(57)【要約】【課題】簡素な構造により偏波の制御を可能する偏波制御素子を提供する。【解決手段】第１光導波路１７ａは第１位相シフタ１５ａを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに光学的に結合され、第２光導波路１７ｂは、第２位相シフタ１５ｂを介して一次側−端面２１ａの第２ポート２３ｂに光学的に結合される。第１及び第２位相シフタ１５ａ、１５ｂによる位相差の付いた２つの伝搬光が、それぞれ、一次側−端面２１ａの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂに入射する。この位相差に起因して、一次側−端面２１ａにＴＥ偏光の光が入射するとき、二次側−端面２１ｂの第１ポート２５にＴＥ１偏波の高次モードの光が生成される。テーパ導波路１９の一端１９ａにＴＥ偏光の高次モード光は、テーパ導波路１９の導波路幅ＷＴＰの縮小によりテーパ導波路１９内で光は基底モードのＴＭ偏光の光に変換される。【選択図】図１
2014092759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波制御素子であって、
第１ポート及び第２ポートを有する一次側−端面、第１ポートを有する二次側−端面、並びに第１側面及び第２側面を備える多モード干渉器と、
前記多モード干渉器の前記一次側−端面の前記第１ポートに光学的に結合された第１位相シフタと、
前記第１位相シフタを介して前記多モード干渉器の前記一次側−端面の前記第１ポートに光学的に結合される第１光導波路と、
前記多モード干渉器の前記一次側−端面の前記第２ポートに光学的に結合される第２光導波路と、
前記多モード干渉器の前記二次側−端面の前記第１ポートに光学的に結合された一端と他端とを有するテーパ導波路と、
を備え、
前記多モード干渉器の前記一次側−端面から前記二次側−端面への方向に延在する第１軸、第２軸及び第３軸に関して、前記一次側−端面の前記第１ポート及び前記一次側−端面の前記第２ポートは、それぞれ、前記一次側−端面において前記第１軸及び前記第２軸上に位置すると共に、前記二次側−端面の前記第１ポートは、前記二次側−端面において前記第３軸上に位置し、前記第３軸は前記第１軸と前記第２軸との間において延在し、
前記テーパ導波路の幅は、当該テーパ導波路の前記一端から前記他端への方向に縮小していく、偏波制御素子。
【請求項２】
前記第１側面及び前記第２側面は前記多モード干渉器の前記一次側−端面から前記多モード干渉器の二次側−端面への方向に延在し、
前記第１光導波路の外側側面は前記多モード干渉器の前記第１側面に連続的に繋がり、
前記第２光導波路の外側側面は前記多モード干渉器の前記第２側面に連続的に繋がる、請求項１に記載された偏波制御素子。
【請求項３】
ポートを有する一次側−端、第１ポート及び第２ポートを含む二次側−端を有する分岐導波路を更に備え、
前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、それぞれ、前記分岐導波路の前記二次側−端の前記第１ポート及び前記第２ポートに光学的に結合される、請求項１又は請求項２に記載された偏波制御素子。
【請求項４】
前記多モード干渉器の前記一次側−端面は、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に位置する第３ポートを有し、
当該偏波制御素子は、前記多モード干渉器の前記一次側−端面の前記第３ポートに光学的に結合される第３光導波路を更に備え、
前記一次側−端面の前記第３ポートは、前記一次側−端面において前記第３軸上に位置する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された偏波制御素子。
【請求項５】
ポートを有する一次側−端面、第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する二次側−端面、並びに第１側面及び第２側面を備える第２多モード干渉器を更に備え、
前記第１光導波路、前記第２光導波路及び前記第３光導波路は、それぞれ、前記第２多モード干渉器の前記二次側−端の前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートに光学的に結合される、請求項４に記載された偏波制御素子。
【請求項６】
ポートを有する一次側−端、第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する二次側−端を有する分岐導波路を更に備え、
前記第１光導波路、前記第２光導波路及び前記第３光導波路は、それぞれ、前記分岐導波路の前記二次側−端の前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートに光学的に結合される、請求項４に記載された偏波制御素子。
【請求項７】
前記多モード干渉器は２×１構造を有する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された偏波制御素子。
【請求項８】
前記多モード干渉器は３×１構造を有する、請求項１、請求項２、請求項４、請求項５、及び請求項６のいずれか一項に記載された偏波制御素子。
【請求項９】
ＴＥ偏光の光を含む入力光を前記ポートに提供する入力導波路を更に備える、請求項３、請求項５、及び請求項６のいずれか一項に記載された偏波制御素子。
【請求項１０】
ＴＥ偏光及びＴＭ偏光の光を含む入力光を前記多モード干渉器に提供する第３光導波路を更に備え、
前記第３光導波路は、前記テーパ導波路を介して前記二次側−端面の前記第１ポートに光学的に結合される、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された偏波制御素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波制御素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、偏波回転素子を開示する。この偏波回転素子は、矩形断面の第一のコアと、矩形断面の第二のコアと、クラッドとを備える。第二のコアは、第一のコアを覆うように配置される。クラッドは、この第二のコアを覆うように配置される。第一のコアの屈折率が第二のコアおよびクラッドの屈折率よりも大きく、第二のコアの屈折率がクラッドの屈折率よりも大きい。第一のコアの光伝搬方向の中心軸は第二のコアの光伝搬方向の中心軸と異なる。第二のコアの光伝搬方向の長さが、入射した直線偏波の光の偏波が第一、第二のコアを伝搬する間に９０度回転する長さである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４１０１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の偏波回転素子では、第一のコアと第二のコアとクラッドとを設け、第一のコアの光伝搬方向の中心軸と第二のコアの光伝搬方向の中心軸が一致しない偏芯二重コア構造を採用する。この偏芯二重コア構造の光導波路中を、直線偏波の光を一定距離伝搬させることで、偏波状態を変化させることができる。偏波回転素子の前段に偏波分離素子を設けることで、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分が混在した光を偏波面に応じて分離し、分離した一方の偏波成分（例えばＴＭ）の偏波面を９０度の角度で回転させて他方の偏波成分に変化させ、偏波回転素子を通過した偏波成分と通過しない偏波成分とを合波することにより、全体として偏波無依存型導波路を実現できる。
【０００５】
より具体的には、特許文献１の偏波回転素子の構造は、Ｓｉ導波路と、このＳｉ導波路上にかぶせられたＳｉＯＮとを有する。この構造において、Ｓｉ導波路とＳｉＯＮの側壁を一致させる。この構造の作製では、Ｓｉ導波路をエッチングした後にＳｉＯＮを成膜する。この作製においては、ＳｉＯＮエッチング側面がＳｉ導波路側面と一致するような、高精度なアライメントを必要とする。しかしながら、現実にはアライメントずれをゼロにできず、ＳｉＯＮエッチング側面をＳｉ導波路側面に完全に一致させることができない。ＳｉＯＮエッチング側面とＳｉ導波路側面との不一致は、アライメントに起因するので、不可避であり、この結果として、偏波回転素子の安定作製が困難になり、これ故に、偏波回転素子の特性ばらつきを引き起こす。
【０００６】
本発明の目的は、簡素な構造により偏波の制御を可能する偏波制御素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る偏波制御素子は、（ａ）第１ポート及び第２ポートを有する一次側−端面、第１ポートを有する二次側−端面、並びに第１側面及び第２側面を備える多モード干渉器と、（ｂ）前記多モード干渉器の前記一次側−端面の前記第１ポートに光学的に結合された第１位相シフタと、（ｃ）前記第１位相シフタを介して前記多モード干渉器の前記一次側−端面の前記第１ポートに光学的に結合される第１光導波路と、（ｄ）前記多モード干渉器の前記一次側−端面の前記第２ポートに光学的に結合される第２光導波路と、（ｅ）前記多モード干渉器の前記二次側−端面の前記第１ポートに光学的に結合された一端と他端とを有するテーパ導波路とを備え、前記多モード干渉器の前記一次側−端面から前記二次側−端面への方向に延在する第１軸、第２軸及び第３軸に関して、前記一次側−端面の前記第１ポート及び前記一次側−端面の前記第２ポートは、それぞれ、前記一次側−端面において前記第１軸及び前記第２軸上に位置すると共に、前記二次側−端面の前記第１ポートは、前記二次側−端面において前記第３軸上に位置し、前記第３軸は前記第１軸と前記第２軸との間において延在し、前記テーパ導波路の幅は、当該テーパ導波路の前記一端から前記他端への方向に小さくなる。
【０００８】
この偏波制御素子によれば、第１光導波路は、第１位相シフタを介して多モード干渉器の一次側−端面の第１ポートに光学的に結合されると共に、第２光導波路は、多モード干渉器の一次側−端面の第２ポートに光学的に結合される。これ故に、第１位相シフタを用いて第１光導波路の伝搬光及び第２光導波路の伝搬光に位相差を付けることができる。この位相差の付いた２つの伝搬光が、それぞれ、多モード干渉器の一次側−端面の第１ポート及び第２ポートに入射する。この位相差に起因して、多モード干渉器の一次側−端面にＴＥ偏光の光が入射するとき、多モード干渉器の二次側−端面の第１ポートにＴＥ偏光の１次モードの光が生成される。この高次モードの光はテーパ導波路に入射して、テーパ導波路を伝搬する。テーパ導波路の導波路幅の縮小により、テーパ導波路内のＴＥ偏光の１次モードの光は基底モードのＴＭ偏光の光に変換される。
【０００９】
一方、テーパ導波路の他端に基底モードのＴＭ偏光の光が入射するとき、テーパ導波路は、このＴＭ偏光の光を高次モードのＴＥ偏光の光に変換する。変換された高次モードのＴＥ偏光の光は多モード干渉器の二次側−端面の第１ポートに入射する。多モード干渉器は、その一次側−端面の第１ポート及び第２ポートにＴＥ偏光の基底モードの光を生成する。これらの第１ポート及び第２ポートにおけるＴＥ偏光の光の位相は、互いに異なる。これらの光は、それぞれ、第１光導波路及び第２光導波路を伝搬する。第１位相シフタを用いて第１光導波路の伝搬光及び第２光導波路の伝搬光の位相を調整できる。
【００１０】
本発明に係る偏波制御素子では、前記第１側面及び前記第２側面は前記多モード干渉器の前記一次側−端面から前記多モード干渉器の二次側−端面への方向に延在し、前記第１光導波路の外側側面は前記多モード干渉器の前記第１側面に連続的に繋がり、前記第２光導波路の外側側面は前記多モード干渉器の前記第２側面に連続的に繋がることができる。
【００１１】
この偏波制御素子によれば、多モード干渉器における多重干渉が良好になり、多モード干渉器自体における光学損失が低減でいる。
【００１２】
本発明に係る偏波制御素子は、ポートを有する一次側−端、第１ポート及び第２ポートを有する二次側−端を含む分岐導波路を更に備えることができる。前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、それぞれ、前記分岐導波路の前記二次側−端の前記第１ポート及び前記第２ポートに光学的に結合される。
【００１３】
この偏波制御素子によれば、分岐導波路は第１光導波路及び第２光導波路に同位相の光を提供できる。第１位相シフタを用いて第１光導波路の伝搬光及び第２光導波路の伝搬光に位相差を付けて、同じ偏波で異なる位相の光を多モード干渉器に提供できる。この位相差の調整により、多モード干渉器の一次側−端面の第１及び第２ポートに、所望の位相差の光を提供できる。
【００１４】
本発明に係る偏波制御素子では、前記多モード干渉器の前記一次側−端面は、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に位置する第３ポートを有し、当該偏波制御素子は、前記多モード干渉器の前記一次側−端面の前記第３ポートに光学的に結合される第３光導波路を更に備えることができる。前記一次側−端面の前記第３ポートは、前記一次側−端面において前記第３軸上に位置する。
【００１５】
この偏波制御素子によれば、第３光導波路は、多モード干渉器の一次側−端面の第３ポートに光学的に結合される。一次側−端面の第３ポートは一次側−端面において第３軸上に位置する。これ故に、第３光導波路からの光は、二次側−端面の第３軸上のポートに結像する。多モード干渉器の一次側−端面にＴＥ偏光の光が入射するとき、多モード干渉器の二次側−端面の第１ポートにＴＥ偏光の基底モードの光が生成される。
【００１６】
一方、偏波制御素子は受動素子から構成されるので、偏波制御素子をＴＥ偏光の光が逆進するとき、テーパ導波路はＴM偏光の基底モードの光からＴＥ偏光の高次モードの光を生成する。この光は、多モード干渉器の一次側−端面の第１ポートに入射して、多モード干渉器はＴＥ偏光の光を第３ポートの光を提供する。
【００１７】
本発明に係る偏波制御素子は、ポートを有する一次側−端面、第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する二次側−端面、並びに第１側面及び第２側面を備える別の多モード干渉器を更に備えることができる。前記第１光導波路、前記第２光導波路及び前記第３光導波路は、それぞれ、別の多モード干渉器の前記二次側−端の前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートに光学的に結合される。
【００１８】
本発明に係る偏波制御素子は、ポートを有する一次側−端、第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する二次側−端を有する分岐導波路を更に備えることができる。前記第１光導波路、前記第２光導波路及び前記第３光導波路は、それぞれ、前記分岐導波路の前記二次側−端の前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートに光学的に結合される。
【００１９】
本発明に係る偏波制御素子では、前記多モード干渉器は２×１構造を有することができる。或いは、本発明に係る偏波制御素子では、前記多モード干渉器は３×１構造を有することができる。
【００２０】
本発明に係る偏波制御素子は、ＴＥ偏光の光を含む入力光を前記ポートに提供する入力導波路を更に備えることができる。
【００２１】
本発明に係る偏波制御素子は、ＴＥ偏光の光及び／又はＴＭ偏光の光を含む入力光を前記多モード干渉器に提供する第３光導波路を更に備えることができる。前記第３光導波路は、前記テーパ導波路を介して前記第３ポートに光学的に結合される。
【００２２】
この偏波制御素子によれば、ＴＥ偏光の基底モードの光をＴE偏光の基底モードの光として生成でき、ＴＭ偏光の基底モードの光をＴＥ偏光の基底モードの光に変換できる。
【００２３】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構造により偏波の制御を可能する偏波制御素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は本実施の形態に係る偏波制御素子の構造を示す図面である。
【図２】図２は、図１に示された偏波制御素子における光の伝搬を示す図面である。
【図３】図３は本実施の形態に係る偏波制御素子の構造を示す図面である。
【図４】図４は、図３に示された偏波制御素子における光の伝搬を示す図面である。
【図５】図５は本実施の形態に係る偏波制御素子の構造を示す図面である。
【図６】図６は、図５に示された偏波制御素子における光の伝搬を示す図面である。
【図７】図７は、ＦＤＴＤ法を用いたＭＭＩの干渉パターンの計算結果を示す図面である。
【図８】図８は、テーパ部の動作を示す図面である。
【図９】図９は、ＦＤＴＤ法による計算に用いた導波路構造を示す図面である。
【図１０】図１０は、異なる長さの２種類の多モード干渉器において、ＭＭＩ長を変えたとき、ＴＥ基本モードをポートに入射したときに、ポートから出力されるＴＥ偏光の１次モード光の強度を示す図面である。
【図１１】図１１は、多モード干渉器の外側のポートが理想的な接続位置からシフトされているとき、多モード干渉器のポートから出力されるＴＥ偏光の一次モードの光強度を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の偏波制御素子に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２７】
図１は、本実施の形態に係る偏波制御素子の構造を示す図面である。図２は、図１に示された偏波制御素子における光の伝搬を示す図面である。偏波制御素子１１ａは、多モード干渉器１３、第１位相シフタ１５ａ、第２位相シフタ１５ｂ、第１光導波路１７ａ、第２光導波路１７ｂ、及びテーパ導波路１９を備える。多モード干渉器１３は、一次側−端面２１ａ、二次側−端面２１ｂ、第１側面２１ｃ及び第２側面２１ｄを有して、多モード導波路の構造を有する。多モード干渉器１３、第１光導波路１７ａ、第２光導波路１７ｂ、及びテーパ導波路１９は、基板１０上に設けられることができる。多モード干渉器１３、第１光導波路１７ａ、第２光導波路１７ｂ、及びテーパ導波路１９は、第１クラッド、コア及び第２クラッドを含み、第１クラッド、コア及び第２クラッドは基板１０上に順に配置される。一次側−端面２１ａは、第１ポート２３ａ及び第２ポート２３ｂを有する。二次側−端面２１ｂ、第１ポート２５を有する。多モード干渉器１３では、第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３は、その一次側−端面２１ａから二次側−端面２１ｂへの方向に延在しており、また第３軸Ａｘ３は第１軸Ａｘ１と第２軸Ａｘ２との間において延在する。第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３に関して、一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａ及び一次側−端面２１ａの第２ポート２３ｂは、それぞれ、一次側−端面２１ａにおいて第１軸Ａｘ１及び第２軸Ａｘ２上に位置すると共に、二次側−端面２１ｂの第１ポート２５は二次側−端面２１ｂにおいて第３軸Ａｘ３上に位置する。多モード干渉器１３では、第１軸Ａｘ１、第３軸Ａｘ３及び第２軸Ａｘ２は、一側面２１ａから他側面２１ｂへの方向に順に配列されており、等間隔に配置されることが好ましい。
【００２８】
第１位相シフタ１５ａは、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに光学的に結合される。第２位相シフタ１５ｂは、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第２ポート２３ｂに光学的に結合される。第１位相シフタ１５ａ及び第２位相シフタ１５ｂは、それぞれのシングルモード導波路を介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂに光学的に接続されることができる。第１光導波路１７ａは、第１位相シフタ１５ａを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに光学的に結合される。第２光導波路１７ｂは、第２位相シフタ１５ｂを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第２ポート１５ｂに光学的に結合される。第１光導波路１７ａ及び第２光導波路と１７ｂは、シングルモード導波路からなることができる。
【００２９】
また、第１位相シフタ１５ａ及び第２位相シフタ１５ｂは、また、第１クラッド、コア及び第２クラッドを含む導波路構造を有し、更にこの導波路構造の屈折率を変更するための電極、ヒータ等を含むことができる。また、偏波制御素子１１ａの構造では、２つの位相シフタを用いているけれども、いずれか一つの光導波路上に位相シフタを設けることができ、これは、引き続き説明される偏波制御素子１１ｂ、１１ｃの構造にも適用される。
【００３０】
テーパ導波路１９は一端１９ａから他端１９ｂを有する。テーパ導波路１９の一端１９ａは、多モード干渉器１３の二次側−端面２１ａの第１ポート２５に光学的に結合される。テーパ導波路１９の幅ＷＴＰは当該テーパ導波路１９の一端１９ａから他端１９ｂへの方向に小さくなる。テーパ導波路１９の一端１９ａは、マルチモード導波路１８を介して多モード干渉器１３の二次側−端面２１ａの第１ポート２５に光学的に結合されることができる。
【００３１】
図２を参照しながら、この偏波制御素子１１ａにおける光の伝搬を説明する。第１光導波路１７ａは、第１位相シフタ１５ａを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに光学的に結合されると共に、第２光導波路１７ｂは、第２位相シフタ１５ｂを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第２ポート２３ｂに光学的に結合される。これ故に、第１位相シフタ１５ａ及び第２位相シフタ１５ｂの両方をそれぞれ又はいずれか一方を用いて第１光導波路１７ａの伝搬光及び第２光導波路１７ｂの伝搬光に位相差を付けることができる。この位相差の付いた２つの伝搬光が、それぞれ、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａ及び第２ポート２３ｂに入射する。この位相差に起因して、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａにＴＥ偏光の光が入射するとき、多モード干渉器１３の二次側−端面２１ｂの第１ポート２５にＴＥ１偏波の高次モードの光が生成される。この高次モードの光はテーパ導波路１９に入射して、テーパ導波路１９を伝搬する。テーパ導波路１９の一端１９ａにＴＥ偏光の高次モード光が入射するとき、テーパ導波路１９の導波路幅ＷＴＰの縮小により、テーパ導波路１９内の高次モードの光は基底モードのＴＭ偏光の光に変換される。
【００３２】
一方、テーパ導波路１９の他端１９ｂにＴＭ偏光の光が入射するとき、テーパ導波路は、基底モードのＴＭ偏光の光を高次モードのＴＥ偏光の光に変換する。変換された高次モードのＴＥ偏光の光は多モード導波路１８を介して多モード干渉器１３の二次側−端面２１ａの第１ポート２５に入射する。多モード干渉器１３は、その一次側−端面２１ａの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂにＴＥ偏光の基底モードの光を生成する。これらの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂにおけるＴＥ偏光の光の位相は、互いに異なる。位相調整された光は、それぞれ、第１及び第２光導波路１７ａ、１７ｂを伝搬する。第１及び第２位相シフタ１５ａ、１５ｂをそれぞれ用いて第１光導波路１７ａの伝搬光及び第２光導波路１７ｂの伝搬光の位相を調整できる。
【００３３】
再び図１を参照しながら、偏波制御素子１１ａを説明する。一次側−端面２１ａ、二次側−端面２１ｂ、第１側面２１ｃ及び第２側面２１ｄは、多モード導波路を規定している。多モード干渉器１３の多モード導波路は、コアと、このコアを挟む第１クラッド及び第２クラッドとを含み、第１クラッド、コア及び第２クラッドは基板１０上に順に設けられる。第１光導波路２９ａは、一次側−端面２１ａから二次側−端面２１ｂへ延在する３つの軸のうちの第１軸Ａｘ１上において一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに接続され、第１軸Ａｘ１に沿って延在する。第２光導波路２９ｂは、一次側−端面２１ａから二次側−端面２１ｂへ延在する３つの軸のうちの第２軸Ａｘ２上において一次側−端面２１ａの第２ポート２３ｂに接続され、」第２軸Ａｘ２に沿って延在する。テーパ導波路１９は、一次側−端面２１ａから二次側−端面２１ｂへ延在する３つの軸のうちの第３軸Ａｘ３上において二次側−端面２１ｂの第１ポート２５に接続される。多モード干渉器の第１及び第２側面２１ｃ、２１ｄは、第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３の方向に延在する。多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａには、第１点（第１ポート２３ａの位置）、第３点及び第２点（第２ポート２３ｂ）が多モード干渉器１３の第１側面２１ｃから第２側面２１ｄの方向に順に配列される。これら３点（第１点、第３点及び第２点）は、それぞれ、一次側−端面２１ａに沿って延在する第１基準面と第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３との交点として規定されることができる。多モード干渉器１３の二次側−端面２１ｂには、第１点、第３点（第１ポート２５の位置）及び第２点が多モード干渉器１３の第１側面２１ｃから第２側面２１ｄの方向に順に配列される。
【００３４】
第１及び第２側面２１ｃ、２１ｄは多モード干渉器１３の一次側−端面２１ｑａから二次側−端面２１ｂへの方向に延在する。一実施例では、第１光導波路２９ａの外側側面３１ａは多モード干渉器１３の第１側面２１ｃに連続的に繋がり、第２光導波路２９ｂの外側側面３３ａは多モード干渉器１３の第２側面２１ｄに連続的に繋がる。この偏波制御素子１１ａによれば、多モード干渉器１３における多重干渉が良好になり、多モード干渉器自体における光学損失が低減でいる。また、第１光導波路２９ａの内側側面３１ｂは一次側−端面２１ａに接続される。第２光導波路２９ｂの内側側面３３ｂは一次側−端面２１ａに接続される。テーパ導波路１９の一対の側面３５ａ、３５ｂは二次側−端面２１ｂに接続される。
【００３５】
図１に示されるように、偏波制御素子１１ａは分岐（合波）導波路３９を更に備え、分岐導波路３９は一次側−端３９ａ及び二次側−端３９ｂを有する。一次側−端３９ａはポート４１ａを有し、二次側−端３９ｂは第１ポート４３ａ及び第２ポート４３ｂを有する。これ故に、分岐導波路３９は一ポート−二ポートの構造を有する。光導波路１７ａ、１７ｂは、それぞれ、分岐導波路３９の二次側−端３９ｂの第１及び第２ポート４３ａ、４３ｂに光学的に結合される。この偏波制御素子１１ａによれば、分岐導波路３９は同位相の光を光導波路１７ａ、１７ｂに提供できる。第１及び第２位相シフタ１５ａ、１５ｂをそれぞれ用いて光導波路１７ａの伝搬光及び第２光導波路１７ｂの伝搬光に位相差を付けて、同じ偏波であり異なる位相の光を多モード干渉器１３に提供できる。この位相差の調整により、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂに、所望の位相差の光を提供できる。分岐導波路３９は光導波路１７ａ、１７ｂからの光を合波できる。
【００３６】
図１及び図２に示されるように、多モード干渉器１３は２×１構造を有することができる。
【００３７】
偏波制御素子１１ａは入力ポート４７ａ及び出力ポート４７ｂを備えることができる。偏波制御素子１１ａは入力導波路４５を更に備えることができる。入力導波路４５は、ＴＥ偏光の光を含む入力光をポート４１ａに提供することができる。入力導波路４５は、一実施例では、分岐導波路３９のポート４１から偏波制御素子１１ａの入力ポート４７ａに到達する。この偏波制御素子１１ａは出力ポート４７ｂに基底モードのＴＭ偏光の光を生成し、またテーパ導波路１９及びシングルモード導波路（５１）を介して出力ポート４７ｂに至る。
【００３８】
或いは、偏波制御素子１１ａは入力ポート４９ａ及び出力ポート４９ｂを備えることができる。偏波制御素子１１ａは入力光導波路５１を更に備えることができる。入力光導波路５１は、ＴＥ偏光の光及び／又はＴＭ偏光の光を含む入力光を多モード干渉器１３に提供する。入力光導波路５１は、テーパ導波路１９を介して第１ポート２５に光学的に結合される。入力光導波路５１はシングルモード導波路であることができる。一実施例では、偏波制御素子１１ａは、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂに基底モードのＴＥ偏光の光を生成する。これらの光は、それぞれ、位相シフタ１５ａ、１５ｂを介して分岐導波路３７に入力して、この分岐導波路３９は合波光を生成する。なお、位相シフタ１５ａ、１５ｂのいずれか一方を用いることができる。合波光は、シングルモード導波路（４５）を介して偏波制御素子１１ａの出力ポート４９ｂに至る。
【００３９】
この偏波制御素子１１ａによれば、ＴＥ偏光の基底モードの光をＴＭ偏光の基底モードの光に変換でき、ＴＭ偏光の基底モードの光をＴＥ偏光の基底モードの光に変換できる。
【００４０】
図３は、本実施の形態に係る偏波制御素子の構造を示す図面である。図４は、図３に示された偏波制御素子における光の伝搬を示す図面である。偏波制御素子１１ｂは、多モード干渉器１３、第１位相シフタ１５ａ、第２位相シフタ１５ｂ、第３位相シフタ１５ｃ、第１光導波路１７ａ、第２光導波路１７ｂ、第３光導波路１７ｃ、及びテーパ導波路１９を備える。多モード干渉器１３は、一次側−端面２１ａ、二次側−端面２１ｂ、第１側面２１ｃ及び第２側面２１ｄを有して、多モード導波路の構造を有する。多モード干渉器１３、光導波路１７ａ〜１７ｃ、及びテーパ導波路１９は、基板１０上に設けられることができる。多モード干渉器１３、第１光導波路１７ａ、第２光導波路１７ｂ、第３光導波路１７ｃ、及びテーパ導波路１９は、第１クラッド、コア及び第２クラッドを含み、第１クラッド、コア及び第２クラッドは基板１０上に順に設けられる。一次側−端面２１ａは、第１ポート２３ａ、第２ポート２３ｂ及び第３ポート２３ｃを有する。第３ポート２３ｃは、第１ポート２３ａと第２ポート２３ｂとの間に位置する。二次側−端面２１ｂは、第１ポート２５を有する。多モード干渉器１３では、第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３は、その一次側−端面２１ａから二次側−端面２１ｂへの方向に延在している。第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３に関して、一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａ、第２ポート２３ｂ及び第３ポート２３ｃは、それぞれ、一次側−端面２１ａにおいて第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３上に位置する。また、二次側−端面２１ｂの第１ポート２５は二次側−端面２１ｂにおいて第３軸Ａｘ３上に位置する。多モード干渉器１３では、第１軸Ａｘ１、第３軸Ａｘ３及び第２軸Ａｘ２は、一側面２１ａから他側面２１ｂへの方向に順に配列されており、等間隔に配置されることが好ましい。
【００４１】
偏波制御素子１１ｂでは、第１位相シフタ１５ａは、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに光学的に結合される。第２位相シフタ１５ｂは、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第２ポート２３ｂに光学的に結合される。第３位相シフタ１５ｃは、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第３ポート２３ｃに光学的に結合される。第１位相シフタ１５ａ、第２位相シフタ１５ｂ、及び第３位相シフタ１５ｃは、それぞれのシングルモード導波路を介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１、第２ポート及び第３ポート２３ａ、２３ｂ、２３ｃに光学的に接続されることができる。第１光導波路１７ａは、第１位相シフタ１５ａを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに光学的に結合される。第２光導波路１７ｂとは、第２位相シフタ１５ｂを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第２ポート１５ｂに光学的に結合される。第３光導波路と１７ｃは、第３位相シフタ１５ｃを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第３ポート１５ｃに光学的に結合される。第１光導波路１７ａ、第２光導波路と１７ｂ及び第３光導波路と１７ｃは、シングルモード導波路からなることができる。
【００４２】
また、第１位相シフタ１５ａ、第２位相シフタ１５ｂ及び第３位相シフタ１５ｃは、また、第１クラッド、コア及び第２クラッドを含む導波路構造を有し、更にこの導波路構造の屈折率を変更するための電極、ヒータ等を含むことができる。
【００４３】
テーパ導波路１９は一端１９ａから他端１９ｂを有する。テーパ導波路１９の一端１９ａは、多モード干渉器１３の二次側−端面２１ａの第１ポート２５に光学的に結合される。テーパ導波路１９の幅ＷＴＰは当該テーパ導波路１９の一端から１９ａ他端１９ｂへの方向に小さくなる。
【００４４】
図４を参照しながら、この偏波制御素子１１ａにおける光の伝搬を説明する。第１光導波路１７ａは、第１位相シフタ１５ａを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに光学的に結合されると共に、第２光導波路１７ｂは、第２位相シフタ１５ｂを介して多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第２ポート２３ｂに光学的に結合される。これ故に、第１位相シフタ１５ａ及び第２位相シフタ１５ｂをそれぞれ用いて第１光導波路１７ａの伝搬光及び第２光導波路１７ｂの伝搬光に位相差を付けることができる。この位相差の付いた２つの伝搬光が、それぞれ、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａ及び第２ポート２３ｂに入射する。この位相差に起因して、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａにＴＥ偏光の光が入射するとき、多モード干渉器１３の二次側−端面２１ｂの第１ポート２５にＴＥ１偏波の高次モードの光が生成される。この高次モードの光はテーパ導波路１９に入射して、テーパ導波路１９を伝搬する。テーパ導波路１９の一端１９ａにＴＥ偏光の高次モード光が入射するとき、テーパ導波路１９の導波路幅ＷＴＰの縮小により、テーパ導波路１９内の高次モードの光は基底モードのＴＭ偏光の光に変換される。
【００４５】
また、第３光導波路１７ｃは、第３位相シフタ１５ｃを介して多モード干渉器の一次側−端面２１ａの第３ポート２３ｃに光学的に結合される。一次側−端面２１ａの第３ポート２３ｃは一次側−端面２１ａにおいて第３軸Ａｘ上に位置する。これ故に、第３光導波路１７ｃからの光は、二次側−端面２１ｂの第３軸Ａｘ上のポート２５に結像する。多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａにＴＥ偏光の光が入射するとき、多モード干渉器１３の二次側−端面２１ｂの第１ポート２５にＴＥ１の基底モードの光が生成される。
【００４６】
一方、偏波制御素子１１ｂは受動素子から構成されるので、偏波制御素子１１ｂをＴＥ偏光の光が逆進するとき、テーパ導波路はＴＥ偏光の基底モードの光からＴＥ偏光の基底モードの光を生成する。光は、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに入射するとき、多モード干渉器１３はＴＥ偏光の光を第３ポート２３ｃに結像させる。具体的に説明すれば、テーパ導波路１９の他端１９ｂにＴＭ偏光の光が入射するとき、テーパ導波路１９は、基底モードのＴＭ偏光の光を高次モードのＴＥ偏光の光に変換する。変換された高次モードのＴＥ偏光の光は多モード干渉器１３の二次側−端面２１ａの第１ポート２５に入射する。多モード干渉器１３は、その一次側−端面２１ａの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂにＴＥ偏光の基底モードの光を生成する。これらの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂにおけるＴＥ偏光の光の位相は、互いに異なる。第１及び第２位相シフタ１５ａ、１５ｂをそれぞれ用いて第１光導波路１７ａの伝搬光及び第２光導波路１７ｂの伝搬光の位相を調整できる。この後に、これらの光は、それぞれ、第１及び第２光導波路１７ａ、１７ｂを伝搬する。
【００４７】
また、テーパ導波路１９の他端１９ｂに基底モードのＴＥ偏光の光が入射するとき、テーパ導波路１９は、基底モードのＴＥ偏光の光をそのまま出力する。出力された基底モードのＴＥ偏光の光は多モード干渉器１３の二次側−端面２１ａの第１ポート２５に入射する。多モード干渉器１３は、その一次側−端面２１ａの第３ポート２３ｃにＴＥ偏光の基底モードの光を生成する。第３ポート２３ｃにおけるＴＥ偏光の光は、第３光導波路１７ｃを伝搬する。第３位相シフタ１５ｃを用いて第１光導波路１７ａの伝搬光及び第２光導波路１７ｂの伝搬光の位相に対して、第３光導波路１７ｃの伝搬光を調整できる。
【００４８】
再び図３を参照しながら、偏波制御素子１１ｂを説明する。光導波路２９ａは、一次側−端面２１ａから二次側−端面２１ｂへ延在する３つの軸のうちの第１軸Ａｘ１上において一次側−端面２１ａの第１ポート２３ａに接続される。光導波路２９ｂは、一次側−端面２１ａから二次側−端面２１ｂへ延在する３つの軸のうちの第２軸Ａｘ２上において一次側−端面２１ｂの第２ポート２３ｂに接続される。光導波路２９ｃは、一次側−端面２１ａから二次側−端面２１ｂへ延在する３つの軸のうちの第３軸Ａｘ３上において一次側−端面２１ｂの第３ポート２３ｃに接続される。テーパ導波路１９は、一次側−端面２１ａから二次側−端面２１ｂへ延在する３つの軸のうちの第３軸Ａｘ３上において二次側−端面２１ｂの第１ポート２５に接続される。多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａには、第１点（第１ポート２３ａの位置）、第３点（第３ポート２３ｃ）及び第３点（第２ポート２３ｂ）が多モード干渉器１３の第１側面２１ｃから第２側面２１ｄの方向に順に配列される。これら３点（第１点、第３点及び第３点）は、それぞれ、一次側−端面２１ａに沿って延在する第１基準面と第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３との交点として規定されることができる。多モード干渉器１３の二次側−端面２１ａには、第１点、第３点（第１ポート２５の位置）及び第２点が多モード干渉器１３の第１側面２１ｃから第２側面２１ｄの方向に順に配列される。
【００４９】
第１及び第２側面２１ｃ、２１ｄは多モード干渉器１３の一次側−端面２１ｑａから二次側−端面２１ｂへの方向に延在する。一実施例では、光導波路２９ａの外側側面３１ａは多モード干渉器１３の第１側面２１ｃに連続的に繋がり、光導波路２９ｂの外側側面３３ａは多モード干渉器１３の第２側面２１ｄに連続的に繋がる。この偏波制御素子１１ａによれば、多モード干渉器１３における多重干渉が良好になり、多モード干渉器自体における光学損失が低減でいる。また、光導波路２９ａの内側側面３１ｂは一次側−端面２１ａに接続される。光導波路２９ｂの内側側面３３ｃは一次側−端面２１ａに接続される。光導波路２９ｃの一対の側面５３ａ、５３ｂは一次側−端面２１ａに接続される。テーパ導波路１９の一対の側面３５ａ、３５ｂは、二次側−端面２１ｂに接続されることができ、或いはマルチモード導波路１８一対の側面を介して二次側−端面２１ｂに接続される。
【００５０】
図３に示されるように、偏波制御素子１１ｂは、一入力−三出力の分岐導波路３９を更に備えることができる。この分岐導波路３７は、偏波制御素子１１ａの分岐導波路に対して、二次側−端３９ｂに第３ポート４３ｃを更に備える。偏波制御素子１１ｂの分岐導波路３７では、一次側−端３７ａはポート４１ａを有すると共に、二次側−端３７ｂは第１ポート４３ａ、第２ポート４３ｂ及び第３ポート４３ｃを有する。第１光導波路１７ａ、第２光導波路１７ｂ及び第３光導波路１７ｃは、それぞれ、分岐導波路３９の二次側−端３９ｂの第１ポート４３ａ、第２ポート４３ｂ及び第３ポート４３ｃに光学的に結合される。
【００５１】
本実施例では、分岐導波路３７は、２つの一ポート−二ポートの分岐（合波）導波路を含む。第１の一ポート−二ポートの分岐（合波）導波路の一ポートは、光導波路４５からに接続される。第１の一ポート−二ポートの分岐（合波）導波路の二ポートの一方は位相シフタ１５ｂに接続され、第１の一ポート−二ポートの分岐（合波）導波路の二ポートの他方は、第２の一ポート−二ポートの分岐（合波）導波路の二ポートを介して位相シフタ１５ａ、１５ｃに接続される。
【００５２】
偏波制御素子１１ｂは入力ポート４７ａ及び出力ポート４７ｂを備えることができる。偏波制御素子１１ｂの入力導波路４５は、ＴＥ偏光の光を含む入力光をポート４１ａに提供することができる。入力導波路４５は、一実施例では、偏波制御素子１１ａの入力ポート４７ａに到達する。この偏波制御素子１１ｂは出力ポート４７ｂに基底モードのＴＭ偏光の光及び基底モードのＴＥ偏光の光を生成し、またテーパ導波路１９及びシングルモード導波路（５１）を介して出力ポート４７ｂに至る。
【００５３】
或いは、偏波制御素子１１ｂは入力ポート４９ａ及び出力ポート４９ｂを備えることができる。偏波制御素子１１ｂの入力光導波路５１は、ＴＥ偏光の光及び／又はＴＭ偏光の光を含む入力光を多モード干渉器１３に提供する。光導波路５１は、テーパ導波路１９を介して第１ポート２５に光学的に結合される。光導波路５１はシングルモード導波路であることができる。一実施例では、偏波制御素子１１ｂは、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂに基底モードのＴＥ偏光の光を生成する。これらの光は、位相シフタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを介して分岐導波路３９に入力して、この分岐導波路３７は合波光を生成する。合波光は、シングルモード導波路（４５）を介して偏波制御素子１１ｂの出力ポート４９ｂに至る。
【００５４】
この偏波制御素子１１ｂによれば、ＴＥ偏光の基底モードの光をＴＭ偏光の基底モードの光に変換でき、ＴＭ偏光の基底モードの光をＴＥ偏光の基底モードの光に変換できる。
【００５５】
図５は、本実施の形態に係る偏波制御素子の構造を示す図面である。図６は、図５に示された偏波制御素子における光の伝搬を示す図面である。偏波制御素子１１ｃは、多モード干渉器１３、第１位相シフタ１５ａ、第２位相シフタ１５ｂ、第３位相シフタ１５ｃ、第１光導波路１７ａ、第２光導波路１７ｂ、第３光導波路１７ｃ、及びテーパ導波路１９を備える。偏波制御素子１１ｃは、更に分岐（合波）導波路３９として多モード干渉器５７を含む。本実施例では、多モード干渉器５７は１×３構造を有する。第２多モード干渉器５７は、一次側−端面５７ａ、二次側−端面５７ｂ、第１側面５７ｃ及び第２側面５７ｄを備える。一次側−端面５７ａは、ポート５９ａを有する。二次側−端面５７ｂは、第１ポート６１ａ、第２ポート６１ｂ及び第３ポート６１ｃを有する。第１光導波路１７ａ、第２光導波路１７ｂ及び第３光導波路１７ｃは、それぞれ、第２多モード干渉器５７の二次側−端５７ｂの第１ポート６１ａ、第２ポート６１ｂ及び第３ポート６１ｃに光学的に結合される。
【００５６】
図５及び図６に示されるように、多モード干渉器１３は３×１構造を有することができる。
【００５７】
偏波制御素子１１ｃは入力ポート４７ａ及び出力ポート４７ｂを備えることができる。偏波制御素子１１ｃの入力導波路４５は、ＴＥ偏光の光を含む入力光をポート４１ａに提供することができる。入力導波路４５は、一実施例では、偏波制御素子１１ａの入力ポート４７ａに到達する。入力導波路４５からのＴＥ偏光の光は、多モード干渉器５７のポート５９ａに入力して、多モード干渉器５７のポート６１ａ、６１ｂ、６１ｃに、ＴＥ偏光の光を分岐する。この多モード干渉器１３は出力ポート２５に基底モードのＴＭ偏光の光を生成し、またテーパ導波路１９及びシングルモード導波路（５１）を介して出力ポート４７ｂに至る。
【００５８】
或いは、偏波制御素子１１ｃは入力ポート４９ａ及び出力ポート４９ｂを備えることができる。偏波制御素子１１ｃの光導波路５１は、ＴＥ偏光の光及び／又はＴＭ偏光の光を含む入力光を多モード干渉器１３に提供する。光導波路５１はシングルモード導波路であることができる。光導波路５１は、テーパ導波路１９を介して第１ポート２５に光学的に結合される。一実施例では、偏波制御素子１１ａは、多モード干渉器１３の一次側−端面２１ａの第１及び第２ポート２３ａ、２３ｂに基底モードのＴＥ偏光の光を生成する。これらの光は、位相シフタ１５ａ、１５ｂを介して多モード干渉器５７に入力して、この多モード干渉器５７は合波光を生成する。合波光は、シングルモード導波路４５を介して偏波制御素子１１ｃの出力ポート４９ｂに至る。ＴＥ偏光の光をポート２５に提供するとき、ポート２３ｃにＴＥ偏光の光が生成される。
【００５９】
この偏波制御素子１１ｃによれば、ＴＥ偏光の基底モードの光をＴＭ偏光の基底モードの光に変換でき、ＴＭ偏光の基底モードの光をＴＥ偏光の基底モードの光に変換できる。
【００６０】
偏波制御素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの動作を多モード干渉器１３及びテーパ導波路１９の２つの部分に分けて説明する。まず、多モード干渉器１３の動作を説明する。図７は、ＦＤＴＤ（Finite  Difference  Time  Domain  method）法を用いたＭＭＩの干渉パターンの計算結果を示す。１×３構造の多モード干渉器１３のポート２３ａ及びポート２３ｂに接続される導波路は、高次モードがカットオフになる幅を有する。ポート２５に接続される導波路は、ポート２３ａとポート２３ｂに接続される導波路の約２倍の幅を有する。本実施例では、導波路は、高次モードも伝播可能である。
図７の（ａ）部：ポート２３ｃにＴＥ偏波の基本モードを入射させるとき、ポート２５にＴＥ偏波の基本モードがそのまま出力される。
図７の（ｂ）部：ポート２３ａ及び２３ｂにＴＥ偏波の基本モードを入射させるとき、ポート２５ではＴＥ偏波の１次モードとなって出力される。
一例として、ポート２３ａ及び２３ｂの入射光間の位相差をπとしている。
図７の（ｃ）部：ポート２３ａ、２３ｂ、２３ｃにＴＥ偏波の基本モード光を入射する。ＴＥ偏波の基本モードとＴＥ偏波の１次モードが混在して出力される。
ＭＭＩ内部では周期的に干渉模様が現れており、ＭＭＩ長を適切に選ぶことによってＴＥ基本モードとＴＥ偏波の１次モードを効率よく取り出すことができる。
【００６１】
ＴＥ偏波の１次モードは基本ＭＭＩ長の奇数倍ごとに生成される。計算では、一次側―端面のポートから光を入射させている。しかしながら、光伝搬の現象は可逆であり、二次側の−端面からＴＥ偏波の１次モードを入射するとき、一次側―端面のポートからＴＥ偏波の基本モードが２つに分かれて出力される。本実施例では、多モード干渉器１３の長さは、２０２μｍである。
【００６２】
図８は、テーパ部の動作を説明する図面である。図８の（ａ）部を参照すると、導波路構造を示す。この導波路構造では、ＳｉＯ２下部クラッドとＳｉＮ上部クラッドに囲まれたＳｉ導波路における、導波路幅に対する固有モードの実効屈折率を示している。ＴＥ偏波の１次モードとＴＭ偏波の基本モードの関係に着目するとき、図８の（ｂ）部を参照すると、Ｓｉコア幅７５０ｎｍ付近でＴＥ偏波の１次モードとＴＭ偏波の基本モードが縮退することなく、モード変換している。例えば、テーパ導波路１９の幅が９００ｎｍから５００ｎｍまで断熱的に狭くなる。導波路の幅９００ｎｍの端にＴＥ偏波の１次モードを入射するとき、導波路の幅５００ｎｍの端の出口ではＴＭ偏波の基本モードに変換される。一方、ＴＥ偏波の基本モードは、そのままＴＥ偏波の基本モードとして伝播するので、テーパ導波路の出口ではＴＥ偏波の基本モードとＴＭ偏波の基本モードが存在することになる。
【００６３】
図９は、ＦＤＴＤ法による計算に用いた導波路構造を示す。ＦＤＴＤ法を用いた計算結果によれば、逆テーパ導波路を伝播するにつれＴＥ偏波の１次モードが減衰すると共に、ＴＭ偏波の基本モードに変換される。このテーパ導波路を、多モード干渉器１３のポート２５に設けるとき、ＴＥ偏波の基本モードをＴＭ偏波の基本モードに変換することができる。
【００６４】
（実施例１）
偏波制御素子１１ｃの一例を説明する。
図９の（ａ）部に示されるように、厚さ２μｍの埋込酸化層（ＢＯＸ：Buried  Oxide  Layer）上に、厚さ２２０ｎｍのＳｉ層を形成してなるＳＯＩ基板を用いる。Ｓｉをエッチングして矩形導波路を形成する。続いて、ＳｉＮを２μｍを形成する。この構造の寸法の一覧を以下に示す。Ｓｉ導波路の厚さはすべて２２０ｎｍである。
シングルモード光導波路４５：幅５００ｎｍ。
多モード干渉器５７：幅７．２μｍ、長さ３３．８μｍ。
光導波路１７ａ〜１７ｃ、２９ａ〜２９ｃ：幅５００ｎｍ。
これらの光導波路１７ａ〜１７ｃ、２９ａ〜２９ｃは多モード干渉器１３の中心および多モード干渉器１３ＭＭＩ幅を三等分した場所に位置する。軸Ａｘ１、Ａｘ３、Ａｘ２は−２．４μｍ，０μｍ，＋２．４μｍの位置を通過して、同じ方向に延在する。
位相シフタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ：ＳｉＮ中に埋め込んだヒータ電極（例えばアルミニウム電極）により位相を制御する（例えば、図９の（ｂ）部に示される構造）。
多モード干渉器１３：幅６μｍ、長さ７０μｍ。
光導波路２９ａ、２９ｂの外−側壁は多モード干渉器１３の側壁と一致する。
光導波路２９ｃの中心は多モード干渉器１３の中心と一致する。
マルチモード導波路：幅１μｍ、長さ２０μｍ。
マルチモード導波路１８は光導波路２９ｃの中心上の位置に接続する。
テーパ導波路１９：長さ２００μｍ。幅１μｍから幅５００ｎｍへ徐々に変化する。
【００６５】
先球ファイバを用いてＴＥ基本モード光をシングルモード光導波路４５に結合させた。シングルモード光導波路５１からの出力光をレンズ、偏光子、レンズを介して受光素子（ＰＤ）に入力して、偏光子を回転させることで偏波状態を測定する。光導波路２９ａ、２９ｃ、２９ｂにおける光の位相を「０度，０度，１８０度」に調整したとき、多モード干渉器１３での損失を最小に抑えることができた。
【００６６】
出力光について説明する。出力ポート４７ｂにおける出力光のＴＥ：ＴＭ比が１：２であり、入力光の一部を偏波回転させることができる。多モード干渉器５７で光を３分岐してそのうちの導波路２９ａ、２９ｂがＴＭ光に変換されるので、出力光におけるＴＥ：ＴＭ比が１：１ではない。
【００６７】
次に、逆行動作について説明する。ＴＥ基本モード光及びＴＭ基本モード光をテーパ導波路１９に結合させ、導波路４５からの出力光の偏波状態を測定する。光導波路２９ａ、２９ｃ、２９ｂの位相が、それぞれ、０度，１８０度，０度になるように調整したとき、光強度の低下を最小に抑えることができる。出力ポート４９ｂにおける出力光のＴＥ：ＴＭ比は１：０．０１であり、入力したＴＭ光をほぼすべてＴＥ光に変換される。
【００６８】
（実施例２）
偏波制御素子１１ｂの一例を説明する。厚さ２μｍの埋込酸化層（ＢＯＸ：Buried Oxide Layer）上に、厚さ２２０ｎｍのＳｉ層を形成してなるＳＯＩ基板を用いる。
Ｓｉをエッチングして矩形導波路を形成する。続いて、ＳｉＮを２μｍを形成する。この構造の寸法の一覧を以下に示す。Ｓｉ導波路の厚さはすべて２２０ｎｍである。
光導波路４５：幅５００ｎｍ。
分岐（合波）導波路３９：構造体としてＹ分岐導波路。
これに替えて、ＭＭＩ、方向性結合器を用いることもできる。
光導波路１７ａ、１７ｂ、１７ｃ：幅５００ｎｍ。
位相シフタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ：ＳｉＮ中にＡｌヒータを埋め込む構造。
ＭＭＩ１３：幅６μｍ、長さ７０μｍ。
光導波路１７ａ、１７ｂの外−側壁はＭＭＩ１３の側壁と一致している。
光導波路１７ｃの中心はＭＭＩ１３の中心と一致する。
多モード光導波路１８：幅１μｍ、長さ２０μｍ。
結合位置はＭＭＩ１３の中心に一致する。
テーパ導波路１９：幅１μｍから幅５００ｎｍまで連続的に、長さ２００μｍ。
【００６９】
ＴＥ基本モード光を光導波路４５に結合させ、テーパ導波路１９から出力される光の偏波状態を測定する。光導波路１７ａ〜１７ｃの位相がすべて等しくなるよう調整したとき、ＭＭＩでの損失を最小に抑えることができた。出力光の偏波状態を測定したところ、出力光のＴＥ：ＴＭ比が１：１であり、ＴＥ偏光の基底モード入力光から互いに等しい強度をもつＴＥ偏光及びＴＭ偏光の光を生成できる。
このように、実施例２では光導波路４５からＴＥ偏光の光を入れたとき、過剰損失を抑えたままＴＥ／ＴＭ比を１：１に変換できる。
【００７０】
（実施例３）
偏波制御素子１１ａの一例を説明する。
厚さ２μｍの埋込酸化層（ＢＯＸ：Buried  Oxide  Layer）上に、厚さ２２０ｎｍのＳｉ層を形成してなるＳＯＩ基板を用いる。
Ｓｉをエッチングして矩形導波路を形成する。続いて、厚さ２μｍのＳｉＮを形成する。この構造の寸法の一覧を以下に示す。Ｓｉ導波路の厚さはすべて２２０ｎｍである。
光導波路４５：幅５００ｎｍ。
分岐（合波）導波路：構造体としてＹ分岐導波路を用いる。
光導波路１７ａ、１７ｂ：幅５００ｎｍ。
位相シフタ１５ａ、１５ｂ：ＳｉＮ中に埋め込まれたＡｌヒータを用いる。
ＭＭＩ１３：幅６μｍ、長さ７０μｍ。
光導波路１７ａ、１７ｂの外−側壁はＭＭＩ１３の側壁と一致する。
多モード導波路１８：幅１μｍ、長さ２０μｍ。
接続位置はＭＭＩ１３の中心と一致する。
テーパ導波路１９：幅１μｍから幅５００ｎｍに連続的に変化する。長さ２００μｍ。
【００７１】
光導波路４５にＴＥ偏光の基本モード光を結合させて、光導波路５１から出力される光の偏波状態を測定する。光導波路１７ａ、１７ｂの伝搬光の位相を位相シフタ１５ａ、１５ｂを用いて位相「０度、１８０度」となるよう調整したとき、多モード干渉器１３の損失を最小に抑えることができる。このとき、光導波路５１から出力させる光の偏波状態を測定したところ、出力光のＴＥ：ＴＭ比が０．０１：１であり、ＴＥ偏光の基底モードの入力光をＴＭ偏光の基底モード光に変換できる。
【００７２】
実施例１〜３では、位相シフタを多モード干渉器に接続される個々の光導波路に設けている。位相シフタは導波路を伝搬する光に所望の位相をつけて多モード干渉器への光の位相差を調整することが目的であるので、光導波路１７ａ〜１７ｃのいずれに１つ又は２つに位相シフタを設けてもよい。また、光導波路１７ａ〜１７ｃの全ての光導波路に位相シフタを設けることができる。
【００７３】
実施例では、ヒータ構造の位相シフタを用いている。位相シフタとして、他方の導波路と異なる長さ、または幅にすること、ｐｎ接合を形成して順バイアスまたは逆バイアスを印加することができる。
【００７４】
実施例１〜３では、上部クラッドとしてＳｉＮを用いると共に下部クラッドとしてＳｉＯ２を用いる。光導波路では、上部クラッドの屈折率が下部クラッドの屈折率と異なる構造を有する互いに異なっていればよいので、上部クラッドの材料は空気、ＳｉＯＮ，ＢＣＢ，ポリイミド等を用いることができる。また、コアの材料は、III−Ｖ族化合物半導体や石英系材料であることもできる。
【００７５】
これらの偏波制御素子の作製では、基板上に導波路構造のための積層を形成すると共に、この積層上に形成されたマスクを用いて積層をエッチングして基板上に導波路パターンを形成する。このためのエッチング回数が１回であるので、アライメントが不要で簡素なプロセスで作製できる。導波路パターンを形成した後に、必要に応じて電極構造を形成する。
【００７６】
実施例１〜３では、光導波路４５から入力光を提供している。しかしながら、この偏光制御素子において、光導波路の光伝搬は可逆であるので、光導波路５１から入力光を提供することもできる。
【００７７】
図１０は、多モード干渉器（ＭＭＩ）の長さが異なる２種類の多モード干渉器において、ＭＭＩ長を変えたとき、ＴＥ基本モードをポート１、３（２３ａ、２３ｂ）に入射したときに、ポート２（２５）から出力されるＴＥ偏光の１次モード光の強度を示す。図１０の（ａ）部によれば、ＴＥ偏光の１次モードを、ＭＭＩ長Ｌの基本長および３倍で効率よく取り出すことができる。光損失に関しては、基本長のＭＭＩは３倍長のＭＭＩ長のＭＭＩより優れる。図１０の（ａ）部に示された結果は、図１０の（ｂ）部に示される入出力ポート構造の多モード干渉器を用いて計算される。
【００７８】
図１１は、多モード干渉器１３の外側のポート１、３（２３ａ、２３ｂ）が、理想的な接続位置から変更されているとき、多モード干渉器１３のポート２（２５）から出力されるＴＥ偏光の一次モードの光強度を示す。図１１の（ａ）部を参照すると、外側のポートに接続される導波路の位置ずれｄＸがＭＭＩ幅Ｗに対して１パーセント未満であるとき、ＭＭＩの損失を抑制することを示す。図１１の（ａ）部に示された結果は、図１１の（ｂ）部に示される入出力ポート構造の多モード干渉器を用いて計算される。
【００７９】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上説明したように、本発明によれば、簡素構造により偏波の制御を可能する偏波制御素子が提供される。
【符号の説明】
【００８１】
１１ａ、１１ａ、１１ｃ…偏波制御素子、１３…多モード干渉器、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……位相シフタ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…光導波路、１８…多モード導波路、１９…テーパ導波路、２１ａ…一次側−端面、２１ｂ…二次側−端面、Ａｘ１、Ａｘ２、Ａｘ３…軸、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…ポート、２５…ポート、３９…分岐導波路。
【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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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図７】
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【図８】
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