(57)【要約】      （修正有）【課題】TM波に対してもTE波に対してもその偏波に依存することなく波長分離可能である光導波路素子を提供する。【解決手段】シリコン基板10、クラッド層12、入出力部30と、出力部36と、MMI型導波路部32と、このMMI型導波路部32の中央部分に設けられるグレーティング部34を備えている。入出力部30は、入力ポート20と出力ポート22を含んでいる。入出力部30及び出力部36は、リム部分がテーパ状にその幅が変化させてありこのテーパ構造のいずれかの箇所で、その幅がTM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。【選択図】図１
2015059982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力部と、多モード干渉(MMI: Multi Mode Interference)型導波路部と、当該MMI型導波路部の中央部分に設けられるグレーティング部を備え、
前記入出力部は、入力ポートと出力ポートを含んでおり、
前記入力ポート及び前記出力ポートは、リブ型導波路であり、当該リブ型導波路のいずれかの場所の幅が、TM(Transverse Magnetic)波基本伝搬モードとTE(Transverse Electric)波1次伝搬モードとが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されており、
前記入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光は、
TE波成分が基本伝搬モードで前記MMI型導波路部の中間部を通過して前記グレーティング部に達し、当該グレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、当該反射光は前記MMI型導波路部の中間部を通過して前記出力ポートからTE波基本伝搬モードで出力され、
TM波成分が前記入力ポートでTE波1次伝搬モードに変換されて前記MMI型導波路部の中間部を通過して前記グレーティング部に達し、当該グレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、当該反射光は前記MMI型導波路部の中間部を通過して、前記出力ポートでTM波基本伝搬モードに変換されて出力される
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
入出力部と、多モード干渉(MMI: Multi Mode Interference)型導波路部と、グレーティング部をこの順に備え、
前記入出力部は、入力ポートと出力ポートを含んでおり、
前記入力ポート及び前記出力ポートは、リブ型導波路であり、当該リブ型導波路のいずれかの場所の幅が、TM(Transverse Magnetic)波基本伝搬モードとTE(Transverse Electric)波1次伝搬モードとを相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されており、
前記グレーティング部は、第1グレーティング導波路と第2グレーティング導波路を備えており、
前記第1グレーティング導波路と前記第2グレーティング導波路は、共に導波路の両側面が周期的に凹凸を繰り返すグレーティング側面を有し、当該グレーティングの周期で定まる特定波長成分に対して、TE波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モード間の相互変換がなされるように、当該側面の凹凸形状は互いに半周期ずれて構成されており、
前記入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光は、
TE波成分が基本伝搬モードで前記MMI型導波路部を通過して前記グレーティング部に達し、当該グレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、当該反射光は前記MMI型導波路部を通過して前記出力ポートからTE波基本伝搬モードで出力され、
TM波成分が前記入力ポートでTE波1次伝搬モードに変換されて前記MMI型導波路部を通過して前記グレーティング部に達し、当該グレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、当該反射光は前記MMI型導波路部を通過して、前記出力ポートでTM波基本伝搬モードに変換されて出力される
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項３】
入出力部と、方向性結合部と、グレーティング部をこの順に備え、
前記入出力部は、入力ポートと出力ポートを含んでおり、
前記入力ポート及び前記出力ポートは、リブ型導波路であり、当該リブ型導波路のいずれかの場所の幅が、TM(Transverse Magnetic)波基本伝搬モードとTE(Transverse Electric)波1次伝搬モードとを相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されており、
前記方向性結合部は、第1導波路と第2導波路とを並設した方向性結合器であり、前記第1導波路を伝搬するTE波1次伝搬モードを前記第2導波路のTE波基本伝搬モードに変換して移行さる一方、前記第2導波路を伝搬するTE波1次伝搬モードは前記第1導波路には移行させないように形成されており、
前記グレーティング部は、第1グレーティング導波路と第2グレーティング導波路を備え、
前記第1導波路に前記第1グレーティング導波路が接続され、前記第2導波路に前記第2グレーティング導波路が接続されており、
前記第1グレーティング導波路と前記第2グレーティング導波路は、共に導波路の両側面が周期的に凹凸を繰り返すグレーティング側面を有し、当該グレーティングの周期で定まる特定波長成分に対して、TE波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モード間の相互変換がなされるように、当該側面の凹凸形状は互いに半周期ずれて構成されており、
前記入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光は、
TE波成分が基本伝搬モードで前記グレーティング部に達し、当該グレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、当該反射光は前記出力ポートからTE波基本伝搬モードで出力され、
TM波成分が前記入力ポートでTE波1次伝搬モードに変換されて前記グレーティング部に達し、当該グレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、当該反射光は前記出力ポートでTM波基本伝搬モードに変換されて出力される
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項４】
更に、出力ポートを含む出力部を備え、
当該出力部の出力ポートは、リブ型導波路であり、当該リブ型導波路のいずれかの場所の幅が、TM波基本伝搬モードとTE波1次の伝搬モードとを相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されており、
前記出力部の出力ポートから、前記グレーティング部を通過した波長成分のTE波基本伝搬モード成分が出力され、TE波1次伝搬モード成分は、当該出力部の出力ポートでTM波基本伝搬モードに変換されて出力される
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光導波路素子。
【請求項５】
請求項1に記載の光導波路素子を製造する方法であって、
シリコン基板に酸化シリコン層、及び当該酸化シリコン層上に光導波路パターンの厚みに等しい厚みのシリコン層が形成されているSOI(Silicon on Insulator)基板を用意するステップと、
前記入出力部と、前記MMI型導波路部と、当該MMI型導波路部の中央部分に設けられる前記グレーティング部を構成する光導波路パターン形成する第1ドライエッチングステップと、
前記MMI型導波路部及び、前記入出力部の前記入力ポート、前記出力ポートのリム部分を残してスラブ導波路部を形成するとともに、前記グレーティング部の凹部を形成する第2ドライエッチングステップと、
前記第1及び第2ドライエッチングステップのエッチング処理で残された光導波路パターンを取り囲む酸化シリコン層を化学気相成長(CVD: Chemical Vapor Deposition)法等によって形成するCVDステップと
酸化シリコン層の上面が平坦になるように研磨し、当該酸化シリコン層を上部クラッド層として形成する上部クラッド層形成ステップと
を含むことを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項６】
請求項2に記載の光導波路素子を製造する方法であって、
シリコン基板に酸化シリコン層、及び当該酸化シリコン層上に光導波路パターンの厚みに等しい厚みのシリコン層が形成されているSOI(Silicon on Insulator)基板を用意するステップと、
前記入出力部と、前記MMI型導波路部と、前記第1グレーティング導波路と、前記第2グレーティング導波路を構成する光導波路パターンを形成する第1ドライエッチングステップと、
前記MMI型導波路部、前記第1グレーティング導波路、前記第2グレーティング導波路及び、前記入出力部の前記入力ポート、前記出力ポートのリム部分を残して、スラブ導波路部を形成する第2ドライエッチングステップと、
前記第1及び第2ドライエッチングステップのエッチング処理で残された光導波路パターンを取り囲む酸化シリコン層を化学気相成長(CVD: Chemical Vapor Deposition)法等によって形成するCVDステップと
酸化シリコン層の上面が平坦になるように研磨し、当該酸化シリコン層を上部クラッド層として形成する上部クラッド層形成ステップと
を含むことを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項７】
請求項3に記載の光導波路素子を製造する方法であって、
シリコン基板に酸化シリコン層、及び当該酸化シリコン層上に光導波路パターンの厚みに等しい厚みのシリコン層が形成されているSOI(Silicon on Insulator)基板を用意するステップと、
前記入出力部と、前記方向性結合部と、前記第1グレーティング導波路と、前記第2グレーティング導波路を構成する光導波路パターンを形成する第1ドライエッチングステップと、
前記方向性結合部と、前記第1グレーティング導波路、前記第2グレーティング導波路及び、前記入出力部の前記入力ポート、前記出力ポートのリム部分を残して、スラブ導波路部を形成する第2ドライエッチングステップと、
前記第1及び第2ドライエッチングステップのエッチング処理で残された光導波路パターンを取り囲む酸化シリコン層を化学気相成長(CVD: Chemical Vapor Deposition)法等によって形成するCVDステップと
酸化シリコン層の上面が平坦になるように研磨し、当該酸化シリコン層を上部クラッド層として形成する上部クラッド層形成ステップと
を含むことを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコン素材を利用して形成され、偏波無依存で波長分離する光導波路素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型化と量産性の観点から、光導波路のコアの素材にシリコンを利用した光導波路素子が注目されている。シリコン導波路コアを、このコア材よりも低屈折率の素材(例えば酸化シリコン)をクラッドとして光導波路構造としたものをシリコン細線導波路と呼ぶ。
【０００３】
シリコン細線導波路は、コアとクラッドの屈折率差を極めて大きく取れるので、シリコン導波路コア内に光エネルギーを効率よく閉じ込めることが可能である。そのため、シリコン導波路コアの内径をサブミクロンメートルの寸法にでき、しかもシリコン導波路コアを曲率半径が十分小さく曲げることが可能となる。例えば、曲率半径を1μm程度にすることができ、シリコン細線導波路を用いればコンパクトな素子を実現することが可能である。シリコン細線導波路を利用して形成される素子として、干渉現象に基づく波長分離素子が提案されている（例えば、非特許文献１及特許文献１参照）。
【０００４】
また、シリコン素材を利用して、光波長フィルタとして機能する多モード干渉(MMI: Multi Mode Interference)型導波路素子を形成することができる(例えば、非特許文献２参照)。更に、直交するグレーティングによって偏光分離する形態のカプラが開示されている（非特許文献３参照）。MMIもグレーティングもコンパクトに形成可能であることは共通する。すなわち、シリコン細線導波路を含め、シリコン素材を利用して形成される光導波路によれば、光導波路素子等の光回路素子を、集積電気回路素子なみにコンパクトに構成できる。従って、光回路素子と電気回路素子とを同一チップに融合することが可能となり、数々の応用で注目される技術となっている。
【０００５】
また、シリコン素材を利用して形成される光導波路素子は、その製造に当たってCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)の製造プロセスを流用できるため、生産コストを低く抑えることが可能である。
【０００６】
上述のシリコン素材を利用して形成される光導波路素子の問題は、その動作が偏波に依存することである。この偏波依存性の問題点を解消する手法として、偏波を分離した後、それぞれの偏波に対応させて個別に制御を行う（非特許文献４参照）ことが試みられている。あるいは、偏波無依存の導波路構造を利用する波長分離素子（非特許文献５参照）も提案されている。
【０００７】
また、偏波依存に関連して、シリコンを素材とする素子の一例として、偏波分離を行うととともに、一方の偏波成分の偏波方向を90度回転させるコンパクトな偏波分離・偏波回転素子を実現させたとする報告がある(非特許文献６参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Folkert Horst, “Silicon Integrated Waveguide Devices for Filtering and Wavelength Demultiplexing”Technical digest OFC/NFOEC 2010, OWJ3, (2010)
【非特許文献２】Baojun Li;Soo-Jin Chua; Christopher W. Leitz; Eugene A. Fitzherald, “1×2 optical waveguide filters based on multimode interference for 1.3- and 1.55- μm operation”, Optical Engineering vol. 41, No. 3, pp. 723-727 (2002).
【非特許文献３】Frederik Van Laere, et al., “Focusing polarization diversity gratings for Silicon-on-Insulator integrated circuits” Technical Digest of Group IV Photonics 2008, paper ThB3, (2008)
【非特許文献４】S. Pathak, et al., “Compact SOI-based polarization diversity wavelength de-multiplexer circuit using two symmetric AWGs”Optics Express vol. 20, No. 26, pp. B493-B500 (2012)
【非特許文献５】G. T. Reed, et al., “Waveguides and devices in Silicon Photonics: Polarisation independence”Proc. of SPIE vol. 6476, No. 647602 (2007)
【非特許文献６】Daoxin Dai, et al., “Novel concept for ultracompact polarization splitter-rotator based on silicon nanowires” Optics Express vol. 19, No. 11, pp. 10940-10949 (2011)
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１９８９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、普及が進んでいる加入者系光アクセスシステム等、複数の波長を利用する通信システムにおいては、波長分離をコンパクトでかつ低コストで実現可能な素子によって実現させることが望まれている。加入者系光アクセスシステムでは、伝送路に光ファイバが使われており、ファイバを伝搬した光はその偏光状態が確定していない。一方、上述したようにシリコン材で形成される波長分離素子は、その動作が偏波方向に依存する。そこで、偏波無依存で波長分離する光導波路素子が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の発明者は、リブ型導波路を伝搬するTM(Transverse Magnetic)波基本伝搬モードとTE(Transverse Electric)波1次伝搬モードの光電場の強度分布が似通っていることに着目した。すなわち、リブ型導波路において、導波路幅によってはTM波基本伝搬モードをTE波1次伝搬モードに変換する位相整合条件が満たされる可能性に思い至った。そして、TE波基本伝搬モードがそのまま通過し、TM波基本伝搬モードはTE波1次伝搬モードに変換されて通過するリブ型導波路が実現できることを確かめた。そして、このようなリブ型導波路を利用した、偏波無依存の波長分離光導波路素子を実現させた。
【００１２】
すなわち、この発明は、TM波に対してもTE波に対してもその偏波に依存することなく波長分離可能である光導波路素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
この発明の要旨によれば、上述の目的を達成するため、光導波路素子は、以下の特徴を具えている。
【００１４】
この発明の第1の光導波路素子は、入出力部と、MMI型導波路部と、このMMI型導波路部の中央部分に設けられるグレーティング部とを備え、入出力部は、入力ポートと出力ポートを含んでいる。
【００１５】
入出力部の入力ポート及び出力ポートはリブ型導波路であり、このリブ型導波路のいずれかの場所の幅が、TM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。
【００１６】
入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光のTE波成分は、基本伝搬モードでMMI型導波路部の中間部を通過してグレーティング部に達し、このグレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、この反射光はMMI型導波路部の中間部を通過して出力ポートからTE波基本伝搬モードで出力される。一方、TM波成分は、入力ポートでTE波1次伝搬モードに変換されてMMI型導波路部の中間部を通過してグレーティング部に達し、このグレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、この反射光はMMI型導波路部の中間部を通過して、出力ポートでTM波基本伝搬モードに変換されて出力される。
【００１７】
この発明の第2の光導波路素子は、入出力部と、MMI型導波路部と、グレーティング部をこの順に備えている。入出力部は、入力ポートと出力ポートを含んでいる。
【００１８】
入出力部の入力ポート及び出力ポートは、リブ型導波路であり、このリブ型導波路のいずれかの場所の幅が、TM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとの相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。
【００１９】
グレーティング部は、第1グレーティング導波路と第2グレーティング導波路を備えている。第1グレーティング導波路と第2グレーティング導波路は、共に導波路の両側面が周期的に凹凸を繰り返すグレーティング側面を有し、このグレーティングの周期で定まる特定波長成分に対して、TE波基本伝搬モードと1次伝搬モード間の相互変換がなされるように構成されている。
【００２０】
入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光のTE波成分は、基本伝搬モードでMMI型導波路部を通過してグレーティング部に達し、このグレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、この反射光はMMI型導波路部を通過して出力ポートからTE波基本伝搬モードで出力される。一方、TM波成分は、入力ポートでTE波1次伝搬モードに変換されてMMI型導波路部を通過してグレーティング部に達し、このグレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、この反射光はMMI型導波路部を通過して、出力ポートでTM波基本伝搬モードに変換されて出力される。
【００２１】
この発明の第3の光導波路素子は、入出力部と、方向性結合部と、グレーティング部をこの順に備えている。入出力部は、入力ポートと出力ポートを含んでいる。この入出力部の入力ポート及び出力ポートは、リブ型導波路であり、このリブ型導波路のいずれかの場所の幅が、TM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとを相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。
【００２２】
方向性結合部は、第1導波路と第2導波路とを並設した方向性結合器である。この方向性結合器は、第1導波路を伝搬するTE波1次伝搬モードを第2導波路のTE波基本伝搬モードに変換して移行させる一方、第2導波路を伝搬するTE波1次伝搬モードは第1導波路には移行させないように構成されている。
【００２３】
グレーティング部は、第1グレーティング導波路と第2グレーティング導波路を備え、第1導波路に第1グレーティング導波路が接続され、第2導波路に第2グレーティング導波路が接続されている。第1グレーティング導波路と第2グレーティング導波路は、共に導波路の両側面が周期的に凹凸を繰り返すグレーティング側面を有し、このグレーティングの周期で定まる特定波長成分に対して、TE波基本伝搬モードと1次伝搬モード間の相互変換がなされるように、この側面の凹凸形状は互いに半周期ずれて構成されている。
【００２４】
入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光のTE波成分は、基本伝搬モードでグレーティング部に達し、このグレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、この反射光は出力ポートからTE波基本伝搬モードで出力される。一方、TM波成分は、入力ポートでTE波1次伝搬モードに変換されてグレーティング部に達し、このグレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、この反射光は出力ポートでTM波基本伝搬モードに変換されて出力される。
【発明の効果】
【００２５】
この発明の第1の光導波路素子によれば、入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光のTE波成分は、基本伝搬モードでグレーティング部に達し、このグレーティング部の周期で決まる波長成分が反射される。すなわち、このグレーティング部で波長分離が行われる。グレーティング部で反射された波長成分は出力ポートからTE波のまま出力される。従って、グレーティング部で反射される波長のTE波成分は基本伝搬モードで入力ポートから入力されて基本伝搬モードのまま出力ポートから出力される。
【００２６】
一方、入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光のTM波成分は、入力ポートがTM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとの相互に変換する位相整合条件が満たされおり、TM波基本伝搬モードをTE波1次伝搬モードに変換する機能を有しているので、入力ポートでTE波1次伝搬モードに変換される。この1次伝搬モードのTE波は、グレーティング部でこのグレーティング部の周期で決まる波長成分が反射されて、出力ポートでTM波基本伝搬モードに変換されて出力される。すなわち、TM波成分についてもこのグレーティング部で波長分離が行われる。また、出力ポートがTM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとを相互に変換する位相整合条件が満たされおり、TE波1次伝搬モードをTM波基本伝搬モードに変換する機能を有しているので、出力ポートからTM波基本伝搬モードで出力される。従って、グレーティング部で反射される波長のTM波成分は基本伝搬モードで入力ポートから入力されて基本伝搬モードで出力ポートから出力される。
【００２７】
以上説明したように、入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光は、そのTE波成分及びTM波成分のいずれも波長分離されて、出力ポートから基本伝搬モードで出力される。すなわち、この発明の第1の光導波路素子によれば、偏波無依存で波長分離が行える。
【００２８】
この発明の第2の光導波路素子によれば、第1の光導波路素子と同様に、入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光のTE波成分はそのまま入力ポートからMMI導波路部を通過しグレーティング部に達する。一方、TM波成分はTE波1次伝搬モードに変換されてグレーティング部に達する。TE波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードはそれぞれ強度が等分配されて第1グレーティング導波路と第2グレーティング導波路にそれぞれ入力される。
【００２９】
第1グレーティング導波路と第2グレーティング導波路は、TE波基本伝搬モードと1次伝搬モード間の相互変換がなされるように構成されているので、グレーティング部では、その周期で決まる波長成分に対して、TE波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとの相互変換がなされて出力ポートに向けて反射される。出力ポートにTE波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードが到達した時点で、進行方向が逆であるが、入力ポートを通過した時点と同様の光電場が再生される。
【００３０】
従って、出力ポートでは、第1の光導波路素子と同様に、TE波基本伝搬モード成分はそのまま出力され、TE波1次伝搬モード成分はTM波基本伝搬モードに変換されて出力される。
【００３１】
以上説明したように、この発明の第2の光導波路素子によっても、入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光は、そのTE波成分及びTM波成分のいずれも波長分離されて、出力ポートから基本伝搬モードで出力される。すなわち、この発明の第2の光導波路素子によれば、偏波無依存で波長分離が行える。
【００３２】
この発明の第3の光導波路素子によれば、第1及び第2の光導波路素子と同様に、入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光のTE波成分はそのまま入力ポートを通過し、TM波基本伝搬モードはTE波1次伝搬モードに変換されて通過する。
【００３３】
TE波基本伝搬モードは方向性結合部の第1導波路を伝搬し、この第1導波路に接続された第1グレーティング導波路で、このグレーティング周期で決まる波長成分がTE波1次伝搬モードに変換されて反射される。この反射されたTE波1次伝搬モードは、TE波基本伝搬モードに変換されて第2導波路に移行されて伝搬する。第2導波路を伝搬するTE波基本伝搬モードは、第2導波路に接続された出力ポートからそのまま出力される。
【００３４】
一方、TM波基本伝搬モードから変換されたTE波1次伝搬モードは第1導波路でTE波基本伝搬モードに変換されて第2導波路に移行されて伝搬し、第2グレーティング導波路で、このグレーティング周期で決まる波長成分がTE波1次伝搬モードに変換されて反射される。反射されたTE波1次伝搬モードは、方向性結合部の第2導波路を伝搬して第2導波路に接続された出力ポートからTM波基本伝搬モードに変換されて出力される。
【００３５】
従って、出力ポートでは、第1及び第2の光導波路素子と同様に、TE波基本伝搬モード成分はそのまま出力され、TE波1次伝搬モード成分はTM波基本伝搬モードに変換されて出力される。
【００３６】
以上説明したように、この発明の第3の光導波路素子によっても、入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光は、そのTE波成分及びTM波成分のいずれも波長分離されて、出力ポートから基本伝搬モードで出力される。すなわち、この発明の第3の光導波路素子によれば、偏波無依存で波長分離が行える。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】(A)はこの発明の実施形態の第1の光導波路素子の構成を示す概略的斜視図であり、(B-1)は入出力部の入出力端側から見た図であり、(B-2)は出力部の出力端側から見た図である。
【図２】この発明の実施形態の第1の光導波路素子の動作の説明に供する図であり、（A）はTE波に対する動作の説明に供する図であり、(B)はTM波に対する動作の説明に供する図である。
【図３】この発明の実施形態の第2の光導波路素子の動作の説明に供する図である。
【図４】この発明の実施形態の第3の光導波路素子の動作の説明に供する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、図1〜図4は、この発明の実施形態に係る一構成例を示すものであり、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の構成素材及び設計条件等を用いることがあるが、これら構成素材及び設計条件等は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、図1〜図4において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。
【００３９】
＜第1の光導波路素子＞
(構成)
図1を参照して、この発明の実施形態の第1の光導波路素子の構成について説明する。図1は、第1の光導波路素子の構成を示す概略的斜視図である。図1に示すように、この発明の実施形態の第1の光導波路素子は、次のように構成されている。
【００４０】
この発明の実施形態の第1の光導波路素子は、図1(A)に示すように、シリコン基板10、クラッド層12、入出力部30と、出力部36と、MMI型導波路部32と、このMMI型導波路部32の中央部分に設けられるグレーティング部34を備えている。入出力部30は、入力ポート20と出力ポート22を含んでいる。
【００４１】
クラッド層12は、入出力部30、出力部36、MMI型導波路部32、及びこのMMI型導波路部32の中央部分に設けられるグレーティング部34を構成する導波路を全部包み込む必要はなく、少なくともこれら導波路の上面にいたるまでの側面を覆えばよい。もちろん、これらの導波路の上面に汚れ等が付着することを防ぐ意味で、これらの導波路の上面までを全て覆う構成とするのが好ましい。
【００４２】
図1(B-1)は入出力部30の入出力端側から見た図であり、図1(B-2)は出力部36の出力端側から見た図である。入出力部30の入力ポート20と出力ポート22は、リブ型導波路であり、両側がスラブ導波路部16となっている。また、出力部36の出力ポート24もリブ型導波路であり、両側がスラブ導波路部18となっている。
【００４３】
入出力部30の入力ポート20は、リム部分の幅が入力端からMMI型導波路部32に向けて平行部分に続いて中央部分が括れた構造となっている。リム部分の幅が括れ部分に向かう徐々に狭くなるテーパ構造のいずれかの箇所で、その幅がTM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。また、入力ポート20の括れ部分からMMI型導波路部32に向かう間は、リム導波路幅が徐々に広がるテーパ構造となっており、入力ポート20とMMI型導波路部32の接合部分の幅は、入力ポート20の入力端の幅と等しくされている。
【００４４】
また、出力ポート22も同様に中央部分が括れた構造となっており、出力ポート22とMMI型導波路部32の接合部分から括れ構造部分に向かって、徐々にリム導波路幅が狭まっている。そしてこのテーパ構造のいずれかの箇所で、TM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。そして、この括れ部分から出力端に向かって徐々にリム導波路幅が広がるテーパ構造となっている。出力ポート22とMMI型導波路部32の接合部分におけるリム導波路幅は、出力ポート22の出力端のリム導波路幅と等しくなっている。
【００４５】
入力ポート20とMMI型導波路部32の接合部分の幅が入力ポート20の入力端の幅と等しくされていること、及び出力ポート22とMMI型導波路部32の接合部分の幅が出力ポート22の出力端の幅と等しくされているのは、入力ポート20と出力ポート22において、TE波とTM波との伝搬モードが対称となるようにするためである。この条件を満たすことによって、波長分離されて出力ポート22から出力される出力光が、入力ポート20から入力される入力光の伝搬モードと等しくすることが可能となる。
【００４６】
出力部36の出力ポート24も中央部分が括れた構造となっており、出力ポート24とMMI型導波路部32の接合部分から括れ構造部分に向かって、徐々にリム導波路幅が狭まっている。そしてこのテーパ構造のいずれかの箇所で、TE波1次伝搬モード(TE1)とTM波基本伝搬モード(TM0)とが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。そして、この括れ部分から出力端に向かって徐々にリム導波路幅が広がるテーパ構造となっている。出力ポート24とMMI型導波路部32の接合部分におけるリム導波路幅は、出力ポート24の出力端のリム導波路幅と等しくなっている。出力部36をこのような構造とすることによって、出力部36の出力ポート24からの出力光もシングル伝搬モードの光ファイバに効率よく入力することが可能となる。
【００４７】
なお、出力部36は、グレーティング部34から反射される波長成分以外の波長成分を出力させるために設けられているものであり、使用の態様によって反射成分だけが出力されることで十分な場合は設けなくともよい。また、入出力部30及び出力部36の括れ部分は、その長さを0としてもよいが、括れ部分の長さが0を超える一定の長さにしてもよい。これら点は、以下に説明する第2及び第3の導波路素子においても同様である。
【００４８】
(動作)
図2を参照して第1の光導波路素子の動作を説明する。まず、図2(A)を参照してTE波に対する動作を説明する。
【００４９】
入力ポート20から基本伝搬モードTE0で入力された入力光は、TE波成分が基本伝搬モードでMMI型導波路部の中間部33(入出力部30の終端部分からグレーティング部34に至るMMI型導波路部32)を通過してグレーティング部34に達し、このグレーティング部34の周期で決まる波長成分が反射される。すなわち、このグレーティング部34でTE波成分の波長分離が行われる。
【００５０】
このグレーティング部34で反射された反射光は、MMI型導波路部の中間部33を入射光とは逆方向に進む。反射光は、MMI型導波路部32をその伝搬モードを変化させながら伝搬する。伝搬過程で基本伝搬モード(TE0)及び1次伝搬モード(TE1)を周期的に再生する。すなわち、基本伝搬モード(TE0)及び1次伝搬モード(TE1)が伝搬距離に応じて周期的に再生される。従って、グレーティング部34から反射されて中間部33を伝搬する際、グレーティング部34から出力ポート22に至るまでの距離を調整することによって、反射光が出力ポート22に達した時点で、その光電場の空間分布(TE0)が入力ポート20とMMI型導波路部32の接合部分における光電場の空間分布(TE0)に等しくすることができる。
【００５１】
グレーティング部34から出力ポート22に至るまでの距離をこの条件を満たすように設定すれば、グレーティング部34からの反射光はTE波基本伝搬モード(TE0)のままの伝搬モードで出力される。
【００５２】
一方、図2(B)に示すように、入力ポート20がTM波基本伝搬モードTM0とTE波1次伝搬モードTE1との相互に変換する位相整合条件が満たされおり、TM波基本伝搬モードTM0をTE波1次伝搬モードTE1に変換する機能を有しているので、入力ポート20から基本伝搬モードTM0で入力された入力光は、入力ポート20でTE波1次伝搬モードTE1に変換されてMMI型導波路部の中間部33を通過してグレーティング部34に達し、このグレーティング部34の周期で決まる波長成分が反射される。すなわち、このグレーティング部34でTM波成分の波長分離が行われる。
【００５３】
このグレーティング部34で反射された反射光は、MMI型導波路部の中間部33を入射光とは逆方向に進む。グレーティング部34から反射されて中間部33を伝搬する際、上述したように、グレーティング部34から出力ポート22に至るまでの距離を調整することによって、上述のTE成分に対する場合と同一の距離で、反射光が出力ポート22に達した時点で、その光電場の空間分布(TE1)が入力ポート20とMMI型導波路部32の接合部分における光電場の空間分布(TE1)に等しくすることができる。すなわち、グレーティング部34から出力ポート22に至るまでの距離を、反射光が出力ポート22に達した時点でTE波基本伝搬モード(TE0)が再生され、かつTE波1次伝搬モード(TE1)が再生されるように設定することが可能である。従って、グレーティング部34からの反射光は出力ポート22において、TE波1次伝搬モード(TE1)からTM波基本伝搬モードTM0に変換されて出力される。
【００５４】
すなわち、入力ポート20から基本伝搬モードで入力された入力光は、TE波及びTM波のいずれも波長分離されて、出力ポート22からTE波及びTM波のそれぞれが基本伝搬モードで出力される。すなわち、この発明の第1の光導波路素子によれば、TE波及びTM波のいずれに対しても、基本伝搬モードで入力された入力光は波長分離されて基本伝搬モードで出力される。
【００５５】
＜第2の光導波路素子＞
(構成)
図3を参照して、この発明の実施形態の第2の光導波路素子の構成について説明する。図3は第2の光導波路素子の動作の説明に供する図である。第2の光導波路素子も第1の光導波路素子と同様に、シリコン基板10、クラッド層12を備えた同様の構成であるので、斜視図を省略する。
【００５６】
この発明の実施形態の第2の光導波路素子は、図3に示すように、入出力部30と、MMI型導波路部38と、グレーティング部37と、出力部36をこの順に備え、入出力部30は、入力ポート20と出力ポート22を含んでいる。出力部36は出力ポート24を備えている。
【００５７】
グレーティング部37は、第1グレーティング導波路37-1と第2グレーティング導波路37-2を備えている。出力部36の出力ポート24は、第2グレーティング導波路37-2に接続されている。
【００５８】
第1グレーティング導波路37-1と第2グレーティング導波路37-2は、共に導波路の両側面が周期的に凹凸を繰り返すグレーティング側面を有し、この側面の凹凸形状は互いに半周期ずれて構成されている。すなわち、一方側面の凹部に対向して他方側面の凸が形成されている。凹凸形状が互いに半周期ずれていることによって、このグレーティングの周期で定まる特定波長成分に対して、TE波基本伝搬モードと1次伝搬モード間の相互変換がなされる。
【００５９】
入出力部30の入力ポート20と出力ポート22は、リブ型導波路であり、両側がスラブ導波路部16となっている。また、出力部36の出力ポート24もリブ型導波路であり、両側がスラブ導波路部18となっている。入力ポート20は、リム部分の幅が入力端からMMI型導波路部38に向けて平行部分に続いて中央部分が括れた構造となっている。リム部分の幅が括れ部分に向かう徐々に狭くなるテーパ構造のいずれかの箇所で、その幅がTM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。また、入力ポート20の括れ部分からMMI型導波路部38に向かう間は、リム導波路幅が徐々に広がるテーパ構造となっており、入力ポート20とMMI型導波路部38の接合部分の幅は、入力ポート20の入力端の幅と等しくされている。
【００６０】
また、出力ポート22も同様に中央部分が括れた構造となっており、出力ポート22とMMI型導波路部38の接合部分から括れ構造部分に向かって、徐々にリム導波路幅が狭まっている。そしてこのテーパ構造のいずれかの箇所で、TE波1次伝搬モードとTM波基本伝搬モードとが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。そして、この括れ部分から出力端に向かって徐々にリム導波路幅が広がるテーパ構造となっている。出力ポート22とMMI型導波路部38の接合部分におけるリム導波路幅は、出力ポート22の出力端のリム導波路幅と等しくなっている。
【００６１】
入力ポート20とMMI型導波路部38の接合部分の幅が入力ポート20の入力端の幅と等しくされていること、及び出力ポート22とMMI型導波路部38の接合部分の幅が出力ポート22の出力端の幅と等しくされているのは、入力ポート20と出力ポート22において、TE波とTM波との伝搬モードが対称となるようにするためである。この条件を満たすことによって、波長分離されて出力ポート22から出力される出力光が、入力ポート20から入力される入力光の伝搬モードと等しくすることが可能となる。
【００６２】
出力部36の出力ポート24も中央部分が括れた構造となっており、出力ポート24とMMI型導波路部38の接合部分から括れ構造部分に向かって、徐々にリム導波路幅が狭まっている。そしてこのテーパ構造のいずれかの箇所で、TE波1次伝搬モード(TE1)とTM波基本伝搬モード(TM0)とが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。そして、この括れ部分から出力端に向かって徐々にリム導波路幅が広がるテーパ構造となっている。出力ポート24とMMI型導波路部38の接合部分におけるリム導波路幅は、出力ポート24の出力端のリム導波路幅と等しくなっている。
【００６３】
出力部36をこのような構造とすることによって、出力部36の出力ポート24からの出力光もシングル伝搬モードの光ファイバに効率よく入力することが可能となる。
【００６４】
(動作)
図3を参照して第2の光導波路素子の動作を説明する。
【００６５】
入力ポート20から基本伝搬モードで入力された入力光のTE波成分はそのまま入力ポー20からMMI型導波路部38を通過しグレーティング部37に達する。一方、TM波成分はTE波1次伝搬モード(TE1)に変換されてグレーティング部37に達する。TE波基本伝搬モード(TE0)とTE波1次伝搬モード(TE1)はそれぞれ強度が等分配されて第1グレーティング導波路37-1と第2グレーティング導波路37-2にそれぞれ入力される。
【００６６】
第1グレーティング導波路37-1と第2グレーティング導波路37-2は、TE波基本伝搬モード(TE0)とTE波1次伝搬モード(TE1)間の相互変換がなされるように構成されているので、グレーティング部37では、その周期で決まる波長成分に対して、TE波基本伝搬モード(TE0)とTE波1次伝搬モード(TE1)との相互変換がなされて出力ポート22に向けて反射される。
【００６７】
このグレーティング部37で反射された反射光は、MMI型導波路部38を逆方向に進む。反射光は、MMI型導波路部38をその伝搬モードを変化させながら伝搬する。伝搬過程で周期的に、TE波基本伝搬モード(TE0)及びTE波1伝搬モード(TE1)を周期的に再生しつつ伝搬する。すなわち、TE波基本伝搬モード(TE0)及びTE波1伝搬モード(TE1)が伝搬距離に応じて周期的に再生されることは、上述の第1の光導波路素子の中間部33の伝搬の場合と同様である。
【００６８】
従って、グレーティング部37から反射されてMMI型導波路部38を伝搬する際、グレーティング部37から出力ポート22に至るまでの距離を調整することによって、反射光が出力ポート22に達した時点で、その光電場の空間分布(TE0及びTE1)が入力ポート20とMMI型導波路部37の接合部分における光電場の空間分布(TE0及びTE1)に等しくすることができる。すなわち、出力ポート22にTE波基本伝搬モード(TE0)とTE波1次伝搬モード(TE1)が到達した時点で、進行方向が逆であるが、入力ポート20を通過した時点と同様の光電場が再生される。グレーティング部37から出力ポート22に至るまでの距離をこの条件を満たすように設定すれば、グレーティング部37からの反射光は、出力ポート22とMMI型導波路部38との接続部分で伝搬モード(TE0及びTE1)が再生される。
【００６９】
従って、出力ポート22からは、上述の第1の光導波路素子と同様に、TE波基本伝搬モード(TE0)成分はそのまま出力され、TE波1次伝搬モード成分(TE1)はTM波基本伝搬モード(TM0)に変換されて出力される。
【００７０】
以上説明したように、この発明の第2の光導波路素子によっても、入力ポートから基本伝搬モードで入力された入力光は、そのTE波成分及びTM波成分のいずれも波長分離されて、出力ポートから基本伝搬モードで出力される。すなわち、この発明の第2の光導波路素子によれば、偏波無依存で波長分離が行える。
【００７１】
＜第3の光導波路素子＞
(構成)
図4を参照して、この発明の実施形態の第3の光導波路素子の構成について説明する。図4は第3の光導波路素子の動作の説明に供する図である。第3の光導波路素子も第1の光導波路素子と同様に、シリコン基板10、クラッド層12を備えた同様の構成であるので、斜視図を省略する。
【００７２】
この発明の実施形態の第3の光導波路素子は、図4に示すように、入出力部30と、方向性結合部39と、グレーティング部37をこの順に備え、入出力部30は、入力ポート20と出力ポート22を含んでいる。
【００７３】
グレーティング部37は、第1グレーティング導波路37-1と第2グレーティング導波路37-2を備えている。出力部36の出力ポート24は、第2グレーティング導波路37-2に接続されている。第1グレーティング導波路37-1と第2グレーティング導波路37-2は、共に導波路の両側面が周期的に凹凸を繰り返すグレーティング側面を有し、この側面の凹凸形状は互いに半周期ずれて構成されている。凹凸形状が互いに半周期ずれていることによって、このグレーティングの周期で定まる特定波長成分に対して、TE波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モード間の相互変換がなされる。
【００７４】
入出力部30の入力ポート20と出力ポート22は、リブ型導波路であり、両側がスラブ導波路部16となっている。また、出力部36の出力ポート24もリブ型導波路であり、両側がスラブ導波路部18となっている。入力ポート20は、リム部分の幅が入力端から方向性結合部39に向けて平行部分に続いて中央部分が括れた構造となっている。リム部分の幅が括れ部分に向かう徐々に狭くなるテーパ構造のいずれかの箇所で、その幅がTM波基本伝搬モードとTE波1次伝搬モードとが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。また、入力ポート20の括れ部分から方向性結合部39に向かう間は、リム導波路幅が徐々に広がるテーパ構造となっており、入力ポート20と方向性結合部39の接合部分の幅は、入力ポート20の入力端の幅と等しくされている。
【００７５】
また、出力ポート22も同様に中央部分が括れた構造となっており、出力ポート22と方向性結合部39の接合部分から括れ構造部分に向かって、徐々にリム導波路幅が狭まっている。そしてこのテーパ構造のいずれかの箇所で、TE波1次伝搬モードとTM波基本伝搬モードとが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。そして、この括れ部分から出力端に向かって徐々にリム導波路幅が広がるテーパ構造となっている。出力ポート22と方向性結合部39の接合部分におけるリム導波路幅は、出力ポート22の出力端のリム導波路幅と等しくなっている。
【００７６】
方向性結合部39は、第1導波路39-1と第2導波路39-2とを並設した方向性結合器であり、第1導波路39-1を伝搬するTE波1次伝搬モードを第2導波路39-2に移行さる一方、第2導波路39-2を伝搬するTE波1次伝搬モードは第1導波路39-1に移行させないように形成されている。この条件は、第1導波路39-1と第2導波路39-2のそれぞれの幅、及び第1導波路39-1と第2導波路39-2とが近接して平行に形成された結合部分の長さLを調整することで満たされる。
【００７７】
入力ポート20と方向性結合部39の接合部分の幅が入力ポート20の入力端の幅と等しくされていること、及び出力ポート22と方向性結合部39の接合部分の幅が出力ポート22の出力端の幅と等しくされているのは、入力ポート20と出力ポート22において、TE波とTM波との伝搬モードが対称となるようにするためである。この条件を満たすことによって、波長分離されて出力ポート22から出力される出力光が、入力ポート20から入力される入力光の伝搬モードと等しくすることが可能となる。
【００７８】
出力部36の出力ポート24も中央部分が括れた構造となっており、出力ポート24と方向性結合部39の接合部分から括れ構造部分に向かって、徐々にリム導波路幅が狭まっている。そしてこのテーパ構造のいずれかの箇所で、TE波1次伝搬モード(TE1)とTM波基本伝搬モード(TM0)とが相互に変換する位相整合条件が満たされるように設定されている。そして、この括れ部分から出力端に向かって徐々にリム導波路幅が広がるテーパ構造となっている。出力ポート24と方向性結合部39の接合部分におけるリム導波路幅は、出力ポート24の出力端のリム導波路幅と等しくなっている。
【００７９】
出力部36をこのような構造とすることによって、出力部36の出力ポート24からの出力光もシングル伝搬モードの光ファイバに効率よく入力することが可能となる。
【００８０】
(動作)
図4を参照して第3の光導波路素子の動作を説明する。
【００８１】
第1及び第2の光導波路素子と同様に、入力ポート20から基本伝搬モードで入力された入力光のTE波成分(TE0)はそのまま入力ポートを通過し、TM波基本伝搬モード(TM0)はTE波1次伝搬モード(TE1)に変換されて通過する。
【００８２】
TE波基本伝搬モード(TE0)は方向性結合部39の第1導波路39-1を伝搬し、この第1導波路39-1に接続された第1グレーティング導波路37-1で、このグレーティング周期で決まる波長成分がTE波1次伝搬モード(TE1)に変換されて反射される。この反射されたTE波1次伝搬モード(TE1)は、TE波基本伝搬モード(TE0)に変換されて第2導波路39-2に移行されて伝搬する。
【００８３】
一方、TM波基本伝搬モードから変換されたTE波1次伝搬モード(TE1)は第1導波路39-1でTE波基本伝搬モード(TE0)に変換されて第2導波路39-2に移行されて伝搬し、第2グレーティング導波路37-2で、このグレーティング周期で決まる波長成分がTE波1次伝搬モード(TE1)に変換されて反射される。方向性結合部の第2導波路39-2を伝搬するTE波1次伝搬モードは第1導波路39-1には移行させないように形成されているので、反射されたTE波1次伝搬モード(TE1)は、第2導波路39-2を伝搬して第2導波路39-2に接続された出力ポート22からTM波基本伝搬モードに変換されて出力される。
【００８４】
従って、出力ポート22では、第1及び第2の光導波路素子と同様に、TE波基本伝搬モード(TE0)成分はそのまま出力され、TE波1次伝搬モード成分(TE1)はTM波基本伝搬モード(TE0)に変換されて出力される。
【００８５】
TE波1次伝搬モード(TE1)をTE波基本伝搬モード(TE0)に変換して第2導波路39-2移行させ、かつ、第2導波路39-2を伝搬するTE波1次伝搬モードを第1導波路39-1には移行させない条件は、第1導波路39-1と第2導波路39-2のそれぞれの幅と、及び第1導波路39-1と第2導波路39-2とが近接して平行に形成された接合部分の長さとを調整することで実現される。
【００８６】
以上説明したように、この発明の第3の光導波路素子によっても、入力ポート20から基本伝搬モードで入力された入力光は、そのTE波成分及びTM波成分のいずれも波長分離されて、出力ポート22から基本伝搬モードで出力される。すなわち、この発明の第3の光導波路素子によれば、偏波無依存で波長分離が行える。
【００８７】
＜光導波路素子の製造方法＞
第1〜第3の光導波路素子を構成する光導波路パターン構造体は、例えば、SOI(Silicon on Insulator)基板を入手して、以下の工程によって形成できる。SOI基板は、広く市販品として入手可能であり、シリコン基板に酸化シリコン層、及びこの酸化シリコン層上に光導波路パターンの厚みの寸法に等しい厚みHのシリコン層が形成されている。まず、このSOI基板を用意するステップを実行する。
【００８８】
次に、以下の第1ドライエッチングステップを実行する。
【００８９】
SOI基板の酸化シリコン層上に形成されているシリコン層に対して、第1の光導波路素子では、主要構成要素である上述の入出力部30と、出力部36と、MMI型導波路部32と、このMMI型導波路部32の中央部分に設けられるグレーティング部34を構成する光導波路パターンを残してドライエッチング等を行い、他の部分のシリコン層を取り除く。
【００９０】
第2の光導波路素子では、主要構成要素である上述の入出力部30と、出力部36と、MMI型導波路部38と、グレーティング部37(第1グレーティング導波路37-1と第2グレーティング導波路37-2)を構成する光導波路パターンを残してドライエッチング等を行い、他の部分のシリコン層を取り除く。
【００９１】
第3の光導波路素子では、主要構成要素である上述の入出力部30と、出力部36と、方向性結合部39（第1導波路39-1と第2導波路39-2）と、グレーティング部37(第1グレーティング導波路37-1と第2グレーティング導波路37-2)を構成する光導波路パターンを残してドライエッチング等を行い、他の部分のシリコン層を取り除く。
【００９２】
第1ドライエッチングステップでは、入出力部30の入力ポート20と出力ポート22の両側のスラブ導波路部16、及び出力部36の出力ポート24の両側のスラブ導波路部18の部分も、入出力部30と、出力部36と、MMI型導波路部32、38、あるいは方向性結合部39、グレーティング部34、37と同様の厚さに構成する。すなわち、第1ドライエッチングステップは、光導波路素子の主要構成要素の光導波路パターン及び入出力部30と、出力部36と、MMI型導波路部32、38、あるいは方向性結合部39、グレーティング部34、37を形成する部分を残すエッチングプロセスである。
【００９３】
第1ドライエッチングステップにつづき以下の第2ドライエッチングステップを実行する。
【００９４】
第1の光導波路素子では、入出力部30と、出力部36と、MMI型導波路部32、グレーティング部34をマスクして、スラブ導波路部16、18を形成する。第2の光導波路素子では、入出力部30と、出力部36と、MMI型導波路部38、グレーティング部37をマスクして、スラブ導波路部16、18を形成する。第3の光導波路素子では、入出力部30と、出力部36と、方向性結合部39と、グレーティング部37をマスクして、スラブ導波路部16、18を形成する。
【００９５】
第1の光導波路素子の製造方法においては、第2ドライエッチングステップでスラブ導波路部16、18を形成するとともに、グレーティング部34の凹部を同時に形成する。すなわち、第2ドライエッチングステップで、グレーティング部34の凹部が形成される部分については、マスクせずストライプ上の開口部を設けておく。こうすることによって、スラブ導波路部16、18が形成されるとともに、グレーティング部34の凹部がエッチングされてグレーティング部34が形成される。
【００９６】
これらのステップに続き、エッチング処理で残された光導波路パターンを取り囲む酸化シリコン層を化学気相成長(CVD: Chemical Vapor Deposition)法等によって形成する（CVDステップ）。そして、酸化シリコン層の上面が平坦になるように研磨し、この酸化シリコン層を上部クラッド層14として形成する(上部クラッド層形成ステップ)。
【００９７】
上部クラッド層形成ステップに続いて、上部クラッド層14をCVD法等によってSiO2クラッド層を形成しても良い。この場合は、クラッド層12が上部クラッド層14を含む。クラッド層12と上部クラッド層14は同一素材であるので、図1は、クラッド層12として、クラッド層14を含んでいる場合も示しているものと了解されたい。
【００９８】
このように、この発明の光導波路素子は、SOI基板を用いて周知のエッチング処理、CVD法等によって形成することが可能であるので、量産性に優れ低コストで簡便に形成することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
10：シリコン基板
12：クラッド層
14：上部クラッド層
16、18：スラブ導波路部
20：入力ポート
22、24：出力ポート
30：入出力部
32、38：MMI型導波路部
33：MMI型導波路部の中間部
34、37：グレーティング部
37-1：第1グレーティング導波路
37-2：第2グレーティング導波路
36：出力部
39：方向性結合部
39-1：第1導波路
39-2：第2導波路
【図１】
2015059982.tif 000003
【図２】
2015059982.tif 000004
【図３】
2015059982.tif 000005
【図４】
2015059982.tif 000006