JP6771600B2 - 光導波路回路 - Google Patents

Description

この発明は、特定の波長の光を取り出す機能を有する光導波路回路に関する。

近年、小型化や量産性に有利な光デバイスの開発に当たり、Ｓｉ（シリコン）を導波路の材料として用いるＳｉ導波路が注目を集めている。

Ｓｉ導波路では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Ｓｉを材料として形成する。そして、Ｓｉよりも屈折率の低い例えばシリカ等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば１μｍ程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。

また、Ｓｉ導波路では、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の半導体装置の製造過程を流用することが可能である。そのため、チップ上に電子機能回路と光機能回路とを一括形成する光電融合（シリコンフォトニクス）の実現が期待されている。

ところで、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式を利用した受動型光加入者ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）毎に異なる受信波長が割り当てられる。局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）は、各ＯＮＵへの下り光信号を、送り先の受信波長に対応した送信波長でそれぞれ生成し、これらを多重して送信する。各ＯＮＵは、複数の波長で多重された下り光信号から、自身に割り当てられた受信波長の光信号を選択的に受信する。ＯＮＵでは、各々の受信波長の下り光信号を選択的に受信するために、波長フィルタが使用される。そして、波長フィルタを、上述したＳｉ導波路によって構成する技術が実現されている。Ｓｉ導波路を用いる波長フィルタとしては、例えば、マッハツェンダー干渉器を用いたものやアレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）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）の可変波長フィルタがある。これらの可変波長フィルタは、ヒータ電極を設け、電圧を印加することによって、出力波長を可変にできるという利点がある。さらに、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波及びＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波の双方に対応すべく、波長フィルタの前段に偏波分離素子及び偏波回転素子を設ける構造がある（例えば非特許文献１及び２参照）。

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

Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２６，ｐ．Ｂ４９３−Ｂ５００，２０１２年１２月１０日 Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．１０，ｐ．１２８４０−１２８４９，２０１５年５月１８日

上述したＡＷＧや可変波長フィルタは、複数の異なる波長帯域の光を繰り返して出力する特性を持つため、複数の自由スペクトル領域（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）を有している。従って、これらを用いて特定の波長の光を取り出すためには、単一の波長帯域のＦＳＲを切り出す波長フィルタを別途用意する必要がある。

また、これらＡＷＧや可変波長フィルタには偏波依存性がある。このため、偏波無依存で使用するためには、例えば上述した偏波分離素子及び偏波回転素子を用いて、偏波を揃える必要がある。

そこで、この発明の目的は、単一の波長帯域のＦＳＲにおける特定の波長の光を取り出すことができる光導波路回路であって、偏波無依存で使用できる光導波路回路を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明の第１の要旨による光導波路回路は、偏波分離手段、第１モード変換手段、変換部、第１波長選択手段及び第２波長選択手段を含む光導波路コアを備える。偏波分離手段は、互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器を構成する、シングルモード光導波路コア及び多モード光導波路コアを備え、シングルモード光導波路コアを伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、多モード光導波路コアを伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播係数とが一致し、かつ、シングルモード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、多モード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播係数とが一致しないように設定され、入力される基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を分離しつつ、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、１次モードのＴＥ偏波を第１モード変換手段に送り、かつ基本モードのＴＭ偏波を変換部に送る。第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、第１波長選択手段に送る。第１波長選択手段は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力する。変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、第２波長選択手段に送る。第２波長選択手段は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力する。

また、この発明の第２の要旨による光導波路回路は、偏波分離手段、第１モード変換手段、変換部及び波長選択手段を含む光導波路コアを備える。偏波分離手段は、互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器を構成する、シングルモード光導波路コア及び多モード光導波路コアを備え、シングルモード光導波路コアを伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、多モード光導波路コアを伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播係数とが一致し、かつ、シングルモード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、多モード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播係数とが一致しないように設定され、入力される基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を分離しつつ、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、１次モードのＴＥ偏波を第１モード変換手段に送り、かつ基本モードのＴＭ偏波を変換部に送る。第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、波長選択手段に送る。変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、波長選択手段に送る。波長選択手段は、第１モード変換手段から送られる、基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力し、かつ変換部から送られる、基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力する。

また、この発明の第３の要旨による光導波路回路は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の偏波分離手段、ｎ個の第１モード変換手段、ｎ個の変換部、ｎ個の第１波長選択手段及びｎ個の第２波長選択手段、並びにｎ−１個の偏波合波手段を含む光導波路コアを備える。第１〜ｎの偏波分離手段は、それぞれ、互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器を構成する、シングルモード光導波路コア及び多モード光導波路コアを備え、それぞれ、前記シングルモード光導波路コアを伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播係数とが一致し、かつ、前記シングルモード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播係数とが一致しないように設定され、それぞれ入力される基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を分離しつつ、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、それぞれ１次モードのＴＥ偏波を第１〜ｎの第１モード変換手段に送り、かつそれぞれ基本モードのＴＭ偏波を第１〜ｎの変換部に送る。第ｋ（ｋは１≦ｋ≦ｎ−１の整数）の第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｋの第１波長選択手段に送り、かつ特定の波長帯域以外の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を、第ｋの偏波合波手段に送る。第ｎの第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｎの第１波長選択手段に送る。各第１波長選択手段は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力する。各第１モード変換手段は、互いに異なる波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換する。第ｋの変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｋの第２波長選択手段に送り、かつ特定の波長帯域以外の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、第ｋの偏波合波手段に送る。第ｎの変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｎの第２波長選択手段に送る。各変換部は、互いに異なる波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換する。各第２波長選択手段は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力する。第ｋの偏波合波手段は、入力される１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を合波しつつ、１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換し、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を第ｋ＋１の偏波分離手段に送る。

また、この発明の第４の要旨による光導波路回路は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の偏波分離手段、ｎ個の第１モード変換手段、ｎ個の変換部、及びｎ個の波長選択手段、並びにｎ−１個の偏波合波手段を含む光導波路コアを備える。第１〜ｎの偏波分離手段は、それぞれ、互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器を構成する、シングルモード光導波路コア及び多モード光導波路コアを備え、それぞれ、前記シングルモード光導波路コアを伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播係数とが一致し、かつ、前記シングルモード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播係数とが一致しないように設定され、それぞれ入力される基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を分離しつつ、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、それぞれ１次モードのＴＥ偏波を第１〜ｎの第１モード変換手段に送り、かつそれぞれ基本モードのＴＭ偏波を第１〜ｎの変換部に送る。第ｋ（ｋは１≦ｋ≦ｎ−１の整数）の第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｋの波長選択手段に送り、かつ特定の波長帯域以外の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を、第ｋの偏波合波手段に送る。第ｎの第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｎの波長選択手段に送る。各第１モード変換手段は、互いに異なる波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換する。第ｋの変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｋの波長選択手段に送り、かつ特定の波長帯域以外の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、第ｋの偏波合波手段に送る。第ｎの変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｎの波長選択手段に送る。各変換部は、互いに異なる波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換する。第ｋの偏波合波手段は、入力される１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を合波しつつ、１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換し、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を第ｋ＋１の偏波分離手段に送る。第１〜ｎの波長選択手段は、第１〜ｎの第１モード変換手段から送られる、基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力し、かつ第１〜ｎの変換部から送られる、基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力する。

この発明の光導波路回路では、第１モード変換手段及び変換部によって取り出された単一の波長帯域の光を、第１波長選択手段及び第２波長選択手段、又は波長選択手段に入力することによって、単一の波長帯域のＦＳＲに含まれる特定の波長の光を取り出すことができる。

また、この発明の光導波路回路では、偏波分離手段によって分離したＴＭ偏波を、変換部によってＴＥ偏波に変換することにより、第１波長選択手段及び第２波長選択手段、又は波長選択手段にそれぞれ入力する光を、ＴＥ偏波に揃えることができる。従って、この発明の光導波路回路は、偏波無依存で、特定の波長の光を取り出すことができる。

（Ａ）は、第１の光導波路回路を示す概略的平面図であり、（Ｂ）は、（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。 第１の光導波路回路の作用の説明に供する図である。 第２の光導波路回路を示す概略的平面図である。 第３の光導波路回路を示す概略的平面図である。 第３の光導波路回路の別の構成例を示す概略的平面図である。 第４の光導波路回路を示す概略的平面図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

（第１の光導波路回路）
図１を参照して、この発明の第１の実施の形態による光導波路回路（以下、第１の光導波路回路とも称する）について説明する。図１（Ａ）は、第１の光導波路回路を示す概略的平面図である。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。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。

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。

第１の光導波路回路１００は、支持基板１０、クラッド２０、光導波路コア３０を備えて構成されている。なお、ここでは、一例として、第１の光導波路回路１００を受信回路として利用する場合の構成例について説明する。そこで、この実施の形態では、第１の光導波路回路１００が、さらに受光素子４０を備えている。

支持基板１０は、例えば単結晶Ｓｉを材料とした平板状体で構成されている。

クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面を被覆し、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_２を材料として形成されている。

光導波路コア３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、光導波路コア３０は、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。

なお、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から少なくとも例えば３μｍ以上離間させて形成されているのが好ましい。また、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るべく、光導波路コア３０は、例えば２００〜４００ｎｍの範囲内の厚さで形成されるのが好ましい。

光導波路コア３０は、偏波分離手段３１０及び第１モード変換手段３３０を含む第１変換部３２０、偏波変換手段３５０及び第２モード変換手段３４０を含む第２変換部３２５、第１波長選択手段３６０並びに第２波長選択手段３７０を含んでいる。また、光導波路コア３０は、偏波分離手段３１０と接続されたポート導波路３０１、偏波分離手段３１０と第２変換部３２５との間を接続する接続導波路３０２、第１変換部３２０と第１波長選択手段３６０との間を接続する接続導波路３０３、第２モード変換手段３４０と第２波長選択手段３７０との間を接続する接続導波路３０４、第１波長選択手段３６０と受光素子４０との間を接続する接続導波路３０５、及び第２波長選択手段３７０と受光素子４０との間を接続する接続導波路３０６を含んでいる。

ポート導波路３０１及び各接続導波路３０２〜３０６は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、ポート導波路３０１及び各接続導波路３０２〜３０６は、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を伝播させる。

第１変換部３２０は、例えば図１に示すように、それぞれ直線導波路として形成された、シングルモード光導波路コア３１１及び多モード光導波路コア３２１を含んでいる。

シングルモード光導波路コア３１１は、一端側でポート導波路３０１と接続されている。また、シングルモード光導波路コア３１１は、他端側で接続導波路３０２と接続されている。シングルモード光導波路コア３１１は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。

多モード光導波路コア３２１は、一端側で接続導波路３０３と接続されている。また、多モード光導波路コア３２１は、一端側からこの順に接続された結合部３２２及び反射部３２３を含んでいる。多モード光導波路コア３２１は、少なくとも基本モードのＴＥ偏波及び１次モードのＴＥ偏波を伝播可能な幅で形成されている。

第１変換部３２０では、シングルモード光導波路コア３１１の、ポート導波路３０１と接続された一端と、多モード光導波路コア３２１の、接続導波路３０３と接続された一端（すなわち結合部３２２の一端）とが同じ側に配置されている。

そして、シングルモード光導波路コア３１１と、多モード光導波路コア３２１の結合部３２２とが互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器が構成されている。この方向性結合器が構成された領域として、偏波分離手段３１０が構成されている。また、多モード光導波路コア３２１の反射部３２３には、グレーティングが形成されており、この反射部３２３によって、第１モード変換手段３３０が構成されている。

偏波分離手段３１０では、後述する第１モード変換手段３３０及び偏波変換手段３５０における反射波長帯域を含む波長帯域において、シングルモード光導波路コア３１１を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、結合部３２２を伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致し、シングルモード光導波路コア３１１を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、結合部３２２を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致せず、かつシングルモード光導波路コア３１１を伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、結合部３２２を伝播するＴＭ偏波の伝播定数とが一致しないように、結合部３２２を含む多モード光導波路コア３２１の幅が設定される。この結果、シングルモード光導波路コア３１１を伝播する基本モードのＴＥ偏波と、結合部３２２を伝播する１次モードのＴＥ偏波とが結合される。

第１モード変換手段３３０を構成する反射部３２３は、入力される１次モードのＴＥ偏波を、特定の波長帯域において基本モードのＴＥ偏波に変換して反射する。

反射部３２３のグレーティングは、長さ方向に沿った両側面それぞれに凹部及び凸部が交互に周期的に形成されることによって構成されている。一方の側面の凹部及び凸部と、他方の側面の凹部及び凸部とは、互いに反対称位置となるように形成される。

波長λにおいて、１次モードのＴＥ偏波と基本モードのＴＥ偏波とを変換して反射する条件は、基本モードのＴＥ偏波の等価屈折率をＮ_ＴＥ０、１次モードのＴＥ偏波の等価屈折率をＮ_ＴＥ１、及びグレーティング周期（反射部３２３側面の凸部の形成周期）をΛとして、（Ｎ_ＴＥ０＋Ｎ_ＴＥ１）Λ＝λで表される。従って、グレーティングの周期は、所望の反射すべき波長に対して上式が成立するように設計される。

さらに、反射部３２３のグレーティングは、凸部間の離間距離を一定の変化量で周期毎に増加させる、又は凸部の突出量を一定の変化量で周期毎に増加させる、所謂チャープ構造とすることで、反射する波長帯域を拡大することができる。

第２変換部３２５は、例えば図１に示すように、それぞれ直線導波路として形成された、多モード光導波路コア３２６及びシングルモード光導波路コア３４１を含んでいる。

多モード光導波路コア３２６は、一端側で接続導波路３０２と接続されている。また、多モード光導波路コア３２６は、一端側からこの順に接続された結合部３２７及び反射部３２８を含んでいる。多モード光導波路コア３２６は、少なくとも基本モードのＴＥ偏波及び１次モードのＴＥ偏波、並びに基本モードのＴＭ偏波を伝播可能な幅で形成されている。

シングルモード光導波路コア３４１は、一端側で接続導波路３０４と接続されている。また、シングルモード光導波路コア３４１は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。

第２変換部３２５では、多モード光導波路コア３２６の、接続導波路３０２と接続された一端（すなわち結合部３２７の一端）と、シングルモード光導波路コア３４１の、接続導波路３０４と接続された一端とが同じ側に配置されている。

そして、多モード光導波路コア３２６の反射部３２８には、グレーティングが形成されており、この反射部３２８によって、偏波変換手段３５０が構成されている。また、シングルモード光導波路コア３４１と、多モード光導波路コア３２６の結合部３２７とが互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器が構成されている。この方向性結合器が構成された領域として、第２モード変換手段３４０が構成されている。

偏波変換手段３５０を構成する反射部３２８は、入力される基本モードのＴＭ偏波を、特定の波長帯域において、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射する。

反射部３２８のグレーティングは、長さ方向に沿った両側面それぞれに凹部及び凸部が交互に周期的に形成されることによって構成されている。一方の側面の凹部及び凸部と、他方の側面の凹部及び凸部とは、互いに対称位置となるように形成される。また、偏波変換を実現するべく、例えばリブ型導波路を用いる構成、又は光導波路コアの長さ方向に直交する断面形状を、上底よりも下底が大きい等脚台形とした構成のグレーティングを用いることができる。

波長λにおいて、基本モードのＴＭ偏波と１次モードのＴＥ偏波とを変換して反射する条件は、基本モードのＴＭ偏波の等価屈折率をＮ_ＴＭ０、１次モードのＴＥ偏波の等価屈折率をＮ_ＴＥ１、及びグレーティング周期をΛとして、（Ｎ_ＴＭ０＋Ｎ_ＴＥ１）Λ＝λで表される。従って、グレーティングの周期は、所望の反射すべき波長に対して上式が成立するように設計される。

さらに、反射部３２８のグレーティングは、反射部３２３と同様に凸部間の離間距離を一定の変化量で周期毎に増加させる、又は凸部の突出量を一定の変化量で周期毎に増加させる、所謂チャープ構造とすることで、反射する波長帯域を拡大することができる。

なお、反射部３２８のグレーティング及び上述した反射部３２３のグレーティングは、これらの反射波長帯域が同じになるように設計される。

第２モード変換手段３４０では、偏波変換手段３５０における反射波長帯域を含む波長帯域において、結合部３２７を伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播定数と、シングルモード光導波路コア３４１を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致し、結合部３２７を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、シングルモード光導波路コア３４１を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致せず、かつ結合部３２７を伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、シングルモード光導波路コア３４１を伝播するＴＭ偏波の伝播定数とが一致しないように、結合部３２７を含む多モード光導波路コア３２６の幅が設定される。この結果、結合部３２７を伝播する１次モードのＴＥ偏波と、シングルモード光導波路コア３４１を伝播する基本モードのＴＥ偏波とが結合される。

第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０としては、それぞれ例えばリング共振器を利用する可変波長フィルタ、又はグレーティング型若しくは方向性結合器型の可変波長フィルタを用いることができる。第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０は、入力された基本モードのＴＥ偏波に対し、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を透過させて出力する。

第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０を構成する光導波路コア３０上には、クラッド２０を介してヒータ電極（図示せず）が設けられる。このヒータ電極に電流を流すことでジュール熱が発生し、この発熱による熱光学効果によって、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０における屈折率を変化させることができる。その結果、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０によって取り出す波長を変化させることができる。

受光素子４０としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ）を用いることができる。

第１の光導波路回路１００では、ポート導波路３０１から、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を含む光が入力される。入力された光は、第１変換部３２０に含まれる偏波分離手段３１０のシングルモード光導波路コア３１１に送られる。偏波分離手段３１０は、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を分離する。偏波分離手段３１０のシングルモード光導波路コア３１１を伝播する光のうち、基本モードのＴＥ偏波は、１次モードのＴＥ偏波に変換されつつ、多モード光導波路コア３２１の結合部３２２に移行する。また、偏波分離手段３１０のシングルモード光導波路コア３１１を伝播する光のうち、基本モードのＴＭ偏波は、接続導波路３０２を経て、第２変換部３２５の多モード光導波路コア３２６に送られる。

多モード光導波路コア３２１の結合部３２２に移行した１次モードのＴＥ偏波は、第１モード変換手段３３０の反射部３２３に入力される。反射部３２３は、特定の波長帯域において、１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して反射する。反射された基本モードのＴＥ偏波は、再び偏波分離手段３１０の結合部３２２に送られる。反射部３２３で反射され、結合部３２２を伝播する基本モードのＴＥ偏波は、接続導波路３０３を経て、第１波長選択手段３６０に送られる。

第１波長選択手段３６０は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出す。取り出された特定の波長の基本モードのＴＥ偏波は、接続導波路３０５を経て、受光素子４０に送られる。

一方、第２変換部３２５の多モード光導波路コア３２６に送られた基本モードのＴＭ偏波は、第２モード変換手段３４０の結合部３２７を経て、偏波変換手段３５０の反射部３２８に入力される。反射部３２８は、特定の波長帯域において、基本モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換して反射する。反射された１次モードのＴＥ偏波は、再び第２モード変換手段３４０の結合部３２７に送られる。反射部３２８で反射され、結合部３２７を伝播する１次モードのＴＥ偏波は、基本モードのＴＥ偏波に変換されつつ、シングルモード光導波路コア３４１に移行する。シングルモード光導波路コア３４１を伝播する基本モードのＴＥ偏波は、接続導波路３０４を経て、第２波長選択手段３７０に送られる。

第２波長選択手段３７０は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出す。取り出された特定の波長の基本モードのＴＥ偏波は、接続導波路３０６を経て、受光素子４０に送られる。

受光素子４０は、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０から送られる、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を受光する。

ここで、図２を参照して、第１の光導波路回路１００の作用について説明する。図２は、第１の光導波路回路１００の作用の説明に供する図である。図２における曲線１０１は、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０における透過率を示している。なお、図２では、横軸に波長を、また縦軸に透過率をとって示している。

第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０を構成する可変波長フィルタは、複数のＦＳＲを有しているため、図２に示すように複数の透過ピークを持つ。

第１の光導波路回路１００では、まず、第１モード変換手段３３０及び偏波変換手段３５０において、特定の単一の波長帯域の光が取り出される。なお、第１モード変換手段３３０及び偏波変換手段３５０における光の反射特性（出力特性）を、図２に曲線１０２で示す。そして、第１モード変換手段３３０及び偏波変換手段３５０で取り出された単一の波長帯域の光が、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０に入力される。

従って、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０からは、複数の透過ピークのうち、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０で取り出される単一の波長帯域と重なる特定の波長（図２において、曲線１０１と曲線１０２とが重なる領域Ａの波長）の光が出力される。

このように、第１の光導波路回路１００では、第１モード変換手段３３０及び偏波変換手段３５０によって取り出された単一の波長帯域の光を、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０に入力することによって、単一の波長帯域のＦＳＲに含まれる特定の波長の光を取り出すことができる。

また、第１の光導波路回路１００では、偏波分離手段３１０によって分離したＴＭ偏波を、偏波変換手段３５０によってＴＥ偏波に変換することによって、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０にそれぞれ入力する光を、ＴＥ偏波に揃えることができる。従って、第１の光導波路回路１００は、偏波無依存で、特定の波長の光を取り出すことができる。

なお、偏波分離手段３１０、第１モード変換手段３３０、第２モード変換手段３４０、偏波変換手段３５０のそれぞれにおける偏波及びモード次数の取扱いは、上述した構成例に限定されない。ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対する取扱いを上述した構成例とは逆にする、又はモード次数を上述した構成例から変更する等、用途等に応じて適宜設計を変更することができる。

また、図示を省略しているが、多モード光導波路コア３２１と接続導波路３０３との間や、接続導波路３０２と多モード光導波路コア３２６との間のような、幅の異なる光導波路コア間は、一方の幅から他方の幅へ連続的に幅が変化するテーパ部を設けて接続することもできる。

（第２の光導波路回路）
図３を参照して、この発明の第２の実施の形態による光導波路回路（以下、第２の光導波路回路とも称する）について説明する。図３は、第２の光導波路回路を示す概略的平面図である。なお、図３では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。また、上述した第１の光導波路回路と共通する構成要素については、共通の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２の光導波路回路２００は、上述の第１の光導波路回路１００の第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０に変えて、波長選択手段３８０を備えている。なお、ここでは、一例として、第２の光導波路回路２００を受信回路として利用する場合の構成例について説明する。そこで、この実施の形態では、第２の光導波路回路２００は、複数の受光素子４０を備えている。なお、図３では、４つの受光素子４０−１〜４を備える構成例を示している。

波長選択手段３８０としては、例えばＡＷＧを用いることができる。

波長選択手段３８０は、接続導波路３０３によって、第１変換部３２０の多モード光導波路コア３２１と接続されている。また、波長選択手段３８０は、接続導波路３０４によって、第２変換部３２５のシングルモード光導波路コア３４１と接続されている。

また、波長選択手段３８０は、受光素子４０のそれぞれと、接続導波路３０８及び接続導波路３０９のそれぞれによって接続されている。ここでは、波長選択手段３８０と受光素子４０−１との間が、接続導波路３０８−１及び接続導波路３０９−１のそれぞれによって接続されている。また、波長選択手段３８０と受光素子４０−２との間が、接続導波路３０８−２及び接続導波路３０９−２のそれぞれによって接続されている。また、波長選択手段３８０と受光素子４０−３との間が、接続導波路３０８−３及び接続導波路３０９−３のそれぞれによって接続されている。また、波長選択手段３８０と受光素子４０−４との間が、接続導波路３０８−４及び接続導波路３０９−４のそれぞれによって接続されている。

波長選択手段３８０は、第１モード変換手段３３０から接続導波路３０３を経て送られる、特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力する。出力された各波長の基本モードのＴＥ偏波は、波長に応じた接続導波路３０８−１〜４のいずれかを経て、対応する受光素子４０−１〜４に送られる。

また、波長選択手段３８０は、第２モード変換手段３４０から接続導波路３０４を経て送られる、特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力する。出力された各波長の基本モードのＴＥ偏波は、波長に応じた接続導波路３０９−１〜４のいずれかを経て、対応する受光素子４０−１〜４に送られる。

このように第２の光導波路回路２００では、第１モード変換手段３３０及び偏波変換手段３５０によって取り出された単一の波長帯域の光を、波長選択手段３８０に入力することによって、単一の波長帯域のＦＳＲに含まれる、複数の異なる波長の光を取り出すことができる。

なお、図示を省略しているが、多モード光導波路コア３２１と接続導波路３０３との間や、接続導波路３０２と多モード光導波路コア３２６との間のような、幅の異なる光導波路コア間は、一方の幅から他方の幅へ連続的に幅が変化するテーパ部を設けて接続することもできる。

（第３の光導波路回路）
図４を参照して、この発明の第３の実施の形態による光導波路回路（以下、第３の光導波路回路とも称する）について説明する。図４は、第３の光導波路回路を示す概略的平面図である。なお、図４では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。また、上述した第１の光導波路回路と共通する構成要素については、共通の符号を付し、重複する説明を省略する。

第３の光導波路回路３００は、２つの第１変換部３２０（第１の第１変換部３２０−１及び第２の第１変換部３２０−２）、２つの第２変換部３２５（第１の第２変換部３２５−１及び第２の第２変換部３２５−２）、２つの第１波長選択手段３６０（第１の第１波長選択手段３６０−１及び第２の第１波長選択手段３６０−２）、２つの第２波長選択手段３７０（第１の第２波長選択手段３７０−１及び第２の第２波長選択手段３７０−２）、及び偏波合波手段３９０を備えている。

第１の第１変換部３２０−１は、第１の偏波分離手段３１０−１及び第１の第１モード変換手段３３０−１を含んでいる。また、第２の第１変換部３２０−２は、第２の偏波分離手段３１０−２及び第２の第１モード変換手段３３０−２を含んでいる。また、第１の第２変換部３２５−１は、第１の第２モード変換手段３４０−１及び第１の偏波変換手段３５０−１を含んでいる。また、第２の第２変換部３２５−２は、第２の第２モード変換手段３４０−２及び第２の偏波変換手段３５０−２を含んでいる。なお、ここでは、一例として、第３の光導波路回路３００を受信回路として利用する場合の構成例について説明する。そこで、この実施の形態では、第３の光導波路回路３００は、２つの受光素子４０（第１の受光素子４０−１及び第２の受光素子４０−２）を備えている。

第１の第１変換部３２０−１、第１の第２変換部３２５−１、第１の第１波長選択手段３６０−１、第１の第２波長選択手段３７０−１及び第１の受光素子４０−１は、上述した第１の光導波路回路１００の第１変換部３２０、第２変換部３２５、第１波長選択手段３６０、第２波長選択手段３７０及び受光素子４０と同様である（図１参照）。

第１の第１変換部３２０−１の多モード光導波路コア３２１−１の他端（反射部３２３−１側の端）は、後述する偏波合波手段３９０の多モード光導波路コア３９２と接続されている。なお、ここでは、第１の第１変換部３２０−１の多モード光導波路コア３２１−１と、偏波合波手段３９０の多モード光導波路コア３９２とが、一体的に形成されている。

第１の第２変換部３２５−１の多モード光導波路コア３２６−１の他端（反射部３２８−１側の端）は、接続導波路３０７と接続されている。

また、第１の第２変換部３２５−１のシングルモード光導波路コア３４１−１と、第１の第２波長選択手段３７０−１との間を接続する接続導波路３０４−１は、偏波合波手段３９０の多モード光導波路コア３９２と交差する。接続導波路３０４−１と多モード光導波路コア３９２とが交差する部分４１０において、接続導波路３０４−１は、接続導波路３０４−１の他の部分よりも幅が拡大されている。これによって、交差する部分４１０において、接続導波路３０４−１を伝播する光、及び多モード光導波路コア３９２を伝播する光について、伝播損失やクロストークを抑制することができる。

偏波合波手段３９０は、例えば図４に示すように、それぞれ直線導波路として形成された、シングルモード光導波路コア３９１及び多モード光導波路コア３９２を含んでいる。

シングルモード光導波路コア３９１は、一端側で接続導波路３０７と接続されている。また、シングルモード光導波路コア３９１は、他端側で接続導波路２０８と接続されている。シングルモード光導波路コア３９１、接続導波路３０７及び接続導波路２０８は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。

多モード光導波路コア３９２は、上述したように、第１の第１変換部３２０−１の多モード光導波路コア３２１−１と、偏波合波手段３９０の多モード光導波路コア３９２とが、一体的に形成されている。ここでは、多モード光導波路コア３２１−１の他端側を、長さ方向に延在させた部分として、多モード光導波路コア３９２が構成されている。多モード光導波路コア３９１は、少なくとも基本モードのＴＥ偏波及び１次モードのＴＥ偏波を伝播可能な幅で形成されている。

そして、シングルモード光導波路コア３９１と、多モード光導波路コア３９２とが互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器が構成されている。この方向性結合器が構成された領域として、偏波合波手段３９０が構成されている。

偏波合波手段３９０では、第２の第１モード変換手段３３０−２及び第２の偏波変換手段３５０−２における反射波長帯域を含む波長帯域において、シングルモード光導波路コア３９１を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、多モード光導波路コア３９２を伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致し、シングルモード光導波路コア３９１を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、多モード光導波路コア３９２を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致せず、かつシングルモード光導波路コア３９１を伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、多モード光導波路コア３９２を伝播するＴＭ偏波の伝播定数とが一致しないように、多モード光導波路コア３９２の幅が設定される。この結果、多モード光導波路コア３９２を伝播する１次モードのＴＥ偏波と、シングルモード光導波路コア３９１を伝播する基本モードのＴＥ偏波とが結合される。

第２の第１変換部３２０−２において、第２の偏波分離手段３１０−２のシングルモード光導波路コア３１１−２は、一端側で接続導波路２０８と接続されている。また、シングルモード光導波路コア３１１−２は、他端側で接続導波路３０２−２と接続されている。

また、第２の第１変換部３２０−２において、多モード光導波路コア３２１−２は、一端（結合部３２２−２側の端）側で接続導波路３０３−２によって、第２の第１波長選択手段３６０−２と接続されている。

第２の偏波分離手段３１０−２では、第２の第１モード変換手段３３０−２及び第２の偏波変換手段３５０−２における反射波長帯域を含む波長帯域において、シングルモード光導波路コア３１１−２を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、多モード光導波路コア３２１−２の結合部３２２−２を伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致し、シングルモード光導波路コア３１１−２を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、結合部３２２−２を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致せず、かつシングルモード光導波路コア３１１−２を伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、結合部３２２−２を伝播するＴＭ偏波の伝播定数とが一致しないように、結合部３２２−２を含む多モード光導波路コア３２１−２の幅が設定される。この結果、シングルモード光導波路コア３１１−２を伝播する基本モードのＴＥ偏波と、結合部３２２−２を伝播する１次モードのＴＥ偏波とが結合される。

第２の第２変換部３２５−２において、多モード光導波路コア３２６−２は、一端側で接続導波路３０２−２と接続されている。また、第２の第２変換部３２５−２において、シングルモード光導波路コア３４１−２は、一端側で接続導波路３０４−２によって、第２の第２波長選択手段３７０−２と接続されている。

第２の第１波長選択手段３６０−２は、接続導波路３０５−２によって第２の受光素子４０−２と接続されている。また、第２の第２波長選択手段３７０−２は、接続導波路３０６−２によって第２の受光素子４０−２と接続されている。

第３の光導波路回路３００では、第２の第１モード変換手段３３０−２及び第２の偏波変換手段３５０−２における反射波長帯域が、同じになるように設計される。また、これら第２の第１モード変換手段３３０−２及び第２の偏波変換手段３５０−２における反射波長帯域と、第１の第１モード変換手段３３０−１及び第１の偏波変換手段３５０−１における反射波長帯域とが、異なるように設計される。

このように構成された第３の光導波路回路３００では、第１の第１モード変換手段３３０−１において反射されずに透過する波長帯域の１次モードのＴＥ偏波が、偏波合波手段３９０の多モード光導波路コア３９２に送られる。また、第３の光導波路回路３００では、第１の偏波変換手段３５０−１において反射されずに透過する波長帯域の基本モードのＴＭ偏波が、偏波合波手段３９０のシングルモード光導波路コア３９１に送られる。

偏波合波手段３９０は、１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を合波する。偏波合波手段３９０の多モード光導波路コア３９２を伝播する１次モードのＴＥ偏波は、基本モードのＴＥ偏波に変換されつつ、シングルモード光導波路コア３９１に移行する。シングルモード光導波路コア３９１を伝播する基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波は、接続導波路２０８を経て、第２の偏波分離手段３１０−２のシングルモード光導波路コア３１１−２に送られる。

第２の偏波分離手段３１０−２のシングルモード光導波路コア３１１−２を伝播する光のうち、基本モードのＴＥ偏波は、１次モードのＴＥ偏波に変換されつつ、多モード光導波路コア３２１−２の結合部３２２−２に移行する。また、第２の偏波分離手段３１０−２のシングルモード光導波路コア３１１−２を伝播する光のうち、基本モードのＴＭ偏波は、接続導波路３０２−２を経て、第２の第２変換部３２５−２の多モード光導波路コア３２６−２に送られる。

多モード光導波路コア３２１−２の結合部３２２−２に移行した１次モードのＴＥ偏波は、第２の第１モード変換手段３３０−２の反射部３２３−２に入力される。反射部３２３−２は、第１の第１モード変換手段３３０−１の反射波長帯域とは異なる特定の波長帯域において、１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して反射する。反射された基本モードのＴＥ偏波は、再び第２の偏波分離手段３１０−２の結合部３２２−２に送られる。反射部３２３−２で反射され、結合部３２２−２を伝播する基本モードのＴＥ偏波は、接続導波路３０３−２を経て、第２の第１波長選択手段３６０−２に送られる。

第２の第１波長選択手段３６０−２は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出す。取り出された特定の波長の基本モードのＴＥ偏波は、接続導波路３０５−２を経て、第２の受光素子４０−２に送られる。

一方、第２の第２変換部３２５−２の多モード光導波路コア３２６−２に送られた基本モードのＴＭ偏波は、第２の第２モード変換手段３４０−２の結合部３２７−２を経て、第２の偏波変換手段３５０−２の反射部３２８−２に入力される。反射部３２８−２は、第１の偏波変換手段３５０−１の反射波長帯域とは異なる特定の波長帯域において、基本モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換して反射する。反射された１次モードのＴＥ偏波は、再び第２の第２モード変換手段３４０−２の結合部３２７−２に送られる。反射部３２８−２で反射され、結合部３２７−２を伝播する１次モードのＴＥ偏波は、基本モードのＴＥ偏波に変換されつつ、シングルモード光導波路コア３４１−２に移行する。シングルモード光導波路コア３４１−２を伝播する基本モードのＴＥ偏波は、接続導波路３０４−２を経て、第２の第２波長選択手段３７０−２に送られる。

第２の第２波長選択手段３７０−２は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出す。取り出された特定の波長の基本モードのＴＥ偏波は、接続導波路３０６−２を経て、第２の受光素子４０−２に送られる。

第２の受光素子４０−２は、第２の第１波長選択手段３６０−２及び第２の第２波長選択手段３７０−２から送られる、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を受光する。

このように第３の光導波路回路３００では、第１の第１モード変換手段３３０−１及び第１の偏波変換手段３５０−１と、第２の第１モード変換手段３３０−２及び第２の偏波変換手段３５０−２とで、互いに異なる単一の波長帯域の光を取り出すことができる。そして、それぞれの波長帯域の光を第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０に入力することによって、各波長帯域のＦＳＲに含まれる各特定の波長の光をそれぞれ取り出すことができる。

なお、図示を省略しているが、多モード光導波路コア３２１−１と接続導波路３０３−１との間、接続導波路３０２−１と多モード光導波路コア３２６−１との間、多モード光導波路コア３２１−２と接続導波路３０３−２との間、及び接続導波路３０２−２と多モード光導波路コア３２６−２との間のような、幅の異なる光導波路コア間は、一方の幅から他方の幅へ連続的に幅が変化するテーパ部を設けて接続することもできる。

また、ここでは、偏波分離手段３１０及び第１モード変換手段３３０を含む第１変換部３２０、第２モード変換手段３４０及び偏波変換手段３５０を含む第２変換部３２５、第１波長選択手段３６０、第２波長選択手段３７０並びに受光素子４０をそれぞれ２つずつ備える構成例について説明した。しかし、第３の光導波路回路３００では、これらをｎ個（ｎは２以上の整数）ずつ備える構成とすることもできる。

この場合には、第３の光導波路回路３００は、ｎ−１個の偏波合波手段３９０を備える。そして、第ｋ（ｋは１≦ｋ≦ｎ−１の整数）の第１変換部３２０の多モード光導波路コア３２１の他端（反射部３２３側の端）を、第ｋの偏波合波手段３９０の多モード光導波路コア３９２と接続する。また、第ｋの第２変換部３２５の多モード光導波路コア３２６の他端（反射部３２８側の端）を、第ｋの偏波合波手段３９０のシングルモード光導波路コア３９１の一端と接続する。さらに、第ｋの偏波合波手段３９０のシングルモード光導波路コア３９１の他端を、第ｋ＋１の第１変換部３２０のシングルモード光導波路コア３１１と接続する。各第１モード変換手段３３０は、互いに異なる波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して反射するように設計される。また、各偏波変換手段３５０は、互いに異なる波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換するように設計される。

偏波分離手段３１０及び第１モード変換手段３３０を含む第１変換部３２０、第２モード変換手段３４０及び偏波変換手段３５０を含む第２変換部３２５、第１波長選択手段３６０、第２波長選択手段３７０並びに受光素子４０をそれぞれｎ個ずつ備える場合には、互いに異なるｎ個の波長帯域のＦＳＲに含まれる、各特定の波長の光をそれぞれ取り出すことができる。

また、ここでは、図４に示すように、第３の光導波路回路が第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０を備える構成例について説明した。しかし、図５に示すように、第３の光導波路回路は、第１波長選択手段３６０及び第２波長選択手段３７０に変えて波長選択手段３８０を備え、各波長選択手段３８０に複数の受光素子４０を接続する構成とすることもできる。図５は、第３の光導波路回路の別の構成例を示す概略平面図である。なお、図５では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。

図５では、光導波路回路３５０が２つの波長選択手段３８０−１及び３８０−２を備える構成例を示している。各波長選択手段３８０は、上述した第２の光導波路回路２００における波長選択手段３８０（図３参照）と同様である。

また、光導波路回路３５０は、波長選択手段３８０と同数組（ここでは２組）の受光素子群を備える。各受光素子群には、複数の受光素子４０が含まれる。図５では、各受光素子群が、それぞれ４つの受光素子４０を含む構成例を示している。

そして、各波長選択手段３８０は、対応する受光素子群に含まれる各受光素子４０とそれぞれ接続されている。各波長選択手段３８０は、取り出した互いに異なる複数の特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、波長毎に異なる受光素子４０に送る。

光導波路回路３５０では、光導波路回路３００と同様に、第１の第１モード変換手段３３０−１及び第１の偏波変換手段３５０−１と、第２の第１モード変換手段３３０−２及び第２の偏波変換手段３５０−２とで、互いに異なる単一の波長帯域の光を取り出すことができる。そして、それぞれの波長帯域の光を波長選択手段３８０に入力することによって、各波長帯域のＦＳＲに含まれる、複数の異なる波長の光を取り出すことができる。

（第４の光導波路回路）
図６を参照して、この発明の第４の実施の形態による光導波路回路（以下、第４の光導波路回路とも称する）について説明する。図６は、第４の光導波路回路を示す概略的平面図である。なお、図６では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。また、上述した第１の光導波路回路と共通する構成要素については、共通の符号を付し、重複する説明を省略する。

第４の光導波路回路４００は、上述した第１の光導波路回路１００、第２の光導波路回路２００又は第３の光導波路回路３００，３５０に追加して、さらに発光素子５０、送信側変換部５２０及び入出力導波路５０２を備える。図５では、一例として第１の光導波路回路１００を利用する場合の構成例の第４の光導波路回路４００を示している。

発光素子５０としては、例えばレーザダイオード（ＬＤ）を用いることができる。発光素子５０は、基本モードのＴＥ偏波を出力する。また、発光素子５０は、接続導波路５０１によって、後述するシングルモード光導波路コア５２４と接続されている。

入出力導波路５０２、送信側変換部５２０及び接続導波路５０１は、光導波路コア（図１（Ｂ）参照）の一部として形成されている。

接続導波路５０１は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、接続導波路５０１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。

送信側変換部５２０は、例えば、上述した第１変換部３２０（図１参照）と同様に、多モード光導波路コア５２１及びシングルモード光導波路コア５２４を含んで構成される。そして、送信側変換部５２０は、送信側第１モード変換手段５３０及び送信側第２モード変換手段５４０を含んでいる。

多モード光導波路コア５２１は、一端側で入出力導波路５０２と接続されている。また、多モード導波路コア５２１は、他端側で第１の光導波路回路１００のポート導波路３０１と接続されている。また、多モード光導波路コア５２１は、一端側からこの順に接続された結合部５２２及び反射部５２３を含んでいる。

多モード光導波路コア５２１の反射部５２３には、グレーティングが形成されており、この反射部５２３によって、送信側第１モード変換手段５３０が構成されている。また、送信側第２モード変換手段５４０の結合部５２２とシングルモード光導波路コア５２４とが互いに離間しかつ並んで配置された領域として、送信側第２モード変換手段５４０が構成されている。

多モード光導波路コア５２１は、少なくとも基本モードのＴＥ偏波、１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を伝播可能な幅で形成されている。

反射部５２３は、入力される基本モードのＴＥ偏波を、特定の波長帯域において１次モードのＴＥ偏波に変換して反射する。なお、反射部５２３の反射波長帯域（送信波長帯域）は、第１の光導波路回路１００における第１モード変換手段３３０及び偏波変換手段３５０の反射波長帯域とは異なる波長帯域に設定される。

送信側第２モード変換手段５４０では、送信波長帯域において、シングルモード光導波路コア５２４を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、多モード光導波路コア５２１の結合部５２２を伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致し、シングルモード光導波路コア５２４を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、結合部５２２を伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致せず、かつシングルモード光導波路コア５２４を伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、結合部５２２を伝播するＴＭ偏波の伝播定数とが一致しないように、結合部５２２を含む多モード光導波路コア５２１の幅が設定される。この結果、シングルモード光導波路コア５２４を伝播する基本モードのＴＥ偏波と、多モード光導波路コア５２１の結合部５２２を伝播する１次モードのＴＥ偏波とが結合される。

入出力導波路５０２は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、入出力導波路５０２は、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を伝播させる。

第４の光導波路回路４００では、発光素子５０から出力される基本モードのＴＥ偏波が、接続導波路５０１を経て、送信側第２モード変換手段５４０のシングルモード光導波路コア５２４に送られる。シングルモード光導波路コア５２４を伝播する基本モードのＴＥ偏波は、１次モードのＴＥ偏波に変換されつつ、結合部５２２に移行する。１次モードのＴＥ偏波は反射部５２３に送られる。反射部５２３は、特定の波長帯域（送信波長帯域）において、１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して反射する。反射された基本モードのＴＥ偏波は、結合部５２２を経て、入出力導波路５０２から出力される。

また、第４の光導波路回路４００では、入出力導波路５０２から、送信波長帯域とは異なる受信波長帯域の、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を含む光が入力される。入力された光は、送信側変換部５２０の多モード光導波路コア５２１に送られる。光は、反射部５２３を透過して、ポート導波路３０１から第１の光導波路回路１００に入力される。

このように、第４の光導波路回路４００では、送信波長の光を入出力導波路５０２から出力し、かつ受信波長の光を第１の光導波路回路１００に入力する、送受信回路として使用することができる。

なお、第４の光導波路回路４００では、図６に示す第１の光導波路回路１００に変えて、第２の光導波路回路２００（図３参照）又は第３の光導波路回路３００及び３５０（図４及び図５参照）を用いることもできる。

また、図示を省略しているが、多モード光導波路コア５２１と入出力導波路５０２との間や、多モード光導波路コア５２１とポート導波路３０１との間のような、幅の異なる光導波路コア間は、一方の幅から他方の幅へ連続的に幅が変化するテーパ部を設けて接続することもできる。

（製造方法）
上述した第１の光導波路回路１００、第２の光導波路回路２００、第３の光導波路回路３００及び３５０、並びに第４の光導波路回路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。

すなわち、まず、支持基板層、ＳｉＯ_２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_２層が積層され、さらにＳｉＯ_２層上に光導波路コア３０が形成された構造体を得ることができる。次に、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ_２層上に、ＳｉＯ_２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が包含された第１の光導波路回路１００、第２の光導波路回路２００、第３の光導波路回路３００及び３５０、並びに第４の光導波路回路４００を製造することができる。

なお、受光素子４０は、Ｓｉ層のパターニング後に、受光素子４０を形成する領域のＳｉ層に必要な不純物を導入し、その上に光吸収層を堆積することによって、形成することができる。また、クラッド２０形成後に、例えばエッチング技術を用いて、発光素子５０の形成領域のクラッドを除去することによって、このクラッドを除去した領域に、発光素子５０を実装することができる。

１０：支持基板
２０：クラッド
３０：光導波路コア
４０：受光素子
５０：発光素子
１００、２００、３００，３５０，４００：光導波路回路
３０１：ポート導波路
３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８，３０９：接続導波路
３１０：偏波分離手段
３２０：第１変換部
３２５：第２変換部
３３０：第１モード変換手段
３４０：第２モード変換手段
３５０：偏波変換手段
３６０：第１波長選択手段
３７０：第２波長選択手段
３８０：波長選択手段
３９０：偏波合波手段

Claims (10)

1. 偏波分離手段、第１モード変換手段、変換部、第１波長選択手段及び第２波長選択手段を含む光導波路コアを備え、
   前記偏波分離手段は、互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器を構成する、シングルモード光導波路コア及び多モード光導波路コアを備え、前記シングルモード光導波路コアを伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播係数とが一致し、かつ、前記シングルモード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播係数とが一致しないように設定され、入力される基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を分離しつつ、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、１次モードのＴＥ偏波を前記第１モード変換手段に送り、かつ基本モードのＴＭ偏波を前記変換部に送り、
   前記第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、前記第１波長選択手段に送り、
   前記第１波長選択手段は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力し、
   前記変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、前記第２波長選択手段に送り、
   前記第２波長選択手段は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力する
   ことを特徴とする光導波路回路。
2. 受光素子をさらに備え、
   前記第１波長選択手段は、取り出した特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、前記受光素子に送り、
   前記第２波長選択手段は、取り出した特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、前記受光素子に送り、
   前記受光素子は、前記第１波長選択手段から送られる基本モードのＴＥ偏波、及び前記第２波長選択手段から送られる基本モードのＴＥ偏波を受光する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路回路。
3. 偏波分離手段、第１モード変換手段、変換部及び波長選択手段を含む光導波路コアを備え、
   前記偏波分離手段は、互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器を構成する、シングルモード光導波路コア及び多モード光導波路コアを備え、前記シングルモード光導波路コアを伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播係数とが一致し、かつ、前記シングルモード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播係数とが一致しないように設定され、入力される基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を分離しつつ、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、１次モードのＴＥ偏波を前記第１モード変換手段に送り、かつ基本モードのＴＭ偏波を前記変換部に送り、
   前記第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、前記波長選択手段に送り、
   前記変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、前記波長選択手段に送り、
   前記波長選択手段は、前記第１モード変換手段から送られる、基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力し、かつ前記変換部から送られる、基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力する
   ことを特徴とする光導波路回路。
4. 複数の受光素子をさらに備え、
   前記波長選択手段は、取り出した互いに異なる複数の特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、波長毎に異なる前記受光素子に送り、
   各前記受光素子は、前記波長選択手段から送られる基本モードのＴＥ偏波を受光する
   ことを特徴とする請求項３に記載の光導波路回路。
5. ｎ個（ｎは２以上の整数）の偏波分離手段、ｎ個の第１モード変換手段、ｎ個の変換部、ｎ個の第１波長選択手段及びｎ個の第２波長選択手段、並びにｎ−１個の偏波合波手段を含む光導波路コアを備え、
   第１〜ｎの前記偏波分離手段は、それぞれ、互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器を構成する、シングルモード光導波路コア及び多モード光導波路コアを備え、それぞれ、前記シングルモード光導波路コアを伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播係数とが一致し、かつ、前記シングルモード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播係数とが一致しないように設定され、それぞれ入力される基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を分離しつつ、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、それぞれ１次モードのＴＥ偏波を第１〜ｎの前記第１モード変換手段に送り、かつそれぞれ基本モードのＴＭ偏波を第１〜ｎの前記変換部に送り、
   第ｋ（ｋは１≦ｋ≦ｎ−１の整数）の前記第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｋの前記第１波長選択手段に送り、かつ特定の波長帯域以外の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を、第ｋの前記偏波合波手段に送り、
   第ｎの前記第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｎの前記第１波長選択手段に送り、
   各前記第１波長選択手段は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力し、
   各前記第１モード変換手段は、互いに異なる波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換し、
   第ｋの前記変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｋの前記第２波長選択手段に送り、かつ特定の波長帯域以外の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、第ｋの前記偏波合波手段に送り、
   第ｎの前記変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｎの前記第２波長選択手段に送り、
   各前記変換部は、互いに異なる波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換し、
   各前記第２波長選択手段は、入力される特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力し、
   第ｋの前記偏波合波手段は、入力される１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を合波しつつ、１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換し、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を第ｋ＋１の前記偏波分離手段に送る
   ことを特徴とする光導波路回路。
6. ｎ個の受光素子をさらに備え、
   第１〜ｎの前記第１波長選択手段は、取り出した特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、それぞれ第１〜ｎの前記受光素子に送り、
   第１〜ｎの前記第２波長選択手段は、取り出した特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、それぞれ第１〜ｎの前記受光素子に送り、
   各前記受光素子は、前記第１波長選択手段から送られる基本モードのＴＥ偏波、及び前記第２波長選択手段から送られる基本モードのＴＥ偏波を受光する
   ことを特徴とする請求項５に記載の光導波路回路。
7. ｎ個（ｎは２以上の整数）の偏波分離手段、ｎ個の第１モード変換手段、ｎ個の変換部及びｎ個の波長選択手段、並びにｎ−１個の偏波合波手段を含む光導波路コアを備え、
   第１〜ｎの前記偏波分離手段は、それぞれ、互いに離間しかつ並んで配置されることにより、方向性結合器を構成する、シングルモード光導波路コア及び多モード光導波路コアを備え、それぞれ、前記シングルモード光導波路コアを伝播する基本モードのＴＥ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播する１次モードのＴＥ偏波の伝播係数とが一致し、かつ、前記シングルモード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播定数と、前記多モード光導波路コアを伝播するＴＭ偏波の伝播係数とが一致しないように設定され、それぞれ入力される基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を分離しつつ、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、それぞれ１次モードのＴＥ偏波を第１〜ｎの前記第１モード変換手段に送り、かつそれぞれ基本モードのＴＭ偏波を第１〜ｎの前記変換部に送り、
   第ｋ（ｋは１≦ｋ≦ｎ−１の整数）の前記第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｋの前記波長選択手段に送り、かつ特定の波長帯域以外の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を、第ｋの前記偏波合波手段に送り、
   第ｎの前記第１モード変換手段は、特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｎの前記波長選択手段に送り、
   各前記第１モード変換手段は、互いに異なる波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換し、
   第ｋの前記変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｋの前記波長選択手段に送り、かつ特定の波長帯域以外の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、第ｋの前記偏波合波手段に送り、
   第ｎの前記変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して、第ｎの前記波長選択手段に送り、
   各前記変換部は、互いに異なる波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換し、
   第ｋの前記偏波合波手段は、入力される１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を合波しつつ、１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換し、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を第ｋ＋１の前記偏波分離手段に送り、
   第１〜ｎの前記波長選択手段は、第１〜ｎの前記第１モード変換手段から送られる、基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力し、かつ第１〜ｎの前記変換部から送られる、基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を取り出して出力する
   ことを特徴とする光導波路回路。
8. 各々複数の受光素子を含むｎ組の受光素子群をさらに備え、
   第ｋの前記波長選択手段は、第ｋ組の前記受光素子群に含まれる各前記受光素子とそれぞれ接続されており、
   第ｎの前記波長選択手段は、第ｎ組の前記受光素子群に含まれる各前記受光素子とそれぞれ接続されており、
   各前記波長選択手段は、取り出した互いに異なる複数の特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、波長毎に異なる前記受光素子に送り、
   各前記受光素子は、前記波長選択手段から送られる基本モードのＴＥ偏波を受光する
   ことを特徴とする請求項７に記載の光導波路回路。
9. 前記光導波路コアは、入出力導波路、送信側第１モード変換手段、送信側第２モード変換手段及び発光素子をさらに含み、
   前記発光素子は、基本モードのＴＥ偏波を出力して、前記送信側第２モード変換手段に送り、
   前記送信側第２モード変換手段は、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換して、前記送信側第１モード変換手段に送り、
   前記送信側第１モード変換手段は、送信波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して、前記入出力導波路に送り、
   前記入出力導波路は、入力される受信波長帯域の基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を、前記送信側第１モード変換手段に送り、
   前記送信側第１モード変換手段は、受信波長帯域の基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を、前記偏波分離手段に送る
   ことを特徴とする請求項２、４、６及び８のいずれか一項に記載の光導波路回路。
10. 前記変換部は、特定の波長帯域の基本モードのＴＭ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換する偏波変換手段、及び該偏波変換手段から送られる特定の波長帯域の１次モードのＴＥ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換する第２モード変換手段を含み、
    前記偏波分離手段及び前記第２モード変換手段は、それぞれシングルモード光導波路コアと多モード光導波路コアとが互いに離間しかつ並んで配置されて構成される方向性結合器であり、
    前記第１モード変換手段及び前記偏波変換手段は、それぞれ光導波路コアにグレーティングが形成されて構成されている
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光導波路回路。

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