JP6771606B2 - Optical wavelength filter - Google Patents

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この発明は、例えば、1本の光ファイバで異なる複数の波長を用いて伝送するために用いることができる、光の合分波を行う光波長フィルタに関する。 The present invention relates to, for example, an optical wavelength filter that performs combined and demultiplexing of light, which can be used for transmission using a plurality of different wavelengths in one optical fiber.

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, a passive optical network (PON: Passive Opticial Network) has become the mainstream as a subscriber optical access system. In a PON, one station-side device (OLT: Optical Line Thermal) 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 units. 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 the downlink communication from OLT to ONU and the uplink communication from ONU to OLT do not interfere with each other. I'm 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 combined demultiplexing element is required to demultiplex and combine optical signals having different wavelengths used for downlink communication and uplink communication. In general, OLTs and ONUs space an optical wavelength filter, a photodiode (PD: Photodiode), and a laser diode (LD: Laser Diode) as a demultiplexing element in order to realize a function of transmitting and receiving optical signals having different wavelengths. It is composed by combining.

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 spatially couple, an alignment work 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 axes, an optical wavelength filter configured by using a waveguide has been developed. Further, in forming this optical wavelength filter, a silicon (Si) waveguide using a silicon-based material as a waveguide material has attracted attention because of its excellent 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, which is substantially a light transmission path, is formed using Si as a material. Then, a clad made of, for example, silica, which has a lower refractive index than Si, covers the periphery of the optical waveguide core. With such a configuration, the difference in refractive index 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, it is possible to realize a small curved waveguide in which the bending radius is reduced to, for example, about 1 μm. Therefore, it is possible to create an optical circuit having the same size as an electronic circuit, which is advantageous for miniaturization of 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 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Therefore, it is expected to realize photoelectric fusion (silicon photonics) in which an electronic function circuit and an optical function circuit are collectively formed on a chip.

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、光波長フィルタが使用される。そして、光波長フィルタを、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) method, a different reception wavelength is assigned to each ONU. The OLT generates a downlink light signal to each ONU at a transmission wavelength corresponding to the reception wavelength of the destination, and multiplexes and transmits these. Each ONU selectively receives an optical signal having a reception wavelength assigned to itself from the downlink light signals multiplexed at a plurality of wavelengths. In the ONU, an optical wavelength filter is used to selectively receive the downlink light signal of each reception wavelength. Then, a technique of constructing the optical wavelength filter by the above-mentioned Si waveguide has been realized.

Si導波路を用いる光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導波路を用いる光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)の光波長フィルタがある。これらの光波長フィルタは、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。 Examples of the optical wavelength filter using the Si waveguide include those using a Mach-Zehnder interferometer and those using an array waveguide grating. Further, as an optical wavelength filter using a Si waveguide, a ring resonator (for example, see 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) light. There is a wavelength filter. These optical wavelength filters have the advantages of being easy to use because the output wavelength can be made variable and the element structure is simple.

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U.S. Pat. No. 5,764,826 米国特許第5,960,135号明細書U.S. Pat. No. 5,960,135 米国特許第7,072,541号明細書U.S. Pat. No. 7,072,541 特開平08−163028号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 08-163028 特開2003−215515号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-215515 特開2013−093627号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-03627 特開2006−278770号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-278770 特開2006−330104号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-330104 特開2002−353556号公報JP-A-2002-353556

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光波長フィルタとして、偏波変換型又は偏波無依存型の光導波路素子が要求される。 In optical communication, the polarization state becomes unspecified because the signal light propagates over a long distance in the optical fiber. Therefore, a polarization conversion type or polarization independent type optical waveguide element is required as an optical wavelength filter for wavelength division multiplexing or wavelength separation used in optical communication.

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、構造が簡単なグレーティング型の光導波路素子であって、偏波変換型又は偏波無依存型の光波長フィルタを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is a grating type optical waveguide element having a simple structure, which is a polarization conversion type or polarization independent type optical wavelength. To provide a filter.

上述した目的を達成するために、この発明の偏波変換型の光波長フィルタは、支持基板と、支持基板上に形成されるクラッドと、クラッド中に埋設され、支持基板の上面に平行に設けられる、第1光導波路コア及び第2光導波路コアとを備えて構成され、第1光導波路コア及び第2光導波路コアが所定の間隔で並列配列された偏波変換部が設けられている。 In order to achieve the above-mentioned object, the polarization conversion type optical wavelength filter of the present invention is provided in parallel to the upper surface of the support substrate, the support substrate, the clad formed on the support substrate, and the clad embedded in the clad. A polarization conversion unit is provided which includes a first optical waveguide core and a second optical waveguide core, and the first optical waveguide core and the second optical waveguide core are arranged in parallel at predetermined intervals.

偏波変換部において、第1光導波路コア及び第2光導波路コアは、互いに幅が異なっており、第2光導波路コアには、左右で反対称のグレーティングが設けられ、第2光導波路コアと、第2光導波路コアの周囲のクラッドとで構成される光導波路は、上下で非対称になるように構成されている。第1光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、TE(Transverse Electoric)偏波及びTM(Transverse Maganetic)偏波の一方の偏波の光が、他方の偏波に変換されて第2光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、第1光導波路コアの出力端から出力される。 In the polarization conversion unit, the widths of the first optical waveguide core and the second optical waveguide core are different from each other, and the second optical waveguide core is provided with antisymmetric gratings on the left and right, and is different from the second optical waveguide core. , The optical waveguide composed of the cladding around the second optical waveguide core is configured to be asymmetrical in the vertical direction. Of the light input to the input end of the first optical waveguide core, the light of one polarization of TE (Transverse Electrical) polarization and TM (Transverse Magnetic) polarization of a specific wavelength is converted to the other polarization. The light is output from the output end of the second optical waveguide core, and the other light is output from the output end of the first optical waveguide core.

この発明の偏波変換型の光波長フィルタの好適な実施形態によれば、偏波変換部において、第2光導波路コアより厚さが小さく、かつ、第2光導波路コアと一体に形成されたスラブ導波路をさらに備える。偏波変換部において、第2光導波路コアの側面が、支持基板の上面に対して傾いて形成されていてもよい。また、偏波変換部において、クラッドの第2光導波路コアの上側の部分が空気であってもよい。 According to a preferred embodiment of the polarization conversion type optical wavelength filter of the present invention, the polarization conversion unit is smaller in thickness than the second optical waveguide core and is integrally formed with the second optical waveguide core. Further provided with a slab waveguide. In the polarization conversion unit, the side surface of the second optical waveguide core may be formed so as to be inclined with respect to the upper surface of the support substrate. Further, in the polarization conversion unit, the upper portion of the clad second optical waveguide core may be air.

また、この発明の偏波変換型の光波長フィルタの他の好適な実施形態によれば、偏波変換部において、第2光導波路コアが設けられている領域のクラッド上に、ヒータ用の電極が設けられている。 Further, according to another preferred embodiment of the polarization conversion type optical wavelength filter of the present invention, in the polarization conversion unit, an electrode for a heater is placed on a cladding in a region where a second optical waveguide core is provided. Is provided.

ここで、偏波変換部において、第1光導波路コアの幅が、第2光導波路コアの幅より大きく設定されていれば、第1光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、TM偏波の光が、TE偏波の光に変換されて第2光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、第1光導波路コアの出力端から出力される。一方、偏波変換部において、第1光導波路コアの幅が、第2光導波路コアの幅より小さく設定されていれば、第1光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、TE偏波の光が、TM偏波の光に変換されて第2光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、第1光導波路コアの出力端から出力される。 Here, if the width of the first optical waveguide core is set to be larger than the width of the second optical waveguide core in the polarization conversion unit, the light input to the input end of the first optical waveguide core is specified. The TM-polarized light of wavelength is converted into TE-polarized light and output from the output end of the second optical waveguide core, and the other light is output from the output end of the first optical waveguide core. On the other hand, if the width of the first optical waveguide core is set to be smaller than the width of the second optical waveguide core in the polarization conversion unit, the specific wavelength of the light input to the input end of the first optical waveguide core The TE-polarized light is converted into TM-polarized light and output from the output end of the second optical waveguide core, and the other light is output from the output end of the first optical waveguide core.

また、この発明の偏波無依存型の光波長フィルタは、上記偏波変換型の光波長フィルタである第1素子及び第2素子を備えて構成される。第1素子が備える上記偏波変換部である第1偏波変換部と、第2素子が備える上記偏波変換部である第2偏波変換部とが直列に配置されている。第1偏波変換部に含まれる第1光導波路コアの出力端と、第2偏波変換部に含まれる第2光導波路コアの入力端とが接続され、第1偏波変換部に含まれる第2光導波路コアの入力端と、第2偏波変換部に含まれる第1光導波路コアの出力端とが接続されている。 Further, the polarization-independent optical wavelength filter of the present invention includes the first element and the second element, which are the polarization conversion type optical wavelength filters . The first polarization conversion unit, which is the polarization conversion unit included in the first element, and the second polarization conversion unit, which is the polarization conversion unit included in the second element, are arranged in series. The output end of the first optical waveguide core that is part of the first polarization converter unit, and an input end of the second optical waveguide core that is part of the second polarization converter unit is connected to the first polarization converter unit the input end of the second optical waveguide core that is part of the output end of the first optical waveguide core that is part of the second polarization conversion unit is connected.

また、この偏波無依存型の光波長フィルタの他の好適な実施形態によれば、第1偏波変換部に含まれる第1光導波路コアの出力端と、第2偏波変換部に含まれる第2光導波路コアの入力端との間に幅テーパ導波路が設けられる。また、第1偏波変換部に含まれる第2光導波路コアの入力端と、第2偏波変換部に含まれる第1光導波路コアの出力端との間に幅テーパ導波路が設けられている。 According to another preferred embodiment of the optical wavelength filter of the polarization-independent, and the output end of the first optical waveguide core that is part of the first polarization converter unit, the second polarization converter unit width tapered waveguide between the input end of the second optical waveguide core that is part of is provided. Further, an input end of the second optical waveguide core, the width tapered waveguide between an output terminal of the first optical waveguide core that is part of the second polarization conversion unit provided that is part of the first polarization converter unit Has been done.

この発明によれば、所定の間隔で並列配列された第1光導波路コア及び第2光導波路コアの幅が、互いに異なっており、第2光導波路コアには、左右で反対称のグレーティングが設けられていることで、特定の波長で偏波変換する偏波変換型の光波長フィルタが得られる。 According to the present invention, the widths of the first optical waveguide core and the second optical waveguide core arranged in parallel at predetermined intervals are different from each other, and the second optical waveguide core is provided with antisymmetric gratings on the left and right sides. By doing so, a polarization conversion type optical wavelength filter that performs polarization conversion at a specific wavelength can be obtained.

また、この偏波変換型の光波長フィルタを2つ直列に配置することで、偏波無依存型の光波長フィルタを得ることができる。 Further, by arranging two of these polarization conversion type optical wavelength filters in series, a polarization-independent optical wavelength filter can be obtained.

第1光波長フィルタを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the 1st light wavelength filter. 第1光波長フィルタの他の構成例を説明するための模式図(1)である。It is a schematic diagram (1) for demonstrating another configuration example of the 1st light wavelength filter. 第1光波長フィルタの他の構成例を説明するための模式図(2)である。It is a schematic diagram (2) for demonstrating another configuration example of the 1st light wavelength filter. 第1光波長フィルタの特性を評価するシミュレーション結果を示す図(1)である。It is a figure (1) which shows the simulation result which evaluates the characteristic of the 1st light wavelength filter. 第1光波長フィルタの特性を評価するシミュレーション結果を示す図(2)である。It is a figure (2) which shows the simulation result which evaluates the characteristic of the 1st light wavelength filter. 第2光波長フィルタを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the 2nd light wavelength filter.

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, but the shape, size, and arrangement of each component are only schematically shown to the extent that the present invention can be understood. Further, although a preferable configuration example of the present invention will be described below, the material and numerical conditions of each component are merely suitable examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many modifications or modifications can be made that can achieve the effects of the present invention without departing from the scope of the constitution of the present invention.

(第1光波長フィルタ)
図1を参照して、この発明の第1実施形態に係る光波長フィルタ(以下、第1光波長フィルタ)を説明する。図1は、第1光波長フィルタを説明するための模式図である。図1(A)は、第1光波長フィルタを示す概略平面図である。また、図1(B)は、図1(A)に示す第1光波長フィルタをI−I線で切り取った概略的端面図である。ここで、図1(A)では、光導波路コアの平面形状を示し、他の構成要素を省略して示してある。
(1st light wavelength filter)
The light wavelength filter (hereinafter, the first light wavelength filter) according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a first light wavelength filter. FIG. 1A is a schematic plan view showing a first light wavelength filter. Further, FIG. 1 (B) is a schematic end view of the first optical wavelength filter shown in FIG. 1 (A) cut out by the line I-I. Here, in FIG. 1A, the planar shape of the optical waveguide core is shown, and other components 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 defined as the length direction. Further, the direction along the thickness of the support substrate is defined as the thickness direction. Further, the direction orthogonal to the length direction and the thickness direction is defined as the width direction.

第1光波長フィルタは、支持基板10、クラッド20、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40を備えて構成されている。 The first optical wavelength filter includes a support substrate 10, a clad 20, a first optical waveguide core 30, and a second optical waveguide core 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 made of, for example, a flat plate made of 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 formed by coating the upper surface 10a of the support substrate 10 on the support substrate 10. The clad 20 is formed of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) as a material.

第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40は、支持基板10の上面10aに平行に、クラッド20中に埋設されている。 The first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 are embedded in the clad 20 in parallel with the upper surface 10a of the support substrate 10.

第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40は、SiOのクラッド20の屈折率(1.45)よりも高い屈折率(3.5)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、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40は、光の伝送路として機能し、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40に入力された光は、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。 The first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 are formed of, for example, silicon (Si), which has a refractive index (3.5) higher than the refractive index (1.45) of the cladding 20 of SiO 2. Has been done. As a result, the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 function as light transmission paths, and the light input to the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 is the first optical waveguide. It propagates in the propagation direction according to the planar shape of the core 30 and the second optical waveguide core 40.

第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40の厚みは、深さ方向でシングルモード条件を達成できる値である、200〜500nmであることが望ましい。例えば、1550nmの波長帯域で使用する場合は、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40の厚みを300nmにすることができる。 The thickness of the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 is preferably 200 to 500 nm, which is a value that can achieve the single mode condition in the depth direction. For example, when used in the wavelength band of 1550 nm, the thickness of the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 can be set to 300 nm.

ここで、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40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、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40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 the light propagating through the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 from escaping to the support substrate 10, the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 are supported substrates. It is preferably formed at a distance of at least 1 μm or more from 10.

第1光波長フィルタには、偏波変換部90が設けられている。偏波変換部90では、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40が、所定の間隔で並列配列、この例では、互いに平行に、近接して配置されている。 The first light wavelength filter is provided with a polarization conversion unit 90. In the polarization conversion unit 90, the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 are arranged in parallel at predetermined intervals, and in this example, they are arranged in parallel and close to each other.

偏波変換部90では、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40は、互いに幅が異なっている。ここでは、第1光導波路コア30の幅を、第2光導波路コア40の幅よりも広く設定している。対称モードのTM偏波は、幅の広い導波路、ここでは、第1光導波路コア30に励起される。一方、反対称モードのTE偏波は、幅の狭い導波路、ここでは、第2光導波路コア40に励起される。 In the polarization conversion unit 90, the widths of the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 are different from each other. Here, the width of the first optical waveguide core 30 is set wider than the width of the second optical waveguide core 40. The TM polarization in symmetric mode is excited by a wide waveguide, here the first optical waveguide core 30. On the other hand, the TE polarization in the antisymmetric mode is excited by the narrow waveguide, here the second optical waveguide core 40.

なお、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40の幅の差が大きいほど、励起される導波路への光の集中度合いが大きくなる。 The larger the difference in width between the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40, the greater the degree of concentration of light on the excited waveguide.

偏波変換部90の第2光導波路コア40には、グレーティングが形成されている。偏波変換部90の第2光導波路コア40は、基部42と突出部44a及び44bとを一体的に含んで構成されている。基部42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、突出部44a及び44bは、基部42の両側面42a及び42bに、同じ周期Λで、周期的に複数形成されていて、いわゆるグレーティングを構成する。 A grating is formed on the second optical waveguide core 40 of the polarization conversion unit 90. The second optical waveguide core 40 of the polarization conversion unit 90 is configured to integrally include the base portion 42 and the protruding portions 44a and 44b. The base 42 is formed to have a constant width and extend along the light propagation direction, and the protrusions 44a and 44b are periodically formed on both side surfaces 42a and 42b of the base 42 with the same period Λ. A plurality of them are formed to form a so-called grating.

基部42の一方の側面(この例では、42a)に形成された突出部44aと、他方の側面(この例では、42b)に形成された突出部44bとは、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42aに突出部44aが配置されているとき、他方の側面42bに突出部44bが配置されておらず、一方の側面42aに突出部44aが配置されていないとき、他方の側面42bに突出部44bが配置されている。この結果、グレーティングは、左右で反対称となっている。
また、基部42と、突出部44a及び44bとは、同じ厚さで形成されている。
The protrusion 44a formed on one side surface (42a in this example) of the base 42 and the protrusion 44b formed on the other side surface (42b in this example) have a half cycle (that is, Λ/2). They are staggered. That is, at a certain position in the longitudinal direction, when the protrusion 44a is arranged on one side surface 42a, the protrusion 44b is not arranged on the other side surface 42b, and the protrusion 44a is arranged on one side surface 42a. When not, the protrusion 44b is arranged on the other side surface 42b. As a result, the grating is antisymmetric on the left and right.
Further, the base portion 42 and the protruding portions 44a and 44b are formed to have the same thickness.

光の伝播方向に隣り合う突出部44a又は44bの間のグレーティング溝の底部には、スラブ導波路46として、基部42と、突出部44a及び44bより小さい厚さのSiが形成されている。この結果、偏波変換部90の第2光導波路コア40とその周囲のクラッド20とで構成される、グレーティングを有する光導波路は、上下で非対称となっている。 At the bottom of the grating groove between the protrusions 44a or 44b adjacent to each other in the light propagation direction, a base 42 and Si having a thickness smaller than the protrusions 44a and 44b are formed as the slab waveguide 46. As a result, the optical waveguide having a grating, which is composed of the second optical waveguide core 40 of the polarization conversion unit 90 and the clad 20 around it, is asymmetrical in the vertical direction.

なお、図1(A)では、突出部44a又は44bの間以外のところにもスラブ導波路46が形成されている例を示しているが、これに限定されない。スラブ導波路46が、突出部44a又は44bの間にのみ存在する構成にしても良い。あるいは、スラブ導波路46の幅を大きくしても良い。 Note that FIG. 1A shows an example in which the slab waveguide 46 is formed in a place other than between the protrusions 44a or 44b, but the present invention is not limited to this. The slab waveguide 46 may be configured to exist only between the protrusions 44a or 44b. Alternatively, the width of the slab waveguide 46 may be increased.

グレーティングの上下非対称の構造が、TE偏波とTM偏波の間の回折に必要である。また、グレーティングを左右反対称に構成することで、基本モードのTE偏波と、基本モードのTM偏波の回折が起きるようにする。この基本モードのTE偏波と、基本モードのTM偏波の組み合わせを選ぶことで、他のモードへの回折が生じるのを抑制できる。 A vertically asymmetric structure of the grating is required for diffraction between TE and TM polarizations. Further, by configuring the grating to be antisymmetric, the TE polarization in the basic mode and the TM polarization in the basic mode are diffracted. By selecting the combination of the TE polarization of the basic mode and the TM polarization of the basic mode, it is possible to suppress the occurrence of diffraction to other modes.

ここでは、スラブ導波路46を備えることで、グレーティングを上下非対称にする構成を説明したが、これに限定されない。第2光導波路コア40の側面が、支持基板10の上面10aに対して傾いて形成されている、斜め側壁構造にしてもよい。また、クラッドの、グレーティングが形成されている第2光導波路コア40の上側の部分が空気であってもよい。 Here, a configuration in which the grating is made vertically asymmetric by providing the slab waveguide 46 has been described, but the present invention is not limited to this. An oblique side wall structure may be formed in which the side surface of the second optical waveguide core 40 is formed so as to be inclined with respect to the upper surface 10a of the support substrate 10. Further, the upper portion of the clad of the second optical waveguide core 40 on which the grating is formed may be air.

グレーティングでの位相整合条件は、ブラッグ波長をλ0、グレーティング周期をΛ、TE偏波の反対称モードの等価屈折率をNTE0、TM偏波の対称モードの等価屈折率をNTM0として、以下の式(1)で表すことができる。 The phase matching conditions in the grating are as follows, where the Bragg wavelength is λ0, the grating period is Λ, the equivalent refractive index in the antisymmetric mode of TE polarization is NTE0, and the equivalent refractive index in the symmetry mode of TM polarization is NTM0. It can be represented by 1).

2π(NTE0+NTM0)/λ0=2π/Λ (1)
上記式(1)を満足する設計にすると、波長λ0で、反対称モードのTE偏波と、対称モードのTM偏波の回折が起きる。
2π (NTE0 + NTM0) / λ0 = 2π / Λ (1)
If the design satisfies the above equation (1), diffraction of TE polarization in antisymmetric mode and TM polarization in symmetry mode occurs at a wavelength of λ0.

第1光導波路コア30の一方の端部である入力端30aに、第1入力導波路52が接続されている。また、第1光導波路コア30の他方の端部である出力端30bに、第1出力導波路62が接続されている。同様に、第2光導波路コア40の一方の端部である入力端40aに、第2入力導波路54が接続されている。また、第2光導波路コア40の他方の端部である出力端40bに、第2出力導波路64が接続されている。第2光導波路コア40の入力端40aは、第1光導波路コア30の出力端30bと同じ側に配置され、第2光導波路コア40の出力端40bは、第1光導波路コア30の入力端30aと同じ側に配置されている。 The first input waveguide 52 is connected to the input end 30a, which is one end of the first optical waveguide core 30. Further, the first output waveguide 62 is connected to the output end 30b, which is the other end of the first optical waveguide core 30. Similarly, the second input waveguide 54 is connected to the input end 40a, which is one end of the second optical waveguide core 40. Further, the second output waveguide 64 is connected to the output end 40b, which is the other end of the second optical waveguide core 40. The input end 40a of the second optical waveguide core 40 is arranged on the same side as the output end 30b of the first optical waveguide core 30, and the output end 40b of the second optical waveguide core 40 is the input end of the first optical waveguide core 30. It is arranged on the same side as 30a.

なお、第2入力導波路54及び第2出力導波路64と、第2光導波路コア40との間をスムーズにつなぐため、スラブ導波路46の、第2光導波路コア40の入力端40a側及び出力端40b側の双方に、スラブ導波路46と同じ厚さの幅テーパ導波路76が設けられている。 In order to smoothly connect the second input waveguide 54 and the second output waveguide 64 to the second optical waveguide core 40, the input end 40a side of the second optical waveguide core 40 and the slab waveguide 46 A width taper waveguide 76 having the same thickness as the slab waveguide 46 is provided on both sides of the output end 40b.

この第1光波長フィルタの第1入力導波路52から、基本モードのTM偏波を入力すると、第1光導波路コア30に主に光が存在する、対称基本モードが励起される。第1光導波路コア30を伝播する光は、グレーティングの作用により、第2光導波路コア40に主に光が存在する、TE偏波の反対称基本モードに回折反射される。第2光導波路コア40を伝播するTE偏波は、第2出力導波路64から出力される。回折反射されない光は、第1光導波路コア30をそのまま伝播し、第1出力導波路62から出力される。 When the TM polarization of the basic mode is input from the first input waveguide 52 of the first optical wavelength filter, the symmetric basic mode in which light mainly exists in the first optical waveguide core 30 is excited. The light propagating through the first optical waveguide core 30 is diffracted and reflected in the antisymmetric basic mode of TE polarization in which light mainly exists in the second optical waveguide core 40 due to the action of the grating. The TE polarized wave propagating through the second optical waveguide core 40 is output from the second output waveguide 64. The light that is not diffracted and reflected propagates through the first optical waveguide core 30 as it is, and is output from the first output waveguide 62.

図2を参照して、第1光波長フィルタの他の構成例を説明する。図2は、第1光波長フィルタの他の構成例を示す概略平面図である。図2では、光導波路コアの平面形状を示し、他の構成要素を省略して示してある。 Another configuration example of the first optical wavelength filter will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic plan view showing another configuration example of the first light wavelength filter. In FIG. 2, the planar shape of the optical waveguide core is shown, and other components are omitted.

図1に示す実施形態では、第1光導波路コア30の幅を、第2光導波路コア40の幅よりも大きく設定しているが、図2に示す実施形態では、偏波変換部190において、第1光導波路コア130の幅を、第2光導波路コア140の幅より小さく設定している。 In the embodiment shown in FIG. 1, the width of the first optical waveguide core 30 is set to be larger than the width of the second optical waveguide core 40, but in the embodiment shown in FIG. 2, the polarization conversion unit 190 The width of the first optical waveguide core 130 is set smaller than the width of the second optical waveguide core 140.

この第1光波長フィルタの他の構成例の第1入力導波路52から、基本モードのTE偏波を入力すると、第1光導波路コア130に主に光が存在する、TE偏波の反対称基本モードが励起される。第1光導波路コア130を伝播する光は、グレーティングの作用により、第2光導波路コア140に主に光が存在する、TM偏波の対称基本モードに回折反射される。第2光導波路コア140を伝播するTM偏波は、第2出力導波路64から出力される。回折反射されない光は、第1光導波路コア130をそのまま伝播し、第1出力導波路62から出力される。 When the TE polarization in the basic mode is input from the first input waveguide 52 of the other configuration example of the first optical wavelength filter, the light mainly exists in the first optical waveguide core 130, and the TE polarization is antisymmetric. The basic mode is excited. The light propagating through the first optical waveguide core 130 is diffracted and reflected by the action of the grating in the symmetrical basic mode of TM polarization in which the light mainly exists in the second optical waveguide core 140. The TM polarization propagating through the second optical waveguide core 140 is output from the second output waveguide 64. The light that is not diffracted and reflected propagates through the first optical waveguide core 130 as it is, and is output from the first output waveguide 62.

図1及び図2に示す実施形態では、スラブ導波路46を、光の伝播方向に隣り合う突出部の間に設けた例、すなわち、第2光導波路コアの両側に設けて第1光導波路コアの両側には設けない構成を示しているが、図3に示すように、スラブ導波路を第1光導波路コア及び第2光導波路コアの間にわたって設けてもよい。図3は、第1光波長フィルタの他の構成例を示す概略平面図である。 In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, an example in which the slab waveguide 46 is provided between the protrusions adjacent to each other in the light propagation direction, that is, the first optical waveguide core is provided on both sides of the second optical waveguide core. Although the configuration is shown not provided on both sides of the slab, as shown in FIG. 3, a slab waveguide may be provided between the first optical waveguide core and the second optical waveguide core. FIG. 3 is a schematic plan view showing another configuration example of the first light wavelength filter.

図3(A)は、偏波変換部290において、第1光導波路コア230の幅を、第2光導波路コア240の幅よりも大きく設定している例を示し、図3(B)は、偏波変換部390において、第1光導波路コア330の幅を、第2光導波路コア340の幅よりも小さく設定している例を示している。図3に示す実施形態では、第1光導波路コア230及び330並びに第2光導波路コア240及び340の両側、及び、第1光導波路コア230及び330並びに第2光導波路コア240及び340の間にわたって、スラブ導波路246が設けられている。 FIG. 3A shows an example in which the width of the first optical waveguide core 230 is set to be larger than the width of the second optical waveguide core 240 in the polarization conversion unit 290, and FIG. 3B shows an example. An example is shown in which the polarization conversion unit 390 sets the width of the first optical waveguide core 330 to be smaller than the width of the second optical waveguide core 340. In the embodiment shown in FIG. 3, both sides of the first optical waveguide cores 230 and 330 and the second optical waveguide cores 240 and 340, and between the first optical waveguide cores 230 and 330 and the second optical waveguide cores 240 and 340. , A slab waveguide 246 is provided.

図3(A)及び(B)に示す構成例の光波長フィルタは、スラブ導波路の構成を除いて、それぞれ、図1及び図2に示す構成例の光波長フィルタと同様の構成なので説明を省略する。また、動作についても同様なので説明を省略する。 The optical wavelength filters of the configuration examples shown in FIGS. 3A and 3B have the same configurations as the optical wavelength filters of the configuration examples shown in FIGS. 1 and 2, respectively, except for the configuration of the slab waveguide. Omit. Further, since the operation is the same, the description thereof will be omitted.

電極70は、クラッド20を介して、第2光導波路コア(グレーティング)40の一部又は全部を被覆する位置に形成される。グレーティング上に電極70を形成しておくと、電極70に電流を流すことで、ジュール熱を発生して、熱光学効果によって、グレーティングの屈折率を変化させることができる。その結果、グレーティングにおいて位相整合条件を満たす波長を変化させることができる。 The electrode 70 is formed at a position that covers a part or all of the second optical waveguide core (grating) 40 via the clad 20. When the electrode 70 is formed on the grating, Joule heat is generated by passing an electric current through the electrode 70, and the refractive index of the grating can be changed by the thermo-optical effect. As a result, it is possible to change the wavelength that satisfies the phase matching condition in the grating.

なお、図1(B)では、電極70がグレーティング上に設けられる例を示しているが、電極70の配置箇所はこれに限定されない。発熱によりグレーティングの屈折率を変化させる位置であればよく、第2光導波路コア40及びクラッド20により構成される光導波路の構造等に応じて、任意好適な箇所に配置することができる。 Although FIG. 1B shows an example in which the electrode 70 is provided on the grating, the arrangement location of the electrode 70 is not limited to this. Any position may be used as long as the refractive index of the grating is changed by heat generation, and the grating can be arranged at any suitable location depending on the structure of the optical waveguide composed of the second optical waveguide core 40 and the clad 20.

(製造方法)
この光波長フィルタは、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、図1に示す構成例の第1光波長フィルタの製造方法の一例を説明する。
(Production method)
This optical wavelength filter can be easily manufactured, for example, by using an SOI (Silicon On Insulator) substrate. Hereinafter, an example of a method for manufacturing the first optical wavelength filter of the configuration example shown in FIG. 1 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層上に第1光導波路コア30、第2光導波路コア40及びスラブ導波路46が形成された構造体を得ることができる。 First, an SOI substrate is prepared in which a support substrate layer, a SiO 2 layer, and a Si layer are sequentially laminated. Next, for example, dry etching is performed in two steps, and the Si layer is patterned to form a thick base portion and a protruding portion, and a portion of a grating groove having a small thickness. As a result, the structure in which the SiO 2 layer is laminated on the support substrate layer as the support substrate 10, and the first optical waveguide core 30, the second optical waveguide core 40, and the slab waveguide 46 are further formed on the SiO 2 layer. Can be obtained.

次に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、SiO層上に、SiOを、第1光導波路コア30、第2光導波路コア40及びスラブ導波路46を被覆して形成する。その結果、クラッド20によって第1光導波路コア30、第2光導波路コア40及びスラブ導波路46が包含され、光波長フィルタとして用いられる光導波路素子が得られる。 Next, for example, by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, SiO 2 is formed by covering the first optical waveguide core 30, the second optical waveguide core 40, and the slab waveguide 46 on the SiO 2 layer. As a result, the clad 20 includes the first optical waveguide core 30, the second optical waveguide core 40, and the slab waveguide 46, and an optical waveguide element used as an optical wavelength filter is obtained.

なお、ここでは、Si導波路の例を説明したが、化合物半導体を用いても実現可能である。 Although an example of a Si waveguide has been described here, it can also be realized by using a compound semiconductor.

(特性評価)
図4及び図5を参照して、3次元FDTD(Finite Difference Time Domain)を用いて行った、第1光波長フィルタ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. 4 and 5, a simulation for evaluating the characteristics of the first optical wavelength filter performed using a three-dimensional FDTD (Finite Difference Time Domain) will be described.

図4及び図5では、横軸に波長(nm)を取って示し、縦軸に出力強度(dB)を取って示している。 In FIGS. 4 and 5, the horizontal axis represents the wavelength (nm) and the vertical axis represents the output intensity (dB).

図4(A)は、図1に示す構成例に対するシミュレーション結果である。図4(A)では、第1入力導波路52にTM偏波を入力したとき、第1出力導波路62から出力されるTM偏波を曲線Iで示し、第2出力導波路64から出力されるTE偏波を曲線IIで示している。 FIG. 4A is a simulation result for the configuration example shown in FIG. In FIG. 4A, when TM polarization is input to the first input waveguide 52, the TM polarization output from the first output waveguide 62 is shown by a curve I, and is output from the second output waveguide 64. The TE polarization is shown by curve II.

ここで、第1光導波路コア30の幅を500nmとし、第2光導波路コア40の幅を300nmとしている。なお、第2光導波路コア40の幅は、基部42と突出部44a及び44bを含めた構造の、平均的な幅である。また、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40の厚みを220nmとし、スラブ導波路46の厚みを150nmとしている。 Here, the width of the first optical waveguide core 30 is 500 nm, and the width of the second optical waveguide core 40 is 300 nm. The width of the second optical waveguide core 40 is the average width of the structure including the base portion 42 and the protruding portions 44a and 44b. Further, the thickness of the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 is 220 nm, and the thickness of the slab waveguide 46 is 150 nm.

グレーティングの周期Λを414nmとし、グレーティングの掘り込み、すなわち、突出部の幅方向の長さを150nmとしている。さらに、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア40の間隔を400nmとしている。このとき、スラブ導波路46と第1光導波路コア30の間隔は325nmである。 The period Λ of the grating is 414 nm, and the digging of the grating, that is, the length of the protrusion in the width direction is 150 nm. Further, the distance between the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 40 is set to 400 nm. At this time, the distance between the slab waveguide 46 and the first optical waveguide core 30 is 325 nm.

図4(A)に示すように、図1に示す構成例では、第2出力導波路64から特定波長のTE偏波を取り出すことができる。 As shown in FIG. 4A, in the configuration example shown in FIG. 1, TE polarization of a specific wavelength can be extracted from the second output waveguide 64.

図4(B)は、図2に示す構成例に対するシミュレーション結果である。図4(B)では、第1入力導波路52にTE偏波を入力したとき、第1出力導波路62から出力されるTE偏波を曲線Iで示し、第2出力導波路64から出力されるTM偏波を曲線IIで示している。 FIG. 4B is a simulation result for the configuration example shown in FIG. In FIG. 4B, when TE polarization is input to the first input waveguide 52, the TE polarization output from the first output waveguide 62 is shown by a curve I, and is output from the second output waveguide 64. The TM polarization is shown by curve II.

ここで、第1光導波路コア130の幅を300nmとし、第2光導波路コア140の幅を500nmとし、グレーティングの周期Λを439nmとしている。その他の条件は、図4(A)と同じなので説明を省略する。 Here, the width of the first optical waveguide core 130 is 300 nm, the width of the second optical waveguide core 140 is 500 nm, and the grating period Λ is 439 nm. Other conditions are the same as those in FIG. 4 (A), so the description thereof will be omitted.

図4(B)に示すように、図2に示す構成例では、第2出力導波路64から特定波長のTM偏波を取り出すことができる。図4(A)と図4(B)を比較すると、図1に示す構成例に対応する図4(A)では、図4(B)に比べて、ピークの高さが高くなり、回折効率が優れている。また、不要なピークの発生が抑えられている。 As shown in FIG. 4B, in the configuration example shown in FIG. 2, TM polarization of a specific wavelength can be extracted from the second output waveguide 64. Comparing FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B), in FIG. 4 (A) corresponding to the configuration example shown in FIG. 1, the peak height is higher than that in FIG. 4 (B), and the diffraction efficiency is increased. Is excellent. In addition, the occurrence of unnecessary peaks is suppressed.

図5(A)は、図3(A)に示す構成例に対するシミュレーション結果である。図5(A)では、第1入力導波路52にTM偏波を入力したとき、第1出力導波路62から出力されるTM偏波を曲線Iで示し、第2出力導波路64から出力されるTE偏波を曲線IIで示している。 FIG. 5A is a simulation result for the configuration example shown in FIG. 3A. In FIG. 5A, when TM polarization is input to the first input waveguide 52, the TM polarization output from the first output waveguide 62 is shown by a curve I, and is output from the second output waveguide 64. The TE polarization is shown by curve II.

ここで、第1光導波路コア230の幅を500nmとし、第2光導波路コア240の幅を300nmとしている。また、第1光導波路コア230及び第2光導波路コア240の厚みを220nmとし、スラブ導波路246の厚みを150nmとしている。 Here, the width of the first optical waveguide core 230 is 500 nm, and the width of the second optical waveguide core 240 is 300 nm. Further, the thickness of the first optical waveguide core 230 and the second optical waveguide core 240 is 220 nm, and the thickness of the slab waveguide 246 is 150 nm.

グレーティングの周期Λを373nmとし、グレーティングの掘り込み、すなわち、突出部の幅方向の長さを150nmとしている。また、第1光導波路コア230及び第2光導波路コア240の間隔を500nmとしている。 The period Λ of the grating is 373 nm, and the digging of the grating, that is, the length of the protruding portion in the width direction is 150 nm. Further, the distance between the first optical waveguide core 230 and the second optical waveguide core 240 is set to 500 nm.

図5(A)に示すように、図3(A)に示す構成例では、第2出力導波路64からTE偏波が1600nm付近に予定通りに取り出されている。なお、第1出力導波路62からの出力として、所望な特性は得られていない。しかし、第1光波長フィルタのこの構成例は、特定の波長の偏波変換に限定すれば使用可能である。 As shown in FIG. 5 (A), in the configuration example shown in FIG. 3 (A), the TE polarized light is extracted from the second output waveguide 64 at around 1600 nm as planned. It should be noted that the desired characteristics have not been obtained as the output from the first output waveguide 62. However, this configuration example of the first light wavelength filter can be used if it is limited to the polarization conversion of a specific wavelength.

図5(B)は、図3(B)に示す構成例に対するシミュレーション結果である。図5(B)では、第1入力導波路52にTE偏波を入力したとき、第1出力導波路62から出力されるTE偏波を曲線Iで示し、第2出力導波路64から出力されるTM偏波を曲線IIで示している。 FIG. 5B is a simulation result for the configuration example shown in FIG. 3B. In FIG. 5B, when TE polarization is input to the first input waveguide 52, the TE polarization output from the first output waveguide 62 is shown by a curve I, and is output from the second output waveguide 64. The TM polarization is shown by curve II.

ここで、第1光導波路コア330の幅を300nmとし、第2光導波路コア340の幅を500nmとし、グレーティングの周期Λを375nmとしている。その他の条件は、図5(A)と同じなので説明を省略する。なお、第1光導波路コア330及び第2光導波路コア340の間隔を500nmとしている。 Here, the width of the first optical waveguide core 330 is set to 300 nm, the width of the second optical waveguide core 340 is set to 500 nm, and the grating period Λ is set to 375 nm. Since the other conditions are the same as those in FIG. 5 (A), the description thereof will be omitted. The distance between the first optical waveguide core 330 and the second optical waveguide core 340 is set to 500 nm.

図5(B)に示すように、図3(B)に示す構成例では、第2出力導波路64からTM偏波が1600nm付近に予定通りに取り出されている。なお、メインの回折ピークの両脇に別の次数への不要な回折ピークがみられるが、ある程度抑えられている。 As shown in FIG. 5B, in the configuration example shown in FIG. 3B, the TM polarization is extracted from the second output waveguide 64 at around 1600 nm as planned. In addition, unnecessary diffraction peaks of different orders are seen on both sides of the main diffraction peak, but they are suppressed to some extent.

また、図1及び図2に示す構成に比べて、図3(A)及び(B)に示す構成は、スラブ導波路の幅が広く設定されている。このため、ドライエッチングを2段階で行う際の位置合わせに対する自由度が高くなるなど、製造が容易になる。 Further, the width of the slab waveguide is set wider in the configurations shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B) than in the configurations shown in FIGS. 1 and 2. Therefore, the manufacturing becomes easy, for example, the degree of freedom for alignment when the dry etching is performed in two steps is increased.

以上説明したように、第1光波長フィルタは、グレーティングでの位相整合条件を満たす、特定の波長の光を、TE偏波及びTM偏波の間で、偏波変換して出力する、偏波変換型の光波長フィルタとして機能する。ここで、スラブ導波路の幅を狭くすると、特に、グレーティングでの、TM偏波からTE偏波又はTE偏波からTM偏波への回折効率を向上させることができる。また、スラブ導波路の幅を広くすると、製造が容易になる。 As described above, the first light wavelength filter outputs light having a specific wavelength that satisfies the phase matching condition in grating by polarization conversion between TE polarization and TM polarization. Functions as a conversion type optical wavelength filter. Here, if the width of the slab waveguide is narrowed, the diffraction efficiency from TM polarization to TE polarization or from TE polarization to TM polarization can be improved, especially in grating. Further, if the width of the slab waveguide is widened, the manufacturing becomes easy.

(第2光波長フィルタ)
図6を参照して、この発明の第2実施形態に係る光波長フィルタ(以下、第2光波長フィルタ)を説明する。図6は、第2光波長フィルタを説明するための模式図である。図6は、第2光波長フィルタを示す概略平面図である。ここで、図6では、光導波路コアの平面形状を示し、他の構成要素を省略して示してある。
(Second light wavelength filter)
A light wavelength filter (hereinafter referred to as a second light wavelength filter) according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the second light wavelength filter. FIG. 6 is a schematic plan view showing a second light wavelength filter. Here, in FIG. 6, the planar shape of the optical waveguide core is shown, and other components are omitted.

第2光波長フィルタは、直列に接続された、第1素子91及び第2素子92を備えて構成される。ここで、第1素子91及び第2素子92は互いに同じ構成であり、上述した第1光波長フィルタの偏波変換部が用いられる。図6では、図1を参照して説明した第1光波長フィルタの偏波変換部を用いる場合を示している。 The second light wavelength filter includes a first element 91 and a second element 92 connected in series. Here, the first element 91 and the second element 92 have the same configuration as each other, and the polarization conversion unit of the first optical wavelength filter described above is used. FIG. 6 shows a case where the polarization conversion unit of the first optical wavelength filter described with reference to FIG. 1 is used.

ここでは、第1素子91及び第2素子92における、第1光導波路コア31及び32の幅を、第2光導波路コア41及び42の幅よりも大きく設定している。 Here, the widths of the first optical waveguide cores 31 and 32 in the first element 91 and the second element 92 are set to be larger than the widths of the second optical waveguide cores 41 and 42.

第1素子91が備える第1光導波路コア31の出力端31bと、第2素子92が備える第2光導波路コア42の入力端42aとが接続される。また、第1素子91が備える第2光導波路コア41の入力端41aと、第2素子92が備える第1光導波路コア32の出力端32bとが接続されている。 The output end 31b of the first optical waveguide core 31 included in the first element 91 and the input end 42a of the second optical waveguide core 42 included in the second element 92 are connected. Further, the input end 41a of the second optical waveguide core 41 included in the first element 91 and the output end 32b of the first optical waveguide core 32 included in the second element 92 are connected to each other.

第1素子91の第1光導波路コア31と第2素子92の第2光導波路コア42の間、及び、第1素子91の第2光導波路41と第2素子92の第1光導波路コア32の間での光の損失を減らすために、幅テーパ導波路74を用いるのがよい。この場合、第1素子91の第1光導波路コア31の出力端31bに、幅テーパ導波路74を介して、第2素子92の第2光導波路コア42の入力端42aが接続される。また、第1素子91の第2光導波路コア41の入力端41aに、幅テーパ導波路74を介して、第2素子92の第1光導波路コア32の出力端32bが接続される。幅テーパ導波路74の幅の同じ部分において、光が導波路間で移行するのを防止するためには、幅テーパ導波路74間に低屈折率領域78を設けたり、曲線導波路をつないで導波路間隔を広げたりするなどの工夫が必要である。 Between the first optical waveguide core 31 of the first element 91 and the second optical waveguide core 42 of the second element 92, and between the second optical waveguide 41 of the first element 91 and the first optical waveguide core 32 of the second element 92. In order to reduce the loss of light between them, it is preferable to use the width taper waveguide 74. In this case, the input end 42a of the second optical waveguide core 42 of the second element 92 is connected to the output end 31b of the first optical waveguide core 31 of the first element 91 via the width taper waveguide 74. Further, the output end 32b of the first optical waveguide core 32 of the second element 92 is connected to the input end 41a of the second optical waveguide core 41 of the first element 91 via the width taper waveguide 74. In order to prevent light from migrating between the waveguides in the same width of the width taper waveguide 74, a low refractive index region 78 is provided between the width taper waveguides 74, or a curved waveguide is connected. It is necessary to take measures such as widening the waveguide interval.

また、第1素子91の第1光導波路コア31の入力端31aに、第1入力導波路52が接続されている。また、第2素子92の第2光導波路コア42の出力端42bに、第1出力導波路62が接続されている。同様に、第2素子92の第1光導波路コア32の入力端32aに、第2入力導波路54が接続されている。また、第1素子91の第2光導波路コア41の出力端41bに、第2出力導波路64が接続されている。 Further, the first input waveguide 52 is connected to the input end 31a of the first optical waveguide core 31 of the first element 91. Further, the first output waveguide 62 is connected to the output end 42b of the second optical waveguide core 42 of the second element 92. Similarly, the second input waveguide 54 is connected to the input end 32a of the first optical waveguide core 32 of the second element 92. Further, the second output waveguide 64 is connected to the output end 41b of the second optical waveguide core 41 of the first element 91.

第2光波長フィルタでは、第1入力導波路52から、基本モードのTE偏波及びTM偏波を入力すると、第1素子91において、特定の波長のTM偏波が回折されてTE偏波に変換される。この変換されたTE偏波は、第1素子91の第2導波路コア41を伝播し、第2出力導波路64から出力される。第1入力導波路52に入力されたTE偏波は、第1素子91の第1光導波路コア31をそのまま伝播し、第2素子92の第2光導波路コア42に入力される。 In the second optical wavelength filter, when TE polarization and TM polarization in the basic mode are input from the first input waveguide 52, TM polarization of a specific wavelength is diffracted into TE polarization in the first element 91. Will be converted. The converted TE polarized wave propagates through the second waveguide core 41 of the first element 91 and is output from the second output waveguide 64. The TE polarized wave input to the first input waveguide 52 propagates through the first optical waveguide core 31 of the first element 91 as it is, and is input to the second optical waveguide core 42 of the second element 92.

第2素子92では、特定の波長のTE偏波が回折されてTM偏波に変換される。この変換されたTM偏波は、第2素子92の第1光導波路コア32を伝播し、第1素子91の第2光導波路コア41に送られる。第1素子91に送られたTM偏波は、第1素子91の第2光導波路コア41を伝播し、第2出力導波路64から出力される。 In the second element 92, TE polarized waves having a specific wavelength are diffracted and converted into TM polarized waves. This converted TM polarization propagates through the first optical waveguide core 32 of the second element 92 and is sent to the second optical waveguide core 41 of the first element 91. The TM polarization sent to the first element 91 propagates through the second optical waveguide core 41 of the first element 91 and is output from the second output waveguide 64.

この結果、第2出力導波路64からは、特定波長のTE偏波及びTM偏波が出力される。このように、第2光波長フィルタは、偏波無依存型の光波長フィルタとして機能する。 As a result, TE polarized waves and TM polarized waves having a specific wavelength are output from the second output waveguide 64. As described above, the second optical wavelength filter functions as a polarization-independent optical wavelength filter.

10 支持基板
20 クラッド
30、31、32、130、230、330 第1光導波路コア
40、41、42、140、240、340 第2光導波路コア
42 基部
44a、44b 突出部
46、246 スラブ導波路
52 第1入力導波路
54 第2入力導波路
62 第1出力導波路
64 第2出力導波路
70 電極
74、76 幅テーパ導波路
78 低屈折率領域
90、190、290、390 偏波変換部
91 第1素子
92 第2素子
10 Support substrate 20 Clad 30, 31, 32, 130, 230, 330 1st optical waveguide core 40, 41, 42, 140, 240, 340 2nd optical waveguide core 42 Base 44a, 44b Protruding parts 46, 246 Slab waveguide 52 1st input waveguide 54 2nd input waveguide 62 1st output waveguide 64 2nd output waveguide 70 Electrodes 74,76 Width tapered waveguide 78 Low refractive index region 90, 190, 290, 390 Polarization converter 91 1st element 92 2nd element

Claims (9)

支持基板と、
前記支持基板上に形成されるクラッドと、
前記クラッド中に埋設され、前記支持基板の上面に平行に設けられる、第1光導波路コア及び第2光導波路コアと
を備え、
前記第1光導波路コア及び前記第2光導波路コアが所定の間隔で並列配列された偏波変換部が設けられ、
前記偏波変換部において、
前記第1光導波路コア及び前記第2光導波路コアは、互いに幅が異なっており、
前記第2光導波路コアには、左右で反対称のグレーティングが設けられ、
前記第2光導波路コアと、該第2光導波路コアの周囲のクラッドとで構成される光導波路は、上下で非対称になるように構成されており、
前記第1光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、TE(Transverse Electoric)偏波及びTM(Transverse Maganetic)偏波の一方の偏波の光が、他方の偏波に変換されて前記第2光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、前記第1光導波路コアの出力端から出力される
ことを特徴とする偏波変換型の光波長フィルタ。
Support board and
The clad formed on the support substrate and
It includes a first optical waveguide core and a second optical waveguide core that are embedded in the clad and provided parallel to the upper surface of the support substrate.
A polarization conversion unit in which the first optical waveguide core and the second optical waveguide core are arranged in parallel at predetermined intervals is provided.
In the polarization conversion unit
The widths of the first optical waveguide core and the second optical waveguide core are different from each other.
The second optical waveguide core is provided with antisymmetric gratings on the left and right sides.
The optical waveguide composed of the second optical waveguide core and the clad around the second optical waveguide core is configured to be vertically asymmetrical.
Of the light input to the input end of the first optical waveguide core, one polarized light of TE (Transverse Electrical) polarization and TM (Transverse Magnetic) polarization of a specific wavelength becomes the other polarization. A polarization conversion type optical wavelength filter characterized in that it is converted and output from the output end of the second optical waveguide core, and the other light is output from the output end of the first optical waveguide core.
前記偏波変換部において、
前記第2光導波路コアより厚さが小さく、かつ、前記第2光導波路コアと一体に形成されたスラブ導波路を
さらに備えることを特徴とする請求項1に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。
In the polarization conversion unit
The polarization conversion type optical wavelength according to claim 1, further comprising a slab waveguide formed integrally with the second optical waveguide core and having a thickness smaller than that of the second optical waveguide core. filter.
前記偏波変換部において、
前記第2光導波路コアの側面が、前記支持基板の上面に対して傾いて形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。
In the polarization conversion unit
The polarization conversion type optical wavelength filter according to claim 1, wherein the side surface of the second optical waveguide core is formed so as to be inclined with respect to the upper surface of the support substrate.
前記偏波変換部において、
前記クラッドの前記第2光導波路コアの上側の部分が空気である
ことを特徴とする請求項1に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。
In the polarization conversion unit
The polarization conversion type optical wavelength filter according to claim 1, wherein the upper portion of the second optical waveguide core of the clad is air.
前記偏波変換部において、
前記第2光導波路コアが設けられている領域の前記クラッド上に、ヒータ用の電極が設けられている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。
In the polarization conversion unit
The polarization conversion type according to any one of claims 1 to 3, wherein an electrode for a heater is provided on the clad in the region where the second optical waveguide core is provided. Optical wavelength filter.
前記偏波変換部において、
前記第1光導波路コアの幅が、前記第2光導波路コアの幅より大きく、
前記第1光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、TM偏波の光が、TE偏波の光に変換されて前記第2光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、前記第1光導波路コアの出力端から出力される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。
In the polarization conversion unit
The width of the first optical waveguide core is larger than the width of the second optical waveguide core.
Of the light input to the input end of the first optical waveguide core, TM-polarized light of a specific wavelength is converted into TE-polarized light and output from the output end of the second optical waveguide core. The polarization conversion type optical wavelength filter according to any one of claims 1 to 5, wherein the other light is output from the output end of the first optical waveguide core.
前記偏波変換部において、
前記第1光導波路コアの幅が、前記第2光導波路コアの幅より小さく、
前記第1光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、TE偏波の光が、TM偏波の光に変換されて前記第2光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、前記第1光導波路コアの出力端から出力される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。
In the polarization conversion unit
The width of the first optical waveguide core is smaller than the width of the second optical waveguide core.
Of the light input to the input end of the first optical waveguide core, TE-polarized light of a specific wavelength is converted into TM-polarized light and output from the output end of the second optical waveguide core. The polarization conversion type optical wavelength filter according to any one of claims 1 to 5, wherein the other light is output from the output end of the first optical waveguide core.
請求項1〜7のいずれか一項に記載された偏波変換型の光波長フィルタである第1素子及び第2素子を備えて構成され、
前記第1素子が備える前記偏波変換部である第1偏波変換部と、前記第2素子が備える前記偏波変換部である第2偏波変換部とが直列に配置され、
前記第1偏波変換部に含まれ前記第1光導波路コアの出力端と、前記第2偏波変換部に含まれ前記第2光導波路コアの入力端とが接続され、
前記第1偏波変換部に含まれ前記第2光導波路コアの入力端と、前記第2偏波変換部に含まれ前記第1光導波路コアの出力端とが接続されている
ことを特徴とする偏波無依存型の光波長フィルタ。
The first element and the second element which are the polarization conversion type optical wavelength filters according to any one of claims 1 to 7 are provided.
The first polarization conversion unit, which is the polarization conversion unit included in the first element, and the second polarization conversion unit, which is the polarization conversion unit included in the second element, are arranged in series.
An output terminal of said first optical waveguide core that is part of the first polarization converter unit, the input end of the second optical waveguide core that is part of the second polarization conversion unit is connected,
The input end of the second optical waveguide core that is part of the first polarization converter unit, that the output end of said first optical waveguide core that is part of the second polarization conversion unit is connected A characteristic polarization-independent optical wavelength filter.
前記第1偏波変換部に含まれ前記第1光導波路コアの出力端と、前記第2偏波変換部に含まれ前記第2光導波路コアの入力端との間に幅テーパ導波路が設けられ、
前記第1偏波変換部に含まれ前記第2光導波路コアの入力端と、前記第2偏波変換部に含まれ前記第1光導波路コアの出力端との間に幅テーパ導波路が設けられている
ことを特徴とする請求項8に記載の偏波無依存型の光波長フィルタ。
Width tapered waveguide between an output end of said first optical waveguide core that is part of the first polarization converter unit, an input end of said second optical waveguide core that is part of the second polarization converter unit Is provided,
Width tapered waveguide between an output end of said input end of said second optical waveguide core first Ru contained in the polarization conversion unit, wherein the first optical waveguide core that is part of the second polarization converter unit The polarization-independent optical wavelength filter according to claim 8, wherein the light wavelength filter is provided.
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