(57)【要約】      （修正有）【課題】１３００ｎｍ付近の波長帯にも対応可能な偏波分離素子を提供する。【解決手段】第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３が、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域７０が構成されている。結合領域７０は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のサブ結合領域を含み、第ｋ番目（ｋは１≦ｋ≦ｎ−１の整数）のサブ結合領域では、第１光導波路コアは第１幅で形成されており、かつ第２光導波路コアは、第１幅とは異なる第２幅で形成されており、第ｋ＋１番目のサブ結合領域では、第１光導波路コアは第２幅で形成されており、かつ第２光導波路コアは第１幅で形成されている。第１光導波路コア４３を伝播するＴＭ偏波が、第２光導波路コア５３に移行し、かつ第１光導波路コア４３を伝播するＴＥ偏波が、第２光導波路コア５３に移行しないように、各サブ結合領域における、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３の厚さ、幅及び長さが設計されている。【選択図】図１
2020086127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路コアと、
前記光導波路コアを包含するクラッドと
を備え、
前記光導波路コアは、第１光導波路コア及び第２光導波路コアを含み、
前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域が構成されており、
前記結合領域は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のサブ結合領域を含み、
第ｋ番目（ｋは１≦ｋ≦ｎ−１の整数）の前記サブ結合領域では、前記第１光導波路コアは第１幅で形成されており、かつ前記第２光導波路コアは、前記第１幅とは異なる第２幅で形成されており、
第ｋ＋１番目の前記サブ結合領域では、前記第１光導波路コアは前記第２幅で形成されており、かつ前記第２光導波路コアは前記第１幅で形成されており、
前記第１光導波路コアを伝播するＴＭ偏波が、前記第２光導波路コアに移行し、かつ前記第１光導波路コアを伝播するＴＥ偏波が、前記第２光導波路コアに移行しないように、各前記サブ結合領域における、前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアの厚さ、幅及び長さが設計されている
ことを特徴とする偏波分離素子。
【請求項２】
前記光導波路コアの幅は、該光導波路コアの厚さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の偏波分離素子。
【請求項３】
ｉ個（ｉは２以上の整数）の前記結合領域を備え、
第ｊ番目（ｊは１≦ｊ≦ｉ−１の整数）の前記結合領域の前記第１光導波路コアと、第ｊ＋１番目の前記結合領域の第１光導波路コアとが接続され、
第ｊ番目の前記結合領域の前記第２光導波路コアと、第ｊ＋１番目の前記結合領域の前記第２光導波路コアとが接続され、
各前記結合領域では、それぞれ互いに異なる波長において、前記第１光導波路コアを伝播するＴＭ偏波が、前記第２光導波路コアに移行し、かつ前記第１光導波路コアを伝播するＴＥ偏波が、前記第２光導波路コアに移行しないように、それぞれの各前記サブ結合領域における、前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアの厚さ、幅及び長さが設計されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏波分離素子。
【請求項４】
ｐ対（ｐは２以上の整数）の結合領域を備え、
第ｑ番目（ｑは１≦ｑ≦ｐ−１の整数）の対の一方の前記結合領域の前記第１光導波路コアと、第ｑ＋１番目の対の一方の前記結合領域の前記第１光導波路コアとが接続され、
第ｑ番目の対の他方の前記結合領域の前記第２光導波路コアと、第ｑ＋１番目の対の他方の前記結合領域の前記第２光導波路コアとが接続され、
同一対に含まれる前記結合領域について、一方の前記結合領域の前記第２光導波路コアと他方の前記結合領域の前記第１光導波路コアとが接続され、
同一対に含まれる前記結合領域は、それぞれ共通の波長において、前記第１光導波路コアを伝播するＴＭ偏波が、前記第２光導波路コアに移行し、かつ前記第１光導波路コアを伝播するＴＥ偏波が、前記第２光導波路コアに移行しないように、それぞれの各前記サブ結合領域における、前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアの厚さ、幅及び長さが設計され、
異なる対に含まれる前記結合領域は、それぞれ互いに異なる波長において、前記第１光導波路コアを伝播するＴＭ偏波が、前記第２光導波路コアに移行し、かつ前記第１光導波路コアを伝播するＴＥ偏波が、前記第２光導波路コアに移行しないように、それぞれの各前記サブ結合領域における、前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアの厚さ、幅及び長さが設計されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏波分離素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波とＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波とで経路を分ける偏波分離素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型化や量産性に有利な光デバイスの開発に当たり、Ｓｉ（シリコン）を導波路の材料として用いるＳｉ導波路が注目を集めている。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
ここで、光通信では、互いに直交するＴＥ偏波及びＴＭ偏波にそれぞれ異なる光信号を多重することによって、容量を向上させることができる。
【０００６】
しかし、Ｓｉ導波路では、コアとクラッドとの比屈折率差が大きいことに起因して、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とで導波モードの等価屈折率の差及び群屈折率の差が大きくなりやすい。そのため、Ｓｉ導波路には、偏波依存性がある。
【０００７】
このため、Ｓｉ導波路を光通信に利用する場合には、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とで経路を分離し、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波を個別に制御する、偏波ダイバーシティを実現することが必要である。そして、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の経路を分離するための素子として、偏波分離素子がある（例えば特許文献１〜６参照）。
【０００８】
偏波分離素子としては、方向性結合器、マッハツェンダ干渉器、マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラ又はグレーティング素子等がある。特に方向性結合器を利用する偏波分離素子は、構造が簡単であり、かつ設計が容易であることから、広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２５６４００号公報
【特許文献２】特開２００７−２５６５１０号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／１４０３６３号
【特許文献４】特開２００６−３０１５０１号公報
【特許文献５】特開昭６２−１７２３０８号公報
【特許文献６】特開平０４−０５０８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
方向性結合器を利用する偏波分離素子では、方向性結合器を構成する一対の光導波路コアの断面形状を偏平とする。これによって、ＴＥ偏波に対しては、光導波路コア内への閉じ込め効果が強くなり、光導波路コア間における結合係数が小さくなる。一方、ＴＭ偏波に対しては、光導波路コア内への閉じ込め効果が弱くなり、光導波路コア間における結合係数が大きくなる。方向性結合器を利用する偏波分離素子では、このような結合係数の差を利用して、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とを分離する。
【００１１】
ここで、上述の作用による偏波分離は、例えば１５００〜１６００ｎｍ程度の波長帯の光に対しては十分に機能する。しかしながら、例えば１３００ｎｍ付近の波長帯の光に対して使用する場合には、シングルモード条件を達成するために、１５００〜１６００ｎｍの波長帯の光に対して使用する場合よりも、光導波路コアの幅を狭く設計する必要がある。この結果、ＴＥ偏波の結合係数とＴＭ偏波の結合係数との差が小さくなるため、１５００〜１６００ｎｍの波長帯の光に対して使用する場合と比べて、１３００ｎｍ付近の波長帯の光に対して使用する場合には、偏波分離の機能が十分に発揮されない。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、１５００〜１６００ｎｍの波長帯以外の波長帯、例えば１３００ｎｍ付近の波長帯にも対応可能な偏波分離素子を提供することにある。なお、１５００〜１６００ｎｍの波長帯であっても、導波路構造としてコア幅に対して厚さを極端に薄くできない場合にはこの発明は有効である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、この発明の偏波分離素子は、光導波路コアと、光導波路コアを包含するクラッドとを備えて構成される。光導波路コアは、第１光導波路コア及び第２光導波路コアを含む。第１光導波路コア及び第２光導波路コアが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域が構成されている。結合領域は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のサブ結合領域を含む。第ｋ番目（ｋは１≦ｋ≦ｎ−１の整数）のサブ結合領域では、第１光導波路コアは第１幅で形成されており、かつ第２光導波路コアは、第１幅とは異なる第２幅で形成されている。第ｋ＋１番目のサブ結合領域では、第１光導波路コアは第２幅で形成されており、かつ第２光導波路コアは第１幅で形成されている。そして、第１光導波路コアを伝播するＴＭ偏波が、第２光導波路コアに移行し、かつ第１光導波路コアを伝播するＴＥ偏波が、第２光導波路コアに移行しないように、各サブ結合領域における、第１光導波路コア及び第２光導波路コアの厚さ、幅及び長さが設計されている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の偏波分離素子では、上述の設計によるサブ結合領域を含む結合領域を備えることによって、１５００〜１６００ｎｍの波長帯以外の波長帯、例えば１３００ｎｍ付近の波長帯においても、ＴＥ偏波とＴＭ偏波との経路を分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（Ａ）は、第１の偏波分離素子を示す概略的平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す構造体をＩ-Ｉ線で切り取った概略的端面図である。
【図２】反転Δβ構造における動作曲線を示す図である。
【図３】（Ａ）は、ＴＭ偏波が光導波路コアを伝播する様子を示す図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、ＴＥ偏波が光導波路コアを伝播する様子を示す図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の偏波分離素子における波長特性を示す図である。
【図５】（Ａ）は、第２の偏波分離素子を示す概略的平面図であり、（Ｂ）は、第３の偏波分離素子を示す概略的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（第１の偏波分離素子）
図１を参照して、この発明の第１の実施の形態による偏波分離素子（以下、第１の偏波分離素子とも称する）について説明する。図１（Ａ）は、第１の偏波分離素子を示す概略平面図である。なお、図１（Ａ）では、後述する支持基板及びクラッドを省略して示してある。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す構造体をＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。なお、図１（Ｂ）では、ハッチングを省略している。
【００１８】
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。
【００１９】
第１の偏波分離素子１００は、支持基板１０とクラッド２０と光導波路コア３０とを備えて構成されている。
【００２０】
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。
【００２１】
クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面を被覆し、かつ光導波路コア３０を包含して形成されている。クラッド２０は、例えばＳｉＯ２を材料として形成されている。
【００２２】
光導波路コア３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、光導波路コア３０は、光の伝送路として機能し、光導波路コア３０に入力された光が光導波路コア３０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。
【００２３】
なお、伝播する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、光導波路コア３０は、支持基板１０から例えば１〜３μｍの範囲内の距離を離間させて形成されているのが好ましい。また、光導波路コア３０は、厚さ方向でシングルモード条件を達成するべく、例えば１００〜３００ｎｍの範囲内の厚さで形成されるのが好ましい。
【００２４】
また、光導波路コア３０は、厚さよりも幅が大きく設計されている。
【００２５】
光導波路コア３０は、この順に接続された第１入力ポート部４１、第１入力テーパ部４２、第１光導波路コア４３、第１出力テーパ部４４及び第１出力ポート部４５を含んでいる。また、光導波路コア３０は、この順に接続された第２入力ポート部５１、第２入力テーパ部５２、第２光導波路コア５３、第２出力テーパ部５４及び第２出力ポート部５５を含んでいる。
【００２６】
そして、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３が互いに離間しかつ並んで配置された領域として、結合領域７０が構成されている。結合領域７０は、２つのサブ結合領域６０、すなわち第１サブ結合領域６０−１及び第２サブ結合領域６０−２を含んでいる。
【００２７】
さらに、第１光導波路コア４３は、第１サブ結合領域６０−１に含まれる第１−１結合部６１−１、第２サブ結合領域６０−２に含まれる第２−１結合部６２−１、並びに第１−１結合部６１−１及び第２−１結合部６２−１間を接続する第１接続テーパ部７１を含んでいる。また、第２光導波路コア５３は、第１サブ結合領域６０−１に含まれる第１−２結合部６１−２、第２サブ結合領域６０−２に含まれる第２−２結合部６２−２、並びに第１−２結合部６１−２及び第２−２結合部６２−２間を接続する第２接続テーパ部７２を含んでいる。
【００２８】
第１入力ポート部４１は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１入力ポート部４１は、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を伝播させる。
【００２９】
第１入力テーパ部４２は、第１入力ポート部４１と接続された一端から第１−１結合部６１−１と接続された他端に向かって、第１入力ポート部４１の幅から第１−１結合部６１−１の幅まで、連続的に幅が拡大するテーパ形状で形成されている。第１入力テーパ部４２を設けることによって、第１入力ポート部４１から第１−１結合部６１−１へ伝播する光の伝播損失を抑制することができる。
【００３０】
第１−１結合部６１−１及び第２−１結合部６２−１は、それぞれ直線導波路として形成されている。なお、第１−１結合部６１−１及び第２−１結合部６２−１の詳細な設計については後述する。
【００３１】
第１接続テーパ部７１は、第１−１結合部６１−１と接続された一端から第２−１結合部６２−１と接続された他端に向かって、第１−１結合部６１−１の幅から第２−１結合部６２−１の幅まで、連続的に幅が変化（ここでは縮小）するテーパ形状で形成されている。第１接続テーパ部７１を設けることによって、第１−１結合部６１−１から第２−１結合部６２−１へ伝播する光の伝播損失を抑制することができる。
【００３２】
第１出力テーパ部４４は、第２−１結合部６２−１と接続された一端から第１出力ポート部４５と接続された他端に向かって、第２−１結合部６２−１の幅から第１出力ポート部４５の幅まで、連続的に幅が縮小するテーパ形状で形成されている。第１出力テーパ部４４を設けることによって、第２−１結合部６２−１から第１出力ポート部４５へ伝播する光の伝播損失を抑制することができる。
【００３３】
第１出力ポート部４５は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１出力ポート部４５は、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を伝播させる。
【００３４】
第２入力ポート部５１は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２入力ポート部５１は、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を伝播させる。
【００３５】
第２入力テーパ部５２は、第２入力ポート部５１と接続された一端から第１−２結合部６１−２と接続された他端に向かって、第２入力ポート部５１の幅から第１−２結合部６１−２の幅まで、連続的に幅が拡大するテーパ形状で形成されている。第２入力テーパ部５２を設けることによって、第２入力ポート部５１から第１−２結合部６１−２へ伝播する光の伝播損失を抑制することができる。
【００３６】
第１−２結合部６１−２及び第２−２結合部６２−２は、それぞれ直線導波路として形成されている。なお、第１−２結合部６１−２及び第２−２結合部６２−２の詳細な設計については後述する。
【００３７】
第２接続テーパ部７２は、第１−２結合部６１−２と接続された一端から第２−２結合部６２−２と接続された他端に向かって、第１−２結合部６１−２の幅から第２−２結合部６２−２の幅まで、連続的に幅が変化（ここでは拡大）するテーパ形状で形成されている。第２接続テーパ部７２を設けることによって、第１−２結合部６１−２から第２−２結合部６２−２へ伝播する光の伝播損失を抑制することができる。
【００３８】
第２出力テーパ部５４は、第２−２結合部６２−２と接続された一端から第２出力ポート部５５と接続された他端に向かって、第２−２結合部６２−２の幅から第２出力ポート部５５の幅まで、連続的に幅が縮小するテーパ形状で形成されている。第２出力テーパ部５４を設けることによって、第２−２結合部６２−２から第２出力ポート部５５へ伝播する光の伝播損失を抑制することができる。
【００３９】
第２出力ポート部５５は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２出力ポート部５５は、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を伝播させる。
【００４０】
次に、結合領域７０並びに第１サブ結合領域６０−１及び第２サブ結合領域６０−２の設計について説明する。
【００４１】
結合領域７０において、第１光導波路コア４３の、第１入力テーパ部４２側の入力端（すなわち第１−１結合部６１−１の、第１入力テーパ部４２と接続された端）４３ａと、第２光導波路コア５３の、第２入力テーパ部５２側の入力端（すなわち第１−２結合部６１−２の、第２入力テーパ部５２と接続された端）５３ａとは、面位置を一致させて配置されている。
【００４２】
また、結合領域７０において、第１光導波路コア４３の、第１出力テーパ部４４側の出力端（すなわち第２−１結合部６２−１の、第１出力テーパ部４４と接続された端）４３ｂと、第２光導波路コア５３の、第２出力テーパ部５４側の出力端（すなわち第２−２結合部６２−２の、第２出力テーパ部５４と接続された端）５３ｂとは、面位置を一致させて配置されている。
【００４３】
また、第１−１結合部６１−１、第１−２結合部６１−２、第２−１結合部６２−１及び第２−２結合部６２−２は、共通の長さで形成されている。従って、第１サブ結合領域６０−１及び第２サブ結合領域６０−２は、共通の長さである。また、第１接続テーパ部７１及び第２接続テーパ部７２は、共通の長さである。従って、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３は、共通の長さである。
【００４４】
そして、第１−１結合部６１−１の幅（第１幅）と、第１−２結合部６１−２の幅（第２幅）とは、異なる寸法に設定されている。なお、図１では、第１幅＞第２幅とした場合の構成例を示してある。また、第２−１結合部６２−１は、上述の第２幅で形成されており、かつ第２−２結合部６２−２は、上述の第１幅で形成されている。
【００４５】
従って、第１サブ結合領域６０−１と第２サブ結合領域６０−２とでは、第１光導波路コア４３の幅及び第２光導波路コア５３の幅の大小関係が反転している。この結果、結合領域７０は、第１サブ結合領域６０−１と第２サブ結合領域６０−２とで、第１光導波路コア４３の幅及び第２光導波路コア５３間の伝播定数差が反転する、所謂反転Δβ構造の方向性結合器を構成している。
【００４６】
ここで、反転Δβ構造の動作曲線を図２に示す。図２では、横軸に、第１サブ結合領域６０−１及び第２サブ結合領域６０−２を合わせた長さＬと結合長Ｌｃとの比Ｌ／Ｌｃを示している。また、図２では、縦軸に、第１光導波路コア４３と第２光導波路コア５３との、幅差から生じる伝播定数差Δβを、長さＬで規格化したΔβＬ／πを示している。
【００４７】
図２において、横軸に示す×から伸びる曲線１００ａ及び１００ｂは、第１光導波路コア４３の入力端４３ａに入力される光が、第２光導波路コア５３の出力端５３ｂから出力される（すなわちクロス状態となる）条件を示している。また、横軸に示す＝から伸びる曲線１５０は、第１光導波路コア４３の入力端４３ａに入力される光が、第１光導波路コア４３の出力端４３ｂから出力される（すなわちバー状態となる）条件を示している。
【００４８】
結合長Ｌｃと、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３間の結合係数Ｋとの関係は、ＫＬｃ＝π／２で与えられる。図２において、横軸に示すＬ／Ｌｃが大きくなるほど、結合係数Ｋは大きくなる。ここで、一対の光導波路コアが一定幅である方向性結合器においてクロス状態を得る場合には、長さＬと結合長Ｌｃとを一致させる必要がある。しかし、反転Δβ構造の場合には、長さＬと結合長Ｌｃとが一致しなくとも、クロス状態を得ることができる。
【００４９】
上述したように、第１の偏波分離素子１００では、厚さよりも幅が大きく設計されている。この結果、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３では、ＴＭ偏波に対する閉じ込め効果に対して、ＴＥ偏波に対する閉じ込め効果が大きくなる。このため、ＴＥ偏波の結合係数は、ＴＭ偏波の結合係数よりも小さくなる。従って、図２に示すように、横軸（Ｌ／Ｌｃ）において、ＴＥ偏波の動作状態は、ＴＭ偏波よりも原点に近くなる。
【００５０】
また、第１光導波路コア４３と第２光導波路コア５３との、幅差から生じる伝播定数差Δβは、ＴＥ偏波の方が、２倍以上ＴＭ偏波よりも大きくなる。このため、図２に示すように、縦軸（ΔβＬ／π）において、ＴＭ偏波の動作状態は、ＴＥ偏波よりも原点に近くなる。
【００５１】
そして、第１の偏波分離素子１００では、ＴＭ偏波に対して、クロス状態となる条件を満たし（すなわち図２におけるＴＭ偏波の動作状態を示す点が、曲線１００ａ又は１００ｂと重なり）、かつＴＥ偏波に対して、Ｌ／Ｌｃが０に近い値となる（すなわち図２におけるＴＥ偏波の動作状態を示す点が、横軸において原点に近い値となる）ように、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３の厚さ、幅及び長さを設計する。これによって、第１光導波路コア４３を伝播するＴＥ偏波を第２光導波路コア５３に移行させず、第１光導波路コア４３を伝播するＴＭ偏波を第２光導波路コア５３に移行させることができる。
【００５２】
なお、伝播定数差Δβは、波長の逆数である。このため、波長を変更した場合、図２においてＴＥ偏波及びＴＭ偏波の動作状態を示す各点は、縦軸に沿って、すなわちクロス状態の曲線とほぼ平行な方向に移動する。このため、ＴＭ偏波の動作状態を示す点が、曲線１００ａ又は１００ｂと重なる範囲の波長帯において、ＴＭ偏波に対してクロス状態を得ることができる。また、波長を変更しても、ＴＥ偏波の動作状態を示す点は、横軸において原点に近い値のままであるため、ＴＥ偏波に対してバー状態を維持することができる。
【００５３】
ここで、発明者は、有限要素法を使用して、方向性結合器における、対称モード（ここでは基本モード：Ｍ＝０）及び反対称モード（ここでは１次モード：Ｍ＝１）に対する等価屈折率ｎｅｆｆ、並びに結合長Ｌｃを計算した。計算結果を表１に示す。ここでは、方向性結合器を構成する一対の光導波路コアの幅をそれぞれ４６０ｎｍで一定とし、また、厚さを２００ｎｍとした。また、ここでは、１３００ｎｍの波長に対する計算結果を示す。なお、等価屈折率ｎｅｆｆと結合長Ｌｃとの関係は、基本モードの等価屈折率をｎｅｆｆ０、１次モードの等価屈折率をｎｅｆｆ１、及び波長をλとして、Ｌｃ＝（λ／２）／（ｎｅｆｆ０−ｎｅｆｆ１）を用いて計算した。
【００５４】
【表１】
2020086127.tif 000003
【００５５】
表１におけるＧａｐは、方向性結合器を構成する一対の光導波路コア間の離間距離を示している。また、表１の最下段に示すＸｔａｌｋは、反転Δβ構造ではない（すなわち一対の光導波路コアが一定幅である）方向性結合器を用いて偏波分離を行う場合に期待される、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波それぞれの消光比を示している。消光比は、ＴＥ偏波の結合長をＬｃＴＥ、及びＴＥ偏波の結合長をＬｃＴＭとして、−１０ｌｏｇ１０ｓｉｎ２｛（ＬｃＴＭ／ＬｃＴＥ）（π／２）｝を用いて計算した。
【００５６】
表１に示すように、光導波路コア間の離間距離が大きいほど消光比が向上することがわかる。一方で、光導波路コア間の離間距離が大きいと、結合長が大きくなる。このため、クロス状態を得るための光導波路コアの長さも大きくなる。光導波路コアの長さが大きくなると、ＴＭ偏波のクロス状態が得られる波長帯が狭まる。
【００５７】
第１の偏波分離素子１００では、消光比の向上又は波長帯の拡大それぞれの観点から、仕様用途等に応じて、第１サブ結合領域６０−１における第１−１結合部６１−１及び第１−２結合部６１−２間の離間距離、並びに第２サブ結合領域６０−２における第２−１結合部６２−１及び第２−２結合部６２−２間の離間距離を設計することができる。
【００５８】
第１の偏波分離素子１００は、このように設計された結合領域７０を備えることによって、ＴＥ偏波とＴＭ偏波との経路を分離することができる。第１の偏波分離素子１００では、例えば第１入力ポート部４１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を含む光が入力される。第１入力ポート部４１に入力された光は、第１入力テーパ部４２を経て、第１光導波路コア４３の入力端４３ａに送られる。第１光導波路コア４３を伝播する光のうち、ＴＥ偏波は、第２光導波路コア５３に移行せずに、第１光導波路コア４３の出力端４３ｂから、第１出力テーパ部４４に送られる。第１出力テーパ部４４に送られたＴＥ偏波は、第１出力ポート部４５から出力される。一方、第１光導波路コア４３を伝播する光のうち、ＴＭ偏波は、第２光導波路コア５３に移行して、第２光導波路コア５３の出力端５３ｂから、第２出力テーパ部５４に送られる。第２出力テーパ部５４に送られたＴＭ偏波は、第２出力ポート部５５から出力される。
【００５９】
なお、ここでは、第１の偏波分離素子１００の結合領域７０が、２つのサブ結合領域６０（第１サブ結合領域６０−１及び第２サブ結合領域６０−２）を含む構成例について説明した。しかし、結合領域７０が、ｎ個（ｎは２以上の整数）のサブ結合領域６０を含む構成とすることもできる。この場合には、第ｋ番目（ｋは１≦ｋ≦ｎ−１の整数）のサブ結合領域６０において、第１光導波路コア４３の結合部を第１幅で形成し、かつ第２光導波路コア５３の結合部を、第１幅とは異なる第２幅で形成する。そして、第ｋ＋１番目のサブ結合領域６０において、第１光導波路コア４３の結合部を第２幅で形成し、かつ第２光導波路コア５３の結合部を第１幅で形成する。このように第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３の幅を設定することによって、ｎ個のサブ結合領域６０を含む結合領域７０においても、反転Δβ構造の方向性結合器を構成することができる。
【００６０】
（特性評価）
発明者は、３次元ＢＰＭ（Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いて、第１の偏波分離素子１００の特性を評価するシミュレーションを行った。
【００６１】
まず、図１に示す構成例の第１の偏波分離素子１００について、第１入力ポート部４１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を入力した場合の、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波が光導波路コア３０を伝播する様子を確認した。
【００６２】
このシミュレーションでは、以下のように、第１の偏波分離素子１００を設計した。すなわち、光導波路コア３０の厚さを２００ｎｍとした。また、第１−１結合部６１−１の幅（第１幅）を４４２ｎｍ、及び第１−２結合部６１−２の幅（第２幅）を４７８ｎｍとした。また、第２−１結合部６２−１の幅を第２幅と等しい４７８ｎｍ、及び第２−２結合部６２−２の幅を第１幅と等しい４４２ｎｍとした。また、第１入力テーパ部４２から第１出力テーパ部４４までの長さ、及び第２入力テーパ部５２から第２出力テーパ部５４までの長さを、それぞれ４３μｍとした。また、第１入力テーパ部４２、第１接続テーパ部７１及び第１出力テーパ部４４、並びに第２入力テーパ部５２、第２接続テーパ部７２及び第２出力テーパ部５４の長さをそれぞれ１μｍとした。また、第１サブ結合領域６０−１における第１−１結合部６１−１及び第１−２結合部６１−２間の離間距離、並びに第２サブ結合領域６０−２における第２−１結合部６２−１及び第２−２結合部６２−２間の離間距離を、それぞれ３００ｎｍとした。また、入力するＴＥ偏波及びＴＭ偏波の波長として、１３００ｎｍを想定した。この設計条件における、第１サブ結合領域６０−１及び第２サブ結合領域６０−２の長さＬと結合長Ｌｃとの比Ｌ／Ｌｃは、１．３程度である。
【００６３】
また、このシミュレーションでは、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３をそれぞれ４６０ｎｍの一定幅で形成した場合の比較用素子についても、ＴＥ偏波の伝播の様子を確認した。比較用素子の設計は、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３が一定幅である点以外は、上述の第１の偏波分離素子１００と同様である。
【００６４】
このシミュレーションの結果を図３に示す。図３（Ａ）は、ＴＭ偏波が光導波路コア３０を伝播する様子を示す図である。また、図３（Ｂ）は、ＴＥ偏波が光導波路コア３０を伝播する様子を示す図である。また、図３（Ｃ）は、比較用素子について、ＴＥ偏波が光導波路コアを伝播する様子を示す図である。
【００６５】
図３（Ａ）に示すように、第１の偏波分離素子１００において、第１光導波路コア４３を伝播するＴＭ偏波が、第２光導波路コア５３に移行して、第２出力ポート部５５へ送られる様子が確認された。また、図３（Ｂ）に示すように、第１の偏波分離素子１００において、第１光導波路コア４３を伝播するＴＥ偏波は、第２光導波路コア５３に移行せずに、第１出力ポート部４５へ送られる様子が確認された。一方、図３（Ｃ）に示すように、第１光導波路コア４３と第２光導波路コア５３とを一定幅とした比較用素子では、第１光導波路コア４３を伝播するＴＥ偏波の一部が、第２光導波路コア５３に移行する様子が確認された。このように、反転Δβ構造を利用することにより、第１の偏波分離素子１００では、良好な消光比で、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とを分離できることが確認された。
【００６６】
次に、図１に示す構成例の第１の偏波分離素子１００について、３次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法により波長特性を確認した。このシミュレーションでは、第１入力ポート部４１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を入力した場合において、第１出力ポート部４５及び第２出力ポート部５５から出力されるＴＥ偏波及びＴＭ偏波の強度を解析した。
【００６７】
このシミュレーションでは、以下のように、第１の偏波分離素子１００を設計した。すなわち、光導波路コア３０の厚さを２００ｎｍとした。また、第１−１結合部６１−１の幅（第１幅）を４５３ｎｍ、及び第１−２結合部６１−２の幅（第２幅）を４６７ｎｍとした。また、第２−１結合部６２−１の幅を第２幅と等しい４６７ｎｍ、及び第２−２結合部６２−２の幅を第１幅と等しい４５３ｎｍとした。また、第１入力テーパ部４２から第１出力テーパ部４４までの長さ、及び第２入力テーパ部５２から第２出力テーパ部５４までの長さを、それぞれ７９．３２μｍとした。また、第１入力テーパ部４２、第１接続テーパ部７１及び第１出力テーパ部４４、並びに第２入力テーパ部５２、第２接続テーパ部７２及び第２出力テーパ部５４の長さをそれぞれ１μｍとした。また、第１サブ結合領域６０−１における第１−１結合部６１−１及び第１−２結合部６１−２間の離間距離、並びに第２サブ結合領域６０−２における第２−１結合部６２−１及び第２−２結合部６２−２間の離間距離を、それぞれ４００ｎｍとした。また、入力するＴＥ偏波及びＴＭ偏波の波長は、１３００ｎｍを中心波長とするパルス光を想定した。この設計条件における、第１サブ結合領域６０−１及び第２サブ結合領域６０−２の長さＬと結合長Ｌｃとの比Ｌ／Ｌｃは、１．６程度である。
【００６８】
このシミュレーションの結果を図４に示す。図４（Ａ）は、ＴＭ偏波の強度を示す図である。また、図４（Ｂ）は、ＴＥ偏波の強度を示す図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）では、縦軸に、強度をｄＢ目盛で、また、横軸に波長をμｍ単位でとって示してある。また、図４（Ａ）において、曲線４０１は第１入力ポート部４１に入力するＴＭ偏波の強度を、曲線４０２は第１出力ポート部４５から出力されるＴＭ偏波の強度を、曲線４０３は第２出力ポート部５５から出力されるＴＭ偏波の強度を、それぞれ示している。また、図４（Ｂ）において、曲線４０４は第１入力ポート部４１に入力するＴＥ偏波の強度を、曲線４０５は第１出力ポート部４５から出力されるＴＥ偏波の強度を、曲線４０６は第２出力ポート部５５から出力されるＴＥ偏波の強度を、それぞれ示している。
【００６９】
図４（Ａ）に示すように、第２出力ポート部５５から出力されるＴＭ偏波の強度は、波長１３００ｎｍ付近において、４０ｎｍ程度の幅の波長帯に渡るフラットトップなピークを示している。また、この１３００ｎｍ付近の波長帯において、第１出力ポート部４５から出力されるＴＭ偏波と第２出力ポート部５５から出力されるＴＭ偏波とで、２０ｄＢ程度の消光比が得られている。また、図４（Ｂ）に示すように、上述の波長１３００ｎｍ付近の波長帯において、第１出力ポート部４５から出力されるＴＥ偏波と第２出力ポート部５５から出力されるＴＥ偏波とで、２０ｄＢ程度の消光比が得られている。従って、上述の設計で構成された第１の偏波分離素子１００では、波長１３００ｎｍ付近の波長帯において、良好な消光比でＴＥ偏波とＴＭ偏波とを分離できることが確認された。
【００７０】
（変形例）
図５を参照して、この発明の偏波分離素子の変形例について説明する。図５（Ａ）は、偏波分離素子の変形例（以下、第２の偏波分離素子とも称する）を示す概略平面図である。図５（Ｂ）は、偏波分離素子の他の変形例（以下、第３の偏波分離素子とも称する）を示す概略平面図である。なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。また、上述した第１の偏波分離素子と共通する構成要素については、共通の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７１】
まず、図５（Ａ）に示す第２の偏波分離素子２００について説明する。
【００７２】
第２の偏波分離素子２００は、３つの結合領域７０（第１結合領域７０−１、第２結合領域７０−２及び第３結合領域７０−３）を備えている。
【００７３】
第１結合領域７０−１の第１光導波路コア４３の出力端と第２結合領域７０−２の第１光導波路コア４３の入力端との間、及び第１結合領域７０−１の第２光導波路コア５３の出力端と第２結合領域７０−２の第２光導波路コア５３の入力端との間は、それぞれ接続部８０によって接続されている。また、第２結合領域７０−２の第１光導波路コア４３の出力端と第３結合領域７０−３の第１光導波路コア４３の入力端との間、及び第２結合領域７０−２の第２光導波路コア５３の出力端と第３結合領域７０−３の第２光導波路コア５３の入力端との間も、それぞれ接続部８０によって接続されている。
【００７４】
接続部８０は、光導波路コア３０の一部として形成されている。接続部８０は、第１光導波路コア４３間又は第２光導波路コア５３間において、連続的に幅が変化するテーパ導波路によって、又はテーパ導波路と直線導波路とを組み合わせた導波路によって構成される。
【００７５】
第１結合領域７０−１の第１光導波路コア４３の入力端には、第１入力テーパ部４２を介して第１入力ポート部４１が、及び第１結合領域７０−１の第２光導波路コア５３の入力端には、第２入力テーパ部５２を介して第２入力ポート部５１が、それぞれ接続されている。また、第３結合領域７０−３の第１光導波路コア４３の出力端には、第１出力テーパ部４４を介して第１出力ポート部４５が、及び第３結合領域７０−３の第２光導波路コア５３の出力端には、第２出力テーパ部５４を介して第２出力ポート部５５が、それぞれ接続されている。
【００７６】
各結合領域７０−１〜３は、それぞれ互いに異なる波長（ここでは、第１結合領域７０−１：波長λ１、第２結合領域７０−２：波長λ２、第３結合領域７０−３：波長λ３）において、ＴＥ偏波がバー状態となり、かつＴＭ偏波がクロス状態となるように設計されている。従って、各結合領域７０−１〜３では、それぞれ互いに異なる波長において、第１光導波路コア４３を伝播するＴＭ偏波が、第２光導波路コア５３に移行する。また、各結合領域７０−１〜３において、第１光導波路コア４３を伝播するＴＥ偏波は、第２光導波路コア５３に移行しない。
【００７７】
第２の偏波分離素子２００では、例えば第１入力ポート部４１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を含む、波長λ１、λ２及びλ３の光が入力される。第１入力ポート部４１に入力された光は、第１入力テーパ部４２を経て、第１結合領域７０−１の第１光導波路コア４３に送られる。
【００７８】
第１結合領域７０−１では、波長λ１のＴＭ偏波が第１光導波路コア４３から第２光導波路コア５３に移行する。第１結合領域７０−１の第１光導波路コア４３を伝播する光のうち、波長λ１のＴＭ偏波以外の光は、接続部８０を経て、第２結合領域７０−２の第１光導波路コア４３に送られる。第２結合領域７０−２では、波長λ２のＴＭ偏波が第２光導波路コア５３に移行する。第２結合領域７０−２の第１光導波路コア４３を伝播する光のうち、波長λ２のＴＭ偏波以外の光は、接続部８０を経て、第３結合領域７０−３の第１光導波路コア４３に送られる。第３結合領域７０−３では、波長λ３のＴＭ偏波が第２光導波路コア５３に移行する。第３結合領域７０−３の第１光導波路コア４３を伝播する光のうち、波長λ３のＴＭ偏波以外の光、すなわち波長λ１、λ２及びλ３のＴＥ偏波は、第１出力テーパ部４４を経て第１出力ポート部４５から出力される。
【００７９】
また、第１結合領域７０−１において第２光導波路コア５３に移行した波長λ１のＴＭ偏波は、第２結合領域７０−２の第２光導波路コア５３及び第３結合領域７０−３の第２光導波路コア５３を順次に経た後、第２出力テーパ部５４を経て第２出力ポート部５５から出力される。また、第２結合領域７０−２において第２光導波路コア５３に移行した波長λ２のＴＭ偏波は、第３結合領域７０−３の第２光導波路コア５３を経た後、第２出力テーパ部５４を経て第２出力ポート部５５から出力される。また、第３結合領域７０−３において第２光導波路コア５３に移行した波長λ３のＴＭ偏波は、第２出力テーパ部５４を経て第２出力ポート部５５から出力される。
【００８０】
このように、第２の偏波分離素子２００では、複数の波長帯の光について、ＴＥ偏波とＴＭ偏波との経路を分離することができる。
【００８１】
なお、ここでは、第２の偏波分離素子２００が、３つの結合領域７０を含む構成例について説明した。しかし、第２の偏波分離素子２００が、ｉ個（ｉは２以上の整数）の結合領域７０を含む構成とすることもできる。この場合には、第ｊ番目（ｊは１≦ｊ≦ｉ−１の整数）の結合領域７０の第１光導波路コア４３と、第ｊ＋１番目の結合領域７０の第１光導波路コア４３とが、接続部８０によって接続される。また、第ｊ番目の結合領域７０の第２光導波路コア５３と、第ｊ＋１番目の結合領域７０の第２光導波路コア５３とが、接続部８０によって接続される。そして、各結合領域７０では、それぞれ互いに異なる波長において、第１光導波路コア４３を伝播するＴＭ偏波が、第２光導波路コア５３に移行し、かつ第１光導波路コア４３を伝播するＴＥ偏波が、第２光導波路コア５３に移行しないように、それぞれの各サブ結合領域６０における、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３の厚さ、幅及び長さが設計される。
【００８２】
次に、図５（Ｂ）に示す第３の偏波分離素子３００について説明する。
【００８３】
第３の偏波分離素子３００は、３対の結合領域７０（第１−１結合領域７０−１ａ及び第１−２結合領域７０−１ｂ、第２−１結合領域７０−２ａ及び第２−２結合領域７０−２ｂ、並びに第３−１結合領域７０−３ａ及び第３−２結合領域７０−３ｂ）を備えている。
【００８４】
第１−１結合領域７０−１ａの第１光導波路コア４３の出力端と第２−１結合領域７０−２ａの第１光導波路コア４３の入力端との間、及び第２−１結合領域７０−２ａの第１光導波路コア４３の出力端と第３−１結合領域７０−３ａの第１光導波路コア４３の入力端との間は、それぞれ接続部８０によって接続されている。
【００８５】
また、第１−２結合領域７０−１ｂの第２光導波路コア５３の出力端と第２−２結合領域７０−２ｂの第２光導波路コア５３の入力端との間、及び第２−２結合領域７０−２ｂの第２光導波路コア５３の出力端と第３−２結合領域７０−３ｂの第２光導波路コア５３の入力端との間は、それぞれ接続部８０によって接続されている。
【００８６】
さらに、第１−１結合領域７０−１ａの第２光導波路コア５３の出力端と第１−２結合領域７０−１ｂの第１光導波路コア４３の入力端との間、第２−１結合領域７０−２ａの第２光導波路コア５３の出力端と第２−２結合領域７０−２ｂの第１光導波路コア４３の入力端との間、及び第３−１結合領域７０−３ａの第２光導波路コア５３の出力端と第３−２結合領域７０−３ｂの第１光導波路コア４３の入力端との間は、それぞれ接続部８０によって接続されている。
【００８７】
第１−１結合領域７０−１ａの第１光導波路コア４３の入力端には、第１入力テーパ部４２を介して第１入力ポート部４１が、及び第１−１結合領域７０−１ａの第２光導波路コア５３の入力端には、第２入力テーパ部５２を介して第２入力ポート部５１が、それぞれ接続されている。また、第３−１結合領域７０−３ａの第１光導波路コア４３の出力端には、第１出力テーパ部４４を介して第１出力ポート部４５が接続されている。さらに、第３−２結合領域７０−３ｂの第２光導波路コア５３の出力端には、第２出力テーパ部５４を介して第２出力ポート部５５が接続されている。
【００８８】
同一対に含まれる各２つの結合領域７０は、それぞれ共通の波長において、ＴＥ偏波がバー状態となり、かつＴＭ偏波がクロス状態となるように設計されている。また、異なる対に含まれる結合領域７０は、それぞれ互いに異なる波長（ここでは、第１−１結合領域７０−１ａ及び第１−２結合領域７０−１ｂ：波長λ１、第２−１結合領域７０−２ａ及び第２−２結合領域７０−２ｂ：波長λ２、第３−１結合領域７０−３ａ及び第３−２結合領域７０−３ｂ：波長λ３）において、ＴＥ偏波がバー状態となり、かつＴＭ偏波がクロス状態となるように設計されている。従って、各結合領域７０では、各対同士で互いに異なる波長において、第１光導波路コア４３を伝播するＴＭ偏波が、第２光導波路コア５３に移行する。また、各結合領域７０において、第１光導波路コア４３を伝播するＴＥ偏波は、第２光導波路コア５３に移行しない。
【００８９】
第３の偏波分離素子３００では、第１入力ポート部４１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を含む、波長λ１、λ２及びλ３の光が入力される。第１入力ポート部４１に入力された光は、第１入力テーパ部４２を経て、第１−１結合領域７０−１ａの第１光導波路コア４３に送られる。
【００９０】
第１−１結合領域７０−１ａでは、波長λ１のＴＭ偏波が第１光導波路コア４３から第２光導波路コア５３に移行する。第１−１結合領域７０−１ａの第１光導波路コア４３を伝播する光のうち、波長λ１のＴＭ偏波以外の光は、接続部８０を経て、第２−１結合領域７０−２ａの第１光導波路コア４３に送られる。第２−１結合領域７０−２ａでは、波長λ２のＴＭ偏波が第２光導波路コア５３に移行する。第２−１結合領域７０−２ａの第１光導波路コア４３を伝播する光のうち、波長λ２のＴＭ偏波以外の光は、接続部８０を経て、第３−１結合領域７０−３ａの第１光導波路コア４３に送られる。第３−１結合領域７０−３ａでは、波長λ３のＴＭ偏波が第２光導波路コア５３に移行する。第３−１結合領域７０−３ａの第１光導波路コア４３を伝播する光のうち、波長λ３のＴＭ偏波以外の光、すなわち波長λ１、λ２及びλ３のＴＥ偏波は、第１出力テーパ部４４を経て第１出力ポート部４５から出力される。
【００９１】
また、第１−１結合領域７０−１ａにおいて第２光導波路コア５３に移行した波長λ１のＴＭ偏波は、第１−２結合領域７０−１ｂの第２光導波路コア５３、第２−２結合領域７０−２ｂの第２光導波路コア５３及び第３−２結合領域７０−３ｂの第２光導波路コア５３を順次に経た後、第２出力テーパ部５４を経て第２出力ポート部５５から出力される。また、第２−１結合領域７０−２ａにおいて第２光導波路コア５３に移行した波長λ２のＴＭ偏波は、第２−２結合領域７０−２ｂの第２光導波路コア５３及び第３−２結合領域７０−３ｂの第２光導波路コア５３を順次に経た後、第２出力テーパ部５４を経て第２出力ポート部５５から出力される。また、第３−１結合領域７０−３ａにおいて第２光導波路コア５３に移行した波長λ３のＴＭ偏波は、第３−２結合領域７０−３ｂの第２光導波路コア５３を経た後、第２出力テーパ部５４を経て第２出力ポート部５５から出力される。
【００９２】
このように、第３の偏波分離素子３００では、複数の波長帯の光について、ＴＥ偏波とＴＭ偏波との経路を分離することができる。
【００９３】
なお、ここでは、第３の偏波分離素子３００が、３対の結合領域７０を含む構成例について説明した。しかし、第３の偏波分離素子３００が、ｐ対（ｐは２以上の整数）の結合領域７０を含む構成とすることもできる。この場合には、第ｑ番目（ｑは１≦ｑ≦ｐ−１の整数）の対の一方の結合領域７０の第１光導波路コア４３と、第ｑ＋１番目の対の一方の結合領域７０の第１光導波路コア４３とが、接続部８０によって接続される。また、第ｑ番目の対の他方の結合領域７０の第２光導波路コア５３と、第ｑ＋１番目の対の他方の結合領域７０の第２光導波路コア５３とが、接続部８０によって接続される。さらに、同一対に含まれる２つの結合領域７０について、一方の結合領域７０の第２光導波路コア５３と他方の結合領域７０の第１光導波路コア４３とが、接続部８０によって接続される。
【００９４】
そして、この場合には、同一対に含まれる結合領域７０は、それぞれ共通の波長において、第１光導波路コア４３を伝播するＴＭ偏波が、第２光導波路コア５３に移行し、かつ第１光導波路コア４３を伝播するＴＥ偏波が、第２光導波路コア５３に移行しないように、それぞれの各サブ結合領域６０における、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３の厚さ、幅及び長さが設計される。また、異なる対に含まれる結合領域７０は、それぞれ互いに異なる波長において、第１光導波路コア４３を伝播するＴＭ偏波が、第２光導波路コア５３に移行し、かつ第１光導波路コア４３を伝播するＴＥ偏波が、第２光導波路コア５３に移行しないように、それぞれの各サブ結合領域６０における、第１光導波路コア４３及び第２光導波路コア５３の厚さ、幅及び長さが設計される。
【００９５】
（製造方法）
上述した第１の偏波分離素子１００、第２の偏波分離素子２００及び第３の偏波分離素子３００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。
【００９６】
すなわち、まず、支持基板層、ＳｉＯ２層、及びＳｉ層が順次積層されて構成されたＳＯＩ基板を用意する。次に、例えばエッチング技術を用い、Ｓｉ層をパターニングすることによって、光導波路コア３０を形成する。その結果、支持基板１０としての支持基板層上にＳｉＯ２層が積層され、さらにＳｉＯ２層上に光導波路コア３０が形成された構造体を得ることができる。次に、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２層上に、ＳｉＯ２を、光導波路コア３０を被覆して形成する。その結果、クラッド２０によって光導波路コア３０が包含された第１の偏波分離素子１００、第２の偏波分離素子２００又は第３の偏波分離素子３００を製造することができる。
【００９７】
なお、第１の偏波分離素子１００、第２の偏波分離素子２００及び第３の偏波分離素子３００では、上述したように、光導波路コア３０は、厚さよりも幅が大きく設計される。これを実現するために、光導波路コア３０を形成する工程において、Ｓｉ層をパターニングした後、例えばエッチング技術や研磨等を用いて、光導波路コア３０を全体的に薄くすることもできる。
【符号の説明】
【００９８】
１０：支持基板
２０：クラッド
３０：光導波路コア
４１：第１入力ポート部
４２：第１入力テーパ部
４３：第１光導波路コア
４４：第１出力テーパ部
４５：第１出力ポート部
５１：第２入力ポート部
５２：第２入力テーパ部
５３：第２光導波路コア
５４：第２出力テーパ部
５５：第２出力ポート部
６０−１：第１サブ結合領域
６０−２：第２サブ結合領域
６１−１：第１−１結合部
６１−２：第１−２結合部
６２−１：第２−１結合部
６２−２：第２−２結合部
７０：結合領域
７１：第１接続テーパ部
７２：第２接続テーパ部
８０：接続部
１００：第１の偏波分離素子
２００：第２の偏波分離素子
３００：第３の偏波分離素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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