(57)【要約】【課題】結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させる。【解決手段】スポットサイズ変換器を、基板１と、基板の上方に設けられた第１コア３と、基板の上方で且つ第１コアの上方又は下方にクラッド層４を挟んで設けられ、基板及び第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コア５とを備えるものとする。【選択図】図１
2014157211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備えることを特徴とするスポットサイズ変換器。
【請求項２】
前記第１コアは、前記第２コア及び前記第３コアと対向する第１部分と、前記第１部分に隣接する第２部分とを有し、
前記第２コア及び前記第３コアは、それぞれ、前記第１部分と対向する第３部分と、前記第３部分の前記第２部分が設けられている側の反対側に隣接する第４部分とを有することを特徴とする、請求項１に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項３】
前記第１部分は、前記第１部分が延びる方向と垂直な断面が、前記第２部分に近づくにつれて大きくなることを特徴とする、請求項２に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項４】
前記第２コア及び前記第３コアの前記第４部分は、前記基板の端面まで伸びていることを特徴とする、請求項２又は３に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項５】
前記第２コア及び前記第３コアを含む領域に光が結合するように、前記第２コアの形状、前記第３コアの形状及び前記第２コアと前記第３コアとの間隔が定められていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項６】
前記第２コア及び前記第３コアから前記第１コアへ光結合するように、前記第１コア、前記第２コア及び前記第３コアが設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項７】
前記第２コア及び前記第３コアの前記第４部分は、それぞれ、前記第４部分が伸びる方向と垂直な断面が、前記第３部分に近づくにつれて大きくなることを特徴とする、請求項２〜６のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項８】
さらに、前記基板且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第４コアを備えることを特徴とする、請求項１に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項９】
前記第１コアは、前記第２コア及び前記第３コアと対向する第１部分と、前記第１部分に隣接する第２部分とを有し、
前記第２コア、前記第３コア及び前記第４コアは、それぞれ、前記第１部分と対向する第３部分と、前記第３部分の前記第２部分が設けられている側の反対側に隣接する第４部分とを有することを特徴とする、請求項８に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に設けられたスポットサイズ変換器と、
前記基板上に設けられた発光体とを備え、
前記スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備え、
前記発光体は、前記スポットサイズ変換器へ向けて光を出力するようになっていることを特徴とする光源。
【請求項１１】
基板と、
前記基板上に設けられたスポットサイズ変換器と、
前記基板上に設けられた発光体と、
前記基板上に設けられた光変調器とを備え、
前記スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備え、
前記発光体は、前記スポットサイズ変換器へ向けて光を出力するようになっており、
前記光変調器は、前記スポットサイズ変換器から出力された光を変調するようになっていることを特徴とする光送信器。
【請求項１２】
基板と、
前記基板上に設けられたスポットサイズ変換器と、
前記基板上に設けられた光検出器とを備え、
前記スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備え、
前記光検出器は、前記スポットサイズ変換器から出力された光を検出するようになっていることを特徴とする光受信器。
【請求項１３】
基板と、
前記基板上に設けられた第１スポットサイズ変換器及び第２スポットサイズ変換器と、
前記基板上に設けられた発光体と、
前記基板上に設けられた光変調器と、
前記基板上に設けられた光検出器とを備え、
前記第１スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備え、
前記第２スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第５コアと、
前記基板の上方で且つ前記第５コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第５コアと平行に延びる第６コア及び第７コアとを備え、
前記発光体は、前記第１スポットサイズ変換器へ向けて光を出力するようになっており、
前記光変調器は、前記第１スポットサイズ変換器から出力された光を変調するようになっており、
前記光検出器は、前記第２スポットサイズ変換器から出力された光を検出するようになっていることを特徴とする光送受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポットサイズ変換器、光源、光送信器、光受信器及び光送受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ処理の大容量化、高速化への需要が高まるなか、将来のコンピュータ／集積回路においては、高速化、省電力化、ダウンサイズ化の限界が存在することが指摘されている。この限界を打破するためには、半導体中の新しい電子現象を用いる技術分野の開拓と並んで、光配線と電子回路の融合したデバイス／システムの実現が求められている。
このような状況の中で、シリコン（Ｓｉ）微細加工技術を用いてＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板上に光回路を作製するＳｉフォトニクスに注目が集まり、高速化、低消費電力化、小型化を特徴とする光インターコネクト技術の開発が盛んである。
【０００３】
ところで、Ｓｉそのものには発光機構がないため、Ｓｉフォトニクスを用いた光インターコネクト技術では、外部光をＳＯＩ基板上の光回路を構成する光導波路へ入力することが検討されている。
しかしながら、Ｓｉ微細加工による光導波路のコアの寸法は、伝搬光の単一モードを保つために例えば約４５０ｎｍ程度の幅を有するものとなっており、一般的な外部光のスポットサイズ（例えば数μｍ〜１０μｍ程度）とミスマッチが生じてしまう。このため、結合損失が大きくなってしまう。
【０００４】
そこで、光を入力又は出力する端面へ向けてコア幅が狭くなるテーパ部を設けてスポットサイズを広げることで、外部光のスポットサイズとのミスマッチを解消し、結合損失を低減する技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６２５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の技術では、結合損失を低減するためには、コア幅を高い精度で制御する必要があり、コア幅が広すぎたり、狭すぎたりすると、急激に結合損失が増大してしまう。このため、結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させるのは難しい。
そこで、結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させたい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本スポットサイズ変換器は、基板と、基板の上方に設けられた第１コアと、基板の上方で且つ第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、基板及び第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備えることを要件とする。
本光源は、基板と、基板上に設けられ、上述のように構成されたスポットサイズ変換器と、基板上に設けられた発光体とを備え、発光体は、スポットサイズ変換器へ向けて光を出力するようになっていることを要件とする。
【０００８】
本光送信器は、基板と、基板上に設けられ、上述のように構成されたスポットサイズ変換器と、基板上に設けられた発光体と、基板上に設けられた光変調器とを備え、発光体は、スポットサイズ変換器へ向けて光を出力するようになっており、光変調器は、スポットサイズ変換器から出力された光を変調するようになっていることを要件とする。
本光受信器は、基板と、基板上に設けられ、上述のように構成されたスポットサイズ変換器と、基板上に設けられた光検出器とを備え、光検出器は、スポットサイズ変換器から出力された光を検出するようになっていることを要件とする。
【０００９】
本光送受信器は、基板と、基板上に設けられた第１スポットサイズ変換器及び第２スポットサイズ変換器と、基板上に設けられた発光体と、基板上に設けられた光変調器と、基板上に設けられた光検出器とを備え、第１スポットサイズ変換器は、基板の上方に設けられた第１コアと、基板の上方で且つ第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、基板及び第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備え、第２スポットサイズ変換器は、基板の上方に設けられた第４コアと、基板の上方で且つ第４コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、基板及び第４コアと平行に延びる第５コア及び第６コアとを備え、発光体は、第１スポットサイズ変換器へ向けて光を出力するようになっており、光変調器は、第１スポットサイズ変換器から出力された光を変調するようになっており、光検出器は、第２スポットサイズ変換器から出力された光を検出するようになっていることを要件とする。
【発明の効果】
【００１０】
したがって、本スポットサイズ変換器、光源、光送信器、光受信器及び光送受信器によれば、結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態にかかるスポットサイズ変換器の構成を示す模式図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ′線に沿う断面図、（Ｄ）は正面図、即ち、（Ｂ）中、符号７で示す端面を示す図である。
【図２】本実施形態にかかるスポットサイズ変換器の光の伝搬方向に沿う方向の模式的断面図であって、その作用を説明するための図である。
【図３】本実施形態にかかるスポットサイズ変換器の一の変形例の構成を示す模式的平面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態にかかるスポットサイズ変換器の構成及び寸法を示す模式図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ′線に沿う断面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＤ−Ｄ′線に沿う断面図、（Ｅ）は正面図、即ち、（Ｂ）中、符号７で示す端面を示す図である。
【図５】本実施形態にかかるスポットサイズ変換器の模式的平面図とその各箇所における光のモードプロファイルを等高線で示した模式図である。
【図６】図６（Ａ）は、図５中、符号Ｂで示した箇所におけるモードミスマッチによる過剰損失のシミュレーション結果を示す図であり、図６（Ｂ）は、図５中、符号Ｄで示した箇所におけるモードミスマッチによる過剰損失のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態にかかるスポットサイズ変換器の他の変形例の構成及び寸法を示す模式図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ′線に沿う断面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ′線に沿う断面図、（Ｅ）は正面図、即ち、（Ｂ）中、符号７で示す端面を示す図である。
【図８】本実施形態にかかるスポットサイズ変換器を用いた光源を示す模式的平面図である。
【図９】本実施形態にかかるスポットサイズ変換器を用いた光送信器を示す模式的平面図である。
【図１０】本実施形態にかかるスポットサイズ変換器を用いた光受信器を示す模式的平面図である。
【図１１】本実施形態にかかるスポットサイズ変換器を用いた光送受信器を示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかるスポットサイズ変換器、光源、光送信器、光受信器及び光送受信器について、図１〜図１１を参照しながら説明する。
本実施形態にかかるスポットサイズ変換器は、例えば、半導体レーザを用いた、ボード間、チップ間、チップ内などの光インターコネクトのほか、光ファイバ通信などの分野において用いられる。
【００１３】
本スポットサイズ変換器は、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）に示すように、基板１と、下部クラッド層２と、下部クラッド層２上に設けられた下部コア３と、下部クラッド層２及び下部コア３上に設けられた中間クラッド層４と、中間クラッド層４上に設けられた複数の上部コア５と、中間クラッド層４及び上部コア５上に設けられた上部クラッド層６とを備える。なお、ここでは、複数の上部コア５として２つの上部コア５を設ける場合を例に挙げて説明する。
【００１４】
なお、下部コア３を第１コアともいう。また、複数の上部コア５に含まれる２つの上部コア５を第２コア及び第３コアともいう。また、下部クラッド層２を第１クラッド層ともいう。また、中間クラッド層４を第２クラッド層ともいう。また、上部クラッド層６を第３クラッド層ともいう。
ここでは、基板１は、シリコン（Ｓｉ）基板である。また、下部クラッド層２、中間クラッド層４及び上部クラッド層６は、ＳｉＯ２クラッド層である。また、下部コア３は、Ｓｉコアである。また、上部コア５は、ＳｉＮコアである。本実施形態では、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２層であるＢＯＸ（Buried Oxide）層とＳｉ層であるＳＯＩ層とを備えるＳＯＩ基板を用い、ＳＯＩ層をエッチングし、エッチングによって残されたＳＯＩ層によって、下部クラッド層２としてのＳｉＯ２層（ＢＯＸ層）上に、下部コア３としてのＳｉコアを形成している。また、下部クラッド層２としてのＳｉＯ２層（ＢＯＸ層）及び下部コア３としてのＳｉコアを、中間クラッド層４としてのＳｉＯ２層で覆い、中間クラッド層４としてのＳｉＯ２層上に、上部コア５としての２つのＳｉＮコアを、上方から見た場合にこれらのＳｉＮコア５の間にＳｉコア３が位置するように形成している。そして、中間クラッド層４としてのＳｉＯ２層及び上部コア５としての２つのＳｉＮコアを、上部クラッド層６としてのＳｉＯ２層で覆っている。なお、ＳｉＮは、Ｓｉよりも屈折率が低く、ＳｉＯ２に近い。このため、中間クラッド層４、上部コア５及び上部クラッド層６によって構成される上部光導波路は、下部クラッド層２、下部コア３及び中間クラッド層４によって構成される下部光導波路よりも低屈折率差の光導波路になっていることになる。
【００１５】
また、下部コア３であるＳｉコアは、基板１の上方に設けられ、光を入力又は出力する端面７から離れた位置で終端されており、端面７の側に端面７から離れる方向へ向けて断面積が大きくなるテーパ領域３Ａと、このテーパ領域３Ａの端面７の側の反対側に連なり、一定の断面積を有する断面積一定領域３Ｂとを備える。なお、テーパ領域３Ａを第１テーパ領域ともいう。また、断面積一定領域３Ｂを第１断面積一定領域ともいう。ここでは、テーパ領域３Ａは、端面７から離れる方向へ向けて幅が広くなる幅テーパ領域である。また、断面積一定領域３Ｂは、一定の幅を有し、かつ、一定の高さ（厚さ）を有する領域（幅一定領域；高さ（厚さ）一定領域）である。なお、ここでは、Ｓｉコア３は、端面７から離れる方向へ向けて、断面積が大きくなった後、断面積が一定になっているため、断面積一定領域３Ｂの断面積の大きさは、テーパ領域３Ａにおいて断面積が最大になっている部分の断面積の大きさと同じになっている。
【００１６】
なお、端面７に光が入力される場合には、端面７の反対側から光が出力され、端面７から光が出力される場合には、端面７の反対側から光が入力される。また、端面７を、光入射面、光出射面、光入力面、光出力面、光入出力面ともいう。
また、２つの上部コアとしての２つのＳｉＮコア５は、基板１の上方で且つＳｉコア３の上方に中間クラッド層４を挟んで設けられ、Ｓｉコア３に対して左右両側に位置し、端面７からＳｉコア３のテーパ領域３Ａに対応する位置まで互いに平行に延びている。また、これらの２つのＳｉＮコア５は、基板１及びＳｉコア３と平行に延びている。そして、これらの２つのＳｉＮコア５を含む領域（光導波路）を伝搬する光は単一の光モード（基本モード）を形成するようになっている。つまり、２つのＳｉＮコア５の寸法及びこれらの間隔は、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬する光が単一の光モードを形成し、かつ、スポットサイズが入力又は出力される光のスポットサイズに一致又はほぼ一致するように設定されている。なお、３つ以上のＳｉＮコア５を設ける場合には、Ｓｉコア３に対して左右両側に位置する２つのＳｉＮコア５の間に残りのＳｉＮコア５を設けるようにすれば良い。
【００１７】
また、２つのＳｉＮコア５は、それぞれ、端面７の側に端面７から離れる方向へ向けて断面積が大きくなるテーパ領域５Ａと、このテーパ領域５Ａの端面７の側の反対側に連なり、一定の断面積を有する断面積一定領域５Ｂとを備えるものとするのが好ましい。なお、テーパ領域５Ａを第２テーパ領域ともいう。また、断面積一定領域５Ｂを第２断面積一定領域ともいう。ここでは、テーパ領域５Ａは、端面７から離れる方向へ向けて幅が広くなる幅テーパ領域である。また、断面積一定領域５Ｂは、一定の幅を有し、かつ、一定の高さ（厚さ）を有する領域（幅一定領域；高さ（厚さ）一定領域）である。なお、ここでは、ＳｉＮコア５は、端面７から離れる方向へ向けて、断面積が大きくなった後、断面積が一定になっているため、断面積一定領域５Ｂの断面積の大きさは、テーパ領域５Ａにおいて断面積が最大になっている部分の断面積の大きさと同じになっている。
【００１８】
ここでは、２つのＳｉＮコア５は、それぞれ、Ｓｉコア３のテーパ領域３Ａの端面７の反対側、即ち、テーパ領域３Ａと断面積一定領域３Ｂとの境界位置に対応する位置まで延びている。また、Ｓｉコア３のテーパ領域３Ａは、ＳｉＮコア５の断面積一定領域５Ｂに対応する位置から端面７から離れる方向へ向けて延びている。なお、２つのＳｉＮコア５は、Ｓｉコア３のテーパ領域３Ａと断面積一定領域３Ｂとの境界位置に対応する位置を越えて、その終端部がＳｉコア３の断面積一定領域３Ｂに対応する領域に位置するようにしても良い。
【００１９】
このように、２つのＳｉＮコア５は、その幅が、外部からの光が入力される端面７（入力端）で最も狭くなり、光の伝搬方向（光の導波方向）に向かって緩やかにテーパ状に広くなって最も広くなり、その後、一定の幅を持つ構造となっている。これらの２つのＳｉＮコア５は、途中で途切れて、終端されている。また、Ｓｉコア３は、その幅が、２つのＳｉＮコア５の幅が最も広くなる領域に対応する位置の先端（終端）で最も狭くなり、光の伝搬方向に向かって緩やかにテーパ状に広くなり、２つのＳｉＮコア５が途切れた箇所で最も広くなり、その後、一定の幅を持つ構造となっている。
【００２０】
また、第１コア（ここではＳｉコア３）は、第２コア及び第３コア（ここでは２つのＳｉＮコア５）と対向する第１部分（ここではテーパ領域３Ａ）と、この第１部分に隣接する第２部分（ここでは断面積一定領域３Ｂ）とを有する。また、第２コア及び第３コアは、それぞれ、第１コアと対向する第３部分（ここでは断面積一定領域５Ｂ）と、この第３部分の第２部分が設けられている側の反対側に隣接する第４部分（ここではテーパ領域５Ａ）とを有する。そして、第１部分は、第１部分が延びる方向と垂直な断面が、第２部分に近づくにつれて大きくなっている。また、第２コア及び第３コアの第４部分は、基板１の端面まで伸びている。また、第２コア及び第３コアを含む領域に光が結合するように、第２コアの形状、第３コアの形状及び第２コアと第３コアとの間隔が定められている。また、第２コア及び第３コアから第１コアへ光結合するように、第１コア、第２コア及び第３コアが設けられている。また、第２コア及び第３コアの第４部分は、それぞれ、第４部分が伸びる方向と垂直な断面が、第３部分に近づくにつれて大きくなっている。なお、ここでは、第２コア及び第３コアを設ける場合を例に挙げて説明しているが、さらに、基板且つ第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、基板及び第１コアと平行に延びる第４コアを備えるものとしても良い。この場合、第２コア、第３コア及び第４コアは、それぞれ、第１部分と対向する第３部分と、第３部分の第２部分が設けられている側の反対側に隣接する第４部分とを有するものとすれば良い。また、第４コアは、例えば、基板且つ第１コアに対して第２コア及び第３コアと同じ側に設け、第４コアと基板との距離は、例えば、第２コア及び第３コアと基板との距離と同じにすれば良い。
【００２１】
このように構成されるスポットサイズ変換器では、以下のようにしてスポットサイズが変換される。
なお、ここでは、端面７が入力面（入射面）となり、即ち、２つのＳｉＮコア５の端面が入力端（入射端）となり、ここに外部から例えば半導体レーザのようなスポットサイズの大きい光源からの光が入力され、端面７の反対側から光が出力される場合を例に挙げて説明する。
【００２２】
まず、図２に示すように、例えば半導体レーザのようなスポットサイズの大きい光源からの光（入射光）を、２つのＳｉＮコア５の端面に入力する。
そして、伝搬光が２つのＳｉＮコア５を含む領域（導波路）とＳｉコア３のテーパ領域３Ａを含む領域（導波路）とがオーバーラップしている領域に入ると、２つのＳｉＮコア５の下方に中間クラッド層４を挟んで設けられているＳｉコア３、即ち、１層のクラッド層４の厚さだけ下方に位置するＳｉコア３の影響を受け、２つのＳｉＮコア５から断熱的にＳｉコア３へ光強度が結合していく。つまり、図２中、矢印Ｘで示すように、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬してきた光は、このオーバーラップ領域でＳｉコア３を含む領域（導波路）に乗り移って伝搬していく。この際、Ｓｉコア３のテーパ領域３Ａの断面積が大きくなるにつれて、伝搬光はＳｉコア３の中に強く閉じ込められていく。つまり、このオーバーラップ領域にＳｉコア３のテーパ領域３Ａが設けられているため、Ｓｉコア３に伝搬光を確実に閉じ込めることが可能となる。そして、Ｓｉコア３の断面積一定領域３Ｂを単一モードの光として伝搬していく。ここでは、伝搬光の単一モードを保つために、Ｓｉコア３の寸法は例えば約４５０ｎｍ程度の幅を有するものとなっている。この場合、Ｓｉコア３を伝搬し、端面７の反対側から出力される光のスポットサイズは、Ｓｉコア３の寸法に応じて小さくなる。
【００２３】
このようにして、本スポットサイズ変換器では、大きなスポットサイズの光を、小さなスポットサイズの光に変換することができる。つまり、２つのＳｉＮコア５を含む領域とＳｉコア３を含む領域とを光が伝搬する際に伝搬光のスポットサイズを変換することができる。
ここでは、上述のように、２つのＳｉＮコア５の寸法及びこれらの間隔は、伝搬光が単一の光モードを形成し、かつ、スポットサイズが、入力される光のスポットサイズ（例えば数μｍ〜１０μｍ程度）に一致又はほぼ一致するように設定されている。例えば、入力される光のスポットサイズが約３μｍの場合、これにスポットサイズを合わせるために、２つのＳｉＮコア５の間隔（中心間隔）を約１μｍ程度とすれば良い。そして、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬する伝搬光が単一の光モードを形成するように、外部からの光を入力する端面７における２つのＳｉＮコア５のそれぞれの寸法を、約３００ｎｍの幅を有し、約３００ｎｍの高さ（厚さ）を有するものとすれば良い。これにより、スポットサイズのミスマッチが生じることなく、低い結合損失で２つのＳｉＮコア５を含む領域に光を入力することができる。また、２つのＳｉＮコア５を含む領域に入力された光は、これらの２つのＳｉＮコア５を含む領域を単一モードの光として伝搬する。なお、２つのＳｉＮコア５の間隔が約１μｍ程度であれば、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬する伝搬光は単一の光モードを形成する。ここで、２つのＳｉＮコア５の間隔によってスポットサイズが決まるため、２つのＳｉＮコア５の間隔は、入力される光のスポットサイズに応じて設定すれば良い。この場合、２つのＳｉＮコア５の間隔を広くしすぎると、２つのＳｉＮコア５を含む領域に、それぞれ独立した２つの導波路が形成されてしまうことになり、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬する伝搬光が単一の光モードを形成しなくなってしまう。また、２つのＳｉＮコア５によって光を閉じ込め、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬する伝搬光が単一の光モードを形成するように、２つのＳｉＮコア５の寸法を設定すれば良い。この場合、２つのＳｉＮコア５のそれぞれの寸法を大きくしすぎると、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬する伝搬光が単一の光モードを形成しなくなってしまう。
【００２４】
このように、水平方向に離間した２つのＳｉＮコア５を用いることで、外部から光を入力する端面７におけるコア幅に対する精度の製造許容範囲を拡げることができる。つまり、２つのＳｉＮコア５を用いる場合、２つのＳｉＮコア５の間隔によってスポットサイズを制御することができる。この場合、ＳｉＮコア５のコア幅の加工精度が結合損失に及ぼす影響は、ＳｉＮコア５の間隔の加工精度が結合損失に及ぼす影響よりも小さい。このため、たとえ２つのＳｉＮコア５のコア幅に製造誤差が生じても、２つのＳｉＮコア５の全体で形成されるモード形状に対する影響、即ち、２つのＳｉＮコア５の間隔によって決まるスポットサイズに対する影響は小さい。ＳｉＮコア５は、例えば、プラズマＣＶＤによってＳｉＮ膜を成膜した後、このＳｉＮ膜をＥＢリソグラフィーによって加工して得られる。このＥＢリソグラフィーによる加工精度は±１０ｎｍ程度である。例えば、２つのＳｉＮコア５の間隔を上述のように約１μｍ程度とする場合、約１μｍの間隔に対して±１０ｎｍ程度の製造誤差は小さい。また、約３００ｎｍの幅及び高さを有するＳｉＮコア５の寸法に多少の製造誤差が生じても、２つのＳｉＮコア５の間隔によって決まるスポットサイズに対する影響は小さい。したがって、入力される光のスポットサイズに合わせながら、外部から光を入力する端面７におけるコア幅に対する精度の製造許容範囲を拡げることができる。つまり、結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させることができる。
【００２５】
また、上述のように、Ｓｉコア３の上方に中間クラッド層４を挟んで２つのＳｉＮコア５を設けるようにしているため、外部からの光をＳｉコア３に直接入力する場合と比較して、外部からの光を入力する入力端の位置を高くすることができ、Ｓｉ基板１から離すことができる。これにより、Ｓｉ基板１への光の染み出しを抑え、放射損失を抑制することができる。このため、例えば、外部から入力される光のスポットサイズが約３μｍであっても、中間クラッド層４の厚さを約１μｍとすることで、約２μｍの薄いＢＯＸ層を有するＳＯＩ基板を用いることが可能となり、このようなＳＯＩ基板を用いても十分に低い結合損失とすることができ、製造コストの低減を図ることができる。つまり、放射損失の原因となるＳｉ基板への光の染み出しを考慮して、Ｓｉコアの下方の下部クラッド層の厚さを、外部から入力される光のスポットサイズと同程度に厚くしておくのが一般的である。そして、Ｓｉコアの下方の下部クラッド層には、ＳＯＩ基板のＢＯＸ層を用いることが多い。例えば、外部から入力される光のスポットサイズが約３μｍの場合、Ｓｉ基板への光の染み出しによる放射損失を抑えるには、ＢＯＸ層の厚さを約３μｍにすべく、約３μｍのＢＯＸ層を有するＳＯＩ基板を用いなければならなかった。しかし、ＳＯＩ基板はＢＯＸ層の厚さが厚いほど製造コストが高くなる。この場合、上述のように構成することで、外部から入力される光のスポットサイズが約３μｍであっても、中間クラッド層４の厚さを約１μｍとすることで、約２μｍの薄いＢＯＸ層を有するＳＯＩ基板を用いることが可能となり、放射損失を抑制しながら、製造コストを低減することができる。
【００２６】
なお、Ｓｉコア３は、ＳＯＩ基板表面のＳｉ層を、例えばＥＢリソグラフィーによって加工することにより形成される。ここで、ＥＢリソグラフィーによる加工精度は±１０ｎｍ程度である。中間クラッド層４及び上部クラッド層６としてのＳｉＯ２層は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。ＳｉＮコア５は、例えば、プラズマＣＶＤによって成膜後、ＥＢリソグラフィーにより形成される。ここで、ＥＢリソグラフィーによる加工精度は±１０ｎｍ程度である。
【００２７】
このように、上述のように構成されるスポットサイズ変換器によって、光の結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させ、かつ、コストの低減を図ることが可能となる。これにより、Ｓｉ微細加工による光導波路（光回路）のＳｉコアに対する光の入出力を、低結合損失、かつ、低コストで実現することが可能なスポットサイズ変換器を提供することが可能となる。
【００２８】
なお、ここでは、２つのＳｉＮコア５は端面７まで延びているが、これに限られるものではなく、例えば図３に示すように、２つのＳｉＮコア５は、端面７の近傍で終端されていても良い。
具体的には、上述のように構成されるスポットサイズ変換器の寸法は、以下のように設定すれば良い。
【００２９】
図４（Ａ）〜図４（Ｅ）に示すように、Ｓｉ基板１上に、厚さ約２μｍのＢＯＸ層（ＳｉＯ２層）と、厚さ約２２０ｎｍのＳＯＩ層（Ｓｉ層）とを有するＳＯＩ基板を用いる。このため、下部クラッド層２としてのＳｉＯ２層の厚さは約２μｍであり、下部コア３としてのＳｉコアの厚さは約２２０ｎｍである。また、下部コア３としてのＳｉコアは、終端（先端）の最小幅が約１００ｎｍ、最大幅が約４５０ｎｍ、長さが約８０μｍのテーパ領域３Ａと、幅が約４５０ｎｍの断面積一定領域３Ｂとを有するものとする［特に、図４（Ｄ）、（Ｃ）参照］。また、中間クラッド層４としてのＳｉＯ２層は、厚さを約１μｍとする。また、２つのＳｉＮコア５は、いずれも、外部からの光を入力する端面７における断面積（入力端の端面積）の寸法、即ち、高さ（厚さ）及び幅をいずれも約３００ｎｍとし、これらの２つのＳｉＮコア５の間隔を約１μｍとする［特に、図４（Ｅ）参照］。これらの２つのＳｉＮコア５は、いずれも、入力端の最小幅が約３００ｎｍ、最大幅が約４００ｎｍ、長さが約８０μｍのテーパ領域５Ａと、幅が約４００ｎｍの断面積一定領域５Ｂとを有するものとする［特に、図４（Ｅ）、（Ｄ）参照］。なお、２つのＳｉＮコア５は、高さ（厚さ）はその全長にわたって一定であり、約３００ｎｍである。また、上部クラッド層６としてのＳｉＯ２層は、厚さを約１μｍとする。
【００３０】
そして、上述のように構成され、このような寸法を有するスポットサイズ変換器では、外部から入力された光は、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬（導波）し、Ｓｉコアを含む領域へモード形状を緩やかに変えながら伝搬（導波）することになる。
ここで、図５は、このようなスポットサイズ変換器の各箇所における光のモードプロファイルを等高線で示した模式図である。なお、図５の光モードプロファイルにおいて、光強度は、外側の等高線上よりも内側の等高線上のほうが強い。
【００３１】
図５中、符号Ａで示した箇所から符号Ｂで示した箇所までで、即ち、スポットサイズが大きい外部からの光が入力される端面７からＳｉコア３の先端（終端）位置に対応する位置までで、入力された光は双峰形状のプロファイルに変換される。次いで、図５中、符号Ｂで示した箇所から符号Ｃで示した箇所を経て符号Ｄで示した箇所までで、即ち、２つのＳｉＮコア５を含む領域とＳｉコア３を含む領域とがオーバーラップしている領域（２つのＳｉＮコア５の断面積一定領域５Ａを含む領域及びＳｉコア３のテーパ領域３Ａを含む領域とがオーバーラップしている領域）で、２つのＳｉＮコア５からＳｉコア３へ光結合していく。その後、図５中、符号Ｄで示した箇所から符号Ｅで示した箇所を経て符号Ｆで示した箇所までで、即ち、Ｓｉコア３の断面積一定領域３Ｂを含む領域で、光はＳｉコア３に閉じ込められて伝搬し、スポットサイズが小さくなる。
【００３２】
なお、図５中、符号Ａで示した箇所における光モードプロファイルのように、複数のピークを示す等高線を有し、これらを囲むように等高線を有する光モードプロファイルになっている場合、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬する光は単一の光モードを形成していることになる。つまり、２つのＳｉＮコア５を含む領域を伝搬する光は、２つのＳｉＮコア５の間に強度ピークを有する単一の光モードを形成することになる。また、図５中、符号Ｂ、Ｃ、Ｄで示した箇所における光モードプロファイルのように、複数のピークを示す等高線を有し、これらを囲むように等高線を有する光モードプロファイルになっている場合、２つのＳｉＮコア５及びＳｉコア３を含む領域を伝搬する光は単一の光モードを形成していることになる。また、図５中、符号Ｅで示した箇所における光モードプロファイルのように、複数のピークを示す等高線を有し、これらを囲むように等高線を有する光モードプロファイルになっている場合、Ｓｉコア３を含む領域を伝搬する光は単一の光モードを形成していることになる。
【００３３】
ところで、本スポットサイズ変換器では、図５中、符号Ｂで示した箇所及び符号Ｄで示した箇所において光学的な不連続が生じる。
ここで、図６（Ａ）は、図５中、符号Ｂで示した箇所におけるモードミスマッチによる過剰損失のシミュレーション結果を示している。
図５中、符号Ｂで示した箇所において、Ｓｉコア３の幅を約１００ｎｍとする場合、図６（Ａ）に示すように、２つのＳｉＮコア５のそれぞれの幅を約４００ｎｍ以上に設定することで、モードミスマッチによる過剰損失を約０．０１ｄＢ以下に抑えることが可能である。
【００３４】
また、図６（Ｂ）は、同様に、図５中、符号Ｄで示した箇所におけるモードミスマッチによる過剰損失のシミュレーション結果を示している。
図５中、符号Ｄで示した箇所において、２つのＳｉＮコア５のそれぞれの幅を約４００ｎｍとする場合、図６（Ｂ）に示すように、Ｓｉコア３の幅を約３００ｎｍ以上に設定することで、モードミスマッチによる過剰損失を約０．０１ｄＢ以下に抑えることが可能である。
【００３５】
したがって、本スポットサイズ変換器では、図５中、符号Ｂで示した箇所において、Ｓｉコア３の幅を約１００ｎｍとし、２つのＳｉＮコア５のそれぞれの幅を約４００ｎｍ以上に設定するとともに、図５中、符号Ｄで示した箇所において、２つのＳｉＮコア５のそれぞれの幅を約４００ｎｍとし、Ｓｉコア３の幅を約３００ｎｍ以上に設定することで、モード変換に伴う全体の過剰損失を約０．０２ｄＢ以下に抑えることが可能である。
【００３６】
このため、本スポットサイズ変換器では、上述のように、図５中、符号Ｂで示した箇所において、Ｓｉコア３の幅を約１００ｎｍとし、２つのＳｉＮコア５のそれぞれの幅を約４００ｎｍに設定するとともに、図５中、符号Ｄで示した箇所において、２つのＳｉＮコア５のそれぞれの幅を約４００ｎｍとし、Ｓｉコア３の幅を約４５０ｎｍに設定することで、モード変換に伴う全体の過剰損失が約０．０２ｄＢ以下に抑えられるようにしている。
【００３７】
したがって、本実施形態にかかるスポットサイズ変換器によれば、結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させることができるという利点がある。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、２つのＳｉＮコア５はテーパ領域５Ａを備えるものとしているが、これに限られるものではなく、テーパ領域を備えず、全長にわたって断面積が一定になっていても良い。但し、上述の実施形態のように、２つのＳｉＮコア５に、外部からの光が入力される端面７において幅が最も狭くなり、この端面７から離れるにしたがって幅が広くなるテーパ領域５Ａを設けることで、端面７から入力される光のモードを確実に単一にすることが可能となる。
【００３８】
また、上述の実施形態では、２つのＳｉＮコア５は、外部からの光を入力する端面７の側の反対側に断面積一定領域５Ｂを設け、この領域５Ｂが終端されるようにしているが、これに限られるものではなく、断面積一定領域５Ｂの端面７の側の反対側に連なるように、端面７の側の反対側へ向けて断面積が小さくなるテーパ領域を備えるものとしても良い。つまり、２つのＳｉＮコア５は、それぞれ、断面積一定領域を挟んで、端面７から離れる方向（長手方向）の両側にテーパ領域を備えるものとしても良い。
【００３９】
また、上述の実施形態では、一つの下部コアとしてのＳｉコア３の上方にクラッド層４を挟んで複数（ここでは２つ）の上部コアとしてのＳｉＮコア５を設けているが、例えば図７（Ａ）〜図７（Ｅ）に示すように、複数（ここでは２つ）の下部コアとしてのＳｉＮコア５の上方にクラッド層４を挟んで一つの上部コアとしてのＳｉコア３を設けるようにしても良い。つまり、上述の実施形態では、複数（ここでは２つ）のＳｉＮコア５の下方にクラッド層４を挟んで一つのＳｉコア３を設けているが、これに限られるものではなく、複数（ここでは２つ）のＳｉＮコア５の上方にクラッド層４を挟んで一つのＳｉコア３を設けるようにしても良い。この場合、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２層であるＢＯＸ層とＳｉ層であるＳＯＩ層とを備えるＳＯＩ基板を用い、少なくともスポットサイズ変換器となる領域のＳＯＩ層をエッチングによって除去した後、下部クラッド層２としてのＳｉＯ２層（ＢＯＸ層）上に、２層目の下部クラッド層２ＸとしてのＳｉＯ２層を設ける。次いで、２層目の下部クラッド層２ＸとしてのＳｉＯ２層上に、下部コアとしての２つのＳｉＮコア５を形成し、２層目の下部クラッド層２ＸとしてのＳｉＯ２層及び下部コアとしての２つのＳｉＮコア５を、中間クラッド層４としてのＳｉＯ２層で覆い、中間クラッド層４としてのＳｉＯ２層上に、上部コアとしてのＳｉコア３を、上方から見た場合に２つのＳｉＮコア５の間にＳｉコア３が位置するように形成する。そして、中間クラッド層４としてのＳｉＯ２層及び上部コアとしてのＳｉコア３を、上部クラッド層６としてのＳｉＯ２層で覆えば良い。この場合、スポットサイズ変換器は、基板と、下部クラッド層と、下部クラッド層上に設けられた複数の下部コアと、下部クラッド層及び下部コア上に設けられた中間クラッド層と、中間クラッド層上に設けられた上部コアと、中間クラッド層及び上部コア上に設けられた上部クラッド層とを備えるものとなる。これにより、外部から光を入力する入力端（下部コアとしての２つのＳｉＮコア５の入力端）よりも上方に設けられた上部コアとしてのＳｉコア３を含む光導波路へ外部からの光を低損失で結合させることが可能となる。なお、その他の構成や寸法等は、上述の実施形態の場合と同様にすれば良い。
【００４０】
また、上述の実施形態及び変形例では、２つのＳｉＮコア５がＳｉコア３に対して左右両側に位置するようにしているが、これに限られるものではなく、Ｓｉコア３の直上又は直下に２つのＳｉＮコア５のいずれか一方が位置するようにしても良い。つまり、上方から見た場合にＳｉコア３が２つのＳｉＮコア５の間に挟まれているか、又は、Ｓｉコア３の直上又は直下に一方のＳｉＮコア５が位置し、これに対して水平方向（左右方向）に離間して他方のＳｉＮコア５が位置していれば良い。
【００４１】
また、上述の実施形態及び変形例では、２つのＳｉＮコア５を含む領域とＳｉコア３を含む領域とがオーバーラップするようにしているが、これに限られるものではなく、２つのＳｉＮコア５を含む領域とＳｉコア３を含む領域とがオーバーラップしないように、２つのＳｉＮコア５を含む領域とＳｉコア３を含む領域とを光伝搬方向に沿ってずらし、２つのＳｉＮコア５を含む領域からＳｉコア３を含む領域へ光が伝搬するようにしても良い。
【００４２】
ところで、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器を用いて、図８に示すような光源１０を構成することもできる。この場合、光源１０は、基板１１と、基板１１上に設けられ、上述の実施形態及び変形例のように構成されたスポットサイズ変換器１２と、基板１１上に設けられた発光体１３とを備え、発光体１３は、スポットサイズ変換器１２の端面７へ向けて光を出力するようにすれば良い。ここで、発光体１３としては、例えば半導体レーザなどを用いれば良い。例えば、ＳＯＩ基板上に、上述の実施形態及び変形例のように構成されたスポットサイズ変換器１２と、このスポットサイズ変換器１２の端面７へ向けて光を出力する発光体１３とを実装することで、ハイブリッド集積光源１０を実現することができる。このような光源１０では、発光体１３から出力された光は、スポットサイズ変換器１２の端面７から入力され、スポットサイズ変換器１２で複数（ここでは２つ）のＳｉＮコア５を含む領域及びＳｉコア３を含む領域を伝搬する際にスポットサイズが変換され、Ｓｉコア３を含む領域（導波路）を伝搬して、端面７の反対側から出力されることになる。このような光源１０によれば、光の結合損失を抑えて、発光体１３から出力される光のスポットサイズを小さく変換して出力することが可能である。このような光源１０は、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器１２を備えるため、結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させることができるという利点がある。なお、ここでは、１つの発光体１３と、１つのスポットサイズ変換器１２とを備えるものとして光源１０を構成しているが、これに限られるものではなく、例えば、複数の発光体１３と、複数のスポットサイズ変換器１２とを備えるものとして光源１０を構成することもできる。この場合、複数の発光体１３を並列に並べ、かつ、複数のスポットサイズ変換器１２を並列に並べれば良い。これにより、発光体１３から出力される複数の光を同時にスポットサイズ変換して出力することが可能となる。
【００４３】
また、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器を用いて、図９に示すような光送信器２０を構成することもできる。この場合、光送信器２０は、基板２１と、基板２１上に設けられ、上述の実施形態及び変形例のように構成されたスポットサイズ変換器２２と、基板２１上に設けられた発光体２３と、基板２１上に設けられた光変調器２４とを備え、発光体２３は、スポットサイズ変換器２２の端面７へ向けて光を出力するようにし、光変調器２４は、スポットサイズ変換器２２の端面７の側の反対側から出力された光を変調するようにすれば良い。ここで、発光体２３としては、例えば半導体レーザなどを用いれば良い。また、光変調器２４としては、例えばマッハツェンダ型光変調器などを用いれば良い。例えば、ＳＯＩ基板上に、上述の実施形態及び変形例のように構成されたスポットサイズ変換器２２と、このスポットサイズ変換器２２の端面７へ向けて光を出力する発光体２３と、スポットサイズ変換器２２の端面７の反対側から出力された光を変調する光変調器２４とを実装することで、光送信器２０を実現することができる。このような光送信器２０では、発光体２３から出力された光は、スポットサイズ変換器２２の端面７から入力され、スポットサイズ変換器２２で複数（ここでは２つ）のＳｉＮコア５を含む領域及びＳｉコア３を含む領域を伝搬する際にスポットサイズが変換され、Ｓｉコア３を含む領域（導波路）を伝搬して、端面７の反対側から出力される。そして、スポットサイズ変換器２２の端面７の反対側から出力された光は、光変調器２４に入力され、変調されて、光変調器２４の出力側に設けられたＳｉコア２５に変調信号が出力されることになる。このような光送信器２０は、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器２２を備えるため、結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させることができるという利点がある。
【００４４】
また、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器を用いて、図１０に示すような光受信器３０を構成することもできる。この場合、光受信器３０は、基板３１と、基板３１上に設けられ、上述の実施形態及び変形例のように構成されたスポットサイズ変換器３２と、基板３１上に設けられた光検出器３３とを備え、光検出器３３は、スポットサイズ変換器３２の端面７の側の反対側から入力され、端面７の側から出力された光を検出するようにすれば良い。この場合、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器において光が入力される端面７は、光が出力される端面となり、その反対側から光が入力されることになる。なお、光検出器３３を受光器ともいう。例えば、ＳＯＩ基板上に、上述の実施形態及び変形例のように構成されたスポットサイズ変換器３２と、このスポットサイズ変換器３２から出力された光を検出する光検出器３３（出力光を受光する受光器）とを実装することで、光受信器３０を実現することができる。このような光受信器３０では、スポットサイズ変換器３２のＳｉコア３に接続されたＳｉコア３４からスポットサイズ変換器３２に光が入力され、スポットサイズ変換器３２でＳｉコア３を含む領域及び複数（ここでは２つ）のＳｉＮコア５を含む領域を伝搬する際にスポットサイズが変換され、複数（ここでは２つ）のＳｉＮコア５を含む領域（導波路）を伝搬して、端面７から出力される。そして、スポットサイズ変換器３２の端面７から出力された光は、光検出器３３に入力され、電気信号に変換されることになる。このような光受信器３０は、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器３２を備えるため、結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させることができるという利点がある。
【００４５】
また、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器を用いて、図１１に示すような光送受信器４０を構成することもできる。この場合、光送受信器４０は、基板４１と、基板４１上に設けられ、上述の実施形態及び変形例のように構成された第１スポットサイズ変換器４２及び第２スポットサイズ変換器４３と、基板４１上に設けられた発光体４４と、基板４１上に設けられた光変調器４５と、基板４１上に設けられた光検出器４６とを備え、発光体４４は、第１スポットサイズ変換器４２の端面７Ｘへ向けて光を出力するようにし、光変調器４５は、第１スポットサイズ変換器４２の端面７Ｘの側の反対側から出力された光を変調するようにし、光検出器４６は、第２スポットサイズ変換器４３の端面７Ｙの側の反対側から入力され、端面７Ｙの側から出力された光を検出するようにすれば良い。ここで、発光体４４としては、例えば半導体レーザなどを用いれば良い。また、光変調器４５としては、例えばマッハツェンダ型光変調器などを用いれば良い。また、第２スポットサイズ変換器４３では、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器において光が入力される端面７は、光が出力される端面７Ｙとなり、その反対側から光が入力されることになる。例えば、ＳＯＩ基板上に、上述の実施形態及び変形例のように構成された第１スポットサイズ変換器４２と、この第１スポットサイズ変換器４２の端面７Ｘに向けて光を出力する発光体４４と、第１スポットサイズ変換器４２の端面７Ｘの反対側から出力された光を変調する光変調器４５と、上述の実施形態及び変形例のように構成された第２スポットサイズ変換器４３と、この第２スポットサイズ変換器４３から出力された光を検出する光検出器４６とを実装することで、光送受信器４０を実現することができる。このような光送受信器４０では、発光体４４から出力された光は、第１スポットサイズ変換器４２の端面７Ｘから入力され、第１スポットサイズ変換器４２で複数（ここでは２つ）のＳｉＮコア５Ｘを含む領域及びＳｉコア３Ｘを含む領域を伝搬する際にスポットサイズが変換され、Ｓｉコア３Ｘを含む領域（導波路）を伝搬して、端面７Ｘの反対側から出力される。そして、第１スポットサイズ変換器４２の端面７Ｘの反対側から出力された光は、光変調器４５に入力され、変調されて、光変調器４５の出力側に設けられたＳｉコア４７に変調信号が出力されることになる。また、第２スポットサイズ変換器４３のＳｉコア３Ｙに接続されたＳｉコア４８から第２スポットサイズ変換器４３に光が入力され、第２スポットサイズ変換器４３でＳｉコア３Ｙを含む領域及び複数（ここでは２つ）のＳｉＮコア５Ｙを含む領域を伝搬する際にスポットサイズが変換され、複数（ここでは２つ）のＳｉＮコア５Ｙを含む領域（導波路）を伝搬して、端面７Ｙから出力される。そして、第２スポットサイズ変換器４３の端面７Ｙから出力された光は、光検出器４６に入力され、電気信号に変換されることになる。このような光送受信器４０では、光の結合損失を抑えて、発光体で発生した光のスポットサイズを小さく変換して出力でき、かつ、光の結合損失を抑えて、入力された光のスポットサイズを大きく変換して検出することができる。そして、このような光送受信器４０は、第１及び第２スポットサイズ変換器４２、４３として上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器を備えるため、結合損失を低減しながら、製造歩留まりを向上させることができるという利点がある。
【００４６】
なお、ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【００４７】
以下、上述の実施形態及び各変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
基板と、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備えることを特徴とするスポットサイズ変換器。
【００４８】
（付記２）
前記第１コアは、前記第２コア及び前記第３コアと対向する第１部分と、前記第１部分に隣接する第２部分とを有し、
前記第２コア及び前記第３コアは、それぞれ、前記第１部分と対向する第３部分と、前記第３部分の前記第２部分が設けられている側の反対側に隣接する第４部分とを有することを特徴とする、付記１に記載のスポットサイズ変換器。
【００４９】
（付記３）
前記第１部分は、前記第１部分が延びる方向と垂直な断面が、前記第２部分に近づくにつれて大きくなることを特徴とする、付記２に記載のスポットサイズ変換器。
（付記４）
前記第２コア及び前記第３コアの前記第４部分は、前記基板の端面まで伸びていることを特徴とする、付記２又は３に記載のスポットサイズ変換器。
【００５０】
（付記５）
前記第２コア及び前記第３コアを含む領域に光が結合するように、前記第２コアの形状、前記第３コアの形状及び前記第２コアと前記第３コアとの間隔が定められていることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
（付記６）
前記第２コア及び前記第３コアから前記第１コアへ光結合するように、前記第１コア、前記第２コア及び前記第３コアが設けられていることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
【００５１】
（付記７）
前記第２コア及び前記第３コアの前記第４部分は、それぞれ、前記第４部分が伸びる方向と垂直な断面が、前記第３部分に近づくにつれて大きくなることを特徴とする、付記２〜６のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
（付記８）
さらに、前記基板且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第４コアを備えることを特徴とする、付記１に記載のスポットサイズ変換器。
【００５２】
（付記９）
前記第１コアは、前記第２コア及び前記第３コアと対向する第１部分と、前記第１部分に隣接する第２部分とを有し、
前記第２コア、前記第３コア及び前記第４コアは、それぞれ、前記第１部分と対向する第３部分と、前記第３部分の前記第２部分が設けられている側の反対側に隣接する第４部分とを有することを特徴とする、付記８に記載のスポットサイズ変換器。
【００５３】
（付記１０）
前記第２部分は、一定の断面積を有することを特徴とする、付記２〜７、９のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
（付記１１）
前記第３部分は、一定の断面積を有することを特徴とする、付記２〜７、９のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
【００５４】
（付記１２）
前記第１コアは、Ｓｉコアであり、
前記第２コア及び第３コアは、ＳｉＮコアであり、
前記クラッド層は、ＳｉＯ２クラッド層であることを特徴とする、付記１〜１１のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
【００５５】
（付記１３）
基板と、
前記基板上に設けられたスポットサイズ変換器と、
前記基板上に設けられた発光体とを備え、
前記スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備え、
前記発光体は、前記スポットサイズ変換器へ向けて光を出力するようになっていることを特徴とする光源。
【００５６】
（付記１４）
基板と、
前記基板上に設けられたスポットサイズ変換器と、
前記基板上に設けられた発光体と、
前記基板上に設けられた光変調器とを備え、
前記スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備え、
前記発光体は、前記スポットサイズ変換器へ向けて光を出力するようになっており、
前記光変調器は、前記スポットサイズ変換器から出力された光を変調するようになっていることを特徴とする光送信器。
【００５７】
（付記１５）
基板と、
前記基板上に設けられたスポットサイズ変換器と、
前記基板上に設けられた光検出器とを備え、
前記スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備え、
前記光検出器は、前記スポットサイズ変換器から出力された光を検出するようになっていることを特徴とする光受信器。
【００５８】
（付記１６）
基板と、
前記基板上に設けられた第１スポットサイズ変換器及び第２スポットサイズ変換器と、
前記基板上に設けられた発光体と、
前記基板上に設けられた光変調器と、
前記基板上に設けられた光検出器とを備え、
前記第１スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第１コアと、
前記基板の上方で且つ前記第１コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コア及び第３コアとを備え、
前記第２スポットサイズ変換器は、
前記基板の上方に設けられた第５コアと、
前記基板の上方で且つ前記第５コアの上方又は下方にクラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第５コアと平行に延びる第６コア及び第７コアとを備え、
前記発光体は、前記第１スポットサイズ変換器へ向けて光を出力するようになっており、
前記光変調器は、前記第１スポットサイズ変換器から出力された光を変調するようになっており、
前記光検出器は、前記第２スポットサイズ変換器から出力された光を検出するようになっていることを特徴とする光送受信器。
【符号の説明】
【００５９】
１  基板
２  下部クラッド層
３、３Ｘ、３Ｙ  Ｓｉコア（下部コア；上部コア；第１コア）
３Ａ  テーパ領域（第１テーパ領域）
３Ｂ  断面積一定領域（第１断面積一定領域）
４  中間クラッド層
５、５Ｘ、５Ｙ  ＳｉＮコア（上部コア；下部コア；第２コア、第３コア）
５Ａ  テーパ領域（第２テーパ領域）
５Ｂ  断面積一定領域（第２断面積一定領域）
６  上部クラッド層
７、７Ｘ、７Ｙ  端面
１０  光源
１１  基板
１２  スポットサイズ変換器
１３  発光体
２０  光送信器
２１  基板
２２  スポットサイズ変換器
２３  発光体
２４  光変調器
３０  光受信器
３１  基板
３２  スポットサイズ変換器
３３  光検出器
４０  光送受信器
４１  基板
４２  第１スポットサイズ変換器
４３  第２スポットサイズ変換器
４４  発光体
４５  光変調器
４６  光検出器
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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