(57)【要約】      （修正有）【課題】従来よりも構造を簡単にする偏波変換素子を提供する。【解決手段】共通平面８ａの上側に、コア７と、コアの周囲に設けられたクラッド９とを備える光導波路６を有する光素子１０であって、光導波路が、共通平面に直角な方向に関して屈折率が非対称な断面形状を持ち、所定の伝搬モードの次数を有する所定偏波である第１光Ｌ１を、所定の伝搬モードの次数とは異なる次数、且つ、所定偏波とは異なる偏波を持つ第２光Ｌ２に変換可能であり、光導波路の光伝搬方向に沿った長さＬｃが、Ｌｃ≦λ／（２ΔＮ）（ここで、λは、第１及び第２光の波長であり、ΔＮは、第１及び第２光の等価屈折率差である）で表される。【選択図】図１
2015152633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通平面の上側に、コアと、該コアの周囲に設けられたクラッドとを備える光導波路を有する光素子であって、
前記光導波路が、前記共通平面に直角な方向に関して屈折率が非対称な断面形状を持ち、
所定の伝搬モードの次数を有する所定偏波である第１光を、前記所定の伝搬モードの次数とは異なる次数、且つ、前記所定偏波とは異なる偏波を持つ第２光に変換可能であり、
前記光導波路の光伝搬方向に沿った長さＬｃが、下記式（１）で与えられることを特徴とする光素子。
Ｌｃ≦λ／（２ΔＮ）・・・（１）
（ここで、λは、第１及び第２光の波長であり、ΔＮは、第１及び第２光の等価屈折率差である）
【請求項２】
前記光導波路の前記コアの光伝搬方向に直角、且つ、前記共通平面に平行な方向の長さである幅が、光伝搬方向に沿って変化していることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記幅が、光伝搬方向に沿って、線形に変化していることを特徴とする請求項２に記載の光素子。
【請求項４】
前記コアの前記光導波路の光伝搬方向に直角な断面形状が、前記共通平面と平行に配置された底辺を有する等脚台形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光素子。
【請求項５】
前記光導波路の前記コアの光伝搬方向に直角な断面形状が、前記共通平面と平行に配置された底辺を有する二等辺三角形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光素子。
【請求項６】
前記コアの屈折率に対して、前記クラッドの屈折率が７１．４％未満であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光素子。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の光素子と、回折格子とを備え、
前記光素子が、複数波長の光が同時に入出力される前記回折格子の光入力部に設けられており、前記回折格子が、エシェル型回折格子又はアレイ導波路回折格子であることを特徴とする波長合分波素子。
【請求項８】
請求項１〜６の何れか一項に記載の光素子と、
該光素子の出力側に接続された第１及び第２光導波路の一端部を備えた光分岐部と、
それぞれの他端部で互いに接続された前記第１及び第２光導波路とを備える環状光導波路と、
該環状光導波路に介在する１個以上の波長フィルタとを備え、
前記光素子は、対称モード且つ一方の偏波を有する第１光成分と、対称モード且つ前記一方の偏波と直交する他方の偏波を有する第２光成分とを含む複数波長の入力光において、前記第１光成分を、前記他方の偏波と反対称モードを有する第３光成分に変換し、
前記光分岐部は、前記第１成分光を前記第１及び第２光導波路に等分配し、前記第３成分光の前記反対称モードを、位相差がπである第１及び第２要素光に分離して、それぞれ、前記第１及び第２光導波路に分配し、
前記波長フィルタから、前記他方の偏波を有する特定波長の出力光を出力させることを特徴とする波長合分波素子。
【請求項９】
前記波長フィルタが、方向性結合器又はリング型干渉器であり、前記リング型干渉器は、前記第１及び第２光導波路に光結合可能な間隔で近接配置された無端状のリング形光導波路と、該リング形光導波路に光結合可能な間隔に配置された出力用光導波路とを備えることを特徴とする請求項８に記載の波長合分波素子。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波変換を行う光導波路を備えた光素子及びこの素子を用いた波長合分波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
加入者側から局側への光伝送（上り通信）と、局側から加入者側への光伝送（下り通信）とを１本の光ファイバで行う光加入者系通信システムにおいては、上り通信及び下り通信に異なる波長の光を用いることがある。光加入者系システムで現在主流となっているのが、双方向で１Ｇｂｐｓ以上の速度で通信可能なＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）である。近年、ＧＥ−ＰＯＮに代わる次世代の技術として、通信に用いる波長の多重度を上げたＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）−ＰＯＮが検討されている。ＷＤＭ−ＰＯＮでは、原理的には、双方向で１０Ｇｂｐｓを超える通信速度が得られる。
【０００３】
ＷＤＭ−ＰＯＮでは、通信に用いる光ファイバの局側及び加入者側の端部にそれぞれ局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）と、加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）とが設けられる。これらの終端装置には、発光素子、受光素子及び複数波長の光を合分波する波長合分波素子が備えられる。
【０００４】
一般に、発光素子、受光素子、及び波長合分波素子は、光導波路を備えた共通基板に集積される（例えば、非特許文献１及び特許文献１〜６参照）。
【０００５】
近年、これらの素子間接続には、シリコン（Ｓｉ）を材料とするコアと、Ｓｉとの屈折率差が大きな酸化シリコン（ＳｉＯ２）を材料とするクラッドとを用いたＳｉ光導波路が用いられる。Ｓｉ光導波路は、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも非常に大きいので、光の閉じ込めが強く、光を１μｍ程度の小さい曲率半径で曲げる湾曲光導波路を形成できる。また、Ｓｉ電子デバイスの加工技術を利用して製造できるために、きわめて微細なサブミクロンの断面構造を実現できる。これらのことから、Ｓｉ光導波路を用いることで素子サイズを小型化することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｄｉｇｅｓｔ  ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ  ２０１０，ｐａｐｅｒ  ＯＷＪ３，  ２０１０年３月
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９８９１４号公報
【特許文献２】米国特許第４８６０２９４号明細書
【特許文献３】米国特許第５７６４８２６号明細書
【特許文献４】米国特許第５９６０１３５号明細書
【特許文献５】米国特許第７０７２５４１号明細書
【特許文献６】特開平８−１６３０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
Ｓｉ光導波路を用いた波長合分波素子の現在の主流は、マッハツェンダ干渉器型、方向性結合器型等の干渉現象を利用したものである。
【０００９】
しかし、これらの波長合分波素子では、Ｓｉ光導波路における大きな偏波依存性が問題となっている。
【００１０】
偏波依存性を解消する技術として、偏波を一旦分離して、分離した偏波毎に同様の処理を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１，非特許文献１及びＯｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．２０，ｐ．Ｂ４９３  ２０１２年１２月１０日参照）。しかし、この技術では、偏波毎に同機能の光処理回路が必要となるため、素子が複雑且つ大型化してしまう。
【００１１】
また、偏波依存性を解消する別の技術として、偏波無依存な構造を有する光導波路を用いる方法が提案されている（例えば、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｎｏ．６４７６０２，２００７年参照）。しかし、この技術では、伝搬特性や、波長分離特性等が偏波に拠らず等しい構造が要求されるため、素子の設計が難しい上に、厳しい寸法精度が要求される。
【００１２】
偏波依存性を解消する更に別の技術として、偏波変換を利用する技術が提案されている（例えば、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．１９，ｐ．１０９４０  ２０１１年５月２０日，及びＯｐｔｉｃａｌ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．２０，ｐ．１３４２５  ２０１２年５月３１日参照）。この技術では、一方の偏波（例えばＴＭ波）を他方の偏波（例えばＴＥ波）へと変換することで偏波を揃え、その偏波（例えばＴＥ波）用の一素子で処理を行う。偏波変換の方法としては、コアの上下で異なる屈折率のクラッドを用いたり、断面形状が凸形のコアを用いたりする方法が提案されている。
【００１３】
本発明は、このような技術的背景でなされた。従って、本発明の目的は、従来よりも構造が簡単な偏波変換部を備えた光素子、及びこの素子を用いた波長合分波素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明者は、鋭意検討の結果、断面が等脚台形状のコアを備え、コアの屈折率分布が光伝搬方向に対して直角方向に非対称な光導波路により、上述の目的を達成できることに想到した。
【００１５】
従って、本発明の光素子は、共通平面の上側に、コアと、コアの周囲に設けられたクラッドとを備える光導波路を有する光素子である。
【００１６】
ここで、光導波路が、共通平面に直角な方向に関して屈折率が非対称な断面形状を持ち、所定の伝搬モードの次数を有する所定偏波である第１光を、所定の伝搬モードの次数とは異なる次数、且つ、所定偏波とは異なる偏波を持つ第２光に変換可能である。
【００１７】
そして、光導波路の光伝搬方向に沿った長さＬｃが、下記式（１）で表される。
【００１８】
Ｌｃ＝λ／（２ΔＮ）・・・（１）
（ここで、λは、第１及び第２光の波長であり、ΔＮは、第１及び第２光の等価屈折率差である）
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光素子によれば、従来よりも構造が簡単な偏波変換部を備えた光素子、及びこの素子を用いた波長合分波素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（Ａ）は、光素子の構成を模式的に示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った切断端面図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、傾斜角θが、それぞれ１０°及び２０°の場合の、次数の異なる各伝搬モードの等価屈折率を示す特性図を、計算に用いた偏波変換部の模式図とともに示す。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、ＴＥ波の１次モード光及びＴＭ波の０次モード光の強度分布を示す分布図である。
【図４】光素子の偏波変換の波長依存性の説明に供する特性図である。
【図５】（Ａ）は、第１実施形態の波長合分波素子の平面図であり、（Ｂ）は、この波長合分波素子の光入力部の要部拡大平面図であり、（Ｃ）は、この波長合分波素子の光出力部の要部拡大平面図である。
【図６】第２実施形態の波長合分波素子の平面図である。
【図７】（Ａ）は、第３実施形態の波長合分波素子の全体構成を概略的に示す模式図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の光入力部の要部拡大平面図である。
【図８】第４実施形態の波長合分波素子の全体構成を概略的に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図では構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、本発明が理解できる程度に概略的に示している。また、以下の各実施形態は、本発明の一好適例であり、各構成要素の材質や数値的条件なども、好適な場合の例示に過ぎない。従って、本発明は、以下の各実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２２】
（発明の概要）
図１を参照して、この発明の光素子の概要について説明する。
【００２３】
図１（Ａ）は、光素子の構成を模式的に示す斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った切断端面図である。
【００２４】
（光素子の概要）
図１（Ａ）に示すように、光素子１０は、コア７と、コア７の周囲を囲むクラッド９とを備えた光導波路６で構成されている。コア７は、光伝搬方向Ｒに沿って、第１光導波路１２と、偏波変換部１４と、第２光導波路１６とを備える。
【００２５】
そして、第１光導波路１２の一端面Ｓ１からは、波長が等しいＴＥ波の０次モード光ＴＥ０と、ＴＭ波の０次モード光ＴＭ０とを含む第１光Ｌ１が入力される。すると、光伝搬方向Ｒに直角な断面形状が図１（Ｂ）に示すような等脚台形状の偏波変換部１４で、ＴＭ波の０次モード光ＴＭ０がＴＥ波の１次モード光ＴＥ１へと変換される。なお、ＴＥ波の０次モード光ＴＥ０は偏波変換されない。その結果、第２光導波路１６の他端面Ｓ２からは、ＴＥ波の０次及び１次モード光ＴＥ０及びＴＥ１を含む第２光Ｌ２が出力される。
【００２６】
なお、図１（Ａ）に示したＴＭ０からＴＥ１への変換は、光素子１０の偏波変換の一例であり、他の伝搬モード間での偏波変換も可能である。ただ、偏波変換部１４のコアの断面形状が等脚台形状の場合には、伝搬定数が等しい２つの光の間で、偏波と伝搬モード次数とが同時に変換されることが、シミュレーションより明らかになっている。
【００２７】
光では逆過程が成り立つので、他端面Ｓ２から、ＴＥ波の０次及びＴＥ波の１次モード光ＴＥ０及びＴＥ１を含む光を入力すると、一端面Ｓ１から、ＴＥ波の０次モード光ＴＥ０、及びＴＭ波の０次モード光ＴＭ０を含む光が出力される。
【００２８】
また、他端面Ｓ２からＴＥ波の０次モード光ＴＥ０と、ＴＭ波の０次モード光ＴＭ０とを入力すると、一端面Ｓ１からは、ＴＥ波の０次モード光ＴＥ０とＴＥ波の１次モード光ＴＥ１とが出力される。
【００２９】
（構造）
図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、光素子１０の構造について説明する。
【００３０】
光素子１０は、基板８の主面である共通平面８ａの上側に設けられている。以下の説明において、光伝搬方向Ｒに沿った幾何学的長さを「長さ」とも称し、共通平面８ａに直角な方向に沿った幾何学的長さを「高さ」又は「厚み」とも称し、共通平面８ａと長さ方向の両者に直角な方向に沿った幾何学的長さを「幅」とも称する。また、光伝搬方向Ｒに直角な断面を「横断面」とも称する。
【００３１】
偏波変換部１４は、高さ方向に関して屈折率が非対称な断面形状を持つ。詳細には、図１（Ｂ）に示すように、この例では、偏波変換部１４は、光伝搬方向Ｒに直角な断面が等脚台形状である。等脚台形の斜面の傾き角はθである。この等脚台形の斜面の部分で、屈折率の非対称性が生じている。なお、偏波変換部１４の断面形状は、等脚台形と同様の屈折率の非対称性を有する二等辺三角形状でもよい。
【００３２】
また、偏波変換部１４は、光伝搬方向Ｒに沿って幅が線形に大きくなっていく等脚台形状の平面形状を持つ。このように、偏波変換部１４の幅を変化させているのは、ある波長範囲の光で偏波を変換するためである。単一波長光で偏波変換を行うためには、偏波変換部１４はその波長に応じた一定幅でよい。
【００３３】
さらに、偏波変換部１４の長さＬｃは、実用上十分な変換効率で偏波変換を行うために、λ／（２ΔＮ）であることが好ましい。ここで、λは、偏波変換される光の波長である。また、ΔＮは、この波長λにおける偏波変換前後の光の等価屈折率差である。なお、ΔＮについては次項で詳述する。
【００３４】
なお、この例のように、第１及び第２光導波路１２及び１６の横断面形状が、偏波変換部１４の両端面とそれぞれ等しい等脚台形状である場合には、これらの光導波路１２及び１６でも、補助的に偏波が変換されるので、Ｌｃは、λ／（２ΔＮ）よりも短くともよい。
【００３５】
第１光導波路１２は、偏波変換部１４の幅が狭い側の端面に接続されている。同様に、第２光導波路１６は、偏波変換部１４の幅が広い側の端面に接続されている。なお、第１及び第２光導波路１２及び１６は、基本的には、偏波変換部１４への光の入出力に用いられるだけであるので、横断面形状は、等脚台形状に限定されず、偏波変換部１４と厚みが等しい矩形状でも良い。
【００３６】
この例では、コア７は、屈折率が約３．４７のＳｉである。また、コア７の周囲を覆うクラッド９は、屈折率が約１．４６のＳｉＯ２である。すなわち、この例では、光素子１０は、クラッド９が、コア７の７１．４％未満の屈折率の材料からなるＳｉ光導波路からなる。
【００３７】
ただ、光素子１０を構成するクラッド９の屈折率は、上述した値に限定されず、クラッド９の屈折率が、コア７の７１．４％以上であってもよい。その場合、偏波変換部１４の屈折率の非対称性が減少し、上述のΔＮが小さくなるので、偏波変換部１４の長さＬｃが大きくなる。
【００３８】
また、基板８はこの例では単結晶Ｓｉの平行平板である。共通平面８ａ（基板８の主面）とコア７の底面との間には、１μｍ以上のクラッド９が存在することが好ましい。これにより、コア７を伝搬する光の基板８への放射を実用上十分な程度まで低減できる。
【００３９】
（偏波変換の原理）
図２を参照して、偏波変換の原理について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、傾斜角θが、それぞれ１０°及び２０°の場合の、次数の異なる各伝搬モードの等価屈折率を示す特性図を、計算に用いた偏波変換部１４の模式図とともに示す。図２（Ａ）及び（Ｂ）に共通して、横軸は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示した偏波変換部１４の横断面の底辺（下底）の幅（ｎｍ）を示し、縦軸は、等価屈折率（無次元）を示す。
【００４０】
なお、このシミュレーションでは、単一波長（波長：１５５０ｎｍ）の偏波変換を想定しているので、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、偏波変換部１４の底辺の幅Ｗを、光伝搬方向Ｒに沿って一定とした。また、偏波変換部１４の底面の上方の上クラッド９ａと下方の下クラッド９ｂにそれぞれ異なる屈折率を仮定した。また、計算は有限要素法を用いた。
【００４１】
以下に、図２（Ａ）及び（Ｂ）に共通するシミュレーション条件を示す。
１）偏波変換部１４の厚みを２２０ｎｍとした。
２）コア７の屈折率を３．４７とした。
３）上クラッド９ａの屈折率を１．４６とし、下クラッド９ｂの屈折率を１．４４とした。
【００４２】
図２（Ａ）及び（Ｂ）には、それぞれ３本の曲線が示されており、曲線ＴＥ０，ＴＥ１及びＴＭ０がそれぞれ、ＴＥ波の０次モード光，ＴＥ波の１次モード光，及びＴＭ波の０次モード光に対応する。両図に共通して、曲線ＴＥ１とＴＭ０の等価屈折率差が最小となる点を点線で囲んでいる。上述のΔＮは、この最小点におけるＴＥ波の１次モード光とＴＭ波の０次モード光の等価屈折率差である。
【００４３】
これらの等価屈折率差の最小点において、ＴＥ波の１次モード光ＴＥ１とＴＭ波の０次モード光ＴＭ０のモードカップリングが生じる。その結果、両光ＴＥ１とＴＭ０は、言わば、両光の電場が複雑に混合したカップリングモードを生成する。偏波変換は、このカップリングモードを利用して行われる。すなわち、カップリングモード状態である両光ＴＥ１及びＴＭ０を、上述のＬｃ（＝λ／（２ΔＮ））の長さを伝搬させると、入力されたＴＭ波の０次モード光は、ＴＥ波の１次モード光へと変換される。
【００４４】
θ＝１０°である図２（Ａ）では、点線で囲んだ領域での等価屈折率差の最小値ΔＮは約０．０４であり、上述の式から、Ｌｃ≒１９μｍとなる。同様に、θ＝２０°の図２（Ｂ）では、ΔＮ≒０．０８であり、Ｌｃ≒９．７μｍとなる。これらより、θが大きいほど、両光ＴＥ１とＴＭ０のカップリングが強くなり、短いＬｃで実用上十分な効率で偏波が変換されることが分かる。
【００４５】
次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、この偏波変換の様子について説明する。図３は、光素子１０中で生じる偏波変換の様子を示し、（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、ＴＥ波の１次モード光及びＴＭ波の０次モード光の強度分布を示す分布図である。なお、両図では、グレースケールで電場強度を示しており、色が白いほど電場強度が大きいことを示す。
【００４６】
なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）は、図２（Ａ）の条件を元にしてＦＤＴＤ（Finite-difference time-domain）法で計算して得られた図である。ただ、一定幅Ｗの偏波変換部１４のみで計算を行った図２（Ａ）に対し、図３（Ａ）及び（Ｂ）では、第１及び第２光導波路１２及び１６と、幅Ｗが変化する偏波変換部１４とを備えた光素子１０で計算を行った。
【００４７】
以下に、シミュレーションにおいて図２（Ａ）とは異なる条件を示す。
１）第１光導波路１２の底辺の幅を６９０ｎｍとし、長さは６μｍとした。
２）偏波変換部１４の長さを１２μｍとし、底辺の幅を６９０ｎｍから７２０ｎｍまで拡大した。
３）第２光導波路１２の長さを１１μｍとし、底辺の幅を７２０ｎｍ〜１０００ｎｍまで拡大した。
【００４８】
図３（Ａ）及び（Ｂ）を比較すると、入力されたＴＭ波の０次モード光は、略全てがＴＥ波の１次モード光に変換されていることが分かる。
【００４９】
また、上述の計算より求めた偏波変換部１４の長さＬｃは、図２（Ａ）の構造では約１９μｍであるのに対し、図３では、長さが１２μｍで、ほぼ完全に偏波変換が完了している。これは、断面形状が、等脚台形状の第１及び第２光導波路１２及び１６でも補助的に偏波変換が生じているためである。
【００５０】
次に、図４を参照して、光素子１０の偏波変換の波長依存性について説明する。図４は、光素子の偏波変換特性を示す特性図である。曲線Ｉは、入力したＴＭ波の０次モード光の光強度に対して、偏波変換後のＴＥ波の１次モード光の強度比を示す。また、曲線ＩＩは、入力したＴＭ波の０次モード光の光強度に対して、偏波変換されずに出力されたＴＭ波の０次モード光の強度比を示す。図の横軸は、波長（μｍ）を示し、縦軸は、上述の光強度比（ｄＢ）を示す。なお、シミュレーションは、図３で用いた素子に、ＦＤＴＤ法のパルス光を入力して求めた。
【００５１】
図４を参照すると、波長が約１．５２μ付近で偏波変換効率が最大となっており、このときの残留ＴＭ波の０次モード光は、−１５ｄＢ以下である。また、曲線ＩＩを参照すると、光強度比が最小となる波長には、約３０ｎｍの波長幅がある。これは、図３の偏波変換部１４の幅Ｗが６９０ｎｍ〜７２０ｎｍまで拡大しているためである。これにより、実用上十分な変換効率で偏波変換が行われる波長幅が約３０ｎｍまで拡大したものと思われる。
【００５２】
（等脚台形状の光導波路の製造方法）
偏波変換部１４で用いられる等脚台形状のコア７の製造には、例えば、誘導結合型（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法を用いることができる。ＩＣＰ−ＲＩＥ法においては、プラズマを生成するアンテナ電力と、電極と基板との間の電位差を決めるバイアス電力とを独立に調整することができる。これらの電力を所望に調整することにより、プラズマ中のラジカルによる等方性エッチングと、プラズマ中のイオンによる異方性エッチングの比率を変化させることができ、偏波変換部１４の傾斜角θを０°〜３０°の範囲で制御可能である。
【００５３】
なお、第１及び第２光導波路１２及び１６と、偏波変換部１４とは、Ｓｉ光導波路製に限定されず、石英系導波路、化合物半導体系導波路等、光導波路として公知の種々の材料で形成できる。
【００５４】
（第１実施形態の波長合分波素子）
図５を参照して、本発明の光素子を備えた第１実施形態の波長合分波素子について説明する。
【００５５】
図５（Ａ）は、第１実施形態の波長合分波素子の平面図である。図５（Ｂ）は、この波長合分波素子の光入力部の要部拡大平面図である。図５（Ｃ）は、この波長合分波素子の光出力部の要部拡大平面図である。なお、図５（Ａ）〜（Ｃ）においては、クラッドの図示を省略している。また、図５（Ａ）においては、チャネル型光導波路を実線で示している。
【００５６】
図５（Ａ）を参照すると、波長合分波素子３０は、周知のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）である。以下、波長合分波素子３０を単にＡＷＧ３０とも称する。
【００５７】
ＡＷＧ３０は、略扇状の第１及び第２平面型光導波路３２及び３４と、両者３２及び３４を接続する光路長が規則的に変化する３本以上のチャネル型光導波路で構成されるアレイ導波路３６と、第１平面型光導波路３２の光入力部４２に設けられた偏波変換部１４とを備える。ここで、「光路長」とは、光導波路の幾何学的な長さに、所定の波長の光に関する光導波路の等価屈折率を乗じた光学的長さのことである。
【００５８】
ＡＷＧ３０は、さらに、偏波変換部１４に接続された入力用光導波路３８と、第２平面型光導波路３４に接続された複数の出力用光導波路４０を備える。この接続された部分を光出力部４４とする。
【００５９】
概略的に、ＴＥ波の０次モード光ＴＥ０及びＴＭ波の０次モード光ＴＭ０の両者をそれぞれ含む複数波長（λ１〜λｎ）の第１光Ｌ１は、入力用光導波路３８を伝搬し、光入力部４２に設けられた偏波変換部１４に入力される。そして、図５（Ｂ）に示すように、ＴＭ波の０次モード光ＴＭ０は、ＴＥ波の１次モード光ＴＥ１へと偏波変換される。
【００６０】
その結果、第１平面型光導波路３２には、波長がλ１〜λｎのＴＥ波の０次及び１次モード光ＴＥ０及びＴＥ１が入力される。
【００６１】
これらの光は、第１平面型光導波路３２中を回折しながら広がり、導波路アレイ３６に入射して伝搬する。光路長が異なるアレイ導波路３６を伝搬する過程で、光には、波長λ１〜λｎごとに異なる位相差が付与される。その結果、アレイ導波路３６から第２平面型光導波路３４に入射した光は、図５（Ｃ）に示すように、ＴＥ波の０次及び１次モード光が波長λ１〜λｎごとに再生され、複数の出力用導波路４０の何れかから波長に応じた第２光Ｌ２（λ１）〜Ｌ２（λｎ）が出力される。
【００６２】
（第２実施形態の波長合分波素子）
図６を参照して、本発明の光素子を備えた第２実施形態の波長合分波素子について説明する。
【００６３】
図６は、第２実施形態の波長合分波素子の平面図である。なお、図６においては、クラッドの図示を省略している。また、チャネル型光導波路を実線で示している。
【００６４】
図６の波長合分波素子５０は、周知のエシェル型回折格子を利用して構成されている。以下、波長合分波素子５０を、単にエシェル型回折格子５０とも称する。
【００６５】
エシェル型回折格子５０は、平面型光導波路５２と、その一端面に設けられた回折格子５４と、入力用光導波路３８と、複数の出力用導波路４０と、偏波変換部１４とを備える。
【００６６】
平面型光導波路５２は、略扇形であり、一端面に回折格子５４が設けられており、一端面に対向する他端面に、チャネル型光導波路である入力用光導波路３８と、チャネル型光導波路である複数の出力用光導波路４０が設けられている。そして、入力用光導波路３８と平面型光導波路５２との間に偏波変換部１４を備える。
【００６７】
概略的に、ＴＥ波の０次モード光及びＴＭ波の０次モード光ＴＥ０及びＴＭ０の両者をそれぞれ含む複数波長（λ１〜λｎ）の第１光Ｌ１は、入力用光導波路３８を伝搬し、偏波変換部１４に入力される。そして、ＴＭ波の０次モード光ＴＭ０はＴＥ波の１次モード光ＴＥ１へと偏波変換される。その結果、平面型光導波路５２には、波長がλ１〜λｎのＴＥ波の０次及び１次モード光ＴＥ０及びＴＥ１が入力される。
【００６８】
これらの光は、平面型光導波路５２中を回折しながら広がり、回折格子５４に入射し、波長λ１〜λｎごとに異なる角度で反射され、複数の出力用光導波路４０のいずれかに、波長に応じて集光される。その結果、出力用光導波路４０に入力した光は、ＴＥ波の０次及び１次モード光が波長ごとに再生され、波長λ１〜λｎに応じて複数の出力用導波路４０の何れかから第２光Ｌ２（λ１）〜Ｌ２（λｎ）として出力される。
【００６９】
（第３実施形態の波長合分波素子）
図７を参照して、本発明の光素子を備えた第３実施形態の波長合分波素子について説明する。図７（Ａ）は、波長合分波素子の全体構成を概略的に示す模式図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の光入力部の要部拡大平面図である。
【００７０】
波長合分波素子６０は、光入力部６８と、第３及び第４光導波路６４ａ及び６４ｂと、３個の波長フィルタ６６ａ，６６ｂ及び６６ｃとを備える。光入力部６８は、光変換部１４と、光分岐部６２とを備える。また、光変換部１４には入力用光導波路３８が接続されている。
【００７１】
入力用光導波路３８は、チャネル型光導波路であり、ＴＥ波の０次モード光及びＴＭ波の０次モード光の両者をそれぞれ含む３波長λ１，λ２及びλ３を含む第１光Ｌ１が入力用光導波路３８を伝搬し、光入力部６８に設けられた光変換部１４に入力される。
【００７２】
偏波変換部１４は、図１と同様に構成されている。
【００７３】
光分岐部６２は、一端部が偏波変換部１４に接続され、他端部が第３及び第４光導波路６４ａ及び６４ｂに接続されて、いわゆるＹ分岐導波路を構成している。そして、第３及び第４光導波路６４ａ及び６４ｂの他端部は互いに接続され、環状導波路６４を形成している。
【００７４】
波長フィルタ６６ａ，６６ｂ及び６６ｃは、それぞれ環状導波路６４中に設けられる。波長フィルタ６６ａは、フィルタ本体Ｆ１と、フィルタ本体Ｆ１に接続された２本の出力用光導波路Ｆ１ａ及びＦ１ｂとを備える。波長フィルタＦ１は、波長λ１の光を波長分離して出力するように構成されている。同様に、波長フィルタ６６ｂ及び６６ｃは、それぞれ波長λ２及びλ３の光を波長分離して出力するように構成されている。
【００７５】
各波長フィルタ６６ａ，６６ｂ及び６６ｃは、選択波長が異なる以外は同様に構成されているので、以下、波長フィルタ６６ａを例に取り説明する。
【００７６】
波長フィルタ６６ａのフィルタ本体Ｆ１としては、波長λ１を選択可能な方向性結合器Ｆ１１（図７（Ａ）下吹き出し図参照）、又は、リング型干渉器Ｆ１２（図７（Ａ）上吹き出し部参照）等を用いることができる。
【００７７】
すなわち、フィルタ本体Ｆ１が方向性結合器Ｆ１１（ＤＣ）の場合には、光結合可能に環状導波路６４に波長分離用光導波路を近接配置する。選択波長は、方向性結合器の結合長を変えることで所望に調整する。そして、波長分離用光導波路の一端と他端とに出力用光導波路Ｆ１ａ及びＦ１ｂとを接続する。
【００７８】
フィルタ本体Ｆ１がリング型干渉器Ｆ１２の場合には、光結合可能に環状導波路６４に波長分離用の無端状のリング形光導波路Ｒを近接配置する。選択波長は、リング形光導波路Ｒの光路長を変えることで所望に調整する。そして、このリング形光導波路Ｒに、光結合可能な距離に波長分離用のチャネル型光導波路を近接配置し、この導波路の一端側を出力用光導波路Ｆ１ａとし、他端側を出力用光導波路Ｆ１ｂとする。
【００７９】
次に、図７（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、波長合分波素子６０の動作について説明する。
【００８０】
偏波変換部１４には、入力用光導波路３８から第１成分光ｅ１としてのＴＭ波の０次モード光ＴＭ０と、第２成分光ｅ２としてのＴＥ波の０次モード光ＴＥ０とが入力される。ここで、ＴＥ波の０次及びＴＭ波の０次モード光は、どちらも対称な伝搬モードを持つ。
【００８１】
偏波変換部１４は、第１成分光ｅ１としてのＴＭ波の０次モード光ＴＭ０を、第３成分光ｅ３である反対称モードで伝搬するＴＥ波の１次モード光へと変換する。
【００８２】
これにより、偏波変換部１４では、第２成分光ｅ２（ＴＥ波の０次モード光）と、第３成分光ｅ３（ＴＥ波の１次モード光）とが生成される。
【００８３】
続いて、光分岐部６２では、第２及び第３成分光ｅ２及びｅ３が、第３及び第４光導波路６４ａ及び６４ｂに分配される。より詳細には、対称モードである第２成分光ｅ２（ＴＥ波の０次モード光）は、光分岐部で第３及び第４光導波路６４ａ及び６４ｂに、要素光ｅ２−１及びｅ２−２として等分配される。それに対して、反対称モードである第３成分光ｅ３は、波面が分割されることにより、第３及び第４光導波路６４ａ及び６４ｂとの間で位相差がπを保った第１及び第２要素光ｅ３−１及びｅ３−２として分配される。
【００８４】
このようにして、第３及び第４光導波路６４ａ及び６４ｂに分割された光は、互いに逆方向に伝搬して、各波長フィルタ６６ａ〜６６ｃで波長選択されて出力される。
【００８５】
なお、波長合分波素子６０は、各波長フィルタ６６ａ〜６６ｃの出力用光導波路Ｆ１ａ及びＦ１ｂ、Ｆ２ａ及びＦ２ｂ、並びにＦ３ａ及びＦ３ｂに受光素子を設けることで、複数波長光を受信する受光器としても機能する。
【００８６】
（第４実施形態の波長合分波素子）
図８を、参照して、本発明の光素子を備えた第４実施形態の波長合分波素子について説明する。図８は、第４実施形態の波長合分波素子の全体構成を概略的に示す模式図である。
【００８７】
波長合分波素子７０は、第３及び第４光導波路６４ａ及び６４ｂが環状でなく、それぞれの他端部に第１及び第２出力部７６ａ及び７６ｂがそれぞれ接続されている以外は、第３実施形態の波長合分波素子６０と同様に構成されている。よって、以下、主に、この相違点について説明する。
【００８８】
第１出力部７６ａは、１入力２出力の波長フィルタ（以下、１×２フィルタとも称する）７２ａ，７４ａ及び７４ｂを備えている。１×２フィルタは、複数波長の光を所望に波長分離して、２個の出力ポートから出力する機能を持つ。１×２フィルタとしては、マッハツェンダ干渉器等を用いることができる。
【００８９】
第１出力部７６ａは、１段目の１×２フィルタ７２ａの二つの出力ポートのそれぞれに、２段目の１×２フィルタ７４ａ及び７４ｂが接続されている。その結果、第１出力部７６ａは、系外と接続可能な４個の出力ポートを備える。これにより、第３光導波路６４ａから入力された４波長の光を分離して系外に取り出すことができる。
【００９０】
なお、第１出力部７６ａは、１×２フィルタの段数を増やすことで、より多くの波長を分離することが可能となる。
【００９１】
第２出力部７６ｂは、第１出力部７６ａと同様に構成されているので、その説明を省略する。
【００９２】
なお、この例では、入力用光導波路３８から、複数波長の第１光Ｌ１を入力して、波長分離した第２光Ｌ２を出力する場合について説明したが、逆に、第２光Ｌ２を合波して、複数波長の第１光Ｌ１を入力用導波路３８から取り出すことも可能である。
【符号の説明】
【００９３】
６  光導波路
７  コア
８  基板
８ａ  共通平面
９  クラッド
９ａ  上クラッド
９ｂ  下クラッド
１０  光素子
１２  第１光導波路
１４  偏波変換部
１６  第２光導波路
３０，５０，６０，７０  波長合分波素子
３２  第１平面型光導波路
３４  第２平面型光導波路
３６  アレイ導波路
３８  入力用光導波路
４０  出力用光導波路
４２  光入力部
４４  光出力部
５２  平面型光導波路
５４  回折格子
６２  光分岐部
６４  環状導波路
６４ａ  第３光導波路
６４ｂ  第４光導波路
６６ａ、６６ｂ，６６ｃ  波長フィルタ
６８  光入力部
【図１】
2015152633.tif 000003
【図２】
2015152633.tif 000004
【図３】
2015152633.tif 000005
【図４】
2015152633.tif 000006
【図５】
2015152633.tif 000007
【図６】
2015152633.tif 000008
【図７】
2015152633.tif 000009
【図８】
2015152633.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月14日(2015.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
共通平面の上側に、コアと、該コアの周囲に設けられたクラッドとを備える光導波路を有する光素子であって、
前記コアが、前記共通平面に直角な方向に関して非対称な断面形状を持ち、
所定の伝搬モードの次数を有する所定偏波である第１光を、前記所定の伝搬モードの次数とは異なる次数、且つ、前記所定偏波とは異なる偏波を持つ第２光に変換可能であり、
前記光導波路の光伝搬方向に沿った長さＬｃが、下記式（１）で与えられることを特徴とする光素子。
Ｌｃ≦λ／（２ΔＮ）・・・（１）
（ここで、λは、第１及び第２光の波長であり、ΔＮは、第１及び第２光の等価屈折率差である）