(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたクラッド部と、
前記クラッド部内に形成され、前記クラッド部よりも屈折率が高い光導波路と、
前記光導波路を第１光導波路と第２光導波路とに分断するように前記クラッド部に形成されたスリットに挿入された１／２波長板と、
前記１／２波長板とともに前記スリットに挿入され、薄膜レンズが設けられた少なくとも２つの薄膜素子と、
を備え、
前記薄膜素子の１つに設けられた薄膜レンズは、前記第１光導波路を伝搬し前記スリット内に出力された光を、前記第２光導波路に集光させ、
前記薄膜素子の他の１つに設けられた薄膜レンズは、前記第１光導波路を伝搬し前記スリット内に出力された光を、前記１／２波長板に向けて拡散し、
前記２つの薄膜素子のそれぞれに設けられた薄膜レンズは、それぞれ直線偏波のみを主に透過する偏波特性を有し、かつ前記２つの薄膜素子は、それぞれの薄膜レンズが透過する直線偏波の偏波方向が互いに直交するように配置され、
前記１／２波長板の光学軸は前記２つの薄膜素子のそれぞれが透過する直線偏波の偏波方向と４５°をなすように配置されることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記２つの薄膜素子のうち少なくとも１つの薄膜素子に設けられた薄膜レンズはフォトニック結晶によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記少なくとも１つの薄膜素子と前記１／２波長板とがフォトニック結晶によって一体に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記クラッド部に対する前記光導波路の比屈折率差が２．５％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光導波路素子。
【請求項５】
前記クラッド部および前記光導波路は石英系ガラスからなり、前記光導波路はジルコニア（ＺｒＯ２）を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光導波路素子。
【請求項６】
前記光導波路を含む複数の光導波路を備え、
前記複数の光導波路はコヒーレントミキサを構成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光導波路素子。
【請求項７】
前記光導波路を含む複数の光導波路を備え、
前記複数の光導波路は偏波ビーム分岐／合成器を構成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信等に用いられる光デバイスには、石英系ガラスからなる平面光波回路（Planar  Lightwave  Circuit：ＰＬＣ）を用いた光導波路素子が用いられているものがある。ＰＬＣを構成する光導波路において、屈折率を高めるドーパントとして、ジルコニア（ＺｒＯ２）を使う技術が開示されている（特許文献１参照）。ＺｒＯ２は、ゲルマニア（ＧｅＯ２）と比較して屈折率が高く、熱膨張係数が小さい材料である。ＺｒＯ２をドーパントとすることで、ＧｅＯ２をドーパントとしたＰＬＣと比較して、コア（光導波路）のクラッド部に対する比屈折率差Δ（以下、単に比屈折率差Δと記載する場合がある）を大幅に高めることが可能となる。これにより、光導波路に許容される最小曲げ半径が小さくなり、ＰＬＣの小型化、低コスト化、高密度集積化が期待できる。そのため、ＺｒＯ２は、ＰＬＣおよびこれを用いた光導波素子、および光デバイスを小型化しつつ、光導波路に残る応力を低減できる材料として期待されている。
【０００３】
また、比屈折率差Δが高い光導波路素子としては、ＰＬＣの他に、シリコン細線光導波路を備えたものや、ＩｎＰ系半導体材料（たとえばＧａＩｎＡｓＰ）からなる光導波路を備えたものがある。
【０００４】
ところで、光導波路素子において、クラッド部に、或る光導波路を２つに分断するようにスリットが形成され、このスリットに光学フィルタが挿入される場合がある。たとえば、光導波路を伝搬するＴＥ偏波の光（クラッド部が形成されている基板の主表面に平行な偏波方向を有する直線偏波の光）をＴＭ偏波の光（ＴＥ偏波の光と直交する偏波方向を有する直線偏波の光）に変換する場合には、スリットに１／２波長板を挿入する構成が採用される場合がある。このとき、１／２波長板はその光学軸（高速軸または低速軸）を基板の主表面と４５°の角度を成すようにしてスリット内に設置される。このような構成の光導波路素子では、分断された光導波路のうち一方の光導波路からＴＥ偏波の光を伝搬させると、１／２波長板で偏波方向が９０°回転し、ＴＭ偏波の光となって分断された光導波路のうち他方の光導波路に入力される。同様に、一方の光導波路からＴＭ偏波の光を伝搬させると、１／２波長板でＴＥ偏波の光となって他方の光導波路に出力される。また、他方の光導波路からＴＭ偏波の光を伝搬させると、１／２波長板でＴＥ偏波の光となって一方の光導波路に入力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２１０６２３号公報
【特許文献２】特開２００５−１１６６７１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４７７５９号公報
【特許文献４】特表２００７−５３２９５８号公報
【特許文献５】特開２００３−３１５５５２号公報
【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、光導波路素子において、スリットにおける光の損失（以下、スリット損失と記載する場合がある）が生じるという問題がある。スリット損失は光導波路のクラッドに対する比屈折率差Δが高くなるにつれて大きくなる。また、スリット損失はスリットの幅（光の伝搬方向における幅）が太くなるにつれて大きくなる。
【０００７】
スリット損失を抑制するために、スリットの前後において、光導波路の幅（基板の主表面に平行な方向かつ光導波路の延伸方向に垂直な方向における幅）が延伸方向において変化するテーパ部を設ける方法がある。このようなテーパ部を設けることにより、一方の光導波路のテーパ部を伝搬した光はモードフィールドが幅方向に拡大されてスリットを通過し、他方の光導波路のテーパ部に入力されるので、損失はある程度抑制される。しかしながら、このようなテーパ部は光導波路の高さ方向（基板の主表面に垂直な方向）に設けることは困難であるので、スリットに起因する光の損失を低減することは困難であった。たとえば、本発明者らが波長１．５５μｍにおける比屈折率差Δとスリット損失との関係を精査したところ、同一の導波路構造、同一のスリット幅（２０μｍ）、同一のテーパ部を設けた光導波路素子において、比屈折率差Δが１．５％の場合はスリット損失が約０．５ｄＢであるものが、２．５％の場合は約１ｄＢ、５．５％の場合は約３ｄＢと、比屈折率差Δが増加するにつれてスリット損失が急激に増加することを確認した。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スリット損失が低減された光導波路素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光導波路素子は、基板上に形成されたクラッド部と、前記クラッド部内に形成され、前記クラッド部よりも屈折率が高い光導波路と、前記光導波路を第１光導波路と第２光導波路とに分断するように前記クラッド部に形成されたスリットに挿入された光学フィルタと、前記光学フィルタとともに前記スリットに挿入され、薄膜レンズが設けられた少なくとも１つの薄膜素子と、を備え、前記薄膜素子の１つに設けられた薄膜レンズは、前記第１光導波路を伝搬し前記スリット内に出力された光を、前記第２光導波路に集光させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記光学フィルタは１／２波長板であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係る光導波路素子は、２つの前記薄膜素子を備え、前記薄膜素子の他の１つに設けられた薄膜レンズは、前記第１光導波路を伝搬し前記スリット内に出力された光を、前記光学フィルタに向けて拡散することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記２つの薄膜素子のそれぞれに設けられた薄膜レンズは、それぞれ直線偏波のみを主に透過する偏波特性を有し、かつ前記２つの薄膜素子は、それぞれの薄膜レンズが透過する直線偏波の偏波方向が互いに直交するように配置され、前記１／２波長板の光学軸は前記２つの薄膜素子のそれぞれが透過する直線偏波の偏波方向と４５°をなすように配置されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記少なくとも１つの薄膜素子に設けられた薄膜レンズはフォトニック結晶によって構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記少なくとも１つの薄膜素子と前記光学フィルタとがフォトニック結晶によって一体に構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記クラッド部に対する前記光導波路の比屈折率差が２．５％以上であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記クラッド部および前記光導波路は石英系ガラスからなり、前記光導波路はジルコニア（ＺｒＯ２）を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記光導波路を含む複数の光導波路を備え、前記複数の光導波路はコヒーレントミキサを構成していることを特徴とする。
【００１８】
本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記光導波路を含む複数の光導波路を備え、前記複数の光導波路は偏波ビーム分岐／合成器を構成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スリット損失が低減された光導波路素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施形態１に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【図２】図２は、実施形態２に係る光導波路素子の光学フィルタユニットの模式的な分解斜視図である。
【図３】図３は、実施形態３に係る光導波路素子および光学フィルタユニット、ならびに光軸調整の方法を説明する模式図である。
【図４】図４は、実施形態４、５に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【図５】図５は、実施形態６に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【図６】図６は、実施形態７に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【図７】図７は、実施形態８に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【図８】図８は、実施形態９に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【図９】図９は、実施形態１０に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【図１０】図１０は、図９の一部を拡大して示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係る光導波路素子の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に適宜従うものとする。また、図中、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の直交座標系であるＸＹＺ座標系を適宜用いて方向を説明する。
【００２２】
(実施形態１)
図１は、実施形態１に係る光導波路素子を説明する模式図である。図１（ａ）に示すように、光導波路素子１０は、シリコンや石英ガラスなどからなる基板１の主表面上に形成された、石英系ガラスからなるクラッド部２と、クラッド部２内に形成され、クラッド部２よりも屈折率が高い光導波路３と、を備えている。クラッド部２には、光導波路３を第１光導波路３ａと第２光導波路３ｂとに分断するようにスリット２ａが形成されている。光導波路素子１０は、さらに、スリット２ａに挿入された光学フィルタユニット４を備えている。
【００２３】
スリット２ａは、Ｘ方向に延伸し、光導波路３は、Ｚ方向に延伸している。なお、図１（ａ）では光導波路素子１０は一部のみ図示しており、実際には光導波路素子１０はＸＺ面内でさらに広がるような形状を有する。また、通常、基板１およびクラッド部２のＸ方向における長さは、スリット２ａのＸ方向における長さより長い。したがって、本実施形態１では、クラッド部２はスリット２ａによって２つに分断されてはいない。
【００２４】
光導波路３は、屈折率を高めるドーパントであるＺｒＯ２の微粒子を含む石英系ガラスからなる。これによって、光導波路３はクラッド部２よりも屈折率が高くなるので、光を閉じ込めて導波する光導波路として機能する。光導波路３は、波長１．５５μｍにおけるクラッド部２に対する比屈折率差Δがたとば５％〜１０％であり、断面のサイズは、１辺が１．５μｍ〜３．５μｍである。光導波路３の断面は基本的には正方形だが、長方形や台形でもよい。
【００２５】
光導波路３は、ＺｒＯ２の微粒子を含むので、その含有量の調整によって、波長１．５５μｍにおける比屈折率差Δをたとえば１．５％〜３０％にすることができる。
【００２６】
光学フィルタユニット４は、図１（ｂ）に示すように、１／２波長板である光学フィルタ４ａと、２つの薄膜素子４ｂ、４ｃとを備えている。光学フィルタ４ａは薄膜素子４ｂと４ｃとの間に配置され、たとえばポリイミドで構成されている。光学フィルタ４ａは入力する光の波長に応じた厚さであり、たとえば約１５μｍの厚さとされている。光学フィルタ４ａと２つの薄膜素子４ｂ、４ｃとは、透光性の接着剤４ｄ、４ｅにより互いに接着されている。このように、薄膜素子４ｂ、４ｃは、光学フィルタ４ａとともに光学フィルタユニット４を構成し、スリット２ａに挿入されている。光学フィルタユニット４は、接着剤Ａｄによりスリット２ａ内に接着固定されている。
【００２７】
薄膜素子４ｂ、４ｃは、いずれもフォトニック結晶によって構成されており、図１（ｃ）に示すように、それぞれフォトニック結晶によって構成された薄膜レンズ４ｂａ、４ｃａが設けられている。
【００２８】
フォトニック結晶は、屈折率が互いに異なる媒質が所定のパターンで周期的に配列して構成された材料であり、薄膜レンズ４ｂａ、４ｃａは、薄膜素子４ｂ、４ｃにおいて、フォトニック結晶のパターンや周期を調整することにより、レンズ機能を有するように構成した部分である（特許文献２、３、４参照）。
【００２９】
本実施形態１では、薄膜レンズ４ｂａ、４ｃａは、それぞれ直線偏波のみを主に透過する偏波特性を有している。そのため、薄膜素子４ｂ、４ｃのそれぞれには、透過偏波方向を特定できるようにマーカ４ｂｂ、４ｃｂが形成されている。マーカ４ｂｂ、４ｃｂは、屈折率がその周囲とは異なるようにパターンが構成された部分であり、目視によりその存在を確認することができる。
【００３０】
そして、光学フィルタユニット４においては、薄膜素子４ｂ、４ｃが、それぞれの薄膜レンズ４ｂａ、４ｃａの透過偏波方向が互いに直交するように配置され、かつ、１／２波長板である光学フィルタ４ａの光学軸が、薄膜レンズ４ｂａ、４ｃａの透過偏波方向と４５°をなすように配置された状態で、互いに接着固定されている。また、光学フィルタユニット４は、薄膜素子４ｂが第１光導波路３ａ側に位置し、薄膜素子４ｃが第２光導波路３ｂ側に位置し、薄膜レンズ４ｂａがＴＥ偏波の光を透過し、かつ薄膜レンズ４ｃａがＴＭ偏波の光を透過し、薄膜レンズ４ｂａの光軸と薄膜レンズ４ｃａの光軸とが一致するような配置で、スリット２ａ内に接着固定されている。
【００３１】
このような薄膜素子４ｂ、４ｃは、たとえば約１５μｍ程度の厚さで形成することができる。光学フィルタ４ａ、薄膜素子４ｂ、４ｃの厚さをそれぞれ１５μｍとし、接着剤４ｄ、４ｅの厚さを１．５μｍとし、接着剤Ａｄの厚さを１μｍとすると、Ｚ方向におけるスリット２ａの幅Ｗは５０μｍとなる。
【００３２】
つぎに、光導波路素子１０の機能について説明する。光導波路素子１０は、第１光導波路３ａに入力されたＴＥ偏波の光ＬＥ１をＴＭ偏波の光ＬＭ１に変換して第２光導波路３ｂから出力する機能を有する。具体的には、図１（ａ）に示すように、第１光導波路３ａにＴＥ偏波の光ＬＥ１を入力させると、第１光導波路３ａは光ＬＥ１をＴＥ偏波で伝搬し、図１（ｃ）に示すように薄膜レンズ４ｂａに向けてスリット２ａ内に出力する。薄膜レンズ４ｂａは入力されたＴＥ偏波の光ＬＥ１を透過するとともに光学フィルタ４ａに向けて拡散する。これにより、光ＬＥ１のビーム径はＸＹ面方向でＸ方向とＹ方向に拡大し、光ＬＥ２として光学フィルタ４ａに出力する。光学フィルタ４ａは光ＬＥ２の偏波方向を９０°回転させ、ＴＭ偏波の光ＬＭ２として薄膜レンズ４ｃａに出力する。薄膜レンズ４ｃａは入力されたＴＭ偏波の光ＬＭ２を透過するとともに集光してそのビーム径をＸＹ面方向でＸ方向とＹ方向に縮小し、光ＬＭ１として第２光導波路３ｂに出力する。第２光導波路３ｂは入力された光ＬＭ１をＴＭ偏波で伝搬し、図１（ａ）に示すように出力する。
【００３３】
このように、光導波路素子１０では、スリット２ａに、第１光導波路３ａを伝搬した光ＬＥ１を拡散してそのビーム径を拡大する薄膜レンズ４ｂａと、光学フィルタ４ａを通過した光ＬＭ２のビーム径を縮小し、第２光導波路３ｂに集光させる薄膜レンズ４ｃａとを備えている。これにより、第１光導波路３ａから光ＬＥ１としてスリット２ａ内に出力し、その後偏波方向が９０°回転された光ＬＭ１を、高い結合効率で第２光導波路３ｂに結合させることができる。その結果、スリット２ａによるスリット損失を低減できる。
【００３４】
光導波路素子１０の製造方法の一例について説明する。
まず、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法を用いて、基板１上に、クラッド部２のうち基板１側の部分である下部クラッド層を成膜し、１元系のターゲットであるＳｉＯ２ターゲットとＺｒＯ２ターゲットとを用いて、スパッタ法によって、下部クラッド層上に、光導波路３を形成するための光導波路形成層を成膜する。
つづいて、下部クラッド層、光導波路形成層を加熱処理してアニールし、透明ガラス化する。
つづいて、光導波路形成層を、フォトリソグラフィ技術およびエッチングによって光導波路３のパターンにパターニングし、光導波路３とする。エッチングについては、たとえば石英系ガラスの加工プロセスにおいて用いられるフッ素系ガス（たとえばＣＦ４）を用いたドライエッチングによって行う。
つづいて、下部クラッド層および光導波路３を覆うようにオーバークラッド部を形成し、下部クラッド層とオーバークラッド部とからなるクラッド部２を形成する。オーバークラッド部は、たとえば公知の火炎堆積（Flame  Hydrolysis  Deposition：ＦＨＤ）法により、下部クラッド層および光導波路３を覆うように石英系ガラスからなる微粒子を堆積し、微粒子を加熱溶融して透明ガラス化することによって形成できる。
【００３５】
つづいて、フォトリソグラフィ技術およびエッチングによってクラッド部２にスリット２ａを形成する。スリット２ａの深さは特に限定されないが、本実施形態１ではクラッド部２の底面（クラッド部２と基板１との界面）の深さまで行う。
つづいて、光学フィルタ４ａおよび薄膜素子４ｂ、４ｃを接着剤４ｄ、４ｅで接着して作製した光学フィルタユニット４をスリット２ａに挿入し、薄膜レンズ４ｂａ、４ｃａと第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂの光軸を合わせるように調整を行う。光軸の調整はアクティブアラインメントにより行うことが好ましい。具体的には、第１光導波路３ａに光を入力し、光学フィルタユニット４を通過して第２光導波路３ｂから出力する光のパワーを測定しながら、光学フィルタユニット４をＸＹ面内で位置調整し、測定した光のパワーが最大になったところで光学フィルタユニット４を接着剤Ａｄでスリット２ａ内に接着固定する。これにより、光導波路素子１０が完成する。
【００３６】
ここで、本発明の実施例として、実施形態１の構成を有する光導波路素子の特性をシミュレーションにより計算した。なお、波長１．５５μｍにおける光導波路の比屈折率差Δは５．５％とし、光導波路の断面のサイズは３．０μｍ×３．０μｍとした。このとき、光導波路を伝搬する波長１．５５μｍの光のモードフィールド径（ＭＦＤ）は約３μｍである。ここでモードフィールド径は、コア（光導波路）を伝搬する光のＮＦＰ（Near-Field  Pattern）において、最大強度の５％の強度となる点の直径とする。なお、モードフィールドが楕円の場合は長径と短径の平均値をモードフィールド径とする。また、スリットの幅を５０μｍとした。また、ポリイミドからなる１／２波長板である光学フィルタ、薄膜レンズが設けられた２つの薄膜素子は、いずれも１５μｍの厚さとし、これらを互いに接着する接着剤の厚さを１．５μｍとし、光学フィルタユニットをスリット内に接着する接着剤の厚さを１μｍとした。第１光導波路側に配置する薄膜素子に設けた薄膜レンズは、波長１．５５μｍでビーム径が３．５μｍの光をビーム径１０μｍの光に拡大するレンズ機能を有するものとした。また、第２光導波路側に配置する薄膜素子に設けた薄膜レンズは、波長１．５５μｍでビーム径が１０μｍの光をビーム径３．５μｍの光に縮小するレンズ機能を有するものとした。ここで、光のビーム径は、ビームプロファイルをガウシアン近似した場合に、最大強度の１／ｅ２となる点の直径である。
【００３７】
この光導波路素子のスリット損失をシミュレーションにより計算したところ、０．５ｄＢであった。この値は、薄膜レンズを設けた薄膜素子を用いない場合のスリット損失（たとえば３ｄＢ）に対して大幅に低減された実用上好ましい値である。
【００３８】
(実施形態２)
つぎに、実施形態２に係る光導波路素子について説明する。実施形態１と実施形態２との相違点は、光学フィルタユニットだけである。また、実施形態２に係る光導波路素子は、光導波路素子１０と同様に、入力されたＴＥ偏波の光をＴＭ偏波の光に変換して出力する機能を有する。以下では光学フィルタユニットについて詳述する。図２は、実施形態２に係る光導波路素子の光学フィルタユニットの模式的な分解斜視図である。
【００３９】
図２に示すように光学フィルタユニット４Ａは、光学フィルタ４ａと、薄膜素子４Ａｂ、４Ａｃとを備えている。光学フィルタ４ａと２つの薄膜素子４ｂ、４ｃとは、透光性の接着剤により互いに接着されて、光学フィルタユニット４Ａを構成している。
【００４０】
薄膜素子４Ａｂ、４Ａｃは、いずれもフォトニック結晶によって構成されており、それぞれフォトニック結晶によって構成された薄膜レンズ４ｂａ、４ｃａが設けられている。さらに、薄膜素子４Ａｂには、光軸合わせ用の２つのマーカ４Ａｂｂが形成されている。この２つのマーカ４Ａｂｂは、薄膜レンズ４ｂａのＸ方向の両側にそれぞれ位置しており、薄膜レンズ４ｂａの光軸と所定の位置関係となっている。薄膜素子４Ａｃにも同様に、光軸合わせ用の２つのマーカ４Ａｃｂが形成されている。この２つのマーカ４Ａｃｂは、薄膜レンズ４ｃａのＸ方向の両側にそれぞれ位置しており、薄膜レンズ４ｃａの光軸と所定の位置関係となっている。２つのマーカ４Ａｂｂと薄膜レンズ４ｂａの光軸との位置関係は、２つのマーカ４Ａｃｂと薄膜レンズ４ｃａの光軸との位置関係と同じである。マーカ４Ａｂｂ、４Ａｃｂは、屈折率がその周囲とは異なるようにパターンが構成された部分であり、目視によりその存在を確認することができる。
【００４１】
この光学フィルタユニット４Ａを組み立てる際、破線で示すように、薄膜素子４Ａｂの２つのマーカ４Ａｂｂと、薄膜素子４Ａｃの２つのマーカ４Ａｃｂとを、ＸＹ面内で軸合わせすることで、薄膜レンズ４ｂａの光軸と薄膜レンズ４ｃａの光軸とを容易に合わせることができる。これにより、光軸ずれによる過剰損失が低減された光学フィルタユニット４Ａを容易に組み立てることができる。
【００４２】
(実施形態３)
つぎに、実施形態３に係る光導波路素子について説明する。図３は、実施形態３に係る光導波路素子および光学フィルタユニット、ならびに光軸調整の方法を説明する模式図である。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、光導波路素子１０Ｂは、実施形態１に係る光導波路素子１０において、光学フィルタユニット４を光学フィルタユニット４Ｂに置き換えた構成を有する。また、光導波路素子１０Ｂは、光導波路素子１０と同様に、入力されたＴＥ偏波の光をＴＭ偏波の光に変換して出力する機能を有する。以下では光学フィルタユニット４Ｂについて詳述する。
【００４４】
光学フィルタユニット４Ｂは、光学フィルタ４ａと、薄膜素子４Ｂｂ、４Ｂｃとを備えている。光学フィルタ４ａと２つの薄膜素子４Ｂｂ、４Ｂｃとは、透光性の接着剤により互いに接着されて、光学フィルタユニット４Ｂを構成している。
【００４５】
薄膜素子４Ｂｂ、４Ｂｃは、いずれもフォトニック結晶によって構成されている。さらに、薄膜素子４Ｂｂ、４Ｂｃには、フォトニック結晶によって構成され、それぞれの底面からの高さが互いに異なる複数の薄膜レンズが設けられている。具体的には、図３（ｂ）に示すように、たとえば薄膜素子４Ｂｃには、Ｙ方向における底面４Ｂｃｃからの高さが互いに異なる９個の薄膜レンズ４Ｂｃａが設けられている。９個の薄膜レンズ４ＢｃａはＸ方向に沿って並んでおり、最も負の向き側に位置する薄膜レンズ４Ｂｃａ１の高さＨ１が一番低く、正の向きに位置するにしたがって高さが高くなり、最も正の向き側に位置する薄膜レンズ４Ｂｃａ２の高さＨ２が一番高い。薄膜素子４Ｂｂにも、薄膜素子４Ｂｃの９個の薄膜レンズ４Ｂｃａのそれぞれと光軸が一致するように配置された９個の薄膜レンズが設けられている。第１光導波路３ａ側から入力された光に対して、薄膜素子４Ｂｂに設けられた薄膜レンズは、薄膜レンズ４ｂａと同様にＴＥ偏波の光のみを主に透過する特性およびビーム拡大機能を有し、薄膜素子４Ｂｃに設けられた薄膜レンズは、薄膜レンズ４ｃａと同様にＴＭ偏波の光のみを主に透過する特性およびビーム縮小機能を有する。
【００４６】
なお、光学フィルタユニット４Ｂは、薄膜素子４Ｂｃの代わりに、図３（ｃ）に示す薄膜素子４Ｂｃ１を備えるようにしてもよい。薄膜素子４Ｂｃ１は、薄膜素子４Ｂｃと同様に、Ｙ方向における底面４Ｂｃｃからの高さが互いに異なる９個の薄膜レンズ４Ｂｃａが設けられている。さらに、薄膜素子４Ｂｃ１は、底面４Ｂｃｃと対向する上面４Ｂｃｄ側に、９個の薄膜レンズ４ＢｃａのそれぞれのＸ方向の位置に対応した位置に設けられた９個のマーカ４Ｂｃｂを備えている。これらのマーカ４Ｂｃｂは薄膜レンズ４ＢｃａのそれぞれのＸ方向における位置を示すものである。なお、薄膜素子４Ｂｂについても、薄膜素子４Ｂｃ１と同様のマーカを備えた薄膜素子に置き換えてもよい。
【００４７】
ここで、たとえば実施形態１に係る光導波路素子１０において、薄膜レンズ４ｂａ、４ｃａと第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂとの光軸を合わせる場合、光学フィルタユニット４をＸＹ面内で移動させて位置調整する必要がある。そのため、光軸合わせに時間が掛かる場合がある。また、このとき光学フィルタユニット４を治具等で把持して位置調整をする場合、薄い光学フィルタユニット４が破損する可能性もある。
【００４８】
これに対して、光学フィルタユニット４Ｂの薄膜素子４Ｂｂ、４Ｂｃには、底面からの高さが互いに異なる９個の薄膜レンズが設けられている。したがって、薄膜素子４Ｂｂ、４Ｂｃのそれぞれの薄膜レンズと第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂとの光軸を合わせる場合、スリット２ａ内に挿入した光学フィルタユニット４Ｂを、スリット２ａの底面に当接させて、図３（ｄ）に矢印Ａｒで示すようにＸ方向にスライドさせるだけで、高さが互いに異なる９個の薄膜レンズのうちいずれかが、第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂと光軸が一致することになる。この場合もアクティブアラインメントを行い、測定した光のパワーが最大になったところで光学フィルタユニット４Ｂを接着剤でスリット２ａ内に接着固定する。なお、図３（ｂ）では、例として、薄膜レンズ４Ｂｃａ１から数えて６番目に位置する薄膜レンズ４Ｂｃａ３と第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂとのＹ方向における位置が一致し、光軸が合う場合を示している。
【００４９】
光学フィルタユニット４Ｂを用いて上記のように光軸合わせを行うことで、スリット２ａの底面と第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂとのＹ方向における距離が、製造誤差等によって設計値からずれた場合でも、薄膜素子４Ｂｂ、４Ｂｃのそれぞれの薄膜レンズと第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂとの光軸合わせを短時間で迅速に行うことができる。また、光軸合わせの際に光学フィルタユニット４Ｂを把持しなくてよく、光学フィルタユニット４Ｂの上面をわずかに押さえてスライドさせるだけでよいので、光学フィルタユニット４Ｂの破損の可能性はきわめて低くなる。また、フォトニック結晶によって構成される薄膜素子４Ｂｂ、４Ｂｃを含む光学フィルタユニット４Ｂの底面とスリット２ａの底面とが接触しているため、安定した接着固定ができ、光導波路素子１０Ｂの長期信頼性を確保できる。
さらに、図３（ｃ）に示す薄膜素子４Ｂｃ１のようにマーカを設けた薄膜素子を用いることで、光軸合わせをよりいっそう短時間で迅速に行うことができる。
【００５０】
(実施形態４、５)
つぎに、実施形態４、５に係る光導波路素子について説明する。図４は、実施形態４、５に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【００５１】
図４（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すように、実施形態４に係る光導波路素子１０Ｃ、実施形態５に係る光導波路素子１０Ｄは、それぞれ、実施形態１に係る光導波路素子１０において、光学フィルタユニット４を光学フィルタユニット４Ｃ、４Ｄに置き換えた構成を有する。また、光導波路素子１０Ｃ、１０Ｄは、光導波路素子１０と同様に、入力されたＴＥ偏波の光をＴＭ偏波の光に変換して出力する機能を有する。以下では光学フィルタユニット４Ｃ、４Ｄについて詳述する。
【００５２】
光学フィルタユニット４Ｃは、光学フィルタ４ａと、薄膜素子４Ｃｃとを備えている。光学フィルタ４ａと薄膜素子４Ｃｃとは、透光性の接着剤４Ｃｅにより互いに接着されて、光学フィルタユニット４Ｃを構成している。薄膜素子４Ｃｃは、フォトニック結晶によって構成されている。さらに、薄膜素子４Ｃｃには、フォトニック結晶によって構成された薄膜レンズが設けられている。この薄膜レンズは、第１光導波路３ａ側から入力された光に対して、ＴＭ偏波の光のみを主に透過する特性およびビーム縮小機能を有する。また、光学フィルタユニット４Ｃは、この薄膜レンズと第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂとの光軸が一致するように配置されている。
【００５３】
光導波路素子１０Ｃでは、第１光導波路３ａにＴＥ偏波の光を入力させると、第１光導波路３ａは光をＴＥ偏波で伝搬し、スリット２ａ内の光学フィルタ４ａに出力する。出力された光は第１光導波路３ａのＮＡに応じてビーム径が拡大し、光学フィルタ４ａに入力する。光学フィルタ４ａは入力された光の偏波方向を９０°回転させ、ＴＭ偏波の光として薄膜素子４Ｃｃの薄膜レンズに出力する。薄膜レンズは入力されたＴＭ偏波の光を透過するとともに集光してそのビーム径をＸＹ面方向でＸ方向とＹ方向に縮小し、第２光導波路３ｂに出力する。第２光導波路３ｂは入力された光をＴＭ偏波で伝搬し、出力する。
【００５４】
一方、光学フィルタユニット４Ｄは、光学フィルタ４ａと、薄膜素子４Ｄｃとを備えている。光学フィルタ４ａと薄膜素子４Ｄｃとは、透光性の接着剤４Ｄｅにより互いに接着されて、光学フィルタユニット４Ｄを構成している。薄膜素子４Ｄｃは、フォトニック結晶によって構成されている。さらに、薄膜素子４Ｄｃには、フォトニック結晶によって構成された薄膜レンズが設けられている。この薄膜レンズは、第１光導波路３ａ側から入力された光に対して、ＴＥ偏波の光のみを主に透過する特性およびビーム縮小機能を有する。また、光学フィルタユニット４Ｄは、この薄膜レンズと第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂとの光軸が一致するように配置されている。
【００５５】
光導波路素子１０Ｄでは、第１光導波路３ａにＴＥ偏波の光を入力させると、第１光導波路３ａは光をＴＥ偏波で伝搬し、スリット２ａ内の薄膜素子４Ｄｃの薄膜レンズに出力する。薄膜レンズは入力されたＴＥ偏波の光を透過するとともに集光してそのビーム径をＸＹ面方向でＸ方向とＹ方向に縮小し、光学フィルタ４ａに出力する。光学フィルタ４ａは入力された光の偏波方向を９０°回転させ、ＴＭ偏波の光として出力する。出力された光は第２光導波路３ｂに出力する。第２光導波路３ｂは入力された光をＴＭ偏波で伝搬し、出力する。
【００５６】
光導波路素子１０Ｃ、１０Ｄでは、光導波路素子１０の光学フィルタユニット４と比較して、薄膜素子１枚および接着剤１層だけ薄い光学フィルタユニット４Ｃ、４Ｄを備えた構成を有する。その結果、薄膜素子を２枚備える場合よりも、薄膜素子の貼り合わせ時の光軸ずれによる過剰損失を低減することができ、スリット損失をさらに小さくすることができる。また、薄膜素子１枚で機能を実現できるため、コストダウンに繋がる。
【００５７】
(実施形態６)
つぎに、実施形態６に係る光導波路素子について説明する。図５は、実施形態６に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【００５８】
図５に示すように、実施形態６に係る光導波路素子１０Ｅは、実施形態１に係る光導波路素子１０において、光学フィルタユニット４を光学フィルタユニット４Ｅに置き換えた構成を有する。また、光導波路素子１０Ｅは、光導波路素子１０と同様に、入力されたＴＥ偏波の光をＴＭ偏波の光に変換して出力する機能を有する。以下では光学フィルタユニット４Ｅについて詳述する。
【００５９】
光学フィルタユニット４Ｅは、１／２波長板である光学フィルタ４Ｅａと、薄膜レンズが設けられた薄膜素子４Ｅｂ、４Ｅｃとがフォトニック結晶によって一体に構成されたものである。フォトニック結晶は、１／２波長板としても機能するように構成できることが知られている（特許文献５参照）。第１光導波路３ａ側から入力された光に対して、薄膜素子４Ｅｂに設けられた薄膜レンズは、薄膜レンズ４ｂａと同様にＴＥ偏波の光のみを主に透過する特性およびビーム拡大機能を有し、薄膜素子４Ｅｃに設けられた薄膜レンズは、薄膜レンズ４ｃａと同様にＴＭ偏波の光のみを主に透過する特性およびビーム縮小機能を有する。
【００６０】
光導波路素子１０Ｅでは、光学フィルタユニット４Ｅがフォトニック結晶によって一体に構成されているので、薄膜素子４Ｅｂ、４Ｅｃのそれぞれに設けられた薄膜レンズの光軸をより正確に一致させることができる。これにより、光軸ずれによる過剰損失を低減することができる。
【００６１】
(実施形態７)
つぎに、実施形態７に係る光導波路素子について説明する。図６は、実施形態７に係る光導波路素子を説明する模式図である。
【００６２】
図６に示すように、実施形態７に係る光導波路素子１０Ｆは、実施形態１に係る光導波路素子１０において、光学フィルタユニット４を光学フィルタユニットＦに置き換え、第１光導波路３ａ、第２光導波路３ｂを、それぞれ第１光導波路３Ｆａ、第２光導波路３Ｆｂに置き換えた構成を有する。また、光導波路素子１０Ｆは、光導波路素子１０と同様に、入力されたＴＥ偏波の光をＴＭ偏波の光に変換して出力する機能を有する。以下では第１光導波路３Ｆａ、第２光導波路３Ｆｂ、光学フィルタユニット４Ｆについて詳述する。
【００６３】
第１光導波路３Ｆａ、第２光導波路３Ｆｂは、それぞれ、スリット２ａに近づくにつれてＸ方向における導波路幅が拡大するテーパ部３Ｆａａ、３Ｆｂａを有する。
【００６４】
光学フィルタユニット４Ｆは、光学フィルタ４ａと、薄膜素子４Ｆｂ、４Ｆｃとを備えている。光学フィルタ４ａと２つの薄膜素子４Ｆｂ、４Ｆｃとは、透光性の接着剤４ｄ、４ｆにより互いに接着されて、光学フィルタユニット４Ｆを構成している。
【００６５】
薄膜素子４Ｆｂ、４Ｆｃは、いずれもフォトニック結晶によって構成されている。さらに、薄膜素子４Ｆｂ、４Ｆｃには、フォトニック結晶によって構成された薄膜レンズが設けられている。ここで、第１光導波路３ａ側から入力された光に対して、薄膜素子４Ｆｂに設けられた薄膜レンズは、薄膜レンズ４ｂａと同様にＴＥ偏波の光のみを主に透過する特性を有するが、薄膜レンズ４ｂａとは異なり、Ｙ方向にのみビーム径を拡大する機能を有する。また、第１光導波路３ａ側から入力された光に対して、薄膜素子４Ｆｃに設けられた薄膜レンズは、薄膜レンズ４ｃａと同様にＴＭ偏波の光のみを主に透過する特性を有するが、薄膜レンズ４ｃａとは異なり、Ｙ方向にのみビーム径を縮小する機能を有する。
【００６６】
光導波路素子１０Ｆでは、スリット２ａ内を伝搬する光のビーム径の調整を、Ｘ方向についてはテーパ部３Ｆａａ、３Ｆｂａにより行い、Ｙ方向については薄膜素子４Ｆｂ、４Ｆｃに設けられた薄膜レンズにより行う。このように、薄膜レンズと導波路のテーパ部とを組み合わせて、スリット２ａ内を伝搬する光のビーム径を調整し、スリット損失を低減するようにしてもよい。
【００６７】
(実施形態８)
つぎに、実施形態８に係る光導波路素子について説明する。図７は、実施形態８に係る光導波路素子を説明する模式図である。光導波路素子１００は、石英ガラスからなるクラッド部１０１と、クラッド部１０１内に位置する複数の光導波路とを備えている。複数の光導波路は、一方の端部が入力光ポート１０２となっている入力光導波路１０３と、入力光導波路１０３の他方の端部が１ポート側に接続している１×２のＭＭＩ（Multi  Mode  Interference）光カプラ１０４と、一方の端部がそれぞれ出力光ポート１０５、１０６となっている出力光導波路１０７、１０８と、出力光導波路１０７、１０８の他方の端部が一方の２ポート側にそれぞれ接続している２×２のＭＭＩ光カプラ１０９と、ＭＭＩ光カプラ１０４の２ポート側と２×２のＭＭＩ光カプラ１０９の他方の２ポート側とをそれぞれ接続しているアーム導波路１１０、１１１と、を含む。これらの複数の光導波路は、ＺｒＯ２の微粒子が分散した石英ガラスからなる。また、ＭＭＩ光カプラ１０４、１０９と、アーム導波路１１０、１１１とは、マッハツェンダー（Mach-Zehnder  Interferometer：ＭＺＩ）型干渉計を構成している。
【００６８】
また、クラッド部１０１には、出力光導波路１０７を２つに分断するようにスリット１０１ａが形成されている。光導波路素子１００は、さらに、スリット１０１ａに挿入された光学フィルタユニット４を備えている。
【００６９】
この光導波路素子１００は、アーム導波路１１０の導波路幅がアーム導波路１１１の導波路幅よりも広く、断面が長方形になっている。これにより、アーム導波路１１０、１１１の複屈折率が、所定の波長（たとえば１．５５μｍ）において、入力光ポート１０２から入力された任意の偏波状態の光Ｌ１に含まれるＴＭ偏波の光が、ＭＭＩ光カプラ１０９から出力光導波路１０８側へ、光ＬＭ３として略１００％出力し、ＴＥ偏波の光が、ＭＭＩ光カプラ１０９から出力光導波路１０７側へ、光ＬＥ３として略１００％出力する干渉特性を有するようにそれぞれ設定されている。さらに、光学フィルタユニット４は光ＬＥ３をＴＭ偏波の光ＬＭ４に変換して出力する。これによって、光導波路素子１００は、入力光ポート１０２から入力された光Ｌ１を、ＴＥ偏波の光とＴＭ偏波の光とに偏波分離し、さらにＴＥ偏波の光をＴＭ偏波の光に変換して、各光を各出力光ポート１０５、１０６から出力する偏波ビーム分岐器（Polarization  Beam  Splitter）の機能を有する。
光導波路素子１００は、光回路の相反性の原理を利用しているため、偏波ビーム分岐機能と共に、偏波ビーム合成器（Polarization  Beam  Combiner）の機能も有している。したがって、光導波路素子１００は、偏波ビーム分岐／合成器として機能する。
【００７０】
上記複数の光導波路は、いずれも波長１．５５μｍにおける比屈折率差Δが５．５％のものであるが、光導波路素子１０と同様に、光学フィルタユニット４によりスリット１０１ａのスリット損失が低減されており、たとえばスリット損失は０．５ｄＢとなっている。
【００７１】
なお、光導波路素子１００は、入力光ポート１０２、出力光ポート１０５、１０６において、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５２に準拠する波長約１．３μｍに零分散波長を有する光通信用の標準シングルモード光ファイバ（以下、標準ＳＭＦと記載する場合がある）と光学接続する場合がある。この場合、入力光ポート１０２にビーム縮小機能を有する薄膜レンズを貼り付け、出力光ポート１０５、１０６にビーム拡大機能を有する薄膜レンズを貼り付けることにより、光導波路素子１００と標準ＳＭＦとの接続損失を低減することができる。なお、出力光ポート１０５、１０６には、標準ＳＭＦのみならず、シリコン細線光導波路やＩｎＰ系半導体材料からなる光導波路等の異種材料導波路や、光導波路素子１００とは比屈折率差Δの異なる石英系ＰＬＣを接続してもよい。
【００７２】
（実施形態９）
図８は、実施形態９に係る光導波路素子を説明する模式図である。この光導波路素子２００は、偏波ビーム分岐器（ＰＢＳ）集積型のコヒーレントミキサとして機能するものである。この光導波路素子２００は、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調方式の復調器に用いられるコヒーレントミキサとして使用することを想定した構成例である。
【００７３】
光導波路素子２００は、石英ガラスからなるクラッド部２０１と、クラッド部２０１内に位置する複数の光導波路とを備えている。複数の光導波路は、入力光導波路１１、１２と、偏波分波器２１を構成する光導波路と、接続光導波路３１、３２、３３、３４と、９０度ハイブリッド素子４１、４２を構成する光導波路と、Ｙ分岐光導波路５１と、を含む。これらの複数の光導波路は、ＺｒＯ２の微粒子が分散した石英ガラスからなる。
【００７４】
また、領域Ａにおいて、クラッド部２０１には、接続光導波路３２を２つに分断するようにスリット２０１ａが形成されている。光導波路素子２００は、さらに、スリット２０１ａに挿入された光学フィルタユニット４を備えている。また、領域Ｂにおいて、接続光導波路３４には損失補償部６２が設けられている。
【００７５】
信号光である光Ｌ１が入力される入力光導波路１１は、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい屈曲部を組み合わせたＳ字形状の屈曲部を経由して、偏波分波器２１へ接続されている。一方、局所発振光ＬＯが入力される入力光導波路１２は、略直線状にＹ分岐光導波路５１へ接続されている。
【００７６】
偏波分波器２１は、さらに詳しくは、Ｙ分岐光導波路と方向性結合器とＹ分岐光導波路および方向性結合器を接続する２本のアーム光導波路とを備えており、ＭＺＩ型干渉計の構成を有している。接続光導波路３１、３３は、それぞれ、偏波分波器２１によって分波された光線の光路を９０度ハイブリッド素子４１、４２へ接続する光路である。
【００７７】
Ｙ分岐光導波路５１は、入力光導波路１２に入力された局所発振光ＬＯを、分岐比１：１で接続光導波路３２、３４に分岐する。接続光導波路３２、３４は、それぞれＹ分岐光導波路５１によって分波された光線の光路を９０度ハイブリッド素子４１、４２へ接続する光路である。
【００７８】
９０度ハイブリッド素子４１、４２は、干渉回路の一種であり、入力された光Ｌ１と局所発振光ＬＯとをそれぞれ二分岐し、二分岐された局所発振光ＬＯに光波の相対位相差として９０度の位相差を与えた後、二分岐された一方の光Ｌ１と局所発振光ＬＯ、および二分岐されたもう一方の光Ｌ１と局所発振光ＬＯをそれぞれ混合する回路である。
【００７９】
上述したように、Ｙ分岐光導波路５１から９０度ハイブリッド素子４１への接続光導波路３２の領域Ａには、スリット２０１ａが設けられ、当該スリット２０１ａには光学フィルタユニット４が挿入されている。光学フィルタユニット４を通過する局所発振光ＬＯは、偏波が９０度回転されて９０度ハイブリッド素子４１へ入力される。
【００８０】
一方、Ｙ分岐光導波路５１から９０度ハイブリッド素子４２への接続光導波路３４の領域Ｂには、損失補償部６２が設けられているが、当該損失補償部６２は偏波を回転する機能はない。したがって、９０度ハイブリッド素子４２へは、そのままの偏波で局所発振光ＬＯが入力される。
【００８１】
損失補償部６２はたとえば、接続光導波路３４を分断するように設けられた、１／２波長板が挿入されていないスリットからなる。損失補償部６２の機能を以下に説明する。
【００８２】
上記複数の光導波路は、いずれも波長１．５５μｍにおける比屈折率差Δが５．５％のものであるが、接続光導波路３２において、光学フィルタユニット４によりスリット２０１ａのスリット損失が、たとえば０．５ｄＢと低減されている。ただし、スリット２０１ａおよび光学フィルタユニット４の分の損失は発生している。したがって、そのままでは、９０度ハイブリッド素子４１に入力する局所発振光は、９０度ハイブリッド素子４２に入力する局所発振光よりも、過剰な損失を受ける。そこで、光導波路素子２００では、当該損失を補償するために、接続光導波路３４に損失補償部６２を設けている。
【００８３】
上記目的のため、損失補償部６２がスリットの場合のスリット幅は、接続光導波路３２におけるスリット２０１ａおよび光学フィルタユニット４によって発生する損失に相当する量の損失が発生するように設計することが好ましい。なお、接続光導波路３４には交差導波路構造からなる交差点Ｃが存在するので、交差点Ｃにおける交差損失の分を考慮して損失補償部６２のスリット幅を設計すればより好ましい。なお、損失補償部６２はスリットに限られず、１つのまたは直列に設けた複数の交差導波路構造や、１つのまたは直列に設けた複数のテーパ導波路構造により構成してもよい。
【００８４】
（実施形態１０）
図９は、実施形態１０に係る光導波路素子を説明する模式図である。この光導波路素子２００Ａは、光導波路素子２００において、クラッド部２０１を、切り欠き部２０１Ａｂを有するクラッド部２０１Ａに置き換え、さらに信号光としての光Ｌ１と局所発振光ＬＯとを入力させるための接続部２１０を追加した構成を有する。以下では切り欠き部２０１Ａｂ、接続部２１０について詳述する。
【００８５】
図１０は、図９の切り欠き部２０１Ａｂ、接続部２１０を含む領域Ｄを拡大して示す模式図である。接続部２１０は、シングルモード光ファイバ２１１と、高比屈折率差光ファイバ２１２と、偏波保持光ファイバ２１３と、保持部材２１４と、レンズ２１５と、接着剤２１６と、で構成されている。
【００８６】
シングルモード光ファイバ２１１、例えばＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５２に準拠する標準ＳＭＦである。シングルモード光ファイバ２１１において、コアのクラッドに対する比屈折率差は約０．３％であり、波長１．５５μｍにおけるＭＦＤは１０〜１１μｍである。
【００８７】
高比屈折率差光ファイバ２１２は、シングルモード光ファイバ２１１と融着接続しており、シングルモード光ファイバ２１１よりもクラッドに対するコアの比屈折率差が大きい光ファイバである。具体的には、高比屈折率差光ファイバ２１２は、例えばクラッドに対するコアの比屈折率差が２．０％以上３．０％以下の石英ガラス系の光ファイバであり、波長１．５５μｍにおけるＭＦＤはたとえば３．０μｍ以上５．０μｍ以下である。また、高比屈折率差光ファイバ２１２は、たとえばコア径が３μｍ〜４μｍであり、カットオフ波長λｃが、１５３０ｎｍ以下である。
高比屈折率差光ファイバ２１２は、シングルモード光ファイバ２１１を伝搬してきた光Ｌ１のＭＦＤを縮小し、入力光導波路１１に低接続損失で結合させる機能を有する。
【００８８】
偏波保持光ファイバ２１３は、直線偏波状態を有する局所発振光ＬＯを、その偏波状態を保持しながら伝搬し、入力光導波路１２にＴＥ偏波の光として入力させる。シングルモード光ファイバ２１１と同様に、偏波保持光ファイバ２１３において、コアのクラッドに対する比屈折率差は約０．３％であり、波長１．５５μｍにおけるＭＦＤは１０〜１１μｍである。
【００８９】
保持部材２１４は、シングルモード光ファイバ２１１と、高比屈折率差光ファイバ２１２と、偏波保持光ファイバ２１３とを保持する、たとえば石英系ガラスからなる部材である。保持部材２１４は、たとえばシングルモード光ファイバ２１１と高比屈折率差光ファイバ２１２との接続体と、偏波保持光ファイバ２１３とをそれぞれ収容するＶ溝が形成された基板と、収容された各光ファイバを押さえつける蓋と、で構成されている。各光ファイバは接着剤にてＶ溝内に固着される。
【００９０】
レンズ２１５は、クラッド部２０１Ａに形成された切り欠き部２０１Ａｂに収容されている。レンズ２１５は、たとえばフォトニック結晶レンズなどの薄膜レンズであり、偏波保持光ファイバ２１３から出力された局所発振光ＬＯを集光して入力光導波路１２に低結合損失で光結合させるものである。レンズ２１５の存在により、偏波保持型の高比屈折率差光ファイバを用いなくても、偏波保持光ファイバ２１３と入力光導波路１２との低結合損失化を実現できる。
【００９１】
接着剤２１６は、保持部材２１４とレンズ２１５とをクラッド部２０１Ａに接着固定するものである。ここで、接着剤２１６は保持部材２１４とクラッド部２０１Ａとの間で所定の厚さを有するので、レンズ２１５が切り欠き部２０１Ａｂからはみ出すような厚さのものであっても、保持部材２１４とレンズ２１５とが接触することは接着剤２１６によって防止される。
なお、光導波路素子２００において、高比屈折率差光ファイバ２１２を用いずに、薄膜レンズにより、シングルモード光ファイバ２１１と入力光導波路１１とを低接続損失で結合させるようにしてもよい。
【００９２】
なお、上述した様に、本発明者らの精査によれば、同一の導波路構造、同一のスリット幅、同一のテーパ部を設けた光導波路素子において、比屈折率差Δが１．５％の場合はスリット損失が約０．５ｄＢであるものが、２．５％の場合は約１ｄＢ、５．５％の場合は約３ｄＢとなる。このように、比屈折率差Δが２．５％以上の場合はスリット損失が実用上顕著な大きさとなるので、本発明の実施形態の構成は特に比屈折率差Δが２．５％以上である光導波路素子に適用して好適なものである。ただし、本発明は比屈折率差Δが２．５％未満の光導波路素子にも適用できる。
【００９３】
また、上記実施形態の光導波路素子は石英系ガラスからなるものであるが、本発明はシリコン細線光導波路やＩｎＰ系半導体材料からなる光導波路を備えた、高比屈折率差の光導波路素子にも適用できる。
【００９４】
また、上記実施形態の薄膜レンズはフォトニック結晶レンズであるが、本発明に係る薄膜レンズは光導波路素子の光導波路を分断するように設けられたスリットに挿入できる程度の厚さ（たとえば５〜１００μｍ、好ましくは２０μｍ以下）であれば特にその種類は限定されない。また、上記実施形態では薄膜レンズが設けられた薄膜素子を１枚または２枚備えているが、さらに多くの薄膜素子を備えていてもよい。
【００９５】
なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１  基板
２、１０１、２０１、２０１Ａ  クラッド部
２ａ、１０１ａ、２０１ａ  スリット
３  光導波路
３ａ、３Ｆａ  第１光導波路
３Ｆａａ、３Ｆｂａ  テーパ部
３ｂ、３Ｆｂ  第２光導波路
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ  光学フィルタユニット
４ａ、４Ｅａ  光学フィルタ
４ｂ、４ｃ、４Ａｂ、４Ａｃ、４Ｂｂ、４Ｂｃ、４Ｂｃ１、４Ｃｃ、４Ｄｃ、４Ｅｂ、４Ｅｃ、４Ｆｂ、４Ｆｃ  薄膜素子
４ｂａ、４ｃａ、４Ｂｃａ、４Ｂｃａ１、４Ｂｃａ２、４Ｂｃａ３  薄膜レンズ
４ｂｂ、４ｃｂ、４Ａｂｂ、４Ａｃｂ、４Ｂｃｂ  マーカ
４Ｂｃｃ  底面
４Ｂｃｄ  上面
４ｄ、４ｅ、４ｆ、４Ｃｅ、４Ｄｅ、２１６、Ａｄ  接着剤
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１００、２００、２００Ａ  光導波路素子
１１、１２、１０３  入力光導波路
２１  偏波分波器
３１、３２、３３、３４  接続光導波路
４１、４２  ９０度ハイブリッド素子
５１  Ｙ分岐光導波路
６２  損失補償部
１０２  入力光ポート
１０４、１０９  ＭＭＩ光カプラ
１０５、１０６  出力光ポート
１０７、１０８  出力光導波路
１１０、１１１  アーム導波路
２０１Ａｂ  切り欠き部
２１０  接続部
２１１  シングルモード光ファイバ
２１２  高比屈折率差光ファイバ
２１３  偏波保持光ファイバ
２１４  保持部材
２１５  レンズ
Ａ  領域
Ａｒ  矢印
Ｂ  領域
Ｃ  交差点
Ｄ  領域
Ｈ１、Ｈ２  高さ
Ｌ１、ＬＥ１、ＬＥ２、ＬＥ３、ＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、ＬＭ４  光
ＬＯ  局所発振光
【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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