(57)【要約】【課題】構成が簡易で、帯域が広く、交差部での漏洩による損失が少ない交差光導波路を提供する。【解決手段】本発明は、複数の光導波路が同一面内で交差する交差光導波路であり、複数の光導波路と、この複数の光導波路が同一面内で交差する交差部とを備える。光導波路は、伝搬する光のモードを広げた後に絞って、交差部の中心が集光位置となるように集光させ、交差部を挟んで配置された２つの光導波路の光の各モード分布が、この集光位置を中心として対称又は非対称となるように構成する。交差部に近づくにつれて導波路中を伝搬する光のモード分布の幅を広げ、これによって光の直進性を高める。光の直進性が高まることによって、光は交差部における広がりが抑制され、反対側の光導波路に到達する。交差部において光のモード分布の幅の広がりを抑制することによって、交差部において交差する光導波路の光が漏洩することを抑え、伝搬する光の損失を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光導波路が同一面内で交差する交差光導波路において、
複数の光導波路と、当該複数の光導波路が同一面内で交差する交差部とを備え、
前記光導波路は、当該光導波路を伝搬する光のモード分布を広げた後に絞って前記交差部の中心を集光位置として集光させ、前記交差部を挟んで対向配置される２つの光導波路の光のモード分布を、前記集光位置を中心として対称又は非対称とすることを特徴とする、交差光導波路。
【請求項２】
前記交差部に向かう光軸方向において、伝搬する光のモード分布の幅を拡大したのち縮小させ、当該モード分布の幅の縮小によって、前記交差部の中心においてモード分布の幅を最も絞って前記交差部の中心に集光させることを特徴とする、請求項１に記載の交差光導波路。
【請求項３】
前記光導波路は、
幅と厚さの少なくとも何れか一つについてその大きさを増減させることによって、伝搬する光のモード分布の幅を拡大および又は縮小することを特徴とする、請求項１又は２に記載の交差光導波路。
【請求項４】
複数の光導波路が同一面内で交差する交差光導波路において、
複数の光導波路と、当該複数の光導波路が同一面内で交差する交差部とを備え、
前記光導波路は、光の各導出入端部と交差部との間で光のモード分布の幅を拡大又は縮小する第１のテーパー部と第２のテーパー部とを有し、
前記第１のテーパー部は、幅が交差部に向かって増加し、
前記第２のテーパー部は、幅が交差部に向かって減少し、
前記第１のテーパー部を前記導出入端部側に設け、前記第２のテーパー部を前記交差部側に設け、
前記交差部を挟む２つの光導波路は、前記交差部の中心を集光位置とし、当該集光位置を対称中心として導入側と導出側で対称なモード分布を形成することを特徴とする、交差光導波路。
【請求項５】
複数の光導波路が同一面内で交差する交差光導波路において、
複数の光導波路と、当該複数の光導波路が同一面内で交差する交差部とを備え、
前記光導波路は、光の各導出入端部と交差部との間で光のモード分布の幅を拡大又は縮小する第１のテーパー部と第２のテーパー部とを有し、
前記第１のテーパー部は、厚さが交差部に向かって減少し、
前記第２のテーパー部は、厚さが交差部に向かって増加し、
前記第１のテーパー部を前記導出入端部側に設け、前記第２のテーパー部を前記交差部側に設け、
前記交差部を挟む２つの光導波路は、前記交差部の中心を集光位置とし、当該集光位置を対称中心として導入側と導出側で対称なモード分布を形成することを特徴とする、交差光導波路。
【請求項６】
前記光導波路は、ＳｉＯ２のクラッドとＳｉのコアとによって形成され、
前記第１のテーパー部および第２のテーパー部のコアの側壁部は楕円形状を成し、
前記楕円形状は、当該楕円形状の焦点を前記交差部の中心とすることを特徴とする、請求項４に記載の交差光導波路。
【請求項７】
前記光導波路は、ＳｉＯ２のクラッドとＳｉのコアとによって形成され、
前記第１のテーパー部および第２のテーパー部のコアの側壁部は放物線形状を成し、
第２のテーパー部の放物線形状は、当該放物線形状の焦点を前記交差部の中心とすることを特徴とする、請求項４に記載の交差光導波路。
【請求項８】
前記光導波路は、ＳｉＯ２のクラッドとＳｉのコアとによって形成され、
前記第１のテーパー部および第２のテーパー部のコアの側壁部は直線形状を成し、
第２のテーパー部の直線形状の傾斜は、モード減少の焦点を前記交差部の中心とすることを特徴とする、請求項４に記載の交差光導波路。
【請求項９】
前記光導波路は、ＳｉＯ２のクラッドとＳｉのコアとによって形成され、
隣接する第２のテーパー部のコアの側壁部が形成する、クラッド側の角度は鋭角であることを特徴とする、請求項４，６，７，８の何れか一つに記載の交差光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路に関し、特に、クロストーク特性が良好な交差光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンフォトニクスは、シリコン薄膜を成膜するシリコンテクノロジーを用いた光デバイスや光回路等を形成する技術であり、ＬＳＩ中に光配線や光回路を導入してＬＳＩを高速化する光インターコネクションを形成したり、ＬＳＩのシリコンプロセスを転用することによって光通信デバイスやセンサーデバイスの安価な製造への適用が期待されている。
【０００３】
シリコンフォトニクスに用いる光配線や光回路を構成する基本的な要素として、曲げ、分岐、交差等がある。この要素の内、曲げおよび分岐については、低損失、コンパクト、広帯域、製造の容易性等の要求を満たすデバイス設計が確立している。一方、交差は、特に光配線や光回路をコンパクトな構成とするために必要な要素であるが、提案されているもののこれら要求を全て満たす構造は提案されていない。
【０００４】
図８は従来提案されている交差光導波路の概要を説明するための図である。図８（ａ）に示す交差光導波路１１Ａは、光導波路１２A1〜１２A4を交差部１３Ａで交差させることで構成される。この構成例では、例えば、光導波路１２A4から入射した光は、交差部１３Ａをギャップとみなして光導波路１２A2に伝搬する。この構造において、光導波路１２A4と光導波路１２A2との結合効率ηは波長λ、光導波路を伝搬する光のスポットサイズｗ、交差部におけるギャップ幅Ｄによって表され、スポットサイズｗが大きいほど低損失となる。
【０００５】
図８（ｂ）に示す交差光導波路１１Ｂは、交差部１３Ｂの幅や厚みを交差部以外に光導波路の値よりも小さくすることによって交差部のスポットサイズを大きくし、これによって、交差部における結合損失を低減している（特許文献１）。
【０００６】
本出願の発明者は、テーパー形状の光導波路によって交差部を構成する交差光導波路を提案している（非特許文献１）。図８（ｃ）に示す交差光導波路１１Ｃの構成例では、一方の光導波路は１２C2および１２C4は楕円形状あるいは放物線形状のテーパー形状を有し、このテーパー部分を交差部１３Ｃとして他方の光導波路１２C1、１２C3と交差させている。また、図８（ｄ）に示す交差光導波路１１Ｄの構成例では、交差する光導波路１２D1-１２D4はそれぞれ楕円形状あるいは放物線形状のテーパー形状を有し、このテーパー部分を交差部１３Ｄとして互いに交差させている。
【０００７】
また、テーパー形状の交差部を多層構造とする構成（非特許文献２）や矩形のモード変換器を挿入した構造（非特許文献３）も提案されている。
【０００８】
また、交差部を連続して設ける構成によって伝搬する光のバランスを保つ手法（非特許文献４）、交差部を立体構造で形成する構成（非特許文献５）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−６０９２９号公報（図５，図１）
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Low Loss Intersection of Si Photonic Wire Waveguides Japanese Journal of Applied Physics vol.43.No.2.2004,pp.646-647 Tatsuhiko FUKAZAWA, Tomohisa HIRANO, Fumiaki OHNO and Toshihiko BABA
【非特許文献２】Low-Loss, low-cross-talk crossings for silicon-on-insulator nanophotonic waveguides October 1,2007/Vol.32,No.19/OPTICS LETTRES ,pp.2801-2803o. Wim Bogaerts, Pieter Dumon, Dries Van Thourhount, and Roel Baets
【非特許文献３】Silicon cross-connect filters using microring resonator coupled multimode-interference-based waveguide crossings  9 June 2008/Vol.16,No.12/OPTICS EXPRESS pp.8649-8657 Fang Xu and Andrew W.Poon
【非特許文献４】Low-Loss Bloch Waves in Open Structures and Highly Compact, Efficient Si Waveguide-Crossing Arrays  Tech. Dig. LEOS Annual Meet. (2007)  Milos A. Popovic, Erich P.Ippen and Franz X.Kartner
【非特許文献５】Crosstalk-free design for the intersection of two dielectric waveguides  27 April 2009/Vol.17,No.9/OPTICS EXPRESS pp.7717-7724  Jingjing Li, David A. Fattal and Raymond G. Beausoleit
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
光通信で用いられる波長帯域であるＣバンド（1.53〜1.565μm）では、損失が0.1dＢ以下であり、大きさが15μm角程度に収まることが望ましく、また、少ないパターニングの加工回数であることが望ましい。
【００１２】
提案されている構成は、このような要求に対して十分に応じているとは言い難い。例えば、交差部を連続して設ける構成（非特許文献４）は、損失の点で十分でなく、また、帯域も狭いという問題があり、その連続構造から光回路に汎用的に適用することは難しい。
【００１３】
また、光導波路をテーパー形状とした構成（非特許文献１）は、損失の点で十分とは云えない。
【００１４】
また、テーパー形状の交差部を多層構造とする構成（非特許文献２）は、損失の点で改善されているものの、二段階のパターン加工が必要であるため製作プロセスが複雑となるという問題があり、矩形のモード変換器を挿入した構造（非特許文献３）は、実際の３次元デバイスでは損失が大きいという問題がある。交差部を立体構造で形成する構成（非特許文献５）は、製造が困難であるという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、構成が簡易で、帯域が広く、交差部での漏洩による損失が少ない交差光導波路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】
【００１６】
本発明は、複数の光導波路が同一面内で交差する交差光導波路であり、複数の光導波路と、この複数の光導波路が同一面内で交差する交差部とを備える。
【００１７】
本発明の光導波路は、伝搬する光のモード分布の幅を拡大した後に絞って、交差部の中心が集光位置となるように集光させ、交差部を挟んで配置された２つの光導波路の光の各モード分布がこの集光位置を中心として分布させる構成とする。この光のモード分布において集光位置を中心とした分布は、対称とするほか非対称とすることができる。
【００１８】
本発明の交差光導波路によれば、交差部に近づくにつれて導波路中を伝搬する光のモード分布の幅を広げ、これによって光の直進性を高める。光の直進性が高まることによって、光は交差部における広がりが抑制され、反対側の光導波路に到達する。交差部において光の広がりが抑制されることによって、交差部において交差する光導波路の光が漏洩することが抑えられ、伝搬する光の損失を低減することができる。
【００１９】
導波路中を伝搬する光のモード分布の幅を、交差部に近づくにつれて単に広げる構成とした場合には、光の直進性は高まるものの、交差部においてモード分布が拡がる状態のままで進入するため、進入した光が交差する光導波路に漏れる漏洩分が発生する。この漏洩分は伝搬損失の要因となる。
【００２０】
本発明は、複数の光導波路と、複数の光導波路が同一面内で交差する交差部とを備える構成において、光導波路は伝搬する光のモード分布の幅を拡大した後に縮小して絞ることによって、交差部の中心を集光位置として集光させ、集光位置を中心として導入側の導波路と導出側の導波路で対称又は非対称なモード分布を形成する構成とする。この構成とすることによって、一旦モード分布の幅が拡がった光を絞ることで、光導波路の中心軸に向かって内側にくぼんだ波面を形成し、交差部内において直進しながら光導波路の中心軸方向に進む。このとき、光のモード分布の幅の絞り量を調整して、集光位置が交差部の中心となるようにする。集光位置を交差部の中心に合わせることによって、交差光導波路、およびこの交差光導波路を伝搬する光の分布は交差部を中心として対称又は非対称な関係となる。光の分布の集光位置を交差部の中心とすることで、交差部に導入した光は交差する光導波路に漏れることなく、交差部を通過して他方の光導波路に導かれ、交差部での光の漏洩を無くして、交差部での損失を無くすことができる。
【００２１】
本発明の光導波路は、伝搬する光のモード分布の幅を拡大した後に縮小し、集光位置が交差部の中心となるように集光させる構成とする。交差部に向かう光軸方向において、伝搬する光のモード分布の幅を拡大した後に縮小させ、このモード分布の幅を縮小させることによって、交差部の中心においてモード分布の幅を最も絞り、交差部の中心に集光させる。
【００２２】
本発明の光導波路は、単一モードあるいは多モードとすることができるが、低次モードが望ましい。本発明の交差光導波路において、各光導波路を伝搬するモードは、常に一つのモードに保持され、そのモード分布の幅のみを拡大・縮小する。
【００２３】
本発明の光導波路は、モード分布の幅を拡大・縮小させる構成として、光導波路の幅と厚さの少なくとも何れか一つについてその大きさを増減させる。この幅又は厚さの調整、あるいは幅と厚さの両方を調整することによって、伝搬する光のモード分布の幅を拡大・縮小させる。
【００２４】
本発明の交差光導波路は、複数の光導波路が同一面内で交差する交差光導波路において、複数の光導波路と、複数の光導波路が同一面内で交差する交差部とを備え、光導波路はモード分布の幅を拡大・縮小させる構成としてテーパー部を備える。テーパー部は、その形状によって、モード分布の幅の拡大・縮小すると共に、伝搬するモードを常に一つに保つ。
【００２５】
本発明の光導波路は、光の各導出入端部と交差部との間でモード分布の幅を拡大・縮小させる第１のテーパー部と第２のテーパー部とを備えた構成によって形成することができる。
【００２６】
第１のテーパー部は、幅と厚さの少なくとも何れか一方が交差部に向かって増加する構成とし、第２のテーパー部は、幅と厚さの少なくとも何れか一方が交差部に向かって減少する構成とする。第１のテーパー部および第２のテーパー部の構成において、光が幅や厚さが増加する方向に進む場合にはモード分布の幅は拡大し、逆に、光が幅や厚さが減少する方向に進む場合にはモード分布の幅は縮小する。さらに、第１のテーパー部を導出入端部側に設け、第２のテーパー部を交差部側に設ける。このテーパー部の構成によって、交差部を挟む２つの光導波路は、交差部の中心を集光位置とし、この集光位置を中心として導入側と導出側で対称又は非対称なモード分布を形成する。
【００２７】
本発明の光導波路は、ＳｉＯ２のクラッドとＳｉのコアとによって形成することができ、テーパー部は、複数の形状によって形成することができる。
【００２８】
テーパー部を形成する第１の形態は、コアを楕円形状で形成することができる。第１の形態において、第１のテーパー部および第２のテーパー部のコアの側壁部を楕円形状に形成することができる。楕円形状は、その楕円形状の焦点を交差部の中心とすることによって、交差部の中心を集光位置とし、この集光位置を中心として導入側と導出側の光導波路に対称又は非対称なモード分布を形成する。
【００２９】
テーパー部を形成する第２の形態は、コアを放物線形状で形成することができる。第２の形態において、第１のテーパー部および第２のテーパー部のコアの側壁部を放物線形状に形成することができる。放物線形状は、その放物線形状の焦点を交差部の中心とすることによって、交差部の中心を集光位置とし、この集光位置を中心として導入側と導出側の光導波路に対称又は非対称なモード分布を形成する。
【００３０】
テーパー部を形成する第３の形態は、コアを傾斜した直線形状で形成することができる。第３の形態において、第１のテーパー部および第２のテーパー部のコアの側壁部を直線形状に形成することができる。第２のテーパー部の直線形状の傾斜は、モード減少の焦点を前記交差部の中心とすることによって、交差部の中心を集光位置とし、この集光位置を中心として導入側と導出側の光導波路に対称又は非対称なモード分布を形成する。
【００３１】
本発明のテーパー部を備える構成において、隣接する第２のテーパー部のコアの側壁部が形成する角度において、クラッド側の角度を９０度未満の鋭角とする。隣接する第２のテーパー部のコアの側壁部が形成する角度を鋭角とすることで、拡大したモード分布の幅を交差部側に向かって絞る構成とすることができる。
【００３２】
本発明の交差光導波路によれば、十分な広帯域で低損失とすることができる。伝搬損失のシミュレートによる評価例では0.07dBの低損失とすることができる。
【００３３】
特許文献１には、交差部に向かって光導波路の幅を狭め、交差部のスポットサイズを大きくすることで、交差部における結合損失を低減する構成が示されているが、本発明のように、伝搬する光のモード分布の幅を拡大する構成ではないため、交差部における直線性が十分でなく、公差する光導波路への漏洩を抑制することができない。また、特許文献１は、単に交差部のスポットサイズを大きくすることで交差部における結合損失を低減する構成であり、本発明のように、拡大したモード分布の幅を縮小して絞り、交差部の中心に集光させる構成ではないため、光の分布を交差部の中心に対して対称な構成とすることができず、交差部における漏洩の抑制効果は十分とは云えない。
【００３４】
また、非特許文献１，３には、楕円形状や矩形のモード変換器の構成が示されているものの、本発明のように、拡大したモード分布の幅を縮小し絞り、交差部の中心に集光させる構成ではないため、光の分布を交差部の中心に対して対称な構成とすることができず、交差部における漏洩の抑制効果は十分とは云えない。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、本発明の交差光導波路によれば、交差部での漏洩による損失を低減させることができ、光導波路の幅や厚さを調整するのみで形成することができるため、簡易な構成とすることができ、また、連続した交差部を要することなく、一つの交差部で構成することができるため、伝搬する光を広帯域とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の交差光導波路の第１の構成例を説明するための図である。
【図２】本発明の交差光導波路の第１の構成例を説明するための図である。
【図３】本発明の交差光導波路の第２の構成例を説明するための図である。
【図４】本発明の交差光導波路の第３の構成例を説明するための図である。
【図５】本発明の交差光導波路の第４の構成例を説明するための図である。
【図６】本発明の交差光導波路の第５の構成例を説明するための図である。
【図７】本発明の交差光導波路のシミュレーション例を説明するための図である。
【図８】従来提案されている交差光導波路の概要を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下、本発明の交差光導波路の構成例について、図１〜図６を用いて説明し、シミュレーション例を図７を用いて説明する。
【００３８】
図１，２は本発明の交差光導波路の第１の構成例を説明するための図であり、図３は本発明の交差光導波路の第２の構成例を説明するための図であり、図４は本発明の交差光導波路の第３の構成例を説明するための図であり、図５は本発明の交差光導波路の第４の構成例を説明するための図であり、図６は本発明の交差光導波路の第５の構成例を説明するための図である。なお、図１〜６に示す例は、２本の光導波路を交差させた構成例を示している。
【００３９】
本発明の交差光導波路の第１〜３の構成例は、光導波路におけるモード分布の幅の拡大・縮小を導波路の幅によって調整する例であり、本発明の交差光導波路の第４の構成例は、光導波路におけるモード分布の幅の拡大・縮小を導波路の厚さによって調整する例であり、本発明の交差光導波路の第５の構成例は、光導波路におけるモード分布の幅の拡大・縮小を導波路の幅および厚さによって調整する例を示している。
【００４０】
また、第１〜３の構成例において、第１の構成例は、光導波路を形成するコアの外形形状を楕円形状で構成する例であり、第２の構成例は、光導波路を形成するコアの外形形状を放物線形状で構成する例であり、第３の構成例は、光導波路を形成するコアの外形形状を傾斜した直線形状で構成する例を示している。
【００４１】
[交差光導波路の第１の構成例]
はじめに、本発明の交差光導波路の第１の構成例について、図１，２を用いて説明する。
第１の構成例は、光導波路のモード分布の幅の拡大・縮小を導波路の幅によって調整する例であり、光導波路を形成するコアの外形形状を楕円形状で構成し、この楕円形状によって導波路の幅調整を行う例である。
【００４２】
図１（ａ）は第１の構成例の平面図であり、図１（ｂ）は第１の構成例の断面図であり、一方の光導波路の断面（図１（ａ）中の一点鎖線で示す部分）を示している。
【００４３】
第１の構成例の交差光導波路１Ａは、２本の光導波路２（２A1〜２A4）を交差部３Ａで交差させて構成し、基板を構成する低屈折率のＳｉＯ２のクラッド部１０に高屈折率のＳｉのコア１１を生成することで形成することができる。なお、ＳｉＯ２のクラッド部１０上にＳｉのコア１１を生成するプロセスは、フォトリソグラフィ技法を用いて行うことができる。
【００４４】
図１（ａ）に示す交差光導波路１Ａが備える光導波路２の内、一方の光導波路は交差部３Ａを挟んで対称な位置に配置される光導波路２A2と光導波路２A4とから構成され、他方の光導波路は交差部３Ａを挟んで対称な位置に配置される光導波路２A1と光導波路２A3とから構成され、光導波路（２A2，２A4）と光導波路（２A1，２A3）とは交差部３Ａにおいて直交している。
【００４５】
光導波路２A2と光導波路２A4とは、交差部３Ａを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。また、光導波路２A1と光導波路２A3とについても、交差部３Ａを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。
【００４６】
ここでは、便宜上、光導波路２A4を導入路とし、光導波路２A2を導出路とし、また、光導波路２A3を導入路とし、光導波路２A1を導出路として説明する。
【００４７】
以下、光導波路の構成について、光導波路２A2と光導波路２A4を備えた光導波路を用いて説明する。光導波路２A2と光導波路２A4からなる光導波路は、光導波路２A1と光導波路２A3とからなる光導波路に対して交差する関係にあり、光導波路２A4から導入された光は、交差する光導波路（光導波路２A1と光導波路２A3からなる光導波路）側に漏れることなく交差部３Ａを通過して、光導波路２A2に進むことが求められる。
【００４８】
第１の構成例は、各光導波路２A1〜２A4のコアの外形形状を楕円形状で構成し、楕円形状の焦点位置と交差部３Ａの中心位置を合わせることによって、交差する光導波路間の漏れを抑制して、光の伝搬損失を低減する。
【００４９】
図１（ａ）に示す構成において、各光導波路２A1〜２A4は、ＳｉＯ２のクラッド部１０上にＳｉのコア１１を形成することで生成される。第１の構成例の各光導波路２A1〜２A4のコア１１の外形形状は楕円形状で形成される。ここで、楕円形状の長軸の長さ（長径）を２ａ、短軸の長さ（短径）を２ｂとすると、楕円形状は一般にｘ２／ａ２＋ｙ２／ｂ２の関数で表され、ｘ軸上の焦点は（±√（ａ２−ｂ２），０）で表される。各光導波路２A1〜２A4は、焦点位置５Ａを中心にして４つの楕円形状を９０度間隔で四回対称となる位置に配置して構成される。
【００５０】
各光導波路２A1〜２A4は、光軸方向に幅の増減が異なる第１のテーパー部２a1と第２のテーパー部２a2とを備える。第１のテーパー部２a1は、導出入端部４から交差部３Ａに向かって楕円形状に幅が広がり、第２のテーパー部２a2は、第１のテーパー部２a1から交差部３Ａに向かって楕円形状に幅を狭める。このとき、各楕円形状の中心位置と焦点位置５Ａとの距離ｄは√（ａ２−ｂ２）で表され、この距離ｄが短軸の長さ（短径）２ｂの半分ｂよりも長い関係（ｄ＞ｂ）にあるとき、隣接する光導波路の楕円形状の外形部分が形成する角度θは鋭角となる。
【００５１】
図２は、光導波路の幅の増減および隣接する光導波路が成す角度を説明するための図である。なお、図２では、隣接する光導波路２A4と光導波路２A1のみを示し、光導波路２A2および光導波路２A3は省略している。
【００５２】
光導波路２A4において、第１のテーパー部２a1は導出入端部４から交差部３Ａに向かって幅Ｗ1が楕円関数に従って増加し、第２のテーパー部２a2との境界において最大幅Ｗ2となる。第２のテーパー部２a2と第１のテーパー部２a1との境界から交差部３Ａに向かって幅Ｗ3が楕円関数に従って、モード分布の幅が焦点位置５Ａで収斂するように狭められる。
【００５３】
隣接する光導波路２A4と光導波路２A1のコアの外形部分が交わる箇所において、第２のテーパー部２a2の幅が狭められるため、外形部分が成す角度θは鋭角となる。
【００５４】
上記した位置関係によれば、光導波路２A4において、導出入端部４から導入した光は第１のテーパー部２a1において交差部３Ａに向かって光のモード分布の幅が拡大し、第２のテーパー部２a2では第１のテーパー部２a1から交差部３Ａに向かって光のモード分布の幅が縮小する。第２のテーパー部２a2で絞られた光は、交差部３Ａの焦点位置５Ａに集光する。
【００５５】
さらに、交差部３Ａの焦点位置５Ａで集光された光は、光の対称性から光のモード分布の幅を拡大しながら光導波路２A2に向かって進む。光導波路２A2において、第２のテーパー部２a2では交差部３Ａから第１のテーパー部２a1に向かって光のモード分布の幅が拡大し、第１のテーパー部２a1では第１のテーパー部２a1から反対側の導出入端部４に向かって光のモード分布の幅が縮小し、導出入端部４から導出される。
【００５６】
図１（ａ）中の符号２１〜２７は光導波路を伝搬する光のモード分布の幅の変化を模式的に示している。符号２１は光導波路２A4側の導出入端部４を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２２は光導波路２A4側の第１のテーパー部２a1を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２３は光導波路２A4側の第２のテーパー部２a2を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２４は交差部３Ａを伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２５は光導波路２A2側の第２のテーパー部a2を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２６は光導波路２A2側の第１のテーパー部２a1を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２７は光導波路２A2側の導出入端部４を伝搬する光のモード分布の幅を示している。
【００５７】
したがって、光導波路２A4、交差部３Ａ、および光導波路２A2を伝搬する光のモード分布の幅は第１のテーパー部２a1で拡大した後、第２のテーパー部２a2で縮小して狭まり、交差部３Ａの中心位置に形成された焦点位置５Ａをモード分布の幅が小さい状態で通過する。伝搬光は、焦点位置５Ａを通過した後、光の対称性からモード分布の幅を広げながら進み、光導波路２A2の第２のテーパー部2a2でモード分布の幅を拡大した後、光導波路２A2の第１のテーパー部2a1でモード分布の幅を縮小して狭める。
【００５８】
したがって、光導波路２A4と光導波路２A2とは、構造上および光のモード分布において、交差部３Ａの中心を境界にして対称な位置関係となり、光導波路２A4に導入された光は、交差部３Ａで交差する光導波路（光導波路２A1および光導波路２A3）側に漏れることなく通過して、対向配置される光導波路２A2に導かれる。
【００５９】
図１（ｂ）は、光導波路２A4、交差部３Ａ、および光導波路２A2の断面の構成例を示している。Ｓｉのコア１１は、上下をＳｉＯ２のクラッド部１０ａおよび１０ｂで挟んだ構成である。
【００６０】
図１の構成での数値例は、以下の例とすることができる。
コア１１の数値例は、楕円形状の長軸側の長さａは4〜6μm、短軸側の長さｂは0.5〜1.5μm、第１のテーパー部２a1と第２のテーパー部２a2との境界から隣接する光導波路のコアの外形部分が交わる部分までの距離ｃは〜3μm（なお、0μmは含まないものとする）、厚さは220nmである。また、クラッド部１０ａ，１０ｂの厚さは800nm、光導波路２Ａへの導出入端部４の幅は400nmである。また、波長が1.55μmの光を用いる場合、コア１１の屈折率は3.50、クラッド部１０の屈折率は1.44を用いる。
【００６１】
なお、上記した数値例は一例であって、この数値に限られるものではなく、本発明の構成に基づいて定めることができる。
【００６２】
[交差光導波路の第２の構成例]
次に、本発明の交差光導波路の第２の構成例について、図３を用いて説明する。
第２の構成例は、光導波路の光のモード分布の拡大・縮小を導波路の幅によって調整する例であり、光導波路を形成するコアの外形形状を放物線形状で構成し、この放物線形状によって導波路の幅調整を行う例である。
【００６３】
図３（ａ）は第２の構成例の平面図であり、図３（ｂ）は第２の構成例の断面図（図３（ａ）中の一点鎖線で示す部分）であり、一方の光導波路の断面を示している。
【００６４】
第２の構成例の交差光導波路１Ｂは、第１の構成例と同様に、２本の光導波路２（２B1〜２B4）を交差部３Ｂで交差させて構成し、基板を構成する低屈折率のＳｉＯ２のクラッド部１０に高屈折率のＳｉのコア１１を生成することで形成することができる。
【００６５】
図３（ａ）に示す交差光導波路１Ｂが備える光導波路２の内、一方の光導波路は交差部３Ｂを挟んで対称な位置に配置される光導波路２B2と光導波路２B4とから構成され、他方の光導波路は交差部３Ｂを挟んで対称な位置に配置される光導波路２B1と光導波路２B3とから構成され、光導波路（２B2，２B4）と光導波路（２B1，２B3）とは交差部３Ｂにおいて直交している。
【００６６】
光導波路２B2と光導波路２B4とは、交差部３Ｂを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。また、光導波路２B1と光導波路２B3とについても、交差部３Ｂを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。
【００６７】
ここでは、便宜上、光導波路２B4を導入路とし、光導波路２B2を導出路とし、また、光導波路２B3を導入路とし、光導波路２B1を導出路として説明する。
【００６８】
以下、光導波路の構成について、光導波路２B2と光導波路２B4を備えた光導波路を用いて説明する。光導波路２B2と光導波路２B4からなる光導波路は、光導波路２B1と光導波路２B3とからなる光導波路に対して交差する関係にあり、光導波路２B4から導入された光は、交差する光導波路（光導波路２B1と光導波路２B3からなる光導波路）側に漏れることなく交差部３Ｂを通過して、光導波路２B2に進むことが求められる。
【００６９】
第２の構成例は、各光導波路２B1〜２B4のコアの外形形状を放物線形状で構成し、放物線形状の焦点位置と交差部３Ｂの中心位置を合わせることによって、交差する光導波路間の漏れを抑制して、光の伝搬損失を低減する。
【００７０】
図３（ａ）に示す構成において、各光導波路２B1〜２B4は、ＳｉＯ２のクラッド部１０上にＳｉのコア１１を形成することで生成される。第２の構成例の各光導波路２B1〜２B4のコア１１の外形形状は放物線形状で形成される。ここで、放物線形状において、焦点と準線との距離を２ａとすると、放物線形状は一般にｙ２＝４ａｘの関数で表される。各光導波路２B1〜２B4は、焦点位置５Ｂを中心にして放物線形状からなる４つの形状を９０度間隔で四回対称となる位置に配置して構成される。
【００７１】
各光導波路２B1〜２B4は、光軸方向に幅の増減が異なる第１のテーパー部２b1と第２のテーパー部２b2とを備え、第１のテーパー部２b1と第２のテーパー部２b2とを幅広部分の部分で合わせることで形成することができる。
【００７２】
第１のテーパー部２b1は、導出入端部４から交差部３Ｂに向かって放物線形状に幅が広がり、第２のテーパー部２b2は、第１のテーパー部２b1と第２のテーパー部２b2との境界から交差部３Ｂに向かって幅を狭める。このとき、各放物線形状の中心位置と焦点位置５Ｂとの距離ｄが放物線形状で最も幅広の部分の長さｂよりも長い関係（ｄ＞ｂ）にあるとき、隣接する光導波路の放物線形状の外形部分が形成する角度θは鋭角となる。
【００７３】
光導波路２B4において、第１のテーパー部２b1の幅Ｗ1は、導出入端部４から交差部３Ｂに向かって放物線関数に従って増加し、第２のテーパー部２b2との境界において最大幅Ｗ2となる。第２のテーパー部２b2の幅Ｗ3は、第２のテーパー部２b2と第１のテーパー部２b1との境界から交差部３Ｂに向かって放物線形状に従って減少し、光のモード分布の幅が焦点位置５Ｂで収斂するように狭められる。
【００７４】
隣接する光導波路２B4と光導波路２B1のコアの外形部分が交わる箇所において、第２のテーパー部２b2の幅が狭められるため、外形部分が成す角度θは鋭角となる。
【００７５】
上記した位置関係によれば、光導波路２B4において、導出入端部４から導入した光は第１のテーパー部２b1において交差部３Ｂに向かって光のモード分布の幅が拡大し、第２のテーパー部２b2では第１のテーパー部２b1から交差部３Ｂに向かって光のモード分布の幅が縮小する。第２のテーパー部２b2で絞られた光は、交差部３Ｂの焦点位置５Ｂに集光する。
【００７６】
さらに、交差部３Ｂの焦点位置５Ｂに集光された光は、光の対称性から光のモード分布の幅を拡大しながら光導波路２B2に向かって進む。光導波路２B2において、第２のテーパー部２b2では交差部３Ｂから第１のテーパー部２b1に向かって光のモード分布の幅が拡大し、第１のテーパー部２b1では第１のテーパー部２b1から反対側の導出入端部４に向かって光のモード分布の幅が縮小し、導出入端部４から導出される。
【００７７】
図３（ａ）中の符号２１〜２７は、図１（ａ）と同様に、光導波路を伝搬する光のモード分布の幅の変化を模式的に示している。符号２１は光導波路２B4側の導出入端部４を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２２は光導波路２B4側の第１のテーパー部２b1を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２３は光導波路２B4側の第２のテーパー部２b2を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２４は交差部３Ｂを伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２５は光導波路２B2側の第２のテーパー部２b2を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２６は光導波路２B2側の第１のテーパー部２b1を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２７は光導波路２B2側の導出入端部４を伝搬する光のモード分布の幅を示している。
【００７８】
したがって、光導波路２B4、交差部３Ｂ、および光導波路２B2を伝搬する光は、光のモード分布の幅が第１のテーパー部２b1で拡大した後、第２のテーパー部２b2で縮小して狭められ、交差部３Ｂの中心位置に形成された焦点位置５Ｂを小さいモードで通過する。さらに、伝搬光は、焦点位置５Ｂを通過した後、光の対称性から光のモード分布の幅が広がりながら進み、光導波路２B2の第２のテーパー部２b2で光のモード分布の幅が広がった後、光導波路２B2の第１のテーパー部２b1で光のモード分布の幅が縮小して狭まる。
【００７９】
したがって、光導波路２B4と光導波路２B2とは、構造上および光のモード分布において、交差部３Ｂの中心を境界にして対称な位置関係となり、光導波路２B4に導入された光は、交差部３Ｂで交差する光導波路（光導波路２B1および光導波路２B3）側に漏れることなく通過して、対向配置される光導波路２B2に導かれる。
【００８０】
図３（ｂ）は、光導波路２B4、交差部３Ｂ、および光導波路２B2の断面の構成例を示している。Ｓｉのコア１１は、上下をＳｉＯ２のクラッド部１０ａおよび１０ｂで挟んだ構成である。
【００８１】
図３の構成での数値例は、以下の例とすることができる。
コア１１の数値例は、放物線形状の長さａは4〜6μm、長さｂは0.5〜1.5μm、第１のテーパー部２b1と第２のテーパー部２b2との境界から隣接する光導波路のコアの外形部分が交わる部分までの距離ｃは〜3μm（なお、0μmは含まないものとする）、厚さは220nmである。また、クラッド部１０ａ，１０ｂの厚さは800nmとし、光導波路２Ｂへの導出入端部４の幅は400nmとする。また、波長が1.55μmの光を用いる場合、コア１１の屈折率は3.50、クラッド部１０の屈折率は1.44を用いる。
【００８２】
なお、上記した数値例は一例であって、この数値に限られるものではなく、本発明の構成に基づいて定めることができる。
【００８３】
[交差光導波路の第３の構成例]
次に、本発明の交差光導波路の第３の構成例について、図４を用いて説明する。
第３の構成例は、光導波路の光のモード分布の幅の拡大・縮小を導波路の幅によって調整する例であり、光導波路を形成するコアの外形形状を、傾斜を有した直線形状で構成し、この直線形状の傾きによって導波路の幅調整を行う例である。
【００８４】
図４（ａ）は第３の構成例の平面図であり、図４（ｂ）は第３の構成例の断面図（図４（ａ）中の一点鎖線で示す部分）であり、一方の光導波路の断面を示している。
【００８５】
第３の構成例の交差光導波路１Ｃは、第１の構成例と同様に、２本の光導波路２（２C1〜２C4）を交差部３Ｃで交差させて構成し、基板を構成する低屈折率のＳｉＯ２のクラッド部１０に高屈折率のＳｉのコア１１を生成することで形成することができる。
【００８６】
図４（ａ）に示す交差光導波路１Ｃが備える光導波路２の内、一方の光導波路は交差部３Ｃを挟んで対称な位置に配置される光導波路２C2と光導波路２C4とから構成され、他方の光導波路は交差部３Ｃを挟んで対称な位置に配置される光導波路２C1と光導波路２C3とから構成され、光導波路（２C2，２C4）と光導波路（２C1，２C3）とは交差部３Ｃにおいて直交している。
【００８７】
光導波路２C2と光導波路２C4とは、交差部３Ｃを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。また、光導波路２C1と光導波路２C3とについても、交差部３Ｃを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。
【００８８】
ここでは、便宜上、光導波路２C4を導入路とし、光導波路２C2を導出路とし、また、光導波路２C3を導入路とし、光導波路２C1を導出路として説明する。
【００８９】
以下、光導波路の構成について、光導波路２C2と光導波路２C4を備えた光導波路を用いて説明する。光導波路２C2と光導波路２C4からなる光導波路は、光導波路２C1と光導波路２C3とからなる光導波路に対して交差する関係にあり、光導波路２C4から導入された光は、交差する光導波路（光導波路２C1と光導波路２C3からなる光導波路）側に漏れることなく交差部３Ｃを通過して、光導波路２C2に進むことが求められる。
【００９０】
第３の構成例は、各光導波路２C1〜２C4のコアの外形形状を、傾斜を有した直線形状で構成し、直線形状の傾斜によって絞られるモードの焦点位置と交差部３Ｃの中心位置を合わせることによって、交差する光導波路間の漏れを抑制して、光の伝搬損失を低減する。
【００９１】
図４（ａ）に示す構成において、各光導波路２C1〜２C4は、ＳｉＯ２のクラッド部１０上にＳｉのコア１１を形成することで生成される。第３の構成例の各光導波路２C1〜２C4のコア１１の外形形状は傾斜を有した直線形状で形成される。ここで、傾斜を有した直線形状において、光導波路の幅が最小の位置と最大となる位置との光軸方向の距離をａとし、最大の幅をｂとすると、直線形状の傾きはｂ／ａで表される。各光導波路２C1〜２C4は、焦点位置５Ｃを中心にして直線形状からなる４つの形状を９０度間隔で四回対称となる位置に配置して構成される。
【００９２】
各光導波路２C1〜２C4は、光軸方向に幅の増減が異なる第１のテーパー部２c1と第２のテーパー部２c2とを備え、第１のテーパー部２c1と第２のテーパー部２c2とを幅広部分を合わせることで形成することができる。
【００９３】
第１のテーパー部２c1は、導出入端部４から交差部３Ｃに向かって直線形状に幅が広がり、第２のテーパー部２c2は、第１のテーパー部２c1と第２のテーパー部２c2との境界から交差部３Ｃに向かって直線形状に幅を狭める。このとき、各直線形状において、第１のテーパー部２c1と第２のテーパー部２c2との境界と焦点位置５Ｃとの距離ｄが直線形状で最も幅弘の部分の長さｂよりも長い関係（ｄ＞ｂ）にあるとき、隣接する光導波路の直線形状の外形部分が形成する角度θは鋭角となる。
【００９４】
光導波路２C4において、第１のテーパー部２c1の幅Ｗ1は、導出入端部４から交差部３Ｃに向かって直線的に増加し、第２のテーパー部２c2との境界において最大幅Ｗ2となる。第２のテーパー部２c2の幅Ｗ3は、第２のテーパー部２c2と第１のテーパー部２c1との境界から交差部３Ｃに向かって直線的に減少し、光のモード分布の幅が焦点位置５Ｃで収斂するように狭められる。
【００９５】
隣接する光導波路２C4と光導波路２C1のコアの外形部分が交わる箇所において、第２のテーパー部２c2の幅が狭められるため、外形部分が成す角度θは鋭角となる。
【００９６】
上記した位置関係によれば、光導波路２C4において、導出入端部４から導入した光は第１のテーパー部２c1において交差部３Ｃに向かって光のモードが増え、第２のテーパー部２c2では第１のテーパー部２c1から交差部３Ｃに向かって光のモード分布の幅が縮小する。第２のテーパー部２c2で絞られた光は、交差部３Ｃの焦点位置５Ｃに集光する。
【００９７】
さらに、交差部３Ｃの焦点位置５Ｃに集光された光は、光の対称性から光のモード分布の幅が広がりながら光導波路２C2に向かって進む。光導波路２C2において、第２のテーパー部２c2では交差部３Ｃから第１のテーパー部２c1に向かって光のモード分布の幅が拡大し、第１のテーパー部２c1では第１のテーパー部２c1から反対側の導出入端部４に向かって光のモード分布の幅が縮小し、導出入端部４から導出される。
【００９８】
図４（ａ）中の符号２１〜２７は、図１（ａ）と同様に、光導波路を伝搬する光のモード分布の幅の変化を模式的に示している。符号２１は光導波路２C4側の導出入端部４を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２２は光導波路２C4側の第１のテーパー部２c1を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２３は光導波路２C4側の第２のテーパー部２c2を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２４は交差部３Ｃを伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２５は光導波路２C2側の第２のテーパー部２c2を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２６は光導波路２C2側の第１のテーパー部２c1を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２７は光導波路２C2側の導出入端部４を伝搬する光のモード分布の幅を示している。
【００９９】
したがって、光導波路２C4、交差部３Ｃ、および光導波路２C2を伝搬する光のモード分布の幅は第１のテーパー部２c1で拡大した後、第２のテーパー部２c2で縮小し、交差部３Ｃの中心位置に形成された焦点位置５Ｃを光のモード分布の幅が小さい状態で通過する。さらに、伝搬光は、焦点位置５Ｃを通過した後、光の対称性から光のモード分布の幅が広がりながら進み、光導波路２C2の第２のテーパー部２c2で光のモード分布の幅が拡大した後、光導波路２C2の第１のテーパー部２c1で光のモード分布の幅が縮小する。
【０１００】
したがって、光導波路２C4と光導波路２C2とは、構造上および光のモード分布において、交差部３Ｃの中心を境界にして対称な位置関係となり、光導波路２C4に導入された光は、交差部３Ｃで交差する光導波路（光導波路２C1および光導波路２C3）側に漏れることなく通過して、対向配置される光導波路２C2に導かれる。
【０１０１】
図４（ｂ）は、光導波路２C4、交差部３Ｃ、および光導波路２C2の断面の構成例を示している。Ｓｉのコア１１は、上下をＳｉＯ２のクラッド部１０ａおよび１０ｂで挟んだ構成である。
【０１０２】
図４の構成での数値例は、以下の例とすることができる。
コア１１の数値例は、長さａは4〜6μm、長さｂは0.5〜1.5μm、第１のテーパー部２c1と第２のテーパー部２c2との境界から隣接する光導波路のコアの外形部分が交わる部分までの距離ｃは〜3μm（なお、0μmは含まないものとする）、厚さは220nmである。また、クラッド部１０ａ，１０ｂの厚さは800nmとし、光導波路２Ｃへの導出入端部４の幅は400nmとする。また、波長が1.55μmの光を用いる場合、コア１１の屈折率は3.50、クラッド部１０の屈折率は1.44を用いる。
【０１０３】
なお、上記した数値例は一例であって、この数値に限られるものではなく、本発明の構成に基づいて定めることができる。
【０１０４】
[交差光導波路の第４の構成例]
次に、本発明の交差光導波路の第４の構成例について、図５を用いて説明する。
【０１０５】
第４の構成例は、光導波路のモード増減を導波路の厚さによって調整する例である。
図５（ａ）は第４の構成例の平面図であり、図５（ｂ），（ｃ）は第４の構成例の断面図（図５（ａ）中の一点鎖線で示す部分）であり、各光導波路の断面を示している。
【０１０６】
第４の構成例の交差光導波路１Ｄは、第１の構成例と同様に、２本の光導波路２（２D1〜２D4）を交差部３Ｄで交差させて構成し、基板を構成する低屈折率のＳｉＯ２のクラッド部１０に高屈折率のＳｉのコア１１を生成することで形成することができる。
【０１０７】
図５（ａ）に示す交差光導波路１Ｄが備える光導波路２の内、一方の光導波路は交差部３Ｄを挟んで対称な位置に配置される光導波路２D2と光導波路２D4とから構成され、他方の光導波路は交差部３Ｄを挟んで対称な位置に配置される光導波路２D1と光導波路２D3とから構成され、光導波路（２D2，２D4）と光導波路（２D1，２D3）とは交差部３Ｄにおいて直交している。
【０１０８】
光導波路２D2と光導波路２D4とは、交差部３Ｄを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。また、光導波路２D1と光導波路２D3とについても、交差部３Ｄを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。
【０１０９】
ここでは、便宜上、光導波路２D4を導入路とし、光導波路２D2を導出路とし、また、光導波路２D3を導入路とし、光導波路２D1を導出路として説明する。
【０１１０】
以下、光導波路の構成について、光導波路２D2と光導波路２D4を備えた光導波路を用いて説明する。光導波路２D2と光導波路２D4からなる光導波路は、光導波路２D1と光導波路２D3とからなる光導波路に対して交差する関係にあり、光導波路２D4から導入された光は、交差する光導波路（光導波路２D1と光導波路２D3からなる光導波路）側に漏れることなく交差部３Ｄを通過して、光導波路２D2に進むことが求められる。
【０１１１】
第４の構成例は、各光導波路２D1〜２D4のコアの厚さを段階的に調整し、厚さの調整によって絞られる光のモード分布の焦点位置と交差部３Ｄの中心位置を合わせることによって、交差する光導波路間の漏れを抑制して、光の伝搬損失を低減する。
【０１１２】
図５（ａ）に示す構成において、各光導波路２D1〜２D4は、ＳｉＯ２のクラッド部１０上にＳｉのコア１１を形成することで生成される。第４の構成例の各光導波路２D1〜２D4のコア１１は厚さを段階的に変えることで光のモード分布の幅を拡大・縮小させ、一旦拡大した光のモード分布の幅を縮小して絞って焦点位置５Ｄに集光させる。
【０１１３】
各光導波路２D1〜２D4は、焦点位置５Ｄを中心とする４つの形状を９０度間隔で四回対称となる位置に配置して構成することができる。
【０１１４】
各光導波路２D1〜２D4は、光軸方向に厚さの増減が異なる第１のテーパー部２d1と第２のテーパー部２d2とを備え、第１のテーパー部２d1と第２のテーパー部２d2とを、それぞれ厚さが大きい部分で合わせることで形成することができる。
【０１１５】
第１のテーパー部２d1は、導出入端部４から交差部３Ｄに向かって段階的に厚さを減らし、第２のテーパー部２d2は、第１のテーパー部２d1と第２のテーパー部２d2との境界から交差部３Ｄに向かって段階的に厚さを増す。
【０１１６】
光導波路２D4において、第１のテーパー部２d1の厚さＴ1は、導出入端部４から交差部３Ｄに向かって段階的に減らし、第２のテーパー部２d2との境界において最小厚さＴ2となる。第２のテーパー部２d2の幅Ｔ3は、第２のテーパー部２d2と第１のテーパー部２d1との境界から交差部３Ｄに向かって段階的に増し、光のモード分布の幅が焦点位置５Ｄで収斂するように狭められる。
【０１１７】
上記した構成によれば、光導波路２D4において、導出入端部４から導入した光は第１のテーパー部２d1において交差部３Ｄに向かって光のモード分布の幅が拡大し、第２のテーパー部２d2では第１のテーパー部２d1から交差部３Ｄに向かって光のモード分布の幅が縮小する。第２のテーパー部２d2で絞られた光は、交差部３Ｄの焦点位置５Ｄに集光する。
【０１１８】
さらに、交差部３Ｄの焦点位置５Ｄに集光された光は、光の対称性から光のモード分布の幅を広げながら光導波路２D2に向かって進む。光導波路２D2において、第２のテーパー部２d2では交差部３Ｄから第１のテーパー部２d1に向かって光のモード分布の幅が拡大し、第１のテーパー部２d1では第１のテーパー部２d1から反対側の導出入端部４に向かって光のモード分布の幅が縮小し、導出入端部４から導出される。
【０１１９】
図５（ａ）中の符号２１〜２７は、図１（ａ）と同様に、光導波路を伝搬する光のモード分布の幅の変化を模式的に示している。符号２１は光導波路２D4側の導出入端部４を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２２は光導波路２D4側の第１のテーパー部２d1を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２３は光導波路２D4側の第２のテーパー部２d2を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２４は交差部３Ｄを伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２５は光導波路２D2側の第２のテーパー部２d2を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２６は光導波路２D2側の第１のテーパー部２d1を伝搬する光のモード分布の幅を示し、符号２７は光導波路２D2側の導出入端部４を伝搬する光のモード分布の幅を示している。
【０１２０】
したがって、光導波路２D4、交差部３Ｄ、および光導波路２D2を伝搬する光のモード分布の幅は第１のテーパー部２d1で拡大した後、第２のテーパー部２d2で縮小され、交差部３Ｄの中心位置に形成された焦点位置５Ｄを光のモード分布の幅が縮小された状態で通過する。さらに、伝搬光は、焦点位置５Ｄを通過した後、光の対称性から光のモード分布の幅が広がりながら進み、光導波路２D2の第２のテーパー部２d2で光のモード分布の幅が拡大した後、光導波路２D2の第１のテーパー部２d1でモードが縮小する。
【０１２１】
上記したテーパー部は、厚さを段階的に変える構成としているが、段階的に限らず連続的に厚さを変える構成としてもよい。なお、光導波路のテーパー部の形成において、ＳｉＯ２のクラッド部上にＳｉのコアを生成するプロセスをフォトリソグラフィ技法を用いて行う場合には、段階的に厚さを変える構成が好適である。
【０１２２】
したがって、光導波路２D4と光導波路２D2とは、構造上および光の分布において、交差部３Ｄの中心を境界にして対称な位置関係となり、光導波路２D4に導入された光は、交差部３Ｄで交差する光導波路（光導波路２D1および光導波路２D3）側に漏れることなく通過して、対向配置される光導波路２D2に導かれる。
【０１２３】
図５（ｂ）は、光導波路２D4、交差部３Ｄ、および光導波路２D2の断面の構成例を示し、図５（ｃ）は、光導波路２D3、交差部３Ｄ、および光導波路２D1の断面の構成例を示している。Ｓｉのコア１１は、上下をＳｉＯ２のクラッド部１０ａおよび１０ｂで挟んだ構成である。
【０１２４】
図５の構成での数値例は、以下の例とすることができる。
コア１１の数値例は、導出光部の厚さを220nmとしている。また、クラッド部１０ａ，１０ｂの厚さは800nmとし、光導波路２Ｃへの導出入端部４の幅は400nmとする。また、波長が1.55μmの光を用いる場合、コア１１の屈折率は3.50、クラッド部１０の屈折率は1.44を用いる。
【０１２５】
なお、上記した数値例は一例であって、この数値に限られるものではなく、本発明の構成に基づいて定めることができる。
【０１２６】
[交差光導波路の第５の構成例]
次に、本発明の交差光導波路の第５の構成例について、図６を用いて説明する。
第５の構成例は、導波路におけるモードの増減を、一方の導波路については幅によって調整し、交差する他方の導波路については厚さによって調整する例を示している。
【０１２７】
図６（ａ）は第５の構成例の平面図であり、図６（ｂ），（ｃ）は第５の構成例の断面図（図６（ａ）中の一点鎖線で示す部分）であり、各光導波路の断面を示している。
【０１２８】
第５の構成例の交差光導波路１Ｅは、第１の構成例と同様に、２本の光導波路２（２E1〜２E4）を交差部３Ｅで交差させて構成し、基板を構成する低屈折率のＳｉＯ２のクラッド部１０に高屈折率のＳｉのコア１１を生成することで形成することができる。
【０１２９】
図６（ａ）に示す交差光導波路１Ｅが備える光導波路２の内、一方の光導波路は交差部３Ｅを挟んで対称な位置に配置される光導波路２E2と光導波路２E4とから構成され、他方の光導波路は交差部３Ｅを挟んで対称な位置に配置される光導波路２E1と光導波路２E3とから構成され、光導波路（２E2，２E4）と光導波路（２E1，２E3）とは交差部３Ｅにおいて直交している。
【０１３０】
光導波路２E2と光導波路２E4とは、交差部３Ｅを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。また、光導波路２E1と光導波路２E3とについても、交差部３Ｅを挟んで光学的に対称であり、何れを導入路あるいは導出路としてもよい。
【０１３１】
ここでは、便宜上、光導波路２E4を導入路とし、光導波路２E2を導出路とし、また、光導波路２E3を導入路とし、光導波路２E1を導出路として説明する。
【０１３２】
一方の光導波路である光導波路２E2と光導波路２E4は、第１の構成例と同様に、コアの外形形状を楕円形形状によって形成してなり、それぞれ第１の構成例の光導波路２A4と光導波路２A2と同様の構成とすることができる。また、他方の光導波路である光導波路２E3と光導波路２E1は、第４の構成例と同様に、コアの厚さを段階的に調整してなり、それぞれ第４の構成例の光導波路２D3と光導波路２D1と同様の構成とすることができる
【０１３３】
光導波路２E2と光導波路２E4からなる光導波路は、光導波路２E1と光導波路２E3とからなる光導波路に対して交差する関係にある。光導波路２E4から導入された光は、交差する光導波路（光導波路２E1と光導波路２E3からなる光導波路）側に漏れることなく交差部３Ｅを通過して、光導波路２E2に進むことが求められ、また、光導波路２E3から導入された光は、交差する光導波路（光導波路２E2と光導波路２E4からなる光導波路）側に漏れることなく交差部３Ｅを通過して、光導波路２E1に進むことが求められる。
【０１３４】
第５の構成例は、導波路２E4，２E2のコアの外形形状を楕円形状で構成し、楕円形状の焦点位置と交差部３Ｅの中心位置を合わせ、また、光導波路２E3,２E1のコアの厚さを段階的に調整し、厚さの調整によって絞られる光のモード分布の焦点位置と交差部３Ｅの中心位置を合わせることによって、互いに交差する光導波路間の漏れを抑制して、光の伝搬損失を低減する。
【０１３５】
図６（ａ）に示す構成において、光導波路２E4，２E2は、ＳｉＯ２のクラッド部１０上にＳｉのコア１１を形成することで生成され、コア１１の外形形状は楕円形状で形成される。楕円形状のコアは、第１の構成と同様とすることができる、焦点位置５Ｅを中心にして２つの楕円形状を対称となる位置に配置して構成される。
【０１３６】
光導波路２E4，２E2は、光軸方向に幅の増減が異なる第１のテーパー部２e1と第２のテーパー部２e2とを備える。第１のテーパー部２e1は、導出入端部４から交差部３Ｅに向かって楕円形状に幅が広がり、第２のテーパー部２e2は、第１のテーパー部２e1から交差部３Ｅに向かって楕円形状に幅を狭める。このとき、第２のテーパー部２e2は、隣接する光導波路２E3，２E1の直線状の外形部分と成す角度θは鋭角となる。
【０１３７】
上記した位置関係によれば、光導波路２E4において、導出入端部４から導入した光は第１のテーパー部２e1において交差部３Ｅに向かって光のモードが増え、第２のテーパー部２e2では第１のテーパー部２e1から交差部３Ｅに向かって光のモード分布の幅が縮小する。第２のテーパー部２e2で縮小されて絞られた光は、交差部３Ｅの焦点位置５Ｅに集光する。
【０１３８】
さらに、交差部３Ｅの焦点位置５Ｅで集光された光は、光の対称性から光のモード分布の幅が拡がりながら光導波路２E2に向かって進む。光導波路２E2において、第２のテーパー部２e2では交差部３Ｅから第１のテーパー部２e1に向かって光のモード分布の幅が拡大し、第１のテーパー部２e1では第１のテーパー部２e1から反対側の導出入端部４に向かって光のモード分布の幅が縮小し、導出入端部４から導出される。
【０１３９】
したがって、光導波路２E4、交差部３Ｅ、および光導波路２E2を伝搬する光のモード分布の幅は、第１のテーパー部２e1で拡大した後、第２のテーパー部２e2で縮小して狭まり、交差部３Ｅの中心位置に形成された焦点位置５Ｅを光のモード分布の幅が縮小された状態で通過する。伝搬光は、焦点位置５Ｅを通過した後、光の対称性から光のモード分布の幅を広げながら進み、光導波路２E2の第２のテーパー部2e2で光のモード分布の幅を拡大した後、光導波路２E2の第１のテーパー部2e1で光のモード分布の幅を縮小する。
【０１４０】
したがって、光導波路２E4と光導波路２E2とは、構造上および光のモード分布において、交差部３Ｅの中心を境界にして対称な位置関係となり、光導波路２E4に導入された光は、交差部３Ｅで交差する光導波路（光導波路２E1および光導波路２E3）側に漏れることなく通過して、対向配置される光導波路２E2に導かれる。
【０１４１】
図６（ｂ）は、光導波路２E4、交差部３Ｅ、および光導波路２E2の断面の構成例を示し、図６（ｃ）は、光導波路２E3、交差部３Ｅ、および光導波路２E1の断面の構成例を示している。Ｓｉのコア１１は、上下をＳｉＯ２のクラッド部１０ａおよび１０ｂで挟んだ構成である。
【０１４２】
図６（ｂ）は、光導波路２E4、交差部３Ｅ、および光導波路２E2の断面の構成例を示している。Ｓｉのコア１１は、上下をＳｉＯ２のクラッド部１０ａおよび１０ｂで挟んだ構成である。
【０１４３】
また、図６（ｃ）に示す構成において、各光導波路２E1，２E3は、ＳｉＯ２のクラッド部１０上にＳｉのコア１１を形成することで生成され、コア１１は厚さを段階的に変えることで光のモード分布の幅を増減させ、一旦拡大した光のモード分布の幅を縮小して絞って焦点位置５Ｅに集光させる。
【０１４４】
各光導波路２E1，２E4は、焦点位置５Ｅを中心として対称となる位置に配置して構成される。
【０１４５】
各光導波路２E1，２E3は、光軸方向に厚さの増減が異なる第１のテーパー部２e1と第２のテーパー部２e2とを備え、第１のテーパー部２e1と第２のテーパー部２e2とを、それぞれ厚さが大きい部分で合わせることで形成することができる。
【０１４６】
第１のテーパー部２e1は、導出入端部４から交差部３Ｅに向かって段階的に厚さを減らし、第２のテーパー部２e2は、第１のテーパー部２e1と第２のテーパー部２e2との境界から交差部３Ｅに向かって段階的に厚さを増し、光のモード分布の幅が焦点位置５Ｅで収斂するように狭められる。
【０１４７】
上記した構成により、光導波路２E3において、導出入端部４から導入した光は第１のテーパー部２e1において交差部３Ｅに向かって光のモード分布の幅が拡大し、第２のテーパー部２e2では第１のテーパー部２e1から交差部３Ｅに向かって光のモード分布の幅が縮小する。第２のテーパー部２e2で縮小されて絞られた光は、交差部３Ｅの焦点位置５Ｅに集光する。
【０１４８】
さらに、交差部３Ｅの焦点位置５Ｅに集光された光は、光の対称性から光のモード分布の幅を広げながら光導波路２E2に向かって進む。光導波路２E2において、第２のテーパー部２e2では交差部３Ｅから第１のテーパー部２e1に向かって光のモード分布の幅が拡大し、第１のテーパー部２e1では第１のテーパー部２e1から反対側の導出入端部４に向かって光のモード分布の幅が縮小し、導出入端部４から導出される。
【０１４９】
光導波路２E3と光導波路２E1とは、構造上および光の分布において、交差部３Ｅの中心を境界にして対称な位置関係となり、光導波路２E3に導入された光は、交差部３Ｅで交差する光導波路（光導波路２E2および光導波路２E4）側に漏れることなく通過して、対向配置される光導波路２E1に導かれる。
【０１５０】
上記した交差光導波路の構成例は、入出導波路および交差導波路は、集光位置を交差の中心とする構成を共通に備える。この構成において、入出導波路および交差導波路の集光位置を挟んで両側に配置される導波路は、光のモード分布を対称とする構成の他に、非対称とする構成としてもよい。
【０１５１】
例えば、光導波路の外形形状を楕円形状で形成する構成では、光のモード分布を対称とする場合には、楕円形状の長軸と短軸を同サイズとし、一方、光のモード分布を非対称とする場合には、楕円形状の長軸と短軸のサイズを異ならせる。何れの構成においても、集光位置が交差の中心となるように、楕円形状の長軸と短軸の比率を設定する。
【０１５２】
また、光導波路の外形形状を放物線形状や傾斜した直線形状によって構成する場合においても、その形状のサイズを調整することによって、集光位置が交差の中心と共に、交差の中心に対して対称あるいは非対称な構成とすることができる。
【０１５３】
[交差光導波路のシミュレーション例]
本発明の交差光導波路の第１の構成例のシミュレーション例について、図７を用いて説明する。
【０１５４】
図７は、コアの外形形状を楕円形状とする構成例について、コアの屈折率を3.50とし、クラッド部の屈折率を1.44とし、波長λが1.55μmの光を用いてシミュレートしたときの例である。
【０１５５】
図７（ａ）は、図１に示す長軸のサイズをａ＝4.556μmとし、短軸のサイズをｂ＝1.222μmとし、第２のテーパー部２a2のサイズをｃ＝2.796μmとしたときのシミュレーション例を示している。この例での透過損失は0.18dBである。
【０１５６】
図７（ｂ）は、図１に示す長軸のサイズをａ＝5.667μmとし、短軸のサイズをｂ＝1.185μmとし、第２のテーパー部２a2のサイズをｃ＝0.722μmとしたときのシミュレーション例を示している。この例での透過損失は0.07dBである。
【０１５７】
図７（ａ），（ｂ）に示す例によれば、導入された光は交差部で集光された後に拡がって導出され、導入側と導出側の光導波路を伝搬する光の分布は、交差部を中心として対称であることを確認することができる。
【０１５８】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明の交差光導波路は、ＬＳＩチップ、光トランシーバーや高速インサーネット等の光通信部品、センサー等の適用することができる。
【符号の説明】
【０１６０】
１Ａ〜１Ｅ    交差光導波路
２，２Ａ〜２Ｅ  光導波路
２A1〜２A4    光導波路
２B1〜２B4    光導波路
２C1〜２C4    光導波路
２D1〜２D4    光導波路
２E1〜２E4    光導波路
２a1    テーパー部
２a2    テーパー部
２b1    テーパー部
２b2    テーパー部
２c1    テーパー部
２c2    テーパー部
２d1    テーパー部
２d2    テーパー部
２e1    テーパー部
２e2    テーパー部
３Ａ〜３Ｅ  交差部
４    導出入端部
５Ａ〜５Ｅ  焦点位置
１０，１０ａ，１０ｂ    クラッド部
１１    コア
１１Ａ〜１１Ｄ  交差光導波路
１２A1-１２A4    光導波路
１２C1    光導波路
１２D1-１２D4    光導波路
１３Ａ〜１３Ｄ  交差部
【図１】
2011090223.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011090223.tif 000007
【図６】
2011090223.tif 000008
【図７】
2011090223.tif 000009
【図８】
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