(57)【要約】高次モードフィルタは、スラブ領域と、スラブ領域上に光導波方向に沿って帯状に形成された突起部と、スラブ領域において突起部から離隔した位置に形成され、平面方向に隣接するスラブ領域よりも低屈折率の擾乱要素を配置した第１光導波路と、少なくとも突起部の近傍に擾乱要素を持たない第２光導波路とを具備しており、第１光導波路と第２光導波路とを少なくとも１回以上交互に配置している。第１光導波路ではスラブ領域内に突起部に近接した位置に擾乱要素を形成し、第２光導波路ではスラブ領域内に突起部から遠方の位置に擾乱要素を形成するようにしてもよい。擾乱要素はスラブ領域への不純物ドーピングにより形成される。高次モードフィルタは、第１光導波路と第２光導波路との接続面において除去対象高次モードと意図的高次モードの干渉により大きな高次モード損失を発生させるように設計されており、反射光や迷光を抑制することが可能である。
2013081063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のスラブ領域と、
前記スラブ領域上に光導波方向に沿って帯状に形成された突起部と、
前記スラブ領域において前記突起部から離隔した位置に形成され、平面方向に隣接する前記スラブ領域よりも低屈折率の擾乱要素を配置した第１光導波路と、
少なくとも前記突起部の近傍に前記擾乱要素を持たない第２光導波路とを具備し、
前記第１光導波路と前記第２光導波路とを少なくとも１回以上交互に配置した高次モードフィルタ。
【請求項２】
前記第１光導波路では前記スラブ領域内に前記突起部に近接した位置に前記擾乱要素が形成されており、前記第２光導波路では前記スラブ領域内に前記突起部から遠方の位置に前記擾乱要素を形成するようにした請求項１記載の高次モードフィルタ。
【請求項３】
前記擾乱要素は前記スラブ領域への不純物ドーピングにより形成するようにした請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【請求項４】
前記第１光導波路と前記第２光導波路との接続面において除去対象高次モードより高次であり前記除去対象高次モードと同一の対称性を有する意図的高次モードとの位相関係が固定されるようにされており、除去対象高次モードと意図的高次モードとの干渉により大きな高次モード損失が生じるように前記第１光導波路及び前記第２光導波路の光導波方向の長さを規定した請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【請求項５】
光の真空中の波長λ、前記第１光導波路の除去対象高次モードにおける実効屈折率ｎ１ｅｆｆ１、前記第１光導波路の意図的高次モードにおける実効屈折率ｎ１ｅｆｆ２、前記第２光導波路の除去対象高次モードにおける実効屈折率ｎ２ｅｆｆ１、前記第２光導波路の意図的高次モードにおける実効屈折率ｎ２ｅｆｆ２に基づいて前記第１光導波路及び前記第２光導波路の光導波方向の長さＬｉ（ｉ＝１、２）を
2013081063.tif 000019
及び
2013081063.tif 000020
に従って規定するようにした請求項４記載の高次モードフィルタ。
【請求項６】
第１光導波路及び第２光導波路の光導波路コアの屈折率ｎｃｏｒｅ、除去対象高次モードのモード幅Ｗに基づいて前記第１光導波路及び前記第２光導波路の光導波方向の長さＬｉ（ｉ＝１、２）を
2013081063.tif 000021
に従って規定するようにした請求項５記載の高次モードフィルタ。
【請求項７】
前記第１光導波路及び前記第２光導波路の少なくとも一方において前記スラブ領域内に前記突起部から前記擾乱要素よりも遠方の位置に光吸収材料よりなる光吸収領域を配置した請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【請求項８】
前記突起部において少なくとも始端部近傍及び終端部近傍の一方においてその幅がテーパ状に変化するテーパ構造を形成した請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【請求項９】
前記擾乱要素及び前記光吸収領域の少なくとも一部をｐ型半導体領域又はｎ型半導体領域より形成した請求項７記載の高次モードフィルタ。
【請求項１０】
前記擾乱要素の近傍に温度センサ素子を形成した請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光導波路中の高次モードや漏洩モードを減少させる高次モードフィルタに関する。
本願は、２０１１年１１月３０日に日本国に出願された特願２０１１−２６２２８９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】  光導波路を有する光学素子において、高次モードや漏洩モード（以下、「高次モード」称する）の混入による性能劣化を防止するために、高次モードを減少させる高次モードフィルタが知られている。従来、非常に細いシングルモードの導波路により高次モードを除去するテーパ構造導波路が知られている。しかし、テーパ構造導波路はそのテーパ構造自体により高次モードが発生する可能性がある。また、テーパ構造導波路は導波路幅が極めて細くなるので作製が困難であり、導波路側面の加工荒れによる基本モード損失が大きくなり、その素子長が比較的長くなるという欠点がある。【０００３】  特許文献１は、上記のテーパ構造導波路の問題点を解決すべく導波路型高次モードフィルタを開示している。この高次モードフィルタでは、光導波路側壁に回折格子を設けて高次モードを効果的に散乱させているが、基本モードに若干の損失が発生する。特許文献１では、基本モード損失１ｄＢ、高次モード損失１０ｄＢの高次モードフィルタの計算例が記載されている。このような高次モードフィルタは光導波路において低損失が求められる高精度の光通信技術には適用することができない。【０００４】  上記の問題を解決するために、レーザ素子内において高次モードのみを効率的に除去する手段を高次モードフィルタに具備するようにしてもよい。例えば、特許文献２は光波低減損失要素を光導波路の所定位置に配置したレーザ素子を開示している。光波低減損失素子は、基本モードと高次モードのコヒーレントな重ね合わせにより高次モードに大きな影響を与える場所に配置されており、これにより高次モードを効率的に除去している。【０００５】  特許文献３は、光導波路において高次モードを除去することが可能な光フィルタを開示している。この光フィルタは基本モード損失が小さい高次モードフィルタであり、図１２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。高次モードフィルタ１００は、テラス１０２上に突起部１０１が配置されたマルチモードリブ導波路においてテラス幅の小さな第１導波路１０４とテラス幅の大きな第２導波路１０５とを交互に接続して構成されており、これにより高次モードのみを効率的に除去している。高次モードは基本モードに比べてテラス１０２への電界が大きく広がるため、第１導波路１０４と第２導波路１０５の接続面１１１において大きな損失が発生する。一方、基本モードはテラス１０２への電界の広がりが小さいため、接続面１１１における損失を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３３６４７号公報
【特許文献２】特許第３３５６４３６号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８１８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  特許文献２の高次モードフィルタは基本モードの損失を抑制することが可能であるが、光波低減損失要素を配置する位置を特定するためには基本モードと高次モードとの位相関係が固定されている必要がある。特許文献２の高次モードフィルタでは、レーザ素子のキンクを抑制して高出力を発生することを目的としており、キンクは基本モードと高次モードとの位相固定重ね合わせにより発生するため、レーザ素子内において基本モードと高次モードとの位相関係は固定されている。【０００８】  しかし、一般的な光学素子において基本モードと高次モードとの位相関係は固定されていないため、特許文献２の構成を適用することができない。仮に基本モードと高次モードとの位相関係を固定できたとしても、光波低減損失素子の光導波方向の大きさは光導波路内における基本モード波長の４分の１程度であり、高次モードが損失を受ける領域は限定される。このため、特許文献２の構成では高次モードの除去性能は低くなり、高次モードを十分減衰させるためには素子長を長くする必要がある。【０００９】  特許文献３の高次モードフィルタでも基本モードの損失を抑制することが可能であるが、テラス幅の異なる第１光導波路と第２光導波路を形成するために高精度の製造工程が必要である。具体的には、エッチング工程によって特許文献３の高次モードフィルタを製造する場合、突起部の形成とは別にテラス部の形成用のエッチングを行なう必要がある。従って、エッチングマスク形成工程とエッチング工程を少なくとも２回行なう必要があり、２回目のマスク形成工程においては、１回目のエッチング工程によって発生した段差構造の上にレジストマスクを塗布する必要がある。【００１０】  また、特許文献３の高次モードフィルタにおいて、第１光導波路と第２光導波路との接続面では高次モードの光の実効屈折率が大きく変化するため、反射光が多く発生する。更に、第１光導波路と第２光導波路との接続面で除去された高次モードの光はテラスの外側に放射され、光学素子内で迷光となる。特に、複数の機能素子が集積された光学素子では迷光が他の部位に悪影響を及ぼす。近年、研究が盛んなシリコン半導体や化合物半導体を使用した光集積回路において迷光は大きな問題となる。【００１１】  本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的はレーザ素子や種々の光学素子に搭載可能で、反射光や迷光の発生を抑制でき、かつ、簡便に作製することができる低損失型高次モードフィルタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明に係る高次モードフィルタは、板状のスラブ領域と、スラブ領域上に光導波方向に沿って帯状に形成された突起部と、スラブ領域において突起部から離隔した位置に形成され、平面方向に隣接するスラブ領域よりも低屈折率の擾乱要素を配置した第１光導波路と、少なくとも突起部の近傍に擾乱要素を持たない第２光導波路とを具備する。第１光導波路と第２光導波路とは少なくとも１回以上交互に配置される。また、第１光導波路ではスラブ領域内に突起部に近接した位置に擾乱要素を形成し、第２光導波路ではスラブ領域内に突起部から遠方の位置に擾乱要素を形成するようにしてもよい。擾乱要素はスラブ領域への不純物ドーピングにより形成される。【００１３】  第１光導波路と第２光導波路との接続面において、除去対象高次モードと、除去対象高次モードより高次であり除去対象高次モードと同一の対称性を有する意図的高次モードと、の位相関係が固定されるようにされており、除去対象高次モードと意図的高次モードとの干渉により大きな高次モード損失が生じるように第１光導波路及び第２光導波路の光導波方向の長さが規定される。【００１４】  光の真空中の波長λ、前記第１光導波路の除去対象高次モードにおける実効屈折率ｎ１ｅｆｆ１、前記第１光導波路の意図的高次モードにおける実効屈折率ｎ１ｅｆｆ２、前記第２光導波路の除去対象高次モードにおける実効屈折率ｎ２ｅｆｆ１、前記第２光導波路の意図的高次モードにおける実効屈折率ｎ２ｅｆｆ２に基づいて前記第１光導波路及び前記第２光導波路の光導波方向の長さＬｉを数１及び数２に従って規定する。但し、ｍは１以上の整数であり、意図的高次モードを漏洩モードとする場合、ｎ１ｅｆｆ２、ｎ２ｅｆｆ２は高次モードフィルタから仮想的に突起部を除外し、スラブ領域のみが存在すると仮定して求めた２次元スラブ基本モードの実効屈折率を表す。【００１５】
【数１】
2013081063.tif 000003
【００１６】
【数２】
2013081063.tif 000004
【００１７】  第１光導波路及び第２光導波路の光導波路コアの屈折率ｎｃｏｒｅ、除去対象高次モードのモード幅Ｗに基づいて前記第１光導波路及び前記第２光導波路の光導波方向の長さＬｉ（ｉ＝１、２）を数３に従って規定する。【００１８】
【数３】
2013081063.tif 000005
【００１９】  第１光導波路及び第２光導波路の少なくとも一方においてスラブ領域内に突起部から擾乱要素よりも遠方の位置に光吸収材料よりなる光吸収領域を配置してもよい。また、突起部において少なくとも始端部近傍及び終端部近傍の一方においてその幅がテーパ状に変化するテーパ構造を形成してもよい。ここで、擾乱要素及び光吸収領域の少なくとも一部をｐ型半導体領域又はｎ型半導体領域より形成してもよい。更に、擾乱要素及び光吸収領域の少なくとも一方の近傍に温度センサ素子を形成してもよい。
【発明の効果】
【００２０】  本発明に係る高次モードフィルタは、レーザ素子や種々の光学素子に搭載可能で、反射光や迷光を抑制でき、かつ、簡便に作製できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の高次モードフィルタの基本構成を示しており、（ａ）光導波路の断面図、（ｂ）リブ型導波路の断面図、（ｃ）リッジ型導波路の断面図、（ｄ）ハイメサ型導波路の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る高次モードフィルタの構成を示しており、（ａ）平面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ矢視断面図である。
【図３】高次モードフィルタの第１光導波路の長さＬ１を横軸、第２光導波路の長さＬ２を縦軸としたＬ１−Ｌ２平面において、高次モード除去性能の分布を示すグラフである。
【図４】図２（ｂ）に示す高次モードフィルタの突起部、スラブ領域、擾乱要素からなる構成の変形例を示すものであり、スラブ領域内の擾乱要素の位置関係を異ならせた断面図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）である。
【図５】第１変形例に係る高次モードフィルタの構成を示しており、（ａ）平面図、（ｂ）Ｃ−Ｃ矢視断面図である。
【図６】第２変形例に係る高次モードフィルタの構成を示しており、（ａ）平面図、（ｂ）Ｄ−Ｄ矢視断面図である。
【図７】第３変形例に係る高次モードフィルタの構成を示しており、（ａ）平面図、（ｂ）Ｅ−Ｅ矢視断面図である。
【図８】第４変形例に係る高次モードフィルタの構成を示しており、（ａ）平面図、（ｂ）Ｆ−Ｆ矢視断面図である。
【図９】本発明の実施例２に係る高次モードフィルタの構成を示しており、（ａ）平面図、（ｂ）Ｇ−Ｇ矢視断面図である。
【図１０】高次モードフィルタの高次モードの電界振幅プロファイルを示しており、（ａ）、（ｂ）は第２光導波路における２次モードと４次モードの電界振幅プロファイルであり、（ｃ）は突起部を除去した場合の２次元スラブ基本モードの電界振幅プロファイルである。
【図１１】高次モードフィルタ１０００の高次モード除去性能の計算結果を第１光導波路及び第２光導波路の長さを横軸及び縦軸として示したグラフである。
【図１２】従来の高次モードフィルタの構成を示しており、（ａ）平面図、（ｂ）Ａ１−Ａ１矢視断面図、（ｃ）Ａ２−Ａ２矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】  本発明について添付図面を参照して実施例とともに詳細に説明する。
最初に、本発明に係る高次モードフィルタの基本構成となる光導波路について説明する。図１（ａ）に示される高次モードフィルタ２００は、板状のスラブ領域２０２と、その上に光導波方向に沿って帯状に形成された突起部２０１とからなる光導波路を基本構成としている。高次モードフィルタ２００の基本構成は図１（ａ）に示される光導波路に限定されず、種々の構成を採用することができる。図１（ｂ）は、スラブ領域２１２、突起部２１１、下部クラッド２１３、コア２１４、キャップ層２１５からなるリブ型導波路を示す。コア２１４は下部クラッド２１３やキャップ層２１５よりも高い屈折率を有し、これによって面垂直方向の光閉じ込めを実現している。
【００２３】  図１（ｃ）は、スラブ領域２２２、突起部２２１、下部クラッド２２３、コア２２４、上部クラッド２２５、キャップ層２２６からなるリッジ型導波路を示す。コア２２４は下部クラッド２２３や上部クラッド２２５よりも高い屈折率を有し、これによって面垂直方向の光閉じ込めを実現している。
【００２４】  図１（ｄ）は、スラブ領域２３２、突起部２３１、下部クラッド２３３、コア２３４、上部クラッド２３５、キャップ層２３６からなるハイメサ型導波路を示している。コア２３４は下部クラッド２３３や上部クラッド２３５よりも高い屈折率を有し、これによって面垂直方向の光閉じ込めを実現している。
【００２５】  上述の導波路では、突起部２０１、２１１、２２１、２３１によって基本的な横方向（平面方向）の光閉じ込めを実現している。上述の導波路を形成する材料として、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＺｎＳｅなどの半導体を用いてもよい。或いは、ＬｉＮｂＯ３などの誘電体を用いてもよい。また、キャップ層２１５、２２６、２３６は、空気などの気体領域、水などの液体領域、真空領域であってもよい。
【実施例１】
【００２６】  図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例１に係る高次モードフィルタ３００を示している。高次モードフィルタ３００は、突起部３０１とスラブ領域３０２とを有しており、突起部３０１により横方向の光閉じ込めを実現している。高次モードフィルタ３００は、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５とを少なくとも１回以上交互に接続した構成を備える。第１光導波路３０４には、突起部３０１から離隔したスラブ領域３０２内に当該スラブ領域３０２への不純物ドーピングによって形成され、スラブ領域３０２よりも低屈折率の擾乱要素３０３が配置されている。ここで、屈折率とは複素屈折率の実数部を指す。一方、第２光導波路３０５では少なくとも突起部３０１の近傍には擾乱要素を含まない。尚、第２光導波路３０５内に擾乱要素を形成してもよいが、第２光導波路３０５内の擾乱要素と突起部３０１との離隔距離は第１光導波路３０４内の擾乱要素３０３と突起部３０１との離隔距離よりも大きくする必要がある。【００２７】  第１光導波路３０４において、突起部３０１に加えて擾乱要素３０３も横方向の光閉じ込めに寄与するため、第１光導波路３０４における高次モードの横幅は第２光導波路３０５に比べて小さくなる。このため、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５との接続面３１１では、高次モードの電界プロフィールに不整合が発生し、高次モード損失が発生し、高次モードの光が除去される。【００２８】  特許文献３の高次モードフィルタと異なり、高次モードフィルタ３００ではテラス部形成用のエッチングを行なう必要はない。高次モードフィルタ３００の製造工程において、スラブ領域３０２への不純物ドーピングによって擾乱要素３０３を形成すれば、突起部３０１の形成のためのエッチングを行なえばよく、段差構造の上にレジストマスクを塗布する必要はない。従って、特許文献３の高次モードフィルタに比べて、高次モードフィルタ３００は容易に製造することができる。【００２９】  高次モードフィルタ３００において、スラブ領域３０２と擾乱要素３０３とは基本的に同一材料から形成されており、不純物ドーピングによって擾乱要素３０３に誘起される屈折率変化は０．１程度と小さい。即ち、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５との接続面３１１において高次モード光の実効屈折率の変化は小さくなる。このため、高次モードフィルタ３００では、特許文献３の高次モードフィルタのように反射光が多く発生するという問題は生じない。【００３０】  高次モードフィルタ３００において、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５との接続面３１１で除去された高次モード光の多くは、不純物ドーピングによって擾乱要素３０３に生じる自由キャリア吸収などの光吸収によって熱エネルギーに変換される。このため、高次モードフィルタ３００では、特許文献３の高次モードフィルタのように第１光導波路と第２光導波路との接続面で除去された高次モード光がスラブ領域外に放射され、光学素子内で迷光となる問題は生じない。【００３１】  しかし、高次モードフィルタ３００ではスラブ領域３０２と擾乱要素３０３との屈折率差は０．１程度と小さいため、そのままでは、特許文献３の高次モードフィルタのような大きな高次モード光の除去性能は望めない。【００３２】  そこで、高次モードフィルタ３００において、除去対象高次モードと、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５との接続面３１１において除去対象高次モード自身から発生する意図的高次モードとの位相関係を調整することが必要となる。これにより、高次モードフィルタ３００において大きな高次モード光の除去性能を発揮することができる。以下、除去対象高次モードと意図的高次モードとの位相関係を調整する方法及び原理について説明する。【００３３】  第１光導波路３０４と第２光導波路３０５との接続面３１１では高次モードの電界プロファイルに不整合が発生し、除去対象高次モードは同次の高次モードと、更に高次の意図的高次モードとに展開される。意図的高次モードの位相は光損失が最小となるように決定されており、これにより、除去対象高次モードと意図的高次モードとの位相関係は固定される。【００３４】  除去対象高次モードと、当該除去対象高次モードより派生した意図的高次モードの実効屈折率は異なるため、一の接続面３１１から次の接続面３１１に向かって伝搬する間に除去対象高次モードと意図的高次モードとの位相関係は変化する。ここで、一の接続面３１１から次の接続面３１１に到達したときの除去対象高次モードと意図的高次モードとの位相差の変化量をΔφとする。数４が成立すれば、除去対象高次モードと意図的高次モードとの位相差は当初の位相差と正反対となり、モード変換の際、除去対象高次モードの損失は最大となるため、効率的に高次モードを除去することが可能となる。数４において、ｍは１以上の整数である。【００３５】
【数４】
2013081063.tif 000006
【００３６】  数５が成立すると除去対象高次モードと意図的高次モードとの位相差が当初の位相差と同じであり、意図的高次モードのエネルギーの多くは再び元の除去対象高次モードへと還元され、高次モードフィルタ３００の性能は低くなる。【００３７】
【数５】
2013081063.tif 000007
【００３８】  高次モードフィルタ３００において第１光導波路３０４と第２光導波路３０５との接続面３１１を光が通過する度に、高次モードの光エネルギーを更に高次のモードへとシフトしていくこととなるが、高次モードの次数が大きくなるほど接続面３１１における異なるモード間の不整合は大きくなり損失が増大する。このため、高次モードフィルタ３００において高次モードから新たに派生した更なる高次のモードが問題となることは無い。【００３９】  第１光導波路３０４と第２光導波路３０５との光導波方向の長さをＬ１、Ｌ２とすれば、これらが数４を満たすように設定されると、高次モードの除去効率を高めることができる。即ち、Ｌ１、Ｌ２の値は数６で表される値の近傍であることが望ましい。ここで、λは光の真空中における波長、ｎ１ｅｆｆ１は第１光導波路３０４における除去対象高次モードの実効屈折率、ｎ１ｅｆｆ２は第１光導波路３０４における意図的高次モードの実効屈折率、ｎ２ｅｆｆ１は第２光導波路３０５における除去対象高次モードの実効屈折率、ｎ２ｅｆｆ２は第２光導波路３０５における意図的高次モードの実効屈折率を表す。【００４０】
【数６】
2013081063.tif 000008
【００４１】  数４においてｍ＝１のとき、Ｌ１、Ｌ２の値は最小となり、単位長当りの高次モード除去性能が最大となる。このときのＬ１、Ｌ２の値をＬ１ｏｐｔ、Ｌ２ｏｐｔとすると、数７で表される。【００４２】
【数７】
2013081063.tif 000009
【００４３】  従って、Ｌ１、Ｌ２の値は数７で表されるＬ１ｏｐｔ、Ｌ２ｏｐｔの近傍であることが望ましい。一方、Ｌ１、Ｌ２の値が数５を満たすように設定されると、高次モードフィルタ３００において高次モードの除去効率は逆に低くなる。即ち、Ｌ１、Ｌ２の値は数８で表される値の近傍でないことが望ましい。【００４４】
【数８】
2013081063.tif 000010
【００４５】  除去対象高次モードと意図的高次モードとの位相差の変化量Δφの値が数４からずれている場合、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５との接続面３１１における除去対象高次モード損失は最大とはならない。しかし、接続面３１１以降の光導波路の光導波方向長さが位相差の変化量Δφのずれを補償するように設定されていれば、次の接続面３１１において大きな除去対象高次モード損失が見込める。即ち、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５における位相差の変化量ΔφをΔφ１、Δφ２とすると、数９を満たす場合、数４を満たさなくとも、高次モードフィルタ３００において大きな高次モード除去効果が期待できる。【００４６】
【数９】
2013081063.tif 000011
【００４７】  しかし、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５における位相差の変化量Δφ１、Δφ２が数１０を満たすと、高次モードフィルタ３００の高次モード除去効率は低下する。【００４８】
【数１０】
2013081063.tif 000012
【００４９】  従って、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５の長さＬ１、Ｌ２が数９を満たす場合、換言すれば、数１１を満たす値の近傍である場合、高次モードフィルタ３００において大きな高次モード除去効果が期待できる。【００５０】
【数１１】
2013081063.tif 000013
【００５１】  一方、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５の長さＬ１、Ｌ２が数１０を満たす場合、換言すれば、数１２を満たす値の近傍である場合、高次モードフィルタ３００の高次モード除去効率は低下する。【００５２】
【数１２】
2013081063.tif 000014
【００５３】  図３は、高次モードフィルタ３００の高次モード除去性能の分布を示すグラフである。ここで、第１光導波路３０４の長さＬ１を横軸、第２光導波路３０５の長さＬ２を縦軸としたＬ１−Ｌ２平面において、数１１、数１２による計算値をプロットしている。図３において、数１１に示す直線群４０１と数１２に示す直線群４０２とがＬ１−Ｌ２平面において交互に現れる。数１１に示す直線群４０１の近傍点は数１３によって表される帯状領域群４０３内に分布しており、当該帯状領域群４０３において大きな高次モード除去効果が期待できる。【００５４】
【数１３】
2013081063.tif 000015
【００５５】  一方、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５の長さＬ１、Ｌ２が数１３を満たさない場合、高次モードフィルタ３００の高次モード除去効果は低下する。但し、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５の長さＬ１、Ｌ２が数１３を満たしていても、数８も同時に満たす場合には、高次モードフィルタ３００の高次モード除去効率は低下する。【００５６】  以上を纏めると、図３において領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩの順に高次モードフィルタ３００の高次モード除去効率が低下する。詳述すると、図３の領域Ｉでは第１光導波路３０４と第２光導波路３０５の長さＬ１、Ｌ２が数１３を満たし、かつ、数６を満たす点の近傍である。この場合、高次モードフィルタ３００において大きな高次モード除去効果が期待できる。特に、Ｌ１＝Ｌ１ｏｐｔ、Ｌ２＝Ｌ２ｏｐｔの近傍では最大の高次モード除去効果が期待できる。【００５７】  図３の領域ＩＩでは第１光導波路３０４と第２光導波路３０５の長さＬ１、Ｌ２が数１３を満たすが、数６若しくは数８を満たす点の近傍ではない。この場合、高次モードフィルタ３００は中程度の高次モード除去効果を奏する。図３の領域ＩＩＩでは第１光導波路３０４と第２光導波路３０５の長さＬ１、Ｌ２が数１３を満たさない、若しくは、数８を満たす点の近傍である。この場合、高次モードフィルタ３００の高次モード除去効果は低くなる。【００５８】  除去対象高次モードから派生する意図的高次モードは除去対象高次モードよりも高次であり、かつ、除去対象高次モードと同じ対称性を有する。例えば、Ｘ方向において奇対称の高次モードからより次数の高い奇対称高次モードが発生する。また、偶対称の高次モードからより次数の高い偶対称高次モードが発生する。従って、Ｙ方向の対称性を無視すると、Ｘ方向にｊ個の腹を持つｊ次モードからは、ｊ＋２次モード、ｊ＋４次モード、ｊ＋６次モードなどの高次モードが発生する。【００５９】  複数の意図的高次モードが存在する場合、その実効屈折率の値によって光導波路の長さＬｉｏｐｔは若干異なってくる。複数の意図的高次モードにおいて最も低次の意図的高次モードの成分が最も多く発生し、その影響力は大きい。例えば、ｊ＋２次モード、ｊ＋４次モード、ｊ＋６次モードの３つの意図的高次モードが存在する場合、ｊ＋２次モードが最大の影響力を有するので、当該ｊ＋２次モードを基準にして光導波路の長さＬｉｏｐｔを求めればよい。最適な光導波路の長さはＬｉｏｐｔの近傍に存在するので、数値計算によりＬｉｏｐｔ近傍のパラメータスキャンを実行して、その最適値を求めることが望ましい。【００６０】  光導波路のモード解析の結果、除去対象高次モードよりも高次、かつ、除去対象高次モードと同じ対称性をもつモードが存在しない場合でも、上述の高次モードフィルタ３００は有効に機能する。光導波路のモードとして明瞭な高次モードが存在しなくても、スラブ領域３０２のスラブモードと結合した漏洩モードとして、高次モードは有意な光導波寿命をもって存在することがある。その場合、数６、数７、数８における光導波路の意図的高次モードｎｉｅｆｆ２として、高次モードフィルタ３００から仮想的に突起部３０１を除き、スラブ領域３０２だけが存在すると仮定して求めた２次元スラブ基本モードの実効屈折率の値を用いればよい。【００６１】  複数の除去対象高次モードが存在する場合、最も低次のモードを除去対象高次モードとして設定して光導波路の長さＬｉｏｐｔを算出すればよい。何故ならば、高次モードの次数が高くなるほど第１光導波路３０４と第２光導波路３０５との接続面３１１における光損失は大きくなり、仮にＬ１、Ｌ２の値が最適値からずれていても高次モードフィルタ３００は大きな高次モード除去効果を発揮できるからである。数値計算によりＬｉｏｐｔ近傍のパラメータスキャンを行い、光導波路の長さの最適値を求めることができれば、より望ましい。【００６２】  上述の指針に基づき、除去対象高次モードと意図的高次モードとの干渉の結果、接続面３１１において大きな高次モード損失が発生するように、第１光導波路３０４と第２光導波路３０５の光導波方向の長さＬ１、Ｌ２が決定される。【００６３】  光導波路内における基本モード波長をλｍｏｄｅとすると、光導波路の長さＬｉｏｐｔは３λｍｏｄｅ以上、典型的には１０λｍｏｄｅ程度となる。ここで、光導波路コアの屈折率をｎｃｏｒｅ、モード幅をＷとすると、Ｘ方向にｊ個の腹を持ち、Ｙ方向に１個の腹を持つｊ次モードの実効屈折率は概ね数１４で表される。【００６４】
【数１４】
2013081063.tif 000016
【００６５】  数１４において、モード幅ＷはＸ方向の波数をｋｘとすると数１５で定義される。【００６６】
【数１５】
2013081063.tif 000017
【００６７】  最も低次の高次モードである２次モードを除去対象高次モードとし、２次モードと対称性が同じである４次モードを意図的高次モードと仮定し、数１４から導出される実効屈折率を数７に代入すれば、数１６を得ることができる。尚、数１６においてＷ２は除去対象である２次モードのモード幅である。【００６８】
【数１６】
2013081063.tif 000018
【００６９】  一般的に、Ｗ２＞１．５μｍ、λｍｏｄｅ＜０．５μｍであるので、数１６はＬｉｏｐｔ＞３λｍｏｄｅとなる。特許文献２の高次モードフィルタにおける光波低減損失要素の光導波方向の長さが概ね０．２５λｍｏｄｅであることに比べると、高次モードフィルタ３００の擾乱要素３０３の光導波方向の長さは一桁以上大きい。即ち、高次モードフィルタ３００は一般的な微細加工技術で容易に作製可能である。【００７０】  高次モードフィルタ３００は、除去対象高次モードと意図的高次モードとの位相関係が自動的に固定されるため、光導波路を有する種々の光学素子に搭載可能であり、光学素子内に場所を限定せず設置することができる。また、高次モードフィルタ３００は基本モードとの干渉を利用しないため、基本モードの有無や基本モードの位相に拘らず、安定的に高次モード除去性能を発揮することができる。【００７１】  高次モードフィルタ３００は、擾乱要素３０３の屈折率変化が小さいが、高い高次モード除去性能を実現できる。即ち、高次モードフィルタ３００の素子長さを小型化することができる。また、高次モードフィルタ３００において擾乱要素３０３は基本モードから十分に離隔することができるため、基本モード損失は殆ど発生しない。【００７２】  図２（ｂ）に示すように、高次モードフィルタ３００において擾乱要素３０３の厚さはスラブ領域３０２の厚さと同一である必要は無い。高次モードフィルタ３００において突起部３０１、スラブ領域３０２、擾乱要素３０３の位置関係は図２（ｂ）に示す構成に限定されるものではない。図４は擾乱要素の高さをスラブ領域の厚さよりも小さくして、当該擾乱要素のスラブ領域内の埋め込み位置を変更した変形例を示す。図４（ａ）は、突起部５０１を有するスラブ領域５０２内に擾乱要素５０３が埋め込まれた変形例を示しており、擾乱要素５０３はスラブ領域５０２の表面から所定の厚さをもってスラブ領域５０２に埋め込まれている。図４（ｂ）は、突起部５１１を有するスラブ領域５１２内に擾乱要素５１３が埋め込まれた変形例を示しており、擾乱要素５１３は所定の厚さをもってスラブ領域５１２内に完全に埋め込まれている。図４（ｃ）は、突起部５３１を有するスラブ領域５３２内に擾乱要素５３３が埋め込まれた変形例を示しており、擾乱要素５３３はスラブ領域５３２の裏面から所定の厚さをもってスラブ領域５３２に埋め込まれている。【００７３】  高次モードフィルタにおいて擾乱要素の屈折率は平面方向に隣接するスラブ領域よりも低くする必要がある。図１（ｂ）に示したリブ型導波路や図１（ｄ）に示したハイメサ型導波路では、スラブ領域２１２、２３２は１種類の材料から形成されるので、その材料に不純物ドーピング施し、周囲のスラブ領域２１２、２３２よりも低屈折率の擾乱要素を形成すればよい。図１（ｃ）に示したリッジ型導波路では、スラブ領域２２２が下部クラッド２２３、コア２２４、上部クラッド２２５から構成されるが、擾乱要素はいずれの領域に形成してもよく、平面方向に隣接するスラブ領域２２２よりも低屈折率の擾乱要素を不純物ドーピングによって形成すればよい。【００７４】  高次モードフィルタにおいて擾乱要素はスラブ領域内における突起部の両側��はなく片側のみに配置してもよい。但し、擾乱要素をスラブ領域内における突起部の両側に配置すると、第１光導波路と第２光導波路との接続面におけるモード不整合が大きくなるので、高い高次モード除去効果が期待できる。また、高次モードフィルタのスラブ領域内に形成される擾乱要素のドーピング濃度を増減させることにより、擾乱要素の屈折率や吸収係数を調整可能である。即ち、反射光や迷光の低減要求に合わせて高い自由度で高次モードフィルタの設計を行なう必要がある。【００７５】  次に、実施例１の変形例について図５乃至図８を参照して説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は第１変形例に係る高次モードフィルタ６００を示しており、突起部６０１、スラブ領域６０２、擾乱要素６０３、第１光導波路６０４、第２光導波路６０５、接続面６１１より構成される。高次モードフィルタ６００は、第１光導波路６０４と第２光導波路６０５の少なくとも一方において突起部６０１から擾乱要素６０３よりも更に離隔したスラブ領域６０２内の遠方位置において光を吸収する材料で形成された光吸収領域６０６を配置している。この光吸収領域６０６は除去された高次モードの光を吸収するため、高次モード光が迷光として他の領域に紛れ込むことを防止することができる。光吸収領域６０６は半導体への不純物ドーピングによって形成することができる。また、光吸収領域６０６と擾乱要素６０３のドーピング濃度を異ならしてもよい。図５に示すように、光吸収領域６０６は擾乱要素６０３に隣接配置してもよく、或いは、光吸収領域６０６を擾乱要素６０３から離隔してもよい。【００７６】  擾乱要素６０３と同様に、光吸収領域６０６の厚さをスラブ領域６０２の厚さと同一とする必要はない。例えば、光吸収領域６０６の厚さをスラブ領域６０２よりも小さくしてもよい。或いは、光吸収領域６０６をスラブ領域６０２内部に埋め込むようにしてもよい。【００７７】  第１光導波路６０４及び第２光導波路６０５の光導波方向の長さ、擾乱要素６０３の形状、大きさ、位置に関する設計値を固定する必要はない。例えば、高次モードフィルタ６００の構成要素の最適設計値の近傍で故意にバラツキを与えて、構造パラメータの許容誤差を大きくすることがきる。これにより、高次モードフィルタの作製誤差に伴う高次モード除去性能のバラツキを小さくすることができる。【００７８】  図６（ａ）、（ｂ）は第２変形例に係る高次モードフィルタ７００を示しており、突起部７０１、スラブ領域７０２、擾乱要素７０３、第１光導波路７０４、第２光導波路７０５、接続面７１１より構成される。高次モードフィルタ７００では、突起部７０１の始端部近傍若しくは終端部近傍の少なくとも一方において突起部７０１の幅を連続的に変化（即ち、徐々に拡大）したテーパ構造７０６を形成している。突起部７０１の幅を小さくすると、高次モードの電界はスラブ領域７０２に大きく漏れ出すため、第１光導波路７０４と第２光導波路７０５との接続面７１１において高次モード損失を大きくすることができる。但し、テーパ構造７０６で高次モードが発生する可能性があることや、突起部７０１の側面の加工荒れによって基本モード損失が大きくなる可能性があることに注意が必要である。従って、高次モードフィルタ７００において突起部７０１の幅はシングルモード導波路と等価になるまで細くすべきではない。【００７９】  図７（ａ）、（ｂ）は第３変形例に係る高次モードフィルタ８００を示しており、突起部８０１、スラブ領域８０２、擾乱要素８０３、第１光導波路８０４、第２光導波路８０５、光吸収領域８０６、接続面８１１より構成される。高次モードフィルタ８００では、擾乱要素８０３及び光吸収領域８０６の少なくとも一部がｐ型半導体やｎ型半導体から構成されている。高次モードフィルタ８００は、擾乱要素８０３及び光吸収領域８０６を含���ｐ型半導体領域８０７、擾乱要素８０３及び光吸収領域８０６を含むｎ型半導体領域８０８、並びに電極８０９を具備する。即ち、高次モードフィルタ８００ではｐｎダイオード構造やｐｉｎダイオード構造を形成しており、電極８０９に電圧を印加して自由キャリア量を制御すれば、擾乱要素８０３や光吸収領域８０６の屈折率や光吸収係数を変更することができ、高次モード除去性能を作製後に調整することが可能となる。【００８０】  上記の技術的指針を光変調器に適用することができる。光変調器には、光変調を実施するためにｐ型半導体領域やｎ型半導体領域が含まれており、上記の技術的指針を適用することにより、ｐ型・ｎ型半導体領域を擾乱要素又は光吸収領域として機能させることも可能である。即ち、光変調器に高次モードフィルタの機能を付与することが可能である。【００８１】  図８（ａ）、（ｂ）は第４変形例に係る高次モードフィルタ９００を示しており、突起部９０１、スラブ領域９０２、擾乱要素９０３、第１光導波路９０４、第２光導波路９０５、光吸収領域９０６、接続面９１１より構成される。第３変形例に係る高次モードフィルタ８００において、擾乱要素８０３や光吸収領域８０６を半導体への不純物ドーピングによって形成した場合、除去された高次モードは自由キャリアに吸収され、最終的には熱エネルギーとなる。これを改善するため、第４変形例に係る高次モードフィルタ９００において擾乱要素９０３や光吸収領域９０６の近傍に温度センサ素子９０７を設置している。即ち、温度センサ素子９０７によって擾乱要素９０３や光吸収領域９０６の温度を監視することによって、高次モードの有無を検知することが可能となる。尚、所定領域の温度の推定方法として、金属材料の抵抗値の温度依存性や、ｐｎダイオードの順方向電流の温度依存性などを利用することができる。高次モードフィルタ９００では、抵抗値が温度によって大きく変化する材料からなる温度センサ素子９０７を光吸収領域９０６上に配置し、温度センサ素子９０７の両端に電極９０８を配置し、電極９０８間の抵抗値を検知することにより、光吸収領域９０６の温度を監視することができる。【００８２】  上記の高次モードフィルタは、突起部により横方向の光閉じ込めを行なう光導波路であれば、有効に機能する。このような光導波路の基本モードでは、光は突起部の近傍に閉じ込められる。これに対して、高次モードでは光がスラブ領域まで漏れ出す。そのため、第１光導波路と第２光導波路との接続面において高次モードのみにおいて大きなモード変化損失が生じるようにすることができる。【００８３】  上述のように、実施例１及び変形例に係る高次モードフィルタは、突起部から離隔したスラブ領域に半導体材料への不純物ドーピングによって形成され、少なくともスラブ領域の一部よりも低屈折率の擾乱要素が配置された第１光導波路と、擾乱要素を持たない、若しくは、突起部と擾乱要素との距離が第１光導波路よりも大きな第２光導波路とが、少なくとも１回以上交互に接続された構造を具備している。即ち、上述の高次モードフィルタは反射光や迷光を抑制することができ、かつ、簡便に作製することができる。【００８４】  上述の高次モードフィルタでは、第１光導波路と第２光導波路との接続面において除去対象高次モードＭ１と意図的高次モードＭ２（Ｍ２＞Ｍ１）との位相関係を固定するようにし、除去対象高次モードＭ１と意図的高次モードＭ２との干渉により大きな高次モード損失が生じるように第１光導波路及び第２光導波路の光導波方向の長さＬ１、Ｌ２を決定する。即ち、単純な高次モードフィルタに比べて、上述の高次モードフィルタでは高い高次モード除去性能を実現することができる。従って、上述の高次モードフィルタを小型化することが可能である。【００８５】  図５に示す第１変形例に係る高次モードフィルタ６００では、突起部６０１から擾乱要素６０３よりも更に遠方に離隔したスラブ領域６０２に光吸収材料で形成された光吸収領域６０６を配置している。高次モードフィルタ６００では、除去された高次モード光を吸収することが可能なので、高次モード光が迷光として他の領域に紛れ込むことを防止することができる。【００８６】  また、高次モードフィルタ６００では、第１光導波路６０４及び第２光導波路６０５の光導波方向の長さ、擾乱要素６０３の位置、大きさ、形状を所定の設計値に固定する必要はない。つまり、高次モードフィルタ６００の構成要素の設計値を最適値の近傍で故意にバラツキを与えることによって、構造パラメータの許容誤差を大きくすることができる。【００８７】  図６に示す第２変形例に係る高次モードフィルタ７００では、突起部７０１の幅を連続的に変化させたテーパ構造７０６を設けることを特徴としており、突起部７０１の幅を小さくするほど、高次モードの電界はスラブ領域７０２に大きく漏れ出す。従って、高次モードフィルタ７００において第１光導波路７０４と第２光導波路７０５との接続面７１１において高次モード損失を増大することができる。【００８８】  図７に示す第３変形例に係る高次モードフィルタ８００では、擾乱要素８０３又は光吸収領域８０６の少なくとも一部がｐ型半導体又はｎ型半導体より形成される。従って、高次モードフィルタ８００において擾乱要素８０３や光吸収領域８０６の屈折率や光吸収係数を変更することができ、高次モード除去性能を製造後に調整することができる。【００８９】  図８に示す第４変形例に係る高次モードフィルタ９００では、擾乱要素８０３や光吸収領域８０６の近傍に温度センサ素子９０７を設置して温度を監視することにより、高次モードの有無を検知することが可能となる。
【実施例２】
【００９０】  次に、本発明の実施例２に係る高次モードフィルタの構成並びに高次モード除去性能の具体的な計算結果について詳細に説明する。実施例２では、本発明の原理と効果を明確に検証するため、具体的に構成要素の材料や大きさを規定して計算を行なっている。【００９１】  図９（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例２に係る高次モードフィルタ１０００を示しており、突起部１００１、スラブ領域１００２、擾乱要素１００３、第１光導波路１００４、第２光導波路１００５、光吸収領域１００６、接続面１０１１より構成される。高次モードフィルタ１０００は、屈折率３．４８のシリコン基板１００７と、屈折率１．４６の埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）１００８とを具備する。また、高次モードフィルタ１０００は屈折率３．４８のシリコン層１００９と、屈折率１．４６のキャップ層１０１０とを具備するシリコンリブ型導波路を基本構造とする。尚、図９（ａ）はキャップ層１０１０を取り払った高次モードフィルタ１０００の平面視の構造を示している。【００９２】  シリコン層１００９は、厚さ０．５μｍのスラブ領域１００２と、高さ０．５μｍ、幅１．４μｍの突起部１００１からなり、当該突起部１００１により横方向の光閉じ込めを行なう。高次モードフィルタ１０００は、第１光導波路１００４と第２光導波路１００５とが２０回交互に接続された構成を具備する。第１光導波路１００４には、突起部１００１の中心から１．３μｍ離隔したスラブ領域１００２中に幅０．６μｍの矩形の擾乱要素１００３が配置されている。擾乱要素１００３はシリコンへの１×１０２０／ｃｍ３の不純物ドーピングによって形成されており、その屈折率は３．３８、光吸収係数は１０００ｃｍ−１である。【００９３】  第２光導波路１００５には、突起部１００１の近傍に擾乱要素を配置しない。第１光導波路１００４及び第２光導波路１００５において、突起部１００１の中心から１．６μｍ以上離隔したスラブ領域１００２中にはシリコンへの１×１０２０／ｃｍ３の不純物ドーピングによって形成された光吸収領域１００６が配置されている。光吸収領域１００６と擾乱要素１００３は同一の屈折率及び同一の光吸収係数を有する。また、擾乱要素１００３と光吸収領域１００６の厚さはスラブ領域１００２の厚さと同一である。【００９４】  次に、本発明の効果について第１光導波路１００４及び第２光導波路１００５の光導波方向の長さの設定値と、数値解析結果とともに説明する。数値解析の対象としてＴＥ−ｌｉｋｅモードを仮定する。【００９５】  有限要素法によるモード解析により、第１光導波路１００４には１次乃至３次の導波モードが存在する。ここで、ｊ次モードはＸ方向にｊ個の腹を持つモードを示す。また、１次モードは基本モードを示す。一方、第２光導波路１００５には１次乃至５次の導波モードが存在する。１次モードに対して奇対称モードである２次モードを除去対象高次モードとすると、当該２次モードから派生する意図的高次モードは、奇対称モードである４次モードとなる。図１０（ａ）、（ｂ）は第２光導波路１００５における２次モードと４次モードの電界振幅プロファイルを示す。また、図１０（ｃ）は高次モードフィルタ１０００から突起部１００１を��去した場合の２次元スラブ基本モードの電界振幅プロファイルを示す。【００９６】  第１光導波路１００４には、４次モードは存在しないが、図１０（ｃ）に示す２次元スラブ基本モードと結合した漏洩モードが存在し、当該漏洩モードは数十ｍｍ以上の導波寿命を有する。従って、漏洩モードを意図的高次モードとして利用可能であり、その実効屈折率は高次モードフィルタ１０００から突起部１００１を除去した場合の２次元スラブ基本モードの実効屈折率と同様であると考えられる。【００９７】  その結果、第１光導波路１００４の除去対象高次モード及び意図的高次モードの実効屈折率はｎ１ｅｆｆ１＝３．２８８、ｎ１ｅｆｆ２＝３．１７２、第２光導波路１００５の除去対象高次モード及び意図的高次モードの実効屈折率はｎ２ｅｆｆ１＝３．２９３、ｎ２ｅｆｆ２＝３．２１２となる。光の真空中の波長λ＝１．５５μｍとすると、数７によりＬ１ｏｐｔ＝６．７μｍ、Ｌ２ｏｐｔ＝１０．４μｍとなる。この計算結果に従い、第１光導波路１００４と第２光導波路１００５の光導波方向の長さはＬ１＝６．７μｍ、Ｌ２＝１０．４μｍに設定される。【００９８】  セミベクトル差分ビーム伝播法に従った数値計算により、高次モードフィルタ１０００における基本モード（１次モード）の損失は０．３ｄＢ／ｍｍと小さく、その奇対称モードである２次モードの損失は８２ｄＢ／ｍｍと大きくなる。また、スラブ領域１００２外に散乱される光は殆ど存在せず、除去された高次モード光が全て吸収されていることが確認された。基本モードと２次モードが同時に存在していても、高次モードフィルタ１０００の機能は変化せず、安定して高次モード除去性能を発揮することが確認された。従って、高次モードフィルタ１０００は光学素子内に場所を限定せず配置することができる。【００９９】  図１１は、高次モードフィルタ１０００の２次モード損失（ｄＢ／ｍｍ）についての計算結果を第１光導波路１００４の長さＬ１を横軸とし、第２光導波路１００５の長さＬ２を縦軸として示したグラフである。図１１に示す高次モードフィルタ１０００の高次モード除去性能は図３に示す高次モードフィルタ３００の高次モード除去性能と同様である。図１１において、数１１に示す高次モード除去性能が高い直線群１１２１と、数１２に示す高次モード除去性能が低い直線群１１２２とが１１−Ｌ２平面上に交互に現れており、数１３で示す領域において高い高次モード除去性能を実現することができる。即ち、実施例１において説明した高次モード除去のメカニズムが実施例２においても実証されている。【０１００】  最後に、本発明に係る高次モードフィルタは実施例１、実施例２、及び変形例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲内における種々の変形や改造をも包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】  本発明に係る高次モードフィルタはレーザ素子などの種々の光学素子に搭載可能であり、反射光や迷光を抑制でき、かつ、簡便に作製することができる。また、本発明の高次モードフィルタは小型化可能であり、高い光学品質を実現するので、光学関連技術分野に広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】  ２００、３００、６００、７００、８００、９００、１０００    高次モードフィルタ
２０１、３０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１    突起部
２０２、３０２、５０２、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２    スラブ領域
３０３、５０３、６０３、７０３、８０３、９０３、１００３    擾乱要素
３０４、６０４、７０４、８０４、９０４、１００４    第１光導波路
３０５、６０５、７０５、８０５、９０５、１００５    第２光導波路
６０６、８０６、９０６、１００６    光吸収領域
７０６    テーパ構造
８０７    ｐ型半導体領域
９０７    温度センサ素子
８０８    ｎ型半導体領域
８０９、９０８    電極
１００７    シリコン基板
１００８    埋め込み酸化膜
１００９    シリコン層
１０１０    キャップ層
３１１、６１１、７１１、８１１、９１１、１０１１    接続面
【図１】
2013081063.tif 000022
【図２】
2013081063.tif 000023
【図３】
2013081063.tif 000024
【図４】
2013081063.tif 000025
【図５】
2013081063.tif 000026
【図６】
2013081063.tif 000027
【図７】
2013081063.tif 000028
【図８】
2013081063.tif 000029
【図９】
2013081063.tif 000030
【図１０】
2013081063.tif 000031
【図１１】
2013081063.tif 000032
【図１２】
2013081063.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月23日(2014.5.23)
【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】
板状のスラブ領域と、
前記スラブ領域上に光導波方向に沿って帯状に形成された突起部と、
前記スラブ領域において前記突起部から離隔した位置に形成され、平面方向に隣接する前記スラブ領域よりも低屈折率の擾乱要素を配置した第１光導波路と、
少なくとも前記突起部の近傍に前記擾乱要素を持たない第２光導波路とを具備し、
前記第１光導波路と前記第２光導波路とを少なくとも１回以上交互に配置した高次モードフィルタ。
【請求項２】
前記第１光導波路では前記スラブ領域内に前記突起部に近接した位置に前記擾乱要素が形成されており、前記第２光導波路では前記スラブ領域内に前記突起部から遠方の位置に前記擾乱要素を形成するようにした請求項１記載の高次モードフィルタ。
【請求項３】
前記擾乱要素は前記スラブ領域への不純物ドーピングにより形成するようにした請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【請求項４】
前記第１光導波路と前記第２光導波路との接続面において除去対象高次モードより高次であり前記除去対象高次モードと同一の対称性を有する意図的高次モードとの位相関係が固定されるようにされており、除去対象高次モードと意図的高次モードとの干渉により大きな高次モード損失が生じるように前記第１光導波路及び前記第２光導波路の光導波方向の長さを規定した請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【請求項５】
光の真空中の波長λ、前記第１光導波路の除去対象高次モードにおける実効屈折率ｎ１ｅｆｆ１、前記第１光導波路の意図的高次モードにおける実効屈折率ｎ１ｅｆｆ２、前記第２光導波路の除去対象高次モードにおける実効屈折率ｎ２ｅｆｆ１、前記第２光導波路の意図的高次モードにおける実効屈折率ｎ２ｅｆｆ２に基づいて前記第１光導波路及び前記第２光導波路の光導波方向の長さＬｉ（ｉ＝１、２）を
【数１】
2013081063.tif 000034
及び
【数２】
2013081063.tif 000035
及び
【数３】
2013081063.tif 000036
に従って規定するようにした請求項４記載の高次モードフィルタ。
【請求項６】
第１光導波路及び第２光導波路の光導波路コアの屈折率ｎｃｏｒｅ、除去対象高次モードのモード幅Ｗに基づいて前記第１光導波路及び前記第２光導波路の光導波方向の長さＬｉ（ｉ＝１、２）を
【数４】
2013081063.tif 000037
に従って規定するようにした請求項５記載の高次モードフィルタ。
【請求項７】
前記第１光導波路及び前記第２光導波路の少なくとも一方において前記スラブ領域内に前記突起部から前記擾乱要素よりも遠方の位置に光吸収材料よりなる光吸収領域を配置した請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【請求項８】
前記突起部において少なくとも始端部近傍及び終端部近傍の一方においてその幅がテーパ状に変化するテーパ構造を形成した請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【請求項９】
前記擾乱要素及び前記光吸収領域の少なくとも一部をｐ型半導体領域又はｎ型半導体領域より形成した請求項７記載の高次モードフィルタ。
【請求項１０】
前記擾乱要素の近傍に温度センサ素子を形成した請求項１又は２記載の高次モードフィルタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【数２】
2013081063.tif 000038
【国際調査報告】
2013081063.tif 000039
2013081063.tif 000040
2013081063.tif 000041
2013081063.tif 000042