JP6314240B2 - 基板型光導波路素子 - Google Patents
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Description
(A)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1,NTE@WG2,NTM@WG2は、それぞれ、上記第1のコアと上記第2のコアとが互いに並走する並走区間の始点からの距離の関数として連続であり、
(B)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1は、上記並走区間の全体においてNTE@WG1>NTM@WG1を満足し、
(C)上記実効屈折率NTE@WG2,NTM@WG2は、上記並走区間の全体においてNTE@WG2>NTM@WG2を満足し、
(D)上記実効屈折率NTM@WG1と上記実効屈折率NTM@WG2との大小関係は、上記並走区間の始点と終点とで逆転しており、
(E)上記第1のコア及び上記第2のコアの少なくとも何れか一方は、光の進行方向に直交する断面の形状が四角形の主要部と、該主要部の一方の側面から上記下部クラッドと上記上部クラッドとの界面に平行な方向に突出した突出部であって、光の進行方向に直交する断面の形状が四角形の突出部とからなる、ことを特徴とする。
以下、本実施形態に係る偏波ビームコンバイナ(Polarization Beam Combiner:PBC)1が奏する効果と、その効果を奏する基本原理について、図1〜5を参照しながら説明する。PBC1は、本発明の一態様に係る基板型光導波路素子の一態様である。
以上のように構成された第1のコア13及び第2のコア14は、以下の特徴1〜4を有する。
特徴1:主要部13mと主要部14mと高さは等しい。また、突出部13pと突出部14pとの高さは等しい。
特徴2:第1のコア13と第2のコア14とは、離間して配置されている。
特徴3:第1のコア13と第2のコア14とは、port1−1及びport1−2を含む断面において、(Wm1≧Wm2)且つ(W1>W2)、又は、(Wm1>Wm2)且つ(W1≧W2)を満足し、port2−1及びport2−2を含む断面において、(Wm1≦Wm2)且つ(W1<W2)、又は、(Wm1<Wm2)且つ(W1≦W2)を満足する。
特徴4:第1のコア13と第2のコア14との導波路に対して、それぞれの主要部(13m及び14m)と突出部(13p及び14p)は、並走区間の始点からの距離の関数として連続である。
組み合わせC2:TEi@port1−2とTEi@port2−1
組み合わせC3:TMj@port1−1とTMj@port2−2
組み合わせC4:TMj@port1−2とTMj@port2−1
ここで、実効屈折率曲線とは、光の進行方向に対する座標に対して、各座標の第1のコア13と第2のコア14とを含む導波路断面における導波モードの実効屈折率をプロットしたものを意味する。一般に、同一の実効屈折率曲線上にある導波モード同士は、光の進行方向に対するコア形状の変化を十分緩やかにする、即ち、port1−1、port1−2、port2−1、及びport2−2のそれぞれのポートにおける主要部の幅及び突出部の幅を固定し、第1のコア13と第2のコア14とが並走する並走区間の長さを十分長くとることによって、ほとんどエネルギー損失なく導波モードを変換することが可能である。以下において、並走区間の長さをテーパ長とも表現する。このような偏波モード間の変換は、断熱変換と呼ばれる。
NTEi@WG2:第2のコア14(WG2)が下部クラッド211及び上部クラッド212に埋設されて単独で存在する場合のTEiの実効屈折率
これらは、非特許文献3の式(19−14)の
NTMj@WG2:第2のコア14(WG2)が下部クラッド211及び上部クラッド212に埋設されて単独で存在する場合のTMjの実効屈折率
これらは、非特許文献3の式(19−14)の
CTMj:第1のコア13のTMjと第2のコア14のTMjとの光結合の強さ
これらは、非特許文献3の式(19−14)のC(z)に対応する。
δTMj=(π/λ)×|NTMj@WG1−NTMj@WG2|
ただし、上述した各変数の定義は、光の進行方向に対して垂直な断面における局所モードを考慮している。δTEiは、第1のコア13のTEiと第2のコア14のTEiとの位相速度の差に関係し、δTMjは、第1のコア13のTMjと第2のコア14のTMjとの位相速度の差に関係している。δTEiが0に近いほど、第1のコア13のTEiと第2のコア14のTEiとの位相が整合していることを意味し、δTMjが0に近いほど、第1のコア13のTMjと第2のコア14のTMjとの位相が整合していることを意味する。以下、TMjが第1のコア13から第2のコア14に移る条件を説明する。
次に、第1のコア13及び第2のコア14が有している特徴5〜6について説明する。
特徴5:並走区間における光の進行方向に直交する各断面において、第1のコア13におけるTMjの実効屈折率NTM@WG1は、TEiの実効屈折率NTE@WG1より常に小さく、第2のコア14におけるTMjの実効屈折率NTM@WG2は、TEiの実効屈折率NTE@WG2より常に小さい。すなわち、並走区間における光の進行方向に直交する各断面において、NTM@WG1<NTE@WG1を満足し、NTM@WG2<NTE@WG2を満足する。
特徴6:並走区間における光の進行方向における任意の座標位置にて、光の進行方向に直交する各断面において、第1のコア13及び第2のコア14の少なくとも一方のコア(例えば第1のコア13)におけるコアの幅(例えばW1)と主要部の幅(例えばWm1)とは、常に異なる。また、一方のコアの突出部は、他方のコアの突出部から遠ざかる方向に突出している。
特徴6’:第1のコア13及び第2のコア14の少なくとも一方(例えば第1のコア13)は、(1)光の進行方向に直交する断面の形状が四角形の主要部(例えば13m)と、(2)該主要部(例えば13m)の一方の側面から下部クラッド11と上部クラッド12との界面に平行な方向に突出した突出部であって、光の進行方向に直交する断面の形状が四角形の突出部(例えば13p)とからなる。
続いて、PBC1と従来技術である非特許文献2と特許文献1との比較を行う。非特許文献2に記載された技術の問題は、広い波長帯域での使用を想定した場合に、TM偏波の損失が大きく、製造誤差にも弱い(影響を受けやすい)ことである。この問題に対して、特徴3〜4で述べたようにPBC1は、断熱変化によってTMjを一方のコアから他方のコアへ移動させ、且つ、広い波長帯域内において波長が変化したり、製造誤差によって並走区間におけるコアの構造が変化しても、低損失なTMjのコア間の移動を可能にする。上述した各特徴を満足するPBC1を設計する場合、PBC1を使用する場合に想定される波長帯域や、PBC1を製造するために用いる製造プロセスにおいて生じ得る製造誤差の大きさを予め見積もっておくことが好ましい。上述した各特徴を満足するPBC1は、非特許文献2に記載された構造よりも、広い波長帯域で低損失であり、かつ製造誤差に強い。
PBC1において、コア(13及び14)の屈折率Ncoと、クラッド(11及び12)の屈折率Nclとの比屈折率差は、0.25以上であることが好ましい。
PBC1において、コア(13及び14)は、シリコン(Si)製であり、下部クラッド11は、シリカ(SiO2)製であり、上部クラッド12は、空気、シリカ製、及び窒化シリコン(Si3N4)製の何れかであることが好ましい。
上述したように、PBC1において、コア(13及び14)はシリコン製であり、下部クラッド11と上部クラッド12はともにシリカ製であることが好ましい。ここで、図2に示すように、コア13の幅をW1とし、コア13の主要部13mの幅をWm1とし、コア13の突出部13pの幅をWp1とし、コア14の幅をW2とし、コア14の主要部14mの幅をWm2とし、コア14の突出部14pの幅をWp2とする。すなわち、W1=Wm1+Wp1であり、W2=Wm2+Wp2である。また、主要部13mの高さh1と主要部14mの高さh2は、共通にhであるものとする。
この場合に、PBC1は、以下の関係を満足することが好ましい。
PBC1は、TMjのみを低損失でコア13とコア14との間を移動させることができるので、TMj及びTEiの何れかの偏波を抽出する基板型導波路を用いた偏光子として利用可能である。
以下に、本実施形態に係るPBC1について、図6〜図7を参照しながら説明する。PBC1は、上述した特徴1〜6を有しているPBCの一実施形態であって、上記特徴1〜6に対応する効果を奏する。
第1の実施形態に対応した実施例に係るPBC1について、図8を参照しながら説明する。図8の(a)は、本実施例に係るPBC1の構成を示す上面図であり、(b)は、(a)に示すPBC1における光の進行方向に直交する断面の断面図である。PBC1は、TE0とTM0との偏波多重及び偏波分離を行うことを目的としている。
本実施形態に係るPBC1Aについて、図18を参照しながら説明する。図18は、PBC1Aの構成を示す上面図である。PBC1Aは、実施形態に係るPBC1の前段及び後段に、それぞれ、曲げ導波路部2及び3を接続した基板型光導波路素子である。
このとき、光配線を成す光導波路と低損失に接続できる点で好ましい。
図18に示したPBC1Aの実施例について、曲げ導波路部2を例に以下に説明する。曲げ導波路部2において、第3のコア23(直線導波路部分)は、第1のコア13の幅W1を維持したまま延長されている。一方、第4のコア24(曲げ導波路部分)は、第2のコア14のコア幅を維持したまま、一定の半径の円弧で曲げている。曲げ導波路部3は、曲げ導波路部2と同様に構成されている。
この結果より、製造誤差の影響下でも、PBC1Aの損失に大きな変動は無く、120nmの広い波長帯域で0.02dB以下の低い損失を持つことが分かる。
第2の実施例に係るPBC1Aと、非特許文献2に記載されている構造をシミュレーションで比較した。比較に用いたPBC101Aの構成を図38に示す。第2の実施例との比較のため、PBC201のコア(213及び214)の高さ、導波路間隔、及び材料は、PBC1Aと同じとした。並走区間の長さは、波長範囲1520nm〜1640nmにおいて、入力ポート213aに入力したTM0の損失の最大値が最小となるように定めた。また、この条件下で、コア幅は、入力ポート213aのPERが第2の実施例に係るPBC1Aと同程度となるように定めた。このときの結果を図21に示す。図21より、全ての特性において、PBC1AがPBC201を上回っていることが分かった。特に、TM0の損失は、従来技術では最大で0.27dBであるのに対して、PBC1Aでは最大で0.02dBであった。したがって、PBC1Aは、PBC201に比べて広い波長帯域で高い性能をもつことが分かった。
本発明の張り出し部の効果を示すため、第2の実施例に係るPBC1Aと、張り出し部がない比較例1に係るPBC101A(テーパ化方向性結合器:矩形状コアから成るテーパ化方向性結合器)との性能を比較する。
本実施形態に係るPBC1Bは、第2の実施形態に係るPBC1Aに対して、不要な偏波成分を除去する構造である終端部4を付加したものである。例えば、port1−1にTEiを入力した場合、そのパワーの大部分はport2−1から出力される。このTEiが不要な成分である場合、port2−1を光学的に終端する必要がある。もし、終端部が無いと、TEiは反射して戻り光になる可能性があり、ひいては、PBCを取り付ける光回路の性能に悪影響を及ぼす可能性がある。また、port1−1にTMjを入力した場合、そのパワーの大部分はport2−2から出力されるが、ごく一部隣接導波路に移りきらなかったTMj(残留TMj)はport2−1から出力される。同様の理由でこの残留TMjも除去することが好ましい。
第3の実施形態の変形例に係るPBC1Cについて、図26の(b)を参照して説明する。図26の(b)は、PBC1Cの構成を示す上面図である。ここでは、PBC1Cが備えているコアのみを図示している。PBC1Cは、終端部4’を備えている。終端部4’は、第5のコア33を介して第1のコア13に接続されている光吸収体43’を備えている。
本実施形態に係る偏光子1Dについて、図27を参照して説明する。図27は、偏光子1Dの構成を示す上面図である。ここでは、偏光子1Dが備えているコアのみを図示している。偏光子1Dは、図16に示すPBC1Aを直列に2個接続した構造である。偏光子1Dは、第1のコア13及び第2のコア14を、それぞれn組備えた基板型光導波路素子であるとも表現できる。本実施形態では、前段のPBC1AをPBC1Aaと記載し、後段のPBC1AをPBC1Abと記載する。すなわち、偏光子の一方の端部から数えて、1組目の第1のコア13及び第2のコア14を備えたPBCがPBC1Aaであり、2組目の第1のコア13及び第2のコア14を備えたPBCがPBC1Abである。
上述の各実施形態に係るPBCは、非特許文献1に記載のDP−QPSK(Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying)変調器が備えている偏波ビームコンバイナとして利用可能である。DP−QPSK変調器では、光導波路にTE0とTM0の2つのモードが存在できることを利用して、TE0で入力した光を分岐して各々QPSK信号に変調したのち、片側のTE0をTM0に変換させて(偏波ローテータ)、2つのモードをPBCで同一光導波路上に多重し、TE0/TM0の両モードに独立したQPSK信号を有するDP-QPSK変調を行う。TE0とTM0とを偏波多重するPBCとして、上述の各実施形態に係るPBC1及びPBC1A〜1Cを利用することができる。
本実施形態に係る基板型光導波路素子6について、図29を参照して説明する。図29は、基板型光導波路素子6の構成を示すブロック図である。図29に示すように、基板型光導波路素子6は、偏光子62に加えて、スポットサイズコンバータ61と、光デバイス63とを備えている。本実施形態において、偏光子62は、図6に記載のPBC1と同様に構成されているものとして説明する。なお、偏光子62としては、PBC1の代わりに上述したPBC1A〜1C及び偏光子1Dを利用してもよい。
第7の実施形態に係るPBC100について、図30を参照して説明する。本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、PBC100を用いてTE0とTM0との偏波多重又は分離を行うことを目的としている。図30の(a)は、PBC100の構成を示す上面図であり、(b)は、(a)に示すA−A’線におけるPBC100の断面図であり、(c)は、(a)に示すB−B’線におけるPBC100の断面図であり、(d)は、(a)に示すC−C’線におけるPBC100の断面図である。
図30の(b)に示すように、PBC100は、PBC1と同様に、下部クラッド11と同等の下部クラッド110上に、一定間隔を開けて並列に配置された第1のコア130及び第2のコア140を備えている。下部クラッド110と、第1のコア130及び第2のコア140との上には、第1のコア130及び第2のコア140を埋設するように、上部クラッド120が積層されている。
PBC1では、前記特徴1〜6が本発明の目的を達成するために必要十分な条件としていた。しかしながら、コアの段数をn段(n≧3)にする場合には、次の修正が必要になる(特徴の番号に付記した記号;プライム(’)は、修正を表す)。なお、修正の無い特徴2,5は、PBC100にそのまま当てはまる。
PBC100は、PBC1について既に説明した効果を同様に得ることができる。その上に、製造誤差で生じるコア側壁の荒れの影響を低減でき、TM偏波の損失を一層抑えることが可能となる。これは以下の理由による。コアの階段形状の各段は、それぞれ独立にエッチングすることで形成される。この際に、光の進行方向に対して各段に不連続な部位が生じる為、光の損失を生じる側壁荒れが各段に生じてしまう。この側壁荒れは、言い換えると、コアの断面積が光の進行方向に対して不連続に変化した状態である、と言える。その為、段数が増えると、各段のエッチングによる製造誤差はならされ、断面積の製造誤差による変化は小さくなる。以上のことより、コアの階段形状の段数が増えると、側壁荒れの影響を低減することができ、低損失化が可能となる。
第8の実施形態に係る、リブ導波路を備えたPBC100Aについて、図31及び図32を参照して説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態7にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、PBC100Aを用いてTE0とTM0との偏波多重又は分離を行うことを目的としている。図31は、リブ導波路の構成を示す断面図である。図32の(a)は、PBC100Aの構成を示す上面図であり、(b)は、(a)に示すA−A’線におけるPBC100Aの断面図であり、(c)は、(a)に示すB−B’線におけるPBC100Aの断面図であり、(d)は、(a)に示すC−C’線におけるPBC100Aの断面図である。
図31に示すように、リブ導波路は、リブ及びリブより低い薄板状のスラブ(薄膜層)を一体的に備えたコアを有している。リブは薄板状のスラブの上面から上方向に隆起しており、リブの断面形状は、前記第1のコア130または第2のコア140と同じくn段の階段状になっている。また、リブ導波路は、上記コアを上下に挟む下部クラッド110及び上部クラッド120Aを有している。上部クラッド120Aは、上記スラブ上にも積層されている点を除けば、前記上部クラッド120と本質的に変わらない。
次に、図32を参照して、上記リブ導波路によって構成した本発明の一態様に係るPBC100Aの構造について説明する。図32の(a)(b)に示すように、PBC100Aは、下部クラッド110と上部クラッド120Aとに挟まれた第1のリブ130Aと第2のリブ140Aとを備えている。なお、PBC100Aの構成を前記PBC100の構成と対比すると、PBC100Aは、n段の階段形状を備えた前記第1のコア130及び第2のコア140の下に、スラブ151を設けた構成と同等である。したがって、第1のリブ130A及び第2のリブ140Aがそれぞれ備えている上段部130m、中段部130p1、下段部130p2、上段部140m、中段部140p1及び下段部140p2は、前記第1のコア130及び第2のコア140について説明したとおりなので、その説明を省略する。
PBC100Aがリブ導波路を備えていることによって奏する特有の効果は次の通りである。矩形導波路では、コアを形成するために、エッチングによってコアのサイドを削る。この際、加工精度の問題で、光の進行方向に沿って不規則にコア幅が変動する「側壁荒れ」と呼ばれる事象が発生する。すなわち、コアの側壁に不規則な微細構造が生じる。その結果、その導波する光が微細構造によって散乱されるため損失が生じる。一方、リブ導波路では、所定の厚さを有するスラブが形成されている。スラブの側壁は、光が導波する領域であるリブから十分に離れた位置に形成されているため、スラブの側壁荒れは、導波する光を散乱させない。すなわち、リブ導波路は、矩形導波路と比較して、導波する光を散乱させる側壁部分の割合が小さいので、この損失を小さくすることができる。また、前記特徴4’で必要となる導波路幅(コア幅)の連続性を、より精度高く実現することにもつながり、この観点でも損失低下を可能とする。以上より、リブ導波路を用いることで、加工精度の影響で生じる損失を低減することが可能となる。
第9の実施形態に係るPBC100Bについて、図33及び図34を参照して説明する。本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、PBC100Bを用いてTE0とTM0との偏波多重又は分離を行うことを目的としている。図33の(a)(b)は、本実施形態に係るリッジ導波路の作製方法を示す断面図であり、(c)は、リッジ導波路の基本形状を示す断面図である。図34の(a)は、PBC100Bの構成を示す上面図であり、(b)は、(a)に示すA−A’線におけるPBC100Bの断面図であり、(c)は、(a)に示すB−B’線におけるPBC100Bの断面図であり、(d)は、(a)に示すC−C’線におけるPBC100Bの断面図である。
図33の(c)に示すように、リッジ導波路は、下部クラッドの上面の一部を、断面が矩形状となるように隆起させた下部クラッドリブを備え、下部クラッドリブ上に形成されたコアは、光の進行方向に直交する断面の形状が、上記下部クラッドの上面から垂直方向に離れるに連れて、上記下部クラッドの上面に平行をなす幅が狭くなるn段(n≧2)の階段形状をなしている。すなわち下部クラッドリブ上に形成されたコアは、第1−1コア及び第1−2コアをこの順に階段状に積層した構造を有している。なお、下部クラッドリブ上に、複数層のコアを階段状に積層した構造の全体をリッジと呼び、リッジの構造を備えた導波路をリッジ導波路と呼ぶ。図34は、上記リッジ導波路を備えたPBC100Bの構成を示している。PBC100Bは、下部クラッド110Bの上面において光の進行方向に並列する第1のリッジ導波路130B及び第2のリッジ導波路140Bを備えている。下部クラッド110Bは、リッジ130B及びリッジ140Bに共通している。リッジ130Bとリッジ140Bとの間には一定の間隔が設けられている。言い換えると、リッジ130B及びリッジ140Bの対面する側壁同士は、一定の間隔を置いて平行になっている。図34の(b)(c)に示すように、第1のリッジ導波路130Bが有する第1のコアについて、第1−2コア130B2の幅Wm1は第1−1コア130B1の幅W1より狭く、第1−2コア130B2は第1−1コア130B1の上に段状に形成されている。同様に、第2のリッジ導波路140Bが有する第2のコアについて、第2−2コア140B2の幅Wm2は第2−1コア140B1の幅W2より狭く、第2−2コア140B2は第2−1コア140B1の上に段状に形成されている。なお、第1のリッジ導波路130B及び第2のリッジ導波路140Bの周囲は上部クラッドになるが、上部クラッドの材料は、下部クラッドよりも屈折率が小さい材料(空気、樹脂または半導体等)から選択することができる。
PBC1に関して、(より好ましい条件1)として説明した比屈折率差について、PBC100Bでは変更が必要になる。前記PBC1では、式(10)で定義される比屈折率差において、下部クラッド11及び上部クラッド12の屈折率を、それぞれ、Ncl1及びNcl2とし、最も屈折率の大きな材料の屈折率をNclとした。これに対し、PBC100Bでは、“リッジ130B(WG1)のコアとリッジ140B(WG2)のコアとの間の間隙(エッチング領域)に充填される材料の屈折率をNbとすると、NclはNbとする。”のように、Nclを定義し直す。
第9の実施形態の変形例(1)に係るPBC100Cについて、図35の(a)を参照して説明する。図35の(a)は、図30の(a)に示すB−B’線と同じ位置でPBC100Cを切断した場合におけるPBC100Cの断面図である。
第9の実施形態の変形例(2)に係るPBC100Dについて、図35の(b)を参照して説明する。図35の(b)は、図32の(a)に示すB−B’線と同じ位置でPBC100Dを切断した場合におけるPBC100Dの断面図である。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る基板型光導波路素子は、屈折率がNcl1である下部クラッドと、上記下部クラッド上に形成された、屈折率がNco(Nco>Ncl1)である第1のコア及び第2のコアと、上記第1のコア及び上記第2のコアを埋設するように上記下部クラッド上に積層された、屈折率がNcl2(Nco>Ncl2)である上部クラッドとを備えた基板型光導波路素子において、上記第2のコアが存在しない場合の上記第1のコアにおけるTE偏波及びTM偏波の実効屈折率を、それぞれ、NTE@WG1及びNTM@WG1とし、上記第1のコアが存在しない場合の上記第2のコアにおけるTE偏波及びTM偏波の実効屈折率を、それぞれ、NTE@WG2及びNTM@WG2として、
(A)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1,NTE@WG2,NTM@WG2は、それぞれ、上記第1のコアと上記第2のコアとが互いに並走する並走区間の始点からの距離の関数として連続であり、
(B)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1は、上記並走区間の全体においてNTE@WG1>NTM@WG1を満足し、
(C)上記実効屈折率NTE@WG2,NTM@WG2は、上記並走区間の全体においてNTE@WG2>NTM@WG2を満足し、
(D)上記実効屈折率NTM@WG1と上記実効屈折率NTM@WG2との大小関係は、上記並走区間の始点と終点とで逆転しており、
(E)上記第1のコア及び上記第2のコアの少なくとも何れか一方は、光の進行方向に直交する断面の形状が四角形の主要部と、該主要部の一方の側面から上記下部クラッドと上記上部クラッドとの界面に平行な方向に突出した突出部であって、光の進行方向に直交する断面の形状が四角形の突出部とからなる、ことを特徴とする。
この場合にも、上記条件(A)〜(E)を備えた上記基板型光導波路素子が奏する効果を得ることができる。
上記第1のコア及び上記第2のコアは、それぞれ、光の進行方向に直交する断面の形状が、上記下部クラッドの上面から垂直方向に離れるに連れて、上記下部クラッドの上面に平行をなす幅が狭くなるn段(n≧2)の階段形状をしており、
少なくとも、上記第1の下部クラッドリブ及び上記第1のコアの積層構造と、上記第2の下部クラッドリブ及び上記第2のコアの積層構造との間に設けられた間隙には、上記下部クラッドよりも屈折率の小さい材料が充填されている。」
上記の構成によれば、基板型光導波路素子の幅方向、すなわち一方のコアから他方のコアへ向かう方向への光の閉じ込めを強めることができる。これにより、コアと上部クラッド及び下部クラッドとの比屈折率差が小さい場合であっても、本発明の効果を充分に得ることができる。
11,110,110B,110C,110D 下部クラッド
12,120,120A,120C,120D 上部クラッド
13,130 第1のコア
13m 主要部
13p 突出部
14,140 第2のコア
14m 主要部
14p 突出部
23 第3のコア
24 第4のコア
33 第5のコア(第3のコア)
34 第6のコア(第4のコア)
43 第7のコア(第5のコア)
43’ 光吸収体
1D 偏光子(基板型光導波路素子)
5 光変調器(基板型光導波路素子)
51 第1のQPSK変調器(第1の光変調器)
52 第2のQPSK変調器(第2の光変調器)
53 偏波ローテータ
54 PBC(偏波ビームコンバイナ)
6 基板型光導波路素子
61 スポットサイズコンバータ(光入力構造)
62 偏光子
63 光デバイス
110Ba 下部クラッドリブ
180,181 溝
130A 第1のリブ
130B1 第1−1コア(第1のコア)
130B2 第1−2コア(第1のコア)
140A 第2のリブ
140B1 第2−1コア(第2のコア)
140B2 第2−2コア(第2のコア)
151 スラブ(薄膜層)
Claims (19)
- 屈折率がNcl1である下部クラッドと、上記下部クラッド上に形成された、屈折率がNco(Nco>Ncl1)である第1のコア及び第2のコアと、上記第1のコア及び上記第2のコアを埋設するように上記下部クラッド上に積層された、屈折率がNcl2(Nco>Ncl2)である上部クラッドとを備えた基板型光導波路素子において、
上記第2のコアが存在しない場合の上記第1のコアにおけるTE偏波及びTM偏波の実効屈折率を、それぞれ、NTE@WG1及びNTM@WG1とし、上記第1のコアが存在しない場合の上記第2のコアにおけるTE偏波及びTM偏波の実効屈折率を、それぞれ、NTE@WG2及びNTM@WG2として、
(A)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1,NTE@WG2,NTM@WG2は、それぞれ、上記第1のコアと上記第2のコアとが互いに並走する並走区間の始点からの距離の関数として連続であり、
(B)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1は、上記並走区間の全体においてNTE@WG1>NTM@WG1を満足し、上記実効屈折率NTE@WG2,NTM@WG2は、上記並走区間の全体においてNTE@WG2>NTM@WG2を満足し、
(C)上記実効屈折率NTM@WG1と上記実効屈折率NTM@WG2との大小関係は、上記並走区間の始点と終点とで逆転しており、
(D)上記第1のコア及び上記第2のコアの少なくとも何れか一方は、光の進行方向に直交する断面の形状が四角形の主要部と、該主要部の一方の側面から上記下部クラッドと上記上部クラッドとの界面に平行な方向に突出した突出部であって、光の進行方向に直交する断面の形状が四角形の突出部とからなる、
ことを特徴とする基板型光導波路素子。 - 上記第1のコアの上記主要部の幅をWm1、上記第1のコアの上記突出部の幅をWp1、これらの幅の和Wm1+Wp1をW1とし、上記第2のコアの上記主要部の幅をWm2、上記第2のコアの上記突出部の幅をWp2、これらの幅の和Wm2+Wp2をW2として、
上記幅Wm1,W1,Wm2,W2は、それぞれ、上記並走区間の始点からの関数として連続であり、
上記並走区間の始点において、Wm1≧Wm2かつW1>W2、又は、Wm1>Wm2かつW1≧W2を満たしており、
上記並走区間の終点において、Wm1≦Wm2かつW1<W2、又は、Wm1<Wm2かつW1≦W2を満たしている、
ことを特徴とする請求項1に記載の基板型光導波路素子。 - 上記第1のコアの上記主要部の高さと上記第2のコアの上記主要部の高さとは、一致、又は、略一致しており、
上記第1のコアの上記突出部の高さと上記第2のコアの上記突出部の高さとは、一致、又は、略一致している、
ことを特徴とする請求項2に記載の基板型光導波路素子。 - 上記第1のコアの上記突出部は、上記第2のコアから遠ざかる方向に突出しており、
上記第2のコアの上記突出部は、上記第1のコアから遠ざかる方向に突出している、
ことを特徴とする請求項2または3に記載の基板型光導波路素子。 - 上記幅Wm1,Wp1は、上記第1のコアの主要部の高さよりも大きく、
上記幅Wm2,Wp2は、上記第2のコアの主要部の高さよりも大きい、
ことを特徴とする請求項2〜4までの何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 上記第1のコア及び上記第2のコアは、シリコン製であり、
上記下部クラッド及び上記上部クラッドは、シリカ製である、
ことを特徴とする請求項6に記載の基板型光導波路素子。 - 上記並走区間の始点又は終点を介して上記第1のコアと連通する第3のコアであって、屈折率がNcoである第3のコアと、
(1)上記第3のコアが上記並走区間の始点を介して上記第1のコアと連通する場合、上記並走区間の始点を介して上記第2のコアと連通し、(2)上記第3のコアが上記並走区間の終点を介して上記第1のコアと連通する場合、上記並走区間の終点を介して上記第2のコアに連通する第4のコアであって、屈折率がNcoである第4のコアと、を更に備え、
上記第3のコアと上記第4のコアとの間隔は、(1)上記第3のコアが上記並走区間の始点を介して上記第1のコアと連通する場合、上記並走区間の始点から離れるにしたがって大きくなり、(2)上記第3のコアが上記並走区間の終点を介して上記第1のコアと連通する場合、上記並走区間の終点から離れるにしたがって大きくなる、
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 上記第1のコア又は上記第2のコアに連通する第5のコアであって、屈折率がNcoである第5のコアを更に備え、
上記第5のコアの幅は、上記第1のコアが離れるにしたがって小さくなる、
ことを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 上記第1のコア又は上記第2のコアに接続されている光吸収体を更に備えている、
ことを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 請求項1〜11の何れか1項に記載の上記第1のコア及び上記第2のコアを、それぞれ、n組備えた基板型光導波路素子であって、
当該基板型光導波路素子の一方の端部から数えてi組目(iは1≦i≦n−1の整数)の上記第2のコアは、i+1組目の記第1のコアと連通する、
ことを特徴とする基板型光導波路素子。 - TE偏波を変調する第1の光変調器と、
上記TE偏波を変調する第2の光変調器と、
上記第2の光変調器から出力されたTE偏波をTM偏波に変換する偏波ローテータと、を更に備え、
上記第1のコアには、上記偏波ローテータから出力されたTM偏波が入力され、上記第2のコアには、上記第1の光変調器から出力されたTE偏波が入力される、
ことを特徴とする請求項1〜11までの何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 光入力構造と光デバイスとを更に備え、
上記光入力構造は、外部から入力された光のスポットサイズを縮小して上記第1のコアに入力し、
上記第1のコアは、上記第1のコアに入力された光のTE偏波成分を出力し、上記第2のコアは、上記第1のコアに入力された光のTM偏波成分を出力し、
上記光デバイスには、上記第1のコアから出力されたTE偏波成分、又は、上記第2のコアから出力されたTM偏波成分が入力される、
ことを特徴とする請求項1〜11までの何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 屈折率がNcl1である下部クラッドと、上記下部クラッド上に形成された、屈折率がNco(Nco>Ncl1)である第1のコア及び第2のコアと、上記第1のコア及び上記第2のコアを埋設するように上記下部クラッド上に積層された、屈折率がNcl2(Nco>Ncl2)である上部クラッドとを備えた基板型光導波路素子において、
上記第2のコアが存在しない場合の上記第1のコアにおけるTE偏波及びTM偏波の実効屈折率を、それぞれ、NTE@WG1及びNTM@WG1とし、上記第1のコアが存在しない場合の上記第2のコアにおけるTE偏波及びTM偏波の実効屈折率を、それぞれ、NTE@WG2及びNTM@WG2として、
(A)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1,NTE@WG2,NTM@WG2は、それぞれ、上記第1のコアと上記第2のコアとが互いに並走する並走区間の始点からの距離の関数として連続であり、
(B)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1は、上記並走区間の全体においてNTE@WG1>NTM@WG1を満足し、上記実効屈折率NTE@WG2,NTM@WG2は、上記並走区間の全体においてNTE@WG2>NTM@WG2を満足し、
(C)上記実効屈折率NTM@WG1と上記実効屈折率NTM@WG2との大小関係は、上記並走区間の始点と終点とで逆転しており、
(D)上記第1のコア及び上記第2のコアの少なくとも何れか一方は、光の進行方向に直交する断面の形状が、上記下部クラッドの上面から上記上部クラッドの上面に向かうに連れて、上記下部クラッドの上面に平行をなす幅が狭くなるn段(n≧3)の階段形状をしている、
ことを特徴とする基板型光導波路素子。 - 上記第1のコアのj段目(1≦j≦n)の上記幅をW1−jとし、上記第2のコアのj段目(1≦j≦n)の上記幅をW2−jとすると、上記並走区間の始点において、W1−j≧W2−j(ただし、少なくとも1つのjについて、等号は成立しない)を満足し、
上記並走区間の終点において、W1−j≦W2−j(ただし、少なくとも1つのjについて、等号は成立しない)を満たしている、
ことを特徴とする請求項15に記載の基板型光導波路素子。 - 上記第1のコア及び上記第2のコアは、上記下部クラッドの上面に、上記下部クラッドと同じ幅で形成された薄膜層の上に形成されている、
ことを特徴とする請求項16に記載の基板型光導波路素子。 - 上記下部クラッド上で並走する上記第1のコアと上記第2のコアとの間の間隙において、当該間隙を上記上部クラッドの上面から上記下部クラッドの高さの途中位置まで貫く溝が設けられ、
少なくとも上記溝に充填される材料の屈折率は、上記下部クラッドの屈折率よりも小さい、
ことを特徴とする請求項15〜17までの何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 屈折率がNcl1である下部クラッドと、上記下部クラッド上に形成された、屈折率がNco(Nco>Ncl1)である第1のコア及び第2のコアと、上記第1のコア及び上記第2のコアを埋設するように上記下部クラッド上に積層された、屈折率がNcl2(Nco>Ncl2)である上部クラッドとを備えた基板型光導波路素子において、
上記第2のコアが存在しない場合の上記第1のコアにおけるTE偏波及びTM偏波の実効屈折率を、それぞれ、NTE@WG1及びNTM@WG1とし、上記第1のコアが存在しない場合の上記第2のコアにおけるTE偏波及びTM偏波の実効屈折率を、それぞれ、NTE@WG2及びNTM@WG2として、
(A)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1,NTE@WG2,NTM@WG2は、それぞれ、上記第1のコアと上記第2のコアとが互いに並走する並走区間の始点からの距離の関数として連続であり、
(B)上記実効屈折率NTE@WG1,NTM@WG1は、上記並走区間の全体においてNTE@WG1>NTM@WG1を満足し、上記実効屈折率NTE@WG2,NTM@WG2は、上記並走区間の全体においてNTE@WG2>NTM@WG2を満足し、
(C)上記実効屈折率NTM@WG1と上記実効屈折率NTM@WG2との大小関係は、上記並走区間の始点と終点とで逆転しており、
(D)上記第1のコア及び上記第2のコアは、上記下部クラッド上で並走する上記第1のコア及び上記第2のコアに合わせて並走するように上記下部クラッドから隆起した第1の下部クラッドリブ及び第2の下部クラッドリブの上に、それぞれ積層され、
上記第1のコア及び上記第2のコアは、それぞれ、光の進行方向に直交する断面の形状が、上記下部クラッドの上面から垂直方向に離れるに連れて、上記下部クラッドの上面に平行をなす幅が狭くなるn段(n≧2)の階段形状をしており、
少なくとも、上記第1の下部クラッドリブ及び上記第1のコアの積層構造と、上記第2の下部クラッドリブ及び上記第2のコアの積層構造との間に設けられた間隙には、上記下部クラッドよりも屈折率の小さい材料が充填されている、
ことを特徴とする基板型光導波路素子。
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