(57)【要約】【課題】基板型光導波路に入力された光を分波器にて分波する際に生じる損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることが可能な光モジュールを実現する。【解決手段】光モジュール（１）は、ＴＥ光をＴＭ光に変換する偏波回転素子（１１）、偏波回転素子（１１）にて得られたＴＭ光を分波する分波器（１２）、分波器（１２）にて分波された各ＴＭ光をＴＥ光に変換する偏波回転素子（１３１〜１３２）からなる偏波回転素子群（１３）、及び、上記ＴＥ光が入力される機能素子（１４１〜１４２）からなる機能素子群（１４）が内部に形成された基板型光導波路（１０）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】
ＴＭ光を出力する出力部と、
上記出力部から出力されたＴＭ光を分波する分波器、上記分波器にて分波された各ＴＭ光をＴＥ光に変換する偏波回転素子からなる偏波回転素子群、及び、上記ＴＥ光が入力される機能素子からなる機能素子群が内部に形成された基板型光導波路と、を備えている、
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
上記出力部は、上記基板型光導波路の内部に形成された偏波回転素子であって、ＴＥ光をＴＭ光に変換する偏波回転素子である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
上記出力部は、上記基板型光導波路の外部に設けられた偏波回転素子であって、ＴＥ光をＴＭ光に変換する偏波回転素子である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
上記出力部は、上記基板型光導波路の外部に設けられた発光素子であって、出力光における電界の振動方向が上記基板型光導波路の主面と直交するように配置された発光素子である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項５】
上記出力部は、上記基板型光導波路の外部に設けられた偏波保持ファイバであって、出力光における電界の振動方向が上記基板型光導波路の主面と直交するように配置された偏波保持ファイバである、
ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項６】
上記分波器は、Ｙ分岐である、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項７】
上記分波器は、方向性結合器である、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項８】
上記機能素子群を構成する各機能素子は、変調素子、スイッチ素子、又は受光素子である、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項９】
基板型光導波路の内部に形成された機能素子群に光を入力する入力方法であって、
ＴＭ光を上記基板型光導波路に入力する第１入力工程と、
上記基板型光導波路の内部で実施される分波工程であって、上記第１入力工程にて入力されたＴＭ光を分波する分波工程と、
上記基板型光導波路の内部で実施される偏波回転工程であって、上記分波工程にて分波された各ＴＭ光をＴＥ光に変換する偏波回転工程と、
上記基板型光導波路の内部で実施される第２入力工程であって、上記ＴＥ光を、上記機能素子群を構成する各機能素子に入力する第２入力工程と、を含んでいる、
ことを特徴とする入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板型光導波路を備えた光モジュールに関する。また、基板型光導波路の内部に形成された機能素子群に光を入力する入力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の機能素子からなる機能素子群が内部に形成された基板型光導波路が広く用いられている。代表的な基板型光導波路としては、シリコン導波路が挙げられる（非特許文献１参照）。変調素子やスイッチ素子などの機能素子は、通常、ＴＥ（Transverse Electric）光が入力されたときに、その機能を効果的に発現するように設計されている。なぜなら、ＴＥ光の方がＴＭ（Transverse Magnetic）光よりも、基板型光導波路のコアに閉じ込められる光のパワーを大きくすることができるからである。また、ＴＥ光の方がＴＭ光よりも、コアの屈折率変化に鋭敏に反応するからである。
【０００３】
このような基板型光導波路を備えた従来の光モジュールにおいては、各機能素子に入力するＴＥ光を得るために、基板型光導波路に入力されたＴＥ光をＹ分岐や方向性結合器などの分波器によって分波する構成が採用されている。基板型光導波路の内部に形成されたＹ分岐を開示した文献としては、例えば、特許文献１〜２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７９０５３号公報
【特許文献２】特開２０１６−４２３８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】馬場俊彦，”シリコンフォトニクス”，J. Jpn. Inst. Electron. Packaging 12(5)，458-463，２００９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＴＥ光は、コアに強く閉じ込められるので、高い局在性を示す。このため、上述したような基板型導波路を備えた従来の光モジュールにおいては、基板型光導波路に入力された光を分波器で分波する際に生じる損失が大きくなり易いという問題があった。
【０００７】
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、基板型光導波路に入力された光を分波器にて分波する際に生じる損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることが可能な光モジュールを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光モジュールは、ＴＭ光を出力する出力部と、上記出力部から出力されたＴＭ光を分波する分波器、上記分波器にて分波された各ＴＭ光をＴＥ光に変換する偏波回転素子からなる偏波回転素子群、及び、上記ＴＥ光が入力される機能素子からなる機能素子群が内部に形成された基板型光導波路と、を備えている、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係る光モジュールにおいて、上記出力部は、上記基板型光導波路の内部に形成された偏波回転素子であって、ＴＥ光をＴＭ光に変換する偏波回転素子である、ことが好ましい。
【００１０】
本発明の一態様に係る光モジュールにおいて、上記出力部は、上記基板型光導波路の外部に設けられた偏波回転素子であって、ＴＥ光をＴＭ光に変換する偏波回転素子である、ことが好ましい。
【００１１】
本発明の一態様に係る光モジュールにおいて、上記出力部は、上記基板型光導波路の外部に設けられた発光素子であって、出力光における電界の振動方向が上記基板型光導波路の主面と直交するように配置された発光素子である、ことが好ましい。
【００１２】
本発明の一態様に係る光モジュールにおいて、上記出力部は、上記基板型光導波路の外部に設けられた偏波保持ファイバであって、出力光における電界の振動方向が上記基板型光導波路の主面と直交するように配置された偏波保持ファイバである、ことが好ましい。
【００１３】
本発明の一態様に係る光モジュールにおいて、上記分波器は、Ｙ分岐である、ことが好ましい。
【００１４】
本発明の一態様に係る光モジュールにおいて、上記分波器は、方向性結合器である、ことが好ましい。
【００１５】
本発明の一態様に係る光モジュールにおいて、上記機能素子群を構成する各機能素子は、変調素子、スイッチ素子、又は受光素子である、ことが好ましい。
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る入力方法は、基板型光導波路の内部に形成された機能素子群に光を入力する入力方法であって、ＴＭ光を上記基板型光導波路に入力する第１入力工程と、上記基板型光導波路の内部で実施される分波工程であって、上記第１入力工程にて入力されたＴＭ光を分波する分波工程と、上記基板型光導波路の内部で実施される偏波回転工程であって、上記分波工程にて分波された各ＴＭ光をＴＥ光に変換する偏波回転工程と、上記基板型光導波路の内部で実施される第２入力工程であって、上記偏波回転工程にて得られた各ＴＥ光を、上記機能素子群を構成する各機能素子に入力する第２入力工程と、を含んでいる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様によれば、基板型光導波路を備えた光モジュールであって、基板型光導波路に入力された光を分波器にて分波する際に生じる損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることが可能な光モジュールを実現することができる。
【００１８】
また、本発明の一態様によれば、基板型光導波路の内部に形成された機能素子群に光を入力する入力方法であって、基板型光導波路に入力された光を分波器にて分波する際に生じる損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることが可能な入力方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの構成を示すブロック図である。（ｂ）は、その光モジュールを構成する基板型光導波路のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す光モジュールが備える分波器の第１の構成例を示す平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、その断面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示す光モジュールが備える分波器の第２の構成例を示す平面図であり、（ｂ）は、その断面図である。
【図４】図３に示す分波器におけるパワーバランスの波長依存性を示すグラフである。
【図５】図１に示す光モジュールの一変形例を示すブロック図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光モジュールの構成を示すブロック図である。（ｂ）は、その光モジュールを構成する基板型光導波路のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る光モジュールの構成を示すブロック図である。（ｂ）は、その光モジュールを構成する基板型光導波路のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。（ｃ）は、その光モジュールを構成する基板型光導波路の入射端面を示す側面図である。（ｄ）及び（ｅ）は、その光モジュールを構成する発光素子の出射端面を示す側面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る光モジュールの構成を示すブロック図である。（ｂ）は、その光モジュールを構成する基板型光導波路のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。（ｃ）は、その光モジュールを構成する基板型光導波路の入射端面を示す側面図である。（ｄ）及び（ｅ）は、その光モジュールを構成する偏波保持ファイバの出射端面を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１の実施形態〕
（光モジュールの構成）
本発明の第１の実施形態に係る光モジュール１の構成について、図１を参照して説明する。図１の（ａ）は、光モジュール１の構成を示すブロック図である。図１の（ｂ）は、光モジュール１を構成する基板型光導波路１０のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。
【００２１】
光モジュール１は、図１の（ａ）に示すように、基板型光導波路１０の内部に設けられた偏波回転素子１１、分波器１２、偏波回転素子群１３、及び機能素子群１４を備えている。光モジュール１には、ＴＥ（Transverse Electric）光が入力される。ここで、ＴＥ光とは、電界の振動方向が基板型光導波路１０の主面と平行な直線偏光を主成分とする光のことを指す。
【００２２】
光モジュール１に入力されたＴＥは、まず、偏波回転素子１１に入力される。偏波回転素子１１は、光モジュール１に入力されたＴＥ光の偏光方向を９０°回転させる。これにより、偏波回転素子１１は、光モジュール１に入力されたＴＥ光をＴＭ（Transverse Magnetic）光に変換する。ここで、ＴＭ光とは、磁界の振動方向が基板型光導波路１０の主面と平行な直線偏光、換言すれば、電界の振動方向が基板型光導波路１０の主面と直交する偏光を主成分とする光のことを指す。なお、偏波回転素子１１の出力光には、ＴＥ光が含まれていてもよい。ただし、偏波回転素子１１の出力光におけるＴＭ光の偏波消光比は、１０ｄＢ以上であることが好ましく、２０ｄＢ上であることが更に好ましい。ここで、ＴＭ光の偏波消光比とは、ＴＥ光のパワーをＰＴＥとし、ＴＭ光のパワーをＰＴＭとして、ＰＴＭ／ＰＴＥにより定義される比のことを指す。
【００２３】
分波器１２は、１つの入力導波路１２ａと、２つの出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２とを備えている。偏波回転素子１１から出力されたＴＭ光は、分波器１２の入力導波路１２ａに入力される。分波器１２は、入力導波路１２ａに入力されたＴＭ光を、第１出力導波路１２ｂ１を導波されるＴＭ光と、第２出力導波路１２ｂ２を導波されるＴＭ光とに分波する。
【００２４】
偏波回転素子群１３は、２つの偏波回転素子１３１〜１３２により構成されている。第１偏波回転素子１３１には、分波器１２の第１出力導波路１２ｂ１を導波されたＴＭ光が入力される。第１偏波回転素子１３１は、分波器１２の第１出力導波路１２ｂ１を導波されたＴＭ光の偏波方向を９０°回転させる。これにより、第１偏波回転素子１３１は、分波器１２の第１出力導波路１２ｂ１を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。一方、第２偏波回転素子１３２には、分波器１２の第２出力導波路１２ｂ２を導波されたＴＭ光が入力される。第２偏波回転素子１３２は、分波器１２の第２出力導波路１２ｂ２を導波されたＴＭ光の偏波方向を９０°回転させる。これにより、第２偏波回転素子１３２は、分波器１２の第２出力導波路１２ｂ２を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。
【００２５】
機能素子群１４は、２つの機能素子１４１〜１４２により構成されている。第１機能素子１４１には、第１偏波回転素子１３１にて得られたＴＥ光が入力される。第２機能素子１４２には、第２偏波回転素子１３２にて得られたＴＥ光が入力される。機能素子１４１〜１４２は、ＴＥ光を受光することによって、その機能を発現する。ＴＥ光を受光することによって発現する機能素子１４１〜１４２の機能は任意である。機能素子１４１〜１４２の例としては、例えば、変調素子、受光素子、及びスイッチ素子が挙げられる。機能素子１４１〜１４２が変調素子である場合、機能素子１４１〜１４２は、偏波回転素子１３１〜１３２にて得られたＴＥ光を変調する。機能素子１４１〜１４２が受光素子である場合、機能素子１４１〜１４２は、偏波回転素子１３１〜１３２にて得られたＴＥ光を電気信号に変換する。機能素子１４１〜１４２がスイッチ素子である場合、機能素子１４１〜１４２は、偏波回転素子１３１〜１３２にて得られたＴＥ光の経路を切り替える。
【００２６】
基板型光導波路１０は、図１の（ｂ）に示すように、（１）基板１０１と、（２）基板１０１上に積層された下部クラッド層１０２と、（３）下部クラッド層１０２上に形成されたコア１０３と、（４）コア１０３を埋設するように下部クラッド層１０２上に形成された上部クラッド層１０４と、により構成されている。コア１０３は、偏波回転素子１１、分波器１２、偏波回転素子群１３、及び機能素子群１４として機能するように設計されている。コア１０３を偏波回転素子１１，１３１〜１３２として機能するように設計する方法としては、公知の方法、例えば、米国特許第９５２９１５１号明細書に記載の方法を利用することができる。コア１０３を分波器１２として機能するように設計する方法については、参照する図面を代えて後述する。
【００２７】
なお、本実施形態において、基板１０１及びコア１０３は、シリコンにより構成されており、下部クラッド層１０２及び上部クラッド層１０４は、シリカにより構成されている。すなわち、基板型光導波路１０は、シリコン導波路である。ただし、基板１０１及びコア１０３の材料は、下部クラッド層１０２及び上部クラッド層１０４の材料よりも屈折率の高い材料であればよく、シリコンに限定されない。また、下部クラッド層１０２及び上部クラッド層１０４の材料は、基板１０１及びコア１０３の材料よりも屈折率の低い材料であればよく、シリカに限定されない。すなわち、基板型光導波路１０は、シリコン導波路以外の基板型光導波路であっても構わない。
【００２８】
（光モジュールの効果）
従来の光モジュールにおいては、各機能素子に入力する光を得るために、分波器がＴＥ光を分波する構成が採用されている。これに対して、本実施形態に係る光モジュール１においては、各機能素子１４１〜１４２に入力する光を得るために、分波器１２がＴＭ光を分波する構成が採用されている。
【００２９】
基板型光導波路１０のコア１０３は、その（コア１０３の）内部にＴＭ光を相対的に弱く閉じ込め、その（コア１０３の）内部にＴＥ光を相対的に強く閉じ込める。このため、基板型光導波路１０のコア１０３を導波されるＴＭ光は、パワーの局在性が相対的に低く、基板型光導波路１０のコア１０３を導波されるＴＥ光は、パワーの局在性が相対的に高い。一般的に、パワーの局在性が低い光を分波する際に生じる損失は、パワーの局在性の高い光を分波する際に生じる損失よりも小さい。したがって、ＴＭ光を分波する際に生じる損失は、ＴＥ光を分波する際に生じる損失よりも小さくなる。このため、本実施形態に係る光モジュール１によれば、基板型光導波路１０に入力された光を分波器１２が分波する際に生じる損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることができる。
【００３０】
（分波器の第１の構成例）
分波器１２の第１の構成例について、図２を参照して説明する。図２の（ａ）は、分波器１２の第１の構成例を示す平面図であり、図２の（ｂ）及び（ｄ）は、分波器１２の第１の構成例を示す断面図である。なお、図２の（ｂ）に示す断面は、図２の（ａ）に示すＢーＢ’線で基板型光導波路１０を切断したときに現れる断面であり、図２の（ｃ）に示す断面は、図２の（ａ）に示すＣーＣ’線で基板型光導波路１０を切断したときに現れる断面である。
【００３１】
本構成例に係る分波器１２は、図２の（ａ）に示すように、１つの入力導波路１２ａを２つの出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２に分岐するＹ分岐として実現されている。入力導波路１２ａの幅は、出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２に近づくに従って広くなり、出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２との境界において１０００ｎｍとなる。出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２の幅（入力導波路１２ａの中心軸と直交する方向に沿って測った幅）は、それぞれ、４００ｎｍである。出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２の間隔は、入力導波路１２ａとの境界において２００ｎｍである。入力導波路１２ａ及び出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２は、図２の（ｂ）に示すように、基板型光導波路１０のコア１０３の一部である。入力導波路１２ａ及び出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２の厚みは、何れも２２０ｎｍである。なお、出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２の間隔は、０ｎｍであることが好ましいが、出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２の間隔を、フォトリソグラフィの解像限界よりも小さくすることは困難である。そこで、本構成例においては、出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２の間隔を、２００ｎｍとしている。
【００３２】
入力導波路１２ａを介して分波器１２に入力された入力光の一部は、出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２の間で幅２００ｎｍのコア１０３の側壁にて反射され、過剰損失となる。このようにして生じる過剰損失の大きさは、入力光がＴＭ光である場合の方が、入力光がＴＥ光である場合よりも小さくなる。なぜなら、入力光がＴＭ光である場合の方が、入力光がＴＥ光である場合よりも、入力光の局在性が低いためである。本願発明者らが行った数値実験によると、このようにして生じる過剰損失の大きさは、一例として、入力光がＴＭ０（基本モードのＴＭ光）の場合、０．２８ｄＢであり、入力光がＴＥ０（基本モードのＴＥ光）の場合、１．０５ｄＢである。したがって、本構成例に係る分波器１２において生じる損失は、入力光がＴＭ光である場合の方が、入力光がＴＥ光である場合よりも小さくなる。
【００３３】
（分波器の第２の構成例）
分波器１２の第２の構成例について、図３を参照して説明する。図３の（ａ）は、分波器１２の第２の構成例を示す平面図であり、図３の（ｂ）は、分波器１２の第２の構成例を示す断面図である。なお、図３の（ｂ）に示す断面は、図１の（ａ）に示すＤーＤ’線で基板型光導波路１０を切断したときに現れる断面である。
【００３４】
本構成例に係る分波器１２は、図３の（ａ）に示すように、互いに近接して並走する２つの結合導波路１２ｃ１〜１２ｃ２からなる方向性結合器として実現されている。第１結合導波路１２ｃ１は、入力端が入力導波路１２ａ１の出力端に接続されており、出力端が第１出力導波路１２ｂ１に接続されている。第２結合導波路１２ｃ２は、出力端が第２出力導波路１２ｂ２に接続されている。結合導波路１２ｃ１〜１２ｃ２の幅は、それぞれ、４００ｎｍであり、結合導波路１２ｃ１〜１２ｃ２の間隔は、３５０ｎｍである。結合導波路１２ｃ１〜１２ｃ２、入力導波路１２ａ、及び出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２は、図３の（ｂ）に示すように、コア１０３の一部である。結合導波路１２ｃ１〜１２ｃ２、入力導波路１２ａ、及び出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２の厚みは、何れも２２０ｎｍである。
【００３５】
本構成例に係る分波器１２において、入力導波路１２ａを介して分波器１２に入力された入力光は、第１結合導波路１２ｃ１を導波される過程で徐々に第２結合導波路１２ｃ２に遷移する。このようにして生じる遷移によって、出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２を介して出力される出力光のパワーを予め定められた分岐比にするために必要な結合導波路１２ｃ１〜１２ｃ２の長さは、入力光がＴＭ光である場合の方が、入力光がＴＥ光である場合よりも短くなる。なぜなら、入力光がＴＭ光である場合の方が、入力光がＴＥ光である場合よりも、入力光のパワーのコア１０３への閉じ込めが弱い、すなわち、入力光のパワーの局在性が低いことにより、第１結合導波路１２ｃ１を導波される光が第２結合導波路１２ｃ２を導波される光と強く結合するためである。本願発明者らが行った数値実験によると、一例として、出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ２を介して出力される出力光のパワーを１：１にするために必要な結合導波路１２ｃ１〜１２ｃ２の長さは、入力光がＴＭ０（基本モードのＴＭ光）の場合、４．１１μｍであり、入力光がＴＥ０（基本モードのＴＥ光）の場合、１８．１５μｍである。したがって、本構成例に係る分波器１２において生じる損失は、入力光がＴＭ光である場合の方が、入力光がＴＥ光である場合よりも小さくなる。なぜなら、結合導波路１２ｃ１〜１２ｃ２の長さが短いほど、分波器１２において生じる損失が小さくなるためである。
【００３６】
また、本構成例に係る分波器１２において、出力光のパワーバランスαの波長依存性は、入力光がＴＭ光である場合の方が、入力光がＴＥ光である場合よりも小さくなる。ここで、パワーバランスαとは、第１出力導波路１２ｂ１を介して出力される出力光のパワーＰ１に対する第２出力導波路１２ｂ２を介して出力される出力光のパワーＰ２の比Ｐ２／Ｐ１のことを指す。図４は、パワーバランスαの波長依存性を表すグラフである。図４によれば、出力光のパワーバランスαの波長依存性は、入力光がＴＭ光である場合の方が、入力光がＴＥ光である場合よりも小さくなることが分かる。したがって、一定の誤差を許容したうえで、入力光を予め定められた分岐比で分岐することができる波長範囲は、入力光がＴＭ光である場合の方が、入力光がＴＥ光である場合よりも広くなる。
【００３７】
（変形例）
図１に示す光モジュール１は、１段の分波器１２を有する構成を採用しているが、本実施形態は、これに限定されない。すなわち、光モジュール１は、Ｎ段（Ｎは１以上の任意の整数）の分波器を有する構成を採用し得る。また、光モジュール１においては、各分波器の分岐数が２である構成、つまり、各分波器が２本の出力導波路を有する構成を採用しているが、本実施形態は、これに限定されない。すなわち、光モジュール１は、各分波器の分岐数がＭ（Ｍは２以上の整数）である構成、つまり、各分波器がＭ本の出力導波路を有する構成を採用してもよい。各分波器の分岐数は、共通であってもよいし、共通でなくてもよい。
【００３８】
例えば、分岐数が２の分波器を２段有する構成では、１段目の分波器の２つの出力導波路のそれぞれに２段目の分波器が接続される。この場合、１段目の分波器の１つの入力導波路を介して入力されるＴＭ光が、２段目の分波器の４つの出力導波路の各々を介して出力されるＴＭ光に分波される。各分波器をＹ分岐として構成した場合、合計の損失は、０．２８ｄＢ×２＝０．５６ｄＢ程度となる。
【００３９】
また、分岐数が２の分波器を３段有する構成では、１段目の分波器の２つの出力導波路のそれぞれに２段目の分波器が接続され、２段目の分波器の４つの出力導波路のそれぞれに３段目の分波器が接続される。この場合、１段目の分波器の１つの入力導波路を介して入力されるＴＭ光が、３段目の分波器の８つの出力導波路の各々を介して出力されるＴＭ光に分波される。各分波器をＹ分岐として構成した場合、合計の損失は、０．２８ｄＢ×３＝０．８４ｄＢ程度となる。
【００４０】
一般に、分岐数がＭの分波器をＮ段有する構成では、１段目の分波器の１つの入力導波路を介して入力されるＴＭ光が、Ｎ段目の分波器のＭＮ個の出力導波路の各々を介して出力されるＴＭ光に分波される。特に、各分波器をＹ分岐（Ｍ＝２）として構成した場合、合計の損失は、０．２８ｄＢ×Ｎ程度となる。
【００４１】
図５は、２段の分波器１２１〜１２３を有する光モジュール１Ａの構成を示すブロック図である。光モジュール１Ａにおいては、１段目の分波器１２１の２つの出力導波路のそれぞれに、２段目の分波器１２２〜１２３が接続されている。１段目の分波器１２１の１つの入力導波路１２ａを介して入力されるＴＭ光が、２段目の分波器１２２〜１２３の４つの出力導波路１２ｂ１〜１２ｂ４の各々を介して出力されるＴＭ光に分波される。
【００４２】
光モジュール１Ａにおいて、偏波回転素子群１３は、４つの偏波回転素子１３１〜１３４により構成されている。第１偏波回転素子１３１には、分波器１２２の出力導波路１２ｂ１を導波されたＴＭ光が入力され、第２偏波回転素子１３２には、分波器１２２の出力導波路１２ｂ２を導波されたＴＭ光が入力される。また、第３偏波回転素子１３３には、分波器１２３の出力導波路１２ｂ３を導波されたＴＭ光が入力され、第４偏波回転素子１３４には、分波器１２３の出力導波路１２ｂ４を導波されたＴＭ光が入力される。
【００４３】
また、光モジュール１Ａにおいて、機能素子群１４は、４つの機能素子１４１〜１４４により構成されている。第１機能素子１４１には、第１偏波回転素子１３１にて得られたＴＥ光が入力され、第２機能素子１４２には、第２偏波回転素子１３２にて得られたＴＥ光が入力される。また、第３機能素子１４３には、第３偏波回転素子１３３にて得られたＴＥ光が入力され、第４機能素子１４４には、第４偏波回転素子１３４にて得られたＴＥ光が入力される。
【００４４】
〔第２の実施形態〕
（光モジュールの構成）
本発明の第２の実施形態に係る光モジュール２の構成について、図６を参照して説明する。図６の（ａ）は、光モジュール２の構成を示すブロック図である。図６の（ｂ）は、光モジュール２を構成する基板型光導波路２０のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。
【００４５】
光モジュール２は、図６の（ａ）に示すように、基板型光導波路２０の外部に設けられた偏波回転素子２１、並びに、基板型光導波路２０の内部に設けられた分波器２２、偏波回転素子群２３、及び機能素子群２４を備えている。光モジュール２には、ＴＥ（Transverse Electric）光が入力される。ここで、ＴＥ光とは、電界の振動方向が基板型光導波路２０の主面と平行な直線偏光を主成分とする光のことを指す。
【００４６】
光モジュール２に入力されたＴＥは、まず、偏波回転素子２１に入力される。偏波回転素子２１は、光モジュール２に入力されたＴＥ光の偏光方向を９０°回転させる。これにより、偏波回転素子２１は、光モジュール２に入力されたＴＥ光をＴＭ（Transverse Magnetic）光に変換する。ここで、ＴＭ光とは、磁界の振動方向が基板型光導波路２０の主面と平行な直線偏光、換言すれば、電界の振動方向が基板型光導波路２０の主面と直交する偏光を主成分とする光のことを指す。なお、偏波回転素子２１の出力光には、ＴＥ光が含まれていてもよい。ただし、偏波回転素子２１の出力光におけるＴＭ光の偏波消光比は、１０ｄＢ以上であることが好ましく、２０ｄＢ上であることが更に好ましい。また、本実施形態においては、光路に沿って並んだコリメートレンズ２１ａ、１／２波長板２１ｂ、及び集光レンズ２１ｃにより構成される偏波回転子を、偏波回転素子２１として用いている。
【００４７】
分波器２２は、１つの入力導波路２２ａと、２つの出力導波路２２ｂ１〜２２ｂ２とを備えている。偏波回転素子２１から出力されたＴＭ光は、基板型光導波路２０の入射端面を介して分波器２２の入力導波路２２ａに入力される。分波器２２は、入力導波路２２ａに入力されたＴＭ光を、第１出力導波路２２ｂ１を導波されるＴＭ光と、第２出力導波路２２ｂを導波されるＴＭ光とに分波する。
【００４８】
偏波回転素子群２３は、２つの偏波回転素子２３１〜２３２により構成されている。第１偏波回転素子２３１には、分波器２２の第１出力導波路２２ｂ１を導波されたＴＭ光が入力される。第１偏波回転素子２３１は、分波器２２の第１出力導波路２２ｂ１を導波されたＴＭ光の偏波方向を９０°回転させる。これにより、第１偏波回転素子２３１は、分波器２２の第１出力導波路２２ｂ１を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。一方、第２偏波回転素子２３２には、分波器２２の第２出力導波路２２ｂ２を導波されたＴＭ光が入力される。第２偏波回転素子２３２は、分波器２２の第２出力導波路２２ｂ２を導波されたＴＭ光の偏波方向を９０°回転させる。これにより、第２偏波回転素子２３２は、分波器２２の第２出力導波路２２ｂ２を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。
【００４９】
機能素子群２４は、２つの機能素子２４１〜２４２により構成されている。第１機能素子２４１には、第１偏波回転素子２３１にて得られたＴＥ光が入力される。第２機能素子２４２には、第２偏波回転素子２３２にて得られたＴＥ光が入力される。機能素子２４１〜２４２は、ＴＥ光を受光することによって、その機能を発現する。ＴＥ光を受光することによって発現する機能素子２４１〜２４２の機能は任意である。機能素子２４１〜２４２の例としては、例えば、変調素子、受光素子、及びスイッチ素子が挙げられる。機能素子２４１〜２４２が変調素子である場合、機能素子２４１〜２４２は、偏波回転素子２３１〜２３２にて得られたＴＥ光を変調する。機能素子２４１〜２４２が受光素子である場合、機能素子２４１〜２４２は、偏波回転素子２３１〜２３２にて得られたＴＥ光を電気信号に変換する。機能素子２４１〜２４２がスイッチ素子である場合、機能素子２４１〜２４２は、偏波回転素子２３１〜２３２にて得られたＴＥ光の経路を切り替える。
【００５０】
基板型光導波路２０は、図６の（ｂ）に示すように、（１）基板２０１と、（２）基板２０１上に積層された下部クラッド層２０２と、（３）下部クラッド層２０２上に形成されたコア２０３と、（４）コア２０３を埋設するように下部クラッド層２０２上に形成された上部クラッド層２０４と、により構成されている。コア２０３は、分波器２２、偏波回転素子群２３、及び機能素子群２４として機能するように設計されている。コア２０３を分波器２２として機能するように設計する方法、及び、コア２０３を偏波回転素子２３１〜２３２として機能するように設計する方法については、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
なお、本実施形態において、基板２０１及びコア２０３は、シリコンにより構成されており、下部クラッド層２０２及び上部クラッド層２０４は、シリカにより構成されている。すなわち、基板型光導波路２０は、シリコン導波路である。ただし、基板２０１及びコア２０３の材料は、下部クラッド層２０２及び上部クラッド層２０４の材料よりも屈折率の高い材料であればよく、シリコンに限定されない。また、下部クラッド層２０２及び上部クラッド層２０４の材料は、基板２０１及びコア２０３の材料よりも屈折率の低い材料であればよく、シリカに限定されない。すなわち、基板型光導波路２０は、シリコン導波路以外の基板型光導波路であっても構わない。
【００５２】
（光モジュールの効果）
本実施形態に係る光モジュール２においては、第１の実施形態に係る光モジュール１と同様、各機能素子２４１〜２４２に入力する光を得るために、分波器２２がＴＭ光を分波する構成が採用されている。したがって、本実施形態に係る光モジュール２によれば、第１の実施形態に係る光モジュール１と同様、基板型光導波路２０に入力された光を分波器２２が分波する際に生じる損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることができる。
【００５３】
（変形例）
図６に示す光モジュール２は、分岐数が２の分波器２２を１段有する構成を採用しているが、本実施形態は、これに限定されない。すなわち、光モジュール２は、分岐数がＭ（Ｍは２以上の任意の自然数）の分波器をＮ段（Ｎは１以上の任意の整数）有する構成を採用し得る。分岐数がＭの分波器をＮ段有する構成では、１段目の分波器の１つの入力導波路を介して入力されるＴＭ光が、Ｎ段目の分波器のＭＮ個の出力導波路の各々を介して出力されるＴＭ光に分波される。特に、各分波器をＹ分岐（Ｍ＝２）として構成した場合、合計の損失は、０．２８ｄＢ×Ｎ程度となる。
【００５４】
〔第３の実施形態〕
（光モジュールの構成）
本発明の第３の実施形態に係る光モジュール３の構成について、図７を参照して説明する。図７の（ａ）は、光モジュール３の構成を示すブロック図である。図７の（ｂ）は、光モジュール３を構成する基板型光導波路３０のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。
【００５５】
光モジュール３は、図７の（ａ）に示すように、基板型光導波路３０の外部に設けられた発光素子３１、並びに、基板型光導波路３０の内部に設けられた分波器３２、偏波回転素子群３３、及び機能素子群３４を備えている。
【００５６】
発光素子３１は、ＴＭ（Transverse Magnetic）光を出力する。ここで、ＴＭ光とは、磁界の振動方向が基板型光導波路３０の主面と平行な直線偏光、換言すれば、電界の振動方向が基板型光導波路３０の主面と直交する偏光を主成分とする光のことを指す。なお、発光素子３１の出力光には、ＴＥ光が含まれていてもよい。ただし、発光素子３１の出力光におけるＴＭ光の偏波消光比は、１０ｄＢ以上であることが好ましく、２０ｄＢ上であることが更に好ましい。本実施形態においては、電界の振動方向が活性層３１ａと平行な光を出力するレーザダイオードを、発光素子３１として用いる。この場合、発光素子３１は、図３の（ｄ）に示すように、活性層３１ａが基板型光導波路３０の主面と直交するように配置される。なお、電界の振動方向が活性層３１ａと垂直な光を出力するレーザダイオードを、発光素子３１として用いることもできる。この場合、発光素子３１は、図３の（ｅ）に示すように、活性層３１ａが基板型光導波路３０の主面と平行になるように配置される。
【００５７】
分波器３２は、１つの入力導波路３２ａと、２つの出力導波路３２ｂ１〜３２ｂ２とを備えている。発光素子３１から出力されたＴＭ光は、基板型光導波路３０の入射端面を介して分波器３２の入力導波路３２ａに入力される。分波器３２は、入力導波路３２ａに入力されたＴＭ光を、第１出力導波路３２ｂ１を導波されるＴＭ光と、第２出力導波路３２ｂ２を導波されるＴＭ光とに分波する。
【００５８】
偏波回転素子群３３は、２つの偏波回転素子３３１〜３３２により構成されている。第１偏波回転素子３３１には、分波器３２の第１出力導波路３２ｂ１を導波されたＴＭ光が入力される。第１偏波回転素子３３１は、分波器３２の第１出力導波路３２ｂ１を導波されたＴＭ光の偏波方向を９０°回転させる。これにより、第１偏波回転素子３３１は、分波器３２の第１出力導波路３２ｂ１を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。一方、第２偏波回転素子３３２には、分波器３２の第２出力導波路３２ｂ２を導波されたＴＭ光が入力される。第２偏波回転素子３３２は、分波器３２の第２出力導波路３２ｂ２を導波されたＴＭ光の偏波方向を９０°回転させる。これにより、第２偏波回転素子３３２は、分波器３２の第２出力導波路３２ｂ２を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。ここで、ＴＥ光とは、電界の振動方向が基板型光導波路３０の主面と平行な直線偏光を主成分とする光のことを指す。
【００５９】
機能素子群３４は、２つの機能素子３４１〜３４２により構成されている。第１機能素子３４１には、第１偏波回転素子３３１にて得られたＴＥ光が入力される。第２機能素子３４２には、第２偏波回転素子３３２にて得られたＴＥ光が入力される。機能素子３４１〜３４２は、ＴＥ光を受光することによって、その機能を発現する。ＴＥ光を受光することによって発現する機能素子３４１〜３４２の機能は任意である。機能素子３４１〜３４２の例としては、例えば、変調素子、受光素子、及びスイッチ素子が挙げられる。機能素子３４１〜３４２が変調素子である場合、機能素子３４１〜３４２は、偏波回転素子３３１〜３３２にて得られたＴＥ光を変調する。機能素子３４１〜３４２が受光素子である場合、機能素子３４１〜３４２は、偏波回転素子３３１〜３３２にて得られたＴＥ光を電気信号に変換する。機能素子３４１〜３４２がスイッチ素子である場合、機能素子３４１〜３４２は、偏波回転素子３３１〜３３２にて得られたＴＥ光の経路を切り替える。
【００６０】
基板型光導波路３０は、図７の（ｂ）に示すように、（１）基板３０１と、（２）基板３０１上に積層された下部クラッド層３０２と、（３）下部クラッド層３０２上に形成されたコア３０３と、（４）コア３０３を埋設するように下部クラッド層３０２上に形成された上部クラッド層３０４と、により構成されている。コア３０３は、分波器３２、偏波回転素子群３３、及び機能素子群３４として機能するように設計されている。コア３０３を分波器３２として機能するように設計する方法、及び、コア３０３を偏波回転素子３３１〜３３２として機能するように設定する方法については、第１の実施形態と同様である。
【００６１】
なお、本実施形態において、基板３０１及びコア３０３は、シリコンにより構成されており、下部クラッド層３０２及び上部クラッド層３０４は、シリカにより構成されている。すなわち、基板型光導波路３０は、シリコン導波路である。ただし、基板３０１及びコア３０３の材料は、下部クラッド層３０２及び上部クラッド層３０４の材料よりも屈折率の高い材料であればよく、シリコンに限定されない。また、下部クラッド層３０２及び上部クラッド層３０４の材料は、基板３０１及びコア３０３の材料よりも屈折率の低い材料であればよく、シリカに限定されない。すなわち、基板型光導波路３０は、シリコン導波路以外の基板型光導波路であっても構わない。
【００６２】
（光モジュールの効果）
本実施形態に係る光モジュール３においては、第１の実施形態に係る光モジュール１と同様、各機能素子３４１〜３４２に入力する光を得るために、分波器３２がＴＭ光を分波する構成が採用されている。したがって、本実施形態に係る光モジュール３によれば、第１の実施形態に係る光モジュール１と同様、基板型光導波路３０に入力された光を分波器３２が分波する際に生じる損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることができる。
【００６３】
（変形例）
図７に示す光モジュール３は、分岐数が２の分波器３２を１段有する構成を採用しているが、本実施形態は、これに限定されない。すなわち、光モジュール３は、分岐数がＭ（Ｍは２以上の任意の自然数）の分波器をＮ段（Ｎは１以上の任意の整数）有する構成を採用し得る。分岐数がＭの分波器をＮ段有する構成では、１段目の分波器の１つの入力導波路を介して入力されるＴＭ光が、Ｎ段目の分波器のＭＮ個の出力導波路の各々を介して出力されるＴＭ光に分波される。特に、各分波器をＹ分岐（Ｍ＝２）として構成した場合、合計の損失は、０．２８ｄＢ×Ｎ程度となる。
【００６４】
〔第４の実施形態〕
（光モジュールの構成）
本発明の第４の実施形態に係る光モジュール４の構成について、図８を参照して説明する。図８の（ａ）は、光モジュール４の構成を示すブロック図である。図８の（ｂ）は、光モジュール４を構成する基板型光導波路４０のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。
【００６５】
光モジュール４は、図８の（ａ）に示すように、基板型光導波路４０の外部に設けられた偏波保持ファイバ４１、並びに、基板型光導波路４０の内部に設けられた分波器４２、偏波回転素子群４３、及び機能素子群４４を備えている。
【００６６】
偏波保持ファイバ４１は、ＴＭ（Transverse Magnetic）光を出力する。ここで、ＴＭ光とは、磁界の振動方向が基板型光導波路４０の主面と平行な直線偏光、換言すれば、電界の振動方向が基板型光導波路４０の主面と直交する偏光を主成分とする光のことを指す。なお、偏波保持ファイバ４１の出力光には、ＴＥ光が含まれていてもよい。ただし、偏波保持ファイバ４１の出力光におけるＴＭ光の偏波消光比は、１０ｄＢ以上であることが好ましく、２０ｄＢ上であることが更に好ましい。本実施形態においては、コア４１ａを挟むように１対の応力付与部４１ｂ１〜４１ｂ２が形成されたＰＡＮＤＡファイバ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing Fiber）を、偏波保持ファイバ４１として用いる。偏波保持ファイバ４１には、レーザダイオード等の光源から、（１）電界の振動方向が応力付与部４１ｂ１〜４１ｂ２の並び方向に平行な直線偏光が入力される場合と、（２）電界の振動方向が応力付与部４１ｂ〜１４ｂの並び方向に垂直な直線偏波が入力される場合とがある。（１）の場合、偏波保持ファイバ４１は、図４の（ｄ）に示すように、出射端面における応力付与部４１ｂ１,４１ｂ２の並び方向が基板型光導波路４０の主面と直交するように配置される。一方、（２）の場合、偏波保持ファイバ４１は、図４の（ｅ）に示すように、出射端面における応力付与部４１ｂ１,４１ｂ２の並び方向が基板型光導波路４０の主面と平行になるように配置される。
【００６７】
分波器４２は、１つの入力導波路４２ａと、２つの出力導波路４２ｂ１〜４２ｂ２とを備えている。偏波保持ファイバ４１から出力されたＴＭ光は、基板型光導波路４０の入射端面を介して分波器４２の入力導波路４２ａに入力される。分波器４２は、入力導波路４２ａに入力されたＴＭ光を、第１出力導波路４２ｂ１を導波されるＴＭ光と、第２出力導波路４２ｂを導波されるＴＭ光とに分波する。
【００６８】
偏波回転素子群４３は、２つの偏波回転素子４３１〜４３２により構成されている。第１偏波回転素子４３１には、分波器４２の第１出力導波路４２ｂ１を導波されたＴＭ光が入力される。第１偏波回転素子４３１は、分波器４２の第１出力導波路４２ｂ１を導波されたＴＭ光の偏波方向を９０°回転させる。これにより、第１偏波回転素子４３１は、分波器４２の第１出力導波路４２ｂ１を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。一方、第２偏波回転素子４３２には、分波器４２の第２出力導波路４２ｂ２を導波されたＴＭ光が入力される。第２偏波回転素子４３２は、分波器４２の第２出力導波路４２ｂ２を導波されたＴＭ光の偏波方向を９０°回転させる。これにより、第２偏波回転素子４３２は、分波器４２の第２出力導波路４２ｂ２を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。ここで、ＴＥ光とは、電界の振動方向が基板型光導波路４０の主面と平行な直線偏光を主成分とする光のことを指す。
【００６９】
機能素子群４４は、２つの機能素子４４１〜４４２により構成されている。第１機能素子４４１には、第１偏波回転素子４３１にて得られたＴＥ光が入力される。第２機能素子４４２には、第２偏波回転素子４３２にて得られたＴＥ光が入力される。機能素子４４１〜４４２は、ＴＥ光を受光することによって、その機能を発現する。ＴＥ光を受光することによって発現する機能素子４４１〜４４２の機能は任意である。機能素子４４１〜４４２の例としては、例えば、変調素子、受光素子、及びスイッチ素子が挙げられる。機能素子４４１〜４４２が変調素子である場合、機能素子４４１〜４４２は、偏波回転素子４３１〜４３２にて得られたＴＥ光を変調する。機能素子４４１〜４４２が受光素子である場合、機能素子４４１〜４４２は、偏波回転素子４３１〜４３２にて得られたＴＥ光を電気信号に変換する。機能素子４４１〜４４２がスイッチ素子である場合、機能素子４４１〜４４２は、偏波回転素子４３１〜４３２にて得られたＴＥ光の経路を切り替える。
【００７０】
基板型光導波路４０は、図８の（ｂ）に示すように、（１）基板４０１と、（２）基板４０１上に積層された下部クラッド層４０２と、（３）下部クラッド層４０２上に形成されたコア４０３と、（４）コア４０３を埋設するように下部クラッド層４０２上に形成された上部クラッド層４０４と、により構成されている。コア４０３は、分波器４２、偏波回転素子群４３、及び機能素子群４４として機能するように設計されている。コア４０３を分波器４２として機能するように設計する方法、及び、コア４０３を偏波回転素子４３１〜４３２として機能するように設計する方法については、第１の実施形態と同様である。
【００７１】
なお、本実施形態において、基板４０１及びコア４０３は、シリコンにより構成されており、下部クラッド層４０２及び上部クラッド層４０４は、シリカにより構成されている。すなわち、基板型光導波路４０は、シリコン導波路である。ただし、基板４０１及びコア４０３の材料は、下部クラッド層４０２及び上部クラッド層４０４の材料よりも屈折率の高い材料であればよく、シリコンに限定されない。また、下部クラッド層４０２及び上部クラッド層４０４の材料は、基板４０１及びコア４０３の材料よりも屈折率の低い材料であればよく、シリカに限定されない。すなわち、基板型光導波路４０は、シリコン導波路以外の基板型光導波路であっても構わない。
【００７２】
（光モジュールの効果）
本実施形態に係る光モジュール４においては、第１の実施形態に係る光モジュール１と同様、各機能素子４４１〜４４２に入力する光を得るために、分波器４２がＴＭ光を分波する構成が採用されている。したがって、本実施形態に係る光モジュール４によれば、第１の実施形態に係る光モジュール１と同様、基板型光導波路４０に入力された光を分波器４２が分波する際に生じる損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることができる。
【００７３】
（変形例）
図８に示す光モジュール４は、分岐数が２の分波器４２を１段有する構成を採用しているが、本実施形態は、これに限定されない。すなわち、光モジュール４は、分岐数がＭ（Ｍは２以上の任意の自然数）の分波器をＮ段（Ｎは１以上の任意の整数）有する構成を採用し得る。分岐数がＭの分波器をＮ段有する構成では、１段目の分波器の１つの入力導波路を介して入力されるＴＭ光が、Ｎ段目の分波器のＭＮ個の出力導波路の各々を介して出力されるＴＭ光に分波される。特に、各分波器をＹ分岐（Ｍ＝２）として構成した場合、合計の損失は、０．２８ｄＢ×Ｎ程度となる。
【００７４】
〔付記事項〕
本発明は、上述した各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り、異なる実施形態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実施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】
【００７５】
１，２，３，４            光モジュール
１０，２０，３０，４０    基板型光導波路
１１，２１                偏波回転素子
３１，４１                発光素子，偏波保持ファイバ
１２，２２，３２，４２    分波器
１３，２３，３３，４３    偏波回転素子群
１４，２４，３４，４４    機能素子
【図１】
2019101258.tif 000003
【図２】
2019101258.tif 000004
【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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