(57)【要約】【課題】入力光の結合効率が従来よりも高く、軸ずれに対するトレランスが従来よりも大きい基板型光導波路を実現する。【解決手段】基板型光導波路（１）は、入力導波路（１１ａ）に入力された光を出力導波路（１１ｂ）におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合わせに変換するモード変換部（１１）と、入力導波路（１２ａ）におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合せを、２つの出力導波路（１２ｂ１〜１２ｂ２）におけるＴＥ基本モードに分離する分離部（１２）と、２つの入力導波路（１３ａ１〜１３ａ２）におけるＴＥ基本モードを、出力導波路（１３ｂ）におけるＴＥ基本モードに結合する結合部（１３）と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力導波路と出力導波路とを有するモード変換部であって、当該モード変換部の入力導波路に入力された光を、当該モード変換部の出力導波路におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合わせ、又は、ＴＭ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合せに変換するモード変換部と、
上記モード変換部の出力導波路に接続された入力導波路と２つの出力導波路とを有する分離部であって、当該分離部の入力導波路におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合せ、又は、ＴＭ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合せを、当該分離部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに分離する分離部と、
上記分離部の２つの出力導波路にそれぞれ接続された２つの入力導波路と２つの出力導波路とを有するパワー等化部であって、当該パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードを、当該パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに変換するパワー等化部と、を備え、
上記パワー等化部は、当該パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差を、当該パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差よりも小さくする、
ことを特徴とする基板型光導波路。
【請求項２】
上記パワー等化部は、当該パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差を０にする、
ことを特徴とする請求項１に記載の基板型光導波路。
【請求項３】
上記モード変換部の入力導波路は、導波モードのモードフィールド径が入射端面に近づくほど大きくなるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板型光導波路。
【請求項４】
上記モード変換部の入力導波路は、１対の逆テーパ型導波路により構成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の基板型光導波路。
【請求項５】
上記モード変換部の入力導波路は、１対の分割型導波路により構成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の基板型光導波路。
【請求項６】
上記パワー等化部は、当該パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を調整する第１の位相差調整部と、当該パワー等化部の２つの入力導波路と当該パワー等化部の２つの出力導波路との間に挿入された第１のカプラと、を更に有しており、
上記第１の位相差調整部は、上記パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワー差が、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワー差よりも小さくなるように、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を調整する、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の基板型光導波路。
【請求項７】
上記第１のカプラは、方向性結合器であり、
上記第１の位相差調整部は、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を０［ｒａｄ］又はπ［ｒａｄ］に近づける、
ことを特徴とする請求項６に記載の基板型光導波路。
【請求項８】
上記パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを測定する測定部と、
上記測定部の測定結果に基づいて、上記パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワー差が、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワー差よりも小さくなるように、上記第１の位相差調整部における位相調整量を制御する制御部と、を更に備えている、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の基板型光導波路。
【請求項９】
上記パワー等化部の２つの出力導波路にそれぞれ接続された２つの入力導波路と２つの出力導波路とを有する結合部であって、当該結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードを、当該結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに結合する結合部を更に備え、
上記結合部は、当該結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、当該結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づけると共に、当該結合部の２つの出力導波路の他方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、０に近づける、
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の基板型光導波路。
【請求項１０】
上記結合部は、当該結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、当該結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に一致させ、当該結合部の２つの出力導波路の他方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、０に一致させる、
ことを特徴とする請求項９に記載の基板型光導波路。
【請求項１１】
上記結合部は、当該結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を調整する第２の位相差調整部と、当該結合部の２つの入力導波路と当該結合部の２つの出力導波路との間に挿入された第２のカプラと、を更に有しており、
上記第２の位相差調整部は、上記結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーが、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づくと共に、上記結合部の２つの出力導波路の他方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーが、０に近づくように、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を調整する、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の基板型光導波路。
【請求項１２】
上記第２のカプラは、方向性結合器であり、
上記第２の位相差調整部は、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を−π／２［ｒａｄ］又は＋π／２に近づける、
ことを特徴とする請求項１１に記載の基板型光導波路。
【請求項１３】
上記結合部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを測定する測定部と、
上記測定部の測定結果に基づいて、上記結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーが、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づくと共に、上記結合部の２つの出力導波路の他方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーが、０に近づくように、上記第２の位相差調整部における位相調整量を制御する制御部と、を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の基板型光導波路。
【請求項１４】
上記結合部の２つの出力導波路の一方を出力ポートとして、当該出力ポートにおけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づけるか、上記結合部の２つの出力導波路の他方を出力ポートとして、当該出力ポートにおけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づけるかを、切替可能に構成されている、
ことを特徴とする請求項９〜１３の何れか１項に記載の基板型光導波路。
【請求項１５】
基板型光導波路に入力光を導入する導入方法において、
第１導波路に入力された光を、第２導波路におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合わせ、又は、ＴＭ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合せに変換する変換工程と、
上記第２導波路におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合せ、又は、ＴＥ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合せを、第３導波路及び第４導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに分離する分離工程と、
上記第３導波路及び上記第４導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードを、第５導波路及び第６導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに変換する振幅等化工程と、を含み、
上記振幅等化工程において、上記第５導波路と上記第６導波路とにおけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差を、上記第３導波路及び上記第４導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差よりも小さくする、
ことを特徴とする導入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板型光導波路に関する。また、基板型光導波路に入力光を導入する導入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に光導波路を形成した基板型光導波路が広く用いられている。コアがシリコンやリン化インジウムなどの高屈折率材料により構成された基板型光導波路においては、コア−クラッド間の屈折率差が大きく、光の閉じ込め効果が強いため、導波モードのモードフィールド径を小さくすることができる。
【０００３】
このような基板型光導波路に導入される入力光は、通常、光ファイバ又はレーザダイオード（以下、「ＬＤ」と略記する）から出力された光である。ところが、光ファイバ又はレーザダイオードから出力された光のモードフィールド径は、通常、基板型光導波路における導波モードのモードフィールド径よりも大きい。したがって、結合効率を向上させるためには、基板型光導波路における導波モードのモードフィールド径を拡大するなどして、モードフィールド径の不整合を解消することが重要になる。
【０００４】
基板型光導波路における導波モードのモードフィール径を拡大する方法としては、コアとして分離型導波路を用いる方法（特許文献１参照）や、コアとして逆テーパ導波路を用いる方法などが挙げられる。また、非特許文献１には、基板型光導波路における導波モードのモードフィールを扁平させ、更にモードフィール径を拡大する方法として、コアとして互いに近接して並走する２本の逆テーパ型導波路を用いる方法が記載されている。これらの導波路のように、導波モードのモードフィールド径を拡大する機能を有する導波路のことを、以下では、モード変換部とも記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０９１９７号公報（２００６年１１月９日公開）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Nobuaki Hatori, Takanori Shimizu, Makoto Okano, Masashige Ishizaka, Tsuyoshi Yamamoto, Yutaka Urino, Masahiko Mori, Takahiro Nakamura, and Yasuhiko Arakawa, "A Hybrid Integrated Light Source on a Silicon Platform Using a Trident Spot-Size Converter", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 32, NO. 7, APRIL 1, 2014
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の基板型光導波路においては、基本モードに結合するべき入力光の一部が高次モードに結合することがある。例えば、入力光の光軸とモード変換部の入力導波路の光軸とに軸ずれが生じると、入力光の一部がモード変換部の出力導波路の高次モードに結合する。モード変換部の後段にシングルモード導波路が接続されている場合（非特許文献１参照）、モード変換部の出力導波路の高次モードに結合した光は、シングルモード導波路に進入する過程で放射モードとして放射され、損失になる。或いは、モード変換部の後段にマルチモード導波路が接続されている場合、モード変換部の出力導波路の高次モードに結合した光のうち、マルチモード導波路の導波モードに結合し得ない光は、マルチモード導波路に進入する過程で放射モードとして放射され、損失になる。このため、従来の基板型光導波路においては、入力光の結合効率が低いという問題があった。また、軸ずれが大きくなるほど、高次モードに結合する入力光のパワーが大きくなり、結合効率が小さくなる。このため、従来の基板型光導波路においては、軸ずれに対するトレランスが小さいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。本発明の一態様は、入力光の結合効率が高く、軸ずれに対するトレランスを大きくすることが可能な基板型光導波路を実現することを一目的とする。本発明の一態様は、基板型光導波路に入力光を導入する導入方法であって、入力光の結合効率が高く、軸ずれに対するトレランスを大きくすることが可能な導入方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る基板型光導波路は、入力導波路と出力導波路とを有するモード変換部であって、当該モード変換部の入力導波路に入力された光を、当該モード変換部の出力導波路におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合わせ、又は、ＴＭ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合せに変換するモード変換部と、上記モード変換部の出力導波路に接続された入力導波路と２つの出力導波路とを有する分離部であって、当該分離部の入力導波路におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合せ、又は、ＴＭ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合せを、当該分離部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに分離する分離部と、上記分離部の２つの出力導波路にそれぞれ接続された２つの入力導波路と２つの出力導波路とを有するパワー等化部であって、当該パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードを、当該パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに変換するパワー等化部と、を備え、上記パワー等化部は、当該パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差を、当該パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差よりも小さくする。
【００１０】
上記の構成によれば、入力光の軸ずれがある場合でも、高い結合効率で入力光を上記パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに結合することができる。また、上記の構成によれば、上記パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差を小さく抑えることができる。このため、当該基板型光導波路を、例えば、分岐比が１：１に近い１×２光カプラとして機能させることができる。
【００１１】
本発明の一態様に係る基板型光導波路において、上記パワー等化部は、当該パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差を０にする、ことが好ましい。
【００１２】
上記の構成によれば、上記パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差を０にすることができる。このため、当該基板型光導波路を、例えば、分岐比が１：１である１×２光カプラとして機能させることができる。
【００１３】
本発明の一態様に係る基板型光導波路において、上記モード変換部の入力導波路は、導波モードのモードフィールド径が入射端面に近づくほど大きくなるように構成されている、ことが好ましい。
【００１４】
上記の構成によれば、モードフィールドの大きい入力光との結合効率を更に高くすることができる。
【００１５】
なお、本発明の一態様に係る基板型光導波路において、上記モード変換部の入力導波路は、１対の逆テーパ型導波路により構成することができる。或いは、本発明の一態様に係る基板型光導波路において、上記モード変換部の入力導波路は、１対の分割型導波路により構成することができる。
【００１６】
本発明の一態様に係る基板型光導波路において、上記パワー等化部は、当該パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を調整する第１の位相差調整部と、当該パワー等化部の２つの入力導波路と当該パワー等化部の２つの出力導波路との間に挿入された第１のカプラと、を更に有しており、上記第１の位相差調整部は、上記パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワー差が、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワー差よりも小さくなるように、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を調整する、ことが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、簡単な構成で上記パワー等化部の２つの出力導波路にけるＴＥ基本モード又はＴＥ基本モードのパワーの差を小さく抑えることができる。
【００１８】
なお、本発明の一態様に係る基板型光導波路において、上記第１のカプラは、方向性結合器により構成することができ、上記第１の位相差調整部は、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を０［ｒａｄ］又はπ［ｒａｄ］に近づける、ように構成することができる。
【００１９】
本発明の一態様に係る基板型光導波路は、上記パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを測定する測定部と、上記測定部の測定結果に基づいて、上記パワー等化部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワー差が、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワー差よりも小さくなるように、上記第１の位相差調整部における位相調整量を制御する制御部と、を更に備えている、ことが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モードの間にどのような位相差が存在する場合であっても、或いは、上記パワー等化部の２つの入力導波路におけるＴＭ基本モードの間にどのような位相差が存在する場合であっても、上記パワー等化部の２つの出力導波路にけるＴＥ基本モード又はＴＥ基本モードのパワーの差を小さく抑えることができる。
【００２１】
本発明の一態様に係る基板型光導波路は、上記パワー等化部の２つの出力導波路にそれぞれ接続された２つの入力導波路と２つの出力導波路とを有する結合部であって、当該結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードを、当該結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに結合する結合部を更に備えており、上記結合部は、当該結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、当該結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づけると共に、当該結合部の２つの出力導波路の他方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、０に近づける、ことが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、高い結合効率で入力光を上記結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに結合することができる。
【００２３】
本発明の一態様に係る基板型光導波路において、上記結合部は、当該結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、当該結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に一致させ、当該結合部の２つの出力導波路の他方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、０に一致させる、ことが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、更に高い結合効率で入力光を上記結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに結合することができる。
【００２５】
本発明の一態様に係る基板型光導波路において、上記結合部は、当該結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を調整する第２の位相差調整部と、当該結合部の２つの入力導波路と当該結合部の２つの出力導波路との間に挿入された第２のカプラと、を更に有しており、上記第２の位相差調整部は、上記結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーが、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づくと共に、上記結合部の２つの出力導波路の他方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーが、０に近づくように、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を調整する、ことが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、簡単な構成で上記結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づけることができる。
【００２７】
なお、本発明の一態様に係る基板型光導波路において、上記第２のカプラは、方向性結合器により構成することができ、上記第２の位相差調整部は、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差を−π／２［ｒａｄ］又は＋π／２に近づけるように構成することができる。
【００２８】
本発明の一態様に係る基板型光導波路は、上記結合部の２つの出力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを測定する測定部と、上記測定部の測定結果に基づいて、上記結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーが、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づくと共に、上記結合部の２つの出力導波路の他方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーが、０に近づくように、上記第２の位相差調整部における位相調整量を制御する制御部と、を更に備えている。
【００２９】
上記の構成によれば、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードの位相差が予め分かっていない場合であっても、上記結合部の２つの出力導波路の一方におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づけることができる。
【００３０】
本発明の一態様に係る基板型光導波路は、上記結合部の２つの出力導波路の一方を出力ポートとして、当該出力ポートにおけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づけるか、上記結合部の２つの出力導波路の他方を出力ポートとして、当該出力ポートにおけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーを、上記結合部の２つの入力導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの和に近づけるかを、切替可能に構成されている、ことが好ましい。
【００３１】
上記の構成によれば、当該基板型光導波路を光スイッチとして機能させることができる。
【００３２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る導入方法は、基板型光導波路に入力光を導入する導入方法であって、第１導波路に入力された光を、第２導波路におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合わせ、又は、ＴＭ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合せに変換する変換工程と、上記第２導波路におけるＴＥ基本モードとＴＥ高次モードとの重ね合せ、又は、ＴＥ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合せを、第３導波路及び第４導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに分離する分離工程と、上記第３導波路及び上記第４導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードを、第５導波路及び第６導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに変換するパワー等化工程と、を含み、上記パワー等化工程において、上記第５導波路と上記第６導波路とにおけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差を、上記第３導波路及び上記第４導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差よりも小さくする。
【００３３】
上記の方法によれば、入力光の軸ずれがある場合でも、高い結合効率で入力光を上記第５導波路及び上記第６導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードに結合することができる。また、上記の構成によれば、上記第５導波路及び上記第６導波路におけるＴＥ基本モード又はＴＭ基本モードのパワーの差を小さく抑えることができる。
【００３４】
なお、本発明に係る導入方法を本発明に係る基板型光導波路を用いて実現する場合、上記第１導波路は、上記モード変換部の入力導波路に相当し、上記第２導波路は、上記モード変換部の出力導波路及び上記分離部の入力導波路に相当し、上記第３導波路及び上記第４導波路は、上記分離部の２つの出力導波路及び上記パワー等化部の２つの入力導波路に相当し、第５導波路及び第６導波路は、上記パワー等化部の２つの出力導波路に相当する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の一態様によれば、入力光の結合効率が高く、軸ずれに対するトレランスを大きくすることが可能な基板型光導波路を実現することができる。また、本発明の一態様によれば、基板型光導波路に入力光を導入する導入方法であって、入力光の結合効率が高く、軸ずれに対するトレランスを大きくすることが可能な導入方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板型光導波路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す基板型光導波路が備えるモード変換部の第１の構成例を示す上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図３】図２に示すモード変換部の入力導波路に励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のモードプロファイルを示すグラフである。（ｂ）は、同ＴＥ基本モードＴＥ（０）の電界分布を示すグラフである。（ｃ）は、図２に示すモード変換部の入力導波路に励振されるＴＥ高次モードＴＥ（１）のモードプロファイルを示すグラフである。（ｄ）は、同ＴＥ高次モードＴＥ（１）の電界分布を示すグラフである。
【図４】図１に示す基板型光導波路が備えるモード変換部の第２の構成例を示す上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図５】分離部の構成例を示すブロック図である。
【図６】図１に示す基板型光導波路が備える結合部の第１の構成例を示すブロック図である。
【図７】図１に示す基板型光導波路が備える結合部の第２の構成例を示すブロック図である。
【図８】図１に示す基板型光導波路、及び、従来の基板型光導波路について、光ファイバとの結合効率の軸ずれ量依存性を示すグラフである。
【図９】図１に示す基板型光導波路、及び、従来の基板型光導波路について、レーザダイオードからの入力光との結合効率の軸ずれ量依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
〔基板型光導波路の構成〕
本発明の一実施形態に係る基板型光導波路１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る基板型光導波路１のブロック図である。
【００３８】
基板型光導波路１は、図１に示すように、モード変換部１１と、分離部１２と、パワー等化部１３と、結合部１４と、を備えている。基板型光導波路１には、例えば、光ファイバやレーザダイオードなどの外部デバイスから出力された光が入力される。以下、基板型光導波路１に入力される光のことを、「入力光」と記載する。
【００３９】
モード変換部１１は、入力導波路１１ａと、導波モードのモードフィールド径が入力導波路１１ａよりも小さい出力導波路１１ｂと、を有している。モード変換部１１は、入力導波路１１ａに入力された入力光を、出力導波路１１ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）と出力導波路１１ｂにおけるＴＥ高次モードＴＥ（１）との重ね合せに変換する。この重ね合せにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）及びＴＥ高次モードＴＥ（１）の係数は、入力光のビームプロファイル（その形状及び対称性）及び軸ずれ量に応じて決まる。なお、このようなモード変換部１１の構成例については、参照する図面を代えて後述する。
【００４０】
分離部１２は、入力導波路１２ａと、導波モードが互いに非結合な２つの出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２と、を有している。分離部１２の入力導波路１２ａは、モード変換部１１の出力導波路１１ｂと同様の構成とされており、モード変換部１１の出力導波路１１ｂに接続されている。このため、モード変換部１１の出力導波路１１ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、分離部１２の入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に結合され、モード変換部１１の出力導波路１１ｂにおけるＴＥ高次モードＴＥ（１）は、分離部１２の入力導波路１２ａにおけるＴＥ高次モードＴＥ（１）に結合される。したがって、分離部１２の入力導波路１２ａには、ＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＥ高次モードＴＥ（１）との重ね合せが入力される。
【００４１】
分離部１２は、入力導波路１２ａに入力されたＴＥ基本モードＴＥ（０）を、第１の出力導波路１２ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）と、第２の出力導波路１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）と、に分離する。このとき、第１の出力導波路１２ｂ１及び第２の出力導波路１２ｂ２に励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、製造誤差に起因する位相差を無視すれば、互いに同位相になる。また、分離部１２は、入力導波路１２ａに入力されたＴＥ高次モードＴＥ（１）を、第１の出力導波路１２ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）と、第２の出力導波路１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）と、に分離する。このとき、第１の出力導波路１２ｂ１及び第２の出力導波路１２ｂ２に励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、製造誤差に起因する位相差を無視すれば、互いに逆位相になる。なお、入力導波路１２ａに入力されたＴＥ基本モードＴＥ（０）によって第１の出力導波路１２ｂ１及び第２の出力導波路１２ｂ２に励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）が互いに同位相でない場合があり得、この場合でも後述する分離部１２の機能が損なわれることはない。同様に、入力導波路１２ａに入力されたＴＥ高次モードＴＥ（１）によって第１の出力導波路１２ｂ１及び第２の出力導波路１２ｂ２に励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）が互いに逆位相でない場合があり得、この場合でも後述する分離部１２の機能が損なわれることはない。
【００４２】
第１の出力導波路１２ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に由来するＴＥ基本モードＴＥ（０）と入力導波路１２ａにおけるＴＥ高次モードＴＥ（１）に由来するＴＥ基本モードＴＥ（０）との重ね合せであり、Ｅ１・ｅｘｐ（ｉφ１）・ｅｘｐ（−ｉωｔ）と表せる。この重ね合せにおける各ＴＥ基本モードＴＥ（０）の係数は、入力光のビームプロファイル及び軸ずれ量に応じて変わる。したがって、第１の出力導波路１２ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の振幅Ｅ１及び位相φ１は、主に、入力光のビームプロファイル及び軸ずれ量に応じて決まる。ただし、この振幅Ｅ１及び位相φ１は、入力光のビームプロファイル及び軸ずれ量以外の要因、例えば、光路における光の減衰や位相変化によっても変化し得る。同様に、第２の出力導波路１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に由来するＴＥ基本モードＴＥ（０）と入力導波路１２ａにおけるＴＥ高次モードＴＥ（１）に由来するＴＥ基本モードＴＥ（０）との重ね合せであり、Ｅ２・ｅｘｐ（ｉφ２）・ｅｘｐ（−ｉωｔ）と表せる。この重ね合せにおける各ＴＥ基本モードＴＥ（０）の係数は、入力光のビームプロファイル及び軸ずれ量に応じて変わる。したがって、第２の出力導波路１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の振幅Ｅ２及び位相φ２は、主に、入力光のビームプロファイル及び軸ずれ量に応じて決まる。ただし、この振幅Ｅ２及び位相φ２は、入力光のビームプロファイル及び軸ずれ量以外の要因、例えば、光路における光の減衰や位相変化によっても変化し得る。
【００４３】
以上のように、分離部１２の２つの出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の間には、入力光のビームプロファイル及び軸ずれ量などに応じた位相差φ１−φ２が存在する。ここで、分離部１２の２つの出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）を単純に重ね合せた（例えば、２×１カプラを用いて合波した）場合、その一部が位相差φ１−φ２に依存して放射モードに結合されるため、得られる光のパワーは、分離部１２の２つの出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和よりも小さくなる。そこで、本実施形態に係る基板型光導波路１においては、以下に説明するパワー等化部１３及び結合部１４を利用し、得られる光のパワーを、分離部１２の２つの出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づけて（好ましくは一致させて）いる。
【００４４】
パワー等化部１３は、導波モードが互いに非結合な２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２と、導波モードが互いに非結合な２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２と、を有している。パワー等化部１３の第１の入力導波路１３ａ１は、分離部１２の第１の出力導波路１２ｂ１と同様の構成とされており、分離部１２の第１の出力導波路１２ｂ１に接続されている。このため、分離部１２の第１の出力導波路１２ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、パワー等化部１３の第１の入力導波路１３ａ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に結合される。同様に、パワー等化部１３の第２の入力導波路１３ａ２は、分離部１２の第２の出力導波路１２ｂ２と同様の構成とされており、分離部１２の第２の出力導波路１２ｂ２に接続されている。このため、分離部１２の第２の出力導波路１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、パワー等化部１３の第２の入力導波路１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に結合される。
【００４５】
パワー等化部１３は、第１の入力導波路１３ａ１に入力されたＴＥ基本モードＴＥ（０）と、第２の入力導波路１３ａ２に入力されたＴＥ基本モードＴＥ（０）とを、第１の出力導波路１３ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）と、第２の出力導波路１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）と、に変換する。ここで、パワー等化部１３は、この変換を、２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの差が、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの差よりも小さくなるように（好ましくは、０になるように）行う。なお、このような機能を有するパワー等化部１３の構成例については、参照する図面を代えて後述する。
【００４６】
結合部１４は、導波モードが互いに非結合な２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２と、導波モードが互いに非結合な２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２と、を有している。結合部１４の第１の入力導波路１４ａ１は、パワー等化部１３の第１の出力導波路１３ｂ１と同様の構成とされており、パワー等化部１３の第１の出力導波路１３ｂ１に接続されている。このため、パワー等化部１３の第１の出力導波路１３ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、結合部１４の第１の入力導波路１４ａ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に結合される。同様に、結合部１４の第２の入力導波路１４ａ２は、パワー等化部１３の第２の出力導波路１３ｂ２と同様の構成とされており、パワー等化部１３の第２の出力導波路１３ｂ２に接続されている。このため、パワー等化部１３の第２の出力導波路１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、結合部１４の第２の入力導波路１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に結合される。
【００４７】
結合部１４は、第１の入力導波路１４ａ１に入力されたＴＥ基本モードＴＥ（０）と、第２の入力導波路１４ａ２に入力されたＴＥ基本モードＴＥ（０）とを、第１の出力導波路１４ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に結合する。ここで、結合部１４は、この結合を、第１の出力導波路１４ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーが、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づくように（好ましくは一致するように）行う。なお、このような機能を有する結合部１４の構成例については、参照する図面を代えて後述する。
【００４８】
なお、本実施形態に係る基板型光導波路１の結合部１４は、（ａ）第１の出力導波路１４ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づけると共に、（ｂ）第２の出力導波路１４ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、０に近づけるように構成されている。このため、結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１が、基板型光導波路１の出力ポートとして機能する。しかしながら、結合部１４の構成は、これに限定されない。
【００４９】
すなわち、結合部１４は、（ａ）第１の出力導波路１４ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、０に近づけると共に、（ｂ）第２の出力導波路１４ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づけるように構成することもできる。この場合、結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２が、基板型光導波路１の出力ポートとして機能する。
【００５０】
また、結合部１４は、（１）第１の出力導波路１４ｂ１を出力ポートとして、上記のように、当該出力ポートにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づけるか、又は、（２）第２の出力導波路１４ｂ２を出力ポートとして、上記のように、当該出力ポートにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づけるかを、切替可能に構成することもできる。この場合、基板型光導波路１は、光スイッチとして機能する。
【００５１】
また、本実施形態に係る基板型光導波路１から、結合部１４を省略することも可能である。この場合、結合部１４を省略した基板型光導波路１は、パワー等化部１３の２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２を出力ポートとする１×２カプラとして機能する。
【００５２】
〔基板型光導波路の効果〕
従来の基板型光導波路において、モード変換部の出力導波路に励振されたＴＥ高次モードＴＥ（１）の大部分は、放射モードに結合される。このため、従来の基板型光導波路において、例えば、モード変換部の後段にシングルモード導波路が接続された場合、モード変換部の出力導波路に励振されたＴＥ高次モードＴＥ（１）の大部分は、損失となり、利用することができない。
【００５３】
このため、従来の基板型光導波路においては、入力光の光軸とモード変換部の入力導波路の光軸との間の軸ずれに対するトレランスが小さくなる。なぜなら、軸ずれが生じたときにモード変換部の出力導波路に励振されるＴＥ高次モードＴＥ（１）の大部分が損失となり得るためである。
【００５４】
一方、本実施形態に係る基板型光導波路１において、モード変換部１１の出力導波路１１ｂに励振されたＴＥ高次モードＴＥ（１）の大部分は、結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に結合される。このため、本実施形態に係る基板型光導波路１において、モード変換部１１の出力導波路１１ｂに励振されたＴＥ高次モードＴＥ（１）の大部分は、損失とならず、利用することができる。
【００５５】
このため、本実施形態に係る基板型光導波路１においては、入力光の光軸とモード変換部１１の入力導波路１１ａの光軸との間の軸ずれに対するトレランスを大きくすることが可能となる。なぜなら、軸ずれが生じたときにモード変換部１１の出力導波路１１ｂに励振されるＴＥ高次モードＴＥ（１）の大部分が損失となることを抑制し得るからである。
【００５６】
なお、本実施形態に係る基板型光導波路１においては、モード変換部１１が、入力導波路１１ａに入力された入力光を、出力導波路１１ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＥ高次モードＴＥ（１）との重ね合せに変換する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、入力導波路１１ａに入力された入力光がＴＥモードである場合に、この入力光をモード変換部１１が出力導波路１１ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＥ高次モードＴＥ（１）との重ね合せに変換する構成に代えて、入力導波路１１ａに入力された入力光がＴＭモードである場合に、この入力光をモード変換部１１が出力導波路１１ｂにおけるＴＭ基本モードＴＭ（０）とＴＭ高次モードＴＭ（１）との重ね合せに変換する構成を採用してもよい。この場合、分離部１２は、入力導波路１２ａにおける重ね合せに含まれるＴＭ基本モードＴＭ（０）及びＴＭ高次モードＴＭ（１）を、それぞれ、第１の出力導波路１２ｂ１におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）と、第２の出力導波路１２ｂ２におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）と、に分離する。また、パワー等化部１３は、第１の入力導波路１３ａ１に入力されたＴＭ基本モードＴＭ（０）と、第２の入力導波路１３ａ２に入力されたＴＭ基本モードＴＭ（０）とを、第１の出力導波路１３ｂ１におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）と、第２の出力導波路１３ｂ２におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）と、に変換する。この際、パワー等化部１３は、２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）のパワーの差を、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２に入力されたＴＭ基本モードＴＭ（０）のパワーの差よりも小さくする。また、結合部１４は、第１の入力導波路１４ａ１に入力されたＴＭ基本モードＴＭ（０）と、第２の入力導波路１４ａ２に入力されたＴＭ基本モードＴＭ（０）とを、第１の出力導波路１４ｂ１におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）に変換する。この際、結合部１４は、第１の出力導波路１４ｂ１におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）のパワーを、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２に入力されたＴＭ基本モードＴＭ（０）のパワーの和に近づけると共に、第２の出力導波路１４ｂ２におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）のパワーを、０に近づける。これにより、本実施形態に係る基板型光導波路１と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
〔モード変換部の第１の構成例〕
基板型光導波路１が備えるモード変換部１１の第１の構成例について、図２を参照して説明する。図２において、（ａ）は、本構成例に係るモード変換部１１の上面図であり、（ｂ）は、本構成例に係るモード変換部１１の断面図である。
【００５８】
本構成例に係るモード変換部１１は、（１）基板１１１と、（２）基板１１１上に積層された下部クラッド層１１２と、（３）下部クラッド層１１２上に形成された２つのコア１１３ａ〜１１３ｂと、（４）２つのコア１１３ａ〜１１３ｂを埋設するように下部クラッド層１１２上に形成された上部クラッド層１１４と、を備えている。下部クラッド層１１２及び上部クラッド層１１４の屈折率は、コア１１３ａ〜１１３ｂの屈折率よりも低く設定されている。なお、基板１１１及びコア１１３ａ〜１１３ｂは、例えば、シリコンにより構成することができ、下部クラッド層１１２及び上部クラッド層１１４は、例えば、シリカにより構成することができる。すなわち、モード変換部１１は、例えば、シリコン導波路として実現することができる。
【００５９】
本構成例に係るモード変換部１１において、２つのコア１１３ａ〜１１３ｂは、互いに近接して並走しており、一方のコア１１３ａの導波モードは、他方のコア１１３ｂの導波モードと光結合している。このため、２つのコア１１３ａ〜１１３ｂは、単一の導波路として機能する。
【００６０】
モード変換部１１は、その構造により２つの区間Ｉａ〜Ｉｂに分けられる。２つのコア１１３ａ〜１１３ｂは、入力側の区間Ｉａにおいて、上述した入力導波路１１ａとして機能し、出力側の区間Ｉｂにおいて、上述した出力導波路１１ｂとして機能する。
【００６１】
区間Ｉａにおいては、コア１１３ａ〜１１３ｂ（入力導波路１１ａ）として、１対の逆テーパ型導波路が用いられている。ここで、逆テーパ型導波路とは、断面が長方形であり、幅が入射端面に近づくに従って狭くなる導波路のことを指す。このため、区間Ｉａにおいては、コア１１３ａ〜１１３ｂの導波モードのモードフィールド径が入射端面に近づくに従って次第に大きくなる。
【００６２】
一方、区間Ｉｂにおいては、コア１１３ａ〜１１３ｂ（出力導波路１１ｂ）として、１対の方形導波路が用いられている。ここで、方形導波路とは、断面が長方形であり、幅及び高さが一定の導波路のことを指す。区間Ｉｂにおけるコア１１３ａ〜１１３ｂの幅は、区間Ｉａの区間Ｉｂ側の端部におけるコア１１３ａ〜１１３ｂの幅と一致する。
【００６３】
モード変換部１１において、入力導波路１１ａに入力された入力光は、そのモードフィール径を次第に小さくしながら入力導波路１１ａを伝播し、出力導波路１１ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）又はＴＥ高次モードＴＥ（１）に結合される。したがって、上述したように、モード変換部１１は、入力導波路１１ａに入力された入力光を、出力導波路１１ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＥ高次モードＴＥ（１）との重ね合せ合わせに変換する機能を担う。
【００６４】
ここで、出力導波路１１ｂに生じる重ね合せにおいて、ＴＥ基本モードＴＥ（０）及びＴＥ高次モードＴＥ（１）の重みは、入力光のビームプロファイルの対称性及び軸ずれ量に応じて決まる。入力光のビームプロファイルが線対称であり、かつ、そのビームプロファイルの対称の軸がモード変換部１１の入射端面において２つのコア１１３ａ〜１１３ｂの中心を結ぶ線分の垂直二等分線に一致する場合、入力導波路１１ａに入力された光の大部分は、出力導波路１１ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に結合される。したがって、出力導波路１１ｂに生じる重ね合せにおいて、ＴＥ基本モードＴＥ（０）の重みは１に近い値となり、ＴＥ高次モードＴＥ（１）の重みは０に近い値となる。入力光のビームプロファイルの対称性が崩れるほど、あるいは、軸ずれ量が大きくなるほど、出力導波路１１ｂのＴＥ基本モードＴＥ（０）に結合される入力光の割合が減り、出力導波路１１ｂのＴＥ高次モードＴＥ（１）に結合される入力光の割合が増える。したがって、出力導波路１１ｂに生じる重ね合せにおいて、ＴＥ基本モードＴＥ（０）の重みは小さくなり、ＴＥ高次モードＴＥ（１）の重みは大きくなる。
【００６５】
図３の（ａ）は、モード変換部１１の入力導波路１１ａに励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のモードプロファイルを示すグラフであり、図３の（ｂ）は、同基本モードＴＥ（０）の電界分布を示すグラフである。図３の（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、モード変換部１１の入力導波路１１ａに励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、対称モードである。モード変換部１１の出力導波路１１ｂに励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）も、同様な対称モードである。図３の（ｃ）は、モード変換部１１の入力導波路１１ａに励振されるＴＥ高次モードＴＥ（１）のモードプロファイルを示すグラフであり、図３の（ｄ）は、同ＴＥ高次モードＴＥ（１）の電界分布を示すグラフである。図３の（ｃ）及び（ｄ）から明らかなように、モード変換部１１の入力導波路１１ａに励振されるＴＥ高次モードＴＥ（１）は、反対称モードである。モード変換部１１の出力導波路１１ｂに励振されるＴＥ高次モードＴＥ（１）も、同様な反対称モードである。なお、図３に示すモードプロファイル及び電界分布の算出に際しては、コア１１３ａ〜１１３ｂの幅を１８０ｎｍとし、コア１１３ａ〜１１３ｂの高さを２２０ｎｍとし、コア１１３ａとコア１１３ｂとの間隔を１μｍとした。
【００６６】
〔モード変換部の第２の構成例〕
基板型光導波路１が備えるモード変換部１１の第２の構成例について、図４を参照して説明する。図４において、（ａ）は、本構成例に係るモード変換部１１の上面図であり、（ｂ）は、本構成例に係るモード変換部１１の断面図である。
【００６７】
本構成例に係るモード変換部１１は、（１）基板１１１と、（２）基板１１１上に積層された下部クラッド層１１２と、（３）下部クラッド層１１２上に形成された２つのコア１１３ａ〜１１３ｂと、（４）２つのコア１１３ａ〜１１３ｂを埋設するように下部クラッド層１１２上に形成された上部クラッド層１１４と、を備えている。下部クラッド層１１２及び上部クラッド層１１４の屈折率は、コア１１３ａ〜１１３ｂの屈折率よりも低く設定されている。基板１１１及びコア１１３ａ〜１１３ｂは、例えば、シリコンにより構成することができ、下部クラッド層１１２及び上部クラッド層１１４は、例えば、シリカにより構成することができる。すなわち、モード変換部１１は、シリコン導波路として実現することができる。
【００６８】
本構成例に係るモード変換部１１において、２つのコア１１３ａ〜１１３ｂは、互いに近接して並走しており、一方のコア１１３ａの導波モードは、他方のコア１１３ｂの導波モードと光結合している。このため、２つのコア１１３ａ〜１１３ｂは、単一の導波路として機能する。
【００６９】
モード変換部１１は、その構造により２つの区間Ｉａ〜Ｉｂに分けられる。２つのコア１１３ａ〜１１３ｂは、入力側の区間Ｉａにおいて、上述した入力導波路１１ａとして機能し、出力側の区間Ｉｂにおいて、上述した出力導波路１１ｂとして機能する。
【００７０】
区間Ｉａにおいては、コア１１３ａ〜１１３ｂ（入力導波路１１ａ）として、１対の分割型導波路が用いられている。ここで、分割型導波路とは、光の進行方向に並ぶブロックに分割された導波路であって、隣接ブロックの間隔が入力光の波長よりも短く設定された導波路のことを指す。本構成例においては、特に、ブロックの幅が入射端面に近づくに従って小さくなるように設定された分割導波路が用いられている。このため、区間Ｉａにおいては、コア１１３ａ〜１１３ｂの導波モードのモードフィールド径が入射端面に近づくに従って次第に大きくなる。
【００７１】
一方、区間Ｉｂにおいては、コア１１３ａ〜１１３ｂ（出力導波路１１ｂ）として、１対の方形導波路が用いられている。ここで、方形導波路とは、断面が長方形であり、幅及び高さが一定の導波路のことを指す。区間Ｉｂにおけるコア１１３ａ〜１１３ｂの幅は、区間Ｉａの区間Ｉｂ側の端部におけるコア１１３ａ〜１１３ｂの幅と一致する。
【００７２】
本構成例に係るモード変換部１１の機能は、第１の構成例に係るモード変換部１１の機能と同様である。
【００７３】
なお、本構成例においては、入力導波路１１ａを構成するコア１１３ａ〜１１３ｂとして、各ブロックの幅が入射端面に近づくに従って小さくなるように設定された分割型導波路を用いているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、入力導波路１１ａを構成するコア１１３ａ〜１１３ｂとして、ブロックが存在する部分の割合が入射端面に近づくに従って小さくなるように設定された分割型導波路を用いてもよい。例えば、隣接ブロックの間隔を一定に保ったまま、各ブロックの長さが入射端面に近づくに従って小さくなるように設定された分割型導波路を、入力導波路１１ａを構成するコア１１３ａ〜１１３ｂとして用いてもよい。あるいは、各ブロックの長さを一定に保ったまま、隣接ブロックの間隔が入射端面に近づくに従って大きくなるように設定された分割型導波路を、入力導波路１１ａを構成するコア１１３ａ〜１１３ｂとして用いてもよい。
【００７４】
〔分離部の構成例〕
基板型光導波路１が備える分離部１２の構成例について、図５を参照して説明する。図５において、（ａ）は、本構成例に係る分離部１２の上面図であり、（ｂ）は、本構成例に係る分離部１２の断面図である。
【００７５】
本構成例に係る分離部１２は、（１）基板１２１と、（２）基板１２１上に積層された下部クラッド層１２２と、（３）下部クラッド層１２２上に形成された２つのコア１２３ａ〜１２３ｂと、（４）２つのコア１２３ａ〜１２３ｂを埋設するように下部クラッド層１２２上に形成された上部クラッド層１２４と、を備えている。下部クラッド層１２２及び上部クラッド層１２４の屈折率は、コア１２３ａ〜１２３ｂの屈折率よりも低く設定されている。
【００７６】
なお、基板１２１及びコア１２３ａ〜１２３ｂは、例えば、シリコンにより構成することができ、下部クラッド層１２２及び上部クラッド層１２４は、例えば、シリカにより構成することができる。すなわち、分離部１２は、図２又は図４に示すモード変換部１１と同様、シリコン導波路として実現することができる。この場合、分離部１２の基板１２１、下部クラッド層１２２、コア１２３ａ〜１２３ｂ、及び上部クラッド層１２４は、それぞれ、図２又は図４に示すモード変換部１１の基板１１１、下部クラッド層１１２、コア１１３ａ〜１１３ｂ、及び上部クラッド層１１４の延長となる。
【００７７】
分離部１２は、その構造により３つの区間Ｉａ〜Ｉｃに分けられる。最も入力側に位置する区間Ｉａにおいて、２つのコア１２３ａ〜１２３ｂは、互いに近接して並走しており、一方のコア１２３ａの導波モードは、他方のコア１２３ｂの導波モードと光結合している。この区間Ｉａにおいて、２つのコア１２３ａ〜１２３ｂは、上述した入力導波路１２ａとして機能する。一方、最も出力側に位置する区間Ｉｃにおいて、２つのコア１２３ａ〜１２３ｂは、互いに離間して並走しており、一方のコア１２３ａの導波モードは、他方のコア１２３ｂの導波モードと光結合していない。この区間Ｉｃにおいて、一方のコア１２３ａは、上述した第１の出力導波路１２ｂ１として機能し、他方のコア１２３ｂは、上述した第２の出力導波路１２ｂ２として機能する。そして、区間Ｉａと区間Ｉｃとに挟まされた区間Ｉｂにおいて、２つのコア１２３ａ〜１２３ｂは、入力端から遠ざかるに従って間隔が大きくなるように曲げられており、一方のコア１２３ａの導波モードと他方のコア１２３ｂの導波モードとの光結合は、入力端から遠ざかるに従って小さくなる。入力導波路１２ａに入力されたＴＥ基本モードＴＥ（０）及びＴＥ高次モードＴＥ（１）を、それぞれ、第１の出力導波路１２ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）と第２の出力導波路１２ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とに分離する機能は、この区間Ｉｂにおいて実現される。
【００７８】
〔パワー等化部及び結合部の第１の構成例〕
基板型光導波路１が備えるパワー等化部１３及び結合部１４の第１の構成例について、図６を参照して説明する。図６は、本構成例に係るパワー等化部１３及び結合部１４のブロック図である。
【００７９】
本構成例に係るパワー等化部１３は、図６に示すように、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２と、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２の後段に接続された第１の方向性結合器１３ｄと、第１の方向性結合器１３ｄの後段に接続された２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２と、を備えている。入力導波路１３ａ１〜１３ａ２には、第１の位相差調整部１３ｅが挿入されている。また、本構成例に係る結合部１４は、図６に示すように、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２と、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２の後段に接続された第２の方向性結合器１４ｄと、第２の方向性結合器１４ｄの後段に接続された２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２と、を備えている。この入力導波路１４ａ１〜１４ａ２には、第２の位相差調整部１４ｅが挿入されている。
【００８０】
第１の方向性結合器１３ｄ及び第２の方向性結合器１４ｄは、それぞれ、下記式（１）により定義される入力光Ｅ１ｉｎ，Ｅ２ｉｎが入力されると、下記式（２）により定義される出力光Ｅ３ｏｕｔ，Ｅ４ｏｕｔを出力する。ＥＡ＝（Ｅ１＋Ｅ２）／２、ＥＢ＝（Ｅ１−Ｅ２）／２、Δφ＝（φ１−φ２）／２とすると、下記式（２）は、下記式（３）のように書き換えられる。
【数１】
2019144433.tif 000003
【数２】
2019144433.tif 000004
【数３】
2019144433.tif 000005
【００８１】
上記式（３）によれば、下記命題Ａ，Ｂが成り立つことが分かる。
【００８２】
命題Ａ：Δφ＝０［ｒａｄ］又はπ／２［ｒａｄ］であれば、入力光の振幅Ｅ１，Ｅ２に依らず、２つの出力光の振幅Ｅ３，Ｅ４は等しくなる。
【００８３】
命題Ｂ：入力光の振幅Ｅ１，Ｅ２が等しい場合、Δφ＝−π／４［ｒａｄ］であれば、Ｅ３＝１，Ｅ４＝０となり、Δφ＝π／４［ｒａｄ］であれば、Ｅ３＝０，Ｅ４＝１となる。
【００８４】
第１の位相差調整部１３ｅは、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を、０［ｒａｄ］又はπ［ｒａｄ］に近づける（すなわち、Δφを０［ｒａｄ］又はπ／２［ｒａｄ］に近づける）。これにより、２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の振幅の差は、０に近づく。これは、上記命題Ａの帰結である。したがって、２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワー（振幅の２乗に比例）の差は、０に近づく。
【００８５】
より好ましい形態として、第１の位相差調整部１３ｅは、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を、０［ｒａｄ］又はπ［ｒａｄ］に一致させる（すなわち、Δφを０［ｒａｄ］又はπ／２［ｒａｄ］に一致させる）。これにより、２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の振幅の差は、０に一致する。これは、上記命題Ａの帰結である。したがって、２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワー（振幅の２乗に比例）の差は、０に一致する。
【００８６】
なお、第１の位相差調整部１３ｅは、例えば図６に示すように、第１の入力導波路１３ａ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相を調整する第１の位相調整部１３ｅ１と、第２の入力導波路１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相を調整する第２の位相調整部１３ｅ２と、により構成することができる。ただし、第１の位相調整部１３ｅ１又は第２の位相調整部１３ｅ２の一方を省略しても構わない。
【００８７】
第２の位相差調整部１４ｅは、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を、−π／２［ｒａｄ］又は＋π／２［ｒａｄ］に近づける（すなわち、Δφを−π／４［ｒａｄ］又は＋π／４［ｒａｄ］に近づける）。これにより、２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の一方におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）におけるパワーは、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づき、２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の他方におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）におけるパワーは、０に近づく。これは、第１の位相差調整部１３ｅの作用により、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの差（すなわち、パワー等化部１３の２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードのパワーの差）が０に近づいているか、又は、０に一致していること、及び、上記命題Ｂの帰結である。
【００８８】
より好ましい形態として、第２の位相差調整部１４ｅは、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を、−π／２［ｒａｄ］又は＋π／２［ｒａｄ］に一致させる（すなわち、Δφを−π／４［ｒａｄ］又は＋π／４［ｒａｄ］に一致させる）。これにより、２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の一方におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）におけるパワーは、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に一致し、２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の他方におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）におけるパワーは、０に一致する。これは、第１の位相差調整部１３ｅの作用により、第１の位相差調整部１３ｅの作用により、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの差が０に一致していること、及び、上記命題Ｂの帰結である。
【００８９】
なお、第１の入力導波路１４ａ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相から第２の入力導波路１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相を引いた差を−π／２［ｒａｄ］に近づけた場合、（ａ）第１の出力導波路１４ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーが２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づき、（ｂ）第２の出力導波路１４ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーが０に近づく。この場合、パワー等化部１３及び結合部１４は、パワー等化部１３の２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２を入力ポートとし、結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１を出力ポートとする２×１カプラとして機能する。一方、第１の入力導波路１４ａ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相から第２の入力導波路１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相を引いた差を＋π／２［ｒａｄ］に近づけた場合、（ａ）第１の出力導波路１４ｂ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーが０に近づき、（ｂ）第２の出力導波路１４ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーが２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づく。この場合、パワー等化部１３及び結合部１４は、パワー等化部１３の２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２を入力ポートとし、結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２を出力ポートとする２×１カプラとして機能する。
【００９０】
なお、第２の位相差調整部１４ｅは、例えば図６に示すように、第１の入力導波路１４ａ１におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相を調整する第１の位相調整部１４ｅ１と、第２の入力導波路１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相を調整する第２の位相調整部１４ｅ２と、により構成することができる。ただし、第１の位相調整部１４ｅ１又は第２の位相調整部１４ｅ２の一方を省略しても構わない。
【００９１】
以上のように、本構成例に係るパワー等化部１３は、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を調整することによって、２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの差を、０に近づけるか、又は、一致させる。また、本構成例に係る結合部１４は、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を調整することによって、（ａ）２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の一方におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づけるか、又は、一致させ、（ｂ）２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の他方におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、０に近づけるか、又は、一致させる。
【００９２】
なお、ＴＥ基本モードＴＥ（０）の振幅及び位相は、基板型光導波路１の製造誤差等に起因するばらつきを含み得る。したがって、パワー等化部１３は、実際に製造された基板型光導波路１において、２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２における上述したばらつきを含むＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの差を、０に近づけるか、又は、一致させるように、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を調整することが好ましい。この場合、上述したばらつきに応じて決まる定数をε１として、第１の位相差調整部１３ｅは、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を、０＋ε１［ｒａｄ］又はπ＋ε１［ｒａｄ］に近づける（より好ましくは一致させる）ことになる。また、伝搬損失がばらつく場合もあり、この場合には、振幅を調整してもよい。
【００９３】
同様の理由により、結合部１４は、実際に製造された基板型光導波路１において、２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の一方における上述したばらつきを含むＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２における上述したばらつきを含むＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づけるか、又は、一致させ、（ｂ）２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の他方における上述したばらつきを含むＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、０に近づけるか、又は、一致させるように、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を調整することが好ましい。この場合、上述したばらつきに応じて決まる定数をε２として、第２の位相差調整部１４ｅは、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を、−π／２＋ε２［ｒａｄ］又は＋π／２＋ε２［ｒａｄ］に近づける（より好ましくは一致させる）ことになる。また、伝搬損失がばらつく場合もあり、この場合には、振幅を調整してもよい。
【００９４】
〔パワー等化部及び結合部の第２の構成例〕
基板型光導波路１が備えるパワー等化部１３及び結合部１４の第２の構成例について、図７を参照して説明する。図７は、本構成例に係るパワー等化部１３及び結合部１４のブロック図である。
【００９５】
本構成例に係るパワー等化部１３及び結合部１４は、図６に示したパワー等化部１３及び結合部１４に、４つのタップカプラ１５１〜１５４と、４つの光検出器１６１〜１６４と、を追加したものである。
【００９６】
第１のタップカプラ１５１は、パワー等化部１３の第１の出力導波路１３ｂ１を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）の一部を第１の光検出器１６１に導くための構成であり、パワー等化部１３の第１の出力導波路１３ｂ１に挿入されている。第１の光検出器１６１は、パワー等化部１３の第１の出力導波路１３ｂ１を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを測定するための構成であり、第１のタップカプラ１５１に接続されている。第１の光検出器１６１にて得られた第１の測定値は、基板型光導波路１が備える制御部１７に供給される。
【００９７】
第２のタップカプラ１５２は、パワー等化部１３の第２の出力導波路１３ｂ２を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）の一部を第２の光検出器１６２に導くための構成であり、パワー等化部１３の第２の出力導波路１３ｂ２に挿入されている。第２の光検出器１６２は、パワー等化部１３の第２の出力導波路１３ｂ２を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを測定するための構成であり、第２のタップカプラ１５２に接続されている。第２の光検出器１６２にて得られた第２の測定値は、制御部１７に供給される。
【００９８】
第３のタップカプラ１５３は、結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）の一部を第３の光検出器１６３に導くための構成であり、結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１に挿入されている。第３の光検出器１６３は、結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを測定するための構成であり、第３のタップカプラ１５３に接続されている。第３の光検出器１６３にて得られた第３の測定値は、制御部１７に供給される。
【００９９】
第４のタップカプラ１５４は、結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）の一部を第４の光検出器１６４に導くための構成であり、結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２に挿入されている。第４の光検出器１６４は、結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを測定するための構成であり、第４のタップカプラ１５４に接続されている。第４の光検出器１６４にて得られた第４の測定値は、制御部１７に供給される。
【０１００】
制御部１７は、第１の測定値（パワー等化部１３の第１の出力導波路１３ｂ１を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワー）と第２の測定値（パワー等化部１３の第２の出力導波路１３ｂ２を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワー）との差が０に近づく（より好ましくは、０に一致する）ように、第１の位相差調整部１３ｅにおける位相調整量をフィードバック制御する。ここで、第１の位相差調整部１３ｅにおける位相調整量とは、第１の入力導波路１３ａ１を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相の第１の位相差調整部１３ｅにおける変化量、及び、第２の入力導波路１３ａ２を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相の第１の位相差調整部１３ｅにおける変化量のことを指す。
【０１０１】
また、制御部１７は、結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１を出力ポートとして機能させるべく、第３の測定値（結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワー）が第１の測定値と第２の測定値との和に近づき（より好ましくは和に一致し）、かつ、第４の測定値（結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワー）が０に近づく（より好ましくは０に一致する）ように、第２の位相差調整部１４ｅにおける位相調整量をフィードバック制御する。或いは、制御部１７は、結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２を出力ポートとして機能させるべく、第３の測定値が０に近づき（より好ましくは、０に一致し）、かつ、第４の測定値が第１の測定値と第２の測定値との和に近づく（より好ましくは、和に一致する）ように、第２の位相差調整部１４ｅにおける位相調整量をフィードバック制御する。ここで、第２の位相差調整部１４ｅにおける位相調整量とは、第１の入力導波路１４ａ１を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相の第２の位相差調整部１４ｅにおける変化量、及び、第２の入力導波路１４ａ２を導波されるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相の第２の位相差調整部１４ｅにおける変化量のことを指す。
【０１０２】
なお、基板型光導波路１を光スイッチして機能させる場合、制御部１７は、外部からの命令に基づき、結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１を出力ポートとして機能させるか、結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２を出力ポートとして機能させるかを切り替える。結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１を出力ポートとして機能させるときには、上述したとおり、第３の測定値が第１の測定値と第２の測定値との和に近づき（より好ましくは和に一致し）、かつ、第４の測定値が０に近づく（より好ましくは０に一致する）ように、第２の位相差調整部１４ｅにおける位相調整量を制御する。一方、結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２を出力ポートとして機能させるときには、上述したとおり、第３の測定値が０に近づき（より好ましくは、０に一致し）、かつ、第４の測定値が第１の測定値と第２の測定値との和に近づく（より好ましくは、和に一致する）ように、第２の位相差調整部１４ｅにおける位相調整量をフィードバック制御する。
【０１０３】
以上のように、本構成例に係るパワー等化部１３は、２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を動的に調整することによって、２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの差を、０に近づけるか、又は、一致させる。また、本構成例に係る結合部１４は、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相差を動的に調整することによって、（ａ）２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の一方におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づけるか、又は、一致させ、（ｂ）２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の他方におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、０に近づけるか、又は、一致させる。
【０１０４】
〔パワー等化部及び結合部のその他の構成例〕
上述した構成例における方向性結合器１３ｄは、方向性結合器以外の２×２カプラに置き換えることが可能である。方向性結合器１３ｄと置き換え可能な２×２カプラとしては、例えば、ＭＭＩ（Multi-Mode Interference）カプラなどが挙げられる。標準的な対称２×２ＭＭＩカプラの作用は、方向性結合器１３ｄの作用と同様、上述した（２）式によって表される。したがって、方向性結合器１３ｄを標準的な対称２×２ＭＭＩカプラに置き換える場合、上述した構成に何らの変更を加えることなく、パワー等化部１３の２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの差を、０に近づけるか、又は、一致させることができる。また、その他の２×２カプラの作用も、上述した（２）式に準じた式によって表される。したがって、方向性結合器１３ｄをその他の２×２カプラに置き換える場合でも、パワー等化部１３の２つの入力導波路１３ａ１〜１３ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相の調整の仕方を適宜変更すれば、パワー等化部１３の２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの差を、０に近づけるか、又は、一致させることができる。
【０１０５】
同様に、上述した構成例における方向性結合器１４ｄは、方向性結合器以外の２×２又は２×１カプラに置き換えることが可能である。方向性結合器１４ｄと置き換え可能な２×２又は２×１カプラとしては、例えば、ＭＭＩカプラなどが挙げられる。このような置き換えにより、（２）式に示す行列が変更される。ただし、結合部１４の２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）の位相の調整の仕方を適宜変更すれば、結合部１４の２つの出力導波路１４ｂ１〜１４ｂ２の一方におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーを、結合部１４の２つの入力導波路１４ａ１〜１４ａ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）のパワーの和に近づけるか、又は、一致させることができる。
【０１０６】
〔効果の確認〕
本実施形態の基板型光導波路１の効果について、図８及び図９を参照して説明する。
【０１０７】
図８は、本実施形態の基板型光導波路１、及び、従来の基板型光導波路について、光ファイバとの結合効率の軸ずれ量依存性を示すグラフである。ここでは、レンズ系を介して基板型光導波路に光ファイバが結合される場合、又は、基板型光導波路に先球ファイバが結合される場合を想定し、入力光のビーム断面形状を円形、入力光のモードフィール径を３μｍと仮定している。
【０１０８】
図８において、実線で示すグラフは、モード変換部１１が図２のように構成され、分離部１２が図５のように構成され、パワー等化部１３及び結合部１４が図７のように構成された基板型光導波路１に関する数値実験により得られたものである。モード変換部１１において、コア１１３ａ〜１１３ｂは、シリコンにより構成された幅０．１８μｍ、高さ０．２２μｍの矩形導波路とし、コア１１３ａ〜１１３ｂの間隔は、１μｍとしている。また、下部クラッド層１１２は、厚さ３μｍのシリカ層とし、上部クラッド層１１４は、厚さ２μｍのシリカ層としている。一方、図８において、点線で示すグラフは、モード変換部１１の後段にシングルモード導波路が接続された従来の基板型光導波路（非特許文献１参照）に関する数値実験により得られたものである。
【０１０９】
図８において、本実施形態の基板型光導波路１の結合効率と従来の基板型光導波路の結合効率とを比較すると、前者の方が軸ずれに対する結合効率の低下の程度が小さく、後者の方が軸ずれに対する結合効率の低下の程度が大きいことが分かる。すなわち、本実施形態の基板型光導波路１の方が、従来の基板型光導波路よりも軸ずれに対するトレランスが大きいことが分かる。
【０１１０】
図９は、本実施形態の基板型光導波路１、及び、従来の基板型光導波路について、レーザダイオードとの結合効率の軸ずれ量依存性を示すグラフである。ここでは、入力光のビーム断面形状を長方形、入力光の水平方向のモードフィール径を６μｍ、入力光の垂直方向のモード径を３μｍと仮定している。
【０１１１】
図９において、実線で示すグラフは、モード変換部１１が図２のように構成され、分離部１２が図５のように構成され、パワー等化部１３及び結合部１４が図７のように構成された基板型光導波路１に関する数値実験により得られたものである。モード変換部１１において、コア１１３ａ〜１１３ｂは、シリコンにより構成された幅０．１８μｍ、高さ０．２２μｍの矩形導波路とし、コア１１３ａ〜１１３ｂの間隔は、２μｍとしている。また、下部クラッド層１１２は、厚さ３μｍのシリカ層とし、上部クラッド層１１４は、厚さ２μｍのシリカ層としている。一方、図９において、点線で示すグラフは、モード変換部１１の後段にシングルモード導波路が接続された従来の基板型光導波路（非特許文献１参照）に関する数値実験により得られたものである。
【０１１２】
図９において、本実施形態の基板型光導波路１の結合効率と従来の基板型光導波路の結合効率とを比較すると、前者の方が軸ずれに対する結合効率の低下の程度が小さく、後者の方が軸ずれに対する結合効率の低下の程度が大きいことが分かる。すなわち、本実施形態の基板型光導波路１の方が、従来の基板型光導波路よりも軸ずれに対するトレランスが大きいことが分かる。
【０１１３】
〔１×２カプラとしての利用例〕
上述したように、結合部１４を省略した基板型光導波路１は、パワー等化部１３の２つの出力導波路１３ｂ１〜１３ｂ２を出力ポートとする１×２カプラとして機能する。このとき、１×２カプラとして機能する基板型光導波路１の分岐被は、５０：５０になる。
【０１１４】
このような基板型光導波路１を用いれば、多チャンネル光回路を実現することができる。例えば、基板型光導波路１の第１の出力導波路１３ｂ１に第１の光回路を接続し、基板型光導波路１の第２の出力導波路１３ｂ２（第２の出力ポート）に第２の光回路を接続する。これにより、２チャンネル光回路を実現することができる。また、これら２つの光回路が光変調器であれば、２チャンネル光送信器を実現することができる。或いは、（１）基板型光導波路１の第１の出力導波路１３ｂ１（第１の出力ポート）に第１の１×２カプラを接続し、（２）第１の１×２カプラの２つの出力ポートに第１の光回路と第２の光回路とをそれぞれ接続し、（３）基板型光導波路１の第２の出力導波路１３ｂ２（第２の出力ポート）に第２の１×２カプラを接続し、（４）第２の１×２カプラの２つの出力ポートに第３の光回路と第４の光回路とをそれぞれ接続する。これにより、４チャンネル光回路を実現することができる。また、これら４つの光回路が光変調器であれば、４チャンネル光送信器を実現することができる。
【０１１５】
〔光スイッチとしての利用例〕
上述したように、結合部１４の第１の出力導波路１４ｂ１を出力ポートとするか、結合部１４の第２の出力導波路１４ｂ２を出力ポートとするかを切替可能な基板型光導波路１は、光スイッチとして機能する。このような基板型光導波路１を用いれば、冗長光回路を実現することができる。
【０１１６】
例えば、基板型光導波路１の第１の出力導波路１４ｂ１に第１の光回路を接続し、基板型光導波路１の第２の出力導波路１４ｂ２に第２の光回路を接続する。そして、第１の光回路に不具合が生じた場合、基板型光導波路１の出力ポートを第２の出力導波路１４ｂ２に切り替え、第２の光回路を使用する。或いは逆に、第２の光回路に不具合が生じた場合、基板型光導波路１の出力ポートを第１の出力導波路１４ｂ１に切り替え、第１の光回路を使用する。これにより、第１の光回路又は第２の光回路の不具合に対する耐性を有する冗長光回路を実現することができる。
【０１１７】
あるいは、第１の光回路に第１の主光源と基板型光導波路１の第１の出力導波路１４ｂ１とを接続し、第２の光回路に第２の主光源と基板型光導波路１の第２の出力導波路１４ｂ２とを接続する。そして、第１の主光源に不具合が生じた場合には、基板型光導波路１の出力ポートを第１の出力導波路１４ｂ１に切り替え、基板型光導波路１を第１の光回路の予備光源として使用する。一方、第２の主光源に不具合が生じた場合には、基板型光導波路１の出力ポートを第２の出力導波路１４ｂ２に切り替え、基板型光導波路１を第２の光回路の予備光源として使用する。これにより、第１の光源又は第２の光源の不具合に対する耐性を有する冗長光回路を実現することができる。なお、マッハツェンダ型光変調器は、２つの入力導波路を備え、通常、そのうち一方のみを使用する。したがって、第１の光回路及び第２の光回路の各々をマッハツェンダ型光変調器とした場合、光路の切り替え機能を追加することなしに、予備光源付の光変調器を実現することができる。
【０１１８】
〔付記事項〕
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。また、各要素について示した構成例及び実現例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１９】
１              基板型光導波路
１１              モード変換部
１１ａ              入力導波路
１１ｂ              出力導波路
１２              分離部
１２ａ              入力導波路
１２ｂ１            第１の出力導波路
１２ｂ２            第２の出力導波路
１３              パワー等化部
１３ａ１            第１の入力導波路
１３ａ２            第２の入力導波路
１３ｂ１            第１の出力導波路
１３ｂ２            第２の出力導波路
１３ｄ              第１の方向性結合器（第１のカプラ）
１３ｅ              第１の位相調整部
１４              結合部
１４ａ１            第１の入力導波路
１４ａ２            第２の入力導波路
１４ｂ１            第１の出力導波路
１４ｂ２            第２の出力導波路
１４ｄ              第２の方向性結合器（第２のカプラ）
１４ｅ              第２の位相調整部
１５１〜１５４    タップカプラ
１６１〜１６４    光検出器（測定部）
１７              制御部
【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７】
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【図８】
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【図９】
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