JP7480488B2 - 光半導体素子及び受信器 - Google Patents

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Description

本開示は、光半導体素子及び受信器に関する。
９０度ハイブリッド回路は、位相変調された信号光と局部発振（Local Oscillator：ＬＯ）光とを干渉させることにより、信号光を複素平面上のＩ軸とＱ軸とに分離し、復調する回路である。位相変調の方式としては、４位相偏移変調（Quadrature Phase shift Keying：ＱＰＳＫ）、直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation：ＱＡＭ）等が挙げられる。
従来、４つの光カプラ及びチャネル型の曲げ導波路を用いた９０度ハイブリッド回路が提案されている。
米国特許第１０１２６４９８号明細書 特開２０１１－２５７５１３号公報 国際公開第２０１６／０５１６９８号 国際公開第２００９／０９８８２９号 特開２０１２－２７２１１号公報 特開２０１２－１９１３０２号公報
しかしながら、従来の４つの光カプラ及びチャネル型の曲げ導波路を用いた９０度ハイブリッド回路の特性は、曲げ導波路の断面構造の変動による位相誤差の影響を極めて受けやすい。このため、従来の９０度ハイブリッド回路の特性は、製造ばらつきの影響を極めて受けやすい。
本開示の目的は、製造ばらつきの影響を受けにくくすることができる光半導体素子及び受信器を提供することにある。
本開示の一形態によれば、第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート及び第２の出力ポートを備えた第１の光結合器と、第３の入力ポート、第４の入力ポート、第３の出力ポート及び第４の出力ポートを備えた第１の光分岐器と、第５の入力ポート、第６の入力ポート、第５の出力ポート及び第６の出力ポートを備えた第２の光結合器と、第７の入力ポート、第７の出力ポート及び第８の出力ポートを備えた第２の光分岐器と、前記第２の入力ポートと前記第３の出力ポートとを光学的に接続するリブ型の第１のシングルモード導波路と、前記第４の出力ポートと前記第５の入力ポートとを光学的に接続するリブ型の第２のシングルモード導波路と、前記第６の入力ポートと前記第７の出力ポートとを光学的に接続するリブ型の第３のシングルモード導波路と、前記第８の出力ポートと前記第１の入力ポートとを光学的に接続するリブ型の第４のシングルモード導波路と、を有し、前記第１のシングルモード導波路、前記第２のシングルモード導波路、前記第３のシングルモード導波路及び前記第４のシングルモード導波路は、共通の平面に設けられ、前記第１のシングルモード導波路は、第１のコア部と、前記第１のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第１のスラブ部と、を有し、前記第２のシングルモード導波路は、第２のコア部と、前記第２のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第２のスラブ部と、を有し、前記第３のシングルモード導波路は、第３のコア部と、前記第３のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第３のスラブ部と、を有し、前記第４のシングルモード導波路は、第４のコア部と、前記第４のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第４のスラブ部と、を有し、前記第１のコア部は、前記第２の入力ポートに直接接続され、前記第２の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第１のコアテーパ部と、前記第３の出力ポートに直接接続され、前記第３の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第２のコアテーパ部と、を有し、前記第２のコア部は、前記第４の出力ポートに直接接続され、前記第４の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第３のコアテーパ部と、前記第５の入力ポートに直接接続され、前記第５の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第４のコアテーパ部と、を有し、前記第３のコア部は、前記第６の入力ポートに直接接続され、前記第６の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第５のコアテーパ部と、前記第７の出力ポートに直接接続され、前記第７の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第６のコアテーパ部と、を有し、前記第４のコア部は、前記第８の出力ポートに直接接続され、前記第８の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第７のコアテーパ部と、前記第１の入力ポートに直接接続され、前記第１の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第８のコアテーパ部と、を有し、前記平面に平行な方向において、前記第１のスラブ部と、前記第２のスラブ部と、前記第３のスラブ部と、前記第４のスラブ部とが、互いから離間し、前記第１のスラブ部は、前記第１のコアテーパ部の側方に位置し、前記第２の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第１のスラブテーパ部と、前記第２のコアテーパ部の側方に位置し、前記第３の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第２のスラブテーパ部と、を有し、前記第２のスラブ部は、前記第３のコアテーパ部の側方に位置し、前記第４の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第３のスラブテーパ部と、前記第４のコアテーパ部の側方に位置し、前記第５の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第４のスラブテーパ部と、を有し、前記第３のスラブ部は、前記第５のコアテーパ部の側方に位置し、前記第６の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第５のスラブテーパ部と、前記第６のコアテーパ部の側方に位置し、前記第７の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第６のスラブテーパ部と、を有し、前記第４のスラブ部は、前記第７のコアテーパ部の側方に位置し、前記第８の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第７のスラブテーパ部と、前記第８のコアテーパ部の側方に位置し、前記第１の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第８のスラブテーパ部と、を有する光半導体素子が提供される。
本開示によれば、製造ばらつきの影響を受けにくくすることができる。
第１の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。 第１の実施形態に係る光半導体素子を示す断面図（その１）である。 第１の実施形態に係る光半導体素子を示す断面図（その２）である。 第１の実施形態に係る光半導体素子を示す断面図（その３）である。 第１の実施形態に係る光半導体素子を示す断面図（その４）である。 リブ型のシングルモード導波路の一例を示す断面図である。 図６Ａに示すシングルモード導波路のモード分布のシミュレーション結果を示す図である。 チャネル型のシングルモード導波路の一例を示す断面図である。 図７Ａに示すシングルモード導波路のモード分布のシミュレーション結果を示す図である。 コア部の幅と実効屈折率との関係を示す図である。 第２の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。 チャネル型のシングルモード導波路が接続された場合の電界分布を示す図である。 チャネル型のシングルモード導波路が接続された場合のモード分布を示す図である。 第２の実施形態に関し、スラブ部の厚さが５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合の電界分布を示す図である。 第２の実施形態に関し、スラブ部の厚さが５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合のモード分布を示す図である。 第２の実施形態に関し、スラブ部の厚さが１１０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合の電界分布を示す図である。 第２の実施形態に関し、スラブ部の厚さが１１０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合のモード分布を示す図である。 第２の実施形態に関し、スラブ部の厚さが１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合の電界分布を示す図である。 第２の実施形態に関し、スラブ部の厚さが１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合のモード分布を示す図である。 スラブ部の厚さと透過率との間の関係を示す図である。 第３の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。 第３の実施形態に関し、スラブ部の厚さが１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合の電界分布を示す図である。 第３の実施形態に関し、スラブ部の厚さが１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合のモード分布を示す図である。 第４の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。 図１７の一部を拡大して示す平面図（その１）である。 図１７の一部を拡大して示す平面図（その２）である。 図１７の一部を拡大して示す平面図（その３）である。 図１７の一部を拡大して示す平面図（その４）である。 第４の実施形態に関し、スラブ部の厚さ２が１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合の電界分布を示す図である。 第４の実施形態に関し、スラブ部の厚さ２が１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が接続された場合のモード分布を示す図である。 第５の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。 第６の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。 第７の実施形態に係る受信器を示すブロック図である。
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、９０度ハイブリッド回路を含む光半導体素子に関する。図１は、第１の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。図２～図５は、第１の実施形態に係る光半導体素子を示す断面図である。図２は、図１中のII-II線に沿った断面図を示す。図３は、図１中のIII-III線に沿った断面図を示す。図４は、図１中のIV-IV線に沿った断面図を示す。図５は、図１中のV-V線に沿った断面図を示す。第１の実施形態に係る光半導体素子は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板とＳＯＩ基板上のクラッド層とを用いて構成される。ＳＯＩ基板は、シリコン基板と、シリコン基板上の絶縁層と、絶縁層上のシリコン層とを備える。
図１に示すように、第１の実施形態に係る光半導体素子１００は、２×２マルチモード干渉（Multi-Mode Interference ＭＭＩ）カプラ１１０と、２×２ＭＭＩカプラ１２０と、２×２ＭＭＩカプラ１３０と、１×２ＭＭＩカプラ１４０とを有する。２×２ＭＭＩカプラ１１０は第１の光結合器の一例であり、２×２ＭＭＩカプラ１２０は第１の光分岐器の一例であり、２×２ＭＭＩカプラ１３０は第２の光結合器の一例であり、１×２ＭＭＩカプラ１４０は第１の光分岐器の一例である。
２×２ＭＭＩカプラ１１０は、入力ポート１１１と、入力ポート１１２と、出力ポート１１３と、出力ポート１１４とを有する。入力ポート１１１は第１の入力ポートの一例であり、入力ポート１１２は第２の入力ポートの一例であり、出力ポート１１３は第１の出力ポートの一例であり、出力ポート１１４は第２の出力ポートの一例である。
２×２ＭＭＩカプラ１２０は、入力ポート１２１と、入力ポート１２２と、出力ポート１２３と、出力ポート１２４とを有する。入力ポート１２１は第３の入力ポートの一例であり、入力ポート１２２は第４の入力ポートの一例であり、出力ポート１２３は第３の出力ポートの一例であり、出力ポート１２４は第４の出力ポートの一例である。
２×２ＭＭＩカプラ１３０は、入力ポート１３１と、入力ポート１３２と、出力ポート１３３と、出力ポート１３４とを有する。入力ポート１３１は第５の入力ポートの一例であり、入力ポート１３２は第６の入力ポートの一例であり、出力ポート１３３は第５の出力ポートの一例であり、出力ポート１３４は第６の出力ポートの一例である。
１×２ＭＭＩカプラ１４０は、入力ポート１４１と、出力ポート１４３と、出力ポート１４４とを有する。入力ポート１４１は第７の入力ポートの一例であり、出力ポート１４３は第７の出力ポートの一例であり、出力ポート１４４は第８の出力ポートの一例である。
２×２ＭＭＩカプラ１１０は、チャネル型のマルチモード導波路１１５を有する。図２に示すように、マルチモード導波路１１５は、例えば、ＳＯＩ基板１０４と、ＳＯＩ基板１０４上のクラッド層１０５とを用いて構成される。ＳＯＩ基板１０４は、シリコン基板１０１と、シリコン基板１０１上の絶縁層１０２と、絶縁層１０２上のシリコン層１０３とを備える。例えば、絶縁層１０２及びクラッド層１０５は、例えば酸化シリコン層である。シリコン層１０３の加工により、マルチモード導波路１１５のコア部１１５Ａが形成されている。マルチモード導波路１１５は第１のマルチモード導波路の一例である。
２×２ＭＭＩカプラ１２０は、チャネル型のマルチモード導波路１２５を有する。マルチモード導波路１２５も、例えば、ＳＯＩ基板１０４と、クラッド層１０５とを用いて構成される。シリコン層１０３の加工により、マルチモード導波路１２５のコア部１２５Ａが形成されている。マルチモード導波路１２５は第２のマルチモード導波路の一例である。
２×２ＭＭＩカプラ１３０は、チャネル型のマルチモード導波路１３５を有する。マルチモード導波路１３５も、例えば、ＳＯＩ基板１０４と、クラッド層１０５とを用いて構成される。シリコン層１０３の加工により、マルチモード導波路１３５のコア部１３５Ａが形成されている。マルチモード導波路１３５は第３のマルチモード導波路の一例である。
１×２ＭＭＩカプラ１４０は、チャネル型のマルチモード導波路１４５を有する。マルチモード導波路１４５も、例えば、ＳＯＩ基板１０４と、クラッド層１０５とを用いて構成される。シリコン層１０３の加工により、マルチモード導波路１４５のコア部１４５Ａが形成されている。マルチモード導波路１４５は第４のマルチモード導波路の一例である。
光半導体素子１００は、更に、入力ポート１１２と出力ポート１２３とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路１５０と、出力ポート１２４と入力ポート１３１とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路１６０と、入力ポート１３２と出力ポート１４３とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路１７０と、出力ポート１４４と入力ポート１１１とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路１８０とを有する。シングルモード導波路１５０は第１のシングルモード導波路の一例であり、シングルモード導波路１６０は第２のシングルモード導波路の一例であり、シングルモード導波路１７０は第３のシングルモード導波路の一例であり、シングルモード導波路１８０は第４のシングルモード導波路の一例である。シングルモード導波路１５０、１６０、１７０及び１８０は、曲げ導波路であってもよい。シングルモード導波路１５０、１６０、１７０及び１８０は、絶縁層１０２の上面１０２Ａの上に形成されていてもよい。上面１０２Ａは共通の平面の一例である。
シングルモード導波路１５０は、例えば、コア部１５１と、コア部１５１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部１５２及び１９２とを有する。シングルモード導波路１６０は、例えば、コア部１６１と、コア部１６１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部１６２及び１９２とを有する。シングルモード導波路１７０は、例えば、コア部１７１と、コア部１７１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部１７２及び１９２とを有する。シングルモード導波路１８０は、例えば、コア部１８１と、コア部１８１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部１８２及び１９２とを有する。スラブ部１９２はシングルモード導波路１５０、１６０、１７０及び１８０に共有されてもよい。コア部１５１は第１のコア部の一例であり、スラブ部１５２及び１９２は第１のスラブ部の一例である。コア部１６１は第２のコア部の一例であり、スラブ部１６２及び１９２は第２のスラブ部の一例である。コア部１７１は第３のコア部の一例であり、スラブ部１７２及び１９２は第３のスラブ部の一例である。コア部１８１は第４のコア部の一例であり、スラブ部１８２及び１９２は第４のスラブ部の一例である。
図３に示すように、シングルモード導波路１５０及び１８０は、例えば、ＳＯＩ基板１０４と、クラッド層１０５とを用いて構成される。シリコン層１０３の加工により、コア部１５１及び１８１と、スラブ部１５２、１８２及び１９２とが形成されている。同様に、シリコン層１０３の加工により、コア部１６１及び１７１と、スラブ部１６２及び１７２とが形成されている。
ＳＯＩ基板１０４の上面に垂直な方向からの平面視で、２×２ＭＭＩカプラ１１０、２×２ＭＭＩカプラ１２０、２×２ＭＭＩカプラ１３０及び１×２ＭＭＩカプラ１４０は、この順で時計回りに配置されている。以下、ＳＯＩ基板１０４の上面に垂直な方向からの平面視を、単に「平面視」という。入力ポート１１１と入力ポート１３２とが対向していてもよく、入力ポート１１２と入力ポート１３１とが対向していてもよい。出力ポート１２３と出力ポート１４４とが対向していてもよく、出力ポート１２４と出力ポート１４３とが対向していてもよい。平面視で、シングルモード導波路１５０、１６０、１７０及び１８０は、互いに交差していない。スラブ部１９２は、平面視で、コア部１５１、１６１、１７１及び１８１の内側にある。スラブ部１５２、１６２、１７２及び１８２は、平面視で、コア部１５１、１６１、１７１及び１８１の外側にある。つまり、スラブ部１５２、１６２、１７２及び１８２は、コア部１５１、１６１、１７１及び１８１のスラブ部１９２の反対側にある。
光半導体素子１００は、更に、出力ポート１１３に光学的に接続されたシングルモード導波路１１６と、出力ポート１１４に光学的に接続されたシングルモード導波路１１７と、入力ポート１２１に光学的に接続されたシングルモード導波路１２６と、入力ポート１２２に光学的に接続されたシングルモード導波路１２７と、出力ポート１３３に光学的に接続されたシングルモード導波路１３６と、出力ポート１３４に光学的に接続されたシングルモード導波路１３７と、入力ポート１４１に光学的に接続されたシングルモード導波路１４６とを有する。シングルモード導波路１１６、１１７、１２６、１２７、１３６、１３７及び１４６は、例えばチャネル型のシングルモード導波路である。
図４に示すように、シングルモード導波路１１６及び１１７は、例えば、ＳＯＩ基板１０４と、クラッド層１０５とを用いて構成される。シリコン層１０３の加工により、シングルモード導波路１１６のコア部１１６Ａと、シングルモード導波路１１７のコア部１１７Ａとが形成されている。同様に、シリコン層１０３の加工により、シングルモード導波路１２６のコア部１２６Ａと、シングルモード導波路１２７のコア部１２７Ａと、シングルモード導波路１３６のコア部１３６Ａと、シングルモード導波路１３７のコア部１３７Ａとが形成されている。
図５に示すように、シングルモード導波路１４６は、例えば、ＳＯＩ基板１０４と、クラッド層１０５とを用いて構成される。シリコン層１０３の加工により、シングルモード導波路１４６のコア部１４６Ａが形成されている。
光半導体素子１００においては、例えば、ＱＰＳＫ信号などの位相変調信号（信号光）がシングルモード導波路１２６又は１２７から２×２ＭＭＩカプラ１２０の入力ポート１２２に入力される。また、局部発振（Local Oscillator：ＬＯ）光がシングルモード導波路１４６から１×２ＭＭＩカプラ１４０の入力ポート１４１に入力される。例えば、信号光及びＬＯ光の波長は１．５５μｍである。信号光は２×２ＭＭＩカプラ１２０により２分岐され、出力ポート１２３及び１２４から出力される。出力ポート１２３から出力された信号光はシングルモード導波路１５０を介して２×２ＭＭＩカプラ１１０の入力ポート１１２に入力され、出力ポート１２４から出力された信号光はシングルモード導波路１６０を介して２×２ＭＭＩカプラ１３０の入力ポート１３１に入力される。ＬＯ光は１×２ＭＭＩカプラ１４０により２分岐され、出力ポート１４３及び１４４から出力される。出力ポート１４３から出力されたＬＯ光はシングルモード導波路１７０を介して２×２ＭＭＩカプラ１３０の入力ポート１３２に入力され、出力ポート１４４から出力されたＬＯ光はシングルモード導波路１８０を介して２×２ＭＭＩカプラ１１０の入力ポート１１１に入力される。２×２ＭＭＩカプラ１１０は、入力ポート１１１に入力されたＬＯ光と入力ポート１１２に入力された信号光とを結合して合成し、位相が１８０度異なるＱ成分の信号光を出力ポート１１３及び１１４からシングルモード導波路１１６及び１１７に出力する。２×２ＭＭＩカプラ１３０は、入力ポート１３２に入力されたＬＯ光と入力ポート１３１に入力された信号光とを結合して合成し、位相が１８０度異なるＩ成分の信号光を出力ポート１３３及び１３４からシングルモード導波路１３６及び１３７に出力する。このようにして、位相が９０度ずれた４つの信号光が光半導体素子１００から出力される。
ここで、シングルモード導波路の特性について説明する。図６Ａは、リブ型のシングルモード導波路の一例を示す断面図であり、図６Ｂは、図６Ａに示すシングルモード導波路のモード分布のシミュレーション結果を示す図である。図７Ａは、チャネル型のシングルモード導波路の一例を示す断面図であり、図７Ｂは、図７Ａに示すシングルモード導波路のモード分布のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、ビーム伝搬法により行った。なお、図６Ｂ及び図７Ｂ中の数値（０．１、０．３、０．５、０．７及び０．９）は、最大強度を１．０としたときの相対的な強度を示す。以降のモード分布、電界分布のシミュレーション結果を示す図中の数値も同様である。
図６Ａに示すリブ型のシングルモード導波路１０は、ＳＯＩ基板１０４と、クラッド層１０５とを用いて構成される。シリコン層１０３の加工により、コア部１１とスラブ部１２とが形成されている。図７Ａに示すシングルモード導波路２０は、ＳＯＩ基板１０４と、クラッド層１０５とを用いて構成される。シリコン層１０３の加工により、コア部２１が形成されている。
図６Ｂ及び図７Ｂに示すように、一般的に、リブ型のシングルモード導波路１０では、チャネル型のシングルモード導波路２０と比較して、クラッド層１０５への光モードの漏れが少ない。また、シングルモード導波路１０では、シングルモード導波路２０と比較して、側壁面でのモードの存在割合が小さいため、導波路のリブ幅、側壁面と絶縁層の上面とのなす角の大きさの変動、及び側壁面の粗さ（側壁ラフネス）の影響を受けにくい。
シングルモード導波路１０及び２０の各実効屈折率に関するシミュレーション結果について説明する。このシミュレーションでは、シングルモード導波路１０のコア部１１の厚さＴ１１は２２０ｎｍであり、一方のスラブ部１２の縁から他方のスラブ部１２の縁までの距離（以下、「スラブ部１２の幅」ということがある）Ｗ１２は１μｍであり、シングルモード導波路２０のコア部２１の厚さＴ２１は２２０ｎｍである。
シングルモード導波路１０については、スラブ部１２の厚さＴ１２を５０ｎｍ、１１０ｎｍ又は１５０ｎｍとし、コア部１１の幅Ｗ１１と実効屈折率との関係を計算した。シングルモード導波路２０については、コア部２１の幅Ｗ２１と実効屈折率との関係を計算した。これらの結果を図８に示す。図８は、コア部の幅Ｗ１１、Ｗ２１と実効屈折率との関係を示す図である。
図８に示すように、スラブ部１２の厚さＴ１２（残し厚さ）が大きいほど、実効屈折率のコア部１１の幅Ｗ１１への依存性が低い。例えば、４２０ｎｍ～４６０ｎｍの幅Ｗ１１、Ｗ２１の範囲において、シングルモード導波路２０の実効屈折率の変化の割合に対し、厚さＴ１２が５０ｎｍの場合の実効屈折率の変化の割合は約０．８倍である。４２０ｎｍ～４６０ｎｍの幅Ｗ１１、Ｗ２１の範囲において、シングルモード導波路２０の実効屈折率の変化の割合に対し、厚さＴ１２が１００ｎｍの場合の実効屈折率の変化の割合は約０．４８倍であり、厚さＴ１２が１５０ｎｍの場合の実効屈折率の変化の割合は約０．２６倍である。実効屈折率の変化の割合は位相変動の割合に対応するため、厚さＴ１２が大きいほど位相変動の割合が小さくなる。
第１の実施形態においては、シングルモード導波路１５０、１６０、１７０及び１８０がリブ型のシングルモード導波路であるため、これらの実効屈折率は、コア部１５１、１６１、１７１及び１８１の幅、厚さ、側壁面と絶縁層１０２の上面１０２Ａとのなす角の大きさの変動の影響を受けにくい。また、シングルモード導波路１５０、１６０、１７０及び１８０では、コア部１５１、１６１、１７１及び１８１の側壁面の粗さ（側壁ラフネス）の影響も受けにくい。従って、製造ばらつきの影響を受けにくくし、位相誤差を大きく低減することができる。
また、上記のシミュレーションの結果において、スラブ部１２の幅Ｗ１２が１μｍの場合でも比較的製造ばらつきに強い特性が得られている。また、スラブ部の幅が１μｍのリブ型の導波路を曲げ導波路に適用する場合、曲げ導波路の曲げ半径を１０μｍ～２０μｍとすることも可能である。従って、シングルモード導波路１５０、１６０、１７０及び１８０の曲げ半径を１０μｍ～２０μｍとしても、製造ばらつきに強い特性を得ることができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、主に、リブ型のシングルモード導波路のコア部の構成の点で第１の実施形態と相違する。図９は、第２の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。
図９に示すように、第２の実施形態に係る光半導体素子２００は、第１の実施形態のシングルモード導波路１５０、１６０、１７０及び１８０に代えて、シングルモード導波路２５０、２６０、２７０及び２８０を有する。シングルモード導波路２５０は、入力ポート１１２と出力ポート１２３とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路である。シングルモード導波路２６０は、出力ポート１２４と入力ポート１３１とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路である。シングルモード導波路２７０は、入力ポート１３２と出力ポート１４３とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路である。シングルモード導波路２８０は、出力ポート１４４と入力ポート１１１とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路である。シングルモード導波路２５０は第１のシングルモード導波路の一例であり、シングルモード導波路２６０は第２のシングルモード導波路の一例であり、シングルモード導波路２７０は第３のシングルモード導波路の一例であり、シングルモード導波路２８０は第４のシングルモード導波路の一例である。シングルモード導波路２５０、２６０、２７０及び２８０は、絶縁層１０２の上面１０２Ａの上に形成されていてもよい。
シングルモード導波路２５０は、例えば、コア部２５１と、コア部２５１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部２５２及び２９２とを有する。シングルモード導波路２６０は、例えば、コア部２６１と、コア部２６１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部２６２及び２９２とを有する。シングルモード導波路２７０は、例えば、コア部２７１と、コア部２７１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部２７２及び２９２とを有する。シングルモード導波路２８０は、例えば、コア部２８１と、コア部２８１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部２８２及び２９２とを有する。スラブ部２９２はシングルモード導波路２５０、２６０、２７０及び２８０に共有されてもよい。コア部２５１は第１のコア部の一例であり、スラブ部２５２及び２９２は第１のスラブ部の一例である。コア部２６１は第２のコア部の一例であり、スラブ部２６２及び２９２は第２のスラブ部の一例である。コア部２７１は第３のコア部の一例であり、スラブ部２７２及び２９２は第３のスラブ部の一例である。コア部２８１は第４のコア部の一例であり、スラブ部２８２及び２９２は第４のスラブ部の一例である。
コア部２５１は、入力ポート１１２に直接接続され、入力ポート１１２から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２５１Ａと、出力ポート１２３に直接接続され、出力ポート１２３から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２５１Ｂとを有する。コア部２５１は、コアテーパ部２５１Ａに直接接続された直線部２５１Ｃと、コアテーパ部２５１Ｂに直接接続された直線部２５１Ｄと、直線部２５１Ｃ及び２５１Ｄに直接接続された曲線部２５１Ｅとを有してもよい。コアテーパ部２５１Ａは第１のコアテーパ部の一例であり、コアテーパ部２５１Ｂは第２のコアテーパ部の一例である。
コア部２６１は、出力ポート１２４に直接接続され、出力ポート１２４から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２６１Ａと、入力ポート１３１に直接接続され、入力ポート１３１から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２６１Ｂとを有する。コア部２６１は、コアテーパ部２６１Ａに直接接続された直線部２６１Ｃと、コアテーパ部２６１Ｂに直接接続された直線部２６１Ｄと、直線部２６１Ｃ及び２６１Ｄに直接接続された曲線部２６１Ｅとを有してもよい。コアテーパ部２６１Ａは第３のコアテーパ部の一例であり、コアテーパ部２６１Ｂは第４のコアテーパ部の一例である。
コア部２７１は、入力ポート１３２に直接接続され、入力ポート１３２から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２７１Ａと、出力ポート１４３に直接接続され、出力ポート１４３から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２７１Ｂとを有する。コア部２７１は、コアテーパ部２７１Ａに直接接続された直線部２７１Ｃと、コアテーパ部２７１Ｂに直接接続された直線部２７１Ｄと、直線部２７１Ｃ及び２７１Ｄに直接接続された曲線部２７１Ｅとを有してもよい。コアテーパ部２７１Ａは第５のコアテーパ部の一例であり、コアテーパ部２７１Ｂは第６のコアテーパ部の一例である。
コア部２８１は、出力ポート１４４に直接接続され、出力ポート１４４から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２８１Ａと、入力ポート１１１に直接接続され、入力ポート１１１から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２８１Ｂとを有する。コア部２８１は、コアテーパ部２８１Ａに直接接続された直線部２８１Ｃと、コアテーパ部２８１Ｂに直接接続された直線部２８１Ｄと、直線部２８１Ｃ及び２８１Ｄに直接接続された曲線部２８１Ｅとを有してもよい。コアテーパ部２８１Ａは第７のコアテーパ部の一例であり、コアテーパ部２８１Ｂは第８のコアテーパ部の一例である。
平面視で、シングルモード導波路２５０、２６０、２７０及び２８０は、互いに交差していない。スラブ部２９２は、平面視で、コア部２５１、２６１、２７１及び２８１の内側にある。スラブ部２５２、２６２、２７２及び２８２は、平面視で、コア部２５１、２６１、２７１及び２８１の外側にある。つまり、スラブ部２５２、２６２、２７２及び２８２は、コア部２５１、２６１、２７１及び２８１のスラブ部２９２の反対側にある。
光半導体素子２００は、シングルモード導波路１１６、１１７、１２６、１２７、１３６、１３７及び１４６に代えて、シングルモード導波路２１６、２１７、２２６、２２７、２３６、２３７及び２４６を有する。シングルモード導波路２１６、２１７、２２６、２２７、２３６、２３７及び２４６は、例えばチャネル型のシングルモード導波路である。
シングルモード導波路２１６は、コア部２１６Ａを有し、出力ポート１１３に光学的に接続されている。コア部２１６Ａは、出力ポート１１３に直接接続され、出力ポート１１３から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２１６Ｂと、コアテーパ部２１６Ｂに直接接続された直線部２１６Ｃとを有してもよい。
シングルモード導波路２１７は、コア部２１７Ａを有し、出力ポート１１４に光学的に接続されている。コア部２１７Ａは、出力ポート１１４に直接接続され、出力ポート１１４から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２１７Ｂと、コアテーパ部２１７Ｂに直接接続された直線部２１７Ｃとを有してもよい。
シングルモード導波路２２６は、コア部２２６Ａを有し、入力ポート１２１に光学的に接続されている。コア部２２６Ａは、入力ポート１２１に直接接続され、入力ポート１２１から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２２６Ｂと、コアテーパ部２２６Ｂに直接接続された直線部２２６Ｃとを有してもよい。
シングルモード導波路２２７は、コア部２２７Ａを有し、入力ポート１２２に光学的に接続されている。コア部２２７Ａは、入力ポート１２２に直接接続され、入力ポート１２２から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２２７Ｂと、コアテーパ部２２７Ｂに直接接続された直線部２２７Ｃとを有してもよい。
シングルモード導波路２３６は、コア部２３６Ａを有し、出力ポート１３３に光学的に接続されている。コア部２３６Ａは、出力ポート１３３に直接接続され、出力ポート１３３から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２３６Ｂと、コアテーパ部２３６Ｂに直接接続された直線部２３６Ｃとを有してもよい。
シングルモード導波路２３７は、コア部２３７Ａを有し、出力ポート１３４に光学的に接続されている。コア部２３７Ａは、出力ポート１３４に直接接続され、出力ポート１３４から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２３７Ｂと、コアテーパ部２３７Ｂに直接接続された直線部２３７Ｃとを有してもよい。
シングルモード導波路２４６は、コア部２４６Ａを有し、入力ポート１４１に光学的に接続されている。コア部２４６Ａは、入力ポート１４１に直接接続され、入力ポート１４１から離間するほど幅が狭くなるコアテーパ部２４６Ｂと、コアテーパ部２４６Ｂに直接接続された直線部２４６Ｃとを有してもよい。
他の構成は第１の実施形態と同様である。
光半導体素子２００においては、信号光が、例えば、シングルモード導波路２２６又は２２７から２×２ＭＭＩカプラ１２０の入力ポート１２２に入力される。また、ＬＯ光がシングルモード導波路２４６から１×２ＭＭＩカプラ１４０の入力ポート１４１に入力される。例えば、信号光及びＬＯ光の波長は１．５５μｍである。信号光は２×２ＭＭＩカプラ１２０により２分岐され、出力ポート１２３及び１２４から出力される。出力ポート１２３から出力された信号光はシングルモード導波路２５０を介して２×２ＭＭＩカプラ１１０の入力ポート１１２に入力され、出力ポート１２４から出力された信号光はシングルモード導波路２６０を介して２×２ＭＭＩカプラ１３０の入力ポート１３１に入力される。ＬＯ光は１×２ＭＭＩカプラ１４０により２分岐され、出力ポート１４３及び１４４から出力される。出力ポート１４３から出力されたＬＯ光はシングルモード導波路２７０を介して２×２ＭＭＩカプラ１３０の入力ポート１３２に入力され、出力ポート１４４から出力されたＬＯ光はシングルモード導波路２８０を介して２×２ＭＭＩカプラ１１０の入力ポート１１１に入力される。２×２ＭＭＩカプラ１１０は、入力ポート１１１に入力されたＬＯ光と入力ポート１１２に入力された信号光とを結合して合成し、位相が１８０度異なるＱ成分の信号光を出力ポート１１３及び１１４からシングルモード導波路２１６及び２１７に出力する。２×２ＭＭＩカプラ１３０は、入力ポート１３２に入力されたＬＯ光と入力ポート１３１に入力された信号光とを結合して合成し、位相が１８０度異なるＩ成分の信号光を出力ポート１３３及び１３４からシングルモード導波路２３６及び２３７に出力する。このようにして、位相が９０度ずれた４つの信号光が光半導体素子２００から出力される。
例えば、直線部２１６Ｃ、２１７Ｃ、２２６Ｃ、２２７Ｃ、２３６Ｃ、２３７Ｃ及び２４６Ｃの幅は４４０ｎｍであり、厚さは２２０ｎｍである。例えば、コアテーパ部２１６Ｂ、２１７Ｂ、２２６Ｂ、２２７Ｂ、２３６Ｂ、２３７Ｂ及び２４６Ｂの狭い側の幅は４４０ｎｍであり、広い側の幅は８００ｎｍであり、長さは２μｍである。例えば、コア部１１５Ａ、１２５Ａ、１３５Ａ及び１４５Ａの幅は２．６μｍであり、厚さは２２０ｎｍであり、長さは５．６５μｍである。例えば、コアテーパ部２５１Ａ、２５１Ｂ、２６１Ａ、２６１Ｂ、２７１Ａ、２７１Ｂ、２８１Ａ及び２８１Ｂの広い側の幅は８００ｎｍであり、狭い側の幅は４４０ｎｍであり、長さは２μｍである。例えば、入力ポート１１１と入力ポート１１２との間の中心間距離、出力ポート１２３と出力ポート１２４との間の中心間距離、入力ポート１３１と入力ポート１３２との間の中心間距離、及び、出力ポート１４３と出力ポート１４４との間の中心間距離は１．３μｍである。
シングルモード導波路２５０では、コアテーパ部２５１Ａ及び２５１Ｂにおいてリブチャネル変換が行われる。シングルモード導波路２６０では、コアテーパ部２６１Ａ及び２６１Ｂにおいてリブチャネル変換が行われる。シングルモード導波路２７０では、コアテーパ部２７１Ａ及び２７１Ｂにおいてリブチャネル変換が行われる。シングルモード導波路２８０では、コアテーパ部２８１Ａ及び２８１Ｂにおいてリブチャネル変換が行われる。第２の実施形態は第１の実施形態に対してＭＭＩカプラの入出力部にテーパを付加した構造となっており、一般的に、挿入損失の低減、波長帯域の向上を見込める。また、第２の実施形態は、第１の実施形態に対して、リブチャネル変換の低損失化を見込める。
ここで、第２の実施形態に関し、１×２ＭＭＩカプラ１４０を模した１×２ＭＭＩカプラ及びその周辺の特性のシミュレーション結果について説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ、１×２ＭＭＩカプラの２つの出力ポートにチャネル型のシングルモード導波路（図７Ａ参照）が接続された場合の電界分布及びモード分布を示す図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ、１×２ＭＭＩカプラの２つの出力ポートに厚さＴ１２が５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路（図６Ａ参照）が接続された場合の電界分布及びモード分布を示す図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ、１×２ＭＭＩカプラの２つの出力ポートに厚さＴ１２が１１０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路（図６Ａ参照）が接続された場合の電界分布及びモード分布を示す図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは、それぞれ、１×２ＭＭＩカプラの２つの出力ポートに厚さＴ１２が１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路（図６Ａ参照）が接続された場合の電界分布及びモード分布を示す図である。図１４は、スラブ部の厚さＴ１２と透過率との間の関係を示す図である。なお、厚さＴ１２が０ｎｍのシングルモード導波路は、チャネル型のシングルモード導波路に相当する。シミュレーションは、ビーム伝搬法により行った。
図１０Ａ～図１３Ｂに示すように、厚さＴ１２が小さいほど、隣り合うシングルモード導波路の間でのモードの結合が生じにくく、放射損失を抑制することができる。また、図１４に示すように、マルチモード導波路とシングルモード導波路との境界において、厚さＴ１２が１５０ｎｍのときに９１％、厚さＴ１２が１１０ｎｍのときに９７％、厚さＴ１２が５０ｎｍのときに９９％超の透過率を得ることができる。つまり、リブ型のシングルモード導波路が用いられた場合でも、マルチモード導波路とシングルモード導波路との境界において９０％以上の透過率を得ることができる。特に、厚さＴ１２が小さいほど、優れた透過率を得ることができる。ただし、厚さＴ１２が１５０ｎｍのときは特にモード結合が強く、特性に悪影響がある可能性が高い。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、主に、リブ型のシングルモード導波路のスラブ部の構成の点で第２の実施形態と相違する。図１５は、第３の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。
図１５に示すように、第３の実施形態に係る光半導体素子３００は、第２の実施形態のシングルモード導波路２５０、２６０、２７０及び２８０に代えて、シングルモード導波路３５０、３６０、３７０及び３８０を有する。シングルモード導波路３５０は、入力ポート１１２と出力ポート１２３とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路である。シングルモード導波路３６０は、出力ポート１２４と入力ポート１３１とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路である。シングルモード導波路３７０は、入力ポート１３２と出力ポート１４３とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路である。シングルモード導波路３８０は、出力ポート１４４と入力ポート１１１とを光学的に接続するリブ型のシングルモード導波路である。シングルモード導波路３５０は第１のシングルモード導波路の一例であり、シングルモード導波路３６０は第２のシングルモード導波路の一例であり、シングルモード導波路３７０は第３のシングルモード導波路の一例であり、シングルモード導波路３８０は第４のシングルモード導波路の一例である。シングルモード導波路３５０、３６０、３７０及び３８０は、絶縁層１０２の上面１０２Ａの上に形成されていてもよい。
平面視で、シングルモード導波路３５０、３６０、３７０及び３８０は、互いに交差していない。
シングルモード導波路３５０は、例えば、コア部２５１と、コア部２５１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部３５２Ａ及び３５２Ｂとを有する。平面視で、スラブ部３５２Ａは、コア部２５１のコア部２６１、２７１及び２８１側にあり、スラブ部３５２Ｂは、コア部２５１のスラブ部３５２Ａとは反対側にある。スラブ部３５２Ａ及び３５２Ｂの対がスラブ部３５２に含まれる。シングルモード導波路３５０における光の伝搬方向に垂直な方向での、スラブ部３５２Ａの縁からスラブ部３５２Ｂの縁までの距離（以下、「スラブ部３５２の幅」ということがある）は一定である。例えば、スラブ部３５２の幅は、コアテーパ部２５１Ａの入力ポート１１２との接続部での幅及びコアテーパ部２５１Ｂの出力ポート１２３との接続部での幅と等しくてもよい。スラブ部３５２Ａ及び３５２Ｂは第１のスラブ部の一例である。
シングルモード導波路３６０は、例えば、コア部２６１と、コア部２６１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部３６２Ａ及び３６２Ｂとを有する。平面視で、スラブ部３６２Ａは、コア部２６１のコア部２７１、２８１及び２５１側にあり、スラブ部３６２Ｂは、コア部２６１のスラブ部３６２Ａとは反対側にある。スラブ部３６２Ａ及び３６２Ｂの対がスラブ部３６２に含まれる。シングルモード導波路３６０における光の伝搬方向に垂直な方向での、スラブ部３６２Ａの縁からスラブ部３６２Ｂの縁までの距離（以下、「スラブ部３６２の幅」ということがある）は一定である。例えば、スラブ部３６２の幅は、コアテーパ部２６１Ａの出力ポート１２４との接続部での幅及びコアテーパ部２６１Ｂの入力ポート１３１との接続部での幅と等しくてもよい。スラブ部３６２Ａ及び３６２Ｂは第２のスラブ部の一例である。
シングルモード導波路３７０は、例えば、コア部２７１と、コア部２７１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部３７２Ａ及び３７２Ｂとを有する。平面視で、スラブ部３７２Ａは、コア部２７１のコア部２８１、２５１及び２６１側にあり、スラブ部３７２Ｂは、コア部２７１のスラブ部３７２Ａとは反対側にある。スラブ部３７２Ａ及び３７２Ｂの対がスラブ部３７２に含まれる。シングルモード導波路３７０における光の伝搬方向に垂直な方向での、スラブ部３７２Ａの縁からスラブ部３７２Ｂの縁までの距離（以下、「スラブ部３７２の幅」ということがある）は一定である。例えば、スラブ部３７２の幅は、コアテーパ部２７１Ａの入力ポート１３２との接続部での幅及びコアテーパ部２７１Ｂの出力ポート１４３との接続部での幅と等しくてもよい。スラブ部３７２Ａ及び３７２Ｂは第３のスラブ部の一例である。
シングルモード導波路３８０は、例えば、コア部２８１と、コア部２８１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部３８２Ａ及び３８２Ｂとを有する。平面視で、スラブ部３８２Ａは、コア部２８１のコア部２５１、２６１及び２７１側にあり、スラブ部３８２Ｂは、コア部２８１のスラブ部３８２Ａとは反対側にある。スラブ部３８２Ａ及び３８２Ｂの対がスラブ部３８２に含まれる。シングルモード導波路３８０における光の伝搬方向に垂直な方向での、スラブ部３８２Ａの縁からスラブ部３８２Ｂの縁までの距離（以下、「スラブ部３８２の幅」ということがある）は一定である。例えば、スラブ部３８２の幅は、コアテーパ部２８１Ａの出力ポート１４４との接続部での幅及びコアテーパ部２８１Ｂの入力ポート１１１との接続部での幅と等しくてもよい。スラブ部３８２Ａ及び３８２Ｂは第４のスラブ部の一例である。
スラブ部３５２Ａ、３６２Ａ、３７２Ａ及び３８２Ａは、互いから離間している。つまり、スラブ部３５２Ａと、スラブ部３６２Ａと、スラブ部３７２Ａと、スラブ部３８２Ａとの間には隙間が存在する。例えば、隙間の幅は、最も狭い部分で５００ｎｍ程度である。
他の構成は第２の実施形態と同様である。
光半導体素子３００においては、信号光がシングルモード導波路２２６又は２２７から２×２ＭＭＩカプラ１２０の入力ポート１２２に入力される。また、ＬＯ光がシングルモード導波路２４６から１×２ＭＭＩカプラ１４０の入力ポート１４１に入力される。例えば、信号光及びＬＯ光の波長は１．５５μｍである。信号光は２×２ＭＭＩカプラ１２０により２分岐され、出力ポート１２３及び１２４から出力される。出力ポート１２３から出力された信号光はシングルモード導波路３５０を介して２×２ＭＭＩカプラ１１０の入力ポート１１２に入力され、出力ポート１２４から出力された信号光はシングルモード導波路３６０を介して２×２ＭＭＩカプラ１３０の入力ポート１３１に入力される。ＬＯ光は１×２ＭＭＩカプラ１４０により２分岐され、出力ポート１４３及び１４４から出力される。出力ポート１４３から出力されたＬＯ光はシングルモード導波路３７０を介して２×２ＭＭＩカプラ１３０の入力ポート１３２に入力され、出力ポート１４４から出力されたＬＯ光はシングルモード導波路３８０を介して２×２ＭＭＩカプラ１１０の入力ポート１１１に入力される。２×２ＭＭＩカプラ１１０は、入力ポート１１１に入力されたＬＯ光と入力ポート１１２に入力された信号光とを結合して合成し、位相が１８０度異なるＱ成分の信号光を出力ポート１１３及び１１４からシングルモード導波路２１６及び２１７に出力する。２×２ＭＭＩカプラ１３０は、入力ポート１３２に入力されたＬＯ光と入力ポート１３１に入力された信号光とを結合して合成し、位相が１８０度異なるＩ成分の信号光を出力ポート１３３及び１３４からシングルモード導波路２３６及び２３７に出力する。このようにして、位相が９０度ずれた４つの信号光が光半導体素子３００から出力される。
第３の実施形態では、スラブ部３５２Ａ、３６２Ａ、３７２Ａ及び３８２Ａは、互いから離間し、スラブ部３５２Ａと、スラブ部３６２Ａと、スラブ部３７２Ａと、スラブ部３８２Ａとの間には隙間が存在する。したがって、シングルモード導波路３５０、３６０、３７０及び３８０の間でのモードの結合が極めて生じにくく、放射損失及びモードの結合に起因する特性劣化を更に抑制することができる。
ここで、第３の実施形態に関し、１×２ＭＭＩカプラ１４０を模した１×２ＭＭＩカプラ及びその周辺の特性のシミュレーション結果について説明する。図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ、１×２ＭＭＩカプラの２つの出力ポートに厚さＴ１２が１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路（図７Ａ参照）が接続された場合の電界分布及びモード分布を示す図である。シミュレーションは、ビーム伝搬法により行った。
図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、厚さＴ１２が１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が用いられた場合でも、隣り合うシングルモード導波路の間でのモードの結合が生じにくく、放射損失を抑制することができる。また、マルチモード導波路とシングルモード導波路との境界において９９％以上の透過率を得ることができる。従って、製造ばらつきに伴う位相誤差の低減と、優れた透過率とを両立しやすい。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、主に、リブ型のシングルモード導波路のスラブ部の構成の点で第３の実施形態と相違する。図１７は、第４の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。図１８Ａ～図１８Ｄは、図１７の一部を拡大して示す平面図である。
図１７に示すように、第４の実施形態に係る光半導体素子４００は、第３の実施形態のシングルモード導波路３５０、３６０、３７０及び３８０に代えて、シングルモード導波路４５０、４６０、４７０及び４８０を有する。光半導体素子４００は、第３の実施形態のスラブ部３５２Ａ、３５２Ｂ、３６２Ａ、３６２Ｂ、３７２Ａ、３７２Ｂ、３８２Ａ及び３８２Ｂに代えて、スラブ部４５２Ａ、４５２Ｂ、４６２Ａ、４６２Ｂ、４７２Ａ、４７２Ｂ、４８２Ａ及び４８２Ｂを有する。
シングルモード導波路４５０は、例えば、コア部２５１と、コア部２５１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部４５２Ａ及び４５２Ｂとを有する。平面視で、スラブ部４５２Ａは、コア部２５１のコア部２６１、２７１及び２８１側にあり、スラブ部４５２Ｂは、コア部２５１のスラブ部４５２Ａとは反対側にある。スラブ部４５２Ａ及び４５２Ｂの対がスラブ部４５２に含まれる。スラブ部４５２Ａ及び４５２Ｂは第１のスラブ部の一例である。
図１８Ａに示すように、スラブ部４５２Ａは、コアテーパ部２５１Ａの一部の側方のテーパ部４５３Ａと、コアテーパ部２５１Ｂの一部の側方のテーパ部４５３Ｂと、直線部２５１Ｃの側方の直線部４５３Ｃと、直線部２５１Ｄの側方の直線部４５３Ｄと、曲線部２５１Ｅの側方の曲線部４５３Ｅとを有する。スラブ部４５２Ｂは、コアテーパ部２５１Ａの一部の側方のテーパ部４５４Ａと、コアテーパ部２５１Ｂの一部の側方のテーパ部４５４Ｂと、直線部２５１Ｃの側方の直線部４５４Ｃと、直線部２５１Ｄの側方の直線部４５４Ｄと、曲線部２５１Ｅの側方の曲線部４５４Ｅとを有する。テーパ部４５３Ａ及び４５４Ａの対がスラブテーパ部４５５Ａに含まれる。テーパ部４５３Ｂ及び４５４Ｂの対がスラブテーパ部４５５Ｂに含まれる。直線部４５３Ｃ及び４５４Ｃの対と、直線部４５３Ｄ及び４５４Ｄの対と、曲線部４５３Ｅ及び４５４Ｅの対とが等幅部４５５Ｃに含まれる。
シングルモード導波路４５０における光の伝搬方向に垂直な方向での、直線部４５３Ｃ、曲線部４５３Ｅ及び直線部４５３Ｄの各縁から直線部４５４Ｃ、曲線部４５４Ｅ及び直線部４５４Ｄの各縁までの距離（以下、「等幅部４５５Ｃの幅」ということがある）は一定である。例えば、等幅部４５５Ｃの幅は、コアテーパ部２５１Ａの入力ポート１１２との接続部での幅及びコアテーパ部２５１Ｂの出力ポート１２３との接続部での幅と等しくてもよい。
シングルモード導波路４５０における光の伝搬方向に垂直な方向でのテーパ部４５３Ａの縁からテーパ部４５４Ａの縁までの距離（以下、「スラブテーパ部４５５Ａの幅」ということがある）は、等幅部４５５Ｃとの境界で等幅部４５５Ｃの幅と等しく、等幅部４５５Ｃから離間するほど小さくなっている。スラブテーパ部４５５Ａは入力ポート１１２から離間し、スラブテーパ部４５５Ａの幅は入力ポート１１２から離間するほど広くなっている。スラブテーパ部４５５Ａは第１のスラブテーパ部の一例である。
シングルモード導波路４５０における光の伝搬方向に垂直な方向でのテーパ部４５３Ｂの縁からテーパ部４５４Ｂの縁までの距離（以下、「スラブテーパ部４５５Ｂの幅」ということがある）は、等幅部４５５Ｃとの境界で等幅部４５５Ｃの幅と等しく、等幅部４５５Ｃから離間するほど小さくなっている。スラブテーパ部４５５Ｂは出力ポート１２３から離間し、スラブテーパ部４５５Ｂの幅は出力ポート１２３から離間するほど広くなっている。スラブテーパ部４５５Ｂは第１のスラブテーパ部の一例である。
シングルモード導波路４６０は、例えば、コア部２６１と、コア部２６１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部４６２Ａ及び４６２Ｂとを有する。平面視で、スラブ部４６２Ａは、コア部２６１のコア部２７１、２８１及び２５１側にあり、スラブ部４６２Ｂは、コア部２６１のスラブ部４６２Ａとは反対側にある。スラブ部４６２Ａ及び４６２Ｂの対がスラブ部４６２に含まれる。スラブ部４６２Ａ及び４６２Ｂは第２のスラブ部の一例である。
図１８Ｂに示すように、スラブ部４６２Ａは、コアテーパ部２６１Ａの一部の側方のテーパ部４６３Ａと、コアテーパ部２６１Ｂの一部の側方のテーパ部４６３Ｂと、直線部２６１Ｃの側方の直線部４６３Ｃと、直線部２６１Ｄの側方の直線部４６３Ｄと、曲線部２６１Ｅの側方の曲線部４６３Ｅとを有する。スラブ部４６２Ｂは、コアテーパ部２６１Ａの一部の側方のテーパ部４６４Ａと、コアテーパ部２６１Ｂの一部の側方のテーパ部４６４Ｂと、直線部２６１Ｃの側方の直線部４６４Ｃと、直線部２６１Ｄの側方の直線部４６４Ｄと、曲線部２６１Ｅの側方の曲線部４６４Ｅとを有する。テーパ部４６３Ａ及び４６４Ａの対がスラブテーパ部４６５Ａに含まれる。テーパ部４６３Ｂ及び４６４Ｂの対がスラブテーパ部４６５Ｂに含まれる。直線部４６３Ｃ及び４６４Ｃの対と、直線部４６３Ｄ及び４６４Ｄの対と、曲線部４６３Ｅ及び４６４Ｅの対とが等幅部４６５Ｃに含まれる。
シングルモード導波路４６０における光の伝搬方向に垂直な方向での、直線部４６３Ｃ、曲線部４６３Ｅ及び直線部４６３Ｄの各縁から直線部４６４Ｃ、曲線部４６４Ｅ及び直線部４６４Ｄの各縁までの距離（以下、「等幅部４６５Ｃの幅」ということがある）は一定である。例えば、等幅部４６５Ｃの幅は、コアテーパ部２６１Ａの出力ポート１２４との接続部での幅及びコアテーパ部２６１Ｂの入力ポート１３１との接続部での幅と等しくてもよい。
シングルモード導波路４６０における光の伝搬方向に垂直な方向でのテーパ部４６３Ａの縁からテーパ部４６４Ａの縁までの距離（以下、「スラブテーパ部４６５Ａの幅」ということがある）は、等幅部４６５Ｃとの境界で等幅部４６５Ｃの幅と等しく、等幅部４６５Ｃから離間するほど小さくなっている。スラブテーパ部４６５Ａは出力ポート１２４から離間し、スラブテーパ部４６５Ａの幅は出力ポート１２４から離間するほど広くなっている。スラブテーパ部４６５Ａは第３のスラブテーパ部の一例である。
シングルモード導波路４６０における光の伝搬方向に垂直な方向でのテーパ部４６３Ｂの縁からテーパ部４６４Ｂの縁までの距離（以下、「スラブテーパ部４６５Ｂの幅」ということがある）は、等幅部４６５Ｃとの境界で等幅部４６５Ｃの幅と等しく、等幅部４６５Ｃから離間するほど小さくなっている。スラブテーパ部４６５Ｂは入力ポート１３１から離間し、スラブテーパ部４６５Ｂの幅は入力ポート１３１から離間するほど広くなっている。スラブテーパ部４６５Ｂは第４のスラブテーパ部の一例である。
シングルモード導波路４７０は、例えば、コア部２７１と、コア部２７１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部４７２Ａ及び４７２Ｂとを有する。平面視で、スラブ部４７２Ａは、コア部２７１のコア部２８１、２５１及び２６１側にあり、スラブ部４７２Ｂは、コア部２７１のスラブ部４７２Ａとは反対側にある。スラブ部４７２Ａ及び４７２Ｂの対がスラブ部４７２に含まれる。スラブ部４７２Ａ及び４７２Ｂは第３のスラブ部の一例である。
図１８Ｃに示すように、スラブ部４７２Ａは、コアテーパ部２７１Ａの一部の側方のテーパ部４７３Ａと、コアテーパ部２７１Ｂの一部の側方のテーパ部４７３Ｂと、直線部２７１Ｃの側方の直線部４７３Ｃと、直線部２７１Ｄの側方の直線部４７３Ｄと、曲線部２７１Ｅの側方の曲線部４７３Ｅとを有する。スラブ部４７２Ｂは、コアテーパ部２７１Ａの一部の側方のテーパ部４７４Ａと、コアテーパ部２７１Ｂの一部の側方のテーパ部４７４Ｂと、直線部２７１Ｃの側方の直線部４７４Ｃと、直線部２７１Ｄの側方の直線部４７４Ｄと、曲線部２７１Ｅの側方の曲線部４７４Ｅとを有する。テーパ部４７３Ａ及び４７４Ａの対がスラブテーパ部４７５Ａに含まれる。テーパ部４７３Ｂ及び４７４Ｂの対がスラブテーパ部４７５Ｂに含まれる。直線部４７３Ｃ及び４７４Ｃの対と、直線部４７３Ｄ及び４７４Ｄの対と、曲線部４７３Ｅ及び４７４Ｅの対とが等幅部４７５Ｃに含まれる。
シングルモード導波路４７０における光の伝搬方向に垂直な方向での、直線部４７３Ｃ、曲線部４７３Ｅ及び直線部４７３Ｄの各縁から直線部４７４Ｃ、曲線部４７４Ｅ及び直線部４７４Ｄの各縁までの距離（以下、「等幅部４７５Ｃの幅」ということがある）は一定である。例えば、等幅部４７５Ｃの幅は、コアテーパ部２７１Ａの入力ポート１３２との接続部での幅及びコアテーパ部２７１Ｂの出力ポート１４３との接続部での幅と等しくてもよい。
シングルモード導波路４７０における光の伝搬方向に垂直な方向でのテーパ部４７３Ａの縁からテーパ部４７４Ａの縁までの距離（以下、「スラブテーパ部４７５Ａの幅」ということがある）は、等幅部４７５Ｃとの境界で等幅部４７５Ｃの幅と等しく、等幅部４７５Ｃから離間するほど小さくなっている。スラブテーパ部４７５Ａは入力ポート１３２から離間し、スラブテーパ部４７５Ａの幅は入力ポート１３２から離間するほど広くなっている。スラブテーパ部４７５Ａは第５のスラブテーパ部の一例である。
シングルモード導波路４７０における光の伝搬方向に垂直な方向でのテーパ部４７３Ｂの縁からテーパ部４７４Ｂの縁までの距離（以下、「スラブテーパ部４７５Ｂの幅」ということがある）は、等幅部４７５Ｃとの境界で等幅部４７５Ｃの幅と等しく、等幅部４７５Ｃから離間するほど小さくなっている。スラブテーパ部４７５Ｂは出力ポート１４３から離間し、スラブテーパ部４７５Ｂの幅は出力ポート１４３から離間するほど広くなっている。スラブテーパ部４７５Ｂは第６のスラブテーパ部の一例である。
シングルモード導波路４８０は、例えば、コア部２８１と、コア部２８１から上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部４８２Ａ及び４８２Ｂとを有する。平面視で、スラブ部４８２Ａは、コア部２８１のコア部２５１、２６１及び２７１側にあり、スラブ部４８２Ｂは、コア部２８１のスラブ部４８２Ａとは反対側にある。スラブ部４８２Ａ及び４８２Ｂの対がスラブ部４８２に含まれる。スラブ部４８２Ａ及び４８２Ｂは第４のスラブ部の一例である。
図１８Ｄに示すように、スラブ部４８２Ａは、コアテーパ部２８１Ａの一部の側方のテーパ部４８３Ａと、コアテーパ部２８１Ｂの一部の側方のテーパ部４８３Ｂと、直線部２８１Ｃの側方の直線部４８３Ｃと、直線部２８１Ｄの側方の直線部４８３Ｄと、曲線部２８１Ｅの側方の曲線部４８３Ｅとを有する。スラブ部４８２Ｂは、コアテーパ部２８１Ａの一部の側方のテーパ部４８４Ａと、コアテーパ部２８１Ｂの一部の側方のテーパ部４８４Ｂと、直線部２８１Ｃの側方の直線部４８４Ｃと、直線部２８１Ｄの側方の直線部４８４Ｄと、曲線部２８１Ｅの側方の曲線部４８４Ｅとを有する。テーパ部４８３Ａ及び４８４Ａの対がスラブテーパ部４８５Ａに含まれる。テーパ部４８３Ｂ及び４８４Ｂの対がスラブテーパ部４８５Ｂに含まれる。直線部４８３Ｃ及び４８４Ｃの対と、直線部４８３Ｄ及び４８４Ｄの対と、曲線部４８３Ｅ及び４８４Ｅの対とが等幅部４８５Ｃに含まれる。
シングルモード導波路４８０における光の伝搬方向に垂直な方向での、直線部４８３Ｃ、曲線部４８３Ｅ及び直線部４８３Ｄの各縁から直線部４８４Ｃ、曲線部４８４Ｅ及び直線部４８４Ｄの各縁までの距離（以下、「等幅部４８５Ｃの幅」ということがある）は一定である。例えば、等幅部４８５Ｃの幅は、コアテーパ部２８１Ａの出力ポート１４４との接続部での幅及びコアテーパ部２８１Ｂの入力ポート１１１との接続部での幅と等しくてもよい。
シングルモード導波路４８０における光の伝搬方向に垂直な方向でのテーパ部４８３Ａの縁からテーパ部４８４Ａの縁までの距離（以下、「スラブテーパ部４８５Ａの幅」ということがある）は、等幅部４８５Ｃとの境界で等幅部４８５Ｃの幅と等しく、等幅部４８５Ｃから離間するほど小さくなっている。スラブテーパ部４８５Ａは出力ポート１４４から離間し、スラブテーパ部４８５Ａの幅は出力ポート１４４から離間するほど広くなっている。スラブテーパ部４８５Ａは第７のスラブテーパ部の一例である。
シングルモード導波路４８０における光の伝搬方向に垂直な方向でのテーパ部４８３Ｂの縁からテーパ部４８４Ｂの縁までの距離（以下、「スラブテーパ部４８５Ｂの幅」ということがある）は、等幅部４８５Ｃとの境界で等幅部４８５Ｃの幅と等しく、等幅部４８５Ｃから離間するほど小さくなっている。スラブテーパ部４８５Ｂは入力ポート１１１から離間し、スラブテーパ部４８５Ｂの幅は入力ポート１１１から離間するほど広くなっている。スラブテーパ部４８５Ｂは第８のスラブテーパ部の一例である。
スラブ部４５２Ａ、４６２Ａ、４７２Ａ及び４８２Ａは、互いから離間している。つまり、スラブ部４５２Ａと、スラブ部４６２Ａと、スラブ部４７２Ａと、スラブ部４８２Ａとの間には隙間が存在する。
他の構成は第３の実施形態と同様である。
第４の実施形態では、シングルモード導波路４５０にスラブテーパ部４５５Ａ及び４５５Ｂが含まれ、シングルモード導波路４６０にスラブテーパ部４６５Ａ及び４６５Ｂが含まれ、シングルモード導波路４７０にスラブテーパ部４７５Ａ及び４７５Ｂが含まれ、シングルモード導波路４８０にスラブテーパ部４８５Ａ及び４８５Ｂが含まれる。これらスラブテーパ部は、平面視でコアテーパ部と逆向きのテーパ構造を有する。従って、第４の実施形態によれば、マルチモード導波路１１５、１２５、１３５及び１４５とシングルモード導波路４５０、４６０、４７０及び４８０との間のモード不一致による損失を低減することができる。すなわち、第４の実施形態によれば、マルチモード導波路１１５、１２５、１３５及び１４５とシングルモード導波路４５０、４６０、４７０及び４８０との間でのモードの断熱的な変化により放射損失を低減することができる。
ここで、第４の実施形態に関し、１×２ＭＭＩカプラ１４０を模した１×２ＭＭＩカプラ及びその周辺の特性のシミュレーション結果について説明する。図１９Ａ及び図１９Ｂは、それぞれ、１×２ＭＭＩカプラの２つの出力ポートに厚さＴ１２が１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路（図７Ａ参照）が接続された場合の電界分布及びモード分布を示す図である。シミュレーションは、ビーム伝搬法により行った。
図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、厚さＴ１２が１５０ｎｍのリブ型のシングルモード導波路が用いられた場合でも、隣り合うシングルモード導波路の間でのモードの結合が生じにくく、放射損失を抑制することができる。また、マルチモード導波路とシングルモード導波路との境界において９９％以上の透過率を得ることができる。従って、製造ばらつきに伴う位相誤差の低減と、優れた透過率とを両立しやすい。
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、主に、ＭＭＩカプラよりも外側のチャネル型のシングルモード導波路のスラブ部の構成の点で第２の実施形態と相違する。図２０は、第５の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。
図２０に示すように、第５の実施形態に係る光半導体素子５００は、第２の実施形態のシングルモード導波路２１６、２１７、２２６、２２７、２３６、２３７及び２４６に代えて、リブ型のシングルモード導波路５１６、５１７、５２６、５２７、５３６、５３７及び５４６を有する。
シングルモード導波路５１６は、例えば、コア部２１６Ａと、コア部２１６Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部５１６Ａ及び５１８とを有する。シングルモード導波路５１７は、例えば、コア部２１７Ａと、コア部２１７Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部５１７Ａ及び５１８とを有する。シングルモード導波路５２６は、例えば、コア部２２６Ａと、コア部２２６Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部５２６Ａ及び５２８とを有する。シングルモード導波路５２７は、例えば、コア部２２７Ａと、コア部２２７Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部５２７Ａ及び５２８とを有する。シングルモード導波路５３６は、例えば、コア部２３６Ａと、コア部２３６Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部５３６Ａ及び５２８とを有する。シングルモード導波路５３７は、例えば、コア部２３７Ａと、コア部２３７Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部５３７Ａ及び５２８とを有する。シングルモード導波路５４６は、例えば、コア部２４６Ａと、コア部２４６Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部５４６Ａ及び５４６Ｂとを有する。スラブ部５１８はシングルモード導波路５１６及び５１７に共有されてもよい。スラブ部５２８はシングルモード導波路５２６及び５２７に共有されてもよい。スラブ部５３８はシングルモード導波路５３６及び５３７に共有されてもよい。スラブ部５４８はシングルモード導波路５４６及び５４７に共有されてもよい。シングルモード導波路５１６は第５のシングルモード導波路の一例である。シングルモード導波路５１７は第６のシングルモード導波路の一例である。シングルモード導波路５２６は第７のシングルモード導波路の一例である。シングルモード導波路５２７は第８のシングルモード導波路の一例である。シングルモード導波路５３６は第９のシングルモード導波路の一例である。シングルモード導波路５３７は第１０のシングルモード導波路の一例である。シングルモード導波路５４６は第１１のシングルモード導波路の一例である。
リブ型のシングルモード導波路５１６及び５１７にリブチャネル変換部５１９が直接接続され、リブチャネル変換部５１９にチャネル型のシングルモード導波路１１６及び１１７が直接接続されている。リブ型のシングルモード導波路５２６及び５２７にリブチャネル変換部５２９が直接接続され、リブチャネル変換部５２９にチャネル型のシングルモード導波路１２６及び１２７が直接接続されている。リブ型のシングルモード導波路５３６及び５３７にリブチャネル変換部５３９が直接接続され、リブチャネル変換部５３９にチャネル型のシングルモード導波路１３６及び１３７が直接接続されている。リブ型のシングルモード導波路５４６にリブチャネル変換部５４９が直接接続され、リブチャネル変換部５４９にチャネル型のシングルモード導波路１４６が直接接続されている。
他の構成は第２の実施形態と同様である。
第５の実施形態によっても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第５の実施形態では、２×２ＭＭＩカプラ１１０、２×２ＭＭＩカプラ１２０、２×２ＭＭＩカプラ１３０及び１×２ＭＭＩカプラ１４０のいずれにおいても、入力ポート及び出力ポートにリブ型のシングルモード導波路が接続されている。従って、特性及びトレランスの更なる向上を見込める。
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、主に、チャネル型のシングルモード導波路のスラブ部の構成の点で第４の実施形態と相違する。図２１は、第６の実施形態に係る光半導体素子を透視で示す平面図である。
図２１に示すように、第６の実施形態に係る光半導体素子５００は、第４の実施形態のシングルモード導波路２１６、２１７、２２６、２２７、２３６、２３７及び２４６に代えて、リブ型のシングルモード導波路６１６、６１７、６２６、６２７、６３６、６３７及び６４６を有する。
シングルモード導波路６１６は、例えば、コア部２１６Ａと、コア部２１６Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部６１６Ａ及び６１６Ｄとを有する。スラブ部６１６Ａは、コア部２１６Ａのコア部２１７Ａ側にあり、スラブ部６１６Ｄは、コア部２１６Ａのスラブ部６１６Ａとは反対側にある。スラブ部６１６Ａは、コアテーパ部２１６Ｂの側方のテーパ部６１６Ｂと、直線部２１６Ｃの側方の直線部６１６Ｃとを有する。スラブ部６１６Ｄは、コアテーパ部２１６Ｂの側方のテーパ部６１６Ｅと、直線部２１６Ｃの側方の直線部６１６Ｆとを有する。テーパ部６１６Ｂ、直線部６１６Ｃ、テーパ部６１６Ｅ及び直線部６１６Ｆは、それぞれ２×２ＭＭＩカプラ１１０を軸にして、テーパ部４８３Ｂ、直線部４８３Ｄ、テーパ部４８４Ｂ及び直線部４８４Ｄ（図１８Ｄ参照）と線対称に配置されている。シングルモード導波路６１６は第５のシングルモード導波路の一例である。
シングルモード導波路６１７は、例えば、コア部２１７Ａと、コア部２１７Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部６１７Ａ及び６１７Ｄとを有する。スラブ部６１７Ａは、コア部２１７Ａのコア部２１６Ａ側にあり、スラブ部６１７Ｄは、コア部２１７Ａのスラブ部６１７Ａとは反対側にある。スラブ部６１７Ａは、コアテーパ部２１７Ｂの側方のテーパ部６１７Ｂと、直線部２１７Ｃの側方の直線部６１７Ｃとを有する。スラブ部６１７Ｄは、コアテーパ部２１７Ｂの側方のテーパ部６１７Ｅと、直線部２１７Ｃの側方の直線部６１７Ｆとを有する。テーパ部６１７Ｂ、直線部６１７Ｃ、テーパ部６１７Ｅ及び直線部６１７Ｆは、それぞれ２×２ＭＭＩカプラ１１０を軸にして、テーパ部４５３Ａ、直線部４５３Ｃ、テーパ部４５４Ａ及び直線部４５４Ｃ（図１８Ａ参照）と線対称に配置されている。シングルモード導波路６１７は第６のシングルモード導波路の一例である。
シングルモード導波路６２６は、例えば、コア部２２６Ａと、コア部２２６Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部６２６Ａ及び６２６Ｄとを有する。スラブ部６２６Ａは、コア部２２６Ａのコア部２２７Ａ側にあり、スラブ部６２６Ｄは、コア部２２６Ａのスラブ部６２６Ａとは反対側にある。スラブ部６２６Ａは、コアテーパ部２２６Ｂの側方のテーパ部６２６Ｂと、直線部２２６Ｃの側方の直線部６２６Ｃとを有する。スラブ部６２６Ｄは、コアテーパ部２２６Ｂの側方のテーパ部６２６Ｅと、直線部２２６Ｃの側方の直線部６２６Ｆとを有する。テーパ部６２６Ｂ、直線部６２６Ｃ、テーパ部６２６Ｅ及び直線部６２６Ｆは、それぞれ２×２ＭＭＩカプラ１２０を軸にして、テーパ部４５３Ｂ、直線部４５３Ｄ、テーパ部４５４Ｂ及び直線部４５４Ｄ（図１８Ａ参照）と線対称に配置されている。シングルモード導波路６２６は第７のシングルモード導波路の一例である。
シングルモード導波路６２７は、例えば、コア部２２７Ａと、コア部２２７Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部６２７Ａ及び６２７Ｄとを有する。スラブ部６２７Ａは、コア部２２７Ａのコア部２２６Ａ側にあり、スラブ部６２７Ｄは、コア部２２７Ａのスラブ部６２７Ａとは反対側にある。スラブ部６２７Ａは、コアテーパ部２２７Ｂの側方のテーパ部６２７Ｂと、直線部２２７Ｃの側方の直線部６２７Ｃとを有する。スラブ部６２７Ｄは、コアテーパ部２２７Ｂの側方のテーパ部６２７Ｅと、直線部２２７Ｃの側方の直線部６２７Ｆとを有する。テーパ部６２７Ｂ、直線部６２７Ｃ、テーパ部６２７Ｅ及び直線部６２７Ｆは、それぞれ２×２ＭＭＩカプラ１２０を軸にして、テーパ部４６３Ａ、直線部４６３Ｃ、テーパ部４６４Ａ及び直線部４６４Ｃ（図１８Ｂ参照）と線対称に配置されている。シングルモード導波路６２７は第８のシングルモード導波路の一例である。
シングルモード導波路６３６は、例えば、コア部２３６Ａと、コア部２３６Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部６３６Ａ及び６３６Ｄとを有する。スラブ部６３６Ａは、コア部２３６Ａのコア部２３７Ａ側にあり、スラブ部６３６Ｄは、コア部２３６Ａのスラブ部６３６Ａとは反対側にある。スラブ部６３６Ａは、コアテーパ部２３６Ｂの側方のテーパ部６３６Ｂと、直線部２３６Ｃの側方の直線部６３６Ｃとを有する。スラブ部６３６Ｄは、コアテーパ部２３６Ｂの側方のテーパ部６３６Ｅと、直線部２３６Ｃの側方の直線部６３６Ｆとを有する。テーパ部６３６Ｂ、直線部６３６Ｃ、テーパ部６３６Ｅ及び直線部６３６Ｆは、それぞれ２×２ＭＭＩカプラ１３０を軸にして、テーパ部４６３Ｂ、直線部４６３Ｄ、テーパ部４６４Ｂ及び直線部４６４Ｄ（図１８Ｂ参照）と線対称に配置されている。シングルモード導波路６３６は第９のシングルモード導波路の一例である。
シングルモード導波路６３７は、例えば、コア部２３７Ａと、コア部２３７Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部６３７Ａ及び６３７Ｄとを有する。スラブ部６３７Ａは、コア部２３７Ａのコア部２３６Ａ側にあり、スラブ部６３７Ｄは、コア部２３７Ａのスラブ部６３７Ａとは反対側にある。スラブ部６３７Ａは、コアテーパ部２３７Ｂの側方のテーパ部６３７Ｂと、直線部２３７Ｃの側方の直線部６３７Ｃとを有する。スラブ部６３７Ｄは、コアテーパ部２３７Ｂの側方のテーパ部６３７Ｅと、直線部２３７Ｃの側方の直線部６３７Ｆとを有する。テーパ部６３７Ｂ、直線部６３７Ｃ、テーパ部６３７Ｅ及び直線部６３７Ｆは、それぞれ２×２ＭＭＩカプラ１３０を軸にして、テーパ部４７３Ａ、直線部４７３Ｃ、テーパ部４７４Ａ及び直線部４７４Ｃ（図１８Ｃ参照）と線対称に配置されている。シングルモード導波路６３７は第１０のシングルモード導波路の一例である。
シングルモード導波路６４６は、例えば、コア部２４６Ａと、コア部２４６Ａから上面１０２Ａに平行な方向に延出するスラブ部６４６Ａ及び６４６Ｄとを有する。スラブ部６４６Ａは、コア部２３６Ａの２×２ＭＭＩカプラ１３０側にあり、スラブ部６３６Ｄは、コア部２３６Ａの２×２ＭＭＩカプラ１１０側にある。スラブ部６４６Ａは、コアテーパ部２４６Ｂの側方のテーパ部６４６Ｂと、直線部２４６Ｃの側方の直線部６４６Ｃとを有する。スラブ部６４６Ｄは、コアテーパ部２４６Ｂの側方のテーパ部６４６Ｅと、直線部２４６Ｃの側方の直線部６４６Ｆとを有する。テーパ部６４６Ｂ、直線部６４６Ｃ、テーパ部６４６Ｅ及び直線部６４６Ｆは、それぞれ２×２ＭＭＩカプラ１３０を軸にして、テーパ部４７４Ｂ、直線部４７４Ｄ、テーパ部４７３Ｂ及び直線部４７３Ｄ（図１８Ｄ参照）と線対称の形状を有する。シングルモード導波路６４６は第１１のシングルモード導波路の一例である。
リブ型のシングルモード導波路６１６及び６１７にリブチャネル変換部５１９が直接接続され、リブチャネル変換部５１９にチャネル型のシングルモード導波路１１６及び１１７が直接接続されている。
リブ型のシングルモード導波路６２６及び６２７にリブチャネル変換部５２９が直接接続され、リブチャネル変換部５２９にチャネル型のシングルモード導波路１２６及び１２７が直接接続されている。
リブ型のシングルモード導波路６３６及び６３７にリブチャネル変換部５３９が直接接続され、リブチャネル変換部５３９にチャネル型のシングルモード導波路１３６及び１３７が直接接続されている。
リブ型のシングルモード導波路６４６にリブチャネル変換部５４９が直接接続され、リブチャネル変換部５４９にチャネル型のシングルモード導波路１４６が直接接続されている。
他の構成は第４の実施形態と同様である。
第６の実施形態によっても第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第６の実施形態では、２×２ＭＭＩカプラ１１０、２×２ＭＭＩカプラ１２０、２×２ＭＭＩカプラ１３０及び１×２ＭＭＩカプラ１４０のいずれにおいても、入力ポート及び出力ポートにリブ型のシングルモード導波路が接続されている。従って、特性及びトレランスの更なる向上を見込める。
なお、第３の実施形態において、第５、第６の実施形態のように、各ＭＭＩカプラの入力ポート及び出力ポートにリブ型のシングルモード導波路が接続されていてもよい。
いずれの実施形態においても、１×２ＭＭＩカプラ１４０に代えてＹ分岐を用いてもよい。
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、第１～第６の実施形態のいずれかに係る光半導体素子を備えた受信器に関する。図２２は、第７の実施形態に係る受信器を示すブロック図である。
図２２に示すように、第７の実施形態に係る受信器７００は、偏波スプリッタ７０１と、偏波ローテータ７０２と、スプリッタ７０３と、９０度ハイブリッド回路７０４及び７０５と、検出器７１１～７１８とを有する。９０度ハイブリッド回路７０４及び７０５に、第１～第６の実施形態のいずれかに係る光半導体素子が用いられる。検出器７１１～７１８は、例えばフォトダイオードである。
偏波スプリッタ７０１は、入力された信号光をＴＥ波とＴＭ波に分波する。偏波ローテータ７０２は、偏波スプリッタ７０１から出力されたＴＭ波をＴＥ波に変換する。スプリッタ７０３は、入力されたＬＯ光を分波する。９０度ハイブリッド回路７０４に、偏波スプリッタ７０１から出力されたＴＥ波と、スプリッタ７０３により分波されたＬＯ光とが入力される。９０度ハイブリッド回路７０５に、偏波ローテータ７０２から出力されたＴＥ波と、スプリッタ７０３により分波されたＬＯ光とが入力される。９０度ハイブリッド回路７０４は、位相が１８０度異なるＱ成分の信号光と、位相が１８０度異なるＩ成分の信号光とを出力する。検出器７１１及び７１２は、９０度ハイブリッド回路７０４から出力されたＱ成分の信号光を受光し、電気信号に変換する。検出器７１３及び７１４は、９０度ハイブリッド回路７０４から出力されたＩ成分の信号光を受光し、電気信号に変換する。９０度ハイブリッド回路７０５は、位相が１８０度異なるＱ成分の信号光と、位相が１８０度異なるＩ成分の信号光とを出力する。検出器７１５及び７１６は、９０度ハイブリッド回路７０５から出力されたＱ成分の信号光を受光し、電気信号に変換する。検出器７１７及び７１８は、９０度ハイブリッド回路７０５から出力されたＩ成分の信号光を受光し、電気信号に変換する。
このような受信器７００は、コヒーレントレシーバとして用いることができる。
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート及び第２の出力ポートを備えた第１の光結合器と、
第３の入力ポート、第４の入力ポート、第３の出力ポート及び第４の出力ポートを備えた第１の光分岐器と、
第５の入力ポート、第６の入力ポート、第５の出力ポート及び第６の出力ポートを備えた第２の光結合器と、
第７の入力ポート、第７の出力ポート及び第８の出力ポートを備えた第２の光分岐器と、
前記第２の入力ポートと前記第３の出力ポートとを光学的に接続するリブ型の第１のシングルモード導波路と、
前記第４の出力ポートと前記第５の入力ポートとを光学的に接続するリブ型の第２のシングルモード導波路と、
前記第６の入力ポートと前記第７の出力ポートとを光学的に接続するリブ型の第３のシングルモード導波路と、
前記第８の出力ポートと前記第１の入力ポートとを光学的に接続するリブ型の第４のシングルモード導波路と、
を有することを特徴とする光半導体素子。
（付記２）
前記第１の光結合器は、チャネル型の第１のマルチモード導波路を有し、
前記第１の光分岐器は、チャネル型の第２のマルチモード導波路を有し、
前記第２の光結合器は、チャネル型の第３のマルチモード導波路を有し、
前記第２の光分岐器は、チャネル型の第４のマルチモード導波路を有することを特徴とする付記１に記載の光半導体素子。
（付記３）
前記第１のシングルモード導波路、前記第２のシングルモード導波路、前記第３のシングルモード導波路及び前記第４のシングルモード導波路は、共通の平面に設けられていることを特徴とする付記１又は２に記載の光半導体素子。
（付記４）
前記第１のシングルモード導波路は、
第１のコア部と、
前記第１のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第１のスラブ部と、
を有し、
前記第２のシングルモード導波路は、
第２のコア部と、
前記第２のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第２のスラブ部と、
を有し、
前記第３のシングルモード導波路は、
第３のコア部と、
前記第３のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第３のスラブ部と、
を有し、
前記第４のシングルモード導波路は、
第４のコア部と、
前記第４のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第４のスラブ部と、
を有し、
前記第１のコア部は、
前記第２の入力ポートに直接接続され、前記第２の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第１のコアテーパ部と、
前記第３の出力ポートに直接接続され、前記第３の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第２のコアテーパ部と、
を有し、
前記第２のコア部は、
前記第４の出力ポートに直接接続され、前記第４の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第３のコアテーパ部と、
前記第５の入力ポートに直接接続され、前記第５の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第４のコアテーパ部と、
を有し、
前記第３のコア部は、
前記第６の入力ポートに直接接続され、前記第６の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第５のコアテーパ部と、
前記第７の出力ポートに直接接続され、前記第７の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第６のコアテーパ部と、
を有し、
前記第４のコア部は、
前記第８の出力ポートに直接接続され、前記第８の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第７のコアテーパ部と、
前記第１の入力ポートに直接接続され、前記第１の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第８のコアテーパ部と、
を有することを特徴とする付記３に記載の光半導体素子。
（付記５）
前記平面に平行な方向において、前記第１のスラブ部と、前記第２のスラブ部と、前記第３のスラブ部と、前記第４のスラブ部とが、互いから離間していることを特徴とする付記４に記載の光半導体素子。
（付記６）
前記第１のスラブ部は、
前記第１のコアテーパ部の側方に位置し、前記第２の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第１のスラブテーパ部と、
前記第２のコアテーパ部の側方に位置し、前記第３の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第２のスラブテーパ部と、
を有し、
前記第２のスラブ部は、
前記第３のコアテーパ部の側方に位置し、前記第４の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第３のスラブテーパ部と、
前記第４のコアテーパ部の側方に位置し、前記第５の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第４のスラブテーパ部と、
を有し、
前記第３のスラブ部は、
前記第５のコアテーパ部の側方に位置し、前記第６の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第５のスラブテーパ部と、
前記第６のコアテーパ部の側方に位置し、前記第７の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第６のスラブテーパ部と、
を有し、
前記第４のスラブ部は、
前記第７のコアテーパ部の側方に位置し、前記第８の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第７のスラブテーパ部と、
前記第８のコアテーパ部の側方に位置し、前記第１の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第８のスラブテーパ部と、
を有することを特徴とする付記５に記載の光半導体素子。
（付記７）
前記第１の出力ポートに光学的に接続されたリブ型の第５のシングルモード導波路と、
前記第２の出力ポートに光学的に接続されたリブ型の第６のシングルモード導波路と、
前記第３の入力ポートに光学的に接続されたリブ型の第７のシングルモード導波路と、
前記第４の入力ポートに光学的に接続されたリブ型の第８のシングルモード導波路と、
前記第５の出力ポートに光学的に接続されたリブ型の第９のシングルモード導波路と、
前記第６の出力ポートに光学的に接続されたリブ型の第１０のシングルモード導波路と、
前記第７の入力ポートに光学的に接続されたリブ型の第１１のシングルモード導波路と、
を有することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体素子。
（付記８）
付記１乃至７のいずれか１項に記載の光半導体素子を有することを特徴とする受信器。
１００、２００、３００、４００、５００、６００：光半導体素子
１１０、１２０、１３０：２×２ＭＭＩカプラ
１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２、１４１：入力ポート
１１３、１１４、１２３、１２４、１３３、１３４、１４３、１４４：出力ポート
１１５、１２５、１３５、１４５：マルチモード導波路
１１５Ａ、１２５Ａ、１３５Ａ、１４５Ａ、１５１、１６１、１７１、１８１、２５１、２６１、２７１、２８１：コア部
１５０、１６０、１７０、１８０、２５０、２６０、２７０、２８０、３５０、３６０、３７０、３８０、４５０、４６０、４７０、４８０、５１６、５１７、５２６、５２７、５３６、５３７、５４６、６１６、６１７、６２６、６２７、６３６、６３７、６４６：シングルモード導波路
１５２、１６２、１７２、１８２、１９２、２５２、２６２、２７２、２８２、２９２、３５２、３６２、３７２、３８２、４５２、４６２、４７２、４８２：スラブ部
２５１Ａ、２５１Ｂ、２６１Ａ、２６１Ｂ、２７１Ａ、２７１Ｂ、２８１Ａ、２８１Ｂ：コアテーパ部
４５５Ａ、４５５Ｂ、４６５Ａ、４６５Ｂ、４７５Ａ、４７５Ｂ、４８５Ａ、４８５Ｂ：スラブテーパ部
７００：受信器
７０４、７０５：９０度ハイブリッド回路

Claims (4)

  1. 第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート及び第２の出力ポートを備えた第１の光結合器と、
    第３の入力ポート、第４の入力ポート、第３の出力ポート及び第４の出力ポートを備えた第１の光分岐器と、
    第５の入力ポート、第６の入力ポート、第５の出力ポート及び第６の出力ポートを備えた第２の光結合器と、
    第７の入力ポート、第７の出力ポート及び第８の出力ポートを備えた第２の光分岐器と、
    前記第２の入力ポートと前記第３の出力ポートとを光学的に接続するリブ型の第１のシングルモード導波路と、
    前記第４の出力ポートと前記第５の入力ポートとを光学的に接続するリブ型の第２のシングルモード導波路と、
    前記第６の入力ポートと前記第７の出力ポートとを光学的に接続するリブ型の第３のシングルモード導波路と、
    前記第８の出力ポートと前記第１の入力ポートとを光学的に接続するリブ型の第４のシングルモード導波路と、
    を有し、
    前記第１のシングルモード導波路、前記第２のシングルモード導波路、前記第３のシングルモード導波路及び前記第４のシングルモード導波路は、共通の平面に設けられ、
    前記第１のシングルモード導波路は、
    第１のコア部と、
    前記第１のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第１のスラブ部と、
    を有し、
    前記第２のシングルモード導波路は、
    第２のコア部と、
    前記第２のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第２のスラブ部と、
    を有し、
    前記第３のシングルモード導波路は、
    第３のコア部と、
    前記第３のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第３のスラブ部と、
    を有し、
    前記第４のシングルモード導波路は、
    第４のコア部と、
    前記第４のコア部から前記平面に平行な方向に延出する第４のスラブ部と、
    を有し、
    前記第１のコア部は、
    前記第２の入力ポートに直接接続され、前記第２の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第１のコアテーパ部と、
    前記第３の出力ポートに直接接続され、前記第３の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第２のコアテーパ部と、
    を有し、
    前記第２のコア部は、
    前記第４の出力ポートに直接接続され、前記第４の出力ポートから離間するほど幅が
    狭くなる第３のコアテーパ部と、
    前記第５の入力ポートに直接接続され、前記第５の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第４のコアテーパ部と、
    を有し、
    前記第３のコア部は、
    前記第６の入力ポートに直接接続され、前記第６の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第５のコアテーパ部と、
    前記第７の出力ポートに直接接続され、前記第７の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第６のコアテーパ部と、
    を有し、
    前記第４のコア部は、
    前記第８の出力ポートに直接接続され、前記第８の出力ポートから離間するほど幅が狭くなる第７のコアテーパ部と、
    前記第１の入力ポートに直接接続され、前記第１の入力ポートから離間するほど幅が狭くなる第８のコアテーパ部と、
    を有し、
    前記平面に平行な方向において、前記第１のスラブ部と、前記第２のスラブ部と、前記第３のスラブ部と、前記第４のスラブ部とが、互いから離間し、
    前記第１のスラブ部は、
    前記第１のコアテーパ部の側方に位置し、前記第２の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第１のスラブテーパ部と、
    前記第２のコアテーパ部の側方に位置し、前記第３の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第２のスラブテーパ部と、
    を有し、
    前記第２のスラブ部は、
    前記第３のコアテーパ部の側方に位置し、前記第４の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第３のスラブテーパ部と、
    前記第４のコアテーパ部の側方に位置し、前記第５の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第４のスラブテーパ部と、
    を有し、
    前記第３のスラブ部は、
    前記第５のコアテーパ部の側方に位置し、前記第６の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第５のスラブテーパ部と、
    前記第６のコアテーパ部の側方に位置し、前記第７の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第６のスラブテーパ部と、
    を有し、
    前記第４のスラブ部は、
    前記第７のコアテーパ部の側方に位置し、前記第８の出力ポートから離間するほど幅が広くなる第７のスラブテーパ部と、
    前記第８のコアテーパ部の側方に位置し、前記第１の入力ポートから離間するほど幅が広くなる第８のスラブテーパ部と、
    を有することを特徴とする光半導体素子。
  2. 前記第１の光結合器は、チャネル型の第１のマルチモード導波路を有し、
    前記第１の光分岐器は、チャネル型の第２のマルチモード導波路を有し、
    前記第２の光結合器は、チャネル型の第３のマルチモード導波路を有し、
    前記第２の光分岐器は、チャネル型の第４のマルチモード導波路を有することを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
  3. 前記第１の出力ポートに光学的に接続されたリブ型の第５のシングルモード導波路と、
    前記第２の出力ポートに光学的に接続されたリブ型の第６のシングルモード導波路と、
    前記第３の入力ポートに光学的に接続されたリブ型の第７のシングルモード導波路と、
    前記第４の入力ポートに光学的に接続されたリブ型の第８のシングルモード導波路と、
    前記第５の出力ポートに光学的に接続されたリブ型の第９のシングルモード導波路と、
    前記第６の出力ポートに光学的に接続されたリブ型の第１０のシングルモード導波路と、
    前記第７の入力ポートに光学的に接続されたリブ型の第１１のシングルモード導波路と、
    を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体素子を有することを特徴とする受信器。
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