JP6349364B2 - 波長フィルタ - Google Patents

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この発明は、波長フィルタに関する。
近年、小型化や量産性に有利な光デバイスの開発に当たり、Ｓｉ（シリコン）を導波路の材料として用いるＳｉ導波路が注目を集めている。
Ｓｉ導波路では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Ｓｉを材料として形成する。そして、Ｓｉよりも屈折率の低い例えばシリカ等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光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１μｍ程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。
また、Ｓｉ導波路では、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。
ところで、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式を利用した受動型光加入者ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）毎に異なる受信波長が割り当てられる。局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）は、各ＯＮＵへの下り光信号を、送り先の受信波長に対応した送信波長でそれぞれ生成し、これらを多重して送信する。各ＯＮＵは、複数の波長で多重された下り光信号から、自身に割り当てられた受信波長の光信号を選択的に受信する。ＯＮＵでは、各々の受信波長の下り光信号を選択的に受信するために、波長フィルタが使用される。そして、波長フィルタを、上述したＳｉ導波路によって構成する技術が実現されている。
Ｓｉ導波路を用いる波長フィルタとしては、例えば、マッハツェンダー干渉器を用いたものやアレイ導波路グレーティングを用いたものがある。また、Ｓｉ導波路を用いる波長フィルタとして、リング共振器（例えば特許文献１〜３等）や、グレーティング型（例えば特許文献４等）又は方向性結合器型（例えば特許文献５等）の波長フィルタがある。これらの波長フィルタは、電極を設け、電極の発熱を利用することによって、出力波長を可変にできるという利点がある。
ここで、グレーティング型又は方向性結合器型の波長フィルタでは、出力光の波長ピークが単峰性である。これに対し、リング共振器は、出力光の波長ピークが多峰性である。そのため、リング共振器では、出力光の複数の波長ピークを利用したバーニア効果によって、波長可変域を拡大することができるという利点がある。
特開２００３−２１５５１５号公報 特開２０１３−０９３６２７号公報 特開２００６−２７８７７０号公報 特開２００６−３３０１０４号公報 特開２００２−３５３５５６号公報
Ｓｉ導波路を用いるリング共振器は、Ｓｉを材料としたリング導波路部分及び方向性結合器部分を含んで構成される。
そして、リング共振器は、方向性結合器部分において、作製誤差の影響を受けやすいという欠点がある。方向性結合器部分では、作製誤差に起因して、所望の分岐比からのずれが生じやすい。従って、リング共振器では、所望の波長の光を高い消光比で取り出すことが難しい。
そこで、この発明の目的は、電極を設けることによって、出力波長を可変にできる波長フィルタであって、作製誤差の影響を受けにくく、かつ出力光の波長ピークが多峰性である波長フィルタを提供することにある。
上述した目的を達成するために、この発明による第１の波長フィルタは、交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む光導波路コアと、光導波路コアを包含するクラッドとを備える。モード変換部は、ｐ次モード（ｐはｐ≧０の整数）の特定の波長の光を、ｑ次モード（ｑはｑ＞ｐの整数）に変換して反射する。また、キャビティ部は、当該キャビティ部を伝播する、当該キャビティ部の長さに応じた、特定の波長のｐ次モードの光の位相を整合させる。モード変換部には、グレーティングが形成されている。グレーティングは、特定の波長λに対し、グレーティング周期をΛ、ｐ次モードに対する等価屈折率をｎ ｐ 、ｑ次モードに対する等価屈折率ｎ ｑ として、２π／Λ＝２π（ｎ ｐ ＋ｎ ｑ ）／λを満たす。
また、この発明による第２の波長フィルタは、入力導波路コアと、交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む第１光導波路コアと、交互に直列に接続された、ｎ個のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む第２光導波路コアと、入力導波路コア、第１光導波路コア及び第２光導波路コアを包含するクラッドとを備える。第１光導波路コア及び第２光導波路コアは、入力導波路コアと並列に接続されている。モード変換部は、ｐ次モード（ｐはｐ≧０の整数）の特定の波長の光を反射する。第１光導波路コアのモード変換部からの反射光と、第２光導波路コアのモード変換部からの反射光とは、互いに逆位相となる。キャビティ部は、当該キャビティ部を伝播する、当該キャビティ部の長さに応じた、ｐ次モードの特定の波長の光の位相を整合させる。モード変換部には、グレーティングが形成されている。グレーティングは、特定の波長λに対し、グレーティング周期をΛ、ｐ次モードに対する等価屈折率をｎ ｐ として、２π／Λ＝２π・２ｎ ｐ ／λを満たす。第１光導波路コアのモード変換部に形成されたグレーティングと、第２光導波路コアのモード変換部に形成されたグレーティングとは、グレーティング周期が半周期ずれている。
また、この発明による第３の波長フィルタは、入力導波路コアと、交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む第１光導波路コアと、交互に直列に接続された、ｎ個のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む第２光導波路コアと、入力導波路コア、第１光導波路コア及び第２光導波路コアを包含するクラッドとを備える。第１光導波路コア及び第２光導波路コアは、入力導波路コアと並列に接続されている。モード変換部は、ｐ次モード（ｐはｐ≧０の整数）の特定の波長の光を反射する。第１光導波路コアのモード変換部からの反射光と、第２光導波路コアのモード変換部からの反射光とは、互いに逆位相となる。キャビティ部は、当該キャビティ部を伝播する、当該キャビティ部の長さに応じた、ｐ次モードの特定の波長の光の位相を整合させる。モード変換部には、長さ方向に沿って周期的に複数の空孔が形成されることによって、フォトニック結晶が形成されている。フォトニック結晶は、特定の波長λに対し、空孔の形成周期をΛ、ｐ次モードに対する等価屈折率をｎ ｐ として、２π／Λ＝２π・２ｎ ｐ ／λを満たす。第１光導波路コアのモード変換部に形成されたフォトニック結晶と、第２光導波路コアのモード変換部に形成されたフォトニック結晶とは、空孔の形成周期が半周期ずれている。
この発明による波長フィルタは、キャビティ部の長さに応じて位相が整合する波長の光を出力する、波長フィルタとして使用することができる。
また、この発明による波長フィルタは、キャビティ部に電圧・電流を印加する電極を設ける場合、モード変換部からの透過光に対し、キャビティ部によって位相整合させる波長を変化させることができる。
さらに、この発明による波長フィルタは、方向性結合器を構成として含まないため、リング共振器と等価な機能を有しつつ、リング共振器と比べて作製誤差の影響を受けにくい。
（Ａ）は、第１の波長フィルタを示す概略的平面図であり、（Ｂ）は、第１の波長フィルタを示す概略的端面図である。 グレーティングの変形例を示す概略的平面図である。 第１の波長フィルタを示す概略的平面図である。 （Ａ）は、第１のシミュレーションの結果を示す図であり、（Ｂ）は、第２のシミュレーションの結果を示す図である。 （Ａ）は、第２の波長フィルタを示す概略的平面図であり、（Ｂ）は、第２の波長フィルタを示す概略的端面図である。 第２の波長フィルタを示す概略的平面図である。 フォトニック結晶を示す概略的平面図である。 第３のシミュレーションの結果を示す図である。 第４のシミュレーションの結果を示す図である。
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。
（第１の波長フィルタ）
図１を参照して、この発明の第１の実施の形態による波長フィルタ（以下、第１の波長フィルタとも称する）について説明する。図１（Ａ）は、第１の波長フィルタを示す概略的平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す第１の波長フィルタをＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。なお、図１（Ａ）では、後述する光導波路コアのみを示してあり、クラッド及び支持基板を省略している。
なお、以下の説明では、各構成要素について、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、支持基板の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。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。
第１の波長フィルタ１００は、支持基板１０、クラッド２０、光導波路コア３０及び電極４０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。
クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面１０ａを被覆し、かつ光導波路コア３０を包含して形成されている。クラッド２０は、例えばＳｉＯ２を材料として形成されている。
光導波路コア３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、光導波路コア３０は、実質的な光の伝送路として機能し、入力された光が光導波路コア３０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。また、光導波路コア３０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から例えば少なくとも１μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
また、ここでは、光導波路コア３０の厚さは、伝播光のＴＭ偏波に対してシングルモード条件を達成すべく、例えば１５０〜５００ｎｍとするのが好ましい。
また、光導波路コア３０は、入力導波路部５０、入力側テーパ部５５、入力側モード変換部６０、キャビティ部６５、出力側モード変換部７０、出力側テーパ部７５及び出力導波路部８０がこの順に直列に接続されて構成されている。
入力導波路部５０は、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。従って、入力導波路部５０は、基本モードの光を伝播させる。
入力側テーパ部５５は、入力導波路部５０と接続された一端５５ａから、入力側モード変換部６０と接続された他端５５ｂへ、連続的に幅が拡大する。そして、入力側テーパ部５５の一端５５ａの幅は、入力導波路部５０の幅と等しく設定されている。従って、入力側テーパ部５５は、一端５５ａにおいて、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
入力側モード変換部６０の両側面部には、全域に渡ってグレーティングが形成されている。このグレーティングにより、入力側モード変換部６０は、入力される特定の波長のＴＥ偏波の伝播光を、基本モードから１次モードに変換して反射する。また、入力側モード変換部６０は、その他の波長の伝播光を、基本モードのままで透過させる。
グレーティングにおける位相整合条件は、グレーティング周期をΛ、基本モードのＴＥ偏波に対する等価屈折率をｎ０、１次モードのＴＥ偏波に対する等価屈折率ｎ１として、下式（１）で表される。
２π／Λ＝２π（ｎ０＋ｎ１）／λ ・・・（１）
グレーティングでは、上式（１）が成立する波長λ、すなわちブラッグ波長のＴＥ偏波がブラッグ反射される。
グレーティングが形成された入力側モード変換部６０は、基部６１と突出部６３ａ及び６３ｂとを一体的に含んで構成されている。基部６１は、入力側モード変換部６０の長さ方向に延在して形成されている。突出部６３ａは、基部６１の一方の側面に周期的に複数形成されている。突出部６３ｂは、基部６１の他方の側面に、周期的に複数形成されている。これら突出部６３ａ及び６３ｂは、基部６１を挟んで反対称となる位置に形成されている。突出部６３ａ及び６３ｂの周期Λは、反射すべき波長λに対して上式（１）が成立するように設計される。
ここで、グレーティングの変形例として、突出部６３ａ及び６３ｂの突出量（突出部６３ａ及び６３ｂの幅方向の寸法）Ｄがそれぞれ固有の突出量を持ち、突出量Ｄに少なくとも２以上の値がある構成とすることができる。図２を参照して、グレーティングの変形例について説明する。図２は、グレーティングの変形例を説明するための概略的平面図である。なお、図２では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
図２に示す構成例では、突出部６３ａ及び６３ｂの突出量Ｄが周期毎に変化する。ここでは、第１周期目の突出部６３ａ及び６３ｂの突出量Ｄに対して、周期毎に突出量Ｄが増加する。突出量Ｄは、グレーティングの長さ方向の中心付近の突出部６３ａ及び６３ｂで最大となる。そして、突出量Ｄは、最大となる突出部６３ａ及び６３ｂ以降減少する。
このように、突出部６３ａ及び６３ｂの突出量Ｄが異なる値を持つことによって、グレーティングを透過する光のピークの形状が崩れるのを防止することができる。なお、突出量Ｄの変化量は、反射すべき波長λ及び所望する透過特性に応じて設計される。
キャビティ部６５は、一定幅で形成される。キャビティ部６５の幅は、基本モード及び１次モードのＴＥ偏波を伝播させることができるように設定される。
キャビティ部６５は、このキャビティ部６５を伝播する光のうち、特定の波長の光の位相を整合させる。キャビティ部６５の長さは、位相整合させる波長に応じて設計される。
出力側モード変換部７０には、入力側モード変換部６０と同様のグレーティングが全域に渡って形成されている。このグレーティングにより、出力側モード変換部７０は、入力される特定の波長のＴＥ偏波の伝播光を、基本モードから１次モードに変換して反射する。また、出力側モード変換部７０は、その他の波長の伝播光を、基本モードのままで透過させる。
グレーティングが形成された出力側モード変換部７０の基部７１の幅、突出部７３ａ及び７３ｂの周期は、入力側モード変換部６０のグレーティングと同じ条件で、反射すべき波長λに対して上式（１）を満たすように設計される。
なお、出力側モード変換部７０のグレーティングの長さは、入力側モード変換部６０のグレーティングの長さと異なるように設定することができる。入力側モード変換部６０及び出力側モード変換部７０のグレーティングを異なる長さとすることによって、透過光の波長ピークのフラットトップ特性を向上させることができる。
出力側テーパ部７５は、出力側モード変換部７０と接続された一端７５ａから、出力導波路部８０と接続された他端７５ｂへ、連続的に幅が縮小する。そして、出力側テーパ部７５の他端７５ｂの幅は、出力導波路部８０の幅と等しく設定されている。出力側テーパ部７５は、他端７５ｂにおいて、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
出力導波路部８０は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。従って、出力導波路部８０は、基本モードの光を伝播させる。
電極４０は、クラッド２０を介して、キャビティ部６５を被覆する位置に形成される。電極４０に電流を流すことでジュール熱を発生させることができる。そして、この発熱による熱光学効果によって、キャビティ部６５の屈折率を変化させることができる。その結果、キャビティ部６５によって位相整合させる波長を変化させることができる。
第１の波長フィルタ１００では、入力導波路部５０から入力され、入力側モード変換部６０を透過するＴＥ偏波、及び出力側モード変換部７０のグレーティングで反射され、さらに入力側モード変換部６０で反射されるＴＥ偏波のうち、キャビティ部６５の長さに応じて位相が整合する波長の光が、出力導波路部８０から出力される。
一方、入力側モード変換部６０及び出力側モード変換部７０のグレーティングによってモード変換されつつ反射された１次モードのＴＥ偏波の伝播光のうち、キャビティ部６５の長さに応じて位相が整合する波長の光が、入力側テーパ部５５に入力される。反射光は、入力側テーパ部５５を、入力導波路部５０に向かって伝播する。しかし、上述したように、入力側テーパ部５５の一端５５ａ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ている。そのため、反射光は、入力導波路部５０に移行することなく放射する。
従って、第１の波長フィルタ１００は、キャビティ部６５によって位相整合する、特定の波長の光を取り出す波長フィルタとして使用することができる。
また、キャビティ部６５を、基本モードの光に対してπの整数倍の位相が生じる長さとすることによって、キャビティ部６５を伝播する基本モードの光に対して、複数の波長の位相を整合させることができる。従って、第１の波長フィルタ１００は、出力光の波長ピークを多峰性とすることができる。
また、第１の波長フィルタ１００では、電極４０を用いてキャビティ部６５に熱を与えることができる。そのため、キャビティ部６５が位相整合させる波長を変化させることができる。従って、第１の波長フィルタ１００は、出力波長が可変である。
また、第１の波長フィルタ１００は、リング共振器と等価な波長フィルタと見なすことができる。この場合、入力側モード変換部６０及び出力側モード変換部７０のグレーティングが、リング共振器の方向性結合器部分に対応する。また、キャビティ部６５が、リング共振器のリング導波路部分に対応する。ここで、既に説明したように、リング共振器は、方向性結合器部分において作製誤差の影響を受けやすい。これに対し、第１の波長フィルタ１００は、方向性結合器を構成として含まない。従って、第１の波長フィルタ１００は、リング共振器と等価な機能を有しつつ、リング共振器と比べて作製誤差の影響を受けにくい。
なお、この実施の形態では、第１の波長フィルタ１００が、ＴＥ偏波に対して特定の波長の光を出力する構成について説明した。しかし、第１の波長フィルタ１００は、ＴＭ偏波に対して特定の波長の光を出力する構成とすることもできる。その場合には、入力側モード変換部６０及び出力側モード変換部７０のグレーティングを、反射すべき波長λに応じ、ＴＭ偏波に対して上式（１）が成立するように設計する。そして、キャビティ部６５を伝播するＴＭ偏波のうち、出力導波路部８０から出力させる波長が位相整合するように、キャビティ部６５の長さを設定する。
また、この実施の形態では、第１の波長フィルタ１００が、入力側モード変換部６０及び出力側モード変換部７０のグレーティングにおいて、特定の波長の伝播光を、基本モードから１次モードに変換して反射する構成について説明した。しかし、入力側モード変換部６０及び出力側モード変換部７０のグレーティングが、ｐ次モード（ｐはｐ≧０の整数）の特定の波長の光を、ｑ次モード（ｑはｑ＞ｐの整数）に変換して反射する構成とすることもできる。その場合には、入力側モード変換部６０及び出力側モード変換部７０のグレーティングにおける位相整合条件は、グレーティング周期をΛ、ｐ次モードの光に対する等価屈折率をｎｐ、ｑ次モードの光に対する等価屈折率ｎｑとして、下式（２）で表される。
２π／Λ＝２π（ｎｐ＋ｎｑ）／λ ・・・（２）
グレーティングでは、上式（２）が成立する波長λ、すなわちブラッグ波長の光がブラッグ反射される。グレーティングは、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波について、反射すべき波長λに対して上式（２）が成立するように設計される。そして、キャビティ部６５を伝播するｐ次モードの光のうち、出力導波路部８０から出力させる波長が位相整合するように、キャビティ部６５の長さを設定する。さらに、入力側テーパ部５５の一端５５ａの幅を、ｐ次モードに対応する幅に設定することによって、ｑ次モードの反射光を、入力導波路部５０に移行することなく放射させることができる。
また、この実施の形態では、光導波路コア３０が、２つのモード変換部（入力側モード変換部６０及び出力側モード変換部７０）と１つのキャビティ部６５を含む構成について説明した。しかし、光導波路コア３０が、ｎ個（ｎは２以上の整数）のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む構成とすることもできる。図３を参照して、第１の波長フィルタが、ｎ個のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む場合の構成について説明する。図３は、ｎ個のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む第１の波長フィルタ（波長フィルタ１５０）の概略的平面図である。なお、図３では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
ｎ個のモード変換部１６０とｎ−１個のキャビティ部１６５とは、入力側テーパ部５５及び出力側テーパ部７５間で、交互に直列に接続される。
各モード変換部１６０には、上述した入力側モード変換部６０及び出力側モード変換部７０と同様のグレーティングが全域に渡って形成されている。このグレーティングにより、各モード変換部１６０は、入力される特定の波長の伝播光を、基本モードから１次モードに変換して反射する。また、各モード変換部１６０は、その他の波長の伝播光を、基本モードのままで透過させる。各モード変換部１６０のグレーティングの突出部１６３ａ及び１６３ｂの周期は、入力側モード変換部６０のグレーティングと同じ条件で、反射すべき波長λに対して上式（２）を満たすように設計される。
なお、各モード変換部１６０のグレーティングの長さ（すなわちモード変換部の長さ）は、一部又は全部が異なるように設定することができる。異なる長さのグレーティングを含むことによって、透過光の波長ピークのフラットトップ特性を向上させることができる。
各キャビティ部１６５は、これら各キャビティ部１６５を伝播するＴＥ偏波のうち、キャビティ部１６５の長さに応じた特定の波長の光の位相を整合させる。
このように、モード変換部１６０及びキャビティ部１６５を多段に接続することによって、出力導波路部８０から出力される光の波長ピークのフラットトップ特性を向上させることができる。
（第１の波長フィルタの特性評価）
発明者は、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）を用いて、第１の波長フィルタの特性を評価する第１及び第２のシミュレーションを行った。
まず、第１のシミュレーションでは、３つのモード変換部と２つのキャビティ部を備える第１の波長フィルタについて、入力導波路部５０から基本モードのＴＥ偏波を入力し、モード変換部を透過して出力導波路部８０から出力される出力光、及びモード変換部で反射されて入力導波路部５０から出力される出力光を解析した。
第１のシミュレーションでは、以下のように第１の波長フィルタを設計した。すなわち、光導波路コア３０は、全体的に厚さを０．２μｍとした。また、入力導波路部５０は、幅を０．４５μｍとした。また、入力側テーパ部５５は、長さを５μｍ及び他端５５ｂの幅を０．５μｍとした。また、３つのモード変換部のうち両端に位置するモード変換部は、それぞれ長さを１７．１９μｍとし、全長に渡って基部の幅が０．３７μｍ、突出部の突出量が０．１３μｍ及び周期が０．３８２μｍのグレーティングを形成した。また、３つのモード変換部のうち中央に位置するモード変換部は、長さを２１．３９２μｍとし、全長に渡って基部の幅が０．３７μｍ、突出部の突出量が０．１３μｍ及び周期が０．３８２μｍのグレーティングを形成した。また、２つのキャビティ部は、それぞれ長さを２５．５９４μｍ及び幅を０．５μｍとした。また、出力側テーパ部７５は、長さを５μｍ及び一端５５ａの幅を０．５μｍとした。また、出力導波路部８０は、幅を０．４５μｍとした。
第１のシミュレーションの結果を、図４（Ａ）に示す。図４（Ａ）では、縦軸に、出力光の強度をｄＢ目盛で、また、横軸に波長をμｍ単位でとって示してある。図４（Ａ）において、曲線４０１は、出力導波路部８０から出力される出力光の、また、曲線４０３は、入力導波路部５０から出力される出力光の強度を示している。
図４（Ａ）に示すように、出力導波路部８０から出力される出力光として、複数のフラットトップの波長ピークが確認できる。また、入力導波路部５０から出力される出力光の強度は十分に抑えられていることが確認できる。
次に、第２のシミュレーションでは、各モード変換部のグレーティングを、突出部の突出量が周期毎に変化する構成例（図２参照）として、出力導波路部８０から出力される出力光、及び入力導波路部５０から出力される出力光を解析した。ここでは、突出部の最大突出量を０．２μｍとした。その他の条件は、上述の第１のシミュレーションと同様である。
第２のシミュレーションの結果を、図４（Ｂ）に示す。図４（Ｂ）では、縦軸に、出力光の強度をｄＢ目盛で、また、横軸に波長をμｍ単位でとって示してある。図４（Ｂ）において、曲線４０５は、出力導波路部８０から出力される出力光の、また、曲線４０７は、入力導波路部５０から出力される出力光の強度を示している。
図４（Ｂ）に示すように、出力導波路部８０から出力される出力光として、複数のフラットトップの波長ピークが確認できる。また、第１のシミュレーションと比較して、出力光の消光比が大きくなっており、グレーティングにおける回折効率が向上したことが確認できる。また、入力導波路部５０から出力される出力光の強度は十分に抑えられていることが確認できる。
なお、第１及び第２のシミュレーションにおいては、入力導波路部５０から若干の出力が確認された。しかし、これらは、入力側テーパ部５５の長さをより大きく設定し、入力側テーパ部５５における放射を促すことによって、低減できると考えられる。
（第２の波長フィルタ）
図５を参照して、この発明の第２の実施の形態による波長フィルタ（以下、第２の波長フィルタとも称する）について説明する。図５（Ａ）は、第２の波長フィルタを示す概略的平面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す第２の波長フィルタをＩＩ−ＩＩ線で切り取った概略的端面図である。図５（Ａ）では、光導波路コアのみを示してあり、クラッド及び支持基板を省略している。なお、上述した第１の波長フィルタと共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第２の波長フィルタ２００は、支持基板１０、クラッド２０、光導波路コア２３０及び電極２４０を備えて構成されている。
光導波路コア２３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。また、ここでは、伝播光のＴＭ偏波に対してシングルモード条件を達成すべく、光導波路コア２３０の厚さは、例えば１５０〜５００ｎｍとするのが好ましい。
また、光導波路コア２３０は、入力導波路コア２５０、第１光導波路コア２１０、第２光導波路コア２２０、出力導波路コア２８０を含んで構成されている。
入力導波路コア２５０は、入力導波路部２５１と入力テーパ部２５３がこの順に直列に接続されて構成されている。
第１光導波路コア２１０は、第１入力側テーパ部２１１、第１入力側アーム部２１２、第１入力側モード変換部２１３、第１キャビティ部２１４、第１出力側モード変換部２１５、第１出力側アーム部２１６及び第１出力側テーパ部２１７がこの順に直列に接続されて構成されている。
第２光導波路コア２２０は、第２入力側テーパ部２２１、第２入力側アーム部２２２、第２入力側モード変換部２２３、第２キャビティ部２２４、第２出力側モード変換部２２５、第２出力側アーム部２２６及び第２出力側テーパ部２２７がこの順に直列に接続されて構成されている。
出力導波路コア２８０は、出力テーパ部２８１及び出力導波路部２８３がこの順に直列に接続されて構成されている。
第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０は、互いに離間しかつ並んで設けられている。
また、入力導波路コア２５０の入力テーパ部２５３、第１光導波路コア２１０の第１入力側テーパ部２１１及び第２光導波路コア２２０の第２入力側テーパ部２２１が並んで配置された入力側結合領域２９０が設定されている。入力側結合領域２９０において、第１入力側テーパ部２１１及び第２入力側テーパ部２２１は、入力テーパ部２５３を挟む位置に、入力テーパ部２５３と離間しかつ入力テーパ部２５３と並んで設けられている。そして、入力導波路コア２５０の入力導波路部２５１と、第１光導波路コア２１０の第１入力側アーム部２１２及び第２光導波路コア２２０の第２入力側アーム部２２２とは、入力側結合領域２９０を挟んで反対側に配設されている。この入力側結合領域２９０において、第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０は、入力導波路コア２５０と並列に接続される。
また、出力導波路コア２８０の出力テーパ部２８１、第１光導波路コア２１０の第１出力側テーパ部２１７及び第２光導波路コア２２０の第２出力側テーパ部２２７が並んで配置された出力側結合領域２９５が設定されている。出力側結合領域２９５において、第１出力側テーパ部２１７及び第２出力側テーパ部２２７は、出力テーパ部２８１を挟む位置に、出力テーパ部２８１と離間しかつ出力テーパ部２８１と並んで設けられている。そして、出力導波路コア２８０の出力導波路部２８３と、第１光導波路コア２１０の第１出力側アーム部２１６及び第２光導波路コア２２０の第２出力側アーム部２２６とは、出力側結合領域２９５を挟んで反対側に配設されている。この出力側結合領域２９５において、第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０は、出力導波路コア２８０と並列に接続される。
入力導波路部２５１は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
入力テーパ部２５３は、入力導波路部２５１と接続された一端２５３ａから、第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０側の他端２５３ｂへ、連続的に幅が縮小する。そして、入力テーパ部２５３の一端２５３ａの幅は、入力導波路部２５１の幅と等しく設定されている。従って、入力テーパ部２５３は、一端２５３ａにおいて、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
第１入力側テーパ部２１１は、入力導波路コア２５０側の一端２１１ａから、第１入力側アーム部２１２と接続された他端２１１ｂへ、連続的に幅が拡大する。そして、第１入力側テーパ部２１１の他端２１１ｂの幅は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
第１入力側アーム部２１２は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
第１入力側モード変換部２１３の両側面部には、全域に渡ってグレーティングが形成されている。このグレーティングにより、第１入力側モード変換部２１３は、入力される特定の波長のＴＥ偏波の伝播光を基本モードのままで反射する。また、第１入力側モード変換部２１３は、その他の波長の伝播光を基本モードのままで透過させる。
グレーティングにおける位相整合条件は、グレーティング周期をΛ、基本モードのＴＥ偏波に対する等価屈折率をｎ０として、下式（３）で表される。
２π／Λ＝２π・２ｎ０／λ ・・・（３）
グレーティングでは、上式（３）が成立する波長λ、すなわちブラッグ波長のＴＥ偏波がブラッグ反射される。
グレーティングが形成された第１入力側モード変換部２１３は、基部２６１と突出部２６３ａ及び２６３ｂとを一体的に含んで構成されている。基部２６１は、一定の幅で形成されている。突出部２６３ａは、基部２６１の一方の側面に周期的に複数形成されている。突出部２６３ｂは、基部２６１の他方の側面に、周期的に複数形成されている。これら突出部２６３ａ及び２６３ｂは、基部２６１を挟んで対称となる位置に形成されている。突出部２６３ａ及び２６３ｂの突出量Ｄ並びに突出部２６３ａ及び２６３ｂの周期Λは、反射すべき波長λに対して上式（３）が成立するように設計される。
なお、グレーティングは、上述した第１の波長フィルタと同様に、突出部６３ａ及び６３ｂの突出量Ｄがそれぞれ固有の突出量を持ち、突出量Ｄに少なくとも２以上の値がある構成とすることができる（図２参照）。
第１キャビティ部２１４は、一定幅で形成される。キャビティ部２１４の幅は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
第１キャビティ部２１４は、第１キャビティ部２１４を伝播するＴＥ偏波のうち、特定の波長の光の位相を整合させる。第１キャビティ部２１４の長さは、位相整合させる波長に応じて設計される。
第１出力側モード変換部２１５には、第１入力側モード変換部２１３と同様のグレーティングが形成されている。このグレーティングにより、第１出力側モード変換部２１５は、入力される特定の波長のＴＥ偏波の伝播光を、基本モードのままで反射する。また、第１出力側モード変換部２１５は、その他の波長の伝播光を、基本モードのままで透過させる。
グレーティングが形成れた第１出力側モード変換部２１５の突出部の突出量並びに突出部の周期は、第１入力側モード変換部２１３のグレーティングと同じ条件で、反射すべき波長λに対して上式（３）を満たすように設計される。
なお、第１出力側モード変換部２１５のグレーティングの長さは、第１入力側モード変換部２１３のグレーティングの長さと異なるように設定することができる。第１入力側モード変換部２１３及び第１出力側モード変換部２１５のグレーティングを異なる長さとすることによって、透過光の波長ピークのフラットトップ特性を向上させることができる。
第１出力側アーム部２１６は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
第１出力側テーパ部２１７は、第１出力側アーム部２１６と接続された一端２１７ａから、出力導波路コア２８０側の他端２１７ｂへ、連続的に幅が縮小する。そして、第１出力側テーパ部２１７の一端２１７ａの幅は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
第２入力側テーパ部２２１は、入力導波路コア２５０側の一端２２１ａから、第２入力側アーム部２２２と接続された他端２２１ｂへ、連続的に幅が拡大する。そして、第２入力側テーパ部２２１の他端２２１ｂの幅は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
また、第２入力側テーパ部２２１は、第１光導波路コア２１０の第１入力側テーパ部２１１と等しい設計で形成されている。そして、第２入力側テーパ部２２１は、入力テーパ部２５３を挟んで、第１入力側テーパ部２１１と対称となる位置に配設されている。その結果、入力導波路コア２５０を伝播する基本モードのＴＥ偏波の光は、入力側結合領域２９０において、入力テーパ部２５３から、２分岐して第１入力側テーパ部２１１及び第２入力側テーパ部２２１に移行する。
第２入力側アーム部２２２は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
第２入力側モード変換部２２３、第２キャビティ部２２４及び第２出力側モード変換部２２５は、第１光導波路コア２１０の第１入力側モード変換部２１３、第１キャビティ部２１４及び第１出力側モード変換部２１５と等しい条件で形成されている。従って、第２入力側モード変換部２２３には、第１入力側モード変換部２１３と同様のグレーティングが全域に渡って形成されている。また、第２キャビティ部２２４は、第１キャビティ部２１４と等しい幅及び長さに設定されている。また、第２出力側モード変換部２２５には、第１出力側モード変換部２１５と同様のグレーティングが全域に渡って形成されている。
そして、第１入力側モード変換部２１３のグレーティングと第２入力側モード変換部２２３のグレーティングとは、グレーティング周期（突出部の形成周期）が、互いに半周期ずれて形成されている。また、第１出力側モード変換部２１５のグレーティングと第２出力側モード変換部２２５のグレーティングとは、グレーティング周期が、互いに半周期ずれて形成されている。
第２出力側アーム部２２６は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
第２出力側テーパ部２２７は、第２出力側アーム部２２６と接続された一端２２７ａから、出力導波路コア２８０側の他端２２７ｂへ、連続的に幅が縮小する。そして、第２出力側テーパ部２２７の一端２２７ａの幅は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
また、第２出力側テーパ部２２７は、第１光導波路コア２１０の第１出力側テーパ部２１７と等しい設計で形成されている。そして、第２出力側テーパ部２２７は、出力テーパ部２８１を挟んで、第１出力側テーパ部２１７と対称となる位置に配設されている。その結果、第１出力側テーパ部２１７及び第２出力側テーパ部２２７を伝播する基本モードのＴＥ偏波の光は、出力側結合領域２９５において、出力テーパ部２８１に移行する。
出力テーパ部２８１は、第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０側の一端２８１ａから、出力導波路部２８３と接続された他端２８１ｂへ、連続的に幅が拡大する。そして、出力テーパ部２８１の他端２８１ｂの幅は、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
出力導波路部２８３は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
電極２４０は、クラッド２０を介して、第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４を被覆する位置に形成される。ここでは、第１キャビティ部２１４を被覆する位置に電極２４０ａ、及び第２キャビティ部２２４を被覆する位置に電極２４０ｂが設けられている。電極２４０に電流を流すことでジュール熱を発生させることができる。そして、この発熱による熱光学効果によって、第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４の屈折率を変化させることができる。その結果、第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４によって位相整合させる波長を変化させることができる。
第２の波長フィルタ２００では、入力導波路コア２５０の入力導波路部２５１から入力された光は、入力側結合領域２９０において、入力テーパ部２５３から、２分岐されて第１光導波路コア２１０の第１入力側テーパ部２１１及び第２光導波路コア２２０の第２入力側テーパ部２２１に移行する。
第１光導波路コア２１０を伝播する光のうち、上式（３）を満たす基本モードのＴＥ偏波の光が、第１入力側モード変換部２１３及び第１出力側モード変換部２１５のグレーティングによって反射される。第１入力側モード変換部２１３のグレーティングを透過するＴＥ偏波、及び第１出力側モード変換部２１５のグレーティングで反射され、さらに第１入力側モード変換部２１３のグレーティングで反射されるＴＥ偏波のうち、第１キャビティ部２１４の長さに応じて位相が整合する波長の光が、第１出力側アーム部２１６及び出力側結合領域２９５を経て、出力導波路コア２８０の出力導波路部２８３から出力される。一方、第１入力側モード変換部２１３及び第１出力側モード変換部２１５のグレーティングによって反射された基本モードのＴＥ偏波の光のうち、第１キャビティ部２１４の長さに応じて位相が整合する波長の光は、第１入力側アーム部２１２を経て、第１入力側テーパ部２１１に入力される。
第２光導波路コア２２０においても、第１光導波路コア２１０と同様に、第２入力側モード変換部２２３のグレーティングを透過するＴＥ偏波、及び第２出力側モード変換部２２５のグレーティングで反射され、さらに第１入力側モード変換部２１３のグレーティングで反射されるＴＥ偏波のうち、第２キャビティ部２２４の長さに応じて位相が整合する波長の光が、第２出力側アーム部２２６及び出力側結合領域２９５を経て、出力導波路コア２８０の出力導波路部２８３から出力される。一方、第２入力側モード変換部２２３及び第２出力側モード変換部２２５のグレーティングによって反射された基本モードのＴＥ偏波の光のうち、第２キャビティ部２２４の長さに応じて位相が整合する波長の光は、第２入力側アーム部２２２を経て、第２入力側テーパ部２２１に入力される。
既に説明したように、第１入力側モード変換部２１３のグレーティングと第２入力側モード変換部２２３のグレーティングとは、互いに半周期ずれて形成されている。また、第１出力側モード変換部２１５のグレーティングと第２出力側モード変換部２２５のグレーティングとは、互いに半周期ずれて形成されている。そのため、第１入力側テーパ部２１１に入力される、第１入力側モード変換部２１３及び第１出力側モード変換部２１５のグレーティングからの反射光と、第２入力側テーパ部２２１に入力される、第２入力側モード変換部２２３及び第２出力側モード変換部２２５のグレーティングからの反射光とは、位相がπずれる（すなわち逆位相となる）。そのため、第１入力側テーパ部２１１に入力される反射光と第２入力側テーパ部２２１に入力される反射光とは、入力導波路コア２５０に移行することなく、互いに打ち消し合う。
従って、第２の波長フィルタ２００は、第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４によって位相整合する、特定の波長の光を取り出す波長フィルタとして使用することができる。
また、第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４を、基本モードの光に対してπの整数倍の位相が生じる長さとすることによって、第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４の伝播光に対して、複数の波長の位相を整合させることができる。従って、第２の波長フィルタ１００は、出力光の波長ピークを多峰性とすることができる。
また、第２の波長フィルタ２００では、電極２４０を用いて第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４に熱を与えることができる。そのため、第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４が位相整合させる波長を変化させることができる。従って、第２の波長フィルタ２００は、出力波長が可変である。
また、第２の波長フィルタ２００は、第１の波長フィルタ１００と同様に、リング共振器と等価な波長フィルタと見なすことができる。そして、実質的に出力波長を選択する機能を有する第１入力側モード変換部２１３、第１キャビティ部２１４及び第１出力側モード変換部２１５、並びに第２入力側モード変換部２２３、第２キャビティ部２２４及び第２出力側モード変換部２２５において、方向性結合器を構成として含まない。従って、第２の波長フィルタ２００は、リング共振器と等価な機能を有しつつ、リング共振器と比べて作製誤差の影響を受けにくい。
なお、この実施の形態では、第２の波長フィルタ２００が、ＴＥ偏波に対して特定の波長の光を出力する構成について説明した。しかし、第２の波長フィルタ２００は、ＴＭ偏波に対して特定の波長の光を出力する構成とすることもできる。その場合には、第１入力側モード変換部２１３及び第１出力側モード変換部２１５並びに第２入力側モード変換部２２３及び第２出力側モード変換部２２５のグレーティングを、反射すべき波長λに応じ、ＴＭ偏波に対して上式（３）が成立するように設計する。そして、第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４を伝播するＴＭ偏波のうち、出力導波路部２８３から出力させる波長が位相整合するように、第１キャビティ部２１４及び第２キャビティ部２２４の長さを設定する。
また、この実施の形態では、第２の波長フィルタ２００が、第１入力側モード変換部２１３及び第１出力側モード変換部２１５並びに第２入力側モード変換部２２３及び第２出力側モード変換部２２５のグレーティングにおいて、特定の波長の基本モードの伝播光を、基本モードのままで反射する構成について説明した。しかし、グレーティングが、ｐ次モード（ｐはｐ≧０の整数）の特定の波長の光を、ｐ次モードのままで反射する構成とすることもできる。その場合には、グレーティングにおける位相整合条件は、グレーティング周期をΛ、ｐ次モードの光に対する等価屈折率をｎｐとして、下式（４）で表される。
２π／Λ＝２π・２ｎｐ／λ ・・・（４）
グレーティングでは、上式（４）が成立する波長λ、すなわちブラッグ波長の光がブラッグ反射される。グレーティングは、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波について、反射すべき波長λに対して上式（４）が成立するように設計される。そして、各キャビティ部２１４及び２２４を伝播する光のうち、出力導波路部２８３から出力させる波長が位相整合するように、各キャビティ部の長さを設定する。この場合にも、第１入力側テーパ部２１１に入力される、第１入力側モード変換部２１３及び第１出力側モード変換部２１５のグレーティングからのｐ次モードの反射光と、第２入力側テーパ部２２１に入力される、第２入力側モード変換部２２３及び第２出力側モード変換部２２５のグレーティングからのｐ次モードの反射光とは、位相がπずれる（すなわち逆位相となる）。そのため、第１入力側テーパ部２１１に入力される反射光と第２入力側テーパ部２２１に入力される反射光とは、入力導波路コア２５０に移行することなく、互いに打ち消し合う。
また、第２の波長フィルタ２００においても、第１光導波路コア２１０が、交互に直列に接続されたｎ個（ｎは２以上の整数）のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含み、かつ第２光導波路コア２２０が、交互に直列に接続されたｎ個のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む構成とすることができる。
この場合には、第１光導波路コア２１０において、ｎ個のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とが、第１入力側アーム部２１２及び第１出力側アーム部２１６間で、交互に直列に接続される。また、第２光導波路コア２２０において、ｎ個のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とが、第２入力側アーム部２２２及び第２出力側アーム部２２６間で、交互に直列に接続される。各モード変換部のグレーティングは、反射すべき波長λに対して上式（４）を満たすように設計される。また、第１光導波路コア２１０のモード変換部のグレーティングと第２光導波路コア２２０のモード変換部のグレーティングとが、互いに半周期ずれて形成される。
また、この実施の形態では、入力導波路コア２５０と第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０との間を、入力側結合領域２９０に含まれる入力テーパ部２５３、第１入力側テーパ部２１１及び第２入力側テーパ部２２１によって、光学的に接続する構成について説明した。また、第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０と出力導波路コア２８０との間を、出力側結合領域２９５に含まれる第１出力側テーパ部２１７、第２出力側テーパ部２２７及び出力テーパ部２８１によって、光学的に接続する構成について説明した。しかし、これら導波路コア間の接続について、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラを用いることもできる。図６を参照して、第２の波長フィルタが、ＭＭＩカプラを備える場合の構成について説明する。図６は、ＭＭＩカプラを備える第２の波長フィルタ（波長フィルタ２５０）の概略的平面図である。なお、図６では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
ＭＭＩカプラを備える構成例では、上述した入力側結合領域２９０に含まれる入力テーパ部２５３、第１入力側テーパ部２１１及び第２入力側テーパ部２２１（図５参照）に代えて入力側ＭＭＩカプラ２９３が設けられる。また、出力側結合領域２９５に含まれる第１出力側テーパ部２１７、第２出力側テーパ部２２７及び出力テーパ部２８１（図５参照）に代えて出力側ＭＭＩカプラ２９７が設けられる。さらに、図６に示す構成例では、第１入力側アーム部２１２及び第１出力側アーム部２１６並びに第２入力側アーム部２２２及び第２出力側アーム部２２６を設けない構成としてある。
ＭＭＩカプラを備える構成例では、上述した入力側結合領域２９０に含まれる入力テーパ部２５３、第１入力側テーパ部２１１及び第２入力側テーパ部２２１（図５参照）に代えて入力側ＭＭＩカプラ２９３が設けられる。また、出力側結合領域２９５に含まれる第１出力側テーパ部２１７、第２出力側テーパ部２２７及び出力テーパ部２８１（図５参照）に代えて出力側ＭＭＩカプラ２９７が設けられる。
入力側ＭＭＩカプラ２９３及び出力側ＭＭＩカプラ２９７は、基本モードのＴＥ偏波又はＴＭ偏波に対して３ｄＢの分岐比を有するように、幅及び長さが設定される。
入力側ＭＭＩカプラ２９３の一端２９３ａには、入力導波路部２５１が接続される。また、入力側ＭＭＩカプラ２９３の、一端２９３ａと反対側の他端２９３ｂには、第１入力側モード変換部２１３及び第２入力側モード変換部２２３が並列に接続される。入力導波路部２５１並びに第１入力側モード変換部２１３及び第２入力側モード変換部２２３は、入力導波路部２５１から入力側ＭＭＩカプラ２９３に入力されて２分岐される光が、第１入力側モード変換部２１３及び第２入力側モード変換部２２３に移行するように位置決めされて配設される。この入力側ＭＭＩカプラ２９３によって、第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０は、入力導波路コア２５０と並列に接続される。
出力側ＭＭＩカプラ２９７の一端２９７ａには、第１出力側モード変換部２１５及び第２出力側モード変換部２２５が並列に接続される。また、出力側ＭＭＩカプラ２９７の、一端２９７ａと反対側の他端２９７ｂには、出力導波路部２８３が接続される。第１出力側モード変換部２１５及び第２出力側モード変換部２２５並びに出力導波路部２８３は、第１出力側モード変換部２１５及び第２出力側モード変換部２２５から出力側ＭＭＩカプラ２９７に入力されて合波される光が、出力導波路部２８３に移行するように位置決めされて配設される。この出力側ＭＭＩカプラ２９７によって、第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０は、出力導波路コア２８０と並列に接続される。
さらに、第２の波長フィルタ２００は、第１入力側モード変換部２１３及び第１出力側モード変換部２１５並びに第２入力側モード変換部２２３及び第２出力側モード変換部２２５に、グレーティングに代えてフォトニック結晶を形成することもできる。図７を参照して、第１入力側モード変換部及び第１出力側モード変換部並びに第２入力側モード変換部及び第２出力側モード変換部にフォトニック結晶を形成した場合の構成について説明する。図７は、フォトニック結晶を形成する場合の第１入力側モード変換部、第１キャビティ部及び第１出力側モード変換部、並びに第２入力側モード変換部、第２キャビティ部及び第２出力側モード変換部の概略的平面図である。なお、図７では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
フォトニック結晶を利用する構成例では、第１入力側モード変換部２１８、第１キャビティ部２１４及び第１出力側モード変換部２１９、並びに第２入力側モード変換部２２８、第２キャビティ部２２４及び第２出力側モード変換部２２９をそれぞれ一定の幅で形成することができる。
フォトニック結晶は、第１入力側モード変換部２１８及び第１出力側モード変換部２１９、並びに第２入力側モード変換部２２８及び第２出力側モード変換部２２９に、それぞれ長さ方向に沿って周期的に複数の空孔２４０が形成されることによって構成される。各空孔２４０は、第１入力側モード変換部２１８及び第１出力側モード変換部２１９、並びに第２入力側モード変換部２２８及び第２出力側モード変換部２２９を厚さ方向に貫通することによって形成される。
フォトニック結晶では、上式（４）が成立する波長λ、すなわちブラッグ波長の光がブラッグ反射される。そして、空孔２４０の周期Λは、反射すべき波長λに対して上式（４）が成立するように設計される。その結果、フォトニック結晶により、入力される特定の波長の伝播光をｐ次モードのままで反射する。また、その他の波長の伝播光をｐ次モードのままで透過させる。
第１入力側モード変換部２１８のフォトニック結晶と第２入力側モード変換部２２８のフォトニック結晶とは、空孔２４０が互いに半周期ずれて形成されている。また、第１出力側モード変換部２１９のフォトニック結晶と第２出力側モード変換部２２９のフォトニック結晶とは、空孔２４０が互いに半周期ずれた位置に形成されている。従って、グレーティングの場合と同様に、第１入力側モード変換部２１８及び第１出力側モード変換部２１９におけるフォトニック結晶からの反射光と、第２入力側モード変換部２２８及び第２出力側モード変換部２２９におけるフォトニック結晶からの反射光とは、位相がπずれる（すなわち逆位相となる）。
なお、フォトニック結晶の長さ（すなわち空孔２４０の数）を、第１光導波路コア２１０の一部又は全部のモード変換部で、及び第２光導波路コア２２０の一部又は全部のモード変換部で異なるように設定することもできる。異なる長さのフォトニック結晶を含むことによって、透過光の波長ピークのフラットトップ特性を向上させることができる。
（第２の波長フィルタの特性評価）
発明者は、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）を用いて、第２の波長フィルタの特性を評価する第３及び第４のシミュレーションを行った。
まず、第３のシミュレーションでは、第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０がそれぞれ３つのモード変換部と２つのキャビティ部を備える第２の波長フィルタについて、入力導波路部２５１から基本モードのＴＥ偏波を入力し、モード変換部を透過して出力導波路部２８３から出力される出力光、及びモード変換部で反射されて入力導波路部２５１から出力される出力光を解析した。
第３のシミュレーションでは、以下のように第２の波長フィルタを設計した。すなわち、光導波路コア２３０は、全体的に厚さを０．２μｍとした。また、入力導波路部２５１は、幅を０．４５μｍとした。また、入力テーパ部２５３の他端２５３ｂの幅を０．２μｍとした。また、第１入力側テーパ部２１１及び第２入力側テーパ部２２１は、一端２１１ａ及び２２１ａの幅を０．２μｍ及び他端２１１ｂ及び２２１ｂの幅を０．４５μｍとした。また、第１入力側テーパ部２１１と入力テーパ部２５３との離間距離、及び第２入力側テーパ部２２１と入力テーパ部２５３との離間距離は、ともに０．１μｍで一定とした。
また、第１光導波路コア２１０の３つのモード変換部のうち両端に位置するモード変換部は、それぞれ長さを５．４６μｍとし、全長に渡って周期が０．３６４μｍのグレーティングを形成した。また、第１光導波路コア２１０の３つのモード変換部のうち中央に位置するモード変換部は、長さを８．７２６μｍとし、全長に渡って周期が０．３６４μｍのグレーティングを形成した。各グレーティングは、突出部の突出量が周期毎に変化する構成（図２参照）とし、突出部の最大突出量を０．２μｍとした。また、第１光導波路コア２１０の２つのキャビティ部は、それぞれ長さを１２．０１２μｍ及び幅を０．４５μｍとした。また、第２光導波路コア２２０の３つのモード変換部と２つのキャビティ部についても、第１光導波路コア２１０と同様とした。
また、出力テーパ部２８１の一端２８１ａの幅を０．２μｍとした。また、第１出力側テーパ部２１７及び第２出力側テーパ部２２７は、一端２１７ａ及び２２７ａの幅を０．４５μｍ及び他端２１７ｂ及び２２７ｂの幅を０．２μｍとした。また、第１出力側テーパ部２１７と出力テーパ部２８１との離間距離、及び第２出力側テーパ部２２７と出力テーパ部２８１との離間距離は、ともに０．１μｍで一定とした。また、出力導波路部２８３は、幅を０．４５μｍとした。
なお、第３のシミュレーションでは、第１入力側アーム部２１２及び第１出力側アーム部２１６並びに第２入力側アーム部２２２及び第２出力側アーム部２２６を省略した。
第３のシミュレーションの結果を、図８に示す。図８では、縦軸に、出力光の強度をｄＢ目盛で、また、横軸に波長をμｍ単位でとって示してある。図８において、曲線８０１は、出力導波路部２８３から出力される出力光の、また、曲線８０３は、入力導波路部２５１から出力される出力光の強度を示している。
図８に示すように、出力導波路部２８３から出力される出力光として、複数のフラットトップの波長ピークが確認できる。また、入力導波路部２５１から出力される出力光の強度は十分に抑えられていることが確認できる。
なお、第３のシミュレーションにおいては、入力導波路部２５１から若干の出力が確認された。しかし、これは、入力側結合領域２９０の長さをより大きく設定し、放射を促すことによって、低減できると考えられる。
次に、第４のシミュレーションでは、第１光導波路コア２１０及び第２光導波路コア２２０がそれぞれ３つのモード変換部と２つのキャビティ部を備える第２の波長フィルタであって、各モード変換部にフォトニック結晶を形成する構成例（図７参照）について、出力導波路部２８３から出力される出力光を解析した。
第４のシミュレーションでは、以下のように第２の波長フィルタを設計した。すなわち、光導波路コア２３０は、全体的に厚さを０．２μｍとした。また、入力導波路部２５１は、幅を０．４５μｍとした。また、入力テーパ部２５３の他端２５３ｂの幅を０．２μｍとした。また、第１入力側テーパ部２１１及び第２入力側テーパ部２２１は、一端２１１ａ及び２２１ａの幅を０．２μｍ及び他端２１１ｂ及び２２１ｂの幅を０．４５μｍとした。また、第１入力側テーパ部２１１と入力テーパ部２５３との離間距離、及び第２入力側テーパ部２２１と入力テーパ部２５３との離間距離は、ともに０．１μｍで一定とした。
また、第１光導波路コア２１０の３つのモード変換部のうち両端に位置するモード変換部は、それぞれ長さを１．１６７μｍとし、０．３８９μｍの周期で３つの空孔を形成した。また、第１光導波路コア２１０の３つのモード変換部のうち中央に位置するモード変換部は、長さを２．３３４μｍとし、０．３８９μｍの周期で６つの空孔を形成した。また、第１光導波路コア２１０の２つのキャビティ部は、それぞれ長さを２３．３４μｍとした。また、第１光導波路コア２１０の３つのモード変換部及び２つのキャビティ部は、幅を０．６μｍで一定とした。また、第２光導波路コア２２０の３つのモード変換部と２つのキャビティ部についても、第１光導波路コア２１０と同様とした。また、第１光導波路コア２１０のモード変換部及びキャビティ部と第２光導波路コア２２０のモード変換部及びキャビティ部との離間距離を０．２５μｍとした。
また、出力テーパ部２８１の一端２８１ａの幅を０．２μｍとした。また、第１出力側テーパ部２１７及び第２出力側テーパ部２２７は、一端２１７ａ及び２２７ａの幅を０．４５μｍ及び他端２１７ｂ及び２２７ｂの幅を０．２μｍとした。また、第１出力側テーパ部２１７と出力テーパ部２８１との離間距離、及び第２出力側テーパ部２２７と出力テーパ部２８１との離間距離は、ともに０．１μｍで一定とした。また、出力導波路部２８３は、幅を０．４５μｍとした。
また、第１入力側アーム部２１２は、第１入力側テーパ部２１１の他端２１１ｂの幅からモード変換部の幅まで、連続的に幅が拡大するテーパ形状とした。また、第２入力側アーム部２２２は、第２入力側テーパ部２２１の他端２２１ｂの幅からモード変換部の幅まで、連続的に幅が拡大するテーパ形状とした。また、第１出力側アーム部２１６は、モード変換部の幅から第１出力側テーパ部２１７の一端２１７ａの幅まで、連続的に幅が縮小するテーパ形状とした。また、第２出力側アーム部２２６は、モード変換部の幅から第２出力側テーパ部２２７の一端２２７ａの幅まで、連続的に幅が縮小するテーパ形状とした。
第４のシミュレーションの結果を、図９に示す。図９では、縦軸に、出力光の強度をｄＢ目盛で、また、横軸に波長をμｍ単位でとって示してある。図９において、曲線９０１は、出力導波路部２８３から出力される出力光の強度を示している。
図９に示すように、出力導波路部２８３から出力される出力光として、複数のフラットトップの波長ピークが確認できる。
（製造方法）
この実施の形態による第１の波長フィルタ１００及び第２の波長フィルタ２００は、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用することによって、簡易に製造することができる。以下、一例として第１の波長フィルタ１００の製造方法について説明する。
すなわち、まず、支持基板層、ＳｉＯ２層、及びＳｉ層が順次積層されて構成されたＳＯＩ基板を用意する。次に、例えばエッチング技術を用い、Ｓｉ層をパターニングすることによって、光導波路コア３０を形成する。その結果、支持基板１０としての支持基板層上にＳｉＯ２層が積層され、さらにＳｉＯ２層上に光導波路コア３０が形成された構造体を得ることができる。次に、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２層上に、ＳｉＯ２を、光導波路コア３０又は２３０を被覆して形成する。その結果、クラッド２０によって光導波路コア３０が包含される。次に、クラッド２０上に電極４０を形成して、第１の波長フィルタ１００を製造することができる。
第２の波長フィルタ２００についても、第１の波長フィルタ１００と同様の工程によって製造することができる。
１０：支持基板
２０：クラッド
３０、２３０：光導波路コア
４０、２４０：電極
５０、２５１：入力導波路部
５５：入力側テーパ部
６０：入力側モード変換部
６１、７１、２６１：基部
６３ａ、６３ｂ、７３ａ、７３ｂ、２６３ａ、２６３ｂ：突出部
６５：キャビティ部
７０：出力側モード変換部
７５：出力側テーパ部
８０、２８３：出力導波路部
１００、１５０、２００：波長フィルタ
２１０：第１光導波路コア
２１１：第１入力側テーパ部
２１２：第１入力側アーム部
２１３：第１入力側モード変換部
２１４：第１キャビティ部
２１５：第１出力側モード変換部
２１６：第１出力側アーム部
２１７：第１出力側テーパ部
２２０：第２光導波路コア
２２１：第２入力側テーパ部
２２２：第２入力側アーム部
２２３：第２入力側モード変換部
２２４：第２キャビティ部
２２５：第２出力側モード変換部
２２６：第２出力側アーム部
２２７：第２出力側テーパ部
２５０：入力導波路コア
２５１：入力導波路部
２５３：入力テーパ部
２８０：出力導波路コア
２８１：出力テーパ部
２８３：出力導波路部
２９０：入力側結合領域
２９３：入力側ＭＭＩカプラ
２９５：出力側結合領域
２９７：出力側ＭＭＩカプラ

Claims (11)

  1. 交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む光導波路コアと、
    前記光導波路コアを包含するクラッドと
    を備え、
    前記モード変換部は、ｐ次モード（ｐはｐ≧０の整数）の特定の波長の光を、ｑ次モード（ｑはｑ＞ｐの整数）に変換して反射し、
    前記キャビティ部は、当該キャビティ部を伝播する、当該キャビティ部の長さに応じた、ｐ次モードの特定の波長の光の位相を整合させ、
    前記モード変換部には、グレーティングが形成されており、
    前記グレーティングは、特定の波長λに対し、グレーティング周期をΛ、ｐ次モードに対する等価屈折率をｎｐ、ｑ次モードに対する等価屈折率ｎｑとして、２π／Λ＝２π（ｎｐ＋ｎｑ）／λを満たす
    ことを特徴とする波長フィルタ。
  2. 前記モード変換部は、該モード変換部の長さ方向に延在して形成された基部と、基部の両側面に周期的に複数形成された突出部とを含んで構成されており、
    前記突出部はそれぞれ固有の突出量を持ち、前記突出量には、少なくとも２以上の値があり、
    前記モード変換部の長さが、一部又は全部の前記モード変換部で異なる
    ことを特徴とする請求項１に記載の波長フィルタ。
  3. 前記光導波路コアは、最端に配置された前記モード変換部に直列に接続された入力側テーパ部をさらに含み、
    前記入力側テーパ部は、一端からモード変換部と接続された他端へ、連続的に幅が拡大し、
    前記入力側テーパ部の一端は、ｐ次モードに対応する幅に設定されている
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長フィルタ。
  4. 前記クラッドを介して前記キャビティ部を被覆する位置に、前記キャビティ部に熱を与えるための電極が形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長フィルタ。
  5. 入力導波路コアと、
    交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む第１光導波路コアと、
    交互に直列に接続された、ｎ個のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む第２光導波路コアと、
    前記入力導波路コア、前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアを包含するクラッドと
    を備え、
    前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアは、前記入力導波路コアと並列に接続され、
    前記モード変換部は、ｐ次モード（ｐはｐ≧０の整数）の特定の波長の光を反射し、
    前記第１光導波路コアの前記モード変換部からの反射光と、前記第２光導波路コアの前記モード変換部からの反射光とは、互いに逆位相となり、
    前記キャビティ部は、当該キャビティ部を伝播する、当該キャビティ部の長さに応じた、ｐ次モードの特定の波長の光の位相を整合させ、
    前記モード変換部には、グレーティングが形成されており、
    前記グレーティングは、特定の波長λに対し、グレーティング周期をΛ、ｐ次モードに対する等価屈折率をｎｐとして、２π／Λ＝２π・２ｎｐ／λを満たし、
    前記第１光導波路コアの前記モード変換部に形成されたグレーティングと、前記第２光導波路コアの前記モード変換部に形成されたグレーティングとは、グレーティング周期が半周期ずれている
    ことを特徴とする波長フィルタ。
  6. 前記モード変換部は、該モード変換部の長さ方向に延在して形成された基部と、基部の両側面に周期的に複数形成された突出部とを含んで構成されており、
    前記突出部はそれぞれ固有の突出量を持ち、前記突出量には、少なくとも２以上の値があり、
    前記第１光導波路コアの一部又は全部の前記モード変換部の長さが異なり、
    前記第２光導波路コアの一部又は全部の前記モード変換部の長さが異なる
    ことを特徴とする請求項５に記載の波長フィルタ。
  7. 入力導波路コアと、
    交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む第１光導波路コアと、
    交互に直列に接続された、ｎ個のモード変換部とｎ−１個のキャビティ部とを含む第２光導波路コアと、
    前記入力導波路コア、前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアを包含するクラッドと
    を備え、
    前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアは、前記入力導波路コアと並列に接続され、
    前記モード変換部は、ｐ次モード（ｐはｐ≧０の整数）の特定の波長の光を反射し、
    前記第１光導波路コアの前記モード変換部からの反射光と、前記第２光導波路コアの前記モード変換部からの反射光とは、互いに逆位相となり、
    前記キャビティ部は、当該キャビティ部を伝播する、当該キャビティ部の長さに応じた、ｐ次モードの特定の波長の光の位相を整合させ、
    前記モード変換部には、長さ方向に沿って周期的に複数の空孔が形成されることによって、フォトニック結晶が形成されており、
    前記フォトニック結晶は、特定の波長λに対し、前記空孔の形成周期をΛ、ｐ次モードに対する等価屈折率をｎｐとして、２π／Λ＝２π・２ｎｐ／λを満たし、
    前記第１光導波路コアの前記モード変換部に形成されたフォトニック結晶と、前記第２光導波路コアの前記モード変換部に形成されたフォトニック結晶とは、空孔の形成周期が半周期ずれている
    ことを特徴とする波長フィルタ。
  8. 前記第１光導波路コアの一部又は全部の前記モード変換部で、前記空孔の数が、異なり、
    前記第２光導波路コアの一部又は全部の前記モード変換部で、前記空孔の数が、異なることを特徴とする請求項７に記載の波長フィルタ。
  9. 直列に接続された入力導波路部と入力テーパ部とを含む入力導波路コアをさらに備え、
    前記第１光導波路コアは、最端に配置された前記モード変換部に直列に接続された第１入力側テーパ部をさらに含み、
    前記第２光導波路コアは、最端に配置された前記モード変換部に直列に接続された第２入力側テーパ部をさらに含み、
    前記入力テーパ部、前記第１入力側テーパ部及び前記第２入力側テーパ部が並んで配置された入力側結合領域が設定されており、
    前記入力側結合領域において、前記第１入力側テーパ部及び前記第２入力側テーパ部は、前記入力テーパ部を挟む位置に、該入力テーパ部と離間して設けられ、
    前記入力導波路部と、前記第１光導波路コアの前記モード変換部及び前記キャビティ部並びに前記第２光導波路コアの前記モード変換部及び前記キャビティ部とは、前記入力側結合領域を挟んで反対側に配設され、
    前記入力テーパ部は、前記入力導波路部と接続された一端から他端へ、連続的に幅が縮小し、前記入力テーパ部の一端は、ｐ次モードに対応する幅に設定されており、
    前記第１入力側テーパ部は、一端から前記第１光導波路コアのモード変換部と接続された他端へ、連続的に幅が拡大し、前記第１入力側テーパ部の他端は、ｐ次モードに対応する幅に設定されており、
    前記第２入力側テーパ部は、一端から前記第２光導波路コアのモード変換部と接続された他端へ、連続的に幅が拡大し、前記第２入力側テーパ部の他端は、ｐ次モードに対応する幅に設定されている
    ことを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の波長フィルタ。
  10. 前記クラッドを介して前記キャビティ部を被覆する位置に、前記キャビティ部に熱を与えるための電極が形成されている
    ことを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の波長フィルタ。
  11. 前記ｎは、３以上の整数である
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の波長フィルタ。
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