(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、出力導波路（１２ｂ）におけるＴＥ基本モードとＴＭ基本モードとの重ね合わせに変換する偏波変換多重部（１２）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出力導波路とを有する偏波変換多重部であって、当該偏波変換多重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、当該偏波変換多重部の出力導波路におけるＴＥ基本モードとＴＭ基本モードとの重ね合わせに変換する偏波変換多重部と、を備えている、
ことを特徴とする基板型光導波路。
【請求項２】
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、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２に記載の基板型光導波路。
【請求項５】
上記モード変換部は、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に変換し、
上記偏波変換多重部は、（１）導波モードが光結合していない第１中間導波路及び第２中間導波路と、（２）当該偏波変換多重部の入力導波路におけるＴＥ基本モード及びＴＥ高次モードを、それぞれ、上記第１中間導波路前段におけるＴＥ基本モード及び上記第２中間導波路におけるＴＥ基本モードに変換する分離部と、（３）上記第１中間導波路前段におけるＴＥ基本モードを上記第１中間導波路後段におけるＴＭ基本モードに変換する偏波変換部と、（４）上記第１中間導波路後段におけるＴＭ基本モードと上記第２中間導波路におけるＴＥ基本モードとを偏波多重する偏波多重部と、を有している、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の基板型光導波路。
【請求項６】
上記モード変換部は、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ＴＭ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合わせに変換し、
上記偏波変換多重部は、（１）導波モードが光結合していない第１中間導波路及び第２中間導波路と、（２）当該偏波変換多重部の入力導波路におけるＴＭ基本モードとＴＭ高次モードを、それぞれ、上記第１中間導波路前段及び上記第２中間導波路におけるＴＭ基本モードに変換する分離部と、（３）上記第１中間導波路前段におけるＴＭ基本モードを上記第１中間導波路後段におけるＴＥ基本モードに変換する偏波変換部と、（４）上記第１中間導波路後段におけるＴＥ基本モードと上記第２中間導波路におけるＴＭ基本モードとを偏波多重する偏波多重部と、を有している、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の基板型光導波路。
【請求項７】
上記モード変換部は、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に変換し、
上記偏波変換多重部は、当該偏波変換多重部の入力導波路におけるＴＥ高次モードを、当該偏波変換多重部の出力導波路におけるＴＭ基本モードに変換すると共に、当該偏波変換多重部の入力導波路におけるＴＥ基本モードを、当該偏波変換多重部の出力導波路におけるＴＥ基本モードに変換するリブスラブ型導波路を含んでいる、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の基板型光導波路。
【請求項８】
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入力光を、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に変換する第１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わせを、第３導波路におけるＴＥ基本モードとＴＭ基本モードとの重ね合わせに変換する第２変換工程と、を含んでいる、
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。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り、その目的は、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ことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明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出力導波路とを有する偏波変換多重部であって、当該偏波変換多重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、当該偏波変換多重部の出力導波路におけるＴＥ基本モードとＴＭ基本モードとの重ね合わせに変換する偏波変換多重部と、を備えている、ことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、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ことができる。
【００１１】
本発明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。
【００１２】
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。
【００１３】
上記モード変換部の入力導波路は、例えば、１対の逆テーパ型導波路により構成することができる。また、本発明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、例えば、１対の分割型導波路により構成することができる。ここで、分割型導波路は、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形態であってもよいし、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形態であってもよい。
【００１４】
上記モード変換部が、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に変換するものである場合、上記偏波変換多重部は、例えば、（１）導波モードが光結合していない第１中間導波路及び第２中間導波路と、（２）当該偏波変換多重部の入力導波路におけるＴＥ基本モード及びＴＥ高次モードを、それぞれ、上記第１中間導波路前段におけるＴＥ基本モード及び上記第２中間導波路におけるＴＥ基本モードに変換する分離部と、（３）上記第１中間導波路前段におけるＴＥ基本モードを上記第１中間導波路後段におけるＴＭ基本モードに変換する偏波変換部と、（４）上記第１中間導波路後段におけるＴＭ基本モードと上記第２中間導波路におけるＴＥ基本モードとを偏波多重する偏波多重部と、有している、構成とすることができる。
【００１５】
上記モード変換部が、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ＴＭ基本モードとＴＭ高次モードとの重ね合わせに変換するものである場合、上記偏波変換多重部は、例えば、（１）導波モードが光結合していない第１中間導波路及び第２中間導波路と、（２）当該偏波変換多重部の入力導波路におけるＴＭ基本モードとＴＭ高次モードを、それぞれ、上記第１中間導波路前段及び上記第２中間導波路におけるＴＭ基本モードに変換する分離部と、（３）上記第１中間導波路前段におけるＴＭ基本モードを上記第１中間導波路後段におけるＴＥ基本モードに変換する偏波変換部と、（４）上記第１中間導波路後段におけるＴＥ基本モードと上記第２中間導波路におけるＴＭ基本モードとを偏波多重する偏波多重部と、を有している、構成とすることができる。
【００１６】
上記モード変換部が、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に変換するものである場合、上記偏波変換多重部は、当該偏波変換多重部の入力導波路におけるＴＥ高次モードを、当該偏波変換多重部の出力導波路におけるＴＭ基本モードに変換すると共に、当該偏波変換多重部の入力導波路におけるＴＥ基本モードを、当該偏波変換多重部の出力導波路におけるＴＥ基本モードに変換するリブスラブ型導波路を含んでいる、構成とすることができる。
【００１７】
上記の目的を達成するために、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において、第１導波路に入力された入力光を、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に変換する第１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わせを、第３導波路におけるＴＥ基本モードとＴＭ基本モードとの重ね合わせに変換する第２変換工程と、を含んでいる、ことを特徴とする。
【００１８】
上記の方法によれば、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ことができる。
【００１９】
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偏波変換多重部の入力導波路に相当し、上記第３導波路は、上記偏波変換多重部の出力導波路に相当する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、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ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る基板型光導波路のブロック図である。
【図２】（ａ）は、モード変換部の第１の構成例の上面図である。（ｂ）は、モード変換部の第１の構成例の断面図である。
【図３】（ａ）は、モード変換部の出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、同基本モードＴＥ（０）の電界分布を示すグラフである。（ｃ）は、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】（ａ）は、モード変換部の第２の構成例の上面図である。（ｂ）は、モード変換部の第２の構成例の断面図である。
【図５】偏波変換多重部の第１の構成例のブロック図である。
【図６】（ａ）は、分離部の実現例の平面図である。（ｂ）は、分離部の実現例の断面図である。
【図７】（ａ）は、偏波変換多重部の第２の構成例の平面図である。（ｂ）は、偏波変換多重部の第２の構成例の断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る基板型光導波路、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】本発明の実施形態に係る基板型光導波路、及び、従来の基板型光導波路について、レーザダイオードとの結合効率の軸ずれ量依存性を示すグラフである。
【図１０】基板型光導波路の応用例を示すブロック図である。
【図１１】基板型光導波路の応用例を示すブロック図である。
【図１２】基板型光導波路の応用例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔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。
【００２３】
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、偏波変換多重部１２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。
【００２４】
モード変換部１１は、入力導波路１１ａと、各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ＴＥ高次モードＴＥ（１）との重ね合せに変換する。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。
【００２５】
偏波変換多重部１２は、入力導波路１２ａと出力導波路１２ｂとを有している。偏波変換多重部１２の入力導波路１２ａは、モード変換部１１の出力導波路１１ｂと同様に構成されており、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における各導波路モードは、偏波変換多重部１２の入力導波路１２ａにおける対応する導波モードに結合されている。偏波変換多重部１２は、入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＥ高次モードＴＥ（１）との重ね合せを、出力導波路１２ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＭ基本モードＴＭ（０）との重ね合せに変換する。偏波変換多重部１２の構成例については、参照する図面を代えて後述する。
【００２６】
なお、偏波変換多重部１２が、入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＥ高次モードＴＥ（１）との重ね合せを、出力導波路１２ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＭ基本モードＴＭ（０）との重ね合せに変換する態様としては、以下の２つが考えられる。
【００２７】
第１の態様は、入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）を、出力導波路１２ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＭ基本モードＴＭ（０）との重ね合せに変換すると共に、入力導波路１２ａにおけるＴＥ高次モードＴＥ（１）を、出力導波路１２ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＭ基本モードＴＭ（０）との重ね合せに変換する態様である。後述する偏波変換多重部１２の第１の構成例は、この態様を具現化するものである。
【００２８】
第２の態様は、入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）を、出力導波路１２ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に変換すると共に、入力導波路１２ａにおけるＴＥ高次モードＴＥ（１）を、出力導波路１２ｂにおけるＴＭ基本モードＴＭ（０）に変換する態様である。後述する偏波変換多重部１２の第２の構成例は、この態様を具現化するものである。
【００２９】
また、偏波変換多重部１２の出力光は、基板型光導波路１の内部で利用されてもよいし、基板型光導波路１の外部に出力されてもよい。後者の場合、偏波変換多重部１２の出力光は、直接、基板型光導波路１の外部に出力されてもよいし、偏波変換多重部１２の後段に設けられた他の機能デバイスを介して、基板型光導波路１の外部に出力されてもよい。特に、基板型光導波路１の出力光を光ファイバに入力する場合、偏波変換多重部１２の後段にスポットサイズ変換器を設け、基板型光導波路１の出力光のスポットサイズを拡大することが好ましい。これにより、基板型光導波路１と光ファイバとの間で生じ得るスポットサイズの不整合を軽減し、基板型光導波路１と光ファイバとの結合効率を向上させることができる。
【００３０】
〔基板型光導波路の効果〕
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、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。
【００３１】
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るためである。
【００３２】
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、偏波変換多重部１２の出力導波路１２ｂにおける導波モードに結合される。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。
【００３３】
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が大きくなる。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らないためである。
【００３４】
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、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に代えて、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、偏波変換多重部１２は、入力導波路１２ａにおけるＴＭ基本モードＴＭ（０）とＴＭ高次モードＴＭ（１）との重ね合せを、出力導波路１２ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＭ基本モードＴＭ（０）との重ね合せに変換する。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。
【００３５】
〔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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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場合、あるいは、軸ずれ量が大きくなる場合、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。
【００４３】
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。
【００４４】
〔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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
〔偏波変換多重部の第１の構成例〕
基板型光導波路１が備える偏波変換多重部１２の第１の構成例について、図５を参照して説明する。図５は、本構成例に係る偏波変換多重部１２のブロック図である。
【００５３】
本構成例に係る偏波変換多重部１２は、図５に示すように、入力導波路１２ａと、出力導波路１２ｂと、第１中間導波路１２ｃ１と、第２中間導波路１２ｃ２と、分離部１２ｄと、偏波変換部１２ｅと、偏波多重部１２ｆと、を備えている。第１中間導波路１２ｃ１と第２中間導波路１２ｃ２とは、互いに離間して並走しており、第１中間導波路１２ｃ１の導波モードは、第２中間導波路１２ｃ２の導波モードと光結合していない。
【００５４】
分離部１２ｄは、入力導波路１２ａにおける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中間導波路１２ｃ１前段におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）及び第２中間導波路１２ｃ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に変換する。ここで、第１中間導波路１２ｃ１前段とは、第１中間導波路１２ｃ１のうち、第１中間導波路１２ｃ１の入力端から、偏波変換部１２ｅまでの部分のことを指す。分離部１２ｄの実現例については、参照する図面を代えて後述する。
【００５５】
偏波変換部１２ｅは、第１中間導波路１２ｃ１前段におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）を第１中間導波路１２ｃ１後段におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）に変換する。ここで、第１中間導波路１２ｃ１後段とは、第１中間導波路１２ｃ１のうち、偏波変換部１２ｅから、第１中間導波路１２ｃ１の出力端までの部分のことを指す。偏波変換部１２ｅは、例えば、公知の導波路型偏波ローテータとして実現することができる。
【００５６】
偏波多重部１２ｆは、第１中間導波路１２ｃ１後段におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）と第２中間導波路１２ｃ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とを偏波多重する。その結果、出力導波路１２ｂには、ＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＭ基本モードＴＭ（０）とが励振される。偏波多重部１２ｆは、例えば、公知の方向性結合器として実現することができる。
【００５７】
本構成例に係る偏波変換多重部１２によれば、入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）及びＴＥ高次モードＴＥ（１）は、それぞれ、出力導波路１２ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＭ基本モードＴＭ（０）との重ね合せに変換される。
【００５８】
〔分離部の実現例〕
第１の構成例に係る偏波変換多重部１２が備える分離部１２ｄの実現例について、図６を参照して説明する。図６において、（ａ）は、本実現例に係る分離部１２ｄの平面図であり、（ｂ）は、本実現例に係る分離部１２ｄの断面図である。なお、図６の（ａ）においては、第１の構成例に係る偏波変換多重部１２が備える入力導波路１２ａ、第１中間導波路１２ｃ１（一部）、及び第２中間導波路１２ｃ２（一部）を、分離部１２ｄと共に示している。
【００５９】
分離部１２ｄ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。
【００６０】
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１２ｄ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１２ｄ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。
【００６１】
分離部１２ｄを構成する２つのコア１２３ａ〜１２３ｂの入力端は、入力導波路１２ａを構成する２つのコアの出力端と接続されており、分離部１２ｄを構成する２つのコア１２３ａ〜１２３ｂの出力端は、２つの中間導波路１２ｃ１〜１２ｃ２の入力端に接続されている。分離部１２ｄを構成する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いる。
【００６２】
分離部１２ｄを構成する２つのコア１２３ａ〜１２３ｂの入力端が入力導波路１２ａを構成する２つのコアの出力端と接続されているので、入力導波路１２ａにＴＥ基本モードＴＥ（０）が励振されると、分離部１２ｄを構成する２つのコア１２３ａ〜１２３ｂに同位相のＴＥ基本モードＴＥ（０）が励振される。また、入力導波路１２ａにＴＥ高次モードＴＥ（１）が励振されると、分離部１２ｄを構成する２つのコア１２３ａ〜１２３ｂに互いに逆位相のＴＥ基本モードＴＥ（０）が励振される。そして、分離部１２ｄを構成する２つのコア１２３ａ〜１２３ｂの出力端が２つの中間導波路１２ｃ１〜１２ｃ２の入力端に接続されているので、分離部１２ｄを構成する２つのコア１２３ａ〜１２３ｂにＴＥ基本モードＴＥ（０）が励振されると、２つの中間導波路１２ｃ１〜１２ｃ２にＴＥ基本モードＴＥ（０）が励振される。したがって、入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）及びＴＥ高次モードＴＥ（１）は、分離部１２ｄによって、２つの中間導波路１２ｃ１〜１２ｃ２におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に変換される。
【００６３】
なお、分離部１２ｄを構成する２つのコア１２３ａ〜１２３ｂが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いるので、分離部１２ｄを構成する２つのコア１２３ａ〜１２３ｂの各々に励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）の光結合は、入力端から遠ざかるに従って小さくなり、出力端近傍においてゼロ又は略ゼロになる。したがって、２つの中間導波路１２ｃ１〜１２ｃ２の各々に励振されるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、互いに光結合していない独立な導波モードと見做すことができる。
【００６４】
〔偏波変換多重部の第２の構成例〕
基板型光導波路１が備える偏波変換多重部１２の第２の構成例について、図７を参照して説明する。図７において、（ａ）は、本構成例に係る偏波変換多重部１２の平面図であり、（ｂ）は、本構成例に係る偏波変換多重部１２の断面図である。
【００６５】
本構成例に係る偏波変換多重部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上に形成されたコア１２３と、（４）コア１２３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１２３の屈折率よりも低く設定されている。
【００６６】
なお、基板１２１及びコア１２３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、偏波変換多重部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、偏波変換多重部１２の基板１２１、下部クラッド層１２２、コア１２３、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。
【００６７】
本構成例に係る偏波変換多重部１２は、その構造ｎより４つの区間Ｉａ〜Ｉｄに分けられる。コア１２３は、最も入力側に位置する区間Ｉａにおいて、上述した入力導波路１２ａとして機能し、最も出力側に位置する区間Ｉｄにおいて、上述した出力導波路１２ｂとして機能する。
【００６８】
区間Ｉａにおいては、コア１２３が２つのコア１２３ａ〜１２３ｂに分岐している。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。このため、２つのコア１２３ａ〜１２３ｂは、単一の導波路として機能する。区間Ｉａにおいては、コア１２３ａ〜１２３ｂとして、１対の方形導波路が用いられている。
【００６９】
区間Ｉｂにおいては、コア１２３として、方形導波路が用いられている。区間Ｉｂにおけるコア１２３の幅は、区間Ｉａにおけるコア１２３の幅（右側のコア１２３ａの右側壁から左側のコア１２３ｂの左側壁までの距離）よりも僅かに広い。
【００７０】
区間Ｉｃにおいては、コア１２３として、リブスラブ型導波路が用いられている。ここで、リブスラブ型導波路とは、相対的に高さの高いリブ部と、相対的に高さの低いスラブ部と、を有する導波路のことを指す。本構成例においては、特に、中央に配置されたリブ部１２３ｃと、リブ部１２３ｃの両側に配置された２つのスラブ部１２３ｄ〜１２３ｅとを有する、断面が逆Ｔ字型のリブスラブ型導波路が用いられている。なお、区間Ｉｃの入力端において、スラブ部１２３ｄ〜１２３ｅの幅は、０であり、リブ部１２３ｃの幅は、区間Ｉｂにおけるコア１２３の幅に一致する。また、区間Ｉｃの出力端において、スラブ部１２３ｄ〜１２３ｅの幅は、０であり、リブ部１２３ｃの幅は、区間Ｉｄにおけるコア１２３の幅に一致する。
【００７１】
区間Ｉｃは、更に、２つの区間Ｉｃ１〜Ｉｃ２に分けられる。入力側の区間Ｉｃ１において、スラブ部１２３ｄ〜１２３ｅの幅は、入力端から遠ざかるに従って次第に広くなる。ただし、リブ部１２３ｃの幅とスラブ部１２３ｄ〜１２３ｅの幅との和は、この区間Ｉｃ１において一定に保たれており、リブ部１２３ｃの幅は、入力端から遠ざかるに従って次第に狭くなる。一方、出力側の区間Ｉｃ２において、スラブ部１２３ｄ〜１２３ｅの幅は、入力端から遠ざかるに従って次第に狭くなる。ただし、リブ部１２３ｃの幅は、この区間Ｉｃ２において一定に保たれており、リブ部１２３ｃの幅とスラブ部１２３ｄ〜１２３ｅの幅との和は、入射端から遠ざかるに従って次第に狭くなる。
【００７２】
区間Ｉｄにおいては、コア１２３として、方形導波路が用いられている。区間Ｉｄにおけるコア１２３の幅は、区間Ｉｃ２におけるリブ部１２３ｃの幅と一致している。
【００７３】
区間Ｉａ（入力導波路１２ａ）にＴＥ基本モードＴＥ（０）が励振されると、区間ＩｂにもＴＥ基本モードＴＥ（０）が励振される。このとき、リブスラブ型導波路である区間Ｉｃは、区間ＩｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）を、区間Ｉｄ（出力導波路１２ｂ）におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に変換する。したがって、区間Ｉｄ（出力導波路１２ｂ）には、ＴＥ基本モードＴＥ（０）が励振される。
【００７４】
一方、区間Ｉａ（入力導波路１２ａ）にＴＥ高次モードＴＥ（１）が励振されると、区間ＩｂにもＴＥ高次モードＴＥ（１）が励振される。このとき、リブスラブ型導波路である区間Ｉｃは、区間ＩｂにおけるＴＥ高次モードＴＥ（１）を、区間Ｉｄ（出力導波路１２ｂ）におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）に変換する。したがって、区間Ｉｄ（出力導波路１２ｂ）には、ＴＭ基本モードＴＭ（０）が励振される。
【００７５】
したがって、本構成例に係る偏波変換多重部１２によれば、入力導波路１２ａにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）は、出力導波路１２ｂにおけるＴＥ基本モードＴＥ（０）に変換され、入力導波路１２ａにおけるＴＥ高次モードＴＥ（１）は、出力導波路１２ｂにおけるＴＭ基本モードＴＭ（０）に変換される。
【００７６】
〔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。
【００７７】
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、基板型光導波路に先球ファイバが結合される場合、又は、細径コアが接続される場合を想定し、一例として、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。
【００７８】
図８において、実線で示すグラフは、モード変換部１１が第１の構成例（図２）のように構成され、偏波変換多重部１２が第２の構成例（図５）のように構成された本実施形態の基板型光導波路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。
【００７９】
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。
【００８０】
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、一例として、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。
【００８１】
図９において、実線で示すグラフは、モード変換部１１が第１の構成例（図２）のように構成され、偏波変換多重部１２が第２の構成例（図５）のように構成された本実施形態の基板型光導波路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。
【００８２】
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。
【００８３】
〔応用例１〕
上述したアイディアを応用すれば、複数のレーザダイオードから出力されたレーザ光を光ファイバに入力するための基板型光導波路を実現することができる。図１０は、このような基板型光導波路の第１の具体例を示すブロック図であり、図１１は、このような基板型光導波路の第２の具体例を示すブロック図である。
【００８４】
図１０に示す第１の具体例に係る基板型光導波路２Ａは、４つのＬＤ２０−１〜２０−４と、４つのモード変換部２１−１〜２１−４と、１つの偏波変換多重部２２と、１つのスポットサイズ変換部２３と、を備えている。スポットサイズ変換部２３から出力された光は、光ファイバに入力される。
【００８５】
モード変換部２１−１〜２１−４は、それぞれ、上述したモード変換部１１と同様、入力導波路に入力された入力光を、出力導波路における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ための手段である。各モード変換部２１−１〜２１−４の構成は、上述したモード変換部１１の構成と同様である。
【００８６】
偏波変換多重部２２は、上述した偏波変換多重部１２と同様、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を、出力導波路におけるＴＥ基本モードとＴＭ基本モードとの重ね合わせに変換するための手段である。偏波変換多重部２２は、分離部２２ｄ−１〜２２ｄ−４、波長多重部２２ｇ−１〜２２ｇ−２、偏波変換部２２ｅ、及び偏波多重部２２ｆを備えている。分離部２２ｄ−１〜２２ｄ−４、偏波変換部２２ｅ、及び偏波多重部２２ｆの構成は、それぞれ、上述した分離部１２ｄ、偏波変換部１２ｅ、及び偏波多重部１２ｆの構成と同様である。波長多重部２２ｇ−１〜２２ｇ−２は、本応用例において新たに追加された構成である。
【００８７】
図１０に示す基板型光導波路２Ａは、以下のように機能する。まず、ＬＤ２０−１〜２０−４から、波長の異なる４つのレーザ光Ｌ＠λ１〜Ｌ＠λ４が出力される。これらのレーザ光Ｌ＠λ１〜Ｌ＠λ４は、それぞれ、モード変換部２１−１〜２１−４の入力導波路に入力される。各モード変換部２１−ｉ（ｉ＝１〜４）は、入力導波路に入力されたレーザ光Ｌ＠λｉを、ＴＥ基本モードＴＥ（０）＠λｉとＴＥ高次モードＴＥ（１）＠λｉとの重ね合せに変換する。各分離部２２ｄ−ｉは、入力導波路におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）＠λｉとＴＥ高次モードＴＥ（１）＠λｉとの重ね合せを、２つの出力導波路におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）＠λｉに変換する。４つの分離部２２ｄ−１〜２２ｄ−４の一方の出力導波路におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）＠λ１〜ＴＥ（０）＠λ４は、一方の波長多重部２２ｇ−１によって波長多重され、偏波変換部２２ｅの入力導波路に入力される。偏波変換部２２ｅは、ＴＥ基本モードＴＥ（０）＠λ１〜ＴＥ（０）＠λ４をＴＭ基本モードＴＭ（０）λ１〜ＴＭ（０）＠λ４に変換する。偏波変換部２２ｅの出力導波路におけるＴＭ基本モードＴＭ（０）λ１〜ＴＭ（０）＠λ４は、偏波多重部２２ｆの一方の入力導波路に入力される。一方、４つの分離部２２ｄ−１〜２２ｄ−４の他方の出力導波路におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）＠λ１〜ＴＥ（０）＠λ４は、他方の波長多重部２２ｇ−２によって波長多重され、偏波多重部２２ｆの他方の入力導波路に入力される。偏波多重部２２ｆは、一方の入力導波路に入力されたＴＭ基本モードＴＭ（０）λ１〜ＴＭ（０）＠λ４と、他方の入力導波路に入力されたＴＥ基本モードＴＥ（０）＠λ１〜ＴＥ（０）＠λとを偏波多重する。偏波多重部２２ｆにおいて得られた出力光ＴＥ（０）＋ＴＭ（０）は、スポットサイズ変換部２３においてスポットサイズを拡大された後、基板型光導波路２Ａの外部に出力される。
【００８８】
なお、ＬＤ２０−１〜２０−４としては、４つのＬＤ素子を用いてもよいし、４つのＬＤが一体化された１つのＬＤアレイを用いてもよい。基板型光導波路２Ａの表面にキャビティを掘って、このキャビティにＬＤ素子又はＬＤアレイを埋め込むことによって、ＬＤ２０−１〜２０−４を基板型光導波路２Ａに実装することができる。波長多重部２２ｇ−１〜２２ｇ−２としては、ラティスフィルタ、リング共振器、エッシェルグレーティング、ＡＷＧ（Arrayed Wave Guide）などを用いることができる。
【００８９】
図１１に示す第２の具体例に係る基板型光導波路２Ｂは、図１０に示す第１の具体例に係る基板型光導波路２Ａにおいて、各機能デバイスのレイアウトを変更したものである。第１の具体例に係る基板型光導波路２Ａにおいては、導波路が交差しているのに対して、第２の具体例に係る基板型光導波路２Ｂにおいては、導波路が交差していない。したがって、第２の具体例に係る基板型光導波路２Ｂは、第１の具体例に係る基板型光導波路２Ａよりも製造が容易である。また、第２の具体例に係る基板型光導波路２Ｂは、第１の具体例に係る基板型光導波路２Ａよりも、クロストーク及び損失を小さくできる。なお、図１１においては、偏波変換多重部２２の範囲を示す鎖線を省略しているが、基板型光導波路２Ｂにおいても、分離部２２ｄ−１〜２２ｄ−４、波長多重部２２ｇ−１〜２２ｇ−２、偏波変換部２２ｅ、及び偏波多重部２２ｆが偏波変換多重部２２を構成している。
【００９０】
〔応用例２〕
上述したアイディアを応用すれば、波長の異なる信号光と搬送光とを光ファイバに入力するための基板型光導波路を実現することができる。図１２は、このような基板型光導波路の具体例を示すブロック図である。
【００９１】
図１２に示す基板型光導波路３は、２つのＬＤ３１ａ〜３１ｂと、変調部３２と、モード変換部３３と、偏波変換多重部３４と、波長多重部３５とを備えている。波長多重部３５から出力された光は、光ファイバに入力される。なお、モード変換部３３としては、第１の具体例に係るモード変換部１１（図２）を用いてもよいし、第２の具体例に係るモード変換部１１（図４）を用いてもよい。また、偏波変換多重部３４としては、第１の具体例に係る偏波変換多重部１２（図５及び図６）を用いてもよいし、第２の具体例に係る偏波変換多重部１２（図７）を用いてもよい。
【００９２】
図１２に示す基板型光導波路３は、以下のように機能する。まず、ＬＤ３１ａから、波長λ１（例えば１３１０ｎｍ）の搬送光が出力される。この波長λ１の搬送光は、変調部３２に入力される。変調部３２は、この波長λ１の搬送光を変調することによって、波長λ１の信号光を得る。この波長λ１の信号光は、波長多重部３５に入力される。
【００９３】
一方、ＬＤ３１ｂからは、波長λ１とは異なる波長λ２（例えば１５５０ｎｍ）の搬送光が出力される。この波長λ２の搬送光は、モード変換部３３に入力される。モード変換部３３は、この波長λ２の搬送光を、出力導波路における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。偏波変換多重部３４は、入力導波路におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＥ高次モードＴＥ（１）との重ね合せを、出力導波路におけるＴＥ基本モードＴＥ（０）とＴＭ基本モードＴＭ（０）との重ね合せに変換する。波長多重部３５は、変調部３２にて得られた波長λ１の信号光と偏波変換多重部３４にて得られた波長λ２の搬送光とを波長多重する。波長多重部３５にて得られた出力光は、基板型光導波路３の外部に出力される。
【００９４】
図１２に示す基板型光導波路３においては、モード変換部３３及び偏波変換多重部３４を介してＬＤ３１ｂと波長多重部３５とを接続している。このため、モード変換部３３及び偏波変換多重部３４を介さずにＬＤ３１ｂと波長多重部３５とを接続した場合と比べて、ＬＤ３１ｂの軸ずれにより生じ得る搬送光のパワーの低下を小さく抑えることができる。
【００９５】
〔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】
【００９６】
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          偏波変換多重部
１２ａ      入力導波路
１２ｂ      出力導波路
１２ｃ１    第１中間導波路
１２ｃ２    第２中間導波路
１２ｄ      分離部
１２ｅ      偏波変換部
１２ｆ      偏波多重部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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