JP6476265B1 - Optical waveguide device - Google Patents

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Abstract

【課題】偏波変換効率が高い、グレーティング型の光導波路素子を提供する。
【解決手段】支持基板と、光導波路コアと、クラッドとを備えて構成される。光導波路コアは、シリコンを材料として形成されていて、厚さが200nmより大きく300nmより小さい。クラッドは、支持基板上に設けられ、光導波路コアを包含する。光導波路コアは、リブ導波路部と、テラス導波路部とを備えている。リブ導波路部には、グレーティングが形成されている。また、テラス導波路部は、リブ導波路部よりも小さい厚さで、かつ、リブ導波路部の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれリブ導波路部と一体に形成されている。この光導波路素子は、k次モード(kは0以上の整数)の、TE偏波及びTM偏波のいずれか一方の偏波を、h次モード(hは0以上の整数)の他方の偏波に変換してブラッグ反射させ、かつ、p次モード(pはhとは異なる0以上の整数)の他方の偏波を透過させる。
【選択図】図1
A grating-type optical waveguide device having high polarization conversion efficiency is provided.
A support substrate, an optical waveguide core, and a clad are provided. The optical waveguide core is formed using silicon as a material, and has a thickness larger than 200 nm and smaller than 300 nm. The clad is provided on the support substrate and includes the optical waveguide core. The optical waveguide core includes a rib waveguide portion and a terrace waveguide portion. A grating is formed in the rib waveguide portion. Further, the terrace waveguide portion is formed integrally with the rib waveguide portion on each side surface along the light propagation direction of the rib waveguide portion, with a thickness smaller than that of the rib waveguide portion. This optical waveguide element has a polarization of one of TE polarization and TM polarization in the k-order mode (k is an integer of 0 or more) and the other polarization of the h-order mode (h is an integer of 0 or more). It is converted into a wave and Bragg-reflected, and the other polarization of the p-order mode (p is an integer of 0 or more different from h) is transmitted.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、光導波路素子、例えば、偏波無依存性が要求される波長多重又は波長分離に用いられる光導波路素子に関する。   The present invention relates to an optical waveguide device, for example, an optical waveguide device used for wavelength multiplexing or wavelength separation that requires polarization independence.

近年、加入者系光アクセスシステムとして、受動光ネットワーク(PON:Passive Optcial Network)が主流となっている。PONでは、1つの局側装置(OLT:Optical Line Terminal)と複数の加入者側装置(ONU:Optical Network Unit)が、光ファイバ及びスターカプラを介して接続されていて、1つのOLTを複数のONUが共有する。PONでは、OLTからONUへ向けた下り通信とONUからOLTに向けた上り通信とが相互に干渉し合わないように、下り通信に使われる光信号波長と上り通信に使われる光信号波長とを違えている。   In recent years, passive optical networks (PONs) have become mainstream as subscriber optical access systems. In the PON, one station side device (OLT: Optical Line Terminal) and a plurality of subscriber side devices (ONU: Optical Network Unit) are connected via an optical fiber and a star coupler, and one OLT is connected to a plurality of OLTs. Shared by ONU. In PON, the optical signal wavelength used for downlink communication and the optical signal wavelength used for uplink communication are set so that downlink communication from OLT to ONU and uplink communication from ONU to OLT do not interfere with each other. It is wrong.

従って、下り通信と上り通信のそれぞれに使われる互いに波長の異なる光信号を分波し、かつ合波するために合分波素子が必要である。一般に、OLTやONUは、波長の異なる光信号を送受信する機能を実現させるために、合分波素子としての光波長フィルタ、フォトダイオード(PD:Photodiode)、レーザーダイオード(LD:Laser Diode)を空間結合して構成される。   Therefore, a multiplexing / demultiplexing element is required to demultiplex and multiplex optical signals having different wavelengths used for downlink communication and uplink communication. In general, an OLT or an ONU has an optical wavelength filter, a photodiode (PD: Photodiode), or a laser diode (LD: Laser Diode) as a multiplexing / demultiplexing element in order to realize a function of transmitting and receiving optical signals having different wavelengths. Composed and configured.

空間結合させるためには、光波長フィルタ、PD、LD間で光軸を合わせるためのアライメント作業が必要となる。これに対し、この光軸合わせのための作業を不要とするため、導波路を利用して構成される光波長フィルタが開発されている。また、この光波長フィルタを形成するに当たり、小型化と量産性に優れることから、シリコン系素材を導波路材料として用いるシリコン(Si)導波路が注目されている(例えば、特許文献1〜5参照)。   In order to perform spatial coupling, an alignment operation for aligning the optical axis between the optical wavelength filter, PD, and LD is required. On the other hand, in order to eliminate the work for aligning the optical axis, an optical wavelength filter configured using a waveguide has been developed. Further, in forming this optical wavelength filter, silicon (Si) waveguide using a silicon-based material as a waveguide material has attracted attention because it is excellent in miniaturization and mass productivity (see, for example, Patent Documents 1 to 5). ).

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PONでは、ONUごとに異なる受信波長が割り当てられる。OLT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 PON using a wavelength division multiplexing (WDM) system, a different reception wavelength is assigned to each ONU. The OLT generates a downstream optical signal to each ONU at a transmission wavelength corresponding to the reception wavelength of the transmission 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6〜8参照)や、グレーティング型(例えば特許文献9参照)又は方向性結合器型(例えば特許文献10参照)の波長フィルタがある。これらの波長フィルタは、出力波長を可変にでき、素子構造が簡単であるため使いやすいという利点がある。   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. Moreover, as a wavelength filter using a Si waveguide, a ring resonator (see, for example, Patent Documents 6 to 8), a grating type (for example, see Patent Document 9) or a directional coupler type (for example, see Patent Document 10) wavelength filter. There is. These wavelength filters have the advantage of being easy to use because the output wavelength can be made variable and the element structure is simple.

この中で、リング共振器は、シャープな複数の、いわゆる他峰性の波長ピークが得られるので、この種の素子の中で多く使用されている。グレーティング型や方向性結合器型の素子は、単一波長の、いわゆる単峰性の波長ピークが得られる。   Among them, ring resonators are often used in this type of device because a plurality of sharp, so-called bimodal wavelength peaks can be obtained. A grating-type or directional coupler-type element can obtain a so-called unimodal wavelength peak having a single wavelength.

米国特許第4,860,294号明細書U.S. Pat. No. 4,860,294 米国特許第5,764,826号明細書US Pat. No. 5,764,826 米国特許第5,960,135号明細書US Pat. No. 5,960,135 米国特許第7,072,541号明細書US Pat. No. 7,072,541 特開平08−163028号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-163028 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

光通信では、信号光が光ファイバ中の長距離を伝播するために、偏波状態が不特定になる。このため、光通信で使用する、波長多重又は波長分離を行う波長フィルタには偏波無依存性が要求される。   In optical communication, since the signal light propagates a long distance in the optical fiber, the polarization state becomes unspecified. For this reason, a wavelength filter that performs wavelength multiplexing or wavelength separation used in optical communication is required to be polarization independent.

上述した波長フィルタの中で、偏波変換を行うグレーティング型の素子を用いると、偏波無依存性が実現される。   When a grating type element that performs polarization conversion is used in the wavelength filter described above, polarization independence is realized.

しかしながら、グレーティング型の素子における、偏波変換の効率は一般には低い。   However, the efficiency of polarization conversion in a grating type element is generally low.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、偏波変換効率が高い、グレーティング型の光導波路素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a grating-type optical waveguide element having high polarization conversion efficiency.

上述した目的を達成するために、この発明の光導波路素子は、支持基板と、光導波路コアと、クラッドとを備えて構成される。光導波路コアは、シリコンを材料として形成されている。クラッドは、支持基板上に設けられ、光導波路コアを包含する。   In order to achieve the above-described object, the optical waveguide device of the present invention includes a support substrate, an optical waveguide core, and a cladding. The optical waveguide core is made of silicon. The clad is provided on the support substrate and includes the optical waveguide core.

光導波路コアは、リブ導波路部と、テラス導波路部とを備えている。リブ導波路部には、グレーティングが形成されている。また、テラス導波路部は、リブ導波路部よりも小さい厚さで、かつ、リブ導波路部の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれリブ導波路部と一体に形成されている。ここで、リブ導波路の、当該リブ導波路部の下側に設けられたクラッドとの接触面から、当該リブ導波路部の上側に設けられたクラッドとの接触面までの距離である、リブ導波路部の厚さは200nmより大きく300nmより小さい。 The optical waveguide core includes a rib waveguide portion and a terrace waveguide portion. A grating is formed in the rib waveguide portion. Further, the terrace waveguide portion is formed integrally with the rib waveguide portion on each side surface along the light propagation direction of the rib waveguide portion, with a thickness smaller than that of the rib waveguide portion. Here, the rib is the distance from the contact surface of the rib waveguide with the cladding provided on the lower side of the rib waveguide portion to the contact surface with the cladding provided on the upper side of the rib waveguide portion. The thickness of the waveguide portion is larger than 200 nm and smaller than 300 nm.

この光導波路素子は、k次モード(kは0以上の整数)の、TE(Transverse Electoric)偏波及びTM(Transverse Maganetic)偏波のいずれか一方の偏波を、h次モード(hは0以上の整数)の他方の偏波に変換してブラッグ反射させ、かつ、p次モード(pはhとは異なる0以上の整数)の他方の偏波を透過させる。   This optical waveguide element has a polarization of one of a TE (Transverse Electric) polarization and a TM (Transverse Magnetic) polarization in the k-order mode (k is an integer of 0 or more), and the h-order mode (h is 0). It is converted into the other polarization of the above integer) and Bragg reflected, and the other polarization of the p-order mode (p is an integer of 0 or more different from h) is transmitted.

上述した光導波路素子の実施にあたり、好ましくは、グレーティングが、k次モードのTE偏波とh次モードのTM偏波との回折波長をλ 、回折波長λ でのk次モードのTE偏波の等価屈折率をN TEk (λ )、回折波長λ でのh次モードのTM偏波の等価屈折率をN TMh (λ )、グレーティング周期をΛとしたとき、(N TEk (λ )+N TMh (λ ))Λ=λ を満足する設計で形成されて、k次モードのTE偏波を、h次モードのTM偏波に変換してブラッグ反射させ、かつ、p次モードのTM偏波を透過させる。また、リブ導波路部の厚さ及び幅は、k次モードのTE偏波の、h次モードのTM偏波への回折波長λ が、h次モードのTM偏波のp次モードのTM偏波への回折波長λ よりも長波長となる設計で形成される。 In implementing the above-mentioned optical waveguide element, preferably, grating, the diffraction wavelength of the TE polarization and the TM polarization of the h-th order mode of k-order mode lambda 0, TE polarization of k-th order mode in the diffracted wavelength lambda 0 When the equivalent refractive index of the wave is N TEk 0 ), the equivalent refractive index of the TM polarization of the h-order mode at the diffraction wavelength λ 0 is N TMh 0 ), and the grating period is Λ, (N TEk ( λ 0 ) + N TMh 0 )) Λ = λ 0 is formed, and the TE polarization of the kth mode is converted to the TM polarization of the hth mode and Bragg reflected, and p The TM polarization of the next mode is transmitted. Also, the thickness and width of the rib waveguide portion are such that the diffraction wavelength λ 0 of the TE polarization of the k-order mode to the TM polarization of the h-order mode is the TM of the p-order mode of the TM polarization of the h-order mode. It is formed with a design having a wavelength longer than the diffraction wavelength λ 1 to the polarization .

また、他の好適例によれば、グレーティングが、k次モードのTM偏波とh次モードのTE偏波との回折波長をλFurther, according to another preferred embodiment, the grating has a diffraction wavelength of TM polarization of k-order mode and TE polarization of h-order mode as λ. 0 、回折波長λ, Diffraction wavelength λ 0 でのk次モードのTM偏波の等価屈折率をNThe equivalent refractive index of the TM polarization of the k-order mode at N TMkTMk (λ 0 )、回折波長λ), Diffraction wavelength λ 0 でのh次モードのTE偏波の等価屈折率をNThe equivalent refractive index of the TE polarized wave of the h-order mode at N TEhTEh (λ 0 )、グレーティング周期をΛとしたとき、(N), When the grating period is Λ, (N TMkTMk (λ 0 )+N) + N TEhTEh (λ 0 ))Λ=λ)) Λ = λ 0 を満足する設計で形成されて、k次モードのTM偏波を、h次モードのTE偏波に変換してブラッグ反射させ、かつ、p次モードのTE偏波を透過させる。また、リブ導波路部の厚さ及び幅は、k次モードのTM偏波の、h次モードのTE偏波への回折波長λThe TM polarization of the kth mode is converted into the TE polarization of the hth mode and Bragg reflected, and the TE polarization of the pth mode is transmitted. Further, the thickness and width of the rib waveguide portion are determined by the diffraction wavelength λ from TM polarization of k-order mode to TE polarization of h-order mode. 0 が、h次モードのTE偏波のp次モードのTE偏波への回折波長λIs the diffraction wavelength λ from the TE polarization of the h-order mode to the TE polarization of the p-order mode 1 よりも長波長となる設計で形成される。It is formed with a design having a longer wavelength.

この発明の光導波路素子によれば、光導波路コアがリブ導波路部並びにテラス導波路部を含むことによって、光導波路コアを伝播する光の電界分布は厚さ方向で偏心し、上下で非対称となる。この結果、光導波路コアに形成されたグレーティングにおいて、入力される一方の偏波を他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力される他方の偏波を透過させることができる。従って、出力される光をTE偏波又はTM偏波のいずれかに揃えることができる。   According to the optical waveguide element of the present invention, since the optical waveguide core includes the rib waveguide portion and the terrace waveguide portion, the electric field distribution of the light propagating through the optical waveguide core is decentered in the thickness direction and is asymmetrical in the vertical direction. Become. As a result, in the grating formed on the optical waveguide core, it is possible to convert one of the input polarized waves into the other polarized wave, perform Bragg reflection, and transmit the other input polarized wave. Therefore, the output light can be aligned with either TE polarization or TM polarization.

また、後述するように、光導波路コアの厚さを200nmより大きく300nmより小さくすることで、TE偏波及びTM偏波間の結合係数を高くし、偏波変換効率を高めることができる。   Further, as will be described later, by making the thickness of the optical waveguide core larger than 200 nm and smaller than 300 nm, the coupling coefficient between the TE polarized wave and the TM polarized wave can be increased, and the polarization conversion efficiency can be increased.

光導波路素子を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an optical waveguide element. 光導波路素子に、基本モードのTE偏波を入力した場合における、透過光及び反射光の光強度を示す図である。It is a figure which shows the light intensity of the transmitted light and reflected light in case the TE polarized wave of a fundamental mode is input into the optical waveguide element. 結合係数(1/μm)及び所望の回折波長と不要の回折波長との波長差(μm)と、導波路厚(nm)との関係を示す図(1)である。It is a figure (1) which shows the relationship between a coupling coefficient (1 / micrometer), the wavelength difference (micrometer) of a desired diffraction wavelength, and an unnecessary diffraction wavelength, and waveguide thickness (nm). 結合係数(1/μm)及び所望の回折波長と不要の回折波長との波長差(μm)と、導波路厚(nm)との関係を示す図(2)である。FIG. 6 is a diagram (2) showing a relationship between a coupling coefficient (1 / μm), a wavelength difference (μm) between a desired diffraction wavelength and an unnecessary diffraction wavelength, and a waveguide thickness (nm). 結合係数(1/μm)及び所望の回折波長と不要の回折波長との波長差(μm)と、テラス全幅(nm)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a coupling coefficient (1 / micrometer), the wavelength difference (micrometer) of a desired diffraction wavelength, and an unnecessary diffraction wavelength, and the terrace full width (nm).

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.

(構成)
図1を参照して、この発明の光導波路素子の実施形態を説明する。図1は、光導波路素子を説明するための模式図である。図1(A)は、光導波路素子を示す概略平面図である。また、図1(B)は、図1(A)に示す構造体を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、後述する支持基板及びクラッドを省略して示してある。
(Constitution)
With reference to FIG. 1, an embodiment of the optical waveguide device of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an optical waveguide element. FIG. 1A is a schematic plan view showing an optical waveguide element. FIG. 1B is a schematic end view of the structure shown in FIG. In FIG. 1A, a support substrate and a clad described later are omitted.

なお、以下の説明では、各構成要素について、光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, for each component, the direction along the light propagation direction is the length direction. 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.

光導波路素子は、支持基板10とクラッド20と光導波路コア30とを備えて構成されている。   The optical waveguide element includes a support substrate 10, a clad 20, and an optical waveguide core 30.

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上に設けられている。クラッド20は、支持基板10の上面を被覆し、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、例えば酸化シリコン(SiO)を材料として形成されている。 The clad 20 is provided on the support substrate 10. The clad 20 covers the upper surface of the support substrate 10 and includes the optical waveguide core 30. The clad 20 is formed using, for example, silicon oxide (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シリコン(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、光の伝送路として機能し、光導波路コア30に入力された光は、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。   The optical waveguide core 30 is made of, for example, silicon (Si) having a higher refractive index than that of the clad 20. As a result, the optical waveguide core 30 functions as a light transmission path, and the light input to the optical waveguide core 30 propagates in the propagation direction according to the planar shape of the optical waveguide core 30.

ここで、光導波路コア30を伝播する光が支持基板10へ逃げるのを防止するために、光導波路コア30は、支持基板10から少なくとも1μm以上離間して形成されているのが好ましい。   Here, in order to prevent light propagating through the optical waveguide core 30 from escaping to the support substrate 10, the optical waveguide core 30 is preferably formed at least 1 μm apart from the support substrate 10.

光導波路コア30は、リブ導波路部32と、テラス導波路部38とを備えている。   The optical waveguide core 30 includes a rib waveguide portion 32 and a terrace waveguide portion 38.

リブ導波路部32には、グレーティングが形成されている。リブ導波路部32は、基部34と突出部36a及び36bとを一体的に含んで構成されている。基部34は、一定の幅で、光の伝播方向に沿って延在して形成されていて、いわゆるグレーティングを構成する。突出部36a及び36bは、基部34の両側面に、同じ周期Λで、周期的に複数形成されている。   A grating is formed in the rib waveguide portion 32. The rib waveguide portion 32 is configured to integrally include a base portion 34 and projecting portions 36a and 36b. The base portion 34 is formed with a certain width and extending along the light propagation direction, and constitutes a so-called grating. A plurality of protrusions 36 a and 36 b are periodically formed on both side surfaces of the base 34 with the same period Λ.

基部34の一方の側面に形成された突出部36aと、他方の側面に形成された突出部36bとが、半周期(すなわちΛ/2)ずらして配置されている。すなわち、長手方向のある位置について、一方の側面に突出部36aが配置されているとき、他方の側面に突出部36bが配置されておらず、一方の側面に突出部36aが配置されていないとき、他方の側面に突出部36bが配置されている。   The protruding portion 36a formed on one side surface of the base portion 34 and the protruding portion 36b formed on the other side surface are arranged so as to be shifted by a half cycle (ie, Λ / 2). That is, for a certain position in the longitudinal direction, when the projecting portion 36a is disposed on one side surface, the projecting portion 36b is not disposed on the other side surface, and when the projecting portion 36a is not disposed on one side surface. The protrusion 36b is disposed on the other side surface.

この場合には、光導波路コアを伝播する光の電界分布が幅方向で偏心する。この結果、TE偏波及びTM偏波の間でモード変換及び偏波変換が可能となる。グレーティングによる位相整合条件は、ブラッグ波長をλ、グレーティング周期をΛ、TE偏波のk次モード(kは0以上の整数)の等価屈折率をNTEk、TM偏波のh次モード(hは0以上の整数)の等価屈折率をNTMh、TM偏波のk次モードの等価屈折率をNTMk、TE偏波のh次モードの等価屈折率をNTEhとして、以下の式(1)又は式(2)で表すことができる。 In this case, the electric field distribution of light propagating through the optical waveguide core is decentered in the width direction. As a result, mode conversion and polarization conversion can be performed between the TE polarization and the TM polarization. The phase matching condition by the grating is that the Bragg wavelength is λ 0 , the grating period is Λ, the TE-polarized k-order mode (k is an integer of 0 or more) is equivalent to N TEk , and the TM-polarized h-order mode (h N TMh the equivalent refractive index of an integer of 0 or more), the equivalent refractive index of the k-th mode of the TM polarization N tMK, the equivalent refractive index of the h-th order mode of the TE polarization as N TEh, the following equation (1 ) Or formula (2).

(NTEk+NTMh)Λ=λ (1)
(NTMk+NTEh)Λ=λ (2)
上記式(1)又は式(2)を満足する設計にすれば、k次モード(kは0以上の整数)の、TE偏波及びTM偏波のいずれか一方の偏波を、h次モード(hは0以上の整数)の他方の偏波に変換してブラッグ反射させることができる。
(N TEk + N TMh ) Λ = λ 0 (1)
(N TMk + N TEh ) Λ = λ 0 (2)
If the design satisfies the above formula (1) or formula (2), the polarization of either the TE polarization or TM polarization of the k-order mode (k is an integer of 0 or more) is changed to the h-order mode. It can be converted into the other polarized wave (h is an integer of 0 or more) and Bragg reflected.

例えば、k=0及びh=0、すなわち、基本モードのTM偏波と、基本モードのTE偏波の間で偏波変換が行われる場合、p次モード(pはhとは異なる0以上の整数)の他方の偏波、例えば、1次モードのTE偏波は、この光導波路素子を透過する。   For example, when k = 0 and h = 0, that is, when polarization conversion is performed between a TM polarized wave in the fundamental mode and a TE polarized wave in the fundamental mode, the p-order mode (p is greater than or equal to 0 different from h) The other (integer) polarized wave, for example, the first mode TE polarized wave is transmitted through this optical waveguide element.

この光導波路素子では、リブ導波路部32の、基部34と、突出部36a及び36bとは、同じ厚さで形成されている。光の伝播方向に隣り合う突出部の間のグレーティング溝40の底部には、Siの部分がある。リブ導波路部32の基部34と突出部36a及び36bは、同じ厚さのSiで形成され、グレーティング溝40の部分は、リブ導波路部32の基部34と突出部36a及び36bより小さい厚さのSiで形成されている。   In this optical waveguide element, the base portion 34 and the protruding portions 36a and 36b of the rib waveguide portion 32 are formed with the same thickness. There is a Si portion at the bottom of the grating groove 40 between the protrusions adjacent in the light propagation direction. The base 34 and the protrusions 36a and 36b of the rib waveguide part 32 are formed of Si having the same thickness, and the portion of the grating groove 40 is smaller in thickness than the base 34 and the protrusions 36a and 36b of the rib waveguide part 32. Made of Si.

この結果、光導波路コアを伝播する光の電界分布は厚さ方向で偏心し、上下で非対称となる。これにより、TE偏波及びTM偏波の間での偏波変換が効率良く達成される。   As a result, the electric field distribution of the light propagating through the optical waveguide core is decentered in the thickness direction and becomes asymmetric in the vertical direction. Thereby, polarization conversion between the TE polarized wave and the TM polarized wave is efficiently achieved.

この光導波路素子では、さらに、リブ導波路部32の光伝播方向に沿った両側面に、テラス導波路部38が設けられている。テラス導波路部38は、グレーティング溝40のSiと同じ厚さで、グレーティング溝40のSiの部分を幅方向に延長して設けられている。すなわち、テラス導波路部38は、リブ導波路部32よりも小さい厚さで、かつ、リブ導波路部32の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれリブ導波路部32と一体に形成されている。   In this optical waveguide element, terrace waveguide portions 38 are further provided on both side surfaces of the rib waveguide portion 32 along the light propagation direction. The terrace waveguide portion 38 has the same thickness as Si of the grating groove 40 and is provided by extending the Si portion of the grating groove 40 in the width direction. That is, the terrace waveguide section 38 is formed integrally with the rib waveguide section 32 on both side surfaces along the light propagation direction of the rib waveguide section 32 with a thickness smaller than that of the rib waveguide section 32. ing.

後述するように、リブ導波路部32の基部34と突出部36a及び36bの厚さ(導波路厚)を200nmより大きく300nmより小さくし、さらにテラス導波路部38を設けることにより、TE偏波及びTM偏波間の結合係数を高くし、偏波変換効率を高めることができる。   As will be described later, the thickness (waveguide thickness) of the base portion 34 and the protrusions 36a and 36b of the rib waveguide portion 32 is set to be larger than 200 nm and smaller than 300 nm, and by providing a terrace waveguide portion 38, TE polarization In addition, the coupling coefficient between the TM polarized wave and the polarization conversion efficiency can be increased.

(製造方法)
この光導波路素子は、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、光導波路素子の製造方法の一例を説明する。
(Production method)
This optical waveguide device can be easily manufactured by using, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate. Hereinafter, an example of a method for manufacturing an optical waveguide device will be described.

先ず、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、例えばドライエッチングを2段階で行い、Si層をパターニングすることによって、厚みの大きいリブ導波路部の基部及び突出部と、厚みの小さいグレーティング溝の部分及びテラス導波路部を形成する。この結果、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。 First, an SOI substrate configured by sequentially laminating a support substrate layer, a SiO 2 layer, and a Si layer is prepared. Next, for example, dry etching is performed in two stages and the Si layer is patterned to form a base portion and a protruding portion of a rib waveguide portion having a large thickness, a grating groove portion and a terrace waveguide portion having a small thickness. 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.

次に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)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、クラッド20によって光導波路コア30が包含され、光導波路素子が得られる。 Next, SiO 2 is formed so as to cover the optical waveguide core 30 on the SiO 2 layer by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. As a result, the optical waveguide core 30 is included by the clad 20, and an optical waveguide element is obtained.

(特性評価)
図2〜図5を参照して、FDTD(Finite Differential Time Domain)を用いて行った、光導波路素子の特性を評価するシミュレーションを説明する。
(Characteristic evaluation)
With reference to FIGS. 2 to 5, a simulation for evaluating the characteristics of an optical waveguide element, which is performed using FDTD (Finite Differential Time Domain), will be described.

図2は、光導波路素子に、基本モードのTE偏波を入力した場合における、透過光及び反射光の光強度を示す図である。図2では、横軸に波長(nm)を取って示し、縦軸に光強度(dB)を取って示している。図2中、曲線Iは、透過光を示し、曲線IIは反射光を示している。   FIG. 2 is a diagram showing the light intensities of transmitted light and reflected light when the fundamental mode TE polarized wave is input to the optical waveguide element. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the wavelength (nm) and the vertical axis indicates the light intensity (dB). In FIG. 2, a curve I indicates transmitted light, and a curve II indicates reflected light.

ここで用いた光導波路素子は、リブ導波路部の基部及び突出部の厚さ(導波路厚)が300nm、リブ導波路部の基部の幅(以下、導波路幅)が550nmである。突出部の長さは125nmであり、グレーティング溝は、光導波路コアの上面から80nm彫り込んで形成している。すなわち、グレーティング溝の部分のSiの厚さは220nmである。グレーティング周期Λは300nmとし、光導波路素子の長さは100μmとしている。なお、このシミュレーションで用いた光導波路素子はテラス導波路部を備えていない。   In the optical waveguide element used here, the thickness of the base portion and the protruding portion of the rib waveguide portion (waveguide thickness) is 300 nm, and the width of the base portion of the rib waveguide portion (hereinafter referred to as waveguide width) is 550 nm. The length of the protruding portion is 125 nm, and the grating groove is formed by carving 80 nm from the upper surface of the optical waveguide core. That is, the thickness of Si in the grating groove portion is 220 nm. The grating period Λ is 300 nm, and the length of the optical waveguide element is 100 μm. Note that the optical waveguide element used in this simulation does not include a terrace waveguide section.

図2中、波長1500nm付近の反射ピーク及び透過ディップが、基本モードのTE偏波と基本モードのTM偏波の間の回折に対応する。この所望の回折の他に、波長1400nm付近に、不要な、波長ピーク及び透過ディップがみられる。これは、TE偏波の、基本モードと1次モードの間の回折に対応する。実用上は、所望の回折波長と、不要な回折波長とができるだけ離れていることが必要である。互いに影響を与えないためには、回折波長が50nm以上離れていることが好ましい。   In FIG. 2, the reflection peak and transmission dip near the wavelength of 1500 nm correspond to the diffraction between the fundamental mode TE polarized wave and the fundamental mode TM polarized wave. In addition to this desired diffraction, unnecessary wavelength peaks and transmission dip are observed near the wavelength of 1400 nm. This corresponds to the diffraction of the TE polarization between the fundamental mode and the first order mode. In practice, it is necessary that the desired diffraction wavelength and the unnecessary diffraction wavelength are as far apart as possible. In order not to affect each other, it is preferable that the diffraction wavelengths are separated by 50 nm or more.

基本モードのTE偏波と、基本モードのTM偏波との回折波長λは、以下の式(3)で与えられる。 The diffraction wavelength λ 0 between the fundamental mode TE polarized wave and the fundamental mode TM polarized wave is given by the following equation (3).

2π/Λ=2π[NTE0(λ)+NTM0(λ)]/λ (3)
一方、TE偏波の基本モードと1次モードの回折波長λは、以下の式(4)で与えられる。
2π / Λ = 2π [N TE00 ) + N TM00 )] / λ 0 (3)
On the other hand, the fundamental mode of TE polarization and the diffraction wavelength λ 1 of the first-order mode are given by the following equation (4).

2π/Λ=2π[NTE0(λ)+NTE1(λ)]/λ (4)
上記式(3)及び式(4)より、以下の式(5)が得られる。
2π / Λ = 2π [N TE01 ) + N TE11 )] / λ 1 (4)
From the above formulas (3) and (4), the following formula (5) is obtained.

λ−λ=[NTM0(λ)−NTE1(λ)](1−dNTE0(λ)/dλ) (5)
上記式(5)によれば、N(λ)−NTE1(λ)の符号により、不要な回折波長λが所望の回折波長λの短波長側にあるか長波長側にあるかが決定される。
λ 0 -λ 1 = [N TM0 (λ 0) -N TE1 (λ 1)] (1-dN TE0 (λ 0) / dλ) (5)
According to the above equation (5), an unnecessary diffraction wavelength λ 1 is on the short wavelength side of the desired diffraction wavelength λ 0 or a long wavelength depending on the sign of N T M 00 ) −N TE11 ). It is determined whether it is on the side.

導波路幅が広いほど、TE偏波に対する屈折率NTE1(λ)が大きくなる。これに対し、TM偏波に対する屈折率NTM0(λ)は、導波路幅による変化は小さい。従って、導波路幅が広くなるにつれて、不要な回折波長λが長くなり、所望の回折波長λに近づく。 The wider the waveguide width, the greater the refractive index N TE11 ) for TE polarized light. On the other hand, the refractive index N TM00 ) with respect to the TM polarized wave has a small change due to the waveguide width. Therefore, as the waveguide width becomes wider, the unnecessary diffraction wavelength λ 1 becomes longer and approaches the desired diffraction wavelength λ 0 .

一方、導波路の厚さが厚いほどTM偏波に対する屈折率NTM0(λ)が大きくなる。これに対し、TE偏波に対する屈折率NTE1(λ)は、導波路の厚さによる変化は小さい。従って、導波路の厚さが大きくなるにつれて、所望の回折波長λ が長くなり、不要な回折波長λ から離れる。 On the other hand, the refractive index N TM00 ) with respect to the TM polarization increases as the waveguide thickness increases. On the other hand, the refractive index N TE11 ) with respect to the TE polarized wave has a small change due to the thickness of the waveguide. Therefore, as the waveguide thickness increases, the desired diffraction wavelength λ 0 becomes longer and away from the unwanted diffraction wavelength λ 1 .

図3及び図4は、結合係数(1/μm)及び所望の回折波長と不要の回折波長との波長差(μm)と、導波路厚(nm)との関係を示す図である。   FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing the relationship between the coupling coefficient (1 / μm), the wavelength difference (μm) between a desired diffraction wavelength and an unnecessary diffraction wavelength, and the waveguide thickness (nm).

図3及び図4では、横軸に導波路の厚さ(nm)を取って示し、縦軸に結合係数(1/μm)及び所望の回折波長と不要の回折波長との波長差(μm)を取って示している。   3 and 4, the horizontal axis indicates the waveguide thickness (nm), the vertical axis indicates the coupling coefficient (1 / μm), and the wavelength difference (μm) between the desired diffraction wavelength and the unnecessary diffraction wavelength. Take and show.

図3では、曲線I、II及びIIIは、それぞれ、テラス幅(図1(A)参照)が0nm、25nm及び75nmのときの結合係数を示している。また、曲線IV、V及びVIは、それぞれ、テラス幅が0nm、25nm及び75nmのときの波長差を示している。ここでは、テラス全幅(図1(A)参照)を600nmとしている。従って、テラス幅が0nm、25nm及び75nmのときの導波路幅は、それぞれ、600nm、550nm及び450nmになる。   In FIG. 3, curves I, II, and III indicate coupling coefficients when the terrace width (see FIG. 1A) is 0 nm, 25 nm, and 75 nm, respectively. Curves IV, V and VI show the wavelength differences when the terrace width is 0 nm, 25 nm and 75 nm, respectively. Here, the entire terrace width (see FIG. 1A) is 600 nm. Therefore, the waveguide widths when the terrace width is 0 nm, 25 nm, and 75 nm are 600 nm, 550 nm, and 450 nm, respectively.

図3の曲線I、II及びIIIに示されるように、テラス幅が広いほど結合係数が大きくなる。テラス幅75nmのときの結合係数の最大値は、導波路の厚さが250nm程度のところに存在している。   As shown by curves I, II and III in FIG. 3, the coupling coefficient increases as the terrace width increases. The maximum value of the coupling coefficient when the terrace width is 75 nm exists where the waveguide thickness is about 250 nm.

また、図3の曲線IV、V及びVIに示されるように、導波路の厚さが大きくなるにつれて、所望の回折波長と不要の回折波長との波長差が大きくなる。   Also, as shown by curves IV, V and VI in FIG. 3, the wavelength difference between the desired diffraction wavelength and the unnecessary diffraction wavelength increases as the waveguide thickness increases.

図4では、曲線I及びIIは、それぞれ、テラス幅が0nm及び25nmのときの結合係数を示している。また、曲線III及びIVは、それぞれ、テラス幅が0nm及び25nmのときの波長差を示している。ここでは、テラス全幅を450nmとしている。従って、テラス幅が0nm及び25nmのときの導波路幅は、それぞれ、450nm及び400nmになる。   In FIG. 4, curves I and II indicate the coupling coefficients when the terrace width is 0 nm and 25 nm, respectively. Curves III and IV show the wavelength differences when the terrace width is 0 nm and 25 nm, respectively. Here, the total terrace width is 450 nm. Therefore, the waveguide widths when the terrace width is 0 nm and 25 nm are 450 nm and 400 nm, respectively.

図4においても、曲線I及びIIに示されるように、テラス導波路部を有する方が結合係数が大きくなる。テラス幅25nmのときの結合係数の最大値は、導波路の厚さが250nm程度のところに存在している。   Also in FIG. 4, as shown by the curves I and II, the coupling coefficient is larger when the terrace waveguide portion is provided. The maximum value of the coupling coefficient when the terrace width is 25 nm exists where the waveguide thickness is about 250 nm.

また、曲線III及びIVに示されるように、導波路の厚さが大きくなるにつれて、所望の回折波長と不要の回折波長との波長差が大きくなる。   Further, as shown by curves III and IV, as the waveguide thickness increases, the wavelength difference between the desired diffraction wavelength and the unnecessary diffraction wavelength increases.

図5は、結合係数(1/μm)及び所望の回折波長と不要の回折波長との波長差(μm)と、テラス全幅との関係を示す図である。図5では、横軸にテラス全幅(nm)を取って示し、縦軸に結合係数(1/μm)及び所望の回折波長と不要の回折波長との波長差(μm)を取って示している。   FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the coupling coefficient (1 / μm), the wavelength difference (μm) between a desired diffraction wavelength and an unnecessary diffraction wavelength, and the entire terrace width. In FIG. 5, the horizontal axis represents the entire terrace width (nm), and the vertical axis represents the coupling coefficient (1 / μm) and the wavelength difference (μm) between the desired diffraction wavelength and the unnecessary diffraction wavelength. .

図5では、曲線I及びIIは、それぞれ、結合係数及び波長差を示している。ここでは、導波路の厚さを300nmとし、導波路幅を550nmとしている。   In FIG. 5, curves I and II show the coupling coefficient and the wavelength difference, respectively. Here, the thickness of the waveguide is 300 nm, and the waveguide width is 550 nm.

テラス幅を大きくすると、結合係数は大きくなり、波長差は小さくなる。テラス全幅900nm(テラス幅175nm)のとき、結合係数は最大となるが、このときの波長差は0である。すなわち、所望の回折波長と不要な回折波長とが重なってしまう。さらに、テラス幅を広げると、結合係数は急激に低下する。   Increasing the terrace width increases the coupling coefficient and decreases the wavelength difference. When the total terrace width is 900 nm (terrace width 175 nm), the coupling coefficient becomes maximum, but the wavelength difference at this time is zero. That is, the desired diffraction wavelength and the unnecessary diffraction wavelength are overlapped. Furthermore, when the terrace width is increased, the coupling coefficient decreases rapidly.

図3〜図5に示されるように、導波路の厚さが、シングルモード条件を満たす、すなわち、200nmより大きく300nmより小さいとき、テラス導波路部を設けることで、結合係数が増大することが理解される。   As shown in FIGS. 3 to 5, when the thickness of the waveguide satisfies the single mode condition, that is, when it is larger than 200 nm and smaller than 300 nm, the coupling coefficient may be increased by providing the terrace waveguide portion. Understood.

導波路幅は、少なくとも450nm及び550nmで有効なことが確かめられているが、作成誤差を考慮すると550nmの方が有利である。また、導波路幅450nmの場合、導波路厚が250nmのとき結合係数が最大となる。   The waveguide width has been confirmed to be effective at least at 450 nm and 550 nm, but 550 nm is more advantageous in consideration of production errors. When the waveguide width is 450 nm, the coupling coefficient is maximized when the waveguide thickness is 250 nm.

図3及び図4に示す条件では、主要な回折波長が、不要な回折波長よりも長波長になっている。このため、導波路厚が250nmより小さくなると、波長差が小さくなり、また、導波路厚が250nmより大きくなると、波長差が大きくなる。また、結合係数は、導波路厚が250nmより大きくなると、減少傾向になる。従って、導波路厚は250nmを含む範囲、例えば、220nm〜260nmであるのがより好適である。   Under the conditions shown in FIGS. 3 and 4, the main diffraction wavelength is longer than the unnecessary diffraction wavelength. For this reason, when the waveguide thickness becomes smaller than 250 nm, the wavelength difference becomes smaller, and when the waveguide thickness becomes larger than 250 nm, the wavelength difference becomes larger. In addition, the coupling coefficient tends to decrease when the waveguide thickness is larger than 250 nm. Therefore, the waveguide thickness is more preferably in a range including 250 nm, for example, 220 nm to 260 nm.

この発明の光導波路素子によれば、光導波路コアがリブ導波路部並びにテラス導波路部を含むことによって、光導波路コアを伝播する光の電界分布は厚さ方向で偏心し、上下で非対称となる。この結果、光導波路コアに形成されたグレーティングにおいて、入力される一方の偏波を他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力される他方の偏波を透過させることができる。従って、出力される光をTE偏波又はTM偏波のいずれかに揃えることができる。   According to the optical waveguide element of the present invention, since the optical waveguide core includes the rib waveguide portion and the terrace waveguide portion, the electric field distribution of the light propagating through the optical waveguide core is decentered in the thickness direction and is asymmetrical in the vertical direction. Become. As a result, in the grating formed on the optical waveguide core, it is possible to convert one of the input polarized waves into the other polarized wave, perform Bragg reflection, and transmit the other input polarized wave. Therefore, the output light can be aligned with either TE polarization or TM polarization.

また、TE偏波及びTM偏波間の結合係数を高くし、偏波変換効率を高めることができる。   In addition, the coupling coefficient between the TE polarization and the TM polarization can be increased to increase the polarization conversion efficiency.

10 支持基板
20 クラッド
30 光導波路コア
32 リブ導波路部
34 基部
36a、36b 突出部
38 テラス導波路部
40 グレーティング溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Support substrate 20 Clad 30 Optical waveguide core 32 Rib waveguide part 34 Base part 36a, 36b Protrusion part 38 Terrace waveguide part 40 Grating groove

Claims (2)

支持基板と、
シリコンを材料として形成された光導波路コアと、
前記支持基板上に設けられ、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、
グレーティングが形成されたリブ導波路部と、
前記リブ導波路部よりも小さい厚さで、かつ、前記リブ導波路部の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれ前記リブ導波路部と一体に形成されたテラス導波路部と
を備え
リブ導波路の、当該リブ導波路部の下側に設けられた前記クラッドとの接触面から、当該リブ導波路部の上側に設けられた前記クラッドとの接触面までの距離である、当該リブ導波路部の厚さは200nmより大きく300nmより小さく、
(a)
前記グレーティングは、k次モード(kは0以上の整数)のTE偏波とh次モードのTM偏波との回折波長をλ 、回折波長λ でのk次モードのTE偏波の等価屈折率をN TEk (λ )、回折波長λ でのh次モード(hは0以上の整数)のTM偏波の等価屈折率をN TMh (λ )、グレーティング周期をΛとしたとき、(N TEk (λ )+N TMh (λ ))Λ=λ を満足する設計で形成されて、k次モードのTE偏波を、h次モードのTM偏波に変換してブラッグ反射させ、かつ、p次モード(pはhとは異なる0以上の整数)のTM偏波を透過させ、
前記リブ導波路部の厚さ及び幅は、前記k次モードのTE偏波の、前記h次モードのTM偏波への回折波長λ が、前記h次モードのTM偏波の前記p次モードのTM偏波への回折波長λ よりも長波長となる設計で形成され、
又は、
(b)
前記グレーティングは、k次モードのTM偏波とh次モードのTE偏波との回折波長をλ 、回折波長λ でのk次モードのTM偏波の等価屈折率をN TMk (λ )、回折波長λ でのh次モードのTE偏波の等価屈折率をN TEh (λ )、グレーティング周期をΛとしたとき、(N TMk (λ )+N TEh (λ ))Λ=λ を満足する設計で形成されて、k次モードのTM偏波を、h次モードのTE偏波に変換してブラッグ反射させ、かつ、p次モードのTE偏波を透過させ、
前記リブ導波路部の厚さ及び幅は、前記k次モードのTM偏波の、前記h次モードのTE偏波への回折波長λ が、前記h次モードのTE偏波の前記p次モードのTE偏波への回折波長λ よりも長波長となる設計で形成されていることを特徴とする光導波路素子。
A support substrate;
An optical waveguide core made of silicon, and
A clad provided on the support substrate and including the optical waveguide core;
The optical waveguide core is
A rib waveguide portion on which a grating is formed;
A terrace waveguide portion that is smaller than the rib waveguide portion and is formed integrally with the rib waveguide portion on both side surfaces along the light propagation direction of the rib waveguide portion, respectively .
Before Symbol rib waveguide, the distance from the contact surface with the cladding provided on the lower side of the rib waveguide section, to the contact surface with the cladding provided on the upper side of the rib waveguide section, the thickness of the rib waveguide portion is minor than larger 300nm than 200 nm,
(A)
The grating, k order mode (k is an integer of 0 or more) 0 diffraction wavelength of the TM polarization of the TE polarization and h-th order mode lambda, the equivalent of TE polarization k-th order mode in the diffracted wavelength lambda 0 When the refractive index is N TEk 0 ), the equivalent refractive index of TM polarization of the h-order mode (h is an integer of 0 or more ) at the diffraction wavelength λ 0 is N TMh 0 ), and the grating period is Λ , (N TEk 0 ) + N TMh 0 )) Λ = λ 0 , and converts the k-order mode TE polarization into the h-order mode TM polarization to Bragg reflection And transmit TM polarization of p-order mode (p is an integer of 0 or more different from h),
The thickness and width of the rib waveguide portion are such that the diffraction wavelength λ 0 of the k-order mode TE polarized wave to the h-order mode TM polarized wave is the p-order of the h-order mode TM polarized wave. It is formed with a design that is longer than the diffraction wavelength λ 1 to the TM polarization of the mode
Or
(B)
The grating has a diffraction wavelength of TM polarization of k-order mode and TE polarization of h-order mode of λ 0 , and an equivalent refractive index of TM polarization of k-order mode at the diffraction wavelength λ 0 of N TMk 0 ), Where the equivalent refractive index of the TE polarized wave of the h-order mode at the diffraction wavelength λ 0 is N TEh 0 ) and the grating period is Λ, (N TMk 0 ) + N TEh 0 )) Λ Is formed with a design satisfying = λ 0 , converts TM polarization of k-order mode to TE polarization of h-order mode and makes Bragg reflection, and transmits TE polarization of p-order mode,
The thickness and width of the rib waveguide portion are such that the diffraction wavelength λ 0 of the TM polarization of the k-order mode to the TE polarization of the h-order mode is the p-order of the TE polarization of the h-order mode. An optical waveguide element characterized by being designed to have a wavelength longer than the diffraction wavelength λ 1 of the TE polarization mode .
前記(a)の場合は、回折波長λ でのp次モードのTM偏波の等価屈折率をN TMp (λ )として、N TEk (λ )>N TMp (λ )を満足する設計で形成され、
前記(b)の場合は、回折波長λ でのp次モードのTE偏波の等価屈折率をN TEp (λ )として、N TMk (λ )>N TEp (λ )を満足する設計で形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
The case of (a), the TM polarization equivalent refractive index of the p-th order mode in the diffracted wavelength lambda 1 as N TMp 1), satisfies the N TEk (λ 0)> N TMp (λ 1) Formed by design,
The case of (b), the TE polarization equivalent refractive index of the p-th order mode in the diffracted wavelength lambda 1 as N TEp 1), satisfies the N TMk (λ 0)> N TEp (λ 1) The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide device is formed by design .
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