(57)【要約】【課題】基板型光導波路に入力された光が機能素子に到達するまでに被る損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることができる光モジュールを実現する。【解決手段】光モジュール（１）は、ＴＭ光を出力する第１偏波回転素子（１１）、第１偏波回転素子（１１）から出力されたＴＭ光を導波する第１導波路（１２）、第１導波路（１２）を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する第２偏波回転素子（１３）、及び、上記ＴＥ光が入力される機能素子（１５）が内部に形成された基板型光導波路１０を備えている。第１導波路（１２）の長さＬは、ＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失をａ、ＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失をｂ、第２偏波回転素子（１３）の挿入損失をｃとして、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃを満たすように設定されている。【選択図】図１
2019101257.tif 000002
【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光を導波する導波路、上記導波路を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する偏波回転素子、及び、上記ＴＥ光が入力される機能素子が内部に形成された基板型光導波路と、を備えており、
上記導波路の長さＬは、ＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失をａ、ＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失をｂ、上記偏波回転素子の挿入損失をｃとして、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃを満たすように設定されている、
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
上記出力部は、ＴＥ光をＴＭ光に変換する他の偏波回転素子であり、上記導波路の長さＬは、上記他の偏波回転素子の挿入損失をｃ’として、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃ＋ｃ’を満たすように設定されている、
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】
上記他の偏波回転素子は、上記基板型光導波路の内部に形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
上記他の偏波回転素子は、上記基板型光導波路の外部に設けられている、
ことを特徴とする請求項２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６】
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７】
上記機能素子は、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１〜６の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項８】
基板型光導波路の内部に形成された機能素子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導波工程であって、上記第１入力工程にて入力されたＴＭ光を導波する導波工程と、
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、上記導波工程にて導波された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光を上記機能素子に入力する第２入力工程と、を含んでおり、
上記ＴＥ光を導波する導波路の長さＬは、ＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失をａ、ＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失をｂ、上記偏波回転工程における損失をｃとして、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃを満たすように設定されている、
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に光を入力する入力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変調素子やスイッチ素子などの機能素子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）。これらの機能素子は、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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
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、機能素子に入力される光がＴＥ光として基板型光導波路のコアを導波される構成が採用されていた。しかしながら、基板型光導波路では、コアの側壁に荒れが生じ易く、その結果、コアの幅に鋭敏に反応するＴＥ光の伝送損失が大きくなり易い。このため、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、基板型光導波路に入力された光が機能素子に到達するまでに被る損失が大きくなり易いという問題があった。特に、光モジュールとして、フォトリソグラフィとドライエッチングにより形成されるシリコン導波路を採用した場合は、シリコン導波路のコアサイズが小さい場合が比較的多いため、上記の問題が顕著に表れる傾向にあった。
【０００５】
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が機能素子に到達するまでに被る損失を、従来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】
【０００６】
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光を導波する導波路、上記導波路を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する偏波回転素子、及び、上記ＴＥ光が入力される機能素子が内部に形成された基板型光導波路と、を備えており、上記導波路の長さＬは、ＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失をａ、ＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失をｂ、上記偏波回転素子の挿入損失をｃとして、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃを満たすように設定されている、ことを特徴とする。
【０００７】
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、ＴＥ光をＴＭ光に変換する他の偏波回転素子であり、上記導波路の長さＬは、上記他の偏波回転素子の挿入損失をｃ’として、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃ＋ｃ’を満たすように設定されている、ことが好ましい。
【０００８】
本発明の一態様に係る光モジュールにおいて、上記他の偏波回転素子は、上記基板型光導波路の内部に形成されている、ことが好ましい。
【０００９】
本発明の一態様に係る光モジュールにおいて、上記他の偏波回転素子は、上記基板型光導波路の外部に設けられている、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。
【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。
【００１２】
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。
【００１３】
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導波工程であって、上記第１入力工程にて入力されたＴＭ光を導波する導波工程と、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、上記導波工程にて導波された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光を上記機能素子に入力する第２入力工程と、を含んでおり、上記ＴＥ光を導波する導波路の長さＬは、ＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失をａ、ＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失をｂ、上記偏波回転工程における損失をｃとして、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃを満たすように設定されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
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が機能素子に到達するまでに被る損失を、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。
【００１５】
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が機能素子に到達するまでに被る損失を、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】
【００１６】
【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、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３】（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４】（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）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】
【００１７】
〔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。
【００１８】
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第１偏波回転素子１１（特許請求の範囲における「出力部」及び「他の偏波回転素子」に相当）、第１導波路１２（特許請求の範囲における「導波路」に相当）、第２偏波回転素子１３（特許請求の範囲における「偏波回転素子」に相当）、第２導波路１４、及び機能素子１５（特許請求の範囲における「機能素子」に相当）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。
【００１９】
光モジュール１に入力されたＴＥは、まず、第１偏波回転素子１１に入力される。第１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、第１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。第１偏波回転素子１１から出力されたＴＭ光は、第１導波路１２に入力される。第１導波路１２は、第１偏波回転素子１１からＴＭ光を導波する。なお、第１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、第１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以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。
【００２０】
第１導波路１２を導波されたＴＭ光は、第２偏波回転素子１３に入力される。第２偏波回転素子１３は、第１導波路１２を導波されたＴＭ光の偏光方向を９０°回転させる。これにより、第２偏波回転素子１３は、第１導波路１２を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。第２偏波回転素子１３から出力されたＴＥ光は、第２導波路１４に入力される。第２導波路１４は、第２偏波回転素子１３から出力されたＴＥ光を導波する。
【００２１】
第２導波路１４を導波されたＴＥ光は、機能素子１５に入力される。機能素子１５は、第２導波路１４を導波された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１５の機能は任意である。機能素子１５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１５が変調素子である場合、機能素子１５は、第２導波路１４を導波されたＴＥ光を変調する。機能素子１５が受光素子である場合、機能素子１５は、第２導波路１４を導波されたＴＥ光を電気信号に変換する。機能素子１５がスイッチ素子である場合、機能素子１５は、第２導波路１４を導波されたＴＥ光の経路を切り替える。
【００２２】
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、第１偏波回転素子１１、第１導波路１２、第２偏波回転素子１３、第２導波路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１１，１３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。
【００２３】
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。
【００２４】
（光モジュールの特徴）
従来の光モジュールにおいては、最終的に機能素子に入力される光がＴＥ光として基板型光導波路のコアを導波される。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、最終的に機能素子１５に入力される光がＴＭ光として基板型光導波路１０のコア１０３の少なくとも一部の区間を導波される。ここで、基板型光導波路１０のコア１０３において、機能素子１５に入力される光がＴＭ光として導波される上記の区間は、第１偏波回転素子１１から第２偏波回転素子１３までの区間、すなわち、第１導波路１２に相当する区間である。
【００２５】
シリコン導波路等の基板型光導波路１０においては、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）で研磨されるコア１０３の上壁の方が、フォトリソグラフィとドライエッチングとにより形成されるコア１０３の側壁よりも、荒れが生じ難い。このため、コア１０３の幅よりもコア１０３の高さの影響を強く受けるＴＭ光の方が、コア１０３の高さよりもコア１０３の幅の影響を強く受けるＴＥ光よりも、単位長さあたりの伝搬損失が小さくなる。例えば、典型的な設計のコア１０３において、ＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失は、０．２ｄＢ／ｍｍ程度であるのに対して、ＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失は、０．１ｄＢ／ｍｍ程度である。このため、本実施形態に係る光モジュール１によれば、第１偏波回転素子１１から出力された光が機能素子１５に到達するまでに被る損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることができる。なお、上記の効果は、コア１０３の上壁の方がコア１０３の側壁よりも荒れが生じ易い場合、一般的に得られる効果であり、コア１０３の上壁及び側壁の形成方法は、上述した形成方法に限定されない。
【００２６】
なお、第２偏波回転素子１３の挿入損失を無視することができない場合には、第１導波路１２の長さを十分に大きく取り、第１導波路１２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、第２偏波回転素子１３の挿入したことによる伝送損失の増加を上回るようにすることが好ましい。
【００２７】
そこで、本実施形態に係る光モジュール１においては、第１導波路１２の長さを以下のように設定している。すなわち、第２偏波回転素子１３の挿入損失をｃ（単位は、例えばｄＢ）、コア１０３におけるＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失をａ（単位は、例えばｄＢ／ｍｍ）、コア１０３におけるＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失をｂ（単位は、例えばｄＢ／ｍｍ）として、第１導波路１２の長さＬ（単位は、例えばｍｍ）を、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃを満たすように設定している。これにより、第２偏波回転素子１３の挿入損失を無視することができない場合であっても、第１導波路１２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、第２偏波回転素子１３の挿入したことによる伝送損失の増加を上回る。
【００２８】
また、第２偏波回転素子１３の挿入損失に加えて、第１偏波回転素子１１の挿入損失を無視することができない場合には、第１導波路１２の長さを更に大きく取り、第１導波路１２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、第１偏波回転素子１１及び第２偏波回転素子１３の挿入したことによる伝送損失の増加を上回るようにすることが好ましい。
【００２９】
そこで、本実施形態に係る光モジュール１においては、第１導波路１２の長さを以下のように設定している。すなわち、第１偏波回転素子１１の挿入損失をｃ’（単位は、例えばｄＢ／ｍｍ）として、第１導波路１２の長さＬを、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃ’＋ｃを満たすように設定している。これにより、第１導波路１２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、第１偏波回転素子１１及び第２偏波回転素子１３の挿入したことによる伝送損失の増加を上回る。
【００３０】
〔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２を参照して説明する。図２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２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。
【００３１】
光モジュール２は、図２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第１偏波回転素子２１（特許請求の範囲における「出力部」及び「他の偏波回転素子」に相当）、並びに、基板型光導波路２０の内部に設けられた第１導波路２２（特許請求の範囲における「導波路」に相当）、第２偏波回転素子２３（特許請求の範囲における「偏波回転素子」に相当）、第２導波路２４、及び機能素子２５（特許請求の範囲における「機能素子」に相当）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。
【００３２】
光モジュール２に入力されたＴＥは、まず、第１偏波回転素子２１に入力される。第１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、第１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。第１偏波回転素子２１から出力されたＴＭ光は、第１導波路２２に入力される。第１導波路２２は、第１偏波回転素子２１からＴＭ光を導波する。なお、第１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、第１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、第１偏波回転素子２１として用いている。
【００３３】
第１導波路２２を導波されたＴＭ光は、第２偏波回転素子２３に入力される。第２偏波回転素子２３は、第１導波路２２を導波されたＴＭ光の偏光方向を９０°回転させる。これにより、第２偏波回転素子２３は、第１導波路２２を導波されたＴＭ光をＴＥ光に変換する。第２偏波回転素子２３から出力されたＴＥ光は、第２導波路２４に入力される。第２導波路２４は、第２偏波回転素子２３から出力されたＴＥ光を導波する。
【００３４】
第２導波路２４を導波されたＴＥ光は、機能素子２５に入力される。機能素子２５は、第２導波路２４を導波された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２５の機能は任意である。機能素子２５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２５が変調素子である場合、機能素子２５は、第２導波路２４を導波されたＴＥ光を変調する。機能素子２５が受光素子である場合、機能素子２５は、第２導波路２４を導波されたＴＥ光を電気信号に変換する。機能素子２５がスイッチ素子である場合、機能素子２５は、第２導波路２４を導波されたＴＥ光の経路を切り替える。
【００３５】
基板型光導波路２０は、図２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、第１導波路２２、第２偏波回転素子２３、及び第２導波路２４として機能するように設計されている。
【００３６】
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。
【００３７】
（光モジュールの特徴）
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、最終的に機能素子２５に入力される光がＴＭ光として基板型光導波路２０のコア２０３の少なくとも一部の区間を導波される。ここで、基板型光導波路２０のコア２０３において、機能素子２５に入力される光がＴＭ光として導波される上記の区間は、基板型光導波路２０の入射端面から偏波回転素子２１までの区間、すなわち、第１導波路２２に相当する区間である。このため、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、偏波回転素子２１から出力された光が機能素子２５に到達するまでに被る損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることができる。なお、上記の効果は、コア２０３の上壁の方がコア２０３の側壁よりも荒れが生じ易い場合、一般的に得られる効果であり、コア２０３の上壁及び側壁の形成方法は、上述した形成方法に限定されない。
【００３８】
なお、第２偏波回転素子２３の挿入損失を無視することができない場合には、第１導波路２２の長さを十分に大きく取り、第１導波路２２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、第２偏波回転素子２３を挿入したことによる伝送損失の増加を上回るようにすることが好ましい。
【００３９】
そこで、本実施形態に係る光モジュール２においては、第１導波路２２の長さを以下のように設定している。すなわち、第２偏波回転素子２３の挿入損失をｃ（単位は、例えばｄＢ）、コア２０３におけるＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失をａ（単位は、例えばｄＢ／ｍｍ）、コア２０３におけるＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失をｂ（単位は、例えばｄＢ／ｍｍ）として、第１導波路２２の長さＬ（単位は、例えばｍｍ）を、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃを満たすように設定している。これにより、第２偏波回転素子２３の挿入損失を無視することができない場合であっても、第１導波路２２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、第２偏波回転素子２３の挿入したことによる伝送損失の増加を上回る。
【００４０】
なお、第２偏波回転素子２３の挿入損失に加えて、第１偏波回転素子２１の挿入損失を無視することができない場合には、第１導波路２２の長さを更に大きく取り、第１導波路２２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、第１偏波回転素子２１及び第２偏波回転素子２３を挿入したことによる伝送損失の増加を上回るようにすることが好ましい。
【００４１】
そこで、本実施形態に係る光モジュール２においては、第１導波路２２の長さを以下のように設定している。すなわち、第１偏波回転素子２１の挿入損失（コリメートレンズ２１ａ、１／２波長板２１ｂ、及び集光レンズ２１ｃの挿入損失の和）をｃ’（単位は、例えばｄＢ）として、第１導波路２２の長さＬを、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃ’＋ｃを満たすように設定している。これにより、第１偏波回転素子２１及び第２偏波回転素子２３の挿入損失を無視することができない場合であっても、第１導波路２２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、第１偏波回転素子２１及び第２偏波回転素子２３の挿入したことによる伝送損失の増加を上回る。
【００４２】
〔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３を参照して説明する。図３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３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。図３の（ｃ）は、光モジュール３を構成する基板型光導波路３０の入射端面を示す側面図である。図３の（ｄ）及び（ｅ）は、光モジュール３を構成する発光素子３１の出射端面を示す側面図である。
【００４３】
光モジュール３は、図３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（特許請求の範囲における「出力部」に相当）、並びに、基板型光導波路３０の内部に設けられた第１導波路３２（特許請求の範囲における「導波路」に相当）、偏波回転素子３３（特許請求の範囲における「偏波回転素子」に相当）、第２導波路３４、及び機能素子３５（特許請求の範囲における「機能素子」に相当）を備えている。
【００４４】
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。
【００４５】
発光素子３１から出力されたＴＭ光は、基板型光導波路１０の入射端面を介して第１導波路３２に入力される。第１導波路３２は、発光素子３１から出力されたＴＭ光を導波する。第１導波路３２を導波されたＴＭ光は、偏波回転素子３３に入力される。偏波回転素子３３は、第１導波路３２を導波されたＴＭ光の偏光方向を９０°回転させる。これにより、偏波回転素子３３は、第１導波路３２を導波されたＴＭ光をＴＥ（Transverse Electric）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。偏波回転素子３３から出力されたＴＥ光は、第２導波路３４に入力される。第２導波路３４は、偏波回転素子３３から出力されたＴＥ光を導波する。
【００４６】
第２導波路３４を導波されたＴＥ光は、機能素子３５に入力される。機能素子３５は、第２導波路３４を導波された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３５の機能は任意である。機能素子３５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３５が変調素子である場合、機能素子３５は、第２導波路３４を導波されたＴＥ光を変調する。機能素子３５が受光素子である場合、機能素子３５は、第２導波路３４を導波されたＴＥ光を電気信号に変換する。機能素子３５がスイッチ素子である場合、機能素子３５は、第２導波路３４を導波されたＴＥ光の経路を切り替える。
【００４７】
基板型光導波路３０は、図３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、第１導波路３２、偏波回転素子３３、及び第２導波路３４として機能するように設計されている。
【００４８】
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。
【００４９】
（光モジュールの特徴）
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、最終的に機能素子３５に入力される光がＴＭ光として基板型光導波路３０のコア３０３の少なくとも一部の区間を導波される。ここで、基板型光導波路３０のコア３０３において、機能素子３５に入力される光がＴＭ光として導波される上記の区間は、基板型光導波路３０の入射端面から偏波回転素子３３までの区間、すなわち、第１導波路３２に相当する区間である。このため、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、発光素子３１から出力された光が機能素子３５に到達するまでに被る損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることができる。なお、上記の効果は、コア３０３の上壁の方がコア３０３の側壁よりも荒れが生じ易い場合、一般的に得られる効果であり、コア３０３の上壁及び側壁の形成方法は、上述した形成方法に限定されない。
【００５０】
なお、偏波回転素子３３の挿入損失を無視することができない場合には、第１導波路３２の長さを十分に大きく取り、第１導波路３２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、偏波回転素子３３を挿入したことによる伝送損失の増加を上回るようにすることが好ましい。
【００５１】
そこで、本実施形態に係る光モジュール３においては、第１導波路３２の長さを以下のように設定している。すなわち、偏波回転素子３３の挿入損失をｃ（単位は、例えばｄＢ）、コア３０３におけるＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失をａ（単位は、例えばｄＢ／ｍｍ）、コア３０３におけるＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失をｂ（単位は、例えばｄＢ／ｍｍ）として、第１導波路３２の長さＬ（単位は、例えばｍｍ）を、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃを満たすように設定している。これにより、偏波回転素子３３の挿入損失を無視することができない場合であっても、第１導波路３２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、偏波回転素子３３を挿入したことによる伝送損失の増加を上回る。
【００５２】
〔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４を参照して説明する。図４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４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。図４の（ｃ）は、光モジュール４を構成する基板型光導波路４０の入射端面を示す側面図である。図４の（ｄ）は、光モジュール４を構成する偏波保持ファイバ４１の出射端面を示す側面図である。
【００５３】
光モジュール４は、図４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（特許請求の範囲における「出力部」に相当）、並びに、基板型光導波路４０の内部に設けられた第１導波路４２（特許請求の範囲における「導波路」に相当）、偏波回転素子４３（特許請求の範囲における「偏波回転素子」に相当）、第２導波路４４、及び機能素子４５（特許請求の範囲における「機能素子」に相当）を備えている。
【００５４】
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、不図示の光源から、（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。
【００５５】
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第１導波路４２に入力される。第１導波路４２は、偏波保持ファイバ４１から出力されたＴＭ光を導波する。第１導波路４２を導波されたＴＭ光は、偏波回転素子４３に入力される。偏波回転素子４３は、第１導波路４２を導波されたＴＭ光の偏光方向を９０°回転させる。これにより、偏波回転素子４３は、第１導波路４２を導波されたＴＭ光をＴＥ（Transverse Electric）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。偏波回転素子４３から出力されたＴＥ光は、第２導波路４４に入力される。第２導波路４４は、偏波回転素子４３から出力されたＴＥ光を導波する。
【００５６】
第２導波路４４を導波されたＴＥ光は、機能素子４５に入力される。機能素子４５は、第２導波路４４を導波された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４５の機能は任意である。機能素子４５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４５が変調素子である場合、機能素子４５は、第２導波路４４を導波されたＴＥ光を変調する。機能素子４５が受光素子である場合、機能素子４５は、第２導波路４４を導波されたＴＥ光を電気信号に変換する。機能素子４５がスイッチ素子である場合、機能素子４５は、第２導波路４４を導波されたＴＥ光の経路を切り替える。
【００５７】
基板型光導波路４０は、図４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、第１導波路４２、偏波回転素子４３、及び第２導波路４４として機能するように設計されている。
【００５８】
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。
【００５９】
また、本実施形態に係る光モジュール４においては、第１導波路４２の入射端近傍に、ＴＭ光を選択的に透過する偏光スプリッタを挿入してもよい。これにより、偏波保持ファイバ４１の出力光にＴＥ光が含まれる場合であっても、第１導波路４２を導波されるＴＭ光の偏波消光比を大きく保つことが可能になる。なお、シリコン導波に実装可能な偏光スプリッタを開示した文献としては、Hiroshi Fukuda, et.al, "Ultrasmall polarization splitter based on silicon wire waveguides", OPTICS EXPRESS, Vol 14, No.25, p12401-p12408, ２００６年１２月１１日などが挙げられる。
【００６０】
（光モジュールの特徴）
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、最終的に機能素子４５に入力される光がＴＭ光として基板型光導波路４０のコア４０３の少なくとも一部の区間を導波される。ここで、基板型光導波路４０のコア４０３において、機能素子４５に入力される光がＴＭ光として導波される上記の区間は、基板型光導波路４０の入射端面から偏波回転素子４３までの区間、すなわち、第１導波路４２ に相当する区間である。このため、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、偏波保持ファイバ４１から出力された光が機能素子４５に到達するまでに被る損失を、従来の光モジュールよりも小さく抑えることができる。なお、上記の効果は、コア４０３の上壁の方がコア４０３の側壁よりも荒れが生じ易い場合、一般的に得られる効果であり、コア４０３の上壁及び側壁の形成方法は、上述した形成方法に限定されない。
【００６１】
なお、偏波回転素子４３の挿入損失を無視することができない場合には、第１導波路４２の長さを十分に大きく取り、第１導波路４２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、偏波回転素子４３を挿入したことによる伝送損失の増加を上回るようにすることが好ましい。
【００６２】
そこで、本実施形態に係る光モジュール４においては、第１導波路４２の長さを以下のように設定している。すなわち、偏波回転素子４３の挿入損失をｃ（単位は、例えばｄＢ）、コア４０３におけるＴＥ光の単位長さあたりの伝搬損失をａ（単位は、例えばｄＢ／ｍｍ）、コア４０３におけるＴＭ光の単位長さあたりの伝搬損失をｂ（単位は、例えばｄＢ／ｍｍ）として、第１導波路４２の長さＬ（単位は、例えばｍｍ）を、ａ×Ｌ＞ｂ×Ｌ＋ｃを満たすように設定している。これにより、偏波回転素子４３の挿入損失を無視することができない場合であっても、第１導波路４２を導波される光をＴＥ光からＴＭ光に置き換えたことによる伝送損失の減少が、偏波回転素子４３を挿入したことによる伝送損失の増加を上回る。
【００６３】
〔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】
【００６４】
１，２，３，４            光モジュール
１０，２０，３０，４０    基板型光導波路
１１，２１                第１偏波回転素子
３１，４１                発光素子，偏波保持ファイバ
１２，２２，３２，４２    第１導波路
１３，２３                第２偏波回転素子
３３，４３                偏波回転素子
１４，２４，３４，４４    第２導波路
１５，２５，３５，４５    機能素子
【図１】
2019101257.tif 000003
【図２】
2019101257.tif 000004
【図３】
2019101257.tif 000005
【図４】
2019101257.tif 000006