(57)【要約】【課題】広い波長帯域で偏波分離を行う。【解決手段】第１導波路コア５０、第２導波路コア６０及び第３導波路コア７０を備えて構成される。第１導波路コアは、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２とを結ぶ仮想線分Ｌに平行に設けられている。また、第２導波路コア及び第３導波路コアは、第１導波路コアを挟む位置に、第１導波路コアから離間し、かつ、第１導波路コアに平行に設けられている。第１導波路コアは、第１点側から第２点側に向けて、幅が狭くなる第１テーパ導波路コア５２を備えている。第２導波路コアは、第１点側から第２点側に向けて、幅が広くなる第２テーパ導波路コア６２を備えている。また、第３導波路コアは、第１点側から第２点側に向けて、幅が広くなる第３テーパ導波路コア７２を備えている。【選択図】図１
2018028566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１点と第２点とを結ぶ仮想線分に平行に設けられた第１導波路コアと、
前記第１導波路コアを挟む位置に、前記第１導波路コアから離間し、かつ、前記第１導波路コアに平行に設けられた、第２導波路コア及び第３導波路コアと
を備え、
前記第１導波路コアは、前記第１点側から前記第２点側に向けて、幅が狭くなる第１テーパ導波路コアを備え、
前記第２導波路コアは、前記第１点側から前記第２点側に向けて、幅が広くなる第２テーパ導波路コアを備え、
前記第３導波路コアは、前記第１点側から前記第２点側に向けて、幅が広くなる第３テーパ導波路コアを備え、
前記第１テーパ導波路コアの、前記第１点側の端部の幅及び厚さは、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対してシングルモード条件を満たし、
前記第２導波路コアの厚さは、前記第１導波路コアの厚さより小さく、前記第２テーパ導波路コアの前記第２点側の端部の幅は、前記第１テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅より大きく、
前記第３導波路コアの厚さは、前記第１導波路コアの厚さと等しく、
前記第３テーパ導波路コアの前記第２点側の端部の幅は、前記第１テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅と等しく、
前記第２テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の位置が、前記第３テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の位置に対して、前記第１点側にある
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記第１導波路コアは、前記第１テーパ導波路コアの前記第１点側の端部に接続される第１等幅導波路コアを備え、
前記第２導波路コアは、前記第２テーパ導波路コアの前記第２点側の端部に接続される第２等幅導波路コアを備え、
前記第３導波路コアは、前記第３テーパ導波路コアの前記第２点側の端部に接続される第３等幅導波路コアを備え、
前記第１等幅導波路コアの幅及び厚さは、前記第１テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅及び厚さに等しく、
前記第２等幅導波路コアの幅及び厚さは、前記第２テーパ導波路コアの前記第２点側の端部の幅及び厚さに等しく、
前記第３等幅導波路コアの幅及び厚さは、前記第３テーパ導波路コアの前記第２点側の端部の幅及び厚さに等しい
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】
前記第２導波路コアは、前記第２テーパ導波路コアの前記第１点側の端部に接続されるサブ導波路コアを備え、
前記第３導波路コアは、前記第３テーパ導波路コアの前記第１点側の端部に接続されるサブ導波路コアを備え、
前記第２導波路コアが備えるサブ導波路コアの幅及び厚さは、前記第２テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅及び厚さと等しく、
前記第３導波路コアが備えるサブ導波路コアの幅及び厚さは、前記第３テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅及び厚さと等しい
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】
前記第１導波路コアに入力されるＴＥ偏波は、前記第２導波路コアに移行し、
前記第１導波路コアに入力されるＴＭ偏波は、前記第３導波路コアに移行する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路素子。
【請求項５】
支持基板上に順次積層された、酸化シリコン及びシリコンを備え、
前記酸化シリコンが下部クラッドを構成し、
前記シリコンが、前記第１〜第３導波路コアを構成する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光導波路素子。
【請求項６】
前記下部クラッド上に、前記第１〜３導波路コアを覆う上部クラッドを備え、
前記上部クラッドは、酸化シリコン又は窒化シリコンで構成される
ことを特徴とする請求項５に記載の光導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、偏波分離素子として用いることができる、光導波路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報伝達量の増大に伴い、光配線技術が注目されている。光配線技術では、光ファイバや光導波路素子を伝送媒体とした光デバイスを用いて、情報処理機器内の素子間、ボード間又はチップ間等の情報伝達を光信号で行う。その結果、高速信号処理を要する情報処理機器においてボトルネックとなっている、電気配線を使用することによる帯域制限を改善することができる。
【０００３】
光デバイスは、光送信器や光受信器等の光学素子を備えて構成される。これらの光学素子は、各光学素子の中心位置（受光位置あるいは発光位置）を設計位置に合わせるための複雑な光軸合わせを行った上で、例えばレンズを用いて互いに空間結合することができる。
【０００４】
ここで、各光学素子を結合するための手段として、レンズの代わりに光導波路素子を利用する技術がある。光導波路素子を利用する場合には、光が光導波路内に閉じ込められて伝播するため、レンズを利用する場合と異なり、複雑な光軸合わせを必要としない。従って、光デバイスは、その組立工程が簡易となるため、量産に適している。
【０００５】
光導波路素子として、シリコンを材料に用いたシリコン（Ｓｉ）導波路がある。Ｓｉ導波路では、実質的に光の伝送路となる導波路コアを、Ｓｉを材料として形成する。Ｓｉを材料とした導波路コアは、例えば石英（すなわち酸化シリコン（ＳｉＯ２））クラッドとの屈折率差が極めて大きいため、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、曲げ半径を例えば数μｍ程度まで小さくした、小型の曲線導波路が実現できるため、光デバイス全体の小型化に有利である。
【０００６】
また、Ｓｉ導波路を含む光導波路素子を製造する際には、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。
【０００７】
これまで、Ｓｉ導波路を用いて様々な機能を持った光回路が提供されている。しかし、一般的に、一つの偏波状態において最適な性能を発揮するものが多い。このため、例えば、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）モードで動作する素子に、ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ）モードが混入した場合、所望の性能が発揮されない。外部から光回路に入力される光信号には偏波が混在しているため、様々な手法にて、偏波を分離する方法がとられている。
【０００８】
Ｓｉ導波路を用いる偏波分離素子の例として、並んで配置された２つのＳｉ導波路で構成される方向性結合器で構成するものがある（例えば、特許文献１参照）。この方向性結合器は、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の結合作用長の差を利用して偏波分離を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２４４３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、上述の従来例の特許文献１に開示されている方向性結合器では、利用帯域を広くするには、結合作用長Ｌｃを長くする必要がある。
【００１１】
しかし、結合作用長Ｌｃを長くすると、方向性結合器を構成する２本のＳｉ導波路間の間隔が揺らいでしまうなど、製造誤差耐性が低くなる。この結果、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の分離がうまくいかない恐れがある。
【００１２】
また、例えば、Ｓｉ導波路間の間隔の最適値は、波長に依存する。このため、例えば、Ｓｉ導波路間の間隔が波長１５５０ｎｍに最適化されている構成で、波長１３００ｎｍにおいて波長分離をすることは難しい。
【００１３】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、偏波分離素子として用いることができる、光導波路素子であって、利用帯域が広い光導波路素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するために、この発明の光導波路素子は、第１導波路コア、第２導波路コア及び第３導波路コアを備えて構成される。第１導波路コアは、第１点と第２点とを結ぶ仮想線分に平行に設けられている。また、第２導波路コア及び第３導波路コアは、第１導波路コアを挟む位置に、第１導波路コアから離間し、かつ、第１導波路コアに平行に設けられている。
【００１５】
第１導波路コアは、第１点側から第２点側に向けて、幅が狭くなる第１テーパ導波路コアを備えている。第２導波路コアは、第１点側から第２点側に向けて、幅が広くなる第２テーパ導波路コアを備えている。また、第３導波路コアは、第１点側から第２点側に向けて、幅が広くなる第３テーパ導波路コアを備えている。
【００１６】
第１テーパ導波路コアの、第１点側の端部の幅及び厚さは、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対してシングルモード条件を満たす。第２導波路コアの厚さは、第１導波路コアの厚さより小さく、第２テーパ導波路コアの第２点側の端部の幅は、第１テーパ導波路コアの第１点側の端部の幅より大きい。また、第３導波路コアの厚さは、第１導波路コアの厚さと等しく、第３テーパ導波路コアの第２点側の端部の幅は、第１テーパ導波路コアの第１点側の端部の幅と等しい。
【００１７】
第２テーパ導波路コアの第１点側の端部の位置が、第３テーパ導波路コアの第１点側の端部の位置に対して、第１点側にある。
【００１８】
また、この発明の光導波路素子の好適実施例によれば、第１導波路コアは第１等幅導波路コアを備え、第２導波路コアは第２等幅導波路コアを備え、第３導波路コアは第３等幅導波路コアを備える。
【００１９】
第１等幅導波路コアは、第１テーパ導波路コアの第１点側の端部に接続される導波路コアである。第１等幅導波路コアの幅及び厚さは、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対してシングルモード条件を満たす。
【００２０】
第２等幅導波路コアは、第２テーパ導波路コアの第２点側の端部に接続される導波路コアである。第２等幅導波路コアの幅及び厚さは、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を満たす。
【００２１】
第３等幅導波路コアは、第３テーパ導波路コアの第２点側の端部に接続される導波路コアである。第３等幅導波路コアの幅及び厚さは、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対してシングルモード条件を満たす。
【００２２】
また、この発明の光導波路素子の他の好適実施例によれば、第２導波路コアは、第２テーパ導波路コアの第１点側の端部に接続される導波路コアであって、幅及び厚さが第２テーパ導波路コアの第１点側の端部の幅及び厚さと等しいサブ導波路コアを備える。また、第３導波路コアは、第３テーパ導波路コアの第１点側の端部に接続される導波路コアであって、幅及び厚さが第３テーパ導波路コアの第１点側の端部の幅及び厚さと等しいサブ導波路コアを備える。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の光導波路素子によれば、第１テーパ導波路コアを第１点側から第２点側に向けて伝播するＴＥ偏波の光は、厚さが小さい第２テーパ導波路コアに移行する。また、第１テーパ導波路コアを第１点側から第２点側に向けて伝播するＴＭ偏波の光は、第２テーパ導波路コアには移行できず、第３テーパ導波路コアに移行する。
【００２４】
また、第１テーパ導波路コアが第１点側から第２点側に向けて幅が狭くなり、第２テーパ導波路コア及び第３テーパ導波路コアは、第１点側から第２点側に向けて、幅が広くなる。このため、第１テーパ導波路コアと、第２及び第３テーパ導波路コアとで、伝播定数が一致する波長帯域が広い、すなわち、利用帯域が広い。
【００２５】
さらに、第２テーパ導波路コアの第１点側の端部の位置が、第３テーパ導波路コアの第１点側の端部の位置に対して、第１点側にあるので、第１テーパ導波路コアを伝播するＴＥ偏波は、第２テーパ導波路コアに移行しやすく、第３テーパ導波路コアには移行しにくい。このため、この光導波路素子は、偏波分離能力に優れる。
【００２６】
また、この第１テーパ導波路コアに対する第２テーパ導波路コア及び第３テーパ導波路コアの配置により、仮想線分に沿った方向での屈折率分布の変化がなだらかになる。この結果、第１導波路コアを伝播する光が第２導波路コアや第３導波路コアへ移行する際に、反射や散乱などが起こりにくく、この光導波路素子における損失を低減できる。
【００２７】
なお、Ｓｉ導波路コアを、Ｓｉ層をエッチングするなどして形成する場合、導波路コアの先端部は、角が丸まってしまうなど、設計されたパターンと、製造されたパターンとの製造誤差が大きい場合がある。この結果、光導波路素子が設計通りに機能しない恐れがある。これに対し、第２テーパ導波路コア及び第３テーパ導波路コアの第１点側の端部にサブ導波路コアを備えると、サブ導波路コアの部分での製造誤差が大きい場合でも、特に第２テーパ導波路コア及び第３テーパ導波路コアについては、製造誤差は小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の光導波路素子を示す概略図である。（Ａ）は概略的平面図であり、（Ｂ）は、概略的断面図である。
【図２】光導波路素子の製造方法を説明する工程図である。
【図３】１２５０ｎｍ〜１６００ｎｍの波長帯域におけるＴＥ偏波及びＴＭ偏波について、偏波分離特性を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
（光導波路素子の構成）
図１を参照して、この発明の光導波路素子の実施形態について説明する。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る。なお、図１（Ａ）では、導波路コアのみを示し、クラッド層などは省略している。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断面図である。
【００３１】
光導波路素子は、支持基板１０、下部クラッド２０及び導波路コア３０を備えて構成されている。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。
【００３２】
下部クラッド２０は、支持基板１０上に設けられており、支持基板１０の上面１０ａを被覆している。下部クラッド２０は、例えばＳｉＯ２を材料として形成されている。
【００３３】
導波路コア３０は、第１〜３導波路コア５０、６０及び７０を備えている。第１〜３導波路コア５０、６０及び７０は、下部クラッド２０よりも高い屈折率を有する材料（例えばＳｉ）で形成されている。その結果、第１〜３導波路コア５０、６０及び７０は、実質的な光の伝送路として機能し、入力された光がこれらの平面形状に応じた伝播方向に伝播する。また、第１〜３導波路コア５０、６０及び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から少なくとも１〜３μｍ程度の範囲内の距離で離間して形成されているのが好ましい。
【００３４】
下部クラッド２０上には、導波路コア３０を覆う上部クラッド４０が設けられている。上部クラッド４０は、酸化シリコン又は窒化シリコンなど、導波路コア３０よりも低い屈折率を有する材料で形成されている。
【００３５】
続いて、導波路コア３０の形状について説明する。第１導波路コア５０は、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２とを結ぶ仮想線分Ｌに平行に設けられている。また、第２導波路コア６０及び第３導波路コア７０は、第１導波路コア５０を挟む位置に、第１導波路コア５０から離間し、かつ、第１導波路コア５０に平行に設けられている。
【００３６】
なお、以下の説明において、仮想線分Ｌに沿って、第１点Ｐ１から第２点Ｐ２に向かう方向を光の伝播方向とする。また、支持基板１０の厚さに沿った方向を厚さ方向とし、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。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。
【００３７】
第１導波路コア５０は、第１テーパ導波路コア５２及び第１等幅導波路コア５４を備えている。第１等幅導波路コア５４は、第１テーパ導波路コア５２の第１点側の端部に接続されている。第１テーパ導波路コア５２の幅は、第１点Ｐ１側から第２点Ｐ２側に向けて狭くなる。第１テーパ導波路コア５２の、第１点Ｐ１側の端部の幅は、第１等幅導波路コア５４の幅と同じであり、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対してシングルモード条件を満たすように設定される。
【００３８】
第２導波路コア６０は、第２テーパ導波路コア６２及び第２等幅導波路コア６４を備えている。第２等幅導波路コア６４は、第２テーパ導波路コア６２の第２点Ｐ２側の端部に接続されている。第２導波路コア６０の厚さは、第１導波路コア５０の厚さより小さい。第２導波路コア６０の厚さは、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を満たし、ＴＭ偏波のシングルモード条件を満たさないように設定される。これにより、ＴＥ偏波のシングルモードの光は第２導波路コア６０を伝播できるが、ＴＭ偏波のシングルモードの光は、第２導波路コア６０を伝播できない。
【００３９】
第２テーパ導波路コア６２の幅は、第１点Ｐ１側から第２点Ｐ２側に向けて広くなる。第２テーパ導波路コア６２の第２点Ｐ２側の端部の幅は、第２等幅導波路コア６４の幅と同じであり、第１等幅導波路コア５４の幅より大きい。また、第２等幅導波路コア６４の幅は、ＴＥ偏波に対してシングルモード条件を満たすように設定される。第２導波路コア６０の厚みが、第１導波路コア５０の厚みより小さいので、第１等幅導波路コア５４の幅と、第２等幅導波路コア６４の幅を等しくすると、第２等幅導波路コア６４の、光の伝播方向に直交する断面の面積が第１等幅導波路コア５４の断面の面積よりも小さくなる。このため、面積が小さくなった分、光の損失が発生する恐れがある。これに対し、第２等幅導波路コア６４の幅を、第１等幅導波路コア５４の幅よりも大きくすることで、第２等幅導波路コア６４の断面の面積が、第１等幅導波路コア５４の断面の面積に近くなり、光の損失を低減できる。
【００４０】
第３導波路コア７０は、第３テーパ導波路コア７２及び第３等幅導波路コア７４を備えている。第３等幅導波路コア７４は、第３テーパ導波路コア７２の第２点Ｐ２側の端部に接続されている。第３導波路コア７０の厚さは、第１導波路コア５０の厚さに等しい。また、第３等幅導波路コア７４の幅は、第１等幅導波路コア５４の幅に等しい。第３等幅導波路コア７４の幅及び厚さは、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を満たす。
【００４１】
第３テーパ導波路コア７２の幅は、第１点Ｐ１側から第２点Ｐ２側に向けて広くなる。第３テーパ導波路コア７２の第２点Ｐ２側の端部の幅は、第３等幅導波路コア７４の幅と同じである。
【００４２】
上述した光導波路素子によれば、第１テーパ導波路コア５２を第１点Ｐ１側から第２点Ｐ２側に向けて伝播するＴＥ偏波の光は、厚さが小さい第２テーパ導波路コア６２に移行する。また、第１テーパ導波路コア５２を第１点Ｐ１側から第２点Ｐ２側に向けて伝播するＴＭ偏波の光は、第２テーパ導波路コア６２には移行できず、第３テーパ導波路コア７２に移行する。
【００４３】
また、第１テーパ導波路コア５２が第１点Ｐ１側から第２点Ｐ２側に向けて幅が狭くなり、第２テーパ導波路コア６２及び第３テーパ導波路コア７２は、第１点Ｐ１側から第２点Ｐ２側に向けて、幅が広くなる。このため、第１テーパ導波路コア５２と、第２及び第３テーパ導波路６２及び７２とで、伝播定数が一致する波長帯域が広い、すなわち、利用帯域が広い。
【００４４】
この実施形態では、第２テーパ導波路コア６２及び第３テーパ導波路コア７２の第１点Ｐ１側の端部の位置は、第１テーパ導波路コア５２の、第１点Ｐ１側の端部の位置と第２点Ｐ２側の端部の位置の間にある。また、第１テーパ導波路コア５２の第２点Ｐ２側の端部の位置は、第２テーパ導波路コア６２及び第３テーパ導波路コア７２の、第１点Ｐ１側の端部の位置と第２点Ｐ２側の端部の位置の間にある。さらに、第２テーパ導波路コア６２の第１点Ｐ１側の端部の位置が、第３テーパ導波路コア７２の第１点Ｐ１側の端部の位置に対して、第１点Ｐ１側にある。このため、第１テーパ導波路コア５２を伝播するＴＥ偏波は、第２テーパ導波路コア６２に移行しやすく、第３テーパ導波路コア７２には移行しにくい。この結果、この光導波路素子は、偏波分離能力に優れる。
【００４５】
また、第２テーパ導波路コア６２の第１点Ｐ１側の端部の位置が、第３テーパ導波路コア７２の第１点Ｐ１側の端部の位置に対して第１点Ｐ１側にあることにより、第２テーパ導波路コア６２の第１点Ｐ１側の端部の位置が第３テーパ導波路コア７２の第１点Ｐ１側の端部の位置と等しい構成に比べて、仮想線分に沿った方向での屈折率分布の変化がなだらかになる。この結果、第１導波路コアを伝播する光が第２導波路コアや第３導波路コアへ移行する際に、光の反射や散乱などが起こりにくく、この光導波路素子における損失を低減できる。
【００４６】
また、この光導波路素子の実施形態では、第２導波路コア６０及び第３導波路コア７０は、それぞれサブ導波路コア６６及び７６を備えている。
【００４７】
第２導波路コア６０が備えるサブ導波路コア６６は、第２テーパ導波路コア６２の第１点側の端部に接続されており、幅及び厚さが第２テーパ導波路コア６２の第１点Ｐ１側の端部の幅及び厚さと等しい。また、第３導波路コア７０が備えるサブ導波路コア７６は、第３テーパ導波路コア７２の第１点Ｐ１側の端部に接続されており、幅及び厚さが第３テーパ導波路コア７２の第１点Ｐ１側の端部の幅及び厚さと等しい。
【００４８】
このサブ導波路コア６６及び７６は、設計されたパターンと、製造されたパターンとの差、いわゆる製造誤差を低減するために設けられる。Ｓｉ導波路を、Ｓｉ層をエッチングするなどして形成する場合、導波路の先端部は、角が丸まってしまうなど、製造誤差が大きい場合がある。
【００４９】
サブ導波路コア６６及び７６を備えない構成では、第２テーパ導波路コア及び第３テーパ導波路コア６２及び７２の第１点Ｐ１側の端部において製造誤差が大きくなり、その結果、光導波路素子が設計通りに機能しない恐れがある。
【００５０】
これに対し、第２テーパ導波路コア及び第３テーパ導波路コア６２及び７２の第１点Ｐ１側の端部にサブ導波路コア６６及び７６を備えると、サブ導波路コア６６及び７６の部分での製造誤差が大きい場合でも、特に第２テーパ導波路コア及び第３テーパ導波路コア６２及び７２については、製造誤差は小さくなるので、光導波路素子を設計通りに機能させやすい。なお、エッチングによる製造誤差が問題とならない場合には、サブ導波路コアを設けなくてもよい。
【００５１】
（光導波路素子の製造方法）
この実施形態の光導波路素子は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用することによって、容易に製造することができる。
【００５２】
図２を参照して、この光導波路素子の製造方法の一例について説明する。図２（Ａ）〜（Ｅ）は、光導波路素子の製造方法を説明する工程図であり、それぞれ、各製造段階で得られた構造体の概略的端面図である。これら図２（Ａ）〜（Ｅ）に示す端面は、図１（Ｂ）に示す端面に位置的に対応する。
【００５３】
まず、支持基板１０、ＳｉＯ２層２０及びＳｉ層３２がこの順に積層されたＳＯＩ基板１００を用意する（図２（Ａ））。ここでは、ＳＯＩ基板１００として、Ｓｉ層３２の厚さが、形成すべき導波路コア３０の厚さに対応するものを用いる。なお、ＳｉＯ２層２０が下部クラッドとなる。
【００５４】
次に、Ｓｉ層３２上に、ポジ型レジストをスピンコートで塗布する。そして、形成すべき第１導波路コア５０及び第３導波路コア７０の平面形状に対応するフォトマスクを用いて、露光及び現像を行う。その結果、Ｓｉ層３２の、第１導波路コア５０及び第３導波路コア７０の形成領域を含む領域上にレジスト層９２が形成される（図２（Ｂ））。
【００５５】
次に、レジスト層９２をマスクとし、例えばプラズマエッチングなどのドライエッチングによって、Ｓｉ層３２を、形成すべき第２導波路コア６０の厚さとなるまでエッチングする。その結果、Ｓｉ層３４のレジスト層９２が形成された領域には、エッチング前の厚さが残り、それ以外の領域が、形成すべき第２導波路コア６０の厚さとなる（図２（Ｃ））。
【００５６】
次に、Ｓｉ層３４上に、再びポジ型レジストをスピンコートで塗布する。そして、形成すべき第１導波路コア５０、第２導波路コア６０及び第３導波路コア７０の平面形状に対応するフォトマスクを用いて、露光及び現像を行う。その結果、Ｓｉ層３４の、第１導波路コア５０、第２導波路コア６０及び第３導波路コア７０の形成領域上にレジスト層９４が形成される（図２（Ｄ））。
【００５７】
次に、レジスト層９４をマスクとした、例えばプラズマエッチングによって、Ｓｉ層３４を除去する。その結果、残存するＳｉ層として、第１導波路コア５０、第２導波路コア６０及び第３導波路コア７０が形成される（図２（Ｅ））。
【００５８】
次に、図２（Ｅ）で得た構造体に対し、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、第１導波路コア５０、第２導波路コア６０及び第３導波路コア７０を被覆するＳｉＯ２を堆積する。これによって、上部クラッド４０が形成される。その結果、図１に示す光導波路素子が形成される。
【００５９】
このように、この光導波路素子は、従来のＳｉ導波路を製造する工程について、１回のフォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程が追加される程度で製造可能である。すなわち、製造工程を複雑化することなく、容易に、波長帯域の広い偏波分離素子を製造することができる。
【００６０】
なお、ここでは、レジスト層９２を第１導波路コア５０及び第３導波路コア７０の形成領域を含む領域上に一体として形成する例を説明したがこれに限定されない。レジスト層９２を、第１導波路コア５０及び第３導波路コア７０の形成領域上にそれぞれ形成してもよい。
【００６１】
（特性評価）
発明者は、上述した光導波路素子の特性を評価する実験を行った。以下、この実験の条件及び結果について説明する。
【００６２】
第１等幅導波路コアの幅Ｗ１０及び第３等幅導波路コアの幅Ｗ３０を２７０ｎｍとした。また、第１等幅導波路コアの厚さｔ１０及び第３等幅導波路コアの厚さｔ３０を２７０ｎｍとした。
【００６３】
一方、第２等幅導波路コアの幅Ｗ２０及び第２等幅導波路コアの厚さｔ２０を、それぞれ、４４０ｎｍ及び２２０ｎｍとした。
【００６４】
また、第１〜３等幅導波路コアの長さＬ１１〜Ｌ３１を１０μｍとし、第１〜３テーパ導波路コアの長さをそれぞれ２００μｍ、２００μｍ、１７５μｍとし、第２導波路コア及び第３導波路コアが備えるサブ導波路コアの長さを、いずれも２５μｍとした。
【００６５】
第１導波路コアと第２導波路コアの中心間隔を０．６０μｍとし、第１導波路コアと第３導波路コアの中心間隔を０．５０μｍとした。
【００６６】
また、第２テーパ導波路コアの第１点側の端部の位置を、第３テーパ導波路コアの第１点側の端部の位置に対して、２５μｍ第１点側に設けている。第１テーパ導波路コアと第２テーパ導波路コアが並列に設けられている領域の、仮想線分Ｌに沿った方向の長さは、１４５μｍである。このとき、第１テーパ導波路コアと第３テーパ導波路コアが並列に設けられている領域の、仮想線分に沿った方向の長さは、１２０μｍになる。
【００６７】
また、導波路コアは、シリコンを材料として構成され、下部クラッド及び上部クラッドは、酸化シリコンを材料として構成されている。
【００６８】
１２５０ｎｍ〜１６００ｎｍの波長帯域におけるＴＥ偏波及びＴＭ偏波について、偏波分離特性を測定した結果を図３に示す。
【００６９】
ここでは、第１等幅導波路コア５４の第１点Ｐ１側の端部を入力ポートとする。第２等幅導波路コア６４の第２点Ｐ２側の端部に、第３導波路コア７０から離れる方向に設けた曲がり導波路コアの、第２等幅導波路コア６４と接続される端部とは反対側の端部を、ＴＥ出力ポートとする。また、第３等幅導波路コア７４の第２点Ｐ２側の端部に、第２導波路コア６０から離れる方向に設けた曲がり導波路コアの、第３等幅導波路コア７４と接続される端部とは反対側の端部を、ＴＭ出力ポートとする。
【００７０】
図３は、横軸に波長［単位：ｎｍ］を取って示し、縦軸に透過率［単位：ｄＢ］をとって示している。
【００７１】
図３中、曲線Ｉは、入力ポートにＴＥ偏波の光を入力したときに、ＴＥ出力ポートから出力されるＴＥ偏波を示している。また、曲線ＩＩは入力ポートにＴＥ偏波の光を入力したときに、ＴＭ出力ポートから出力されるＴＥ偏波を示している。また、曲線ＩＩＩは、入力ポートにＴＭ偏波の光を入力したときに、ＴＭ出力ポートから出力されるＴＭ偏波を示している。また、曲線ＩＶは、入力ポートにＴＭ偏波の光を入力したときに、ＴＥ出力ポートから出力されるＴＭ偏波を示している。
【００７２】
曲線Ｉと曲線ＩＩで示されるように、入力ポートにＴＥ偏波の光を入力すると、１２５０〜１６００ｎｍの広い波長帯域にわたって、ＴＥ出力ポートから出力されるＴＥ偏波の光強度が、ＴＭ出力ポートから出力されるＴＥ偏波の光強度に比べて大きいことがわかる。
【００７３】
また、曲線ＩＩＩと曲線ＩＶで示されるように、入力ポートにＴＭ偏波の光を入力すると、１２５０〜１６００ｎｍの広い波長帯域にわたって、ＴＭ出力ポートから出力されるＴＭ偏波の光強度が、ＴＥ出力ポートから出力されるＴＭ偏波の光強度に比べて大きいことがわかる。このように、１２５０〜１６００ｎｍの広い波長帯域にわたって、良好な偏波分離特性が得られることが確かめられた。
【符号の説明】
【００７４】
１０    支持基板
２０    下部クラッド
３０    導波路コア
３２、３４    Ｓｉ層
４０    上部クラッド
５０    第１導波路コア
５２    第１テーパ導波路コア
５４    第１等幅導波路コア
６０    第２導波路コア
６２    第２テーパ導波路コア
６４    第２等幅導波路コア
６６、７６    サブ導波路コア
７０    第３導波路コア
７２    第３テーパ導波路コア
７４    第３等幅導波路コア
９２、９４    レジスト層
１００    ＳＯＩ基板
【図１】
2018028566.tif 000003
【図２】
2018028566.tif 000004
【図３】
2018028566.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月25日(2017.8.25)
【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】
第１点と第２点とを結ぶ仮想線分に平行に設けられた第１導波路コアと、
前記第１導波路コアを挟む位置に、前記第１導波路コアから離間し、かつ、前記第１導波路コアに平行に設けられた、第２導波路コア及び第３導波路コアと
を備え、
前記第１導波路コアは、前記第１点側から前記第２点側に向けて、幅が狭くなる第１テーパ導波路コアを備え、
前記第２導波路コアは、前記第１点側から前記第２点側に向けて、幅が広くなる第２テーパ導波路コアを備え、
前記第３導波路コアは、前記第１点側から前記第２点側に向けて、幅が広くなる第３テーパ導波路コアを備え、
前記第１テーパ導波路コアの、前記第１点側の端部の幅及び厚さは、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対してシングルモード条件を満たし、
前記第２導波路コアの厚さは、前記第１導波路コアの厚さより小さく、前記第２テーパ導波路コアの前記第２点側の端部の幅は、前記第１テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅より大きく、
前記第３導波路コアの厚さは、前記第１導波路コアの厚さと等しく、
前記第３テーパ導波路コアの前記第２点側の端部の幅は、前記第１テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅と等しく、
前記第２テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の位置が、前記第３テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の位置に対して、前記第１点側にあり、
前記第１導波路コアに入力されるＴＥ偏波は、前記第２導波路コアに移行し、
前記第１導波路コアに入力されるＴＭ偏波は、前記第３導波路コアに移行する
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記第１導波路コアは、前記第１テーパ導波路コアの前記第１点側の端部に接続される第１等幅導波路コアを備え、
前記第２導波路コアは、前記第２テーパ導波路コアの前記第２点側の端部に接続される第２等幅導波路コアを備え、
前記第３導波路コアは、前記第３テーパ導波路コアの前記第２点側の端部に接続される第３等幅導波路コアを備え、
前記第１等幅導波路コアの幅及び厚さは、前記第１テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅及び厚さに等しく、
前記第２等幅導波路コアの幅及び厚さは、前記第２テーパ導波路コアの前記第２点側の端部の幅及び厚さに等しく、
前記第３等幅導波路コアの幅及び厚さは、前記第３テーパ導波路コアの前記第２点側の端部の幅及び厚さに等しい
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】
前記第２導波路コアは、前記第２テーパ導波路コアの前記第１点側の端部に接続されるサブ導波路コアを備え、
前記第３導波路コアは、前記第３テーパ導波路コアの前記第１点側の端部に接続されるサブ導波路コアを備え、
前記第２導波路コアが備えるサブ導波路コアの幅及び厚さは、前記第２テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅及び厚さと等しく、
前記第３導波路コアが備えるサブ導波路コアの幅及び厚さは、前記第３テーパ導波路コアの前記第１点側の端部の幅及び厚さと等しい
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】
支持基板上に順次積層された、酸化シリコン及びシリコンを備え、
前記酸化シリコンが下部クラッドを構成し、
前記シリコンが、前記第１〜第３導波路コアを構成する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路素子。
【請求項５】
前記下部クラッド上に、前記第１〜３導波路コアを覆う上部クラッドを備え、
前記上部クラッドは、酸化シリコン又は窒化シリコンで構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の光導波路素子。