WO2010010878A1 - 導波路接続構造 - Google Patents

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waveguide
slot
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core
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淳 牛田
正敏 徳島
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日本電気株式会社
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12147—Coupler

Definitions

  • the present invention relates to a waveguide connection structure.
  • the present invention relates to a connection structure between different types of waveguides in a micro optical circuit.
  • the present invention relates to a connection structure from a thin wire waveguide to a slot waveguide having a plurality of slots.
  • an optical communication device using an optical waveguide using a material having a large refractive index difference is realized, an optical communication device with a smaller size, lower cost, and lower power consumption than the conventional one can be realized.
  • Non-Patent Document 1 a ridge waveguide using Si on a SOI (Silicon-on-Insulator) substrate as a waveguide core is known (Non-Patent Document 1). Rib waveguides, fine wire waveguides, and photonic crystal line defect waveguides are also known. In addition, an optical waveguide using a compound semiconductor such as GaAs has been actively studied (Non-patent Document 2).
  • an optical waveguide is a functional element integrated on a micro optical circuit (for example, a light emitting element, a light receiving element, an optical branching element, an optical coupling element, an optical demultiplexing element, an optical multiplexing element, an optical modulation element, an optical switching element) , Optical memory elements, optical buffer elements, etc.).
  • a micro optical circuit for example, a light emitting element, a light receiving element, an optical branching element, an optical coupling element, an optical demultiplexing element, an optical multiplexing element, an optical modulation element, an optical switching element.
  • the electromagnetic field mode propagating through the waveguide is smoothly converted and reduced at the portion where the waveguide and various functional elements are connected and where the waveguides of different materials and sizes are connected to each other. It is very important to be connected to the loss.
  • connection between two types of fine waveguides including a spot size converter for optical fiber connection; see, for example, Non-Patent Documents 3 and 4, Patent Documents 1 to 5)
  • Connections with waveguides for example, see Non-Patent Documents 5 and 6 and Patent Document 6 have been studied, and various connection structures have been studied and proposed.
  • Non-Patent Documents 7 and 8 a connection structure from a single thin-line optical waveguide to a single slot waveguide
  • Non-Patent Documents 7 and 8 a connection structure from a single thin-line optical waveguide to a single slot waveguide
  • Double-slot waveguide A connection structure is also proposed (Non-patent Document 8).
  • Japanese Patent Laid-Open No. 7-168146 summary, representative diagram, FIG. 5
  • Japanese Patent Laid-Open No. 10-221554 Japanese Patent Laid-Open No. 10-221554 (Summary, Representative Diagram, FIG. 4)
  • JP 2006-146127 (Summary, Representative figure) JP-A-2005-326876 (summary, representative figure) JP-A-2005-275064 (FIGS.
  • connection structures in Patent Document 1 to Patent Document 6 and Non-Patent Document 1 to Non-Patent Document 6 are connection structures of a rib waveguide, a ridge waveguide, a thin wire waveguide, and a photonic crystal line defect waveguide. For this reason, the technique of the said literature cannot be applied to a connection with a slot waveguide.
  • the slot waveguide is a new type of waveguide structure proposed in Non-Patent Document 7.
  • This slot waveguide has a structure in which the electric field strength between two waveguides arranged at a narrow interval is large, and the electric field is confined in a low refractive index region.
  • the slot waveguide and the conventional waveguide are greatly different in electric field component distribution and electromagnetic wave energy distribution. Therefore, the conventional connection structure cannot be applied to the slot waveguide as it is.
  • Patent Document 7 proposes a connection structure for a single-slot slot waveguide.
  • the connection structure of Patent Document 7 has a large coupling loss.
  • the connection structure of Patent Document 7 cannot be used as a connection structure to a slot waveguide having a plurality of slots.
  • connection structure of Non-Patent Document 8 is a connection structure for a waveguide having two slots. However, it cannot be applied to a waveguide having three or more slots. Furthermore, since the connection structure of Non-Patent Document 8 has an asymmetric structure with respect to the plane along the waveguide direction, there is a problem that light passing through the connection structure easily sways from side to side and has a large coupling loss.
  • Patent Document 8 discloses a 1-input 2-output light branching waveguide structure. Patent Document 8 seems to be usable as a connection structure to a dual slot waveguide. However, in the technique of Patent Document 8, the middle waveguide has a tapered structure. If the tip is not thin enough, there is a problem that the connection loss cannot be ignored. However, when the tip portion is made sufficiently thin, the influence of manufacturing errors is extremely large. In addition, it is difficult to accurately control and manufacture the lengths r 1 to r 4 of the bonding portions, which are important structural parameters for expressing the function of Patent Document 8. Furthermore, in the first place, Patent Document 8 relates to a coupling operation by directional coupling.
  • Patent Document 8 and the present invention are different connection structures. Moreover, those of the structure of Figure 5 and 6 of Patent Document 8, if available is between Z 1 and Z 2, between the two waveguides are sufficiently separated. For this reason, the thing of patent document 8 does not function as a slot waveguide. Therefore, this point is also different from Patent Document 8 and the present invention. If the two waveguides approach each other, they do not function as a connection structure because they are not connected to the input waveguide or because of a large coupling loss. Therefore, this point is also different from Patent Document 8 and the present invention.
  • Patent Document 9 proposes a structure for enlarging an optical field in which an optical field conversion waveguide composed of three layers and a tapered waveguide are directly connected.
  • Patent Document 9 does not relate to a double arm waveguide structure.
  • Patent Document 9 has no technical idea of avoiding connection loss by connecting with a double arm waveguide. Therefore, Patent Document 9 and the present invention are essentially different.
  • Patent Document 10 Since the connection structure of Patent Document 10 is small, it can be seen that the output waveguides are close to each other. However, even if they are close to each other, they do not operate as a filter if they are close enough to optically couple between the waveguides. Therefore, it is normal to understand that the waveguide interval is several times wider than the waveguide width.
  • the slot waveguide has a structure in which light is confined in the slot between the waveguides in a state in which the plurality of waveguides are optically coupled, and therefore the waveguide interval is very close. Accordingly, the present invention and Patent Document 10 are inevitably different from each other in that they are slot waveguides. Furthermore, Patent Document 10 does not relate to a double arm waveguide structure.
  • the problem to be solved by the present invention is to solve the above problem.
  • it is to provide a waveguide connection structure capable of connecting a conventional optical waveguide to a multi-slot waveguide having two or more slots arranged in parallel at a narrow interval.
  • the structure for connecting light to the multi-slot waveguide is to provide a structure in which light is less likely to sway from side to side and light is stably guided.
  • it is to provide a highly efficient connection structure capable of controlling the waveguide width in the connection structure connected to the multi-slot waveguide and guiding light to the multi-slot waveguide with the same homologous power.
  • connection structure for connecting the optical branching element and the slot waveguide
  • the connection structure comprises a double arm waveguide
  • the double arm waveguide is: A plurality of cores having a refractive index higher than the refractive index of the cladding disposed in the cladding;
  • the distance between the cores in the double arm waveguide is configured to decrease from one end side to the other end side of the double arm waveguide,
  • the reduced distance between the cores on the other end side corresponds to the distance between the cores on one end of the connection part among the connection part ends of the optical branching element and the slot waveguide, and the connection
  • a waveguide connection structure characterized in that it is configured to be smaller than the width of the core on the end side.
  • an optical waveguide can be connected to a multi-slot waveguide having two or more slots arranged in parallel at a narrow interval.
  • a connection structure to a multi-slot waveguide light is less likely to sway from side to side and light can be guided stably.
  • the present invention is a waveguide connection structure.
  • the connection structure connects the optical branching element and the slot waveguide.
  • This connection structure comprises a double arm waveguide.
  • the double arm waveguide includes a plurality of cores having a refractive index higher than that of the clad disposed in the clad.
  • the distance between the cores in the double arm waveguide is configured to decrease from one end side to the other end side of the double arm waveguide.
  • the reduced distance between the cores on the other end side corresponds to the distance between the cores on one end of the connection part among the connection part ends of the optical branching element and the slot waveguide, and the connection It is comprised so that it may be smaller than the width
  • the optical branching element is an optical branching element that splits into branched light having the same optical power and the same phase.
  • it is an optical branching element that branches light from an input optical waveguide consisting of one core into branched light having the same optical power and the same phase.
  • Such an element is, for example, an MMI element.
  • it is a Y branch element.
  • it is an element comprised by the combination of an MMI element and a Y branch element.
  • the slot waveguide is a waveguide having a plurality of cores (guides the branched light branched by the optical branching element) arranged in parallel at narrow intervals. That is, a multi-slot waveguide (slot number N> 1). Among them, the multi-slot waveguide is provided with a plurality of cores arranged at intervals smaller than the core width of each waveguide core.
  • the double arm waveguide is particularly configured such that the distance between the cores in the double arm waveguide decreases from the light input end side to the light output end side of the double arm waveguide.
  • the distance between the cores on the light output end side corresponds to the distance between the cores on the connection part end side with the slot waveguide, and is configured to be smaller than the width of the core on the connection part end side.
  • the double arm waveguide is configured such that its core width monotonously changes from the light input end side toward the light output end side. In particular, the core width is monotonously decreased from the light input end side toward the light output end side.
  • the core is formed symmetrically.
  • the slot waveguide is, for example, a multi-slot waveguide having an even number of slots.
  • this multi-slot waveguide is (the length at which the waveguide width in the waveguide located at the center of the multi-slot waveguide changes: L 2 ) ⁇ (the waveguide located outside the waveguide located at the center.
  • the length of the waveguide in the waveguide is changed (L 1 ).
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional waveguide and a slot waveguide.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of a conventional waveguide (for example, a waveguide called a fine wire waveguide or a wire waveguide).
  • the waveguide includes a clad 12 formed on the substrate 13 and a single core 11 having a rectangular cross section (substantially rectangular cross section) embedded in the clad 12.
  • the refractive index of the core 11 region is larger than the refractive index of the cladding 12 region. In this way, light is confined by the difference in refractive index. That is, light is confined in the region of the core 11 and the electromagnetic field propagates in a propagation mode having a real wave number in a direction perpendicular to the paper surface.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the slot waveguide.
  • the slot waveguide as a whole has a structure in which two waveguides (cores) shown in FIG. That is, the clad 15 is formed on the substrate 16 and the two cores 14 having a rectangular cross section (substantially rectangular cross section) embedded in the clad 15.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing the dispersion relationship between the thin wire waveguide and the slot waveguide.
  • the horizontal axis represents the wavelength ( ⁇ m) of light propagating through the waveguide
  • the vertical axis represents the theoretical value of the dispersion relation of light propagating through the waveguide.
  • the dispersion relationship of the thin wire waveguide having the structure of FIG. 1A (the clad is low refractive index SiO 2 , the core is high refractive index Si, the core cross section is square, and one side is 300 nm) is the wavy line in FIG. This is the characteristic indicated by (reference numeral 21).
  • the single-mode condition is satisfied in the communication wavelength band of 1550 nm.
  • the dispersion relationship of the slot waveguide having the structure of FIG. 1B (two thin wire waveguides are coupled side by side) is a characteristic indicated by a solid line (reference numeral 22) in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an electric field distribution and an electromagnetic field energy distribution related to the zero-order mode of the thin wire waveguide.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the distribution of electric field components in the 0th and 1st modes of the slot waveguide.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the electromagnetic field energy density distribution of the zeroth-order and first-order modes of the slot waveguide.
  • the distribution of the electric field component of the zeroth mode in the direction of the arrow in FIG. 4A is compared with the distribution of the electric field component of the first mode in the direction of the arrow in FIG. It can be seen that the slot 41 (low refractive index portion) between the core 41 and the core 41 is strongly distributed.
  • the electromagnetic wave energy distribution of the zero-order mode of FIG. 5A is a slot portion 52 (low refractive index portion) between the core 51 and the core 51. ) Is also strongly distributed.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a waveguide connection structure according to the first embodiment of the present invention.
  • This waveguide connection structure is a waveguide connection structure that connects an input optical waveguide (thin wire waveguide) composed of one core and a triplex slot waveguide 65 composed of four cores arranged in parallel at narrow intervals. is there.
  • This waveguide connection structure includes a 1 ⁇ 4 MMI (Multi-mode Interference) element 60, a thin wire waveguide 61, a double arm waveguide 62 whose core width changes, two single slot waveguides 63, and a double arm. Slot waveguide 64. As can be seen from FIG. 6, the cores in the waveguides adjacent to each other are optically connected.
  • MMI Multi-mode Interference
  • the MMI element 60 is an optical element having a function of branching an electromagnetic field mode passing through the input thin wire waveguide into four thin wire waveguides 61.
  • it is an optical element that branches into branched lights having the same optical power and the same phase.
  • the optical branching element branches at a branching ratio of 25: 25: 25: 25 and branches at the same phase.
  • the MMI element 60 is formed in a clad on a substrate. And it is comprised with the core which has a higher refractive index than the said clad.
  • the fine wire waveguide 61 is an optical waveguide having a function of guiding the branched light branched by the MMI element 60 to the double arm waveguide 62.
  • the thin wire waveguide 61 has a refractive index distribution n1 and a waveguide impedance Z1 equal to those of the input waveguide.
  • the thin wire waveguide 61 is formed in a clad on a substrate. And it is comprised with the core of a refractive index lower than the said clad.
  • the core of the thin wire waveguide 61 is rectangular in cross section (substantially rectangular in cross section). And, it has a certain height from the core input end to the core output end. And it has a constant core width equal to the core output end of the input waveguide or the MMI element 60.
  • the double arm waveguide 62 is a double arm waveguide whose core width changes.
  • the double arm waveguide 62 includes two pairs of arm waveguides and has a function of guiding light from the thin wire waveguide 61 to the two single slot waveguides 63.
  • the arm waveguide 62 whose core width changes is formed in the clad on the substrate. And it is comprised with the core of refractive index higher than the said clad.
  • the double-arm waveguide 62 having a varying core width is spaced apart from the core input end where the branched light is input to the core output end where the light is output to the single slot waveguide 63. It is formed to gradually (asymptotically) narrow to an interval equal to 63 core intervals. Then, the shape is symmetrical in plan view with respect to the center of the slot waveguide, and each is curved and formed into an S shape and an inverted S shape.
  • the core of the double arm waveguide 62 whose core width changes has a certain height from the core input end to the core output end.
  • the core of the double arm waveguide 62 has a core width equal to the core width of the input waveguide, the core output end of the MMI element 60, and the core of the thin wire waveguide 61 at the core input end.
  • the core output end has a core width equal to the core width of the single slot waveguide 63. Accordingly, the core width of the double-arm waveguide 62 whose core width changes is narrowed by gradually changing the core width from the core input end to the core output end. In particular, it is preferable that 3% ⁇ (core width on the output end side) / (core width on the input end side) ⁇ 80%.
  • the core width is such that the distance (interval) between the cores in the dual arm waveguide 62 from the core input end of the double arm waveguide 62 (output end of the thin wire waveguide 61) is a single slot waveguide 63. It is gradually changed over a range up to a portion equal to the distance (interval) between the cores. As described above, it is preferable that the core width generally changes. However, it may be changed from a position (point) slightly entered from the core input end. Alternatively, the change may end at a point slightly before the core output end to the single slot waveguide 63.
  • the light that has entered the two single slot waveguides 63 is guided to the triplex slot waveguide 65 through the double arm slot waveguide 64.
  • the electromagnetic field mode passing through the input waveguide is 4 at a power branching ratio of 25: 25: 25: 25 and in phase by the MMI element 60. Branches into the thin wire waveguide 61 of the book. Then, the light of these four fine wire waveguides 61 is guided to the two single slot waveguides 63 by the double arm waveguide 61 whose core width is changed. Further, the light is guided to the triplex slot waveguide 65 through the double arm slot waveguide 64.
  • the single slot waveguide 63 and the input waveguide have different refractive index distributions.
  • the waveguide impedance is also different.
  • the electromagnetic field guided from the two thin wire waveguides is confined in a region having a high refractive index.
  • the electromagnetic field mode is shifted to a region where the refractive index of the slot waveguide is low. Therefore, smooth electromagnetic field mode conversion with low loss becomes possible.
  • a narrow-width waveguide such as the double-arm waveguide 62 having a different core width has a large propagation loss because the leakage of the electromagnetic field into the low refractive index region is too large. Accordingly, it is not practically used as a single waveguide. However, the loss can be reduced by using a double arm waveguide structure in which the core width is changed instead of a single waveguide. This is a new point (function). That is, the single waveguide having a taper structure with a core width used for spot size conversion and the dual-arm waveguide 62 with the changed core width proposed by the present invention are essentially the operation principle. And the function is quite different.
  • the two waveguides of this directional coupler can be handled by the perturbation theory by combining two waveguides of a size region that can be operated by individual waveguides alone or by arranging the two waveguides at equal intervals. It is common to use them by combining them weakly. Therefore, the structure of the dual-arm waveguide 62 of the present invention in which the function is expressed by gradually changing the interval (distance between the cores) and the width (core width) of the waveguide that cannot be used alone is: In addition, the operation principle and function are essentially different.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the distribution of the horizontal component of the electric field in the connection structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the spatial distribution of the vertical component of the magnetic field on the connection structure in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph (calculation result) showing the transmittance of the connection structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an explanatory view showing a second embodiment of the waveguide connection structure of the present invention.
  • connection structure described with reference to FIGS. 7 and 8 can be used to connect the four thin wire waveguides to the triplex slot waveguide 65.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing a third embodiment of the waveguide connection structure of the present invention.
  • one 1 ⁇ 3 MMI 110 is used to realize conversion from a single thin waveguide to three thin waveguides 111. Thereafter, the connection from the three thin wire waveguides 111 to the dual slot waveguide 113 is realized by the triple arm waveguide 112 in which the core width and the core interval change. In this case, there is a problem in that the optical path length until reaching the entrance of the dual slot waveguide 113 differs between the two on the both sides and the middle one in the triple arm waveguide 112 whose core width changes.
  • the dual slot waveguide 113 if light does not enter from each thin wire waveguide in the triple arm waveguide 112 with the same homologous power, it is connected to the waveguide mode of the dual slot waveguide 113 with high efficiency. I can't. That is, the path length difference becomes the phase difference and cannot be coupled with high efficiency. Therefore, in the present embodiment, the triple arm waveguide whose core width changes so that light enters the dual slot waveguide 113 from each thin wire waveguide in the triple arm waveguide 112 with the same phase and power.
  • a length L 2 (reference numeral 115) at which the waveguide width of the middle waveguide changes is set to a length L 1 (reference numeral 114) at which the waveguide widths of the two waveguides on both sides of 112 change. Shortened. That is, by configuring as described above, the electromagnetic field modes in the three waveguides in the triple arm waveguide 112 reach the entrance of the dual slot waveguide 113 in the same phase.
  • FIG. 12 is an explanatory view showing a fourth embodiment of the waveguide connection structure of the present invention.
  • connection structure of the present embodiment is a connection structure from one narrow wire waveguide at the entrance to the quad slot waveguide 207.
  • the quad slot waveguide 207 is a slot waveguide having four slots.
  • the two outside lights in the light divided into three through the 1 ⁇ 3 MMI element 200 enter the quad slot waveguide 207 after passing through the 1 ⁇ 2 MMI 203.
  • the middle one of the triple arm waveguides 201 whose core width does not change is guided straight and enters the quad slot waveguide 207.
  • the path length to the entrance of the quad slot waveguide 207 differs between the light passing through the middle waveguide and the light passing through the 1 ⁇ 2 MMI 203 at both ends. If light does not enter at the entrance of the quad slot waveguide 207 with the same phase and power from each thin wire waveguide in the composite triple arm waveguide 206, it is connected to the waveguide mode of the quad slot waveguide 207 with high efficiency.
  • the difference in path length becomes the difference in phase, and the coupling cannot be performed with high efficiency. Therefore, in the present embodiment, in the region of the single slot waveguide 205 and the composite triple arm waveguide 206, the length of the region in which the waveguides on both sides change with respect to the length of the region in which the waveguide width in the middle changes. Increased the length. By doing so, the electromagnetic field mode in the three waveguides in the composite triple arm waveguide 206 reaches the entrance of the quad slot waveguide 207 in the same phase.
  • the third and fourth embodiments described above (the length of the waveguide whose width changes on the symmetry plane passing through the center of the slot waveguide is such that the length of the waveguide positioned outside the waveguide is guided). (Waveguide connection structure characterized in that the waveguide width is shorter than the length in which the waveguide width changes)
  • the waveguide width of the waveguide on the symmetry plane passing through the center of the multi-slot waveguide May be larger than the average value of the waveguide widths of the waveguides located outside the waveguide.
  • the multi-wavelength is set so that (average waveguide width in the waveguide located in the center of the multi-slot waveguide)> (average waveguide width in the waveguide located outside the waveguide located in the center).
  • a slot waveguide may be configured.
  • the waveguide width is increased too much, it becomes multimode and causes loss. For this reason, there is a limit to the operation control of the connection structure by changing the waveguide width. Of course, it is effective to combine both methods.
  • the present invention by using the first embodiment or combining a plurality thereof, it is possible to provide a structure for connecting to a multi-slot waveguide in the case of N slots (N is an odd number, N> 1) with high efficiency. Further, in the present invention, by using or combining the third and fourth embodiments, the multi-slot waveguide in the case of N slots (N is an even number, N> 1) can be highly efficient.
  • a connecting structure can be provided. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a structure for efficiently connecting a single thin wire waveguide to a multi-slot waveguide having N slots (N> 1).

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Abstract

１本の細線導波路から複数のスロットを持つマルチスロット導波路に高効率に光接続する構造を提供する。前記接続構造は双アーム導波路を具備し、前記双アーム導波路はクラッド内に配設された該クラッドの屈折率より高い屈折率のコアを、複数個、具備し、該双アーム導波路における前記コア間の距離が該双アーム導波路の一端側から他端側に向かって小さくなるよう構成され、前記他端側における小さくなったコア間の距離は、前記光分岐素子と前記スロット導波路との接続部端の中の一方の接続部端側におけるコア間の距離に相当し、かつ、前記接続部端側におけるコアの幅よりも小さなよう構成される。

Description

導波路接続構造
　本発明は導波路接続構造に関する。特に、微小光回路中での異種導波路間の接続構造に関する。中でも、細線導波路から複数のスロットをもつスロット導波路への接続構造に関する。
　波長多重を利用した光通信システムにおいて、微小光回路の研究開発が盛んに行われている。そして、屈折率差の大きな材料を用いた光導波路を利用した光デバイスが実現されたならば、従来のものより微小、低コスト、低消費電力の光通信機器が実現できる。
　ところで、高屈折率差の材料を用いた光導波路として、ＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板上のＳｉを導波路コアとして利用したリッジ導波路が知られている（非特許文献１）。又、リブ導波路、細線導波路やフォトニック結晶線欠陥導波路が知られている。又、ＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた光導波路も盛んに研究されている（非特許文献２）。
　こうした光導波路は、導波路そのものがデバイスとしての機能を有する場合が有る。しかしながら、光導波路は、微小光回路上に集積化された機能素子（例えば、発光素子、受光素子、光分岐素子、光結合素子、光分波素子、光合波素子、光変調素子、光スイッチング素子、光メモリ素子、光バッファ素子など）の間を繋ぐ光配線素子として使われることが多い。
　このような観点から考えると、導波路と各種の機能素子とを接続する部分や、材料やサイズの異なる導波路を互いに接続する部分において、導波路を伝搬する電磁場モードがスムーズに変換されて低損失に接続されることが極めて重要である。
　そして、二種類の細線導波路同士の接続（光ファイバー接続用スポットサイズ変換器を含む。例えば、非特許文献３，４、特許文献１～５参照）や、細線導波路とフォトニック結晶線欠陥導波路との接続（例えば、非特許文献５，６や特許文献６参照）などが研究対象とされ、様々な接続構造が検討・提案されて来た。
　又、単一の細線光導波路から単一のスロット導波路への接続構造（非特許文献７，８）や、単一の細線光導波路から二つのスロットを持つスロット導波路（double-slot 導波路）への接続構造なども提案されている(非特許文献８)。
特開平７－１６８１４６（要約、代表図、図５） 特開平１０－２２１５５４（要約、代表図、図４） 特開２００６－１４６１２７（要約、代表図） 特開２００５－３２６８７６（要約、代表図） 特開２００５－２７５０６４（図８（ａ），（ｂ）） 国際出願ＷＯ２０１４／０８１６２７（要約、代表図） ＵＳ２００６／０２２８０７４　Ａ１（FIG.7, FIG.9A-9G） 特開２０００－１８０６４６（要約、図１～図４） 特開２００１－３５００４５（要約、代表図） 特開２００６－２９２９１７ L. Pavesi and D. J. Lockwood編「Silicon Photonics」Springer, 2003年、pp．269-271. S. Noda and T. Baba編「Roadmap on Photonic Crystals」,Kluwer Academic Publishers, 2003年, pp.45-49. T. Shoji et al., Electronics Letters, vol. 38 (2002).pp. 1669-1670. M. Yanagisawa et al., IEEE Photonics Technology Letters, vol.4(1993) pp.433-435. A. Gomyo et al., IEICE Trans. Electron., Vol. E87 (2004) pp.328-335. J. Ushida et al. Phys. Rev. B68, (2003) pp. 155115-1 to 7. V. R. Almeida et al., Opt. Lett., 29 (2004) pp. 1209-1211. N-N Feng et al., Opt. Lett., 32 (2007) pp.1250-1252.
　上記特許文献１～特許文献６や非特許文献１～非特許文献６における接続構造は、リブ導波路、リッジ導波路、細線導波路、フォトニック結晶線欠陥導波路の接続構造である。この為、上記文献の技術をスロット導波路との接続には適用できない。
　尚、スロット導波路は、非特許文献７で提案された新しいタイプの導波路構造である。このスロット導波路は、狭い間隔を置いて並べた２本の導波路の間の電場強度が大きく、低屈折率領域に電場が閉じ込められている構造である。そして、スロット導波路と従来の導波路とは、電場成分の分布や電磁波エネルギー分布が大きく異なる。従って、従来の接続構造を、そのまま、スロット導波路に適用できない。
　特許文献７は、単一スロットのスロット導波路に対する接続構造を提案している。しかしながら、特許文献７の接続構造では、結合損失が大きい。更には、特許文献７の接続構造は、複数のスロットを持つスロット導波路への接続構造としては利用できない。
　非特許文献８の接続構造は、二つのスロットを持つ導波路に対する接続構造である。しかしながら、三つ以上のスロットを持つ導波路には適用できない。更には、非特許文献８の接続構造は、構造が導波方向に沿う面に対して非対称な為、接続構造を通過した光が左右にぶれ易くなり、かつ、結合損失が大きい問題が有る。
　特許文献８には、１入力２出力の光の分岐導波路構造が開示されている。特許文献８はデュアルスロット導波路への接続構造として利用できるかも知れないと思われる。しかしながら、特許文献８の技術は、真中の導波路がテーパー構造を持つ。そして、先端部分が十分に細くなければ、接続損失が無視できない問題がある。ところが、先端部分を十分に細くした場合、作製誤差の影響が極めて大きい。そして、特許文献８の機能を発現する為に重要な構造パラメタである結合部分の長さｒ１～ｒ４を正確に制御して作製することが難しい。更には、そもそも、特許文献８は、方向性結合による結合動作のものである。従って、結合部分の長さが制御できないと、結合損失が大きくなる問題がある。本発明は、真中の導波路の先端や導波路の間隔において、鋭利に尖って切断された構造が排されている。それ故に、特許文献８と本発明とは別の接続構造である。又、特許文献８の図５，６の構造のものは、Ｚ１とＺ２との間が空いている場合、２本の導波路の間が十分離れている。この為、特許文献８のものはスロット導波路として機能しない。よって、この点でも、特許文献８と本発明とは異なる。尚、２本の導波路の間が近付いた場合、入力導波路とは繋がらないから、又は、結合損失が大きい為、接続構造として機能しない。よって、この点でも、特許文献８と本発明とは異なる。
　特許文献９には、３つの層からなる光フィールド変換用導波路とテーパー導波路とを直接接続した光フィールドを拡大する構造が提案されている。しかしながら、光フィールド変換用導波路とテーパー導波路との接続部分で光の進行方向を法線とする面が存在する為、この部分での接続損失が大きいという問題があった。更に、特許文献９は双アーム導波路構造に関するものでは無い。特に、特許文献９には、双アーム導波路で繋ぐことにより接続損失を回避しようと言う技術思想が皆無である。従って、特許文献９と本発明とは本質的に異なる。
　特許文献１０の接続構造は、図が小さいことから、出力導波路間が近接しているようにも見受けられる。しかしながら、近接していたとしても、導波路間で光結合してしまうほど近接していた場合には、フィルタとして動作しない。従って、導波路幅より導波路間隔は何倍か広い構造のものであると解するのが普通である。これに対して、スロット導波路は、複数の導波路が光結合した状態で導波路の間のスロットに光を閉じ込める構造の為、導波路間隔は非常に近接している。従って、本発明と特許文献１０とは、スロット導波路であるか否かと言う点で、本質的に異なるものであると謂わざるを得ない。更には、特許文献１０は、双アーム導波路構造に関するものでは無い。
　従って、本発明が解決しようとする課題は、上記課題を解決することである。特に、狭い間隔で並列配置された二つ以上のスロットを持つマルチスロット導波路に対して、従来型の光導波路を接続できる導波路接続構造を提供することである。中でも、特にマルチスロット導波路への接続構造として、光が左右にぶれ難く、安定して光を導波する構造を提供することである。更には、マルチスロット導波路に接続される接続構造の中の導波路幅を制御し、同位相同パワーでマルチスロット導波路に光を導波できる高効率な接続構造を提供することである。
　前記の課題は、光分岐素子とスロット導波路とを接続する接続構造であって、
　前記接続構造は双アーム導波路を具備してなり、
　前記双アーム導波路は、
　　クラッド内に配設された該クラッドの屈折率より高い屈折率のコアを、複数個、具備し、
　　該双アーム導波路における前記コア間の距離が該双アーム導波路の一端側から他端側に向かって小さくなるよう構成され、
　　前記他端側における小さくなったコア間の距離は、前記光分岐素子と前記スロット導波路との接続部端の中の一方の接続部端側におけるコア間の距離に相当し、かつ、前記接続部端側におけるコアの幅よりも小さなよう構成されてなる
ことを特徴とする導波路接続構造によって解決される。
　特に、狭い間隔で並列配置された二つ以上のスロットを持つマルチスロット導波路に光導波路を接続できる。特に、マルチスロット導波路への接続構造として、光が左右にぶれ難く、安定して光を導波できる。しかも、同位相同パワーでマルチスロット導波路に光を導波できる高効率な接続構造である。
従来の導波路とスロット導波路を示す断面図 細線導波路とスロット導波路の分散関係を示す特性図 細線導波路の０次モードに関する電場分布と電磁場エネルギー分布を示す説明図 スロット導波路の０次および１次モードの電場成分の分布を示す説明図 スロット導波路の０次および１次モードの電磁場エネルギー密度分布を示す説明図 本発明の第１実施形態の導波路接続構造を示す説明図 本発明の第１実施形態の接続構造に関する電場の横方向成分の分布を示す説明図 本発明の第１実施形態の接続構造に関する磁場の紙面垂直方向成分の空間分布を示す説明図 本発明の第１実施形態の接続構造の透過率を示すグラフ 本発明の第２実施形態の導波路接続構造を示す説明図 本発明の第３実施形態の導波路接続構造を示す説明図 本発明の第４実施形態の導波路接続構造を示す説明図
６０　　　　１ｘ４ＭＭＩ
６１　　　　細線導波路
６２　　　　コア幅が変化する双アーム導波路
６３　　　　単一スロット導波路
６４　　　　双アームスロット導波路
６５　　　　トリプレックススロット導波路
６６　　　　コア幅が変化しない双アーム導波路
７０，８０　細線導波路
７１，８１　トリプレックススロット導波路
１０１　　　１ｘ２ＭＭＩ
１１０　　　１ｘ３ＭＭＩ
１１１　　　細線導波路
１１２　　　コア幅が変化するトリプルアーム導波路
１１３　　　デュアルスロット導波路
１１４　　　導波路幅が変化する長さＬ１
１１５　　　導波路幅が変化する長さＬ２
２００　　　１ｘ３ＭＭＩ
２０１　　　コア幅が変化しないトリプルアーム導波路
２０２　　　細線導波路
２０３　　　１ｘ２ＭＭＩ
２０４　　　コア幅が変化するスロット導波路
２０５　　　単一スロット導波路
２０６　　　複合トリプルアーム導波路
２０７　　　クワッドスロット導波路
　本発明は導波路接続構造である。特に、光分岐素子とスロット導波路とを接続する接続構造である。この接続構造は双アーム導波路を具備する。前記双アーム導波路は、クラッド内に配設された該クラッドの屈折率より高い屈折率のコアを、複数個、具備する。前記双アーム導波路における前記コア間の距離が該双アーム導波路の一端側から他端側に向かって小さくなるよう構成されている。前記他端側における小さくなったコア間の距離は、前記光分岐素子と前記スロット導波路との接続部端の中の一方の接続部端側におけるコア間の距離に相当し、かつ、前記接続部端側におけるコアの幅よりも小さなよう構成される。
　前記光分岐素子は、特に、等しい光パワーで、かつ、同じ位相の分岐光に分岐する光分岐素子である。例えば、１本のコアからなる入力光導波路からの光を等しい光パワーで、かつ、同じ位相の分岐光に分岐する光分岐素子である。このような素子は、例えばＭＭＩ素子である。或いは、Ｙ分岐素子である。又は、ＭＭＩ素子とＹ分岐素子との組み合わせで構成される素子である。
　前記スロット導波路は、特に、狭い間隔で並列配置した複数のコア（前記光分岐素子で分岐された分岐光を導波）を具備した導波路である。すなわち、マルチスロット導波路（スロット数Ｎ＞１）である。中でも、個々の導波路コアのコア幅より狭い間隔で配置した複数のコアを具備するマルチスロット導波路である。
　前記双アーム導波路は、特に、該双アーム導波路におけるコア間の距離が該双アーム導波路の光入力端側から光出力端側に向かって小さくなるよう構成される。前記光出力端側におけるコア間の距離は、前記スロット導波路との接続部端側におけるコア間の距離に相当し、かつ、前記接続部端側におけるコアの幅よりも小さなよう構成される。前記双アーム導波路は、そのコア幅が光入力端側から光出力端側に向かって単調変化しているよう構成される。中でも、そのコア幅が光入力端側から光出力端側に向かって単調減少しているよう構成される。そのコアが左右対称に形成される。
　前記スロット導波路は、例えばスロットの数が偶数のマルチスロット導波路である。このマルチスロット導波路は、特に、（該マルチスロット導波路の中心に位置する導波路における導波路幅が変化する長さ：Ｌ２）＜（前記中心に位置する導波路の外側に位置する導波路における導波路幅が変化する長さ：Ｌ１）であるよう構成される。特に、（該マルチスロット導波路の中心に位置する導波路における導波路幅の平均値）＞（前記中心に位置する導波路の外側に位置する導波路における導波路幅の平均値）であるよう構成される。
　以下、更に具体的に説明する。
　　［スロット導波路］
　先ず、スロット導波路の構造について説明する。
　図１は、従来の導波路およびスロット導波路を示す断面図である。
　図１（ａ） は、従来の導波路（例えば、細線導波路とかワイヤ導波路と呼ばれる導波路）の断面図である。この導波路は、基板１３上に形成されたクラッド１２と、このクラッド１２内に埋め込まれた断面矩形（断面略矩形）の１本のコア１１とから構成される。コア１１の領域の屈折率はクラッド１２の領域の屈折率よりも大きい。このようにすることによって、屈折率差による光の閉じ込めが行われる。すなわち、コア１１の領域に光が閉じ込められ、紙面に対して垂直方向に実数の波数を持つ伝搬モードで電磁場が伝搬する。
　図１（ｂ）は、スロット導波路の断面図である。スロット導波路は、全体として、図１（ａ）の導波路（コア）を狭い間隔で２本並列配置した構造をしている。すなわち、基板１６上に形成されたクラッド１５と、このクラッド１５内に埋め込まれた断面矩形（断面略矩形）の２本のコア１４とから構成される。クラッド１５としては、比較的屈折率の小さいＳｉＯ２（屈折率＝１．５程度）が用いられる。コア１４としては、比較的屈折率の大きいＳｉ（屈折率＝３．５程度）が用いられる。基板１６としては、ガラスやプラスチックなどの絶縁材が用いられる。或いは、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体材料が用いられる。すなわち、光導波路を形成し得る材料ならば如何なるものでも良い。
　次に、スロット導波路の分散関係について説明する。図２は、細線導波路とスロット導波路の分散関係を示す特性図である。図２において、横軸は導波路を伝搬する光の波長（μｍ）であり、縦軸は導波路を伝搬する光の分散関係理論値である。
　図１（ａ）の構造を持つ細線導波路（クラッドは低屈折率のＳｉＯ２、コアは高屈折率のＳｉ。コア断面は、正方形で、一辺３００ｎｍ。）の分散関係は、図２の波線（符号２１）で示す特性である。そして、通信波長帯１５５０ｎｍにおいて、シングルモードの条件が満たされている。図１（ｂ）の構造を持つ（細線導波路を２本並べて結合）スロット導波路の分散関係は、図２の実線（符号２２）で示す特性である。
　次に、スロット導波路に関する電場成分の分布と電磁波エネルギー分布について説明（図３，４，５）する。図３は、細線導波路の０次モードに関する電場分布と電磁場エネルギー分布を示す説明図である。図４は、スロット導波路の０次および１次モードの電場成分の分布を示す説明図である。図５は、スロット導波路の０次および１次モードの電磁場エネルギー密度分布を示す説明図である。
　図３（ａ）の図中矢印方向における電場成分の分布、及び図３（ｂ）の電磁波エネルギー分布から、細線導波路においては、電磁場強度の大部分がコア３１内に有ることが判る。電磁場エネルギーがコア３１の領域に閉じ込められていることも判る。
　スロット導波路においては、図４（ａ）の図中矢印方向における０次モードの電場成分の分布が、図４（ｂ）の図中矢印方向における１次モードの電場成分の分布と比較して、コア４１とコア４１との間のスロット部４２（低屈折率部分）に強く分布していることが判る。図５（ａ）の０次モードの電磁波エネルギー分布が、図５（ｂ）の１次モードの電磁波エネルギー分布と比較して、コア５１とコア５１との間のスロット部５２（低屈折率部分）に強く分布していることも判る。
　以上のことより次のことが判る。図１（ａ）に示した細線導波路中の導波モードの電磁場を、図１（ｂ）に示したスロット導波路へ接続する為には、図３のように導波路の高屈折率部分に分布している電磁場を、図４や図５のような低屈折率部分に分布している電磁場へ変換することが鍵になる。
　　［第１実施形態］
　次に、本発明の導波路接続構造の第１実施形態について説明する。
　図６は、本発明の第１実施形態になる導波路接続構造を示す説明図である。
　この導波路接続構造は、１本のコアからなる入力光導波路（細線導波路）と、狭い間隔で並列配置した４本のコアからなるトリプレックススロット導波路６５とを接続する導波路接続構造である。この導波路接続構造は、１ｘ４　ＭＭＩ（Multi-mode Interference）素子６０と、細線導波路６１と，コア幅が変化する双アーム導波路６２と、２本の単一スロット導波路６３と、双アームスロット導波路６４とを具備する。図６から判る通り、互いに隣接する導波路におけるコア同士は光学的に接続されている。
　ＭＭＩ素子６０は、入力細線導波路を通る電磁場モードを４本の細線導波路６１に分岐する機能を有する光素子である。特に、等しい光パワーで、かつ、同じ位相の分岐光に分岐する光素子である。例えば、２５：２５：２５：２５の分岐割合で分岐し、かつ、同じ位相で分岐する光分岐素子である。ＭＭＩ素子６０は、基板上のクラッド内に形成されたものである。そして、前記クラッドより高い屈折率を有するコアで構成されている。
　細線導波路６１は、ＭＭＩ素子６０で分岐された分岐光を双アーム導波路６２に導く機能を有する光導波路である。この細線導波路６１は、入力導波路と等しい屈折率分布ｎ１と導波路インピーダンスＺ１とを持つ。この細線導波路６１は、基板上のクラッド内に形成されたものである。そして、前記クラッドより低い屈折率のコアで構成されている。細線導波路６１のコアは、断面視矩形（断面視略矩形）である。そして、コア入力端からコア出力端まで、一定の高さを有する。かつ、入力導波路やＭＭＩ素子６０のコア出力端と等しい一定のコア幅を有する。
　双アーム導波路６２は、コア幅が変化する双アーム導波路である。この双アーム導波路６２は、２対のアーム導波路からなり、細線導波路６１からの光を２本の単一スロット導波路６３に導く機能を有する。コア幅が変化するアーム導波路６２は、基板上のクラッド内に形成されたものである。そして、前記クラッドより高い屈折率のコアで構成されている。
　コア幅の変化する双アーム導波路６２は、分岐光が入力されるコア入力端から単一スロット導波路６３に光を出力するコア出力端に亘って、相互の間隔が、単一スロット導波路６３のコア間隔と等しい間隔まで徐々に（漸近的に）狭くなるよう形成されている。そして、スロット導波路の中心に対して平面視対称をなす形状で、各々、Ｓ字状と逆Ｓ字状とに湾曲形成されている。
　コア幅の変化する双アーム導波路６２のコアは、コア入力端からコア出力端まで、一定の高さを有している。又、双アーム導波路６２のコアは、そのコア入力端では、入力導波路や、ＭＭＩ素子６０のコア出力端、及び細線導波路６１のコア幅と等しいコア幅を有する。そして、コア出力端では、単一スロット導波路６３のコア幅と等しいコア幅を有する。従って、コア幅が変化する双アーム導波路６２のコア幅は、コア入力端からコア出力端に掛けて、そのコア幅が徐々に変化して狭くなっている。特に、３％≦（出力端側のコア幅）／（入力端側のコア幅）≦８０％であることが好適である。尚、コア幅は、双アーム導波路６２のコア入力端（細線導波路６１の出力端）から、双アーム導波路６２におけるコアとコアとの間の距離（間隔）が単一スロット導波路６３のコアとコアとの間の距離（間隔）と等しくなる部分までの範囲に亘って、徐々に、変化させている。尚、前述の通り、コア幅は全般的に変化していることが好ましい。但し、コア入力端から少し入った位置（点）から変化させるようにしても良い。又、単一スロット導波路６３へのコア出力端の少し手前の点で変化が終了するようにしても良い。
　そして、２本の単一スロット導波路６３に入った光は、双アームスロット導波路６４を通して、トリプレックススロット導波路６５に導かれる。
　従って、図６の導波路接続構造にあっては、入力導波路を通る電磁場モードは、ＭＭＩ素子６０によって、パワー分岐比率が２５：２５：２５：２５の割合で、かつ、同位相で、４本の細線導波路６１に分岐される。そして、これら4本の細線導波路６１の光は、コア幅の変化する双アーム導波路６１によって、２本の単一スロット導波路６３に導かれる。更に、双アームスロット導波路６４を介して、トリプレックススロット導波路６５に導かれる。
　前述した通り、単一スロット導波路６３と入力導波路とは、その屈折率分布が異なっている。又、導波路インピーダンスも異なっている。そして、２本の細線導波路から導波して来る電磁場は、屈折率の高い領域に閉じ込められている。コア幅の変化する双アーム導波路６２においては、スロット導波路の屈折率の低い領域に電磁場モードを移行させている。従って、低損失でスムーズな電磁場モード変換が可能となる。
　コア幅の異なる双アーム導波路６２のような細い幅の導波路は、電磁場の低屈折率領域への染みだしが大き過ぎる為、伝搬損失が大きい。従って、１本の導波路として使われることは実用上ない。しかしながら、１本の導波路ではなく、コア幅が変化する双アーム導波路構造とすることによって、低損失化が図れる。これが新しい点（機能）である。すなわち、スポットサイズ変換に用いられるようなコア幅がテーパー構造を持つものの単一の導波路と、本発明が提案したコア幅が変化した双アーム導波路６２とは、本質的に、その動作原理および機能が全く異なる。
　ところで、２本の導波路を並べた素子として方向性結合器が有る。しかしながら、この方向性結合器の２本の導波路は、個々の導波路単体で動作可能なサイズ領域の導波路を２本組み合わせたり、その２本を等間隔に配置して、摂動論で扱える程度に弱く結合させて使うのが一般的である。従って、単体では使えない導波路を徐々に間隔（コアとコアとの間の距離）や幅（コアの幅）を変化させて機能を発現させる本発明の双アーム導波路６２の構造とは、これ、また、動作原理や機能が本質的に異なる。
　次に、本実施形態の接続構造について、数値計算により電磁場の伝搬をシミュレートした結果を説明（図７，８）する。図７は、本発明の第１実施形態になる接続構造における電場の横方向成分の分布を示す説明図である。図８は、本発明の第１実施形態における接続構造に関する磁場の紙面垂直方向成分の空間分布を示す説明図である。
　ＭＭＩ素子６０を介して二つに分岐された４本の細線導波路６１を通る伝搬光が、座標Ｚ＝０（図７）からＺ＞０方向へ伝搬して行く場合、電場の横方向成分と磁場の紙面垂直方向成分の空間分布とは、図７，８のような分布になる。
　図７から明らかな通り、４本の細線導波路６１からの電磁場モードは、Ｚ＝１～４．５（μｍ）に設置したコア幅の変化する双アーム導波路６２によって、徐々に、電場分布が、屈折率の高いコア領域から低屈折率の領域に移行していることが判る。その際、磁場分布は全体に広がって分布している様子が図８に示されている。そして、４本の細線導波路６１からＺ=４．５～５．５（μm）に設置した２本の単一スロット導波路６３へスムーズに電磁場モードが移行していることが判る。更に、２本の単一スロット導波路６３へ移行した電磁場モードは、Ｚ=５．５～１０．０（μm）に設置した双アームスロット導波路６４を通して、トリプレックススロット導波路６５にスムーズに移行していることも判る。
　図９は、本発明の第１実施形態の接続構造の透過率を示すグラフ（計算結果）である。
　図７，８に示すような電磁場分布で伝搬している場合、図７中のＺ＝０を横切る４本の細線導波路６１を通過する電磁場のエネルギーの総和を１とし（波線）、接続したトリプレックススロット導波路６５に入った電磁場の図７中のZ=１２［μm］の位置での透過率を実線でプロットしてある。これから明らかな通り、入射波の入射エネルギー１に対して透過波の透過エネルギーは１である。従って、入力導波路からトリプレックススロット導波路６５に、非常に、高効率で接続可能であることが判る。
　　［第２実施形態］
　図１０は、本発明の導波路接続構造の第２実施形態を示す説明図である。
　図６における１ｘ４ＭＭＩ素子６０の代わりに、三つの１ｘ２ＭＭＩ１０１を用い、単一の細線導波路から４本の細線導波路６１への変換を実現している。
　この場合においても、図７，８で説明した接続構造を用いることで、４本の細線導波路からトリプレックススロット導波路６５への接続が可能となる。
　　［第３実施形態］
　図１１は、本発明の導波路接続構造の第３実施形態を示す説明図である。
　図６における１ｘ４ＭＭＩ素子６０の代わりに、一つの１ｘ３ＭＭＩ１１０を用い、単一の細線導波路から３本の細線導波路１１１への変換を実現している。この後、コア幅およびコア間隔が変化するトリプルアーム導波路１１２にて、３本の細線導波路１１１からデュアルスロット導波路１１３への接続を実現している。この場合は、コア幅が変化するトリプルアーム導波路１１２における両側の２本と真中の１本とでは、デュアルスロット導波路１１３の入り口に辿り着くまでの光路長が異なることが問題となる。すなわち、デュアルスロット導波路１１３の入口において、トリプルアーム導波路１１２の中の各々の細線導波路から同位相同パワーで光が入らなければ、デュアルスロット導波路１１３の導波モードに高効率で接続することが出来ない。つまり、行路長の違いが位相の違いとなり、高効率に結合できない。そこで、本実施形態では、トリプルアーム導波路１１２の中の各々の細線導波路からデュアルスロット導波路１１３の入口に同位相・同パワーで光が入るように、コア幅が変化するトリプルアーム導波路１１２の中の両側の２本の導波路の導波路幅が変化する長さＬ１（符号１１４）に対して、真中の導波路の導波路幅が変化する長さＬ２（符号１１５）を短くした。すなわち、上記の如くに構成させることで、トリプルアーム導波路１１２中の３本の導波路の中の電磁場モードが同位相でデュアルスロット導波路１１３の入口に達する。
　　［第４実施形態］
　図１２は、本発明の導波路接続構造の第４実施形態を示す説明図である。
　本実施形態の接続構造は、入口の一本の細線導波路からクワッドスロット導波路２０７への接続構造である。ここで、クワッドスロット導波路２０７とは、スロットを４本持つスロット導波路である。
　ところで、１ｘ３ＭＭＩ素子２００を通って三つに分割された光の中の外側の２本は、１ｘ２ＭＭＩ２０３を通った後でクワッドスロット導波路２０７に入る。コア幅の変化しないトリプルアーム導波路２０１の中の真ん中の１本は、真っ直ぐ導波してクワッドスロット導波路２０７に入る。この場合も、真中の導波路を通った光と、両端の１ｘ２ＭＭＩ２０３を通った光とでは、クワッドスロット導波路２０７の入口までの行路長が異なるのが問題となる。クワッドスロット導波路２０７の入口において、複合トリプルアーム導波路２０６の中の各々の細線導波路から同位相・同パワーで光が入らなければ、クワッドスロット導波路２０７の導波モードに高効率で接続できない。すなわち、何の工夫も無い場合には、行路長の違いが位相の違いとなり、高効率に結合が出来ない。そこで、本実施形態では、単一スロット導波路２０５と複合トリプルアーム導波路２０６との領域において、真中の導波路幅が変化する領域の長さに対して両側の導波路が変化する領域の長さを長くした。こうすることで、複合トリプルアーム導波路２０６中の３本の導波路の中の電磁場モードが、同位相でクワッドスロット導波路２０７の入口に到達するようになる。
　尚、上記第３実施形態や第４実施形態（スロット導波路の中心を通る対称面上にある導波路の導波路幅が変化する長さが、その導波路より外側に位置する導波路の導波路幅が変化する長さよりも短いという特徴の導波路接続構造）において、これ等の実施形態が有する特徴の代わりに、マルチスロット導波路の中心を通る対称面上にある導波路の導波路幅の平均値が、その導波路より外側に位置する導波路の導波路幅の平均値よりも大きいようにしても良い。すなわち、（マルチスロット導波路の中心に位置する導波路における導波路幅の平均値）＞（前記中心に位置する導波路の外側に位置する導波路における導波路幅の平均値）となるようマルチスロット導波路を構成させても良い。但し、導波路幅を大きくし過ぎると、マルチモードになって損失の原因となる。この為、導波路幅を変えることによる接続構造の動作制御には限界がある。勿論、両者の方法を組み合わせることは有効である。
　本発明では、第１実施形態を用いたり、複数組み合わせることで、N本のスロット（Nは奇数、N＞１）の場合のマルチスロット導波路へ高効率に接続する構造を提供できる。又、本発明では、上記第３実施形態や第４実施形態を用いたり、組み合わせたりすることで、N本のスロット（Nは偶数、N＞１）の場合のマルチスロット導波路へ高効率に接続する構造を提供できる。本発明は、１本の細線導波路からN本のスロット（N＞１）を持つマルチスロット導波路へ高効率に接続する構造を提供できる。
　この出願は、２００８年７月２５日に出願された日本出願特願２００８－１９２１０４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
 

Claims (9)

  1. 　光分岐素子とスロット導波路とを接続する接続構造であって、
    　前記接続構造は双アーム導波路を具備してなり、
    　前記双アーム導波路は、
    　　クラッド内に配設された該クラッドの屈折率より高い屈折率のコアを、複数個、具備し、
    　　該双アーム導波路における前記コア間の距離が該双アーム導波路の一端側から他端側に向かって小さくなるよう構成され、
    　　前記他端側における小さくなったコア間の距離は、前記光分岐素子と前記スロット導波路との接続部端の中の一方の接続部端側におけるコア間の距離に相当し、かつ、前記接続部端側におけるコアの幅よりも小さなよう構成されてなる
    ことを特徴とする導波路接続構造。
  2. 　光分岐素子が、等しい光パワーで、かつ、同じ位相の分岐光に分岐する光分岐素子であり、
    　スロット導波路が、マルチスロット導波路（スロット数Ｎ＞１）であり、
    　双アーム導波路は、該双アーム導波路におけるコア間の距離が該双アーム導波路の光入力端側から光出力端側に向かって小さくなるよう構成され、前記光出力端側におけるコア間の距離は、前記スロット導波路との接続部端側におけるコア間の距離に相当し、かつ、前記接続部端側におけるコアの幅よりも小さなよう構成されてなる
    ことを特徴とする請求項１の導波路接続構造。
  3. 　スロット導波路が、個々の導波路コアのコア幅より狭い間隔で配置した複数のコアを具備するマルチスロット導波路（スロット数Ｎ＞１）である
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２の導波路接続構造。
  4. 　双アーム導波路は、そのコア幅が光入力端側から光出力端側に向かって単調変化しているよう構成されてなる
    ことを特徴とする請求項１～請求項３いずれかの導波路接続構造。
  5. 　双アーム導波路は、そのコア幅が光入力端側から光出力端側に向かって単調減少しているよう構成されてなる
    ことを特徴とする請求項１～請求項４いずれかの導波路接続構造。
  6. 　双アーム導波路は、そのコアが左右対称に形成されてなる
    ことを特徴とする請求項１～請求項５いずれかの導波路接続構造。
  7. 　光分岐素子が、ＭＭＩ素子、Ｙ分岐素子、又はＭＭＩ素子とＹ分岐素子との組み合わせで構成される素子である
    ことを特徴とする請求項１～請求項６いずれかの導波路接続構造。
  8. 　スロット導波路はスロットの数が偶数のマルチスロット導波路であり、
    　前記マルチスロット導波路は、（該マルチスロット導波路の中心に位置する導波路における導波路幅が変化する長さ：Ｌ２）＜（前記中心に位置する導波路の外側に位置する導波路における導波路幅が変化する長さ：Ｌ１）であるよう構成されてなる
    ことを特徴とする請求項１～請求項７いずれかの導波路接続構造。
  9. 　スロット導波路はスロットの数が偶数のマルチスロット導波路であり、
    　前記マルチスロット導波路は、（該マルチスロット導波路の中心に位置する導波路における導波路幅の平均値）＞（前記中心に位置する導波路の外側に位置する導波路における導波路幅の平均値）であるよう構成されてなる
    ことを特徴とする請求項１～請求項８いずれかの導波路接続構造。
     
     
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