JP6397973B1 - Optical waveguide device and wavelength filter - Google Patents

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Abstract

【課題】フォトニック結晶を利用し、入力された光を異なるモードに変換して反射できる光導波路素子を提供する。
【解決手段】モード変換部、モード変換部の一端に隣接して形成された第1補償部、及びモード変換部の他端に隣接して形成された第2補償部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。モード変換部には、周期的に形成された複数の空孔を含む第1空孔群、及び第2空孔群を含む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、波長λに対し、第1空孔群及び第2空孔群の周期をΛ、基本モードに対する等価屈折率をn、q次モードに対する等価屈折率nとして、2π/Λ=2π(n+n)/λを満たす。第1補償部及び第2補償部には、それぞれ1又は複数のサブ空孔が形成されており、第1補償部及び第2補償部は、特定の波長λの基本モードの光を基本モードのまま反射する。
【選択図】図1
An optical waveguide device that uses a photonic crystal to convert input light into different modes and reflect the light is provided.
An optical waveguide core including a mode converter, a first compensator formed adjacent to one end of the mode converter, and a second compensator formed adjacent to the other end of the mode converter; And a clad including the optical waveguide core. In the mode converter, a photonic crystal including a first hole group including a plurality of holes formed periodically and a second hole group is formed. The photonic crystal is 2π / Λ with respect to the wavelength λ, where the period of the first hole group and the second hole group is Λ, the equivalent refractive index for the fundamental mode is n 0 , and the equivalent refractive index n q for the q-order mode. = 2π (n 0 + n q ) / λ is satisfied. Each of the first compensation unit and the second compensation unit is formed with one or a plurality of sub-holes, and the first compensation unit and the second compensation unit transmit the fundamental mode light having a specific wavelength λ to the fundamental mode. Reflect as it is.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、フォトニック結晶によって特定の波長の光を反射する光導波路素子及びこれを備える波長フィルタに関する。   The present invention relates to an optical waveguide element that reflects light of a specific wavelength by a photonic crystal and a wavelength filter including the same.

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。   In recent years, Si waveguides using Si (silicon) as a waveguide material have attracted attention in developing optical devices advantageous for miniaturization and mass productivity.

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。   In the Si waveguide, an optical waveguide core that substantially becomes a light transmission path is formed using Si as a material. Then, the periphery of the optical waveguide core is covered with a clad made of, for example, silica having a refractive index lower than that of Si. With such a configuration, the refractive index difference between the optical waveguide core and the clad becomes extremely large, so that light can be strongly confined in the optical waveguide core. As a result, a small curved waveguide having a bending radius reduced to, for example, about 1 μm can be realized. Therefore, it is possible to create an optical circuit having a size comparable to that of an electronic circuit, which is advantageous for downsizing the entire optical device.

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。   Further, in the Si waveguide, it is possible to divert the 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.

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。   By the way, in a passive optical network (PON) using a wavelength division multiplexing (WDM) system, different reception wavelengths are assigned to each subscriber side device (ONU: Optical Network Unit). . A station side device (OLT: Optical Line Terminal) generates a downstream optical signal to each ONU at a transmission wavelength corresponding to a reception wavelength of a destination, and multiplexes and transmits them. Each ONU selectively receives an optical signal having a reception wavelength allocated to itself from downstream optical signals multiplexed at a plurality of wavelengths. In the ONU, a wavelength filter is used to selectively receive a downstream optical signal of each reception wavelength. And the technique which comprises a wavelength filter with the Si waveguide mentioned above is implement | achieved.

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1〜3参照)や、グレーティング型(例えば特許文献4参照)又は方向性結合器型(例えば特許文献5参照)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、電圧を印可することによって、出力波長を可変にできるという利点がある。さらに、グレーティングと同様に、光を回折させることによって、特定の波長を逆方向に反射させる素子として、フォトニック結晶と呼ばれる構造がある。   As a wavelength filter using a Si waveguide, for example, there are a filter using a Mach-Zehnder interferometer and a filter using an arrayed waveguide grating. Further, as a wavelength filter using a Si waveguide, a ring resonator (see, for example, Patent Documents 1 to 3), a grating type (for example, see Patent Document 4) or a directional coupler type (for example, see Patent Document 5) wavelength filter. There is. These wavelength filters have the advantage that the output wavelength can be made variable by providing electrodes and applying a voltage. Further, like a grating, there is a structure called a photonic crystal as an element that reflects a specific wavelength in the reverse direction by diffracting light.

特開2003−215515号公報JP 2003-215515 A 特開2013−093627号公報JP 2013-093627 A 特開2006−278770号公報JP 2006-278770 A 特開2006−330104号公報JP 2006-330104 A 特開2002−353556号公報JP 2002-353556 A

フォトニック結晶は高い回折効率を有するため、波長フィルタとして利用した場合、高効率に波長分離できることが期待される。しかしながら、従来のフォトニック結晶は、基本モード間の逆方向への回折を行う構造であり、機能が限られている。そして、入力された光を異なるモードに変換して反射するフォトニック結晶については知られていなかった。   Since the photonic crystal has a high diffraction efficiency, when used as a wavelength filter, it is expected that wavelength separation can be performed with high efficiency. However, the conventional photonic crystal has a structure that performs diffraction in the reverse direction between the fundamental modes and has a limited function. A photonic crystal that converts input light into a different mode and reflects it has not been known.

そこで、この発明の目的は、フォトニック結晶を利用した光導波路素子であって、入力された光を異なるモードに変換して反射できる光導波路素子、及びこれを利用した波長フィルタを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical waveguide element using a photonic crystal, which can convert input light into a different mode and reflect it, and a wavelength filter using the optical waveguide element. is there.

上述した目的を達成するために、この発明による光導波路素子は、第1仮想線分、及び第1仮想線分と平行な第2仮想線分に沿い、かつ第1仮想線分及び第2仮想線分と重なる位置に設けられた光導波路コアと、光導波路コアを包含するクラッドとを備える。   In order to achieve the above-described object, an optical waveguide element according to the present invention is provided along a first imaginary line segment and a second imaginary line segment parallel to the first imaginary line segment, and the first imaginary line segment and the second imaginary line. An optical waveguide core provided at a position overlapping the line segment and a clad including the optical waveguide core are provided.

光導波路コアは、第1仮想線分及び第2仮想線分に沿って直列に接続された、モード変換部と、モード変換部の一端に隣接して形成された第1補償部と、モード変換部の他端に隣接して形成された第2補償部とを含む。モード変換部には、第1仮想線分と重なる位置に配列して周期的に形成された複数の空孔を含む第1空孔群、及び第2仮想線分と重なる位置に配列して、第1空孔群と同一周期で、かつ第1空孔群に含まれる空孔と半周期ずれた位置に形成された複数の空孔を含む第2空孔群を含む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、第1空孔群に含まれる空孔及び第2空孔群に含まれる空孔の周期をΛ、基本モードに対する等価屈折率をn、q(qはq>0の整数)次モードに対する等価屈折率をnとして、2π/Λ=2π(n+n)/λを満たす。第1補償部及び第2補償部には、それぞれ1又は複数のサブ空孔が形成されており、第1補償部及び第2補償部は、特定の波長λの基本モードの光を基本モードのまま反射する。 The optical waveguide core includes a mode conversion unit connected in series along the first virtual line segment and the second virtual line segment, a first compensation unit formed adjacent to one end of the mode conversion unit, and a mode conversion 2nd compensation part formed adjacent to the other end of a part. In the mode conversion unit, the first hole group including a plurality of holes periodically formed in a position overlapping with the first imaginary line segment, and the position overlapping with the second imaginary line segment, A photonic crystal including a second hole group including a plurality of holes formed at the same period as the first hole group and shifted from the holes included in the first hole group by a half cycle is formed. ing. For a specific wavelength λ, the photonic crystal has a period of holes included in the first hole group and a second hole group as Λ, and an equivalent refractive index for the fundamental mode as n 0 , q ( q is an integer of q> 0) The equivalent refractive index for the next mode is n q , and 2π / Λ = 2π (n 0 + n q ) / λ is satisfied. Each of the first compensation unit and the second compensation unit is formed with one or a plurality of sub-holes, and the first compensation unit and the second compensation unit transmit the fundamental mode light having a specific wavelength λ to the fundamental mode. Reflect as it is.

また、この発明による第1の要旨による波長フィルタは、上述した光導波路素子と、結合部を含む出力導波路コアとを備える。光導波路コアは、モード変換部と直列に接続され、基本モード及びq次モードの光を伝播させる多モード導波路部をさらに含む。第1補償部は、多モード導波路部の一部として形成されている。クラッドは、光導波路コア及び出力導波路コアを包含する。多モード導波路部と結合部とが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域が設定されている。結合領域では、多モード導波路部を伝播するq次モードの光と、結合部を伝播するr(rはr≧0の整数)次モードの光とが結合される。   A wavelength filter according to a first aspect of the present invention includes the above-described optical waveguide element and an output waveguide core including a coupling portion. The optical waveguide core further includes a multimode waveguide section that is connected in series with the mode conversion section and propagates light in the fundamental mode and the q-order mode. The first compensation unit is formed as a part of the multimode waveguide unit. The cladding includes an optical waveguide core and an output waveguide core. A coupling region is set in which the multimode waveguide section and the coupling section are spaced apart from each other and arranged side by side. In the coupling region, the q-order mode light propagating through the multimode waveguide section and the r (r is an integer of r ≧ 0) order mode light propagating through the coupling section are coupled.

また、この発明による第2の要旨による波長フィルタは、上述した光導波路素子を備える。光導波路コアは、第1仮想線分及び第2仮想線分に沿って直列に接続されたn個(nは2以上の整数)のモード変換部並びに第1補償部及び第2補償部と、n−1個のキャビティ部とを含む。モード変換部とキャビティ部とは、交互に接続されている。キャビティ部を挟んで隣り合うモード変換部間に存在する第1補償部及び第2補償部は、隣り合うモード変換部間に挟まれたキャビティ部の一部として形成されている。キャビティ部は、キャビティ部を伝播する、特定の波長の基本モードの光の位相を整合させる。   A wavelength filter according to a second aspect of the present invention includes the above-described optical waveguide element. The optical waveguide core includes n (n is an integer of 2 or more) mode conversion units, a first compensation unit, and a second compensation unit connected in series along the first virtual line segment and the second virtual line segment, n-1 cavity portions. The mode conversion part and the cavity part are connected alternately. The 1st compensation part and the 2nd compensation part which exist between mode conversion parts adjacent on both sides of a cavity part are formed as a part of cavity part pinched between adjacent mode conversion parts. The cavity portion matches the phase of light of a fundamental mode having a specific wavelength propagating through the cavity portion.

この発明の光導波路素子では、モード変換部に、2列の空孔群(第1空孔群及び第2空孔群)を含むフォトニック結晶を形成することによって、特定の波長の基本モードの光を、1次モードに変換して反射することができる。   In the optical waveguide device of the present invention, the mode conversion unit forms a photonic crystal including two rows of hole groups (the first hole group and the second hole group), so that the fundamental mode of a specific wavelength can be obtained. Light can be converted to the primary mode and reflected.

また、この発明の波長フィルタでは、上述した光導波路素子を用いることによって、特定の波長とその他の波長とを分離し、経路を切り替えて取り出すことができる。そして、フォトニック結晶を利用することによって、高い回折効率で特定の波長の光を反射させることができる。従って、高効率に波長分離及び経路切替を行うことができる。   Moreover, in the wavelength filter of this invention, a specific wavelength and another wavelength can be isolate | separated by using the optical waveguide element mentioned above, and it can take out by switching a path | route. And by using a photonic crystal, light of a specific wavelength can be reflected with high diffraction efficiency. Therefore, wavelength separation and path switching can be performed with high efficiency.

(A)は、この発明の光導波路素子を示す概略的平面図であり、(B)は、この発明の光導波路素子を示す概略的端面図である。(A) is a schematic plan view showing the optical waveguide device of the present invention, and (B) is a schematic end view showing the optical waveguide device of the present invention. フォトニック結晶の変形例を示す概略的平面図である。It is a schematic plan view which shows the modification of a photonic crystal. (A)及び(B)は、この発明の光導波路素子の特性評価に関するシミュレーションの結果を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows the result of the simulation regarding the characteristic evaluation of the optical waveguide element of this invention. この発明の第1の波長フィルタを示す概略的平面図である。It is a schematic plan view which shows the 1st wavelength filter of this invention. (A)は、この発明の第2の波長フィルタを示す概略的平面図であり、(B)は、この発明の第2の波長フィルタを示す概略的端面図である。(A) is a schematic plan view showing a second wavelength filter of the present invention, and (B) is a schematic end view showing a second wavelength filter of the present invention. この発明の第2の波長フィルタの変形例を示す概略的平面図である。It is a schematic plan view which shows the modification of the 2nd wavelength filter of this invention. この発明の第2の波長フィルタの特性評価に関するシミュレーションの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the simulation regarding the characteristic evaluation of the 2nd wavelength filter of this invention. この発明の第3の波長フィルタを示す概略的平面図である。It is a schematic plan view which shows the 3rd wavelength filter of this invention.

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)
図1を参照して、この発明の光導波路素子について説明する。図1(A)は、光導波路素子を示す概略的平面図である。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、支持基板及び電極を省略している。
(Optical waveguide element)
With reference to FIG. 1, the optical waveguide device of the present invention will be described. FIG. 1A is a schematic plan view showing an optical waveguide element. FIG. 1B is a schematic end view of the optical waveguide element shown in FIG. In FIG. 1A, only the optical waveguide core described later is shown, and the cladding, the support substrate, and the electrodes are omitted.

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。   In the following description, the direction along the light propagation direction is the length direction of each component. The direction along the thickness of the support substrate is the thickness direction. Moreover, let the direction orthogonal to a length direction and a thickness direction be a width direction.

光導波路素子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。   The optical waveguide device 100 includes a support substrate 10, a clad 20, an optical waveguide core 30, and an electrode 40.

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 support substrate 10 is composed of a flat plate made of, for example, single crystal Si.

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SiOを材料として形成されている。 The clad 20 is formed on the support substrate 10 so as to cover the upper surface 10 a of the support substrate 10 and to include the optical waveguide core 30. The clad 20 is formed using, for example, SiO 2 as a material.

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。   The optical waveguide core 30 is made of, for example, Si having a refractive index higher than that of the clad 20. As a result, the optical waveguide core 30 functions as a substantial light transmission path, and the input light propagates in the propagation direction according to the planar shape of the optical waveguide core 30. The optical waveguide core 30 is preferably formed at least 1 μm or more away from the support substrate 10 in order to prevent the propagating light from escaping to the support substrate 10.

ここでは、光導波路コア30は、厚さ方向でシングルモード条件を達成すべく、例えば200〜500nmの範囲内の厚さとするのが好ましい。例えば1550nmの波長の光を伝播させる場合には、光導波路コア30を200〜300nmの範囲内の厚さとするのが好ましい。   Here, the optical waveguide core 30 preferably has a thickness in the range of 200 to 500 nm, for example, in order to achieve a single mode condition in the thickness direction. For example, when light having a wavelength of 1550 nm is propagated, it is preferable that the optical waveguide core 30 has a thickness in the range of 200 to 300 nm.

また、光導波路コア30は、第1点P1と第2点P2とを結ぶ第1仮想線分L1、第3点P3と第4点P4とを結ぶ第2仮想線分L2に沿い、かつこれら第1仮想線分L1及び第2仮想線分L2と重なる位置に設けられている。なお、第2仮想線分L2は、第1仮想線分L1と平行である。   The optical waveguide core 30 is along the first virtual line segment L1 connecting the first point P1 and the second point P2, and along the second virtual line segment L2 connecting the third point P3 and the fourth point P4, and these It is provided at a position overlapping the first virtual line segment L1 and the second virtual line segment L2. The second virtual line segment L2 is parallel to the first virtual line segment L1.

さらに、光導波路コア30は、第1仮想線分L1及び第2仮想線分L2に沿って直列に接続されたモード変換部31と1対の補償部(第1補償部131a及び第2補償部131b)とを含む。   Further, the optical waveguide core 30 includes a mode conversion unit 31 and a pair of compensation units (first compensation unit 131a and second compensation unit) connected in series along the first virtual line segment L1 and the second virtual line segment L2. 131b).

モード変換部31には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、モード変換部31に、第1空孔群61及び第2空孔群62が形成されることによって構成される。   A photonic crystal is formed in the mode converter 31. The photonic crystal is configured by forming a first hole group 61 and a second hole group 62 in the mode converter 31.

第1空孔群61は、第1仮想線分L1と重なる位置に配列して周期的に形成された複数の空孔51を含む。また、第2空孔群62は、第2仮想線分L2と重なる位置に配列して、第1空孔群61と同一周期で形成された複数の空孔52を含む。そして、第1空孔群61に含まれる空孔51と第2空孔群62に含まれる空孔52とは、互いに半周期ずれた位置に形成されている。   The first hole group 61 includes a plurality of holes 51 that are periodically formed so as to be arranged at positions overlapping the first virtual line segment L1. The second hole group 62 includes a plurality of holes 52 that are arranged at positions overlapping the second imaginary line segment L <b> 2 and formed at the same period as the first hole group 61. The holes 51 included in the first hole group 61 and the holes 52 included in the second hole group 62 are formed at positions shifted from each other by a half cycle.

空孔51及び52は、モード変換部31を厚さ方向に貫通して形成される。また、ここでは、空孔51及び52は、厚さ方向に直交する断面形状が円形とされている。   The holes 51 and 52 are formed so as to penetrate the mode conversion part 31 in the thickness direction. Further, here, the holes 51 and 52 have a circular cross-sectional shape orthogonal to the thickness direction.

フォトニック結晶は、入力される特定の波長λのTE(Transverse Electric)偏波の光を、基本モードから1次モードに変換して反射する。また、フォトニック結晶は、その他の波長の光を、基本モードのままで透過させる。   The photonic crystal reflects TE (Transverse Electric) polarized light having a specific wavelength λ that is input from the fundamental mode into the primary mode. The photonic crystal transmits light of other wavelengths while remaining in the fundamental mode.

フォトニック結晶における位相整合条件は、空孔51及び52の形成周期をΛ、基本モードのTE偏波に対する等価屈折率をn、1次モードのTE偏波に対する等価屈折率をnとして、下式(1)で表される。 The phase matching conditions in the photonic crystal are as follows: the formation period of the holes 51 and 52 is Λ, the equivalent refractive index for the TE polarization of the fundamental mode is n 0 , and the equivalent refractive index for the TE polarization of the first mode is n 1 . It is represented by the following formula (1).

2π/Λ=2π(n+n)/λ ・・・(1)
フォトニック結晶では、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。従って、空孔51及び52の周期は、所望の反射すべき波長λに対して上式(1)が成立するように設計される。また、モード変換部31の幅や空孔51及び52の直径等、その他の設計についても、所望の反射すべき波長λに応じて設計される。
2π / Λ = 2π (n 0 + n 1 ) / λ (1)
In the photonic crystal, a TE wave having a wavelength λ that satisfies the above equation (1), that is, a TE polarized wave having a Bragg wavelength is Bragg reflected. Therefore, the periods of the holes 51 and 52 are designed so that the above equation (1) is established for a desired wavelength λ to be reflected. Further, other designs such as the width of the mode converter 31 and the diameters of the holes 51 and 52 are also designed according to the desired wavelength λ to be reflected.

ここで、フォトニック結晶の変形例として、空孔51及び52がそれぞれ固有の直径を持ち、直径に少なくとも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、フォトニック結晶の変形例について説明する。図2は、フォトニック結晶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、モード変換部のみを示し、その他の構成を省略してある。   Here, as a modification of the photonic crystal, the holes 51 and 52 each have a unique diameter, and the diameter has a value of at least 2 or more. A modification of the photonic crystal will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic plan view for explaining a modification of the photonic crystal. In FIG. 2, only the mode conversion unit is shown, and other configurations are omitted.

図2に示す構成例では、第1周期目の空孔51及び52の直径に対して、周期毎に直径が増加する。空孔51及び52の直径は、モード変換部31の長さ方向における中心付近の空孔51及び52で最大となる。そして、空孔51及び52の直径は、最大となる空孔51及び52以降減少する。   In the configuration example shown in FIG. 2, the diameter increases for each period with respect to the diameters of the holes 51 and 52 in the first period. The diameters of the holes 51 and 52 are the largest in the holes 51 and 52 near the center in the length direction of the mode conversion unit 31. Then, the diameters of the holes 51 and 52 decrease after the holes 51 and 52 which are the maximum.

このように、空孔51及び52の直径が異なる値を持つことによって、フォトニック結晶における光の散乱を抑制することができる。なお、空孔51及び52の直径の変化量は、反射すべき波長λ及び回折効率に応じて設計される。   Thus, the scattering of light in the photonic crystal can be suppressed when the diameters of the holes 51 and 52 have different values. Note that the amount of change in the diameter of the holes 51 and 52 is designed according to the wavelength λ to be reflected and the diffraction efficiency.

第1補償部131a及び第2補償部131bは、モード変換部31を挟んでモード変換部31の両端31a及び31bに隣接してそれぞれ形成されている。モード変換部31の一端31aに第1補償部131aが、また、モード変換部31の他端31bに第2補償部131bが形成されている。   The first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b are formed adjacent to both ends 31a and 31b of the mode conversion unit 31 with the mode conversion unit 31 in between. A first compensator 131 a is formed at one end 31 a of the mode converter 31, and a second compensator 131 b is formed at the other end 31 b of the mode converter 31.

第1補償部131a及び第2補償部131bには、それぞれサブ空孔90が形成されている。サブ空孔90は、第1補償部131a及び第2補償部131bの幅方向における中央に形成されている。また、サブ空孔90は、第1補償部131a及び第2補償部131bを厚さ方向に貫通して形成される。ここでは、サブ空孔90は、厚さ方向に直交する断面形状が円形とされている。   Sub-holes 90 are formed in the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b, respectively. The sub-hole 90 is formed at the center in the width direction of the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b. Further, the sub-hole 90 is formed so as to penetrate the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b in the thickness direction. Here, the sub-hole 90 has a circular cross section perpendicular to the thickness direction.

サブ空孔90が形成されていることにより、第1補償部131a及び第2補償部131bは、上述した特定の波長λの基本モードの光を基本モードのまま反射する。   By forming the sub-hole 90, the first compensator 131a and the second compensator 131b reflect the fundamental mode light having the specific wavelength λ as described above while maintaining the fundamental mode.

なお、第1補償部131a及び第2補償部131bには、サブ空孔90を複数形成することもできる。この場合には、第1補償部131a及び第2補償部131bの長さ方向に沿って、複数のサブ空孔90を配列する。   A plurality of sub holes 90 may be formed in the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b. In this case, a plurality of sub-holes 90 are arranged along the length direction of the first compensator 131a and the second compensator 131b.

電極40は、クラッド20を介して、モード変換部31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、この発熱による熱光学効果によって、モード変換部31の屈折率を変化させる。その結果、モード変換部31による反射波長を変化させることができる。   The electrode 40 is formed at a position covering the mode converter 31 via the clad 20. Joule heat is generated by passing an electric current through the electrode 40, and the refractive index of the mode converter 31 is changed by the thermo-optic effect caused by the heat generation. As a result, the wavelength reflected by the mode converter 31 can be changed.

以上に説明したように、光導波路素子100では、モード変換部31に、2列の空孔群(第1空孔群61及び第2空孔群62)を含むフォトニック結晶を形成することによって、特定の波長の基本モードのTE偏波を、1次モードのTE偏波に変換して反射することができる。   As described above, in the optical waveguide device 100, the mode converter 31 is formed with a photonic crystal including two rows of hole groups (the first hole group 61 and the second hole group 62). The fundamental mode TE polarized wave of a specific wavelength can be converted to the primary mode TE polarized wave and reflected.

従って、光導波路素子100を用いることにより、フォトニック結晶を透過する特定の波長の光を取り出す波長フィルタを構成することができる。   Therefore, by using the optical waveguide element 100, it is possible to configure a wavelength filter that extracts light having a specific wavelength that passes through the photonic crystal.

ここで、フォトニック結晶の両端部(すなわちモード変換部31の両端部)では、基本モードと1次モードとの間の反射回折のみならず、不所望な基本モード間の反射回折が生じ、基本モードの入力光が基本モードのまま反射されてしまうことが、FDTD(Finite Differential Time Domain)を用いたシミュレーションにより判明した。しかし、光導波路素子100では、モード変換部31の両端に第1補償部131a及び第2補償部131bが設けられている。上述したように、第1補償部131a及び第2補償部131bは、基本モードの光を基本モードのまま反射する。この結果、モード変換部31で不所望に生じる基本モード間の反射回折を、第1補償部131a及び第2補償部131bにおける基本モード間の反射回折により打ち消すことができる。従って、光導波路素子100では、モード変換部31から、基本モードの反射光が逆行するのを防ぐことができる。   Here, at both ends of the photonic crystal (that is, both ends of the mode conversion unit 31), not only the reflection diffraction between the fundamental mode and the first order mode but also an unwanted reflection diffraction between the fundamental modes occurs. It has been found by simulation using FDTD (Finite Differential Time Domain) that the input light of the mode is reflected in the fundamental mode. However, in the optical waveguide device 100, the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b are provided at both ends of the mode conversion unit 31. As described above, the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b reflect the fundamental mode light while maintaining the fundamental mode. As a result, the reflection diffraction between the fundamental modes which is undesirably generated in the mode conversion unit 31 can be canceled by the reflection diffraction between the fundamental modes in the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b. Therefore, in the optical waveguide device 100, it is possible to prevent the reflected light in the fundamental mode from going backward from the mode conversion unit 31.

また、光導波路素子100では、電極40を用いてモード変換部31に熱を与えることができる。そのため、フォトニック結晶が反射及び透過させる光の波長を変化させることができる。従って、光導波路素子100を用いることにより、出力波長が可変な波長フィルタを構成することができる。   Further, in the optical waveguide device 100, heat can be applied to the mode conversion unit 31 using the electrode 40. Therefore, the wavelength of light reflected and transmitted by the photonic crystal can be changed. Therefore, by using the optical waveguide element 100, a wavelength filter with a variable output wavelength can be configured.

なお、この実施の形態では、モード変換部31のフォトニック結晶において、特定の波長の光を、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、モード変換部31のフォトニック結晶が、基本モードの特定の波長の光を、q次モード(qはq>0)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、モード変換部31のフォトニック結晶における位相整合条件は、空孔51及び52の形成周期をΛ、基本モードの光に対する等価屈折率をn、q次モードの光に対する等価屈折率をnとして、下式(2)で表される。 In this embodiment, the configuration in which the light of a specific wavelength is converted from the fundamental mode to the primary mode and reflected in the photonic crystal of the mode conversion unit 31 has been described. However, the photonic crystal of the mode conversion unit 31 may be configured to reflect light of a specific wavelength in the fundamental mode by converting it to a q-order mode (q is q> 0). In that case, the phase matching condition in the photonic crystal of the mode converter 31 is that the formation period of the holes 51 and 52 is Λ, the equivalent refractive index for the fundamental mode light is n 0 , and the equivalent refraction for the q-order mode light. The rate is expressed by the following formula (2), where n q .

2π/Λ=2π(n+n)/λ ・・・(2)
フォトニック結晶では、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。フォトニック結晶は、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。
2π / Λ = 2π (n 1 + n q ) / λ (2)
In the photonic crystal, light having a wavelength λ that satisfies the above equation (2), that is, light having a Bragg wavelength is Bragg reflected. The photonic crystal is designed so that the above equation (2) holds for the wavelength λ to be reflected.

そして、q次モードが、振幅分布が反対称である奇数次モードである場合には、空孔51と空孔52とが、互いに半周期ずれた位置に形成される。また、q次モードが、振幅分布が対称である偶数次モードである場合には、空孔51及び空孔52の形成位置を、周期をずらすことなく一致させる。すなわち空孔51と空孔52とが互いに対称となる位置に形成される。   When the q-order mode is an odd-order mode in which the amplitude distribution is antisymmetric, the holes 51 and the holes 52 are formed at positions shifted from each other by a half cycle. Further, when the q-order mode is an even-order mode in which the amplitude distribution is symmetric, the formation positions of the holes 51 and the holes 52 are matched without shifting the period. That is, the hole 51 and the hole 52 are formed at positions where they are symmetrical with each other.

また、この実施の形態では、空孔51及び52がモード変換部31を厚さ方向に貫通して形成される構成について説明した。しかし、空孔51及び52は、モード変換部31の上面からこのモード変換部31の厚さ方向の中途まで、モード変換部31を掘り込んで(すなわちモード変換部31を貫通させずに)形成することもできる。この場合には、出力光の波長ピークに分裂が生じるのを抑制できることが、FDTDを用いたシミュレーションにより判明した。同様に、サブ空孔90についても、第1補償部131a及び第2補償部131bを貫通させずに、第1補償部131a及び第2補償部131bの中途まで掘り込んで形成することができる。   In this embodiment, the configuration in which the holes 51 and 52 are formed so as to penetrate the mode conversion portion 31 in the thickness direction has been described. However, the holes 51 and 52 are formed by digging the mode conversion section 31 from the upper surface of the mode conversion section 31 to the middle of the thickness of the mode conversion section 31 (that is, without penetrating the mode conversion section 31). You can also In this case, it has been found by simulation using FDTD that the splitting of the wavelength peak of the output light can be suppressed. Similarly, the sub-hole 90 can be formed by digging in the middle of the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b without penetrating the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b.

(特性評価)
発明者は、FDTDを用いて、光導波路素子100の特性を評価するシミュレーションを行った。
(Characteristic evaluation)
The inventor performed the simulation which evaluates the characteristic of the optical waveguide device 100 using FDTD.

まず、第1のシミュレーションとして、光導波路素子100におけるサブ空孔90の形成位置に関するシミュレーションを行った。   First, as a first simulation, a simulation regarding the formation position of the sub-hole 90 in the optical waveguide device 100 was performed.

第1のシミュレーションでは、光導波路素子100について、第1補償部131a側から光導波路コア30に基本モードのTE偏波を入力し、モード変換部31において生じる基本モード間の反射回折によって、第1補償部131a側に反射される基本モードの光の強度(すなわち基本モード間の回折量)を測定した。ここでは、第1補償部131aのサブ空孔90と最も一端31a側に位置する空孔51又は52(ここでは、図1(A)において紙面の最も左端に存在する空孔52)との長さ方向に沿った中心間距離(以下、サブ空孔90と空孔52との中心間距離とも称する)を変化させつつ、基本モード間の回折量を測定した。   In the first simulation, for the optical waveguide device 100, the first mode TE polarization is input to the optical waveguide core 30 from the first compensation unit 131 a side, and the first mode generates reflection diffraction between the basic modes. The intensity of light in the fundamental mode reflected to the compensation unit 131a side (that is, the amount of diffraction between the fundamental modes) was measured. Here, the length of the sub hole 90 of the first compensation unit 131a and the hole 51 or 52 located closest to the one end 31a (here, the hole 52 existing at the leftmost end of the paper in FIG. 1A). While changing the center-to-center distance along the vertical direction (hereinafter also referred to as the center-to-center distance between the sub hole 90 and the hole 52), the amount of diffraction between the fundamental modes was measured.

第1のシミュレーションでは、モード変換部31のフォトニック結晶において、波長1550nmの基本モードのTE偏波を1次モードに変換して反射する設計として、以下のように光導波路素子100を設計した。すなわち、光導波路コア30の厚さを200nmとした。また、モード変換部31の幅を1000nmとした。また、空孔51及び空孔52の形成周期を326μmとし、空孔51及び空孔52をそれぞれ20個ずつ形成する場合を想定した。また、空孔51及び空孔52の直径を100nmとした。また、空孔51及び空孔52間の、モード変換部31の幅方向に沿った中心間距離を500nmとした。   In the first simulation, the optical waveguide device 100 was designed as follows in the photonic crystal of the mode conversion unit 31 as a design for reflecting the fundamental mode TE polarized wave having a wavelength of 1550 nm by converting it to the primary mode. That is, the thickness of the optical waveguide core 30 was set to 200 nm. The width of the mode conversion unit 31 is 1000 nm. In addition, it is assumed that the formation cycle of the holes 51 and 52 is 326 μm, and 20 holes 51 and 20 holes 52 are formed. Moreover, the diameter of the hole 51 and the hole 52 was 100 nm. The center-to-center distance along the width direction of the mode conversion unit 31 between the holes 51 and 52 was set to 500 nm.

なお、この第1のシミュレーションでは、モード変換部31には他端31bが存在しないものとした。従って、第1のシミュレーションにおいては、モード変換部31の他端31b側における基本モード間の回折は生じず、第2補償部131bについても省略した。しかし、実際の光導波路素子100において、モード変換部31の他端31b側で生じる基本モード間の回折は、一端31a側と同様である。このため、第2補償部131bのサブ空孔90の形成位置と基本モード間の回折量との関係についても、この第1のシミュレーションの結果を適用することができる。   In the first simulation, it is assumed that the mode conversion unit 31 does not have the other end 31b. Therefore, in the first simulation, diffraction between the fundamental modes on the other end 31b side of the mode conversion unit 31 does not occur, and the second compensation unit 131b is also omitted. However, in the actual optical waveguide device 100, the diffraction between the fundamental modes generated on the other end 31b side of the mode conversion unit 31 is the same as that on the one end 31a side. Therefore, the result of the first simulation can also be applied to the relationship between the formation position of the sub-hole 90 of the second compensation unit 131b and the amount of diffraction between the fundamental modes.

第1のシミュレーションの結果を図3(A)に示す。図3(A)では、縦軸に、基本モード間の回折量をdB目盛で、また、横軸にサブ空孔90と空孔52との中心間距離をμm単位でとって示してある。   The result of the first simulation is shown in FIG. In FIG. 3A, the vertical axis indicates the amount of diffraction between the fundamental modes in dB scale, and the horizontal axis indicates the distance between the centers of the sub-hole 90 and the hole 52 in units of μm.

図3(A)に示すように、サブ空孔90と空孔52との中心間距離が0.23μmのとき、基本モード間の反射回折が−30dB以下に抑えられていることがわかる。このように、設計に応じて、最適なサブ空孔90と空孔52との中心間距離を設定することにより、不所望な基本モード間の反射回折を抑制することができる。   As shown in FIG. 3A, when the distance between the centers of the sub holes 90 and the holes 52 is 0.23 μm, the reflection diffraction between the fundamental modes is suppressed to −30 dB or less. In this way, by setting the optimum center-to-center distance between the sub-hole 90 and the hole 52 according to the design, it is possible to suppress reflection diffraction between undesired fundamental modes.

次に、第2のシミュレーションとして、光導波路素子100における波長特性に関するシミュレーションを行った。   Next, as a second simulation, a simulation regarding wavelength characteristics in the optical waveguide device 100 was performed.

第2のシミュレーションでは、光導波路素子100について、第1補償部131a側から光導波路コア30に基本モードのTE偏波を入力し、モード変換部31において生じる基本モードと1次モードとの間の反射回折によって、第1補償部131a側に反射される1次モードの光の強度(すなわち基本モードと1次モードとの間の回折量)、及びモード変換部31において生じる基本モード間の反射回折によって、第1補償部131a側に反射される基本モードの光の強度(すなわち基本モード間の回折量)を測定した。   In the second simulation, for the optical waveguide element 100, the TE polarization of the fundamental mode is input to the optical waveguide core 30 from the first compensation unit 131a side, and the mode between the fundamental mode and the primary mode generated in the mode conversion unit 31 is obtained. The intensity of the first-order mode light reflected on the first compensation unit 131a side by reflection diffraction (that is, the amount of diffraction between the fundamental mode and the first-order mode) and the reflection diffraction between the fundamental modes generated in the mode conversion unit 31 Thus, the intensity of the fundamental mode light reflected to the first compensation unit 131a side (that is, the amount of diffraction between the fundamental modes) was measured.

第2のシミュレーションでは、サブ空孔90と空孔52との中心間距離として、上述した第1のシミュレーションによって求めた最適値(0.23μm)を採用した。その他の設計条件については、第1のシミュレーションと同様である。   In the second simulation, the optimum value (0.23 μm) obtained by the first simulation described above was adopted as the center-to-center distance between the sub-hole 90 and the hole 52. Other design conditions are the same as those in the first simulation.

第2のシミュレーションの結果を図3(B)に示す。図3(B)では、縦軸に、光強度をdB目盛で、また、横軸に波長をnm単位でとって示してある。図3(B)において、曲線101は、1次モードの反射光の強度を、また、曲線103は、基本モードの反射光の強度をそれぞれ示している。   The result of the second simulation is shown in FIG. In FIG. 3B, the vertical axis indicates the light intensity in dB scale, and the horizontal axis indicates the wavelength in nm. In FIG. 3B, a curve 101 indicates the intensity of reflected light in the first-order mode, and a curve 103 indicates the intensity of reflected light in the fundamental mode.

図3(B)に示すように、設計波長である1550nm付近において、約125nmの広い波長範囲で、基本モードが1次モードに変換されつつ反射されたことが確認された。
また、設計波長である1550nm付近において、基本モード間の反射回折が−30dB以下に抑えられることが確認された。
As shown in FIG. 3B, it was confirmed that the fundamental mode was reflected while being converted into the primary mode in the wide wavelength range of about 125 nm in the vicinity of the design wavelength of 1550 nm.
It was also confirmed that the reflection diffraction between the fundamental modes was suppressed to -30 dB or less in the vicinity of the design wavelength of 1550 nm.

(第1の波長フィルタ)
図4を参照して、上述した光導波路素子100(図1参照)を利用した第1の波長フィルタについて説明する。図4は、第1の波長フィルタを示す概略的平面図である。なお、図4では、光導波路コア及び後述する出力導波路コアのみを示してあり、クラッド、支持基板及び電極を省略している。また、光導波路素子100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。
(First wavelength filter)
With reference to FIG. 4, the 1st wavelength filter using the optical waveguide element 100 (refer FIG. 1) mentioned above is demonstrated. FIG. 4 is a schematic plan view showing the first wavelength filter. In FIG. 4, only the optical waveguide core and the output waveguide core described later are shown, and the cladding, the support substrate, and the electrodes are omitted. In addition, components common to the optical waveguide device 100 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第1の波長フィルタ200は、上述した光導波路素子100に、出力導波路コア70を追加して構成されている。また、光導波路コア30は、上述したモード変換部31並びに第1補償部131a及び第2補償部131bに追加して、入力部32、入力側テーパ部33、多モード導波路部34、出力側テーパ部35及び出力部36を含んでいる。入力部32、入力側テーパ部33、多モード導波路部34、モード変換部31、第2補償部131b、出力側テーパ部35及び出力部36は、この順に直列に接続されている。   The first wavelength filter 200 is configured by adding an output waveguide core 70 to the optical waveguide element 100 described above. In addition, the optical waveguide core 30 is added to the mode conversion unit 31 and the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b described above, and the input unit 32, the input side taper unit 33, the multimode waveguide unit 34, and the output side. A tapered portion 35 and an output portion 36 are included. The input unit 32, the input side taper unit 33, the multimode waveguide unit 34, the mode conversion unit 31, the second compensation unit 131b, the output side taper unit 35, and the output unit 36 are connected in series in this order.

なお、第1補償部131aは、多モード導波路部34の一部として形成されている。従って、多モード導波路部34の、モード変換部31側の端付近には、サブ空孔90が形成されている。そして、多モード導波路部34のサブ空孔90が形成された領域が、第1補償部131aとして機能する。   The first compensation unit 131a is formed as a part of the multimode waveguide unit 34. Therefore, a sub-hole 90 is formed near the end of the multimode waveguide section 34 on the mode conversion section 31 side. The region where the sub-hole 90 of the multimode waveguide portion 34 is formed functions as the first compensation portion 131a.

入力部32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。   The input unit 32 is set to a width that achieves a single mode condition for propagating light of TE polarization.

入力側テーパ部33は、入力部32と接続された一端33aから、多モード導波路部34と接続された他端33bへ、連続的に幅が拡大する。そして、入力側テーパ部33の一端33aの幅は、入力部32の幅と等しく設定されている。従って、入力側テーパ部33は、一端33a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。   The input-side taper portion 33 continuously increases in width from one end 33 a connected to the input portion 32 to the other end 33 b connected to the multimode waveguide portion 34. The width of the one end 33 a of the input side taper portion 33 is set equal to the width of the input portion 32. Therefore, the input side taper portion 33 is set so as to achieve the single mode condition for the propagation light of the TE polarized wave at the one end 33a.

多モード導波路部34は、基本モード及び1次モードのTE偏波を伝播させる。   The multimode waveguide unit 34 propagates TE polarized waves in the fundamental mode and the primary mode.

モード変換部31には、特定の波長のTE偏波に対して上式(1)を満たす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、入力される特定の波長のTE偏波の光を、基本モードから1次モードに変換して反射する。また、フォトニック結晶は、その他の波長の光を、基本モードのままで透過させる。   In the mode converter 31, a photonic crystal that satisfies the above equation (1) is formed with respect to a TE polarized wave having a specific wavelength. The photonic crystal reflects TE-polarized light having a specific wavelength that is input from the fundamental mode into the primary mode. The photonic crystal transmits light of other wavelengths while remaining in the fundamental mode.

出力側テーパ部35は、第2補償部131bと接続された一端35aから、出力部36と接続された他端35bへ、連続的に幅が縮小する。そして、出力側テーパ部35の他端35b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。   The output-side taper portion 35 continuously reduces in width from one end 35a connected to the second compensation portion 131b to the other end 35b connected to the output portion 36. The width of the other end 35b of the output side taper portion 35 is set so as to achieve a single mode condition for the propagation light of TE polarization.

出力部36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。   The output unit 36 is set to a width that achieves a single mode condition for propagating light of TE polarization.

出力導波路コア70は、光導波路コア30と同様に、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、出力導波路コア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。   The output waveguide core 70 is made of, for example, Si having a refractive index higher than that of the clad 20, similarly to the optical waveguide core 30. The output waveguide core 70 is preferably formed at least 1 μm or more away from the support substrate 10 in order to prevent the propagating light from escaping to the support substrate 10.

ここでは、出力導波路コア70の厚さは、厚さ方向でシングルモード条件を達成すべく、例えば200〜500nmの範囲内の厚さとするのが好ましい。例えば1550nmの波長の光を伝播させる場合には、出力導波路コア70を200〜300nmの範囲内の厚さとするのが好ましい。   Here, the thickness of the output waveguide core 70 is preferably set to a thickness in the range of 200 to 500 nm, for example, in order to achieve a single mode condition in the thickness direction. For example, when light having a wavelength of 1550 nm is propagated, it is preferable that the output waveguide core 70 has a thickness in the range of 200 to 300 nm.

また、出力導波路コア70は、結合部71と第2出力部72とを含んでいる。   The output waveguide core 70 includes a coupling portion 71 and a second output portion 72.

結合部71は、光導波路コア30の多モード導波路部34と、互いに離間し、かつ並んで配置されている。そして、光導波路コア30の多モード導波路部34と、出力導波路コア70の結合部71とが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域80として設定されている。なお、第2出力部72は、結合領域80を挟んで、モード変換部31と反対側で結合部71と接続されている。   The coupling portion 71 is disposed apart from and side by side with the multimode waveguide portion 34 of the optical waveguide core 30. The multimode waveguide section 34 of the optical waveguide core 30 and the coupling section 71 of the output waveguide core 70 are set as coupling areas 80 that are spaced apart from each other and arranged side by side. The second output unit 72 is connected to the coupling unit 71 on the opposite side of the mode conversion unit 31 with the coupling region 80 interposed therebetween.

結合領域80において、多モード導波路部34及び結合部71は、それぞれの中心軸が平行となるように配設されている。   In the coupling region 80, the multimode waveguide section 34 and the coupling section 71 are arranged so that their central axes are parallel to each other.

また、結合部71は、一端71aから第2出力部72と接続された他端71bへ、幅が連続的に拡大するテーパ形状とされている。結合部71の一端71a及び他端71bの幅は、基本モードのTE偏波を伝播可能な等価屈折率に対応して設定されている。そして、結合部71は、一端71aから他端71bまでの間に、多モード導波路部34を伝播する1次モードのTE偏波に対する等価屈折率と、結合部71を伝播する基本モードのTE偏波に対する等価屈折率とが一致する幅を含んでいる。   Further, the coupling portion 71 has a tapered shape in which the width continuously increases from the one end 71 a to the other end 71 b connected to the second output portion 72. The widths of the one end 71a and the other end 71b of the coupling portion 71 are set in correspondence with the equivalent refractive index capable of propagating the fundamental mode TE polarized wave. The coupling unit 71 includes an equivalent refractive index for the TE polarized wave of the first mode propagating through the multimode waveguide unit 34 and the TE of the fundamental mode propagating through the coupling unit 71 between the one end 71a and the other end 71b. It includes a width in which the equivalent refractive index to the polarization matches.

その結果、結合領域80では、多モード導波路部34を伝播する1次モードのTE偏波と、結合部71を伝播する基本モードのTE偏波とを結合することができる。   As a result, in the coupling region 80, the primary mode TE polarized wave propagating through the multimode waveguide unit 34 and the fundamental mode TE polarized wave propagating through the coupling unit 71 can be coupled.

第2出力部72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。   The second output unit 72 is set to a width that achieves a single mode condition for TE-polarized propagation light.

第1の波長フィルタ200では、基本モードの光信号が、光導波路コア30の入力部32に入力され、入力側テーパ部33及び多モード導波路部34を経てモード変換部31に送られる。モード変換部31を伝播する特定の波長の基本モードのTE偏波は、フォトニック結晶によって、1次モードに変換されて反射され、再び多モード導波路部34に送られる。その他の光は、基本モードのまま、出力側テーパ部35を経て出力部36から出力される。フォトニック結晶で反射され、多モード導波路部34を伝播する1次モードのTE偏波は、結合領域80において、基本モードに変換されつつ、出力導波路コア70の結合部71へ移行する。結合部71へ移行した基本モードのTE偏波は、第2出力部72から出力される。   In the first wavelength filter 200, the fundamental mode optical signal is input to the input unit 32 of the optical waveguide core 30, and sent to the mode conversion unit 31 through the input side taper unit 33 and the multimode waveguide unit 34. The TE polarization of the fundamental mode having a specific wavelength propagating through the mode converter 31 is converted to the primary mode by the photonic crystal, reflected, and sent again to the multimode waveguide unit 34. Other light is output from the output part 36 through the output side taper part 35 in the fundamental mode. The primary mode TE polarized wave reflected by the photonic crystal and propagating through the multimode waveguide section 34 is converted into the fundamental mode in the coupling region 80 and is transferred to the coupling section 71 of the output waveguide core 70. The basic mode TE polarized wave transferred to the coupling unit 71 is output from the second output unit 72.

このように、第1の波長フィルタ200は、上述した光導波路素子100を用いることによって、特定の波長とその他の波長とを分離し、経路を切り替えて取り出す波長フィルタとして使用することができる。そして、モード変換部31においてフォトニック結晶を利用することによって、高い回折効率で特定の波長の光を反射させることができる。従って、高効率に波長分離及び経路切替を行うことができる。   As described above, the first wavelength filter 200 can be used as a wavelength filter that separates a specific wavelength from other wavelengths by using the above-described optical waveguide device 100 and switches and extracts the path. Then, by using a photonic crystal in the mode conversion unit 31, light having a specific wavelength can be reflected with high diffraction efficiency. Therefore, wavelength separation and path switching can be performed with high efficiency.

また、第1の波長フィルタ200では、第1補償部131a及び第2補償部131bを含むことにより、モード変換部31で不所望に生じる基本モード間の反射回折を、第1補償部131a及び第2補償部131bにおける基本モード間の反射回折により打ち消すことができる。その結果、モード変換部31から、基本モードの反射光が逆行するのを防ぐことができる。   Further, the first wavelength filter 200 includes the first compensator 131a and the second compensator 131b, so that reflection diffraction between the fundamental modes that is undesirably generated in the mode converter 31 is prevented from occurring in the first compensator 131a and the first compensator 131a. It is possible to cancel by the reflection diffraction between the fundamental modes in the two compensation units 131b. As a result, it is possible to prevent the reflected light in the basic mode from going backward from the mode conversion unit 31.

なお、この実施の形態では、モード変換部31のフォトニック結晶において、特定の波長の光を、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、上式(2)を満たすようにフォトニック結晶を形成することによって、フォトニック結晶が、基本モードの特定の波長の光を、q次モードに変換して反射する構成とすることもできる。   In this embodiment, the configuration in which the light of a specific wavelength is converted from the fundamental mode to the primary mode and reflected in the photonic crystal of the mode conversion unit 31 has been described. However, by forming the photonic crystal so as to satisfy the above equation (2), the photonic crystal can also be configured to reflect light of a specific wavelength in the fundamental mode by converting it to the q-order mode. .

さらに、この実施の形態では、結合領域80において、多モード導波路部34及び結合部71間で結合する光は、基本モードと1次モードとに限定されない。結合部71の一端71a及び他端71bの幅を、r(rはr≧0の整数)次モードの光を伝播可能な等価屈折率に対応して設定し、結合部71が、一端71aから他端71bまでの間に、多モード導波路部34を伝播するq次モードの光に対する等価屈折率と、結合部71を伝播するr次モードの光に対する等価屈折率とが一致する幅を含むように設計することもできる。その場合には、結合領域80において、多モード導波路部34を伝播するq次モードの光と、結合部71を伝播するr次モードの光とを結合することができる。   Furthermore, in this embodiment, the light coupled between the multimode waveguide section 34 and the coupling section 71 in the coupling region 80 is not limited to the fundamental mode and the primary mode. The widths of the one end 71a and the other end 71b of the coupling portion 71 are set in correspondence with the equivalent refractive index capable of propagating light in the r (r is an integer of r ≧ 0) order mode. The width up to the other end 71b includes a width where the equivalent refractive index for the q-order mode light propagating through the multimode waveguide section 34 and the equivalent refractive index for the r-order mode light propagating through the coupling section 71 coincide. It can also be designed as follows. In that case, in the coupling region 80, the q-order mode light propagating through the multimode waveguide section 34 and the r-order mode light propagating through the coupling section 71 can be coupled.

(第2の波長フィルタ)
図5を参照して、上述した光導波路素子100(図1参照)を利用した第2の波長フィルタについて説明する。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。なお、図5(A)では、光導波路コアのみを示してあり、クラッド、支持基板及び電極を省略している。また、光導波路素子100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。
(Second wavelength filter)
With reference to FIG. 5, the 2nd wavelength filter using the optical waveguide element 100 (refer FIG. 1) mentioned above is demonstrated. FIG. 5A is a schematic plan view showing the second wavelength filter. FIG. 5 (B) is a schematic end view of the second wavelength filter shown in FIG. 5 (A) taken along the line II-II. In FIG. 5A, only the optical waveguide core is shown, and the cladding, the support substrate, and the electrodes are omitted. In addition, components common to the optical waveguide device 100 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第2の波長フィルタ300では、光導波路コア30は、モード変換部31並びに第1補償部131a及び第2補償部131bに追加して、入力部231、入力側テーパ部232、キャビティ部234、出力側テーパ部236及び出力部237を含んでいる。   In the second wavelength filter 300, the optical waveguide core 30 is added to the mode conversion unit 31, the first compensation unit 131 a, and the second compensation unit 131 b, and the input unit 231, the input side taper unit 232, the cavity unit 234, and the output A side taper portion 236 and an output portion 237 are included.

また、光導波路コア30は、2つのモード変換部31(第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2)、並びにこれら第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2それぞれの両端に形成された第1補償部131a及び第2補償部131bを含んでいる。入力部231、入力側テーパ部232、第1モード変換部31−1、キャビティ部234、第2モード変換部31−2、出力側テーパ部236及び出力部237は、この順に直列に接続されている。なお、入力側テーパ部232及び第1モード変換部31−1間には、第1モード変換部31−1の一端31aに隣接して形成されている第1補償部131aが設けられている。また、第2モード変換部31−2及び出力側テーパ部236間には、第2モード変換部31−2の他端31bに隣接して形成されている第2補償部131bが設けられている。   The optical waveguide core 30 includes two mode conversion units 31 (a first mode conversion unit 31-1 and a second mode conversion unit 31-2), and the first mode conversion unit 31-1 and the second mode conversion unit. 1st compensation part 131a and 2nd compensation part 131b which were formed in the both ends of 31-2 are included. The input part 231, the input side taper part 232, the first mode conversion part 31-1, the cavity part 234, the second mode conversion part 31-2, the output side taper part 236, and the output part 237 are connected in series in this order. Yes. In addition, between the input side taper part 232 and the 1st mode conversion part 31-1, the 1st compensation part 131a formed adjacent to the one end 31a of the 1st mode conversion part 31-1 is provided. Further, a second compensation unit 131b formed adjacent to the other end 31b of the second mode conversion unit 31-2 is provided between the second mode conversion unit 31-2 and the output side taper unit 236. .

なお、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2間に存在する第1補償部131a及び第2補償部131b(ここでは、第1モード変換部31−1の他端31bに隣接して形成されている第2補償部131b、及び第2モード変換部31−2の一端31aに隣接して形成されている第1補償部131a)は、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2間に挟まれたキャビティ部234の一部として形成されている。従って、キャビティ部234の、第1モード変換部31−1側の端付近及び第2モード変換部31−2側の端付近には、それぞれサブ空孔90が形成されている。そして、キャビティ部234のサブ空孔90が形成された領域が、第1補償部131a及び第2補償部131bとして機能する。   Note that the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b (here, the other end 31b of the first mode conversion unit 31-1) exist between the first mode conversion unit 31-1 and the second mode conversion unit 31-2. The second compensation unit 131b formed adjacent to the first compensation unit 131a and the first compensation unit 131a formed adjacent to one end 31a of the second mode conversion unit 31-2 are connected to the first mode conversion unit 31-1. And it forms as a part of cavity part 234 pinched | interposed between the 2nd mode conversion part 31-2. Accordingly, sub-holes 90 are formed in the cavity portion 234 near the end on the first mode conversion portion 31-1 side and near the end on the second mode conversion portion 31-2 side, respectively. The regions where the sub holes 90 of the cavity part 234 are formed function as the first compensation part 131a and the second compensation part 131b.

入力部231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、入力部231は、基本モードの光を伝播させる。   The input unit 231 is set to a width that achieves a single mode condition for TE-polarized propagation light. Accordingly, the input unit 231 propagates light in the fundamental mode.

入力側テーパ部232は、入力部231と接続された一端232aから、第1補償部131aと接続された他端232bへ、連続的に幅が拡大する。そして、入力側テーパ部232の一端232aの幅は、入力部231の幅と等しく設定されている。従って、入力側テーパ部232は、一端232a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。   The input-side taper portion 232 continuously increases in width from one end 232a connected to the input portion 231 to the other end 232b connected to the first compensation portion 131a. The width of the one end 232 a of the input side taper portion 232 is set to be equal to the width of the input portion 231. Therefore, the input side taper portion 232 is set so as to achieve the single mode condition for the propagation light of the TE polarized wave at the one end 232a.

キャビティ部234は、一定幅で形成される。キャビティ部234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。   The cavity part 234 is formed with a constant width. The width of the cavity part 234 is set so that the fundamental mode and the primary mode TE polarized wave can propagate.

キャビティ部234は、このキャビティ部234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234の長さは、位相整合させる波長に応じて設計される。   The cavity 234 matches the phase of light having a specific wavelength among the light propagating through the cavity 234. The length of the cavity part 234 is designed according to the wavelength to be phase-matched.

また、上述したように、キャビティ部234は、サブ空孔90が形成された領域として、第1補償部131a及び第2補償部131bを含んでいる。   Further, as described above, the cavity portion 234 includes the first compensation portion 131a and the second compensation portion 131b as regions where the sub-holes 90 are formed.

出力側テーパ部236は、第2補償部131bと接続された一端236aから、出力部237と接続された他端236bへ、連続的に幅が縮小する。そして、出力側テーパ部236の他端236bの幅は、出力部237の幅と等しく設定されている。出力側テーパ部236は、他端236b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。   The output side taper portion 236 continuously reduces in width from one end 236a connected to the second compensation portion 131b to the other end 236b connected to the output portion 237. The width of the other end 236 b of the output side taper portion 236 is set to be equal to the width of the output portion 237. The output side taper portion 236 is set at the other end 236b so as to achieve the single mode condition for the propagation light of the TE polarized wave.

出力部237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、出力部237は、基本モードの光を伝播させる。   The output unit 237 is set to a width that achieves the single mode condition for the TE polarized wave. Therefore, the output unit 237 propagates light in the fundamental mode.

電極40は、クラッド20を介して、モード変換部31及びキャビティ部234の一方又は双方を被覆する位置に形成される。キャビティ部234上に電極40を形成する場合には、電極40の発熱による熱光学効果によって、キャビティ部234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234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。なお、モード変換部31及びキャビティ部234双方の上に電極40を設ける場合には、モード変換部31上に設ける電極40とキャビティ部234に設ける電極40とを一体的に形成することができる。   The electrode 40 is formed at a position covering one or both of the mode conversion portion 31 and the cavity portion 234 via the clad 20. When the electrode 40 is formed on the cavity part 234, the refractive index of the cavity part 234 can be changed by the thermo-optic effect due to the heat generated by the electrode 40. As a result, the wavelength to be phase-matched by the cavity part 234 can be changed. When the electrode 40 is provided on both the mode conversion unit 31 and the cavity part 234, the electrode 40 provided on the mode conversion part 31 and the electrode 40 provided on the cavity part 234 can be integrally formed.

第2の波長フィルタ300では、入力部231から入力され、第1モード変換部31−1を透過する基本モードのTE偏波、及び第2モード変換部31−2のフォトニック結晶でモード変換されつつ反射され、さらに第1モード変換部31−1でモード変換されつつ反射された基本モードのTE偏波のうち、キャビティ部234の長さに応じて位相が整合する波長の光が、出力部237から出力される。   In the second wavelength filter 300, mode conversion is performed by the TE-polarized wave of the fundamental mode that is input from the input unit 231 and passes through the first mode conversion unit 31-1, and the photonic crystal of the second mode conversion unit 31-2. Of the fundamental mode TE polarized light that is reflected while being further mode-converted by the first mode converting unit 31-1, and having a wavelength whose phase is matched according to the length of the cavity 234, is output to the output unit. 237 is output.

一方、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2のフォトニック結晶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偏波のうち、キャビティ部234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232に入力される。反射光は、入力側テーパ部232を、入力部231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232の一端232a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、入力部231に移行することなく放射する。   On the other hand, according to the length of the cavity part 234 among TE polarized waves of the first mode reflected while being mode-converted by the photonic crystals of the first mode conversion part 31-1 and the second mode conversion part 31-2. Light having a wavelength whose phase is matched is input to the input-side tapered portion 232. The reflected light propagates through the input side tapered portion 232 toward the input portion 231. However, as described above, the width of the one end 232a of the input side tapered portion 232 is set so as to satisfy the single mode condition for the TE polarized wave. Therefore, the reflected light is radiated without moving to the input unit 231.

従って、第2の波長フィルタ300は、キャビティ部234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。   Therefore, the second wavelength filter 300 can be used as a wavelength filter for extracting light of a specific wavelength that is phase-matched by the cavity portion 234.

ここで、既に説明したように、フォトニック結晶の両端部(すなわち第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2それぞれの両端部)では、基本モードと1次モードとの間の反射回折のみならず、不所望な基本モード間の反射回折が生じ、基本モードの入力光が基本モードのまま反射されてしまう。その結果、キャビティ部234では、第1モード変換部31−1からキャビティ部234へ入力される基本モードのTE偏波のみならず、第2モード変換部31−2からキャビティ部234へ入力される基本モードのTE偏波が伝播する。そして、これら反対方向からの基本モードのTE偏波同士が干渉することによって、出力部237からの波長ピークに分裂が生じることが、FDTDを用いたシミュレーションにより判明した。   Here, as already described, at both ends of the photonic crystal (that is, both ends of each of the first mode conversion unit 31-1 and the second mode conversion unit 31-2), between the fundamental mode and the primary mode. In addition to the reflection diffraction, an undesired reflection diffraction between the fundamental modes occurs, and the input light in the fundamental mode is reflected in the fundamental mode. As a result, in the cavity part 234, not only the fundamental mode TE polarized wave input from the first mode converter 31-1 to the cavity part 234 but also the second mode converter 31-2 is input to the cavity part 234. TE mode polarized wave propagates. Then, it was found by a simulation using FDTD that the TE mode polarized waves from the opposite directions interfere with each other to cause the wavelength peak from the output unit 237 to split.

しかし、第2の波長フィルタ300では、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2それぞれの両端に第1補償部131a及び第2補償部131bが設けられている。上述したように、第1補償部131a及び第2補償部131bは、基本モードの光を基本モードのまま反射する。この結果、第2モード変換部31−2からキャビティ部234へ入力される基本モードのTE偏波を第1補償部131a及び第2補償部131bにおける基本モード間の反射回折により打ち消すことができる。従って、第2の波長フィルタ300では、キャビティ部234において、基本モードのTE偏波同士が干渉することを防ぐことができる。その結果、出力部237からの波長ピークに分裂が生じるのを防ぐことができる。   However, in the second wavelength filter 300, the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b are provided at both ends of the first mode conversion unit 31-1 and the second mode conversion unit 31-2, respectively. As described above, the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b reflect the fundamental mode light while maintaining the fundamental mode. As a result, the fundamental mode TE polarization input from the second mode conversion section 31-2 to the cavity section 234 can be canceled by reflection diffraction between the fundamental modes in the first compensation section 131a and the second compensation section 131b. Therefore, in the second wavelength filter 300, it is possible to prevent the TE mode polarized waves from interfering with each other in the cavity portion 234. As a result, it is possible to prevent the wavelength peak from the output unit 237 from being split.

また、キャビティ部234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234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2の波長フィルタ300は、出力光の波長ピークを多峰性とすることができる。   Further, the phase of the plurality of wavelengths is matched to the light of the fundamental mode propagating through the cavity portion 234 by making the cavity portion 234 have a length that generates a phase that is an integral multiple of π with respect to the light of the fundamental mode. be able to. Therefore, the second wavelength filter 300 can make the wavelength peak of the output light multimodal.

また、第2の波長フィルタ300では、電極40を用いて第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2並びにキャビティ部234に熱を与えることができる。そのため、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2による反射波長やキャビティ部234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300は、出力波長が可変である。   In the second wavelength filter 300, heat can be applied to the first mode conversion unit 31-1, the second mode conversion unit 31-2, and the cavity unit 234 using the electrode 40. Therefore, it is possible to change the reflection wavelength by the first mode conversion unit 31-1 and the second mode conversion unit 31-2 and the wavelength to be phase-matched by the cavity unit 234. Therefore, the output wavelength of the second wavelength filter 300 is variable.

また、第2の波長フィルタ300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、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2のフォトニック結晶が、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234が、リング共振器のリング導波路部分に対応する。ここで、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2の波長フィルタ300は、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300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。   The second wavelength filter 300 can be regarded as a wavelength filter equivalent to a ring resonator. In this case, the photonic crystals of the first mode converter 31-1 and the second mode converter 31-2 correspond to the directional coupler portion of the ring resonator. The cavity portion 234 corresponds to the ring waveguide portion of the ring resonator. Here, the ring resonator is easily affected by manufacturing errors in the directional coupler portion. On the other hand, the second wavelength filter 300 does not include a directional coupler as a configuration. Therefore, the second wavelength filter 300 has a function equivalent to that of the ring resonator, but is less susceptible to manufacturing errors than the ring resonator.

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31(第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2)と1つのキャビティ部234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31とn−1個のキャビティ部234とを含む構成とすることもできる。図6を参照して、第2の波長フィルタの変形例として、n個のモード変換部31とn−1個のキャビティ部234とを含む場合の構成について説明する。図6は、n個のモード変換部31とn−1個のキャビティ部234とを含む第2の波長フィルタの変形例(波長フィルタ350)の概略的平面図である。なお、図6では、クラッド、支持基板及び電極を省略して示してある。   In this embodiment, the configuration in which the optical waveguide core 30 includes the two mode conversion units 31 (the first mode conversion unit 31-1 and the second mode conversion unit 31-2) and the one cavity unit 234 has been described. However, the optical waveguide core 30 may include n (n is an integer of 2 or more) mode conversion units 31 and n−1 cavity units 234. With reference to FIG. 6, a configuration in the case of including n mode converters 31 and n−1 cavities 234 as a modification of the second wavelength filter will be described. FIG. 6 is a schematic plan view of a modified example (wavelength filter 350) of the second wavelength filter including n mode converters 31 and n−1 cavities 234. FIG. In FIG. 6, the cladding, the support substrate, and the electrodes are omitted.

n個のモード変換部31−1〜nとn−1個のキャビティ部234−1〜n−1とは、入力側テーパ部232及び出力側テーパ部236間で、交互に直列に接続される。キャビティ部234を挟んで隣り合うモード変換部31間に存在する第1補償部131a及び第2補償部131bは、隣り合うモード変換部31間に挟まれたキャビティ部234の一部として形成されている。   The n mode conversion units 31-1 to 31-n and the n−1 cavity portions 234-1 to n−1 are alternately connected in series between the input side taper portion 232 and the output side taper portion 236. . The first compensator 131a and the second compensator 131b existing between the mode converters 31 adjacent to each other with the cavity part 234 interposed therebetween are formed as a part of the cavity part 234 sandwiched between the adjacent mode converters 31. Yes.

各モード変換部31には、上述したフォトニック結晶が全域に渡って形成されている。このフォトニック結晶により、各モード変換部31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31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31のフォトニック結晶の空孔51及び52の周期は、共通の条件で、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。   In each mode conversion section 31, the above-described photonic crystal is formed over the entire area. With this photonic crystal, each mode conversion unit 31 converts the input propagation light of a specific wavelength from the fundamental mode to the primary mode and reflects it. In addition, each mode conversion unit 31 transmits the propagation light having other wavelengths while maintaining the fundamental mode. The period of the photonic crystal holes 51 and 52 of each mode converter 31 is designed to satisfy the above formula (1) for the wavelength λ to be reflected under common conditions.

各キャビティ部234は、これら各キャビティ部234を伝播するTE偏波のうち、キャビティ部234の長さに応じた特定の波長の光の位相を整合させる。   Each cavity part 234 matches the phase of the light of a specific wavelength according to the length of the cavity part 234 among the TE polarized waves propagating through each cavity part 234.

このように、モード変換部31及びキャビティ部234を多段に接続することによって、出力部237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。   Thus, by connecting the mode conversion unit 31 and the cavity unit 234 in multiple stages, the flat top characteristic of the wavelength peak of the light output from the output unit 237 can be improved.

なお、各モード変換部31の長さ(フォトニック結晶の空孔51及び52の個数)は、一部又は全部が異なるように設定することができる。この場合には、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。フラットトップ特性を向上させるための、最適な各モード変換部31の長さ(フォトニック結晶の空孔51及び52の個数)の関係は、例えばFDTDを用いたシミュレーションにより、モード変換部31及びキャビティ部234の数に応じて適宜決定することができる。一例として、モード変換部31及びキャビティ部234を多段にする場合には、キャビティ部234に挟まれたモード変換部31−2〜n−1の長さを、両端に配置されるモード変換部31−1及び31−nの長さの2倍程度とすることができる。   In addition, the length (the number of holes 51 and 52 of the photonic crystal) of each mode conversion unit 31 can be set so that part or all of them differ. In this case, the flat top characteristic of the wavelength peak of transmitted light can be improved. The relationship between the optimal lengths of the mode converters 31 (the number of photonic crystal holes 51 and 52) for improving the flat-top characteristics is determined by, for example, simulation using FDTD and the mode converters 31 and the cavity. It can be determined as appropriate according to the number of parts 234. As an example, when the mode conversion unit 31 and the cavity unit 234 are multi-staged, the lengths of the mode conversion units 31-2 to n-1 sandwiched between the cavity units 234 are set to the mode conversion units 31 arranged at both ends. -1 and 31-n can be about twice as long.

(特性評価)
発明者は、FDTDを用いて、第2の波長フィルタ300の特性を評価するシミュレーションを行った。
(Characteristic evaluation)
The inventor performed the simulation which evaluates the characteristic of the 2nd wavelength filter 300 using FDTD.

このシミュレーションでは、図5に示す構成例の第2の波長フィルタ300について、第1モード変換部31−1に基本モードのTE偏波を入力し、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2を透過して出力される出力光(透過光)、及び第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2で反射されて出力される出力光(反射光)の強度を解析した。   In this simulation, with respect to the second wavelength filter 300 having the configuration example shown in FIG. 5, the fundamental mode TE polarized wave is input to the first mode conversion unit 31-1, and the first mode conversion unit 31-1 and the second mode are input. Output light (transmitted light) that is transmitted through the conversion unit 31-2 and output light (reflected light) that is reflected and output by the first mode conversion unit 31-1 and the second mode conversion unit 31-2. The strength of was analyzed.

また、このシミュレーションでは、第1補償部131a及び第2補償部131bを設けない(すなわちサブ空孔90を形成しない)比較用波長フィルタについても同様の解析を行った。そして、第2の波長フィルタ300と比較用波長フィルタとで特性を比較した。   In this simulation, the same analysis was performed for the comparative wavelength filter in which the first compensation unit 131a and the second compensation unit 131b are not provided (that is, the sub-hole 90 is not formed). The characteristics were compared between the second wavelength filter 300 and the comparative wavelength filter.

こ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30を、全体的に厚さを200nmとした。また、第1モード変換部31−1、キャビティ部234及び第2モード変換部31−2の幅を一定の1000nmとした。また、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2のフォトニック結晶における空孔51及び52それぞれの個数を20個、空孔51及び52の形成周期Λを394nm、空孔51及び空孔52間の、モード変換部31の幅方向に沿った中心間距離を500nm、空孔51及び52の直径を100nmとした。また、キャビティ部234の長さを9850nmとした。なお、このシミュレーションでは、キャビティ部234の特性を明瞭に確認するために、第1モード変換部31−1の一端31aに隣接して形成されている第1補償部131a、及び第2モード変換部31−2の他端31bに隣接して形成されている第2補償部131b、並びにこれら領域のサブ空孔90を省略した。   In this simulation, the second wavelength filter was designed as follows. That is, the entire thickness of the optical waveguide core 30 is 200 nm. In addition, the widths of the first mode conversion unit 31-1, the cavity unit 234, and the second mode conversion unit 31-2 were set to a constant 1000 nm. Further, the number of holes 51 and 52 in the photonic crystal of the first mode conversion unit 31-1 and the second mode conversion unit 31-2 is 20, the formation period Λ of the holes 51 and 52 is 394 nm, the holes The distance between the centers along the width direction of the mode converter 31 between the 51 and the holes 52 is 500 nm, and the diameters of the holes 51 and 52 are 100 nm. The length of the cavity part 234 was 9850 nm. In this simulation, in order to clearly check the characteristics of the cavity part 234, the first compensation part 131a and the second mode conversion part formed adjacent to the one end 31a of the first mode conversion part 31-1. The second compensator 131b formed adjacent to the other end 31b of 31-2 and the sub-holes 90 in these regions are omitted.

なお、第1モード変換部31−1の他端31bに隣接して形成されている第2補償部131bのサブ空孔90と、第1モード変換部31−1の最も他端31b側に位置する空孔51又は52(ここでは、図5(A)において、第1モード変換部31−1内で紙面の最も右端に存在する空孔51)との長さ方向に沿った中心間距離を、空孔51及び52の形成周期Λの5/8周期に相当する長さ(ここでは246.25nm)とした。同様に、第2モード変換部31−2の一端31aに隣接して形成されている第1補償部131aのサブ空孔90についても、サブ空孔90と最も近接する空孔51及び52との長さ方向に沿った中心間距離を、空孔51及び52の形成周期Λの5/8周期に相当する長さとした。   In addition, the sub hole 90 of the 2nd compensation part 131b formed adjacent to the other end 31b of the 1st mode conversion part 31-1 and the most other end 31b side of the 1st mode conversion part 31-1 are located. The distance between the centers along the length direction of the air holes 51 or 52 (here, in FIG. 5A, the air holes 51 present at the rightmost end of the paper surface in the first mode conversion unit 31-1). The length corresponding to 5/8 period of the formation period Λ of the holes 51 and 52 (here, 246.25 nm). Similarly, the sub holes 90 of the first compensation unit 131a formed adjacent to the one end 31a of the second mode conversion unit 31-2 are also connected to the holes 51 and 52 closest to the sub holes 90. The distance between the centers along the length direction was set to a length corresponding to 5/8 period of the formation period Λ of the holes 51 and 52.

一方、比較用波長フィルタは、第2の波長フィルタとサブ空孔90を形成しない点で構成が異なる以外は、上述した条件の第2の波長フィルタと共通の設計とした。   On the other hand, the comparative wavelength filter is designed in common with the second wavelength filter under the above-described conditions except that the configuration is different from the second wavelength filter in that the sub air holes 90 are not formed.

このシミュレーションの結果を、図7(A)及び(B)に示す。図7(A)は、第2の波長フィルタの出力光の強度を示している。図7(B)は、比較用波長フィルタの出力光の強度を示している。図7(A)及び(B)では、縦軸に、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7(A)における曲線201及び図7(B)における曲線301は、基本モードのTE偏波の透過光の強度を示している。また、図7(A)における曲線203及び図7(B)における曲線303は、基本モードのTE偏波の反射光の強度を示している。また、図7(A)における曲線205及び図7(B)における曲線305は、1次モードのTE偏波の反射光の強度を示している。   The results of this simulation are shown in FIGS. 7 (A) and (B). FIG. 7A shows the intensity of the output light of the second wavelength filter. FIG. 7B shows the intensity of the output light of the comparative wavelength filter. In FIGS. 7A and 7B, the vertical axis indicates the light intensity in dB scale, and the horizontal axis indicates the wavelength in μm. A curve 201 in FIG. 7A and a curve 301 in FIG. 7B indicate the intensity of the transmitted light of the TE polarization in the basic mode. Also, a curve 203 in FIG. 7A and a curve 303 in FIG. 7B indicate the intensity of reflected light of the TE-polarized light in the basic mode. Further, a curve 205 in FIG. 7A and a curve 305 in FIG. 7B indicate the intensity of the reflected light of the TE polarization in the first mode.

図7(A)に示すように、第2の波長フィルタ300では、基本モードのTE偏波の透過光として、複数のピークが確認できる。そして、これら透過光のピークは、特に中央のピークにおいて顕著に分裂が抑えられ、シャープな形状となっていることが確認される。また、基本モードのTE偏波の反射光も、十分に抑えられていることが確認できる。   As shown in FIG. 7A, in the second wavelength filter 300, a plurality of peaks can be confirmed as the transmitted light of the TE-polarized light in the basic mode. Then, it is confirmed that the peaks of these transmitted lights are sharply suppressed with the splitting being remarkably suppressed particularly at the central peak. It can also be confirmed that the reflected light of the TE mode polarized light in the basic mode is sufficiently suppressed.

一方、図7(B)に示すように、比較用波長フィルタでは、基本モードのTE偏波の透過光のピークに分裂が生じている。また、基本モードのTE偏波の反射光の強度にも、大きなピークが確認される。   On the other hand, as shown in FIG. 7B, in the comparative wavelength filter, splitting occurs in the peak of the transmitted light of the TE-polarized light in the fundamental mode. Also, a large peak is confirmed in the intensity of the reflected light of the TE polarized light in the fundamental mode.

この結果より、サブ空孔90を形成することによって、出力される透過光の波長ピークの分裂が抑えられることが確認された。   From this result, it was confirmed that the splitting of the wavelength peak of the transmitted light to be output can be suppressed by forming the sub-hole 90.

(第3の波長フィルタ)
図8を参照して、上述した光導波路素子100(図1参照)を利用した第3の波長フィルタについて説明する。図8は、第3の波長フィルタを示す概略的平面図である。なお、図8では、光導波路コアのみを示してあり、クラッド、支持基板及び電極を省略している。また、光導波路素子100、第1の波長フィルタ200及び第2の波長フィルタ300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。
(Third wavelength filter)
With reference to FIG. 8, the 3rd wavelength filter using the optical waveguide element 100 (refer FIG. 1) mentioned above is demonstrated. FIG. 8 is a schematic plan view showing a third wavelength filter. In FIG. 8, only the optical waveguide core is shown, and the cladding, the support substrate, and the electrodes are omitted. In addition, the same reference numerals are given to components common to the optical waveguide device 100, the first wavelength filter 200, and the second wavelength filter 300, and description thereof is omitted.

第3の波長フィルタ400は、上述した第2の波長フィルタ300に、出力導波路コア70を追加して構成されている。また、光導波路コア30は、第2の波長フィルタ300の光導波路コア30(図5参照)に追加して、入力側テーパ部232と最端に配置されたモード変換部31(ここでは第1モード変換部31−1)との間に、これら入力側テーパ部232及び第1モード変換部31−1と直列に接続された多モード導波路部34を含んでいる。なお、出力導波路コア70及び多モード導波路部34は、上述した第1の波長フィルタ200と同様である。   The third wavelength filter 400 is configured by adding an output waveguide core 70 to the second wavelength filter 300 described above. Further, the optical waveguide core 30 is added to the optical waveguide core 30 (see FIG. 5) of the second wavelength filter 300, and the input side taper portion 232 and the mode conversion portion 31 (here, the first wavelength conversion portion 31). A multimode waveguide section 34 connected in series with the input side taper section 232 and the first mode conversion section 31-1 is included between the mode conversion section 31-1). The output waveguide core 70 and the multimode waveguide section 34 are the same as the first wavelength filter 200 described above.

第1モード変換部31−1の、多モード導波路部34側の一端31aに隣接して形成された第1補償部131aは、多モード導波路部34の一部として形成されている。従って、多モード導波路部34の、第1モード変換部31−1側の端付近には、サブ空孔90が形成されている。そして、多モード導波路部34のサブ空孔90が形成された領域が、第1補償部131aとして機能する。   The first compensation unit 131a formed adjacent to the one end 31a of the first mode conversion unit 31-1 on the multimode waveguide unit 34 side is formed as a part of the multimode waveguide unit 34. Accordingly, a sub-hole 90 is formed near the end of the multimode waveguide section 34 on the first mode conversion section 31-1 side. The region where the sub-hole 90 of the multimode waveguide portion 34 is formed functions as the first compensation portion 131a.

第3の波長フィルタ400では、基本モードの光信号が、光導波路コア30の入力部231に入力され、入力側テーパ部232及び多モード導波路部34を経て第1モード変換部31−1に送られる。   In the third wavelength filter 400, the fundamental mode optical signal is input to the input unit 231 of the optical waveguide core 30, passes through the input side taper unit 232 and the multimode waveguide unit 34, and then enters the first mode conversion unit 31-1. Sent.

第1モード変換部31−1を透過する基本モードのTE偏波、及び第2モード変換部31−2のフォトニック結晶で偏波変換されつつ反射され、さらに第1モード変換部31−1で偏波変換されつつ反射される基本モードのTE偏波のうち、キャビティ部234の長さに応じて位相が整合する波長の光が、出力部237から出力される。   The first mode conversion unit 31-1 reflects the fundamental mode TE polarized light that is transmitted through the first mode conversion unit 31-1, and the second mode conversion unit 31-2 while undergoing polarization conversion, and is further reflected by the first mode conversion unit 31-1. Of the fundamental mode TE polarized light that is reflected while being subjected to polarization conversion, light having a wavelength whose phase is matched according to the length of the cavity 234 is output from the output unit 237.

一方、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2のフォトニック結晶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偏波のうち、キャビティ部234の長さに応じて位相が整合する波長の光が、多モード導波路部34に入力される。   On the other hand, according to the length of the cavity part 234 among TE polarized waves of the first mode reflected while being mode-converted by the photonic crystals of the first mode conversion part 31-1 and the second mode conversion part 31-2. Light having a wavelength whose phase is matched is input to the multimode waveguide section 34.

多モード導波路部34を伝播する1次モードのTE偏波は、結合領域80において、基本モードに変換されつつ、出力導波路コア70の結合部71へ移行する。結合部71へ移行した基本モードのTE偏波は、第2出力部72から出力される。   The primary mode TE polarized wave propagating through the multimode waveguide section 34 is converted into the fundamental mode in the coupling region 80 and is transferred to the coupling section 71 of the output waveguide core 70. The basic mode TE polarized wave transferred to the coupling unit 71 is output from the second output unit 72.

このように、第3の波長フィルタ400は、特定の波長とその他の波長とを分離し、経路を切り替えて取り出す波長フィルタとして使用することができる。そして、第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2においてフォトニック結晶を利用することによって、高い回折効率で特定の波長の光を反射させることができる。従って、高効率に波長分離及び経路切替を行うことができる。   As described above, the third wavelength filter 400 can be used as a wavelength filter that separates a specific wavelength from other wavelengths and switches and extracts the path. And the light of a specific wavelength can be reflected with high diffraction efficiency by utilizing a photonic crystal in the 1st mode conversion part 31-1 and the 2nd mode conversion part 31-2. Therefore, wavelength separation and path switching can be performed with high efficiency.

なお、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(第1モード変換部31−1及び第2モード変換部31−2)と1つのキャビティ部234を含む構成について説明した。しかし、第2の波長フィルタ350と同様に、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31とn−1個のキャビティ部234とを含む構成とすることもできる(図6参照)。   In this embodiment, the configuration in which the optical waveguide core 30 includes two mode conversion units (the first mode conversion unit 31-1 and the second mode conversion unit 31-2) and one cavity unit 234 has been described. . However, similarly to the second wavelength filter 350, the optical waveguide core 30 may include n (n is an integer of 2 or more) mode conversion units 31 and n−1 cavity units 234. Yes (see FIG. 6).

(製造方法)
上述した光導波路素子100、第1の波長フィルタ200、第2の波長フィルタ300及び第3の波長フィルタ400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、一例として光導波路素子100の製造方法について説明する。
(Production method)
The optical waveguide device 100, the first wavelength filter 200, the second wavelength filter 300, and the third wavelength filter 400 described above can be easily manufactured by using, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate. . Hereinafter, a method for manufacturing the optical waveguide device 100 will be described as an example.

すなわち、まず、支持基板層、SiO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SiO層が積層され、さらにSiO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、例えば化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法を用いて、SiO層上に、SiOを、光導波路コア30を被覆して形成する。その結果、SiOのクラッド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、光導波路素子100を製造することができる。なお、第1の波長フィルタ200及び第3の波長フィルタ400を製造する場合には、Si層をパターニングして光導波路コア30を形成する工程において、同時に出力導波路コア70を形成することができる。 That is, first, an SOI substrate is prepared in which a support substrate layer, a SiO 2 layer, and a Si layer are sequentially stacked. Next, the optical waveguide core 30 is formed by patterning the Si layer using, for example, an etching technique. As a result, it is possible to obtain a structure in which the SiO 2 layer is laminated on the support substrate layer as the support substrate 10 and the optical waveguide core 30 is formed on the SiO 2 layer. Next, SiO 2 is formed to cover the optical waveguide core 30 on the SiO 2 layer by using, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method. As a result, the optical waveguide core 30 is encompassed by the SiO 2 cladding 20. Next, the electrode 40 can be formed on the clad 20 to manufacture the optical waveguide device 100. In the case where the first wavelength filter 200 and the third wavelength filter 400 are manufactured, the output waveguide core 70 can be formed at the same time in the step of forming the optical waveguide core 30 by patterning the Si layer. .

10:支持基板
20:クラッド
30:光導波路コア
31:モード変換部
32、231:入力部
33、232:入力側テーパ部
34:多モード導波路部
35、236:出力側テーパ部
36、237:出力部
40:電極
51、52:空孔
61:第1空孔群
62:第2空孔群
70:出力導波路コア
71:結合部
72:第2出力部
80:結合領域
90:サブ空孔
100:光導波路素子
131a:第1補償部
131b:第2補償部
200:第1の波長フィルタ
234:キャビティ部
300:第2の波長フィルタ
350:変形例に係る第2の波長フィルタ
400:第3の波長フィルタ
10: Support substrate 20: Cladding 30: Optical waveguide core 31: Mode conversion section 32, 231: Input section 33, 232: Input side taper section 34: Multimode waveguide section 35, 236: Output side taper section 36, 237: Output part 40: Electrode 51, 52: Hole 61: First hole group 62: Second hole group 70: Output waveguide core 71: Coupling part 72: Second output part 80: Coupling region 90: Sub-hole 100: Optical waveguide element 131a: First compensation unit 131b: Second compensation unit 200: First wavelength filter 234: Cavity unit 300: Second wavelength filter 350: Second wavelength filter 400 according to the modification: Third Wavelength filter

Claims (10)

第1仮想線分、及び前記第1仮想線分と平行な第2仮想線分に沿い、かつ前記第1仮想線分及び前記第2仮想線分と重なる位置に設けられた光導波路コアと、
前記光導波路コアを包含するクラッドと
を備え、
前記光導波路コアは、前記第1仮想線分及び前記第2仮想線分に沿って直列に接続された
モード変換部と、
前記モード変換部の一端に隣接して形成された第1補償部と、
前記モード変換部の他端に隣接して形成された第2補償部と
を含み、
前記モード変換部には、前記第1仮想線分と重なる位置に配列して周期的に形成された複数の空孔を含む第1空孔群、及び前記第2仮想線分と重なる位置に配列して、前記第1空孔群と同一周期で形成された複数の空孔を含む第2空孔群を含む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、前記第1空孔群に含まれる空孔及び前記第2空孔群に含まれる空孔の周期をΛ、基本モードに対する等価屈折率をn、q(qはq>0の整数)次モードに対する等価屈折率をnとして、2π/Λ=2π(n+n)/λを満たし、
前記第1補償部及び前記第2補償部には、それぞれ1又は複数のサブ空孔が形成されており、前記第1補償部及び前記第2補償部は、前記特定の波長λの基本モードの光を基本モードのまま反射する
ことを特徴とする光導波路素子。
An optical waveguide core provided along a first imaginary line segment and a second imaginary line segment parallel to the first imaginary line segment and overlapping the first imaginary line segment and the second imaginary line segment;
A clad including the optical waveguide core,
The optical waveguide core includes a mode converter connected in series along the first imaginary line segment and the second imaginary line segment;
A first compensation unit formed adjacent to one end of the mode conversion unit;
A second compensator formed adjacent to the other end of the mode converter,
In the mode conversion unit, a first hole group including a plurality of holes periodically formed in a position overlapping with the first virtual line segment, and a position overlapping with the second virtual line segment A photonic crystal including a second hole group including a plurality of holes formed at the same period as the first hole group is formed,
For the specific wavelength λ, the photonic crystal has a period of holes included in the first hole group and a hole included in the second hole group as Λ, and an equivalent refractive index for the fundamental mode as n 0. , Q (q is an integer of q> 0) where n q is the equivalent refractive index for the mode, and 2π / Λ = 2π (n 0 + n q ) / λ is satisfied,
Each of the first compensation unit and the second compensation unit is formed with one or a plurality of sub-holes, and the first compensation unit and the second compensation unit have a fundamental mode of the specific wavelength λ. An optical waveguide device that reflects light in a fundamental mode.
前記第1空孔群及び前記第2空孔群に含まれる空孔はそれぞれ固有の直径を持ち、該直径には、少なくとも2以上の値がある
ことを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
2. The light guide according to claim 1, wherein each of the holes included in the first hole group and the second hole group has a unique diameter, and the diameter has a value of at least 2 or more. Waveguide element.
前記第1空孔群に含まれる空孔及び前記第2空孔群に含まれる空孔は、前記モード変換部の上面から該モード変換部の厚さ方向の中途まで、該モード変換部を掘り込んで形成されている
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 holes included in the first hole group and the holes included in the second hole group excavate the mode conversion unit from the upper surface of the mode conversion unit to the middle of the mode conversion unit in the thickness direction. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide device is formed by being embedded.
前記クラッドを介して前記モード変換部を被覆する位置に、前記モード変換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光導波路素子。
4. The light guide according to claim 1, wherein an electrode for applying heat to the mode conversion unit is formed at a position covering the mode conversion unit via the clad. Waveguide element.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の光導波路素子と、結合部を含む出力導波路コアとを備え、
前記光導波路コアは、前記モード変換部と直列に接続され、基本モード及びq次モードの光を伝播させる多モード導波路部をさらに含み、
前記第1補償部は、前記多モード導波路部の一部として形成されており、
前記クラッドは、前記光導波路コア及び前記出力導波路コアを包含し、
前記多モード導波路部と前記結合部とが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域が設定されており、
前記結合領域では、前記多モード導波路部を伝播するq次モードの光と、前記結合部を伝播するr(rはr≧0の整数)次モードの光とが結合される
ことを特徴とする波長フィルタ。
The optical waveguide device according to any one of claims 1 to 4, and an output waveguide core including a coupling portion,
The optical waveguide core further includes a multimode waveguide unit connected in series with the mode conversion unit and propagating light of a fundamental mode and a q-order mode,
The first compensation unit is formed as a part of the multimode waveguide unit,
The cladding includes the optical waveguide core and the output waveguide core;
A coupling region is set in which the multimode waveguide part and the coupling part are spaced apart from each other and arranged side by side.
In the coupling region, q-order mode light propagating through the multimode waveguide section and r (r is an integer of r ≧ 0) order mode light propagating through the coupling section are coupled. Wavelength filter to be used.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の光導波路素子を備え、
前記光導波路コアは、前記第1仮想線分及び前記第2仮想線分に沿って直列に接続された
n個(nは2以上の整数)の前記モード変換部並びに前記第1補償部及び前記第2補償部と、
n−1個のキャビティ部と
を含み、
前記モード変換部と前記キャビティ部とは、交互に接続されており、
前記キャビティ部を挟んで隣り合う前記モード変換部間に存在する前記第1補償部及び前記第2補償部は、隣り合う前記モード変換部間に挟まれた前記キャビティ部の一部として形成されており、
前記キャビティ部は、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長の基本モードの光の位相を整合させる
ことを特徴とする波長フィルタ。
Comprising the optical waveguide device according to any one of claims 1 to 4,
The optical waveguide core includes n (n is an integer of 2 or more) mode conversion units, the first compensation units, and the series connected in series along the first virtual line segment and the second virtual line segment. A second compensation unit;
n-1 cavity portions,
The mode conversion section and the cavity section are connected alternately,
The first compensation unit and the second compensation unit that exist between the mode conversion units adjacent to each other with the cavity unit interposed therebetween are formed as part of the cavity unit sandwiched between the mode conversion units adjacent to each other. And
The wavelength filter, wherein the cavity portion matches the phase of light of a fundamental mode having a specific wavelength that propagates through the cavity portion.
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の一端に隣接する前記第1補償部に、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、一端から前記第1補償部側の他端へ、連続的に幅が拡大し、
前記入力側テーパ部の一端は、基本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6に記載の波長フィルタ。
The optical waveguide core further includes an input side taper portion connected in series to the first compensation portion adjacent to one end of the mode conversion portion disposed at the outermost end,
The input side taper portion continuously increases in width from one end to the other end on the first compensation portion side,
The wavelength filter according to claim 6, wherein one end of the input side taper portion is set to a width corresponding to a fundamental mode.
結合部を含む出力導波路コアをさらに備え、
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、基本モード及びq次モードの光を伝播させる多モード導波路部をさらに含み、
前記最端に配置されたモード変換部の、前記多モード導波路部側の一端に隣接して形成された第1補償部は、前記多モード導波路部の一部として形成されており、
前記クラッドは、前記光導波路コア及び前記出力導波路コアを包含し、
前記多モード導波路部と前記結合部とが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域が設定されており、
前記結合領域では、前記多モード導波路部を伝播するq次モードの光と、前記結合部を伝播するr(rはr≧0の整数)次モードの光とが結合される
ことを特徴とする請求項6に記載の波長フィルタ。
Further comprising an output waveguide core including a coupling portion;
The optical waveguide core further includes a multimode waveguide unit that is connected in series to the mode conversion unit disposed at the outermost end and propagates light of a fundamental mode and a q-order mode,
The first compensation unit formed adjacent to one end of the mode conversion unit disposed at the outermost end on the multimode waveguide unit side is formed as a part of the multimode waveguide unit,
The cladding includes the optical waveguide core and the output waveguide core;
A coupling region is set in which the multimode waveguide part and the coupling part are spaced apart from each other and arranged side by side.
In the coupling region, q-order mode light propagating through the multimode waveguide section and r (r is an integer of r ≧ 0) order mode light propagating through the coupling section are coupled. The wavelength filter according to claim 6.
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6〜8のいずれか一項に記載の波長フィルタ。
The wavelength filter according to any one of claims 6 to 8, wherein an electrode for applying heat to the cavity portion is formed at a position covering the cavity portion via the clad.
前記サブ空孔と最も近接する前記モード変換部の前記空孔との長さ方向に沿った中心間距離が、前記第1空孔群に含まれる空孔及び前記第2空孔群に含まれる空孔の周期の5/8周期に相当する長さである
ことを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載の波長フィルタ。
The center-to-center distance along the length direction of the mode conversion portion closest to the sub-hole is included in the holes included in the first hole group and the second hole group. The wavelength filter according to any one of claims 6 to 9, wherein the wavelength filter has a length corresponding to 5/8 period of a hole period.
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