JP6320573B2 - 基板型光導波路素子 - Google Patents
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Description
本発明に係る基板型光導波路素子の第1の実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
本実施形態に係る基板型光導波路素子1の構成について、図1〜図2を参照して説明する。図1の(a)は、基板型光導波路素子1の構成を示す上面図である。図1の(b)及び(c)は、それぞれ、基板型光導波路素子1の構成を示す断面図であって、図1の(a)に示すA−A’線及びB−B’線における断面図である。図2の(a)及び(b)は、基板型光導波路素子1の機能を説明するための上面図である。
要件(1)を満たすことによって、第1の入力ポートに入力されたTE0偏波は、コア11、すなわち第1コア11aと第2コア11bとを含む断面におけるTE0偏波の奇モードに変換され、第2の入力ポートに入力されたTE0偏波は、第1コア11aと第2コア11bを含む断面におけるTE0偏波の偶モードに変換される。換言すれば、第1の入力ポートに入力されたTE0偏波は、コア11を導波するTE0偏波の奇モードと見做せ、第2の入力ポートに入力されたTE0偏波は、コア11を導波するTE0偏波の偶モードと見做せる。以下に、その理由を説明する。
上述したモード変換をより具体的に説明するために、本発明の実施例に係る基板型光導波路素子1について、図5を参照して説明する。図5の(a)は、本実施例に係る基板型光導波路素子1の構成を示す上面図である。図5の(b)及び(c)は、本実施例に係る基板型光導波路素子1の構成を示す断面図である。図5の(b)は、図5の(a)に示したA−A’線によるAA’断面である。図5の(b)は、図5の(a)に示したB−B’線によるBB’断面である。
接続面では、第1コア11a、第2コア11bと第3コア11cが突き合わせ結合によって接続される。この断面において、第1コア11a、第2コア11bのスーパーモードは、第3コア11cの導波モードに変換される。
初めに、各断面の導波モードの電界分布をシミュレーションすることで、基板型光導波路素子1の動作原理を説明する。なお、シミュレーションは有限要素法を用いて行った。図5のように構成した基板型光導波路素子1を用いて、電界分布をシミュレーションした。シミュレーションの結果を図3及び図4に示す。
第1の実施形態に係る基板型光導波路素子1の第1の変形例について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
第1の実施形態に係る基板型光導波路素子1の第2の変形例について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
続いて、この実施例について、シミュレーションによって、損失と偏波消光比を計算した。損失、偏波消光比は以下に定義したとおり。
したがって、基板型光導波路素子1は、製造誤差に強いということが示された。
本発明に係る基板型光導波路素子の第2の実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
本実施形態に係る基板型光導波路素子2の構成について、図18を参照して説明する。図18の(a)は、基板型光導波路素子2の構成を示す上面図である。図18の(b)及び(c)は、それぞれ、基板型光導波路素子2の構成を示す断面図であって、図18の(a)に示すA−A’線におけるAA’断面図、及び、B−B’線におけるBB’断面図である。
本発明に係る基板型光導波路素子の第3の実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
本実施形態に係る基板型光導波路素子3の構成について、図20を参照して説明する。図20の(a)は、基板型光導波路素子3の構成を示す上面図である。図20の(b)及び(c)は、それぞれ、基板型光導波路素子3の構成を示す断面図であって、図20の(a)に示すA−A’線におけるAA’断面図、及び、B−B’線におけるBB’断面図である。
本発明に係る基板型光導波路素子の第4の実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
本実施形態に係る基板型光導波路素子6の構成について、図22を参照して説明する。図22の(a)は、基板型光導波路素子6の構成を示す上面図である。図22の(b)及び(c)は、それぞれ、基板型光導波路素子6の構成を示す断面図であって、図22の(a)に示すA−A’線におけるAA’断面図、及び、B−B’線におけるBB’断面図である。
本発明の各実施形態に係る基板型光導波路素子の適用例について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
以上のように、上記各実施形態に係る基板型光導波路素子は、下部クラッドと、上記下部クラッド上に形成されたコアであって、互いに並走する第1コア及び第2コア、並びに、その入射端面が上記第1コア及び上記第2コアの出射端面に接続された第3コアを含むコアと、上記コアを覆うように上記下部クラッド上に形成された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1コアと上記第2コアとが並走する区間であって、上記第1コア及び上記第2コアの入射端面を始点とし、上記第1コア及び上記第2コアの出射端面を終点とする区間を並走区間として、上記第2コアが存在しない場合に第1コアを導波するTE0偏波の上記並走区間の始点における実効屈折率は、上記第1コアが存在しない場合に第2コアを導波するTE0偏波の上記並走区間の始点における実効屈折率よりも小さく、上記第2コアが存在しない場合に第1コアを導波するTM0偏波の実効屈折率、及び、上記第1コアが存在しない場合に第2コアを導波するTE0偏波の実行屈折率は、上記並走区間の始点からの距離の関数として連続であり、上記コアを導波するTE0偏波の奇モードの実効屈折率と、上記コアを導波するTM0偏波の偶モードの実効屈折率との大小関係は、上記並走区間の始点と終点とで逆転し、上記コアを導波する光の進行方向に対して垂直な断面における当該基板型光導波路素子の屈折率分布は、上記コアを導波するTE0偏波の奇モードと上記コアを導波するTM0偏波の偶モードとが相互作用する相互作用区間において、上下非対称である、ことを特徴とする。
11,21,31,61 コア
11a,21a,31a,61a 第1コア
11a1 入射端面
11a2 出射端面
11b,21b,31b,61b 第2コア
11b1 入射端面
11b2 出射端面
11c,21c,31c,61c 第3コア
11c1 入射端面
11c2 出射端面
11d,61d スラブ
I 並走区間
i 相互作用区間
12,22,32,62 下部クラッド
13,23,63 上部クラッド
14 離間部
14a 第4コア
14b 第5コア
14c スラブ
15 変換部
15a 第4コア
15a1 入射端面
15b 第5コア
15b1 入射端面
15c スラブ
15d 第1のテーパー部
15e 第2のテーパー部
Claims (12)
- 下部クラッドと、上記下部クラッド上に形成されたコアであって、互いに並走する第1コア及び第2コア、並びに、その入射端面が上記第1コア及び上記第2コアの出射端面に接続された第3コアを含むコアと、上記コアを覆うように上記下部クラッド上に形成された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1コアと上記第2コアとが並走する区間であって、上記第1コア及び上記第2コアの入射端面を始点とし、上記第1コア及び上記第2コアの出射端面を終点とする区間を並走区間として、
上記第2コアが存在しない場合に第1コアを導波するTE0偏波の上記並走区間の始点における実効屈折率は、上記第1コアが存在しない場合に第2コアを導波するTE0偏波の上記並走区間の始点における実効屈折率よりも小さく、
上記第2コアが存在しない場合に第1コアを導波するTM0偏波の実効屈折率、及び、上記第1コアが存在しない場合に第2コアを導波するTE0偏波の実行屈折率は、上記並走区間の始点からの距離の関数として連続であり、
上記コアを導波するTE0偏波の奇モードの実効屈折率と、上記コアを導波するTM0偏波の偶モードの実効屈折率との大小関係は、上記並走区間の始点と終点とで逆転し、
上記コアを導波する光の進行方向に対して垂直な断面における当該基板型光導波路素子の屈折率分布は、上記コアを導波するTE0偏波の奇モードと上記コアを導波するTM0偏波の偶モードとが相互作用する相互作用区間において、上下非対称である、
ことを特徴とする基板型光導波路素子。 - 上記第1コアの出射端面と上記第2コアの出射端面とは、互いに離間している、
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コアの出射端面と上記第2コアの出射端面とは、互いに合同であり、
上記並走区間の終点入射側における上記コアの断面、及び、上記並走区間の終点出射側における上記コアの断面は、それぞれ左右対称な形状であり、
上記並走区間の終点入射側における上記コアの断面の対称軸と、上記並走区間の終点出射側における上記コアの断面の対称軸とは、互いに一致する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の基板型光導波路素子。 - 上記第1コアの出射端面の幅W1out、上記第2コアの出射端面の幅W2out、及び、上記第3コアの入射端面の幅W3inは、W1out+W2out>W3inを満たす、
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 上記第1コアと上記第2コアとの間隔は、上記並走区間の始点から終点に近づくにしたがって次第に狭まる、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 上記コアは、上記相互作用区間において上記第1コアと上記第2コアとを連通させるスラブであって、その高さが上記第1コア及び上記第2コアの高さよりも低いスラブを更に含む、
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 出射端面に上記第1コアの入射端面が接続された第4コアと、出射端面が上記第2コアの入射端面に接続された第5コアとを更に備え、
上記第4コアと上記第5コアとの間隔は、上記並走区間の始点から遠ざかるにしたがって次第に広がる、
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。 - 上記第4コアと上記第5コアとを連通させるスラブであって、上記第1コアと上記第2コアとを連通させるスラブと高さが共通のスラブと、
上記スラブと高さが共通である第1のテーパー部であって、上記第4コアと上記第5コアとを連通させるスラブ、及び、上記第4コアの各々と連通し、上記第4コアの入射端面から遠ざかるにしたがって次第に幅が広くなる第1のテーパー部と、
上記スラブと高さが共通である第2のテーパー部であって、上記第4コアと上記第5コアとを連通させるスラブ、及び、上記第5コアの各々と連通し、上記第5コアの入射端面から遠ざかるにしたがって次第に幅が広くなる第2のテーパー部と、を更に備えている、ことを特徴とする請求項7に記載の基板型光導波路素子。 - 上記下部クラッドと上記上部クラッドとは、互いに屈折率が異なる材料からなる、
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 上記第1コア、上記第2コア、及び上記第3コアの断面形状は、何れも台形又は台形に準ずる形状である、
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - TE0偏波を変調する第1の位相変調部と、
TE0偏波を変調する第2の位相変調部と、を更に備え、
上記第1コアの入射端面には、上記第1の位相変調部が変調したTE0偏波が入力され、上記第2コアの入射端面には、上記第2の位相変調部が変調したTE0偏波が入力される、
ことを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の基板型光導波路素子。 - 下部クラッドと、上記下部クラッド上に形成されたコアであって、互いに並走する第1コア及び第2コア、並びに、その入射端面が上記第1コア及び上記第2コアの出射端面に接続された第3コアを含むコアと、上記コアを覆うように上記下部クラッド上に形成された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1コアと上記第2コアとが並走する区間であって、上記第1コア及び上記第2コアの入射端面を始点とし、上記第1コア及び上記第2コアの出射端面を終点とする区間を並走区間として、
上記第2コアが存在しない場合に第1コアを導波するTE0偏波の上記並走区間の始点における実効屈折率は、上記第1コアが存在しない場合に第2コアを導波するTE0偏波の上記並走区間の始点における実効屈折率よりも小さく、
上記コアを導波するTE0偏波の奇モードの実効屈折率と、上記コアを導波するTM0偏波の偶モードの実効屈折率との大小関係は、上記並走区間の始点と終点とで逆転し、
上記コアを導波する光の進行方向に対して垂直な断面における当該基板型光導波路素子の屈折率分布は、上記コアを導波するTE0偏波の奇モードと上記コアを導波するTM0偏波の偶モードとが相互作用する相互作用区間において、上下非対称であり、
上記並走区間の始点においてTE0偏波の奇モードであるモード、及び、上記並走区間の始点においてTM0偏波の偶モードであるモードは、ともに上記並走区間の始点からの距離の関数として連続である、
ことを特徴とする基板型光導波路素子。
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