(57)【要約】【課題】偏波変換によりＴＥ波又はＴＭ波に偏波を揃えて伝搬光の処理を行う【解決手段】コアと、コアの周囲に設けられ、コアの屈折率の７１．４％以下の屈折率のクラッドとを備える光導波路を有し、光導波路が、偏波が異なる第１及び第２光Ｃ１及びＣ２を含む被変換光Ｌ１が入力され、第２光を、伝搬モード次数が異なり且つ偏波が第１光と等しい第３光Ｃ３に変換し、第１及び第３光を含む変換光Ｌ２を出力する偏波変換部３と、複数の出力ポート７１〜７Ｎを有する出力部７と、１以上の多モード干渉光導波路又は平面光導波路を備え、入力される変換光に所定の処理を行うとともに、伝搬モードの次数及び強度比が変換光と同様に保たれた第１及び第３光を含む処理光Ｌ３を出力ポートが接続された箇所で生成する光処理部５とを備える【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、該コアの周囲に設けられ、該コアの屈折率の７１．４％以下の屈折率のクラッドとを備える光導波路を有し、
該光導波路が、
偏波が異なる第１及び第２光を含む被変換光が入力され、前記第２光を、伝搬モード次数が異なり且つ偏波が前記第１光と等しい第３光に変換し、前記第１及び第３光を含む変換光を生成する偏波変換部と、
複数の出力ポートを有する出力部と、
１以上の多モード干渉光導波路又は平面光導波路を備え、入力される前記変換光に所定の処理を行うとともに、前記出力ポートが接続された箇所において、前記伝搬モードの次数及び強度比が前記変換光と同様に保たれた前記第１及び第３光を含む処理光を生成する光処理部と
を備えることを特徴とする光素子。
【請求項２】
前記偏波変換部は、光伝搬方向に沿った中心線に対して、屈折率が非対称に分布していることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記光導波路が基板の主面側に設けられており、
前記偏波変換部において、前記コアの光伝搬方向に垂直な断面形状が、非対称であることを特徴とする請求項２に記載の光素子。
【請求項４】
前記光導波路が基板の主面側に設けられており、
前記偏波変換部が、光伝搬方向に垂直な断面において場所により屈折率が異なる前記クラッドと、前記コアの周りで前記クラッドの前記屈折率が非対称に分布する位置に配置された当該コアとで構成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の光素子。
【請求項５】
前記偏波変換部は、光伝搬方向に垂直な断面形状が凸形のリブ状コアを備え、該リブ状コアの下面が前記主面に平行に配置されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の光素子。
【請求項６】
前記リブ状コアが、前記主面に垂直に測った厚みが薄く大面積の薄膜部と、該薄膜部上に設けられ、前記主面に垂直に測った厚みが、前記薄膜部よりも厚く、前記薄膜部よりも面積が小さい厚膜部とを備え、
該厚膜部の光伝搬方向に垂直方向の断面サイズは、前記光処理部との距離が短くなるに連れて大きくなっていくことを特徴とする請求項５に記載の光素子。
【請求項７】
前記薄膜部と前記厚膜部とが一体であることを特徴とする請求項６に記載の光素子。
【請求項８】
前記薄膜部と前記厚膜部とが貼り合わせられていることを特徴とする請求項６に記載の光素子。
【請求項９】
前記偏波変換部が、互いに屈折率が異なる第１及び第２クラッドを備えた前記クラッドと、前記第１及び第２クラッドの境界に配置された前記コアとで構成されることを特徴とする請求項２〜９の何れか一項に記載の光素子。
【請求項１０】
前記光処理部が前記多モード干渉光導波路で構成され、該多モード干渉光導波路が、矩形状の平行平板であり、該平行平板の第１端面に前記偏波変換部を備え、該第１端面に対向する第２端面に第１及び第２出力ポートを有する出力部を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光素子。
【請求項１１】
互いに波長が異なる前記被変換光が、第１〜第Ｍ成分光（Ｍは１以上の整数）を含み、
前記所定の処理が、前記第１〜第Ｍ成分光の波長に応じた分配比での、前記処理光に含まれる当該第１〜第Ｍ成分光の前記第１及び第２出力ポートへの出力であることを特徴とする請求項１０に記載の光素子。
【請求項１２】
前記第１及び第２出力ポートのそれぞれに、前記偏波変換部が設けられていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光素子。
【請求項１３】
前記光処理部が、第１及び第２平面光導波路と、光路長が規則的に変化し、前記第１及び第２平面光導波路を接続する複数のチャネル型光導波路とを備え、
前記第１平面光導波路に、前記偏波変換部が設けられ、
前記第２平面光導波路に、出力部が設けられることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光素子。
【請求項１４】
前記被変換光が、互いに波長が異なる第１〜第Ｋ成分光（Ｋは２以上の整数）を含み、
前記出力部が、第１〜第Ｋ出力ポートを備え、
前記複数のチャネル型光導波路のそれぞれの光路長は、前記第１〜第Ｋ成分光を前記第１〜第Ｋ出力ポートへそれぞれ出力するように設計されていることを特徴とする請求項１３に記載の光素子。
【請求項１５】
前記光処理部が、一方の端面に前記偏波変換部と出力部とを備え、前記一方の端面に対向する他方の端面に回折格子を備える前記平面光導波路で構成されることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光素子。
【請求項１６】
前記被変換光が、互いに波長が異なる第１〜第Ｋ成分光（Ｋは２以上の整数）を含み、
前記出力部が、第１〜第Ｋ出力ポートを備え、
前記回折格子及び前記平面光導波路は、前記第１〜第Ｋ成分光を前記第１〜第Ｋ出力ポートへそれぞれ出力するように設計されていることを特徴とする請求項１５に記載の光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）通信において波長の異なる成分光の合分波に用いる光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
加入者側から局側への光伝送（上り通信）と、局側から加入者側への光伝送（下り通信）とを１本の光ファイバで行う光加入者系通信システム（以下、加入者系システムとも称する。）においては、上り通信及び下り通信に異なる波長の光を用いることがある。加入者系システムで現在主流となっているのが、双方向で１Ｇｂｐｓ以上の速度で通信可能なＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）である。近年、ＧＥ−ＰＯＮに代わる次世代の技術として、通信に用いる波長の多重度を上げたＷＤＭ−ＰＯＮが検討されている。ＷＤＭ−ＰＯＮでは、原理的には、双方向で１０Ｇｂｐｓを超える通信速度が得られる。
【０００３】
ＷＤＭ−ＰＯＮでは、通信に用いる光ファイバの局側及び加入者側の端部にそれぞれ局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）と、加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）とが設けられる。これらの終端装置には、発光素子、受光素子及び複数波長の光を合分波する波長合分波素子が備えられる。以下、発光素子の一例として、Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ（以下、ＬＤとも称する。）を用い、受光素子の一例として、Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ（以下、ＰＤとも称する。）を用いた場合につき説明する。
【０００４】
一般に、ＬＤ、ＰＤ、及び波長合分波素子は、光導波路を備えた共通基板に集積されている（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照）。近年、これらの素子間接続には、シリコン（Ｓｉ）を材料とするコアと、Ｓｉとの屈折率差が大きな酸化シリコン（ＳｉＯ２）を材料とするクラッドとを用いたＳｉ光導波路が用いられる。Ｓｉ光導波路は、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも非常に大きいので、光の閉じ込めが強く、光を１μｍ程度の小さい曲率半径で曲げる湾曲光導波路を形成できる。また、Ｓｉ電子デバイスの加工技術を利用して製造できるために、きわめて微細なサブミクロンの断面構造を実現できる。これらのことから、Ｓｉ光導波路を用いることで素子サイズを小型化することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｄｉｇｅｓｔ  ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ  ２０１０，ｐａｐｅｒ  ＯＷＪ３，  ２０１０年３月
【非特許文献２】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．２０，ｐ．Ｂ４９３，２０１２年１２月１０日
【非特許文献３】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｎｏ．６４７６０２，２００７年
【非特許文献４】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．１９，ｐ．１０９４０，２０１１年５月２０日
【非特許文献５】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．２０，ｐ．１３４２５，２０１２年５月３１日
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１９８９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、Ｓｉ光導波路は偏波により伝搬特性が変化する特性（以下、偏波依存性とも称する。）を有し、特に、波長を合分波する際の課題となっていた。
【０００８】
この課題を解消する技術として、伝搬光を予めＴＥ波及びＴＭ波に分離して、それぞれの偏波を別個に処理する技術が報告されている（例えば、非特許文献２参照）。しかし、この技術では、ＴＥ波とＴＭ波にそれぞれ光回路を準備する必要があり、素子が大型化する問題があった。
【０００９】
また、別の技術として、偏波無依存な断面構造を持つＳｉ光導波路で光合分波素子を構成する技術が報告されている（例えば、非特許文献３参照）。しかし、この技術では、偏波無依存なＳｉ光導波路の設計に膨大な時間が掛かり、さらに、完成した光合分波素子も寸法誤差に弱いという問題があった。
【００１０】
一方、Ｓｉ光導波路において、偏波を回転する技術が報告されていた（例えば、非特許文献４及び５参照）。
【００１１】
この発明は、このような技術的背景でなされた。従って、この発明の目的は、偏波変換によりＴＥ波又はＴＭ波に偏波を揃えて伝搬光の処理を行うことにより、偏波ごとの光回路も、偏波無依存な設計の光導波路も不要とした光素子を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者は、鋭意検討の結果、屈折率が非対称に分布する光導波路を利用した偏波変換部を用いることで、上述の目的を達成できることに想到した。
【００１３】
従って、この発明の光素子は、コアと、コアの周囲に設けられ、コアの屈折率の７１．４％以下の屈折率のクラッドとを備える光導波路を有する。
【００１４】
そして、光導波路が、偏波変換部と、出力部と、光処理部とを備える。
【００１５】
偏波変換部には、偏波が異なる第１及び第２光を含む被変換光が入力される。そして、第２光を、伝搬モード次数が異なり且つ偏波が第１光と等しい第３光に変換し、第１及び第３光を含む変換光を生成する。
【００１６】
出力部は、複数の出力ポートを備えている。
【００１７】
光処理部は、１以上の多モード干渉光導波路又は平面光導波路を備え、入力される変換光に所定の処理を行うとともに、出力ポートが接続された箇所において、伝搬モードの次数及び強度比が変換光と同様に保たれた第１及び第３光を含む処理光を生成する。
【発明の効果】
【００１８】
この発明では、偏波変換部が、二つの偏波を含む光を一方の偏波に変換して、光処理部に出力するので、偏波ごとの光回路も、偏波無依存な設計の光導波路も不要となり、構造が簡単な光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の光素子の機能ブロック図である。
【図２】実施形態１の光素子の構造を概略的に示す平面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、図２のＩ−Ｉ線，ＩＩ−ＩＩ線，及びＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った切断端面図である。
【図４】実施形態１の光素子の入力部の部分拡大平面図である。
【図５】実施形態１の光素子の動作を説明するための模式図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、入力部にＴＥ０及びＴＭ０をそれぞれ入力した場合における実施形態１の光素子中での光界分布を示した分布図である。
【図７】実施形態１の光素子における変形例の入力部の構造を模式的に示す平面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、偏波変換部の変形例を示す横断面図である。
【図９】実施形態２の光素子の構造を概略的に示す平面図である。
【図１０】実施形態３の光素子の構造を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図では構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示している。また、以下の各実施形態は、この発明の一好適例であり、各構成要素の材質や数値的条件なども、好適な場合の例示に過ぎない。従って、この発明は、以下の各実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２１】
［発明の概要］
（概説）
図１を参照して、この発明の概要について説明する。図１は、本発明の光素子（以下、第１光素子とも称する。）の機能を示すブロック図である。
【００２２】
第１光素子１は、機能的には偏波変換部３を備える入力部４と、光処理部５と、出力部７とを備える。
【００２３】
第１光素子１は、外部から入力される被変換光Ｌ１を偏波変換部３で変換光Ｌ２に偏波変換して、入力部４から光処理部５に入力する。そして、光処理部５で変換光Ｌ２に所定の処理を行って処理光Ｌ３１〜Ｌ３Ｎ（Ｎは２以上の整数）とし、この処理光Ｌ３１〜Ｌ３Ｎを複数の出力ポート７１〜７Ｎを有する出力部７から、上述の処理に応じた出力光Ｌ４１〜Ｌ４Ｎとして出力する。以下、処理光Ｌ３１〜Ｌ３Ｎを区別する必要がない場合は、単に「処理光Ｌ３」とも称する。また、出力光Ｌ４１〜Ｌ４Ｎを区別する必要がない場合は、単に「出力光Ｌ４」とも称する。同様に、出力ポート７１〜７Ｎを区別する必要がない場合は、単に「出力ポート７」とも称する。
【００２４】
以下、第１光素子１の各構成要素について説明する。
【００２５】
入力部４には、不図示の光導波路等から、偏波が異なる第１光Ｃ１及び第２光Ｃ２を含む被変換光Ｌ１が入力される。以下、第１光Ｃ１が基本モードのＴＥ波（以下、ＴＥ０とも称する。）であり、第２光Ｃ２が基本モードのＴＭ波（以下、ＴＭ０とも称する。）の場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
入力部４が備える偏波変換部３は、後述する屈折率の非対称性を利用して、第２光Ｃ２を基本モードとは異なる伝搬モードのＴＥ波の第３光Ｃ３に変換する。この例では、第３光Ｃ３を、ＴＥ波の１次モード（以下、ＴＥ１とも称する。）に変換する。つまり、偏波変換部３は、ＴＭ０である第２光Ｃ２を、ＴＥ１である第３光Ｃ３に変換する。
【００２７】
なお、偏波変換部３は、第１光Ｃ１を偏波変換しないように設計されている。より詳細には、偏波変換部３は、第２及び第３光Ｃ２及びＣ３の間では位相整合条件が成り立つが、第１光Ｃ１と他の偏波及び伝搬モードとの間では位相整合条件が成り立たないように設計されている。ここで、第２及び第３光Ｃ２及びＣ３で成立する位相整合条件とは、第２及び第３光の伝搬定数をそれぞれβ（Ｃ２）及びβ（Ｃ３）としたとき、β（Ｃ２）＝β（Ｃ３）である。
【００２８】
これらの結果、偏波変換部３は、第１及び第２光Ｃ１（ＴＥ０）及びＣ２（ＴＭ０）を含む偏波多重化光である被変換光Ｌ１を、同一偏波で伝搬モードが多重化された第１及び第３光Ｃ１（ＴＥ０）及びＣ３（ＴＥ１）を含む変換光Ｌ２に変換する。なお、偏波変換部３では光の可逆性が成り立ち、上述の被変換光Ｌ１から変換光Ｌ２への変換、及びこれとは逆の変換光Ｌ２から被変換光Ｌ１への変換の双方向で変換が可能である。
【００２９】
このようにして偏波変換部３で変換された変換光Ｌ２は、入力部４を介して光処理部５に出力される。
【００３０】
光処理部５は、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ  Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）光導波路あるいは平面導波路などを備え、入力される変換光Ｌ２に所定の処理を行い、処理光Ｌ３を生成する。処理光Ｌ３は、各出力ポート７１〜７Ｎが接続された箇所において、伝搬モードの次数及び強度比が変換光Ｌ２と同様に保たれている。つまり、この例では、処理光Ｌ３は、各出力ポート７１〜７Ｎが設けられた位置で、第１及び第３光Ｃ１（ＴＥ０）及びＣ３（ＴＥ１）が変換光Ｌ２と同様の強度比で含まれている。
【００３１】
光処理部５が行う「所定の処理」とは、変換光Ｌ２が複数波長を含む場合の波長分離や、各出力ポート７１〜７Ｎへの処理光Ｌ３１〜Ｌ３Ｎの分配比の調整等が挙げられる。ここで、「波長分離」とは、複数波長の変換光Ｌ２を、波長がそれぞれ異なる処理光Ｌ３１〜Ｌ３Ｎへと分離して、各出力ポート７１〜７Ｎから出力することである。また、「分配比」とは、ある波長の変換光Ｌ２が各出力ポート７１〜７Ｎに分配されて出力される際の強度比である。このように、処理光Ｌ３１〜Ｌ３Ｎは、上述の所定の処理に応じて、ＭＭＩ光導波路に設けられる出力ポート７１〜７Ｎに出力される。
【００３２】
出力部７は、処理光Ｌ３１〜Ｌ３Ｎに対応した出力光Ｌ４１〜Ｌ４Ｎをそれぞれ出力する複数の出力ポート７１〜７Ｎを有する。出力光Ｌ４１〜Ｌ４Ｎは、出力ポート７１〜７Ｎの構造等により、処理光Ｌ３１〜Ｌ３Ｎの伝搬モードや偏波を変換して出力する。例えば、出力ポート７１〜７Ｎがシングルモード光導波路に接続されている場合には、複数の伝搬モードを含む処理光Ｌ３１〜Ｌ３Ｎは、基本モード光に変換された上で、出力光Ｌ４１〜Ｌ４Ｎとして出力される。
【００３３】
（実施形態１）
続いて、図２〜図８を参照して、実施形態１の光素子（以下、第２光素子とも称する。）について説明する。ここでは、第２光素子１０が、ＭＭＩ光導波路を利用して、波長λが１５５０ｎｍの被変換光Ｌ１を、等分配して出力する所謂３ｄＢカプラの場合を例示する。
【００３４】
図２は、第２光素子の構造を概略的に示す平面図である。図３（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ線に沿った切断端面図であり、図３（Ｂ）は、図２のＩＩ−ＩＩ線に沿った切断端面図であり、図３（Ｃ）は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った切断端面図である。図４は、第２光素子の入力部の部分拡大平面図である。図５は、第２光素子の動作を説明するための模式図である。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、入力部にＴＥ０及びＴＭ０をそれぞれ入力した場合における第２光素子中での光界分布を示した分布図である。図７は、変形例の入力部の構造を模式的に示す平面図である。図８（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、偏波変換部の変形例を示す横断面図である。
【００３５】
（座標系の定義）
まず、図２を参照して、以下の説明で用いる第２光素子１０の方向及び寸法を定義する。図２に示したような右手系の直交座標系を考え、Ｘ方向を図が描かれた紙面の左から右に向かう方向とし、幅方向とも称する。また、Ｚ方向を図が描かれた紙面の裏面から表面に向かう方向とし、高さ方向又は厚み方向とも称する。また、Ｙ方向を図が描かれた紙面の下方から上方に向かう方向とし、長さ方向とも称する。そして、Ｘ方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」とも称し、Ｙ方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」とも称し、Ｚ方向に沿って測った幾何学的長さを「高さ」又は「厚さ」とも称する。また、この例では、被変換光Ｌ１の進行方向であるＹ方向を光伝搬方向とする。さらに、所定の構造体の光伝搬方向に垂直な断面のことを「横断面」と称する。
【００３６】
（構造）
まず、主に図２及び図３を参照して、第２光素子１０の全体構造について説明する。図２を参照すると、第２光素子１０は、偏波変換部３を備える入力部４と、矩形状の平行平板であるＭＭＩ光導波路５ａを備える光処理部５と、第１及び第２出力ポート７１及び７２を備える出力部７とで構成されている。つまり、この例では、出力ポートの数Ｎは２である。
【００３７】
第２光素子１０は、基板１１の主面１１ａ側に設けられている。より詳細には、主面１１ａ上に形成されたクラッド１２ｂと、該クラッド１２ｂで囲まれたコア１２ａとを備える光導波路１２で構成されている。なお、基板１１及び光導波路１２については後述する。
【００３８】
光処理部５のＭＭＩ光導波路５ａは、矩形状の薄板であり、矩形の一方の短辺に対応する第１端面５ｂに入力部４が接続されており、第１端面５ｂに対向する第２端面５ｃに出力部７の第１及び第２出力ポート７１及び７２が接続されている。図２に示すように、この例では、入力部４と、第１及び第２出力ポート７１及び７２は同様に構成されており、両出力ポート７１及び７２にも、入力部４と同様に偏波変換部３がそれぞれ設けられている。
【００３９】
続いて、主に図４を参照して、入力部４及び偏波変換部３の構造について説明する。上述のように、両出力ポート７１及び７２は入力部４と同様に構成されているので、以下の説明は、そのまま両出力ポート７１及び７２でも成り立つ。
【００４０】
入力部４は、光伝搬方向に沿って直列に配置された４領域に区画される。すなわち、光導波路９１に接続された第１領域４ａ、第２領域４ｂ、偏波変換部３及び第３領域４ｃである。
【００４１】
光導波路９１は、シングルモードのチャネル型光導波路９１ａと、このチャネル型光導波路９１ａと第１領域４ａとを接続するためのテーパ形光導波路９１ｂとを備える。チャネル型光導波路９１ａの幅Ｗ９は、例えば、約４４０ｎｍである。また、テーパ形光導波路９１ｂの光伝搬方向に沿った長さＤ９１は、約３μｍである。長さＤ９１をこの値とすることにより、チャネル型光導波路９１ａと第１領域４ａとがなだらかに接続され、角部での回折によるロスが低減される。
【００４２】
第１領域４ａは、第２及び第３光Ｃ２及びＣ３の相互変換が生じない幅Ｗ４ａを有する光導波路領域である。ここで、幅Ｗ４ａは例えば、約７５０ｎｍである。第１領域４ａは、テーパ形光導波路９１ｂと、第２領域４ｂとの間に設けられる。より詳細には、第１領域４ａの光伝搬方向前方の前側領域４ａ２は、薄膜部３ｂと一体に形成されている（図３（Ｂ））。前側領域４ａ２の長さＤ４ａは、例えば、約３μｍとする。一方、第１領域４ａの光伝搬方向後方の後側領域４ａ１は、薄膜部３ｂが存在しない通常のチャネル型光導波路として構成されている。
【００４３】
第１領域４ａは、偏波変換部３の位置合わせ誤差を吸収するための緩衝領域である。つまり、第１領域４ａを介さない場合、偏波変換部３と光導波路９１とを直接接続する必要があるため、偏波変換部３の加工精度と位置合わせ精度に高いレベルが要求される。それに対し、偏波変換には直接関係しないものの、第１領域４ａを設けることにより、上述の加工精度及び位置合わせ制度を実用上許容できるレベルまで下げることができる。
【００４４】
第２領域４ｂは、幅広い第１領域４ａと、幅が狭い偏波変換部３との間を接続する、光伝搬方向に沿って幅が狭くなる形状のテーパ形光導波路である。より詳細には、第２領域４ｂは、光導波路の幅を狭めることにより、被変換光Ｌ１の光界分布を、偏波変換に適した分布へと変更する。第２領域４ｂの長さＤ４ｂは、角部での回折の影響が少なくなるような長さの約３μｍである。
【００４５】
偏波変換部３は、入口の幅がＷ３Ｎであり、出口の幅がＷ３Ｗ（＞Ｗ３Ｎ）であり、長さがＤ３であるテーパ形光導波路である。偏波変換部３のこれらの寸法Ｗ３Ｎ，Ｗ３Ｗ及びＤ３は、被変換光Ｌ１に含まれるＴＭ０である第２光Ｃ２の伝搬定数β（Ｃ２）と、ＴＥ１である第３光Ｃ３の伝搬定数β（Ｃ３）を等しくするように最適化されている。具体的には、入口の幅Ｗ３Ｎは約４５０ｎｍであり、出口の幅Ｗ３Ｗは約５５０ｎｍであり、Ｄ３は約２μｍである。
【００４６】
図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、偏波変換部３以外では、コア１２ａは何れも一様な厚みを有している。それに対して、図３（Ｂ）に示す偏波変換部３では、コア１２ａの横断面形状が、凸形のリブ状に形成されている。すなわち、偏波変換部３では、コア１２ａが、一様な薄い厚みを有する大面積の薄膜部３ｂと、薄膜部３ｂから突出した部分である突出部３ａとで構成される。なお、この例では薄膜部３ｂと突出部３ａとは一体的に形成されている。詳しくは後述するが、このリブ状の光導波路が有する屈折率の非対称性を利用して、偏波変換部３は、第２光Ｃ２（ＴＭ０）を第３光Ｃ３（ＴＥ１）へと変換する。
【００４７】
なお、図３（Ｂ）に示すように、第２光素子１０では、偏波変換部３の突出部３ａと薄膜部３ｂとが一体に形成されていた。しかし、突出部３ａと薄膜部３ｂとを別体に形成し、両者を光学接着剤や、Ｓｉウエハ直接接合技術等により貼り合せてもよい。このようにすることによっても、偏波変換部３において、リブ状の光導波路が得られる。
【００４８】
また、図３（Ｂ）に示すように、薄膜部３ｂの厚みＨ２は約５０ｎｍであり、突出部３ａの厚みＨ１は約１７０ｎｍである。また、偏波変換部３の中心軸Ｏ１からＸ方向に測った薄膜部３ｂの幅Ｗ３ｂは約２μｍである。薄膜部３ｂと、突出部３ａの厚みＨ１及びＨ２と、薄膜部３ｂの幅Ｗ３ｂは、第２及び第３光Ｃ２及びＣ３の変換効率を最大化するように最適化されている。このように構成された偏波変換部３は、波長λが１５５０ｎｍの第２光Ｃ２（ＴＭ０）を、約９９％以上の効率で、第３光Ｃ３（ＴＥ１）へと変換できる。なお、偏波変換部３以外の第１〜第３領域４ａ，４ｂ，及び４ｃのコアの厚みは、薄膜部３ｂの有無に関わらず、図３（Ｃ）に示すように約２２０ｎｍである。
【００４９】
定性的には、偏波変換部３は、凸形の横断面が有するＺ方向に関する屈折率の非対称性を利用して、第２光Ｃ２のＴＭ波の電場の振動方向を９０°回転して、ＴＥ波へと変換する。さらに、光伝搬方向に沿った幅がＷ３ＮからＷ３Ｗへと拡幅する偏波変換部３は、ＴＥ波へと変換される第２光Ｃ２の１次モードを励起する。このようにして、偏波変換部３は、ＴＭ０である第２光Ｃ２を、ＴＥ１である第３光Ｃ３に変換する。これらの結果、偏波変換部３からは、ＴＥ０である第１光Ｃ１と、ＴＥ１である第３光Ｃ３とを含む変換光Ｌ２が出力される。
【００５０】
第３領域４ｃは、変換光Ｌ２を光処理部５のＭＭＩ光導波路５ａに出射するに当たり、出射口４ｄの角部４ｅでの回折によるロスを防ぐために設けられる。より詳細には、第３領域４ｃは、長さＤ４ｃの間に幅がＷ３ＷからＷ４ｃまで拡幅するテーパ形光導波路である。長さＤ４ｃは、例えば約１０μｍである。また、幅Ｗ４ｃは、例えば約１μｍである。
【００５１】
光処理部５は、矩形状の平行平板状のＭＭＩ光導波路５ａを備え、第１端面５ｂに入力部４が設けられ、第２端面５ｃに、第１及び第２出力ポート７１及び７２が設けられている。図３（Ａ）に示すようにＭＭＩ光導波路５ａの厚みは、約２２０ｎｍである。また、幅Ｗ５は、約３μｍである。
【００５２】
また、入力部４と、第１及び第２出力ポート７１及び７２とは、光伝搬方向に平行に延在する第３及び第４端面５ｄ及び５ｅから十分に離して設けることが好ましい。これは、ＭＭＩ光導波路５ａ中で、１０次以上の十分に高次の伝搬モードを励起するためである。このように高次モード光を励起できれば、第１及び第２出力ポート７１及び７２の接続位置において、処理光Ｌ３中の１次モード光である第３光Ｃ３（ＴＥ１）を、入力時の変換光Ｌ２と同様に再現できる。例えば、入力部４の場合、中心軸Ｏ１と第３端面５ｄとの距離が、約８００ｎｍ以上であることが好ましい。第１及び第２出力ポート７１及び７２に関しても同様である。
【００５３】
出力部７は、ＭＭＩ光導波路５ａの第２端面５ｃに、第１及び第２出力ポート７１及び７２を備える。上述のように、第１及び第２出力ポート７１及び７２は、入力部４と同様に構成されている。よって、出力部７に関する重複する説明を省略する。
【００５４】
ここで、主に図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、基板１１及び光導波路１２について簡単に説明する。光導波路１２を構成するコア１２ａは、屈折率が約３．４７のＳｉが材料である。また、クラッド１２ｂは、屈折率が約１．４５のＳｉＯ２が材料である。クラッド１２ｂは、主面１１ａ上に約３μｍの一様な膜厚で形成されている。このように、クラッド１２ｂの屈折率をコア１２ａの屈折率の７１．４％未満とすることにより、コア１２ａへの光の閉じ込め能力が向上し、小さい曲率半径の湾曲光導波路を形成することができる。
【００５５】
また、基板１１は、Ｓｉが材料である。光導波路１２を伝搬する光の基板１１への不所望な結合を防ぐためには、コア１２ａと基板１１との間に１μｍ以上の厚みのクラッド１２ｂを介在させることが好ましい。この例では、主面１１ａとコア１２ａの下面との間に、約１．５μｍのクラッド１２ｂを介在させている。
【００５６】
（製造方法）
第２光素子１０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２層とＳｉ層とがこの順序で積層されたＳＯＩ（Ｓｉ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用して作成される。すなわち、最上層のＳｉ層を利用して、上述した入力部４、光処理部５、出力部７、及び突出部３ａのコア１２ａとなる領域にマスクを配置したドライエッチング等で形成する。その際、残存するＳｉ層の膜厚が、偏波変換部３の薄膜部３ｂ（約５０ｎｍ）と等しくなったところで、薄膜部３ｂとなるＳｉ層を保護するためのマスクを更に追加して、ＳｉＯ２層が露出するまでエッチングを行う。そして、このコア１２ａを埋め込むように、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で、クラッド１２ｂの上層に対応するＳｉＯ２層を形成する。これにより、第２光素子１０が形成される。
【００５７】
（動作）
続いて、図５を参照して、第２光素子１０の動作を説明する。図５は、第２光素子１０の動作を説明するための、模式図である。
【００５８】
不図示の光導波路から入力部４に入力された第１及び第２光Ｃ１（ＴＥ０）及びＣ２（ＴＭ０）を含む被変換光Ｌ１は、偏波変換部３において、ＴＭ０の第２光Ｃ２がＴＥ１の第３光Ｃ３へと変換される。その結果、第１端面５ｂに設けられた入力部４から光処理部５へと、第１光Ｃ１（ＴＥ０）と第３光Ｃ３（ＴＥ１）とを含む変換光Ｌ２が入力される。
【００５９】
光処理部５のＭＭＩ光導波路５ａでは、入力された変換光Ｌ２から、１０次以上の次数の伝搬モードが励起され、それぞれのモード間で干渉しながら第２端面５ｃ方向に伝搬する。そして、第２端面５ｃの第１及び第２出力ポート７１及び７２が接続されている位置において、第１及び第３光Ｃ１及びＣ３を含む処理光Ｌ３１及びＬ３２が、それぞれ励起（再生）される。ここで、処理光Ｌ３１及びＬ３２は、光強度が半分である以外は、変換光Ｌ２と同様の強度比で第１及び第３光Ｃ１（ＴＥ０）及びＣ３（ＴＥ１）を含む。
【００６０】
つまり、この例では、光処理部５が行う「所定の処理」とは、変換光Ｌ２を第１及び第２出力ポート７１及び７２へと等分配した処理光Ｌ３１及びＬ３２を生成することである。
【００６１】
このようにして生成された処理光Ｌ３１及びＬ３２は、それぞれ第１及び第２出力ポート７１及び７２に入力される。上述のように、各出力ポート７１及び７２には、それぞれ偏波変換部３が設けられているので、第１及び第３光Ｃ１（ＴＥ０）及びＣ３（ＴＥ１）を含む処理光Ｌ３１及びＬ３２では、第３光Ｃ３が第２光Ｃ２（ＴＭ０）へと再変換される。
【００６２】
より詳細には、処理光Ｌ３１及びＬ３２中に含まれるＴＥ１である第３光Ｃ３は、（概説）の項で図１により説明したと逆の変換過程を経て、ＴＭ０である第２光Ｃ２へと変換される。その結果、各出力ポート７１及び７２からは、入力された被変換光Ｌ１と同じ強度比で第１及び第２光Ｃ１及びＣ２を含み、且つ、強度が被変換光Ｌ１の半分の第１及び第２出力光Ｌ４１及びＬ４２が出力される。
【００６３】
（効果）
続いて、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示したシミュレーション結果に基づいて、第２光素子１０の奏する効果を説明する。
【００６４】
図６（Ａ）及び（Ｂ）は、入力部４にＴＥ０及びＴＭ０をそれぞれ入力した場合における第２光素子１０中での光界分布を示した分布図である。シミュレーションは３次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法で、上述した第２光素子１０について行った。入力した光の波長は１５５０ｎｍである。
【００６５】
図６（Ａ）は、被変換光Ｌ１としてＴＥ０を第２光素子１０に入力した場合の光界分布である。被変換光Ｌ１がＴＥ０であることから、入力部４と第１及び第２出力ポート７１及び７２では偏波変換は生じていない。図６（Ａ）を参照すると、各出力ポート７１及び７２から出力される出力光Ｌ４１及びＬ４２は、電界強度が等しく、第２光素子１０は被変換光Ｌ１がＴＥ０の場合３ｄＢカプラとして機能することが判る。
【００６６】
図６（Ｂ）は、被変換光Ｌ１としてＴＭ０を第２光素子１０に入力した場合の光界分布である。よって、入力部４で、ＴＭ０の被変換光Ｌ１は、ＴＥ１の変換光Ｌ２へと変換される。同様に、第１及び第２出力ポート７１及び７２で、ＴＥ１の処理光Ｌ３１及びＬ３２は、ＴＭ０の出力光Ｌ４１及びＬ４２へと変換される。
【００６７】
このように、図６（Ｂ）では、ＴＭ０とＴＥ１との間で偏波変換が生じているにも関わらず、各出力ポート７１及び７２から出力される出力光Ｌ４１及びＬ４２は、電界強度が等しい。このことから、第２光素子１０は被変換光Ｌ１がＴＭ０の場合でも、３ｄＢカプラとして機能することが判る。
【００６８】
以上説明したように、第２光素子１０は、光処理部５に、ＴＥ波及びＴＭ波の何れか一方の偏波の変換光Ｌ２を入力する。その結果、ＭＭＩ光導波路は、ＴＥ波及びＴＭ波の何れかのみに所定の処理を行うだけで良く、ＴＥ波及びＴＭ波の両偏波にそれぞれ所定の処理を行うための素子が不要となる。これにより、ＭＭＩ光導波路の設計を大幅に簡略化することができる。
【００６９】
また、第２光素子１０では、被変換光Ｌ１が、１波長の場合について説明した。しかし、被変換光Ｌ１は、波長が異なる第１〜第Ｍ成分光（Ｍは１以上の整数）を含んでいても良い。ただし、この場合には、各成分光に対して偏波変換が可能なように、偏波変換部３を設計する必要がある。さらに、各成分光を所望の分配比で第１及び第２出力ポート７１及び７２に出力できるように、光処理部５のＭＭＩ光導波路５ａの寸法を設計する必要がある。
【００７０】
また、第２光素子１０では、両偏波を含む被変換光Ｌ１を、ＴＥ波のみの変換光Ｌ２に変換した。しかし、例えば、偏波変換部３の構造等によっては、被変換光Ｌ１をＴＭ波のみの変換光Ｌ２に変換しても良い。
【００７１】
第２光素子１０では、ＴＭ０の第２光Ｃ２をＴＥ１の第３光Ｃ３に変換することにより、ＴＥ０の第１光Ｃ１とＴＥ１の第３光Ｃ３を含む変換光Ｌ２を得た。しかし、不要な他の伝播モードの励起によるノイズを許容できるならば、第３光Ｃ３を、１次モードのＴＥ波以外の高次の伝搬モードに変換してもよい。
【００７２】
（変形例）
続いて、図７及び図８を用いて、第２光素子１０の変形例について説明する。図７は、変形例の入力部の構造を模式的に示す平面図である。図８（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、偏波変換部３の変形例を示す横断面図である。
【００７３】
図７に示す入力部４’（以下、第２入力部４’とも称する）は、以下の２点が、図４の入力部４（以下、第１入力部４とも称する。）とは異なっており、その結果、第２入力部４’は、第１入力部４よりも構造が単純化されている。
（１）偏波変換部３と、第２及び第３領域４’ｂ及び４’ｃとを一体のテーパ形光導波路４’Ｔとした点
（２）第１領域４’ａの幅Ｗ４’ａが、図４の入力部４の幅Ｗ４ａよりも狭い点
以下、これらの相違点について主に説明する。
【００７４】
第２光Ｃ２（ＴＭ０）から第３光Ｃ３（ＴＥ１）への偏波変換は、４５０〜５５０ｎｍの幅（以下、変換幅とも称する。）の光導波路で生じる。第２入力部４’は、偏波変換が生じない幅Ｗ４’ａ（約３８０ｎｍ）の第１領域４’ａから、変換幅を含み、幅Ｗ４’ｃが約１μｍの出射口４ｄに至るまで、１個のテーパ形光導波路４’Ｔとして構成されている。つまり、第２領域４’ｂ、偏波変換部３及び第３領域及び４’ｃが、１つのテーパ角で表される継ぎ目の無い一体的なテーパ形光導波路４’Ｔを成している。テーパ形光導波路４’Ｔの長さＤＴは、例えば、約１１μｍである。
【００７５】
また、上述のように、第１領域４’ａの幅Ｗ４’ａ（約３８０ｎｍ）は、チャネル型光導波路９１ａの幅Ｗ９（約４４０ｎｍ）より狭いので、チャネル型光導波路９１ａと第１領域４’ａの幅Ｗ４’ａとを接続するテーパ形光導波路９’１ｂは、光伝搬方向と共に幅が狭くなっていく。このテーパ形光導波路９’１ｂの長さＤ９’１は約３μｍである。長さＤ９’１をこの値とすることにより、チャネル型光導波路９１ａと第１領域４’ａとがなだらかに接続され、角部での回折によるロスが低減される。
【００７６】
このように、第２入力部４’は、第１入力部４に比較して構造が単純であるので、作成が容易である。また、テーパ形光導波路４’Ｔに偏波変換用に一定幅の領域を設けた場合に比べ、第２入力部４’は、偏波変換特性が、各部の幅の寸法誤差や、被変換光Ｌ１の波長誤差で左右され難い。
【００７７】
続いて、図８を参照して、偏波変換部３の変形例について説明する。上述した第２光素子１０では、凸形のコア１２ａ（図３（Ｂ））の有するＺ方向に関する屈折率の非対称性を利用して、偏波を変換した。しかし、図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す光導波路１２によっても、所望の偏波変換を行うことができる。以下、それぞれについて説明する。
【００７８】
図８（Ａ）は、コア１２ａの横断面形状が「Ｌ字形」の光導波路１２であり、中心軸Ｏ３に対して、コア１２ａの屈折率が非対称に分布している。このような光導波路１２によっても偏波を変換することができる。
【００７９】
図８（Ｂ）は、凸形の突出部が基板１１の主面１１ａに平行に突出する横断面形状のコア１２ａを備える光導波路１２であり、屈折率が非対称に分布している。このような光導波路によっても偏波を変換することができる。
【００８０】
図８（Ｃ）及び（Ｄ）は、屈折率がｎ１の第１クラッド１２ｂ１と、屈折率がｎ２（≠ｎ１）の第２クラッド１２ｂ２とを用いて、コア１２ａの周りの屈折率分布を非対称とした場合を示している。
【００８１】
図８（Ｃ）は、基板１１の主面１１ａ上に、第１クラッド１２ｂ１及び第２クラッド１２ｂ２をこの順序で積層し、両クラッド１２ｂ１及び１２ｂ２の境界にコア１２ａを配置している。この例でも、コア１２ａを中心として、厚み方向に屈折率の非対称性を有する光導波路１２が得られ、偏波を変換することができる。なお、上層に設けられる第２クラッド１２ｂ２は大気でも良い。
【００８２】
また、この例では、コア１２ａの横断面形状が矩形状であるので、第２光素子１０や、図８（Ａ）及び（Ｂ）の光導波路１２に比べて作成しやすい。
【００８３】
図８（Ｄ）は、基板１１の主面１１ａ上の境界線Ｂで、互いに接する２領域にそれぞれ第１及び第２クラッド１２ｂ１及び１２ｂ２が積層されている。そして、クラッド１２ｂ中に、第１及び第２クラッド１２ｂ１及び１２ｂ２に跨ってコア１２ａが埋め込まれている。この例でも、コア１２ａを中心として、屈折率の非対称性を有する光導波路１２が得られ、偏波を変換することができる。
【００８４】
第２光素子１０では、入力部４とＭＭＩ光導波路５ａとの間に、テーパ状の第３領域４ｃ及び４’ｃを設けた。しかし、入力部４及び４’からＭＭＩ光導波路５ａに変換光Ｌ２を入力する際の回折によるロスを許容できるならば、第３領域４ｃ及び４’ｃを設ける必要は無い。
【００８５】
第２光素子１０では、偏波変換部３の薄膜部３ｂの幅Ｗ３ｂを約２μｍとした場合について説明した。しかし、薄膜部３ｂの幅Ｗ３ｂは２μｍには限定されず、幅Ｗ３ｂが数ｎｍでも第２光Ｃ２（ＴＭ０）から第３光Ｃ３（ＴＥ１）への変換を行うことができる。ただし、この場合、変換効率が低いので、偏波変換部３の光伝搬方向に沿った長さＤ３を長くする必要がある。
【００８６】
第２光素子１０では、出力ポート７１及び７２が偏波変換部３を備える場合について説明した。しかし、出力光Ｌ４１及びＬ４２をそのまま受光素子で受光する等、出力光Ｌ４１及びＬ４２の光強度のみが問題となる場合には、出力ボート７１及び７２に偏波変換部３を設ける必要は無い。
【００８７】
［実施形態２］
図９を参照して、実施形態２の光素子（以下、第３光素子とも称する。）について説明する。図９は第３光素子の概略的な構造を示す平面図である。なお、図９においては、基板１１及びクラッド１２ｂの図示を省略する。また、チャネル型光導波路を単なる実線で描いている。
【００８８】
（構造）
第３光素子２０は、所謂アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）である。第３光素子２０は、光処理部５’の構成が第２光素子１０と異なっている点、及びＫ個（Ｋは２以上の整数）の出力ポートＰ２〜ＰＫ＋１が設けられている点以外は、第２光素子１０と同様に構成されている。従って、相違点である光処理部５’について説明する。
【００８９】
光処理部５’は、第１及び第２平面光導波路１３及び１５と、両者１３及び１５を接続する光路長が異なる第１〜第Ｎチャネル型光導波路１７１〜１７Ｎ（Ｎは３以上の整数）で構成される。以下、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１７１〜１７Ｎを導波路アレイ１７と総称することもある。
【００９０】
ここで、「光路長」とは、一般に、光導波路の幾何学的な長さＦを、ある波長の光に関する光導波路の等価屈折率Ｇで補正した光学的な長さである。光路長をＲとすると、ＲはＦ×Ｇで与えられる。以降、「光路長」と記載しない長さ（幅、厚み、高さ等を含む）は、単に、幾何学的な長さを示す。
【００９１】
偏波変換部３は、第３光素子２０の第１平面光導波路１３の一端面に設けられた光入出力用の第１ポートＰ１に設けられている。そして、偏波変換部３と第１ポートＰ１とで入力部４が構成されている。なお、偏波変換部３には、変形例を含めて、任意好適な構造を採用できる。
【００９２】
出力部７は、第３光素子２０の第２平面光導波路１５の一端面に設けられたＫ個の光入出力用の第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１として構成されている。
【００９３】
（動作）
以下、図９を参照して、第３光素子２０の動作について説明する。
【００９４】
第１ポートＰ１には、例えば局からの光ファイバ（図示せず）が接続されて、波長λ１〜λＫがそれぞれ異なる第１〜第Ｋ成分光Ｓ１〜ＳＫが被変換光Ｌ１として入力される。各成分光ＳＧ（Ｇは、１〜Ｋの整数）は、それぞれ、ＴＥ０である第１光Ｃ１とＴＭ０である第２光Ｃ２とを含んでいる。
【００９５】
被変換光Ｌ１に含まれる第１〜第Ｋ成分光Ｓ１〜ＳＫは、第１ポートＰ１に設けられた偏波変換部３により、それぞれの成分光において、ＴＭ０の第２光Ｃ２がＴＥ１の第３光Ｃ３へと変換されて、第１及び第３光Ｃ１及びＣ３を含む変換光Ｌ２として、光処理部５に入力される。その結果、各成分光Ｓ１〜ＳＫの伝搬モードの構成は、第１及び第３光Ｃ１（ＴＥ０）及びＣ３（ＴＥ１）へと変化するが、波長λ１〜λＫ自体は変わらない。
【００９６】
これらの変換光Ｌ２は、第１平面光導波路１３中を回折により広がりながら、テーパ状光導波路１３Ｔ１〜１３ＴＮを介して、導波路アレイ１７に入射し、導波路アレイ１７を伝搬する。
【００９７】
この導波路アレイ１７を伝搬した変換光Ｌ２は、テーパ状光導波路１５Ｔ１〜１５ＴＮから、第２平面光導波路１５に達し、さらに、波長ごとに第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１に集光されて出力される。すなわち、互いにΔＬずつ光路長が異なるチャネル型光導波路１７１〜１７Ｎを伝搬した結果、各成分光Ｓ１〜ＳＫには波長に応じた位相差が生じる。それにより、第２平面光導波路１５では、成分光の波長Ｓ１〜ＳＫに応じて集束光の波面が傾き、それぞれの成分光Ｓ１〜ＳＫは、この傾斜角により第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１の何れかに集光し、出力される。
【００９８】
すなわち、光処理部５’を伝搬することにより、波長が異なる成分光Ｓ１〜ＳＫを含む変換光Ｌ２は、波長分離処理を施された処理光Ｌ３となる。その結果、各成分光Ｓ１〜ＳＫは、変換光Ｌ２と同様の伝搬モードと強度比、つまり、第１及び第３光Ｃ１及びＣ３の強度比を保ったまま、波長分離されて、第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１に集光される。
【００９９】
そして、第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１に接続された光導波路から、波長分離された出力光Ｌ４１〜Ｌ４Ｋとしてそれぞれ出力される。
【０１００】
（効果）
第３光素子２０は、波長が異なる成分光Ｓ１〜ＳＫに対して、第２光Ｃ２から第３光Ｃ３への偏波変換を行い、光処理部５’に、ＴＥ波及びＴＭ波の何れか一方の偏波の変換光Ｌ２を入力する。その結果、光処理部５’を構成する第１及び第２平面光導波路１３及び１５と、第１〜第Ｎチャネル型光導波路１７１〜１７Ｎを１つ偏波でのみ所定の処理を行うように設計すればよく、設計を大幅に簡略化することができる。
【０１０１】
（変形例）
第３光素子２０では、出力光Ｌ４を受光素子で受光させる想定の下で、出力部７に、偏波変換部３を設けない場合について説明した。しかし、第２光素子１０と同様に、出力用の第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１に偏波変換部を設けてもよい。
【０１０２】
［実施形態３］
図１０を参照して、実施形態３の光素子（以下、第４光素子とも称する。）について説明する。図１０は第４光素子の概略的な構造を示す平面図である。なお、図１０においては、基板１１及びクラッド１２ｂの図示を省略する。また、チャネル型光導波路を単なる実線で描いている。
【０１０３】
（構造）
第４光素子３０は、所謂エッシェル型回折格子１９を利用した波長合分波器であり、光処理部５’’が、第３光素子２０の平面光導波路１８と、平面光導波路１８の他端面に設けられるエッシェル型回折格子１９とで構成されている点、及び入力部４と出力部７とが、第４光素子３０の一端面２１に設けられている以外は、第３光素子２０と同様に構成されている。従って、これらの相違点について説明する。
【０１０４】
偏波変換部３は、第４光素子３０の平面光導波路１８の一端面２１に設けられた光入出力用の第１ポートＰ１に設けられている。そして、偏波変換部３と第１ポートＰ１とで入力部４が構成されている。
【０１０５】
また、出力部７は、第４光素子３０の平面光導波路１８の一端面２１に設けられたＫ個（Ｋは２以上の整数）の光入出力用の第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１として構成されている。
【０１０６】
（動作）
以下、図１０を参照して、第４光素子３０の動作について説明する。
【０１０７】
第１ポートＰ１には、例えば局からの光ファイバ（図示せず）が接続されて、波長λ１〜λＫがそれぞれ異なる第１〜第Ｋ成分光Ｓ１〜ＳＫが被変換光Ｌ１として入力される。各成分光ＳＧ（Ｇは、１〜Ｋの整数）は、それぞれ、ＴＥ０である第１光Ｃ１とＴＭ０である第２光Ｃ２とを含んでいる。
【０１０８】
被変換光Ｌ１に含まれる第１〜第Ｋ成分光Ｓ１〜ＳＫは、第１ポートＰ１に設けられた偏波変換部３により、それぞれの成分光において、ＴＭ０の第２光Ｃ２がＴＥ１の第３光Ｃ３へと変換されて、第１及び第３光Ｃ１及びＣ３を含む変換光Ｌ２として、光処理部５”に入力される。その結果、各成分光Ｓ１〜ＳＫの伝搬モードの構成は、第１及び第３光Ｃ１（ＴＥ０）及びＣ３（ＴＥ１）へと変化するが、波長λ１〜λＫ自体は変わらない。
【０１０９】
これらの変換光Ｌ２は、平面光導波路１８中を回折により広がりながらエッシェル型回折格子１９に至り、各成分光Ｓ１〜ＳＫの波長により異なった角度で反射され、一端面２１に設けられた第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１に集光されて出力される。
【０１１０】
すなわち、光処理部５’’を伝搬することにより、波長が異なる成分光Ｓ１〜ＳＫを含む変換光Ｌ２は、波長分離処理を施された処理光Ｌ３となる。その結果、各成分光Ｓ１〜ＳＫは、変換光Ｌ２と同様の伝搬モードと強度比、つまり、第１及び第３光Ｃ１及びＣ３の強度比を保ったまま、波長分離されて、第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１に集光される。
【０１１１】
そして、第２〜第Ｋ＋１ポートＰ２〜ＰＫ＋１に接続された光導波路から、波長分離された出力光Ｌ４１〜Ｌ４Ｋとして出力される。
【０１１２】
第４光素子３０は、第３光素子２０と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【０１１３】
１，１０，２０，３０  光素子
３  偏波変換部
４，４’  入力部
４ａ，４’ａ  第１領域
４ａ１，４’ａ１後側領域
４ａ２，４’ａ２前側領域
４ｂ，４’ｂ  第２領域
４ｃ，４’ｃ  第３領域
４ｄ  出射口
４ｅ  角部
５  光処理部
５ａ  ＭＭＩ光導波路
５ｂ  第１端面
５ｃ  第２端面
５ｄ  第３端面
５ｅ  第４端面
７  出力部
７１〜７Ｎ  出力ポート
９１，９’１，９２，９３  光導波路
９１ａ，９’１ａ，９２ａ，９３ａ，１７１〜１７Ｎ  チャネル型光導波路
９１ｂ，９’１ｂ，９２ｂ，９３ｂ  テーパ形光導波路
１１基板
１１ａ  主面
１２  光導波路
１２ａ  コア
１２ｂ  クラッド
１３  第１平面光導波路
１３Ｔ１〜１３ＴＮ，１５Ｔ１〜１５ＴＮ  テーパ状光導波路
１５  第２平面光導波路
１８  平面光導波路
１９  エッシェル型回折格子
２１  一端面
【図１】
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【図２】
2014182213.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成26年5月20日(2014.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、該コアの周囲に設けられ、該コアの屈折率の７１．４％以下の屈折率のクラッドとを備える光導波路を有し、
該光導波路が、
偏波が異なる第１及び第２光を含む被変換光が入力され、前記第２光を、伝搬モード次数が異なり且つ偏波が前記第１光と等しい第３光に変換し、前記第１及び第３光を含む変換光を生成する偏波変換部と、
複数の出力ポートを有する出力部と、
１以上の多モード干渉光導波路又は平面光導波路を備え、入力される前記変換光に所定の処理を行うとともに、前記出力ポートが接続された箇所において、前記伝搬モードの次数及び強度比が前記変換光と同様に保たれた前記第１及び第３光を含む処理光を生成する光処理部と
を備え、
前記偏波変換部は、光伝搬方向に沿った中心線に対して、屈折率が非対称に分布している
ことを特徴とする光素子。
【請求項２】
前記光導波路が基板の主面側に設けられており、
前記偏波変換部において、前記コアの光伝搬方向に垂直な断面形状が、非対称であることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記光導波路が基板の主面側に設けられており、
前記偏波変換部が、光伝搬方向に垂直な断面において場所により屈折率が異なる前記クラッドと、前記コアの周りで前記クラッドの前記屈折率が非対称に分布する位置に配置された当該コアとで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光素子。
【請求項４】
前記偏波変換部は、光伝搬方向に垂直な断面形状が凸形のリブ状コアを備え、該リブ状コアの下面が前記主面に平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光素子。
【請求項５】
前記リブ状コアが、前記主面に垂直に測った厚みが薄く大面積の薄膜部と、該薄膜部上に設けられ、前記主面に垂直に測った厚みが、前記薄膜部よりも厚く、前記薄膜部よりも面積が小さい厚膜部とを備え、
該厚膜部の光伝搬方向に垂直方向の断面サイズは、前記光処理部との距離が短くなるに連れて大きくなっていくことを特徴とする請求項４に記載の光素子。
【請求項６】
前記薄膜部と前記厚膜部とが一体であることを特徴とする請求項５に記載の光素子。
【請求項７】
前記薄膜部と前記厚膜部とが貼り合わせられていることを特徴とする請求項５に記載の光素子。
【請求項８】
前記偏波変換部が、互いに屈折率が異なる第１及び第２クラッドを備えた前記クラッドと、前記第１及び第２クラッドの境界に配置された前記コアとで構成されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の光素子。
【請求項９】
前記光処理部が前記多モード干渉光導波路で構成され、該多モード干渉光導波路が、矩形状の平行平板であり、該平行平板の第１端面に前記偏波変換部を備え、該第１端面に対向する第２端面に第１及び第２出力ポートを有する出力部を備えることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の光素子。
【請求項１０】
前記被変換光が、波長の相違に基づいて識別される互いに波長が異なる第１〜第Ｍ成分光（Ｍは１以上の整数）を含み、
前記所定の処理が、前記第１〜第Ｍ成分光の波長に応じた分配比での、前記処理光に含まれる当該第１〜第Ｍ成分光の前記第１及び第２出力ポートへの出力であることを特徴とする請求項９に記載の光素子。
【請求項１１】
前記第１及び第２出力ポートのそれぞれに、前記偏波変換部が設けられていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光素子。
【請求項１２】
前記光処理部が、第１及び第２平面光導波路と、光路長が規則的に変化し、前記第１及び第２平面光導波路を接続する複数のチャネル型光導波路とを備え、
前記第１平面光導波路に、前記偏波変換部が設けられ、
前記第２平面光導波路に、出力部が設けられることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の光素子。
【請求項１３】
前記被変換光が、波長の相違に基づいて識別される互いに波長が異なる第１〜第Ｋ成分光（Ｋは２以上の整数）を含み、
前記出力部が、第１〜第Ｋ出力ポートを備え、
前記複数のチャネル型光導波路のそれぞれの光路長は、前記第１〜第Ｋ成分光を前記第１〜第Ｋ出力ポートへそれぞれ出力するように設計されていることを特徴とする請求項１２に記載の光素子。
【請求項１４】
前記光処理部が、一方の端面に前記偏波変換部と出力部とを備え、前記一方の端面に対向する他方の端面に回折格子を備える前記平面光導波路で構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の光素子。
【請求項１５】
前記被変換光が、波長の相違に基づいて識別される互いに波長が異なる第１〜第Ｋ成分光（Ｋは２以上の整数）を含み、
前記出力部が、第１〜第Ｋ出力ポートを備え、
前記回折格子及び前記平面光導波路は、前記第１〜第Ｋ成分光を前記第１〜第Ｋ出力ポートへそれぞれ出力するように設計されていることを特徴とする請求項１４に記載の光素子。