. The width and thickness of the third uniform-width waveguide core satisfy the single mode condition for TE polarization and TM polarization.

また、この発明の光導波路素子の他の好適実施例によれば、第2導波路コアは、第2テーパ導波路コアの第1点側の端部に接続される導波路コアであって、幅及び厚さが第2テーパ導波路コアの第1点側の端部の幅及び厚さと等しいサブ導波路コアを備える。また、第3導波路コアは、第3テーパ導波路コアの第1点側の端部に接続される導波路コアであって、幅及び厚さが第3テーパ導波路コアの第1点側の端部の幅及び厚さと等しいサブ導波路コアを備える。   According to another preferred embodiment of the optical waveguide device of the present invention, the second waveguide core is a waveguide core connected to an end portion on the first point side of the second tapered waveguide core, A sub-waveguide core having a width and a thickness equal to the width and thickness of the end portion on the first point side of the second tapered waveguide core is provided. The third waveguide core is a waveguide core connected to an end portion on the first point side of the third taper waveguide core, and the width and thickness of the third waveguide core are on the first point side of the third taper waveguide core. A sub-waveguide core equal to the width and thickness of the end of the substrate.

この発明の光導波路素子によれば、第1テーパ導波路コアを第1点側から第2点側に向けて伝播するTE偏波の光は、厚さが小さい第2テーパ導波路コアに移行する。また、第1テーパ導波路コアを第1点側から第2点側に向けて伝播するTM偏波の光は、第2テーパ導波路コアには移行できず、第3テーパ導波路コアに移行する。   According to the optical waveguide device of the present invention, TE polarized light propagating through the first tapered waveguide core from the first point side toward the second point side is transferred to the second tapered waveguide core having a small thickness. To do. Also, TM polarized light propagating through the first tapered waveguide core from the first point side toward the second point side cannot be transferred to the second tapered waveguide core, but is transferred to the third tapered waveguide core. To do.

また、第1テーパ導波路コアが第1点側から第2点側に向けて幅が狭くなり、第2テーパ導波路コア及び第3テーパ導波路コアは、第1点側から第2点側に向けて、幅が広くなる。このため、第1テーパ導波路コアと、第2及び第3テーパ導波路コアとで、伝播定数が一致する波長帯域が広い、すなわち、利用帯域が広い。   Further, the width of the first taper waveguide core becomes narrower from the first point side toward the second point side, and the second taper waveguide core and the third taper waveguide core are from the first point side to the second point side. The width becomes wider. For this reason, the first tapered waveguide core and the second and third tapered waveguide cores have a wide wavelength band in which the propagation constants coincide, that is, the utilization band is wide.

さらに、第2テーパ導波路コアの第1点側の端部の位置が、第3テーパ導波路コアの第1点側の端部の位置に対して、第1点側にあるので、第1テーパ導波路コアを伝播するTE偏波は、第2テーパ導波路コアに移行しやすく、第3テーパ導波路コアには移行しにくい。このため、この光導波路素子は、偏波分離能力に優れる。   Further, since the position of the end portion on the first point side of the second taper waveguide core is on the first point side with respect to the position of the end portion on the first point side of the third taper waveguide core, The TE polarized wave propagating through the taper waveguide core easily shifts to the second taper waveguide core and hardly shifts to the third taper waveguide core. For this reason, this optical waveguide device is excellent in polarization separation ability.

また、この第1テーパ導波路コアに対する第2テーパ導波路コア及び第3テーパ導波路コアの配置により、仮想線分に沿った方向での屈折率分布の変化がなだらかになる。この結果、第1導波路コアを伝播する光が第2導波路コアや第3導波路コアへ移行する際に、反射や散乱などが起こりにくく、この光導波路素子における損失を低減できる。   Further, the arrangement of the second tapered waveguide core and the third tapered waveguide core with respect to the first tapered waveguide core makes the change in the refractive index distribution in the direction along the imaginary line segment gentle. As a result, when the light propagating through the first waveguide core shifts to the second waveguide core or the third waveguide core, reflection or scattering hardly occurs, and loss in the optical waveguide element can be reduced.

なお、Si導波路コアを、Si層をエッチングするなどして形成する場合、導波路コアの先端部は、角が丸まってしまうなど、設計されたパターンと、製造されたパターンとの製造誤差が大きい場合がある。この結果、光導波路素子が設計通りに機能しない恐れがある。これに対し、第2テーパ導波路コア及び第3テーパ導波路コアの第1点側の端部にサブ導波路コアを備えると、サブ導波路コアの部分での製造誤差が大きい場合でも、特に第2テーパ導波路コア及び第3テーパ導波路コアについては、製造誤差は小さくなる。   When the Si waveguide core is formed by etching the Si layer, the tip of the waveguide core has a manufacturing error between the designed pattern and the manufactured pattern, such as a rounded corner. May be big. As a result, the optical waveguide element may not function as designed. On the other hand, when the sub-waveguide core is provided at the end of the second taper waveguide core and the third taper waveguide core on the first point side, even if a manufacturing error in the sub-waveguide core portion is large, For the second tapered waveguide core and the third tapered waveguide core, the manufacturing error is small.

この発明の光導波路素子を示す概略図である。(A)は概略的平面図であり、(B)は、概略的断面図である。It is the schematic which shows the optical waveguide element of this invention. (A) is a schematic plan view, and (B) is a schematic cross-sectional view. 光導波路素子の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of an optical waveguide element. 1250nm〜1600nmの波長帯域におけるTE偏波及びTM偏波について、偏波分離特性を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the polarization separation characteristic about TE polarization | polarized-light and TM polarization | polarized-light in a 1250nm-1600nm wavelength band.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape, size, and arrangement relationship of each component are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the material and numerical conditions of each component are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

(光導波路素子の構成)
図1を参照して、この発明の光導波路素子の実施形態について説明する。図1(A)は、この発明の光導波路素子を示す概略的平面図である。なお、図1(A)では、導波路コアのみを示し、クラッド層などは省略している。図1(B)は、図1(A)に示す光導波路素子をI−I線で切り取った概略的断面図である。
(Configuration of optical waveguide element)
With reference to FIG. 1, an embodiment of the optical waveguide device of the present invention will be described. FIG. 1A is a schematic plan view showing an optical waveguide device of the present invention. In FIG. 1A, only the waveguide core is shown, and the cladding layer and the like are omitted. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the optical waveguide element shown in FIG.

光導波路素子は、支持基板10、下部クラッド20及び導波路コア30を備えて構成されている。支持基板10は、例えば単結晶Siを材料とした平板状体で構成されている。   The optical waveguide device includes a support substrate 10, a lower clad 20, and a waveguide core 30. The support substrate 10 is composed of a flat plate made of, for example, single crystal Si.

下部クラッド20は、支持基板10上に設けられており、支持基板10の上面10aを被覆している。下部クラッド20は、例えばSiOを材料として形成されている。 The lower clad 20 is provided on the support substrate 10 and covers the upper surface 10 a of the support substrate 10. The lower cladding 20 is formed using, for example, SiO 2 as a material.

導波路コア30は、第1〜3導波路コア50、60及び70を備えている。第1〜3導波路コア50、60及び70は、下部クラッド20よりも高い屈折率を有する材料(例えばSi)で形成されている。その結果、第1〜3導波路コア50、60及び70は、実質的な光の伝送路として機能し、入力された光がこれらの平面形状に応じた伝播方向に伝播する。また、第1〜3導波路コア50、60及び70は、伝播する光が支持基板10へ逃げるのを防止するために、支持基板10から少なくとも1〜3μm程度の範囲内の距離で離間して形成されているのが好ましい。   The waveguide core 30 includes first to third waveguide cores 50, 60 and 70. The first to third waveguide cores 50, 60 and 70 are made of a material (for example, Si) having a higher refractive index than that of the lower cladding 20. As a result, the first to third waveguide cores 50, 60, and 70 function as substantial light transmission paths, and the input light propagates in the propagation direction according to the planar shape. The first to third waveguide cores 50, 60 and 70 are separated from the support substrate 10 by a distance in the range of at least about 1 to 3 μm in order to prevent the propagating light from escaping to the support substrate 10. Preferably it is formed.

下部クラッド20上には、導波路コア30を覆う上部クラッド40が設けられている。上部クラッド40は、酸化シリコン又は窒化シリコンなど、導波路コア30よりも低い屈折率を有する材料で形成されている。   On the lower clad 20, an upper clad 40 that covers the waveguide core 30 is provided. The upper clad 40 is made of a material having a lower refractive index than the waveguide core 30 such as silicon oxide or silicon nitride.

続いて、導波路コア30の形状について説明する。第1導波路コア50は、第1点P1と第2点P2とを結ぶ仮想線分Lに平行に設けられている。また、第2導波路コア60及び第3導波路コア70は、第1導波路コア50を挟む位置に、第1導波路コア50から離間し、かつ、第1導波路コア50に平行に設けられている。   Next, the shape of the waveguide core 30 will be described. The first waveguide core 50 is provided in parallel to an imaginary line segment L connecting the first point P1 and the second point P2. In addition, the second waveguide core 60 and the third waveguide core 70 are provided at a position sandwiching the first waveguide core 50, separated from the first waveguide core 50, and parallel to the first waveguide core 50. It has been.

なお、以下の説明において、仮想線分Lに沿って、第1点P1から第2点P2に向かう方向を光の伝播方向とする。また、支持基板10の厚さに沿った方向を厚さ方向とし、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。   In the following description, the direction from the first point P1 to the second point P2 along the virtual line segment L is defined as the light propagation direction. The direction along the thickness of the support substrate 10 is defined as the thickness direction, and the direction along the light propagation direction is defined as the length direction. Moreover, let the direction orthogonal to a length direction and a thickness direction be a width direction.

第1導波路コア50は、第1テーパ導波路コア52及び第1等幅導波路コア54を備えている。第1等幅導波路コア54は、第1テーパ導波路コア52の第1点側の端部に接続されている。第1テーパ導波路コア52の幅は、第1点P1側から第2点P2側に向けて狭くなる。第1テーパ導波路コア52の、第1点P1側の端部の幅は、第1等幅導波路コア54の幅と同じであり、TE偏波及びTM偏波に対してシングルモード条件を満たすように設定される。   The first waveguide core 50 includes a first tapered waveguide core 52 and a first uniform width waveguide core 54. The first equal width waveguide core 54 is connected to the end of the first tapered waveguide core 52 on the first point side. The width of the first tapered waveguide core 52 decreases from the first point P1 side toward the second point P2 side. The width of the end of the first tapered waveguide core 52 on the first point P1 side is the same as the width of the first uniform-width waveguide core 54, and the single mode condition is set for the TE polarized wave and the TM polarized wave. Set to meet.

第2導波路コア60は、第2テーパ導波路コア62及び第2等幅導波路コア64を備えている。第2等幅導波路コア64は、第2テーパ導波路コア62の第2点P2側の端部に接続されている。第2導波路コア60の厚さは、第1導波路コア50の厚さより小さい。第2導波路コア60の厚さは、TE偏波に対してシングルモード条件を満たし、TM偏波のシングルモード条件を満たさないように設定される。これにより、TE偏波のシングルモードの光は第2導波路コア60を伝播できるが、TM偏波のシングルモードの光は、第2導波路コア60を伝播できない。   The second waveguide core 60 includes a second tapered waveguide core 62 and a second uniform width waveguide core 64. The second equal width waveguide core 64 is connected to the end of the second tapered waveguide core 62 on the second point P2 side. The thickness of the second waveguide core 60 is smaller than the thickness of the first waveguide core 50. The thickness of the second waveguide core 60 is set so as to satisfy the single mode condition for the TE polarization and not satisfy the single mode condition for the TM polarization. Thereby, TE-polarized single mode light can propagate through the second waveguide core 60, but TM-polarized single mode light cannot propagate through the second waveguide core 60.

第2テーパ導波路コア62の幅は、第1点P1側から第2点P2側に向けて広くなる。第2テーパ導波路コア62の第2点P2側の端部の幅は、第2等幅導波路コア64の幅と同じであり、第1等幅導波路コア54の幅より大きい。また、第2等幅導波路コア64の幅は、TE偏波に対してシングルモード条件を満たすように設定される。第2導波路コア60の厚みが、第1導波路コア50の厚みより小さいので、第1等幅導波路コア54の幅と、第2等幅導波路コア64の幅を等しくすると、第2等幅導波路コア64の、光の伝播方向に直交する断面の面積が第1等幅導波路コア54の断面の面積よりも小さくなる。このため、面積が小さくなった分、光の損失が発生する恐れがある。これに対し、第2等幅導波路コア64の幅を、第1等幅導波路コア54の幅よりも大きくすることで、第2等幅導波路コア64の断面の面積が、第1等幅導波路コア54の断面の面積に近くなり、光の損失を低減できる。   The width of the second tapered waveguide core 62 increases from the first point P1 side toward the second point P2 side. The width of the end portion of the second tapered waveguide core 62 on the second point P2 side is the same as the width of the second uniform width waveguide core 64 and is larger than the width of the first uniform width waveguide core 54. The width of the second equal width waveguide core 64 is set so as to satisfy the single mode condition for the TE polarized wave. Since the thickness of the second waveguide core 60 is smaller than the thickness of the first waveguide core 50, if the width of the first uniform-width waveguide core 54 is equal to the width of the second uniform-width waveguide core 64, the second The cross-sectional area of the equal-width waveguide core 64 perpendicular to the light propagation direction is smaller than the cross-sectional area of the first equal-width waveguide core 54. For this reason, there is a risk of light loss due to the reduction in area. On the other hand, by making the width of the second uniform-width waveguide core 64 larger than the width of the first uniform-width waveguide core 54, the area of the cross section of the second uniform-width waveguide core 64 becomes the first etc. It becomes close to the cross-sectional area of the width waveguide core 54, and light loss can be reduced.

第3導波路コア70は、第3テーパ導波路コア72及び第3等幅導波路コア74を備えている。第3等幅導波路コア74は、第3テーパ導波路コア72の第2点P2側の端部に接続されている。第3導波路コア70の厚さは、第1導波路コア50の厚さに等しい。また、第3等幅導波路コア74の幅は、第1等幅導波路コア54の幅に等しい。第3等幅導波路コア74の幅及び厚さは、TE偏波及びTM偏波の双方に対してシングルモード条件を満たす。   The third waveguide core 70 includes a third tapered waveguide core 72 and a third equal width waveguide core 74. The third equal width waveguide core 74 is connected to the end of the third tapered waveguide core 72 on the second point P2 side. The thickness of the third waveguide core 70 is equal to the thickness of the first waveguide core 50. The width of the third uniform width waveguide core 74 is equal to the width of the first uniform width waveguide core 54. The width and thickness of the third uniform-width waveguide core 74 satisfy the single mode condition for both the TE polarized wave and the TM polarized wave.

第3テーパ導波路コア72の幅は、第1点P1側から第2点P2側に向けて広くなる。第3テーパ導波路コア72の第2点P2側の端部の幅は、第3等幅導波路コア74の幅と同じである。   The width of the third taper waveguide core 72 increases from the first point P1 side toward the second point P2 side. The width of the end of the third tapered waveguide core 72 on the second point P2 side is the same as the width of the third constant-width waveguide core 74.

上述した光導波路素子によれば、第1テーパ導波路コア52を第1点P1側から第2点P2側に向けて伝播するTE偏波の光は、厚さが小さい第2テーパ導波路コア62に移行する。また、第1テーパ導波路コア52を第1点P1側から第2点P2側に向けて伝播するTM偏波の光は、第2テーパ導波路コア62には移行できず、第3テーパ導波路コア72に移行する。   According to the optical waveguide element described above, the TE-polarized light propagating through the first tapered waveguide core 52 from the first point P1 side toward the second point P2 side has a small thickness. 62. Also, TM polarized light propagating through the first taper waveguide core 52 from the first point P1 side to the second point P2 side cannot be transferred to the second taper waveguide core 62, and the third taper waveguide light is transmitted. Transition to the waveguide core 72.

また、第1テーパ導波路コア52が第1点P1側から第2点P2側に向けて幅が狭くなり、第2テーパ導波路コア62及び第3テーパ導波路コア72は、第1点P1側から第2点P2側に向けて、幅が広くなる。このため、第1テーパ導波路コア52と、第2及び第3テーパ導波路62及び72とで、伝播定数が一致する波長帯域が広い、すなわち、利用帯域が広い。   Further, the first taper waveguide core 52 becomes narrower from the first point P1 side to the second point P2 side, and the second taper waveguide core 62 and the third taper waveguide core 72 are at the first point P1. The width increases from the side toward the second point P2 side. For this reason, the first tapered waveguide core 52 and the second and third tapered waveguides 62 and 72 have a wide wavelength band in which propagation constants coincide, that is, a wide usage band.

この実施形態では、第2テーパ導波路コア62及び第3テーパ導波路コア72の第1点P1側の端部の位置は、第1テーパ導波路コア52の、第1点P1側の端部の位置と第2点P2側の端部の位置の間にある。また、第1テーパ導波路コア52の第2点P2側の端部の位置は、第2テーパ導波路コア62及び第3テーパ導波路コア72の、第1点P1側の端部の位置と第2点P2側の端部の位置の間にある。さらに、第2テーパ導波路コア62の第1点P1側の端部の位置が、第3テーパ導波路コア72の第1点P1側の端部の位置に対して、第1点P1側にある。このため、第1テーパ導波路コア52を伝播するTE偏波は、第2テーパ導波路コア62に移行しやすく、第3テーパ導波路コア72には移行しにくい。この結果、この光導波路素子は、偏波分離能力に優れる。   In this embodiment, the positions of the end portions of the second tapered waveguide core 62 and the third tapered waveguide core 72 on the first point P1 side are the end portions of the first tapered waveguide core 52 on the first point P1 side. And the position of the end on the second point P2 side. The position of the end portion on the second point P2 side of the first taper waveguide core 52 is the position of the end portion on the first point P1 side of the second taper waveguide core 62 and the third taper waveguide core 72. It is between the positions of the end portions on the second point P2 side. Furthermore, the position of the end of the second taper waveguide core 62 on the first point P1 side is closer to the first point P1 side than the position of the end of the third taper waveguide core 72 on the first point P1 side. is there. For this reason, the TE polarization propagating through the first taper waveguide core 52 easily shifts to the second taper waveguide core 62 and hardly shifts to the third taper waveguide core 72. As a result, this optical waveguide device is excellent in polarization separation ability.

また、第2テーパ導波路コア62の第1点P1側の端部の位置が、第3テーパ導波路コア72の第1点P1側の端部の位置に対して第1点P1側にあることにより、第2テーパ導波路コア62の第1点P1側の端部の位置が第3テーパ導波路コア72の第1点P1側の端部の位置と等しい構成に比べて、仮想線分に沿った方向での屈折率分布の変化がなだらかになる。この結果、第1導波路コアを伝播する光が第2導波路コアや第3導波路コアへ移行する際に、光の反射や散乱などが起こりにくく、この光導波路素子における損失を低減できる。   In addition, the position of the end portion on the first point P1 side of the second tapered waveguide core 62 is on the first point P1 side with respect to the position of the end portion on the first point P1 side of the third tapered waveguide core 72. As a result, compared to a configuration in which the position of the end portion on the first point P1 side of the second taper waveguide core 62 is equal to the position of the end portion on the first point P1 side of the third taper waveguide core 72, an imaginary line segment is obtained. The change in the refractive index distribution in the direction along the line becomes gentle. As a result, when light propagating through the first waveguide core shifts to the second waveguide core or the third waveguide core, light reflection or scattering hardly occurs, and loss in the optical waveguide element can be reduced.

また、この光導波路素子の実施形態では、第2導波路コア60及び第3導波路コア70は、それぞれサブ導波路コア66及び76を備えている。   In the embodiment of the optical waveguide element, the second waveguide core 60 and the third waveguide core 70 include sub-waveguide cores 66 and 76, respectively.

第2導波路コア60が備えるサブ導波路コア66は、第2テーパ導波路コア62の第1点側の端部に接続されており、幅及び厚さが第2テーパ導波路コア62の第1点P1側の端部の幅及び厚さと等しい。また、第3導波路コア70が備えるサブ導波路コア76は、第3テーパ導波路コア72の第1点P1側の端部に接続されており、幅及び厚さが第3テーパ導波路コア72の第1点P1側の端部の幅及び厚さと等しい。   The sub-waveguide core 66 included in the second waveguide core 60 is connected to the end of the second taper waveguide core 62 on the first point side, and the width and thickness of the sub-waveguide core 66 are the second taper waveguide core 62. It is equal to the width and thickness of the end on the one point P1 side. The sub-waveguide core 76 included in the third waveguide core 70 is connected to the end of the third taper waveguide core 72 on the first point P1 side, and has a width and thickness of the third taper waveguide core. 72 equal to the width and thickness of the end portion on the first point P1 side.

このサブ導波路コア66及び76は、設計されたパターンと、製造されたパターンとの差、いわゆる製造誤差を低減するために設けられる。Si導波路を、Si層をエッチングするなどして形成する場合、導波路の先端部は、角が丸まってしまうなど、製造誤差が大きい場合がある。   The sub-waveguide cores 66 and 76 are provided to reduce a difference between a designed pattern and a manufactured pattern, that is, a so-called manufacturing error. In the case where the Si waveguide is formed by etching the Si layer or the like, there may be a large manufacturing error such as a rounded corner at the tip of the waveguide.

サブ導波路コア66及び76を備えない構成では、第2テーパ導波路コア及び第3テーパ導波路コア62及び72の第1点P1側の端部において製造誤差が大きくなり、その結果、光導波路素子が設計通りに機能しない恐れがある。   In the configuration without the sub-waveguide cores 66 and 76, a manufacturing error becomes large at the end of the second taper waveguide core and the third taper waveguide cores 62 and 72 on the first point P1 side. The device may not function as designed.

これに対し、第2テーパ導波路コア及び第3テーパ導波路コア62及び72の第1点P1側の端部にサブ導波路コア66及び76を備えると、サブ導波路コア66及び76の部分での製造誤差が大きい場合でも、特に第2テーパ導波路コア及び第3テーパ導波路コア62及び72については、製造誤差は小さくなるので、光導波路素子を設計通りに機能させやすい。なお、エッチングによる製造誤差が問題とならない場合には、サブ導波路コアを設けなくてもよい。   On the other hand, when the sub-waveguide cores 66 and 76 are provided at the end of the second taper waveguide core and the third taper waveguide cores 62 and 72 on the first point P1 side, Even in the case where the manufacturing error is large, the manufacturing error is small especially for the second taper waveguide core and the third taper waveguide cores 62 and 72, so that the optical waveguide element can easily function as designed. If manufacturing errors due to etching are not a problem, the sub-waveguide core need not be provided.

(光導波路素子の製造方法)
この実施形態の光導波路素子は、SOI(Silicon On Insulator)基板を利用することによって、容易に製造することができる。
(Method for manufacturing optical waveguide element)
The optical waveguide device of this embodiment can be easily manufactured by using an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

図2を参照して、この光導波路素子の製造方法の一例について説明する。図2(A)〜(E)は、光導波路素子の製造方法を説明する工程図であり、それぞれ、各製造段階で得られた構造体の概略的端面図である。これら図2(A)〜(E)に示す端面は、図1(B)に示す端面に位置的に対応する。   With reference to FIG. 2, an example of the manufacturing method of this optical waveguide device will be described. 2A to 2E are process diagrams for explaining a method of manufacturing an optical waveguide device, and are schematic end views of structures obtained in respective manufacturing stages. These end surfaces shown in FIGS. 2A to 2E correspond to the end surfaces shown in FIG.

まず、支持基板10、SiO層20及びSi層32がこの順に積層されたSOI基板100を用意する(図2(A))。ここでは、SOI基板100として、Si層32の厚さが、形成すべき導波路コア30の厚さに対応するものを用いる。なお、SiO層20が下部クラッドとなる。 First, the SOI substrate 100 in which the support substrate 10, the SiO 2 layer 20, and the Si layer 32 are stacked in this order is prepared (FIG. 2A). Here, as the SOI substrate 100, a substrate in which the thickness of the Si layer 32 corresponds to the thickness of the waveguide core 30 to be formed is used. The SiO 2 layer 20 becomes the lower clad.

次に、Si層32上に、ポジ型レジストをスピンコートで塗布する。そして、形成すべき第1導波路コア50及び第3導波路コア70の平面形状に対応するフォトマスクを用いて、露光及び現像を行う。その結果、Si層32の、第1導波路コア50及び第3導波路コア70の形成領域を含む領域上にレジスト層92が形成される(図2(B))。   Next, a positive resist is applied onto the Si layer 32 by spin coating. Then, exposure and development are performed using a photomask corresponding to the planar shape of the first waveguide core 50 and the third waveguide core 70 to be formed. As a result, a resist layer 92 is formed on the Si layer 32 on the region including the formation region of the first waveguide core 50 and the third waveguide core 70 (FIG. 2B).

次に、レジスト層92をマスクとし、例えばプラズマエッチングなどのドライエッチングによって、Si層32を、形成すべき第2導波路コア60の厚さとなるまでエッチングする。その結果、Si層34のレジスト層92が形成された領域には、エッチング前の厚さが残り、それ以外の領域が、形成すべき第2導波路コア60の厚さとなる(図2(C))。   Next, using the resist layer 92 as a mask, the Si layer 32 is etched by dry etching such as plasma etching until the thickness of the second waveguide core 60 to be formed is reached. As a result, the thickness before etching remains in the region where the resist layer 92 of the Si layer 34 is formed, and the other region becomes the thickness of the second waveguide core 60 to be formed (FIG. 2C )).

次に、Si層34上に、再びポジ型レジストをスピンコートで塗布する。そして、形成すべき第1導波路コア50、第2導波路コア60及び第3導波路コア70の平面形状に対応するフォトマスクを用いて、露光及び現像を行う。その結果、Si層34の、第1導波路コア50、第2導波路コア60及び第3導波路コア70の形成領域上にレジスト層94が形成される(図2(D))。   Next, a positive resist is applied again on the Si layer 34 by spin coating. Then, exposure and development are performed using a photomask corresponding to the planar shapes of the first waveguide core 50, the second waveguide core 60, and the third waveguide core 70 to be formed. As a result, a resist layer 94 is formed on the Si layer 34 on the formation region of the first waveguide core 50, the second waveguide core 60, and the third waveguide core 70 (FIG. 2D).

次に、レジスト層94をマスクとした、例えばプラズマエッチングによって、Si層34を除去する。その結果、残存するSi層として、第1導波路コア50、第2導波路コア60及び第3導波路コア70が形成される(図2(E))。   Next, the Si layer 34 is removed by, for example, plasma etching using the resist layer 94 as a mask. As a result, the first waveguide core 50, the second waveguide core 60, and the third waveguide core 70 are formed as the remaining Si layer (FIG. 2E).

次に、図2(E)で得た構造体に対し、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、第1導波路コア50、第2導波路コア60及び第3導波路コア70を被覆するSiOを堆積する。これによって、上部クラッド40が形成される。その結果、図1に示す光導波路素子が形成される。 Next, the structure obtained in FIG. 2E is covered with the first waveguide core 50, the second waveguide core 60, and the third waveguide core 70 by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. SiO 2 is deposited. Thereby, the upper clad 40 is formed. As a result, the optical waveguide element shown in FIG. 1 is formed.

このように、この光導波路素子は、従来のSi導波路を製造する工程について、1回のフォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程が追加される程度で製造可能である。すなわち、製造工程を複雑化することなく、容易に、波長帯域の広い偏波分離素子を製造することができる。   Thus, this optical waveguide element can be manufactured to the extent that a single photolithography process and a dry etching process are added to the process of manufacturing a conventional Si waveguide. That is, it is possible to easily manufacture a polarization separation element having a wide wavelength band without complicating the manufacturing process.

なお、ここでは、レジスト層92を第1導波路コア50及び第3導波路コア70の形成領域を含む領域上に一体として形成する例を説明したがこれに限定されない。レジスト層92を、第1導波路コア50及び第3導波路コア70の形成領域上にそれぞれ形成してもよい。   Here, although the example in which the resist layer 92 is formed integrally on the region including the formation region of the first waveguide core 50 and the third waveguide core 70 has been described, the present invention is not limited to this. The resist layer 92 may be formed on the formation region of the first waveguide core 50 and the third waveguide core 70, respectively.

(特性評価)
発明者は、上述した光導波路素子の特性を評価する実験を行った。以下、この実験の条件及び結果について説明する。
(Characteristic evaluation)
The inventor conducted an experiment for evaluating the characteristics of the optical waveguide element described above. Hereinafter, the conditions and results of this experiment will be described.

第1等幅導波路コアの幅W10及び第3等幅導波路コアの幅W30を270nmとした。また、第1等幅導波路コアの厚さt10及び第3等幅導波路コアの厚さt30を270nmとした。   The width W10 of the first uniform waveguide core and the width W30 of the third uniform waveguide core were 270 nm. The thickness t10 of the first uniform waveguide core and the thickness t30 of the third uniform waveguide core were 270 nm.

一方、第2等幅導波路コアの幅W20及び第2等幅導波路コアの厚さt20を、それぞれ、440nm及び220nmとした。   On the other hand, the width W20 of the second uniform waveguide core and the thickness t20 of the second uniform waveguide core were set to 440 nm and 220 nm, respectively.

また、第1〜3等幅導波路コアの長さL11〜L31を10μmとし、第1〜3テーパ導波路コアの長さをそれぞれ200μm、200μm、175μmとし、第2導波路コア及び第3導波路コアが備えるサブ導波路コアの長さを、いずれも25μmとした。   Further, the lengths L11 to L31 of the first to third equal-width waveguide cores are set to 10 μm, and the lengths of the first to third tapered waveguide cores are set to 200 μm, 200 μm, and 175 μm, respectively. The length of each of the sub-waveguide cores included in the waveguide core was 25 μm.

第1導波路コアと第2導波路コアの中心間隔を0.60μmとし、第1導波路コアと第3導波路コアの中心間隔を0.50μmとした。   The center distance between the first waveguide core and the second waveguide core was 0.60 μm, and the center distance between the first waveguide core and the third waveguide core was 0.50 μm.

また、第2テーパ導波路コアの第1点側の端部の位置を、第3テーパ導波路コアの第1点側の端部の位置に対して、25μm第1点側に設けている。第1テーパ導波路コアと第2テーパ導波路コアが並列に設けられている領域の、仮想線分Lに沿った方向の長さは、145μmである。このとき、第1テーパ導波路コアと第3テーパ導波路コアが並列に設けられている領域の、仮想線分に沿った方向の長さは、120μmになる。   In addition, the position of the end portion on the first point side of the second tapered waveguide core is provided on the first point side of 25 μm with respect to the position of the end portion on the first point side of the third taper waveguide core. The length in the direction along the imaginary line segment L of the region where the first tapered waveguide core and the second tapered waveguide core are provided in parallel is 145 μm. At this time, the length in the direction along the imaginary line segment of the region where the first taper waveguide core and the third taper waveguide core are provided in parallel is 120 μm.

また、導波路コアは、シリコンを材料として構成され、下部クラッド及び上部クラッドは、酸化シリコンを材料として構成されている。   The waveguide core is made of silicon, and the lower clad and the upper clad are made of silicon oxide.

1250nm〜1600nmの波長帯域におけるTE偏波及びTM偏波について、偏波分離特性を測定した結果を図3に示す。   FIG. 3 shows the results of measuring polarization separation characteristics for TE polarized waves and TM polarized waves in the wavelength band of 1250 nm to 1600 nm.

ここでは、第1等幅導波路コア54の第1点P1側の端部を入力ポートとする。第2等幅導波路コア64の第2点P2側の端部に、第3導波路コア70から離れる方向に設けた曲がり導波路コアの、第2等幅導波路コア64と接続される端部とは反対側の端部を、TE出力ポートとする。また、第3等幅導波路コア74の第2点P2側の端部に、第2導波路コア60から離れる方向に設けた曲がり導波路コアの、第3等幅導波路コア74と接続される端部とは反対側の端部を、TM出力ポートとする。   Here, the end on the first point P1 side of the first uniform-width waveguide core 54 is used as an input port. The end of the bent waveguide core provided in the direction away from the third waveguide core 70 at the end on the second point P2 side of the second uniform width waveguide core 64 and connected to the second uniform width waveguide core 64 The end on the opposite side of the part is the TE output port. In addition, a bent waveguide core provided in the direction away from the second waveguide core 60 is connected to the third constant width waveguide core 74 at the end of the third uniform width waveguide core 74 on the second point P2 side. The end opposite to the end is defined as the TM output port.

図3は、横軸に波長[単位:nm]を取って示し、縦軸に透過率[単位:dB]をとって示している。   FIG. 3 shows the wavelength [unit: nm] on the horizontal axis and the transmittance [unit: dB] on the vertical axis.

図3中、曲線Iは、入力ポートにTE偏波の光を入力したときに、TE出力ポートから出力されるTE偏波を示している。また、曲線IIは入力ポートにTE偏波の光を入力したときに、TM出力ポートから出力されるTE偏波を示している。また、曲線IIIは、入力ポートにTM偏波の光を入力したときに、TM出力ポートから出力されるTM偏波を示している。また、曲線IVは、入力ポートにTM偏波の光を入力したときに、TE出力ポートから出力されるTM偏波を示している。   In FIG. 3, a curve I indicates the TE polarization output from the TE output port when TE polarization light is input to the input port. Curve II represents the TE polarization output from the TM output port when TE polarization light is input to the input port. A curve III indicates the TM polarization output from the TM output port when TM polarization light is input to the input port. A curve IV indicates the TM polarization output from the TE output port when TM polarization light is input to the input port.

曲線Iと曲線IIで示されるように、入力ポートにTE偏波の光を入力すると、1250〜1600nmの広い波長帯域にわたって、TE出力ポートから出力されるTE偏波の光強度が、TM出力ポートから出力されるTE偏波の光強度に比べて大きいことがわかる。   As shown by the curves I and II, when TE polarized light is input to the input port, the TE polarized light intensity output from the TE output port over the wide wavelength band of 1250 to 1600 nm is the TM output port. It can be seen that it is larger than the light intensity of the TE polarized light output from the.

また、曲線IIIと曲線IVで示されるように、入力ポートにTM偏波の光を入力すると、1250〜1600nmの広い波長帯域にわたって、TM出力ポートから出力されるTM偏波の光強度が、TE出力ポートから出力されるTM偏波の光強度に比べて大きいことがわかる。このように、1250〜1600nmの広い波長帯域にわたって、良好な偏波分離特性が得られることが確かめられた。   Further, as indicated by the curves III and IV, when TM polarized light is input to the input port, the TM polarized light intensity output from the TM output port is TE over a wide wavelength band of 1250 to 1600 nm. It can be seen that the intensity is higher than the TM polarized light intensity output from the output port. Thus, it has been confirmed that good polarization separation characteristics can be obtained over a wide wavelength band of 1250 to 1600 nm.

10 支持基板
20 下部クラッド
30 導波路コア
32、34 Si層
40 上部クラッド
50 第1導波路コア
52 第1テーパ導波路コア
54 第1等幅導波路コア
60 第2導波路コア
62 第2テーパ導波路コア
64 第2等幅導波路コア
66、76 サブ導波路コア
70 第3導波路コア
72 第3テーパ導波路コア
74 第3等幅導波路コア
92、94 レジスト層
100 SOI基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Support substrate 20 Lower clad 30 Waveguide core 32, 34 Si layer 40 Upper clad 50 1st waveguide core 52 1st taper waveguide core 54 1st equal width waveguide core 60 2nd waveguide core 62 2nd taper guide Waveguide core 64 Second uniform-width waveguide core 66, 76 Sub-waveguide core 70 Third waveguide core 72 Third taper waveguide core 74 Third uniform-width waveguide core 92, 94 Resist layer 100 SOI substrate

Claims (5)

第1点と第2点とを結ぶ仮想線分に平行に設けられた第1導波路コアと、
前記第1導波路コアを挟む位置に、前記第1導波路コアから離間し、かつ、前記第1導波路コアに平行に設けられた、第2導波路コア及び第3導波路コアと
を備え、
前記第1導波路コアは、前記第1点側から前記第2点側に向けて、幅が狭くなる第1テーパ導波路コアを備え、
前記第2導波路コアは、前記第1点側から前記第2点側に向けて、幅が広くなる第2テーパ導波路コアを備え、
前記第3導波路コアは、前記第1点側から前記第2点側に向けて、幅が広くなる第3テーパ導波路コアを備え、
前記第1テーパ導波路コアの、前記第1点側の端部の幅及び厚さは、TE偏波及びTM偏波に対してシングルモード条件を満たし、
前記第2導波路コアの厚さは、前記第1導波路コアの厚さより小さく、前記第2テーパ導波路コアの前記第2点側の端部の幅は、前記第1テーパ導波路コアの前記第1点側の端部の幅より大きく、
前記第3導波路コアの厚さは、前記第1導波路コアの厚さと等しく、
前記第3テーパ導波路コアの前記第2点側の端部の幅は、前記第1テーパ導波路コアの前記第1点側の端部の幅と等しく、
前記第2テーパ導波路コアの前記第1点側の端部の位置が、前記第3テーパ導波路コアの前記第1点側の端部の位置に対して、前記第1点側にあり、
前記第1導波路コアに入力されるTE偏波は、前記第2導波路コアに移行し、
前記第1導波路コアに入力されるTM偏波は、前記第3導波路コアに移行す
ことを特徴とする光導波路素子。
A first waveguide core provided parallel to an imaginary line segment connecting the first point and the second point;
A second waveguide core and a third waveguide core are provided at positions sandwiching the first waveguide core, spaced apart from the first waveguide core and provided in parallel with the first waveguide core. ,
The first waveguide core includes a first tapered waveguide core whose width decreases from the first point side toward the second point side,
The second waveguide core includes a second tapered waveguide core whose width increases from the first point side toward the second point side,
The third waveguide core includes a third tapered waveguide core whose width increases from the first point side toward the second point side,
The width and thickness of the end on the first point side of the first tapered waveguide core satisfy a single mode condition with respect to TE polarization and TM polarization,
The thickness of the second waveguide core is smaller than the thickness of the first waveguide core, and the width of the end portion on the second point side of the second taper waveguide core is the width of the first taper waveguide core. Larger than the width of the end on the first point side,
The thickness of the third waveguide core is equal to the thickness of the first waveguide core;
The width of the end portion on the second point side of the third tapered waveguide core is equal to the width of the end portion on the first point side of the first tapered waveguide core;
Position of the end of the first point side of the second tapered waveguide core, with respect to the position of the end of the first point side of the third tapered waveguide core, Ri the first point side near ,
The TE polarization input to the first waveguide core transitions to the second waveguide core,
The TM polarization is input to the first waveguide core optical waveguide device which is characterized that you transition to the third waveguide core.
前記第1導波路コアは、前記第1テーパ導波路コアの前記第1点側の端部に接続される第1等幅導波路コアを備え、
前記第2導波路コアは、前記第2テーパ導波路コアの前記第2点側の端部に接続される第2等幅導波路コアを備え、
前記第3導波路コアは、前記第3テーパ導波路コアの前記第2点側の端部に接続される第3等幅導波路コアを備え、
前記第1等幅導波路コアの幅及び厚さは、前記第1テーパ導波路コアの前記第1点側の端部の幅及び厚さに等しく、
前記第2等幅導波路コアの幅及び厚さは、前記第2テーパ導波路コアの前記第2点側の端部の幅及び厚さに等しく、
前記第3等幅導波路コアの幅及び厚さは、前記第3テーパ導波路コアの前記第2点側の端部の幅及び厚さに等しい
ことを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
The first waveguide core includes a first constant-width waveguide core connected to an end of the first tapered waveguide core on the first point side,
The second waveguide core includes a second equal-width waveguide core connected to an end of the second tapered waveguide core on the second point side,
The third waveguide core includes a third equal-width waveguide core connected to an end of the third tapered waveguide core on the second point side,
The width and thickness of the first equal-width waveguide core are equal to the width and thickness of the end on the first point side of the first tapered waveguide core,
The width and thickness of the second equal width waveguide core are equal to the width and thickness of the end of the second tapered waveguide core on the second point side,
2. The optical device according to claim 1, wherein a width and a thickness of the third equal-width waveguide core are equal to a width and a thickness of an end portion on the second point side of the third tapered waveguide core. Waveguide element.
前記第2導波路コアは、前記第2テーパ導波路コアの前記第1点側の端部に接続されるサブ導波路コアを備え、
前記第3導波路コアは、前記第3テーパ導波路コアの前記第1点側の端部に接続されるサブ導波路コアを備え、
前記第2導波路コアが備えるサブ導波路コアの幅及び厚さは、前記第2テーパ導波路コアの前記第1点側の端部の幅及び厚さと等しく、
前記第3導波路コアが備えるサブ導波路コアの幅及び厚さは、前記第3テーパ導波路コアの前記第1点側の端部の幅及び厚さと等しい
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路素子。
The second waveguide core includes a sub-waveguide core connected to an end of the second tapered waveguide core on the first point side,
The third waveguide core includes a sub-waveguide core connected to an end of the third tapered waveguide core on the first point side,
The width and thickness of the sub-waveguide core provided in the second waveguide core are equal to the width and thickness of the end portion on the first point side of the second tapered waveguide core,
The width and thickness of the sub-waveguide core included in the third waveguide core are equal to the width and thickness of the end portion on the first point side of the third taper waveguide core. 2. The optical waveguide device according to 2.
支持基板上に順次積層された、酸化シリコン及びシリコンを備え、
前記酸化シリコンが下部クラッドを構成し、
前記シリコンが、前記第1〜第3導波路コアを構成する
ことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の光導波路素子。
Comprising silicon oxide and silicon sequentially laminated on a support substrate;
The silicon oxide constitutes the lower cladding;
The optical waveguide element according to any one of claims 1 to 3 , wherein the silicon constitutes the first to third waveguide cores.
前記下部クラッド上に、前記第1〜3導波路コアを覆う上部クラッドを備え、
前記上部クラッドは、酸化シリコン又は窒化シリコンで構成される
ことを特徴とする請求項に記載の光導波路素子。
An upper clad covering the first to third waveguide cores is provided on the lower clad,
The optical waveguide device according to claim 4 , wherein the upper clad is made of silicon oxide or silicon nitride.
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