(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトニック結晶を利用し、入力された光を異なるモードに変換して反射できる光導波路素子を提供する。【解決手段】モード変換部を含む光導波路コア３０と、光導波路コアを包含するクラッド２０とを備える。モード変換部には、第１仮想線分と重なる位置に配列して周期的に形成された複数の空孔５１を含む第１空孔群６１、及び第２仮想線分と重なる位置に配列して、第１空孔群と同一周期で形成された複数の空孔５２を含む第２空孔群６２を含むフォトニック結晶が形成されている。フォトニック結晶は、波長λに対し、第１空孔群及び第２空孔群の周期をΛ、ｐ（ｐはｐ≧０の整数）次モードに対する等価屈折率をｎｐ、ｑ（ｑはｑ≧０かつｑ≠ｐの整数）次モードに対する等価屈折率ｎｑとして、２π／Λ＝２π（ｎｐ＋ｎｑ）／λを満たす。【選択図】図１
2018054935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１仮想線分、及び前記第１仮想線分と平行な第２仮想線分に沿い、かつ前記第１仮想線分及び前記第２仮想線分と重なる位置に設けられた光導波路コアと、
前記光導波路コアを包含するクラッドと
を備え、
前記光導波路コアは、モード変換部を含み、
前記モード変換部には、前記第１仮想線分と重なる位置に配列して周期的に形成された複数の空孔を含む第１空孔群、及び前記第２仮想線分と重なる位置に配列して、前記第１空孔群と同一周期で形成された複数の空孔を含む第２空孔群を含むフォトニック結晶が形成されており、
前記フォトニック結晶は、特定の波長λに対し、前記第１空孔群及び前記第２空孔群の周期をΛ、ｐ（ｐはｐ≧０の整数）次モードに対する等価屈折率をｎｐ、ｑ（ｑはｑ≧０かつｑ≠ｐの整数）次モードに対する等価屈折率をｎｑとして、２π／Λ＝２π（ｎｐ＋ｎｑ）／λを満たす
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記第１空孔群に含まれる空孔と前記第２空孔群に含まれる空孔の直径が周期毎に変化する
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記クラッドを介して前記モード変換部を被覆する位置に、前記モード変換部に熱を与えるための電極が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路素子と、結合部を含む出力導波路コアとを備え、
前記光導波路コアは、前記モード変換部と直列に接続され、ｐ次モード及びｑ次モードの光を伝播させる多モード導波路部をさらに含み、
前記クラッドは、前記光導波路コア及び前記出力導波路コアを包含し、
前記多モード導波路部と前記結合部とが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域が設定されており、
前記結合領域では、前記多モード導波路部を伝播するｑ次モードの光と、前記結合部を伝播するｒ（ｒはｒ≧０の整数）次モードの光とが結合される
ことを特徴とする波長フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フォトニック結晶によって特定の波長の光を反射する光導波路素子及びこれを備える波長フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型化や量産性に有利な光デバイスの開発に当たり、Ｓｉ（シリコン）を導波路の材料として用いるＳｉ導波路が注目を集めている。
【０００３】
Ｓｉ導波路では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Ｓｉを材料として形成する。そして、Ｓｉよりも屈折率の低い例えばシリカ等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば１μｍ程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。
【０００４】
また、Ｓｉ導波路では、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の半導体装置の製造過程を流用することが可能である。そのため、チップ上に電子機能回路と光機能回路とを一括形成する光電融合（シリコンフォトニクス）の実現が期待されている。
【０００５】
ところで、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式を利用した受動型光加入者ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）毎に異なる受信波長が割り当てられる。局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）は、各ＯＮＵへの下り光信号を、送り先の受信波長に対応した送信波長でそれぞれ生成し、これらを多重して送信する。各ＯＮＵは、複数の波長で多重された下り光信号から、自身に割り当てられた受信波長の光信号を選択的に受信する。ＯＮＵでは、各々の受信波長の下り光信号を選択的に受信するために、波長フィルタが使用される。そして、波長フィルタを、上述したＳｉ導波路によって構成する技術が実現されている。
【０００６】
Ｓｉ導波路を用いる波長フィルタとしては、例えば、マッハツェンダー干渉器を用いたものやアレイ導波路グレーティングを用いたものがある。また、Ｓｉ導波路を用いる波長フィルタとして、リング共振器（例えば特許文献１〜３等）や、グレーティング型（例えば特許文献４等）又は方向性結合器型（例えば特許文献５等）の波長フィルタがある。これらの波長フィルタは、電極を設け、電圧を印可することによって、出力波長を可変にできるという利点がある。さらに、グレーティングと同様に、光を回折させることによって、特定の波長を逆方向に反射させる素子として、フォトニック結晶と呼ばれる構造がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２１５５１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−０９３６２７号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８７７０号公報
【特許文献４】特開２００６−３３０１０４号公報
【特許文献５】特開２００２−３５３５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フォトニック結晶は高い回折効率を有するため、波長フィルタとして利用した場合、高効率に波長分離できることが期待される。しかしながら、従来のフォトニック結晶は、基本モード間の逆方向への回折を行う構造であり、機能が限られている。そして、入力された光を異なるモードに変換して反射するフォトニック結晶については知られていなかった。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、フォトニック結晶を利用した光導波路素子であって、入力された光を異なるモードに変換して反射できる光導波路素子、及びこれを利用した波長フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、この発明による光導波路素子は、第１仮想線分、及び第１仮想線分と平行な第２仮想線分に沿い、かつ第１仮想線分及び前記第２仮想線分と重なる位置に設けられた光導波路コアと、光導波路コアを包含するクラッドとを備える。光導波路コアは、モード変換部を含む。モード変換部には、第１仮想線分と重なる位置に配列して周期的に形成された複数の空孔を含む第１空孔群、及び第２仮想線分と重なる位置に配列して、第１空孔群と同一周期で形成された複数の空孔を含む第２空孔群を含むフォトニック結晶が形成されている。フォトニック結晶は、特定の波長λに対し、第１空孔群及び第２空孔群の周期をΛ、ｐ（ｐはｐ≧０の整数）次モードに対する等価屈折率をｎｐ、ｑ（ｑはｑ≧０かつｑ≠ｐの整数）次モードに対する等価屈折率をｎｑとして、２π／Λ＝２π（ｎｐ＋ｎｑ）／λを満たす。
【００１１】
また、この発明による波長フィルタは、上述の光導波路素子と、結合部を含む出力導波路コアとを備える。光導波路コアは、モード変換部と直列に接続され、ｐ次モード及びｑ次モードの光を伝播させる多モード導波路部をさらに含む。クラッドは、光導波路コア及び出力導波路コアを包含する。多モード導波路部と結合部とが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域が設定されている。結合領域では、多モード導波路部を伝播するｑ次モードの光と、結合部を伝播するｒ（ｒはｒ≧０の整数）次モードの光とが結合される。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の光導波路素子では、モード変換部に、２列の空孔群（第１空孔群及び第２空孔群）を含むフォトニック結晶を形成することによって、特定の波長の基本モードの光を、１次モードに変換して反射することができる。
【００１３】
また、この発明の波長フィルタでは、上述した光導波路素子を用いることによって、特定の波長とその他の波長とを分離し、経路を切り替えて取り出すことができる。そして、フォトニック結晶を利用することによって、高い回折効率で特定の波長の光を反射させることができる。従って、高効率に波長分離及び経路切替を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）は、この発明の光導波路素子を示す概略的平面図であり、（Ｂ）は、この発明の光導波路素子を示す概略的端面図である。
【図２】フォトニック結晶の変形例を示す概略的平面図である。
【図３】この発明の光導波路素子の特性評価に関するシミュレーションの結果を示す図である。
【図４】この発明の波長フィルタを示す概略的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００１６】
（光導波路素子）
図１を参照して、この発明の光導波路素子について説明する。図１（Ａ）は、光導波路素子を示す概略的平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す光導波路素子をＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。なお、図１（Ａ）では、後述する光導波路コアのみを示してあり、クラッド及び支持基板を省略している。
【００１７】
なお、以下の説明では、各構成要素について、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、支持基板の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。
【００１８】
光導波路素子１００は、支持基板１０、クラッド２０、光導波路コア３０及び電極４０を備えて構成されている。
【００１９】
支持基板１０は、例えば単結晶Ｓｉを材料とした平板状体で構成されている。
【００２０】
クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面１０ａを被覆し、かつ光導波路コア３０を包含して形成されている。クラッド２０は、例えばＳｉＯ２を材料として形成されている。
【００２１】
光導波路コア３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、光導波路コア３０は、実質的な光の伝送路として機能し、入力された光が光導波路コア３０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。また、光導波路コア３０は、伝播する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、支持基板１０から例えば少なくとも１μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
【００２２】
ここでは、光導波路コア３０は、厚さ方向でシングルモード条件を達成すべく、厚さを例えば１５０〜５００ｎｍとするのが好ましい。
【００２３】
また、光導波路コア３０は、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２とを結ぶ第１仮想線分Ｌ１、第３点Ｐ３と第４点Ｐ４とを結ぶ第２仮想線分Ｌ２に沿い、かつこれら第１仮想線分Ｌ１及び第２仮想線分Ｌ２と重なる位置に設けられている。なお、第２仮想線分Ｌ２は、第１仮想線分Ｌ１と平行である。
【００２４】
さらに、光導波路コア３０は、モード変換部３１を含む。モード変換部３１にはフォトニック結晶が形成されている。フォトニック結晶は、モード変換部３１に、第１空孔群６１及び第２空孔群６２が形成されることによって構成される。
【００２５】
第１空孔群６１は、第１仮想線分Ｌ１と重なる位置に配列して周期的に形成された複数の空孔５１を含む。また、第２空孔群６２は、第２仮想線分Ｌ２と重なる位置に配列して、第１空孔群６１と同一周期で形成された複数の空孔５２を含む。そして、第１空孔群６１に含まれる空孔５１と第２空孔群６２に含まれる空孔５２とは、互いに半周期ずれた位置に形成されている。
【００２６】
空孔５１及び５２は、モード変換部３１を厚さ方向に貫通して形成される。また、ここでは、空孔５１及び５２は、厚さ方向に直交する断面形状が円形とされている。
【００２７】
フォトニック結晶は、入力される特定の波長のＴＥ偏波の光を、基本モードから１次モードに変換して反射する。また、フォトニック結晶は、その他の波長の光を、基本モードのままで透過させる。
【００２８】
フォトニック結晶における位相整合条件は、空孔５１及び５２の形成周期をΛ、基本モードのＴＥ偏波に対する等価屈折率をｎ０、１次モードのＴＥ偏波に対する等価屈折率ｎ１として、下式（１）で表される。
【００２９】
２π／Λ＝２π（ｎ０＋ｎ１）／λ      ・・・（１）
フォトニック結晶では、上式（１）が成立する波長λ、すなわちブラッグ波長のＴＥ偏波がブラッグ反射される。従って、モード変換部３１の幅、空孔５１及び５２の周期、並びに空孔５１及び５２の直径は、所望の反射すべき波長λに対して上式（１）が成立するように設計される。
【００３０】
ここで、フォトニック結晶の変形例として、空孔５１及び５２の直径が周期毎に変化する構成とすることができる。図２を参照して、フォトニック結晶の変形例について説明する。図２は、フォトニック結晶の変形例を説明するための概略的平面図である。なお、図２では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
【００３１】
図２に示す構成例では、第１周期目の空孔５１及び５２の直径に対して、周期毎に直径が増加する。空孔５１及び５２の直径は、モード変換部３１の長さ方向における中心付近の空孔５１及び５２で最大となる。そして、空孔５１及び５２の直径は、最大となる空孔５１及び５２以降減少する。
【００３２】
このように、空孔５１及び５２の直径を周期毎に変化させることによって、フォトニック結晶における光の散乱を抑制することができる。なお、空孔５１及び５２の直径の変化量は、反射すべき波長λ及び回折効率に応じて設計される。
【００３３】
電極４０は、クラッド２０を介して、モード変換部３１を被覆する位置に形成される。電極４０に電流を流すことでジュール熱を発生させ、この発熱による熱光学効果によって、モード変換部３１の屈折率を変化させる。その結果、モード変換部３１による反射波長を変化させることができる。
【００３４】
以上に説明したように、光導波路素子１００では、モード変換部３１に、２列の空孔群（第１空孔群６１及び第２空孔群６２）を含むフォトニック結晶を形成することによって、特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、１次モードに変換して反射することができる。
【００３５】
従って、光導波路素子１００を用いることにより、フォトニック結晶を透過する特定の波長の光を取り出す波長フィルタを構成することができる。
【００３６】
また、光導波路素子１００では、電極４０を用いてモード変換部３１に熱を与えることができる。そのため、フォトニック結晶が反射及び透過させる光の波長を変化させることができる。従って、光導波路素子１００を用いることにより、出力波長が可変な波長フィルタを構成することができる。
【００３７】
なお、この実施の形態では、光導波路素子１００が、ＴＥ偏波に対して特定の波長の光を出力する構成について説明した。しかし、光導波路素子１００は、ＴＭ偏波に対して特定の波長の光を出力する構成とすることもできる。その場合には、モード変換部３１のフォトニック結晶を、反射すべき波長λに応じ、ＴＭ偏波に対して上式（１）が成立するように設計する。これによって、フォトニック結晶により、特定の波長の基本モードのＴＭ偏波を、１次モードに変換して反射することができる。
【００３８】
また、この実施の形態では、モード変換部３１のフォトニック結晶において、特定の波長の光を、基本モードから１次モードに変換して反射する構成について説明した。しかし、モード変換部３１のフォトニック結晶が、ｐ次モード（ｐはｐ≧０の整数）の特定の波長の光を、ｑ次モード（ｑはｑ≧０かつｑ≠ｐの整数）に変換して反射する構成とすることもできる。その場合には、モード変換部３１のフォトニック結晶における位相整合条件は、空孔５１及び５２の形成周期をΛ、ｐ次モードの光に対する等価屈折率をｎｐ、ｑ次モードの光に対する等価屈折率ｎｑとして、下式（２）で表される。
【００３９】
２π／Λ＝２π（ｎｐ＋ｎｑ）／λ      ・・・（２）
フォトニック結晶では、上式（２）が成立する波長λ、すなわちブラッグ波長の光がブラッグ反射される。フォトニック結晶は、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波について、反射すべき波長λに対して上式（２）が成立するように設計される。
【００４０】
そして、ｐ次モード及びｑ次モードの一方が、振幅分布が対称である基本モード若しくは偶数次モードであり、かつ他方が、振幅分布が反対称である奇数次モードである場合には、空孔５１と空孔５２とが、互いに半周期ずれた位置に形成される。
【００４１】
また、ｐ次モード及びｑ次モードの双方が、ともに基本モード若しくは偶数次モードである場合、又はともに奇数次モードである場合には、空孔５１及び空孔５２の形成位置を、周期をずらすことなく一致させる。すなわち空孔５１と空孔５２とが互いに対称となる位置に形成される。
【００４２】
（特性評価）
発明者は、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）を用いて、光導波路素子１００の特性を評価するシミュレーションを行った。
【００４３】
このシミュレーションでは、光導波路素子１００について、光導波路コア３０に基本モードのＴＥ偏波を入力し、モード変換部３１を透過した基本モードのＴＥ偏波の出力光（透過光）、及びモード変換部３１でモード変換されつつ反射された、１次モードのＴＥ偏波の出力光（反射光）の強度を解析した。
【００４４】
このシミュレーションでは、以下のように光導波路素子１００を設計した。すなわち、光導波路コア３０の厚さは０．２μｍとした。また、モード変換部３１の幅は１μｍとした。また、空孔５１及び空孔５２の形成周期は０．３９４μｍとし、また、モード変換部３１の長さ（すなわちフォトニック結晶の長さ）は、空孔５１及び空孔５２につき２１周期分に対応する長さとした。また、フォトニック結晶は、空孔５１及び空孔５２の直径が周期毎に変化する構成（図２参照）とし、空孔５１及び空孔５２の最大の直径を０．２μｍとした。そして、第１空孔群６１及び第２空孔群６２ともに、両端からそれぞれ５周期分の空孔５１及び空孔５２を、両端に向かって周期毎に直径が小さくなるように設計した。第１空孔群６１及び第２空孔群６２の、両端の空孔５１及び空孔５２の直径は０．１μｍとした。
【００４５】
シミュレーションの結果を、図３に示す。図３では、縦軸に、出力光の強度をｄＢ目盛で、また、横軸に波長をμｍ単位でとって示してある。図３において、曲線９１は、モード変換部からの透過光の、また、曲線９２は、モード変換部からの反射光の強度を示している。
【００４６】
図３に示すように、１．５〜１．７５μｍ付近の波長帯において、３０ｄＢ以上の消光比で、基本モードが１次モードに変換されつつ反射されたことが確認できる。従って、２１周期分の空孔５１及び空孔５２（フォトニック結晶の長さにして約８μｍ程度）の長さで、極めて高い回折効率が得られることが確認された。
【００４７】
（波長フィルタ）
図４を参照して、上述した光導波路素子１００（図１参照）を利用した波長フィルタについて説明する。図４は、波長フィルタを示す概略的平面図である。なお、図４では、光導波路コア及び後述する出力導波路コアのみを示してあり、クラッド及び支持基板を省略している。また、光導波路素子１００と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
波長フィルタ２００は、上述した光導波路素子１００に、出力導波路コア７０を追加して構成されている。また、光導波路コア３０は、上述したモード変換部３１に追加して、入力部３２、入力側テーパ部３３、多モード導波路部３４、出力側テーパ部３５及び第１出力部３６を含んでいる。入力部３２、入力側テーパ部３３、多モード導波路部３４、モード変換部３１、出力側テーパ部３５及び第１出力部３６は、この順に直列に接続されている。
【００４９】
入力部３２は、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
【００５０】
入力側テーパ部３３は、入力部３２と接続された一端３３ａから、多モード導波路部３４と接続された他端３３ｂへ、連続的に幅が拡大する。そして、入力側テーパ部３３の一端３３ａの幅は、入力部３２の幅と等しく設定されている。従って、入力側テーパ部３３は、一端３３ａにおいて、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
【００５１】
多モード導波路部３４は、基本モード及び１次モードのＴＥ偏波を伝播させる。
【００５２】
モード変換部３１には、特定の波長のＴＥ偏波に対して上式（１）を満たすフォトニック結晶が形成されている。フォトニック結晶は、入力される特定の波長のＴＥ偏波の光を、基本モードから１次モードに変換して反射する。また、フォトニック結晶は、その他の波長の光を、基本モードのままで透過させる。
【００５３】
出力側テーパ部３５は、モード変換部３１と接続された一端３５ａから、第１出力部３６と接続された他端３５ｂへ、連続的に幅が縮小する。そして、出力側テーパ部３５の他端３５ｂの幅は、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成するように設定されている。
【００５４】
第１出力部３６は、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
【００５５】
出力導波路コア７０は、光導波路コア３０と同様に、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。また、出力導波路コア７０は、伝播する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、支持基板１０から例えば少なくとも１μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
【００５６】
ここでは、出力導波路コア７０の厚さは、伝播光のＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成すべく、例えば１５０〜５００ｎｍとするのが好ましい。
【００５７】
また、出力導波路コア７０は、結合部７１と第２出力部７２とを含んでいる。
【００５８】
結合部７１は、光導波路コア３０の多モード導波路部３４と、互いに離間し、かつ並んで配置されている。そして、光導波路コア３０の多モード導波路部３４と、出力導波路コア７０の結合部７１とが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域８０として設定されている。なお、第２出力部７２は、結合領域８０を挟んで、モード変換部３１と反対側で結合部７１と接続されている。
【００５９】
結合領域８０において、多モード導波路部３４及び結合部７１は、それぞれの中心軸が平行となるように配設されている。
【００６０】
また、結合部７１は、一端７１ａから第２出力部７２と接続された他端７１ｂへ、幅が連続的に拡大するテーパ形状とされている。結合部７１の一端７１ａ及び他端７１ｂの幅は、基本モードのＴＥ偏波を伝播可能な等価屈折率に対応して設定されている。そして、結合部７１は、一端７１ａから他端７１ｂまでの間に、多モード導波路部３４を伝播する１次モードのＴＥ偏波に対する等価屈折率と、結合部７１を伝播する基本モードのＴＥ偏波に対する等価屈折率とが一致する幅を含んでいる。
【００６１】
その結果、結合領域８０では、多モード導波路部３４を伝播する１次モードのＴＥ偏波と、結合部７１を伝播する基本モードのＴＥ偏波とを結合することができる。
【００６２】
第２出力部７２は、ＴＥ偏波の伝播光に対してシングルモード条件を達成する幅に設定されている。
【００６３】
波長フィルタ２００では、基本モードの光信号が、光導波路コア３０の入力部３２に入力され、入力側テーパ部３３及び多モード導波路部３４を経てモード変換部３１に送られる。モード変換部３１を伝播する特定の波長の基本モードのＴＥ偏波は、フォトニック結晶によって、１次モードに変換されて反射され、再び多モード導波路部３４に送られる。その他の光は、基本モードのまま、出力側テーパ部３５を経て第１出力部３６から出力される。フォトニック結晶で反射され、多モード導波路部３４を伝播する１次モードのＴＥ偏波は、結合領域８０において、基本モードに変換されつつ、出力導波路コア７０の結合部７１へ移行する。結合部７１へ移行した基本モードのＴＥ偏波は、第２出力部７２から出力される。
【００６４】
このように、波長フィルタ２００は、上述した光導波路素子１００を用いることによって、特定の波長とその他の波長とを分離し、経路を切り替えて取り出す波長フィルタとして使用することができる。そして、モード変換部３１においてフォトニック結晶を利用することによって、高い回折効率で特定の波長の光を反射させることができる。従って、高効率に波長分離及び経路切替を行うことができる。
【００６５】
なお、この実施の形態では、波長フィルタ２００が、ＴＥ偏波に対して特定の波長の経路を切り替える構成について説明した。しかし、波長フィルタ２００は、ＴＭ偏波に対して特定の波長の光を出力する構成とすることもできる。その場合には、モード変換部３１のフォトニック結晶を、反射すべき波長λに応じ、ＴＭ偏波に対して上式（１）が成立するように設計する。これによって、フォトニック結晶により、特定の波長の基本モードのＴＭ偏波を、１次モードに変換して反射することができる。その場合には、波長フィルタ２００を、ＴＭ偏波に対して、経路切替を行う波長フィルタとして使用することができる。
【００６６】
また、この実施の形態では、モード変換部３１のフォトニック結晶において、特定の波長の光を、基本モードから１次モードに変換して反射する構成について説明した。しかし、上式（２）を満たすようにフォトニック結晶を形成することによって、フォトニック結晶が、ｐ次モードの特定の波長の光を、ｑ次モードに変換して反射する構成とすることもできる。
【００６７】
さらに、結合領域８０において、多モード導波路部３４及び結合部７１間で結合する光についても、基本モードと１次モードとに限定されない。結合部７１の一端７１ａ及び他端７１ｂの幅を、ｒ（ｒはｒ≧０の整数）次モードの光を伝播可能な等価屈折率に対応して設定し、結合部７１が、一端７１ａから他端７１ｂまでの間に、多モード導波路部３４を伝播するｑ次モードの光に対する等価屈折率と、結合部７１を伝播するｒ次モードの光に対する等価屈折率とが一致する幅を含むように設計することもできる。その場合には、結合領域８０において、多モード導波路部３４を伝播するｑ次モードの光と、結合部７１を伝播するｒ次モードの光とを結合することができる。
【００６８】
（製造方法）
この実施の形態による波長フィルタ２００は、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用することによって、簡易に製造することができる。以下、波長フィルタ２００の製造方法について説明する。
【００６９】
すなわち、まず、支持基板層、ＳｉＯ２層、及びＳｉ層が順次積層されて構成されたＳＯＩ基板を用意する。次に、例えばエッチング技術を用い、Ｓｉ層をパターニングすることによって、光導波路コア３０及び出力導波路コア７０を形成する。その結果、支持基板１０としての支持基板層上にＳｉＯ２層が積層され、さらにＳｉＯ２層上に光導波路コア３０及び出力導波路コア７０が形成された構造体を得ることができる。次に、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２層上に、ＳｉＯ２を、光導波路コア３０及び出力導波路コア７０を被覆して形成する。その結果、クラッド２０によって光導波路コア３０及び出力導波路コア７０が包含される。次に、クラッド２０上に電極４０を形成して、波長フィルタ２００を製造することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０：支持基板
２０：クラッド
３０：光導波路コア
３１：モード変換部
３２：入力部
３３：入力側テーパ部
３４：多モード導波路部
３５：出力側テーパ部
３６：第１出力部
４０：電極
５１、５２：空孔
６１：第１空孔群
６２：第２空孔群
７０：出力導波路コア
７１：結合部
７２：第２出力部
８０：結合領域
１００：光導波路素子
２００：波長フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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