(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、コアと、前記コアを覆うと共に前記コアよりも屈折率が小さいクラッドと、を備える基板型光導波路素子であって、
互いに平行に並列した第１の導波路及び第２の導波路と、前記第１の導波路及び前記第２の導波路の一端に他端が接続された第３の導波路と、前記第３の導波路の一端に他端が接続された第４の導波路と、を有する分岐導波路構造を備え、
前記コアは、前記第１の導波路を形成する断面矩形状の第１のリブ部と、前記第２の導波路を形成する断面矩形状の第２のリブ部と、前記第３の導波路および前記第４の導波路を形成する断面矩形状の第３のリブ部と、前記第１のリブ部、前記第２のリブ部及び前記第３のリブ部よりも低い高さで、前記第１のリブ部と前記第２のリブ部と前記第３のリブ部との間で共有されるスラブ部と、を有し、
前記第１の導波路及び前記第２の導波路は、前記第１のリブ部及び前記第２のリブ部の幅がそれぞれの長さ方向において一定となり、且つ、前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との間の間隔が前記第１のリブ部及び前記第２のリブ部の長さ方向において一定となる直線状の導波路を形成し、
前記第３の導波路は、前記第３のリブ部の幅方向の中心と前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との間の幅方向の中心とが一致し、且つ、前記第１のリブ部の幅と、前記第２のリブ部の幅と、前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との間の間隔との合計よりも前記第３のリブ部の幅が大きい直線状の導波路を形成し、
前記第４の導波路は、前記第３の導波路に接続される側とは反対側に向かって前記第３のリブ部の幅が徐々に小さくなるテーパ状の導波路を形成し、
前記第３のリブ部のうち、前記第４の導波路の前記他端が形成された部分は、前記第３の導波路が形成された部分と同じ幅及び厚みであることを特徴とする基板型光導波路素子。
【請求項２】
前記スラブ部は、前記第１のリブ部及び前記第２のリブ部の幅方向の両側にそれぞれ連続して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板型光導波路素子。
【請求項３】
前記スラブ部は、前記第３のリブ部の幅方向の両側にそれぞれ連続して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板型光導波路素子。
【請求項４】
前記第１の導波路と前記第２の導波路との何れか一方又は両方の他端に一端が接続された曲げ導波路を有し、
前記曲げ導波路は、前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との何れか一方又は両方を面内で曲げることによって、その他端側から一端側に向かって前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との間の間隔が連続的に小さくなる形状を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の基板型光導波路素子。
【請求項５】
前記曲げ導波路の他端に一端が接続されたテーパ導波路を有し、
前記テーパ導波路は、前記第１のリブ部の幅方向の片側又は両側に連続して設けられた第１のスラブ部と、前記第２のリブ部の幅方向の片側又は両側に連続して設けられた第２のスラブ部とを有し、
前記第１のスラブ部と前記第２のスラブ部とは、前記スラブ部に連続して設けられ、且つ、それぞれの幅が前記スラブ部に向かって連続的に大きくなる形状を有することを特徴とする請求項４に記載の基板型光導波路素子。
【請求項６】
前記コアがＳｉを含み、前記クラッドがＳｉＯ２を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の基板型光導波路素子。
【請求項７】
光が入力される入力部と、
前記入力部から入力された光を分波する分波部と、
前記分波部で分波された光を位相変調する少なくも１つ以上の位相変調部と、
前記位相変調部で位相変調された光を合波する合波部と、
前記合波部で合波された光を出力する出力部と、を備え、
前記合波部に、請求項１〜６の何れか一項に記載の基板型光導波路素子を用いることを特徴とする光変調器。
【請求項８】
光が入力される第１の入力部と、前記第１の入力部から入力された光を分波する第１の分波部と、前記第１の分波部で分波された光を位相変調する少なくとも１つ以上の位相変調部と、前記位相変調部で位相変調された光を合波する第１の合波部と、前記第１の合波部で合波された光を出力する第１の出力部と、をそれぞれ有する第１の光変調部及び第２の光変調部と、
前記第１の光変調部及び前記第２の光変調部の前段に位置して、光が入力される第２の入力部と、前記第２の入力部から入力された光を前記第１の光変調部の第１の入力部側と前記第２の光変調部の第１の入力部側とに分波する第２の分波部と、
前記第１の光変調部及び前記第２の光変調部の後段に位置して、前記第１の光変調部の第１の出力部から出力された光と、前記第２の光変調部の第１の出力部から出力された光とを合波する第２の合波部と、前記第２の合波部で合波された光を出力する第２の出力部と、を備え、
前記第１の合波部と前記第２の合波部との何れかに、請求項１〜６の何れか一項に記載の基板型光導波路素子を用いることを特徴とする光変調器。
【請求項９】
前記第１の光変調部と前記第２の光変調部との何れか一方の前記第１の合波部から出力された光の位相差を調整する位相調整部を備えることを特徴とする請求項８に記載の光変調器。
【請求項１０】
請求項７〜９の何れか一項に記載の光変調器において、電場が前記基板の面内方向となるＴＥモードの中で、実効屈折率が１番大きいモードを表すＴＥ０モードの光と、実効屈折率が２番目に高いモードを表すＴＥ１モードの光とが、前記出力部から同時に出力されるとき、前記ＴＥ１モードの光を分離して検出する光変調器のモニター構造であって、
前記出力部の後段に位置して、前記ＴＥ１モードの光を分離する高次モードスプリッタと、
前記高次モードスプリッタで分離された前記ＴＥ１モードの光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする光変調器のモニター構造。
【請求項１１】
請求項７〜９の何れか一項に記載の光変調器において、電場が前記基板の面内方向となるＴＥモードの中で、実効屈折率が１番大きいモードを表すＴＥ０モードの光と、実効屈折率が２番目に高いモードを表すＴＥ１モードの光とが、前記出力部から同時に出力されるとき、前記ＴＥ１モードの光を、電場が前記基板の垂直方向となるＴＭモードの中で実効屈折率が１番大きいモードを表すＴＭ０モードの光に変換した後、前記ＴＥ０モードの光を分離して検出する光変調器のモニター構造であって、
前記ＴＥ１モードの光を前記ＴＭ０モードの光に変換する高次偏波変換部と、
前記ＴＥ０モードの光を分離する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタで分離された前記ＴＥ０モードの光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする光変調器のモニター構造。
【請求項１２】
光が入力される入力部と、前記入力部から入力された光を分波する分波部と、前記分波部で分波された光を合波する合波部と、前記合波部で合波された光を出力する出力部と、を有するマッハツェンダ干渉計と、
電場が前記基板の面内方向となるＴＥモードの中で実効屈折率が２番目に高いモードを表すＴＥ１モードの光を、電場が前記基板の垂直方向となるＴＭモードの中で実効屈折率が１番大きいモードを表すＴＭ０モードの光に変換する高次偏波変換部と、
前記分波部で分波された光のうち何れか一方の光の位相差を調整する位相調整部と、を備え、
前記合波部に、請求項１〜６の何れか一項に記載の基板型光導波路素子を用いることを特徴とする出力偏波変換素子。
【請求項１３】
前記分波部で分波された光を位相変調する２つの位相変調部を備えることを特徴とする請求項１２に記載の出力偏波変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板型光導波路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光通信で伝送される情報量は増加の一途を辿っている。こうした情報量の増加に対応するため、信号速度の高速化や、波長多重通信によるチャネル数の増設といった対策が進められている。特に、高速度の情報通信を目的とした次世代の１００Ｇｂｐｓデジタルコヒーレント伝送技術においては、電界が直交する２つの偏波モードに情報を載せる偏波多重方式が利用されている。この偏波多重方式においては、単一の偏波を利用した光伝送システムと比較して単位時間当たりの情報量を２倍にすることができる。
【０００３】
しかしながら、偏波多重方式を含む高速通信用の光変調方式では、複雑な光変調器が必要となるため、装置の大型化及び高額化といった問題が生じてしまう。こうした問題に対して、基板型光導波路素子を用いた光変調器の研究が行われている。
【０００４】
基板型光導波路素子の一例として、基板の上に、シリコン（Ｓｉ）からなるコアと、コアよりも屈折率が小さい石英（ＳｉＯ２）からなるクラッドとを有する導波路を備えたものがある。このようなＳｉを用いた基板型光導波路素子は、加工が容易で屈折率が高いＳｉを材料として用いることで、集積化による小型化や、大量生産による低コスト化等のメリットを持つ。
【０００５】
ところで、このような基板型光導波路素子を用いた偏波多重方式を含む光変調器には、次のような問題点がある。すなわち、基板型光導波路素子では、導波路を形成するコアの横断面形状が、基板に対して平行な方向（幅方向）と基板に対して垂直な方向（厚み方向）で非対称となるのが一般的である。このため、電界の主成分が基板の面内方向となる偏波モード（ＴＥモードという。）と、磁界の主成分が基板の面内方向（電界の主成分が基板の垂直方向）となる偏波モード（ＴＭモードという。）との間で、実効屈折率などの特性が異なっている。
【０００６】
これら２つの偏波モードの中で多くの場合に使用されるのは、ＴＥ０モードとＴＭ０モードである。このうち、ＴＥ０モードは、ＴＥモードの中で実効屈折率が一番大きいモードであり、ＴＭ０モードは、ＴＭモードの中で実効屈折率が一番大きいモードである。
【０００７】
また、光デバイスの基本的な構成要素の一つに、光の合波又は分波を行う分岐導波路（合波導波路又は分波導波路）がある。その中でも、Ｙ分岐導波路が一般的に知られている。ここで、図３５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すＹ分岐導波路について説明する。なお、図３５（Ａ）は、Ｙ分岐導波路を示す平面図である。図３５（Ｂ）は、図３５（Ａ）中に示すＺ７−Ｚ７によるＹ分岐導波路の断面図である。図３５（Ｃ）は、図３５（Ａ）中に示す囲み部分Ｃを拡大して示す平面図である。
【０００８】
図３５（Ａ），（Ｂ）に示すＹ分岐導波路は、２つの入力導波路２０１，２０２と、これら２つの入力導波路２０１，２０２の一端に他端を接続した１つの出力導波路２０３とを形成するコア２０４と、コア２０４を覆うと共にコア２０４よりも屈折率が小さいクラッド２０５とを備えている。コア２０４は、下部クラッド２０５の面上において、Ｓｉからなる断面矩形状の各導波路（いわゆる矩形導波路）２０１，２０２，２０３を形成している。クラッド２０５は、ＳｉＯ２等からなる下部クラッド２０６と、空気層やＳｉＯ２等からなる上部クラッド２０７とから構成されている。上部クラッド２０７は、各導波路２０１，２０２，２０３が形成された下部クラッド２０６の面上を覆っている。
【０００９】
図３５（Ａ），（Ｂ）に示すＹ分岐導波路では、２つの並列した入力導波路２０１，２０２を出力導波路２０３に接続される側（一端側）に向かって徐々に接近させながら、出力導波路２０３に連続的に接続することで、原理的には低損失な合波が可能となっている。
【００１０】
しかしながら、このようなＹ分岐導波路を作製する場合、２つの入力導波路２０１，２０２を出力導波路２０３に接続する部分において、理想的には図３５（Ａ）中に示す囲み部分Ｃのように、２つの入力導波路２０１，２０２の間を鋭角に接続する必要があるものの、実際の製造プロセスでは、このような分岐導波路構造を精度良く作製することは困難である。すなわち、実際の分岐導波路構造では、図３５（Ｃ）に示すように、２つの入力導波路２０１，２０２の間が鋭角となる手前で接続された状態となる。このため、２つの入力導波路２０１，２０２を出力導波路２０３に接続する部分での損失が増加してしまう。
【００１１】
一方、製造が容易で比較的低損失な分岐導波路構造として、下記非特許文献１に記載のＹ分岐導波路が挙げられる。ここで、下記非特許文献１に記載のＹ分岐導波路について、図３６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照して説明する。なお、図３６（Ａ）は、下記非特許文献１に記載のＹ分岐導波路を示す平面図である。図３６（Ｂ）は、図３６（Ａ）中に示すＺ８−Ｚ８によるＹ分岐導波路の断面図である。図３６（Ｃ）は、図３６（Ａ）中に示すＺ９−Ｚ９によるＹ分岐導波路の断面図である。
【００１２】
図３６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すＹ分岐導波路は、２つの入力導波路３０１，３０２と、これら２つの入力導波路３０１，３０２の一端に他端を接続した１つの出力導波路３０３とを形成するコア３０４と、コア３０４を覆うと共にコア３０４よりも屈折率が小さいクラッド３０５とを備えている。コア３０４は、下部クラッド３０５の面上において、例えばＳｉＯ２からなる断面矩形状の各導波路（いわゆる矩形導波路）３０１，３０２，３０３を形成している。クラッド３０５は、ＳｉＯ２からなる下部クラッド３０６と、空気層又はＳｉＯ２からなる上部クラッド３０７とから構成されている。上部クラッド３０７は、各導波路３０１，３０２，３０３が形成された下部クラッド３０６の面上を覆っている。
【００１３】
図３６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すＹ分岐導波路では、２つの並列した入力導波路３０１，３０２を平行（互いの間隔を一定）としたまま、出力導波路３０３に不連続的に接続している。また、入力導波路３０１，３０２の出力導波路３０３に接続される直前の電界分布が、出力導波路３０３の電界分布と効率良く結合するように、出力導波路３０３が２つの入力導波路３０１，３０２よりも幅方向の両側に突出した幅広形状となっている。すなわち、出力導波路３０３の幅は、２つの入力導波路３０１，３０２の幅と、２つの入力導波路３０１，３０２の間隔との合計よりも大きくなっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】松浦祐司他、「新構造Ｙ分岐素子の低損失化」、１９９４年電子情報通信学会春季大会、Ｃ−３３０、１９９４年４月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上述した非特許文献１に記載のＹ分岐導波路において、出力導波路３０３の中央に集中した電界分布を持つＴＥ０モードの光を高効率に結合させるためには、一方の入力導波路３０１に入力したＴＥ０モードの光が隣接する他方の入力導波路３０２に浸み出し、これら２つの入力導波路３０１，３０２の中央に寄った電界分布を持つ必要がある。
【００１６】
しかしながら、非特許文献１に記載のＹ分岐導波路では、入力導波路３０１，３０２及び出力導波路３０３が、上述した断面矩形状のコア３０４からなる矩形導波路によって構成されているため、コア３０４の幅方向に対する光の閉じ込めが強く、隣接した導波路への光の浸み出しが弱くなっている。この場合、２つの入力導波路３０１，３０２と出力導波路３０１との電界分布の重なりが弱くなるため、低損失な合波が困難となるといった問題がある。特に、基板型光導波路素子では、Ｓｉからなるコアと、ＳｉＯ２（空気層を含む。）からなるクラッドとの間で高い屈折率差を有することから、コアへの光の閉じ込めが強く、上述した問題が顕著である。
【００１７】
本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、低損失な光の合波又は分波を行うことが可能な基板型光導波路素子、並びにそのような基板型光導波路素子を用いた光変調器、光変調器のモニター構造、及び出力偏波変換素子を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る基板型光導波路素子は、基板の上に、コアと、前記コアを覆うと共に前記コアよりも屈折率が小さいクラッドと、を備える基板型光導波路素子であって、互いに平行に並列した第１の導波路及び第２の導波路と、前記第１の導波路及び前記第２の導波路の一端に他端が接続された第３の導波路とを有する分岐導波路構造を備える。前記コアは、前記第１の導波路を形成する断面矩形状の第１のリブ部と、前記第２の導波路を形成する断面矩形状の第２のリブ部と、前記第３の導波路を形成する断面矩形状の第３のリブ部と、前記第１のリブ部及び前記第２のリブ部よりも低い高さで、前記第１のリブ部と前記第２のリブ部と前記第３のリブ部との間で共有されるスラブ部と、を有する。前記第１の導波路及び前記第２の導波路は、前記第１のリブ部及び前記第２のリブ部の幅がそれぞれの長さ方向において一定となり、且つ、前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との間の間隔が前記第１のリブ部及び前記第２のリブ部の長さ方向において一定となる直線状の導波路を形成している。前記第３の導波路は、前記第３のリブ部の幅方向の中心と前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との間の幅方向の中心とが一致し、且つ、前記第１のリブ部の幅と、前記第２のリブ部の幅と、前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との間の間隔との合計よりも前記第３のリブ部の幅が大きい直線状の導波路を形成している。
【００１９】
また、前記基板型光導波路素子において、前記スラブ部は、前記第１のリブ部及び前記第２のリブ部の幅方向の両側にそれぞれ連続して設けられている構成であってもよい。
【００２０】
また、前記基板型光導波路素子において、前記スラブ部は、前記第３のリブ部の幅方向の両側にそれぞれ連続して設けられている構成であってもよい。
【００２１】
また、前記基板型光導波路素子は、前記第１の導波路と前記第２の導波路との何れか一方又は両方の他端に一端が接続された曲げ導波路を有し、前記曲げ導波路は、前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との何れか一方又は両方を面内で曲げることによって、その他端側から一端側に向かって前記第１のリブ部と前記第２のリブ部との間の間隔が連続的に小さくなる形状を有する構成であってもよい。
【００２２】
また、前記基板型光導波路素子は、前記曲げ導波路の他端に一端が接続されたテーパ導波路を有し、前記テーパ導波路は、前記第１のリブ部の幅方向の片側又は両側に連続して設けられた第１のスラブ部と、前記第２のリブ部の幅方向の片側又は両側に連続して設けられた第２のスラブ部とを有し、前記第１のスラブ部と前記第２のスラブ部とは、前記スラブ部に連続して設けられ、且つ、それぞれの幅が前記スラブ部に向かって連続的に大きくなる形状を有する構成であってもよい。
【００２３】
また、前記基板型光導波路素子は、前記第３の導波路の一端に他端が接続された第４の導波路を有し、前記コアは、前記第４の導波路を形成する断面矩形状の第３のリブ部を有し、前記第４の導波路は、前記第３の導波路に接続される側とは反対側に向かって前記第３のリブ部の幅が徐々に小さくなるテーパ状の導波路を形成している構成であってもよい。
【００２４】
また、前記基板型光導波路素子において、前記コアがＳｉを含み、前記クラッドがＳｉＯ２を含む構成であってもよい。
【００２５】
また、本発明の一つの態様に係る光変調器は、光が入力される入力部と、前記入力部から入力された光を分波する分波部と、前記分波部で分波された光を位相変調する少なくとも１つ以上の位相変調部と、前記位相変調部で位相変調された光を合波する合波部と、前記合波部で合波された光を出力する出力部と、を備え、前記合波部に、前記何れかの基板型光導波路素子を用いることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の一つの態様に係る光変調器は、光が入力される第１の入力部と、前記第１の入力部から入力された光を分波する第１の分波部と、前記第１の分波部で分波された光を位相変調する少なくとも１つ以上の位相変調部と、前記位相変調部で位相変調された光を合波する第１の合波部と、前記第１の合波部で合波された光を出力する第１の出力部と、をそれぞれ有する第１の光変調部及び第２の光変調部と、前記第１の光変調部及び前記第２の光変調部の前段に位置して、光が入力される第２の入力部と、前記第２の入力部から入力された光を前記第１の光変調部の第１の入力部側と前記第２の光変調部の第１の入力部側とに分波する第２の分波部と、前記第１の光変調部及び前記第２の光変調部の後段に位置して、前記第１の光変調部の第１の出力部から出力された光と、前記第２の光変調部の第１の出力部から出力された光とを合波する第２の合波部と、前記第２の合波部で合波された光を出力する第２の出力部と、を備え、前記第１の合波部と前記第２の合波部との何れに、前記何れかの基板型光導波路素子を用いることを特徴とする。
【００２７】
また、前記光変調器は、前記第１の光変調部と前記第２の光変調部との何れか一方の前記第１の合波部から出力された光の位相差を調整する位相調整部を備える構成であってもよい。
【００２８】
また、本発明の一つの態様に係る光変調器のモニター構造は、前記何れかの光変調器において、電場が前記基板の面内方向となるＴＥモードの中で、実効屈折率が１番大きいモードを表すＴＥ０モードの光と、実効屈折率が２番目に高いモードをＴＥ１モードの光とが、前記出力部から同時に出力されるとき、前記ＴＥ１モードの光を分離して検出する光変調器のモニター構造であって、前記出力部の後段に位置して、前記ＴＥ１モードの光を分離する高次モードスプリッタと、前記高次モードスプリッタで分離された前記ＴＥ１モードの光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の一つの態様に係る光変調器のモニター構造は、前記何れかの光変調器において、電場が前記基板の面内方向となるＴＥモードの中で、実効屈折率が１番大きいモードを表すＴＥ０モードの光と、実効屈折率が２番目に高いモードをＴＥ１モードの光とが、前記出力部から同時に出力されるとき、前記ＴＥ１モードの光を、電場が前記基板の垂直方向となるＴＭモードの中で実効屈折率が１番大きいモードを表すＴＥ０モードの光に変換した後、前記ＴＥ０モードの光を分離して検出する光変調器のモニター構造であって、前記ＴＥ１モードの光を前記ＴＥ０モードの光に変換する高次偏波変換部と、前記ＴＥ０モードの光を分離する偏波ビームスプリッタと、前記偏波ビームスプリッタで分離された前記ＴＥ０モードの光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の一つの態様に係る出力偏波変換素子は、光が入力される入力部と、前記入力部から入力された光を分波する分波部と、前記分波部で分波された光を合波する合波部と、前記合波部で合波された光を出力する出力部と、を有するマッハツェンダ干渉計と、電場が前記基板の面内方向となるＴＥモードの中で、実効屈折率が１番大きいモードを表すＴＥ０モードの光と、電場が前記基板の面内方向となるＴＥモードの中で実効屈折率が２番目に高いモードをＴＥ１モードの光を、電場が前記基板の面内方向となるＴＥモードの中で実効屈折率が１番大きいモードを表すＴＥ０モードの光に変換する高次偏波変換部と、前記分波部で分波された光のうち何れか一方の光の位相差を調整する位相調整部と、を備え、前記合波部に、前記何れかの基板型光導波路素子を用いることを特徴とする。
【００３１】
また、前記出力偏波変換素子は、前記分波部で分波された光を位相変調する２つの位相変調部を備える構成であってもよい。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明の一つの態様によれば、低損失な光の合波又は分波を行うことが可能な基板型光導波路素子、並びにそのような基板型光導波路素子を用いた光変調器、光変調器のモニター構造、及び出力偏波変換素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその入力導波路における断面図、（Ｃ）はその出力導波路における断面図である。
【図２】隣接する入力導波路が離れているときの偶モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフであり、（Ａ）はその電界分布を示すグラフであり、（Ｂ）はそのＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。
【図３】隣接する入力導波路が離れているときの奇モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフであり、（Ａ）はその電界分布を示すグラフであり、（Ｂ）はそのＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。
【図４】図２及び図３に示すシミュレーションで用いたＹ分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。
【図５】隣接する入力導波路が接近しているときの偶モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフであり、（Ａ）はその電界分布を示すグラフであり、（Ｂ）はそのＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。
【図６】隣接する入力導波路が接近しているときの奇モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフであり、（Ａ）はその電界分布を示すグラフであり、（Ｂ）はそのＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。
【図７】図５及び図６に示すシミュレーションで用いたＹ分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。
【図８】矩形導波路のＴＥ０モードによる電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフであり、（Ａ）はその電界分布を示すグラフであり、（Ｂ）はそのＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。
【図９】矩形導波路のＴＥ１モードによる電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフであり、（Ａ）はその電界分布を示すグラフであり、（Ｂ）はそのＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。
【図１０】図８及び図９に示すシミュレーションで用いたＹ分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。
【図１１】矩形導波路を用いた分岐導波路の電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフであり、（Ａ）はその電界分布を示すグラフであり、（Ｂ）はそのＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。
【図１２】半リブ導波路を用いた分岐導波路の電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフであり、（Ａ）はその電界分布を示すグラフであり、（Ｂ）はそのＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。
【図１３】図１１に示すシミュレーションで用いたＹ分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。
【図１４】図１２に示すシミュレーションで用いたＹ分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその入力導波路における断面図、（Ｃ）はその出力導波路における断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はそのテーパ導波路を示す平面図、（Ｃ）はその基板型光導波路素子の変形例を示す平面図、（Ｄ）はテーパ導波路の変形例を示す平面図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその入力導波路における断面図、（Ｃ）はその出力導波路における断面図である。
【図１８】本発明の第５の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその入力導波路における断面図、（Ｃ）はその出力導波路における断面図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器及びそのモニター構造を示し、（Ａ）はその一例を示す模式図、（Ｂ）はその他例を示す模式図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器及びそのモニター構造を示し、（Ａ）はその一例を示す模式図、（Ｂ）はその他例を示す模式図である。
【図２１】本発明の第８の実施形態に係るマッハツェンダ型出力偏波変換素子を示し、（Ａ）はその一例を示す模式図、（Ｂ）はその他例を示す模式図である。
【図２２】実施例１のＹ分岐導波路における各部の寸法を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその入力導波路における断面図、（Ｃ）はその出力導波路における断面図である。
【図２３】実施例１の出力導波路の幅Ｘに対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフである。
【図２４】実施例１の偶モードからＴＥ０モードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。
【図２５】実施例１の奇モードからＴＥ１モードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。
【図２６】実施例１のＹ分岐導波路における電界分布をシミュレーションにより求めたグラフである。
【図２７】実施例１における位相差が０ｒａｄの場合の電界分布をシミュレーションにより求めたグラフである。
【図２８】実施例１における位相差がπｒａｄの場合の電界分布をシミュレーションにより求めたグラフである。
【図２９】比較例１のＹ分岐導波路における各部の寸法を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその入力導波路における断面図、（Ｃ）はその出力導波路における断面図である。
【図３０】比較例１の出力導波路の幅Ｘに対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフである。
【図３１】比較例１の偶モードからＴＥ０モードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。
【図３２】比較例１の奇モードからＴＥ１モードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。
【図３３】実施例２のＹ分岐導波路における各部の寸法を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその入力導波路における断面図、（Ｃ）はその出力導波路における断面図である。
【図３４】実施例２の出力導波路の幅Ｘに対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフである。
【図３５】従来の一般的なＹ分岐導波路を示し、（Ａ）はその理想的な平面図、（Ｂ）はその断面図、（Ｃ）はその要部を拡大した平面図である。
【図３６】非特許文献１に記載のＹ分岐導波路を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその入力導波路における断面図、（Ｃ）はその出力導波路における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００３５】
（第１の実施形態）
＜基板型光導波路素子＞
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１（Ａ），（Ｂ）に示す基板型光導波路素子１について説明する。なお、図１（Ａ）は、基板型光導波路素子１を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中に示す線分Ｚ１−Ｚ１による基板型光導波路素子１の断面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）中に示す線分Ｚ２−Ｚ２による基板型光導波路素子１の断面図である。
【００３６】
図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１は、基板２の上に、Ｙ分岐導波路３を形成するコア４と、コア４を覆うと共にコア４よりも屈折率が小さいクラッド５とを備えている。Ｙ分岐導波路３は、互いに平行に並列した第１の導波路６及び第２の導波路７と、第１の導波路６及び第２の導波路７の一端に他端が接続された第３の導波路８とを有している。
【００３７】
基板型光導波路素子１では、例えば、Ｓｉ−ＳｉＯ２−ＳｉからなるＳＯＩ（Silicon on insulator）ウェハを用いて作製できる。具体的に、このＳＯＩウェハの最上層にあるＳｉ層を加工することで、コア４（Ｙ分岐導波路３）を形成することができる。ＳＯＩウェハを用いた場合、最下層にあるＳｉが基板２となり、中間にあるＳｉＯ２が後述する下部クラッド１３となる。
【００３８】
コア４は、第１の導波路６を形成する断面矩形状の第１のリブ部９と、第２の導波路７を形成する断面矩形状の第２のリブ部１０と、第３の導波路８を形成する断面矩形状の第３のリブ部１１と、第１のリブ部９、第２のリブ部１０及び第３のリブ部１１よりも小さい厚み（低い高さ）で、第１のリブ部９と第２のリブ部１０と第３のリブ部１１との間で共有されるスラブ部１２とを有している。
【００３９】
コア４（第１のリブ部９、第２のリブ部１０、第３のリブ部１１及びスラブ部１２）は、クラッド５よりも屈折率が高い材料、好ましくはＳｉからなる。基板型光導波路素子１では、上述したＳＯＩウェハの最上層にあるＳｉ層を２段階でエッチングすることで、第１のリブ部９、第２のリブ部１０、第３のリブ部１１及びスラブ部１２を一体に形成することができる。
【００４０】
第１の導波路６及び第２の導波路７は、第１のリブ部９及び第２のリブ部１０の幅Ｗ１，Ｗ２がそれぞれの長さ方向において一定となり、且つ、第１のリブ部９と第２のリブ部１０との間の間隔（スラブ部１２の幅）Ｄが第１のリブ部９及び第２のリブ部１０の長さ方向において一定となる直線状の導波路を形成している。すなわち、Ｙ分岐導波路３において、第１の導波路６と第２の導波路７とは、同じ材質及び断面形状（幅及び厚み（高さ））を有する直線状の第１のリブ部９と第２のリブ部１０とが互いに平行に並ぶことによって形成されている。また、第１のリブ部９の幅Ｗ１と第２のリブ部１０の幅Ｗ２とは、同じ幅（Ｗ１＝Ｗ２）を有している。
【００４１】
第３の導波路８は、第３のリブ部１１の幅方向の中心Ｏと第１のリブ部９と第２のリブ部１０との間の幅方向の中心Ｏ’が一致し、且つ、第１のリブ部９の幅Ｗ１と、第２のリブ部１０の幅Ｗ２と、第１のリブ部９と第２のリブ部１０との間の間隔Ｄとの合計（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｄ）よりも第３のリブ部１１の幅Ｗ３が大きい（すなわち「Ｗ３＞Ｗ１＋Ｗ２＋Ｄ」の関係を満足する）直線状の導波路を形成している。すなわち、Ｙ分岐導波路３において、第３の導波路８は、第１のリブ部９及び第２のリブ部１０と同じ材質及び厚み（高さ）を有する直線状の第３のリブ部１１によって形成されている。また、第３のリブ部１１は、第１のリブ部９及び第２のリブ部１０よりも幅方向の両側に同じ幅だけ突出した一対の突出部１１ａ，１１ｂを有している。
【００４２】
スラブ部１２は、第１のリブ部９と第２のリブ部１０との互いに対向する側面の間に亘って形成されている。これにより、第１の導波路６と第２の導波路７とは、第１のリブ部９と第２のリブ部１０との幅方向の片側のみにスラブ部１２が設けられた半リブ導波路を形成している。
【００４３】
クラッド５は、下部クラッド１３と、上部クラッド１４とを有している。第１の導波路６、第２の導波路７及び第３の導波路８（第１のリブ部９、第２のリブ部１０、第３のリブ部１１及びスラブ部１２）は、下部クラッド１３の面上に形成されている。上部クラッド１４は、第１のリブ部９、第２のリブ部１０、第３のリブ部１１及びスラブ部１２が形成された下部クラッド１３の面上を覆っている。
【００４４】
クラッド５は、コア４よりも屈折率が低い材料、具体的には、ＳｉＯ２やＳｉＮ、空気層（但し、空気層は上部クラッド１４のみ適用可能。）などからなる。基板型光導波路素子１では、上述したＳＯＩウェハのＳｉＯ２層が下部クラッド１３を形成し、その上の空気層が上部クラッド１４を形成している。また、上部クラッド１４は、下部クラッド１３の面上を覆うＳｉＯ２層により形成してもよい。
【００４５】
また、基板型光導波路素子１は、第１の導波路３の他端に一端が接続された第１の曲げ導波路１５と、第２の導波路７の他端に一端が接続された第２の曲げ導波路１６とを有している。
【００４６】
コア４は、第１の曲げ導波路１５を形成する第１のリブ部９Ａと、第２の曲げ導波路１６を形成する第２のリブ部１０Ａと、第１のリブ部９Ａ及び第２のリブ部１０Ａよりも小さい厚み（低い高さ）で、第１のリブ部９Ａと第２のリブ部１０Ａとの間で共有されるスラブ部１２Ａとを有している。
【００４７】
第１の曲げ導波路１５及び第２の曲げ導波路１６は、長さ方向において幅及び厚み（高さ）が一定となる第１のリブ部９Ａ及び第２のリブ部１０Ａにより面内で曲げるように形成されている。第１のリブ部９Ａと第２のリブ部１０Ａとは、第１のリブ部９と第２のリブ部１０とにそれぞれ連続して形成されている。すなわち、第１のリブ部９Ａは、第１のリブ部９と同じ幅及び厚み（高さ）で断面矩形状に形成されている。一方、第２のリブ部１０Ａは、第２のリブ部１０と同じ幅及び厚み（高さ）で断面矩形状に形成されている。
【００４８】
第１の曲げ導波路１５と第２の曲げ導波路１６とは、第１のリブ部９Ａと第２のリブ部１０Ａとの間の間隔が第１の導波路６（第１のリブ部９）と第２の導波路７（第２のリブ部１０）に接続される側に向かって連続的に小さくなるように、所定の曲率及び角度でＳ字状に曲がって形成されている。
【００４９】
スラブ部１２Ａは、スラブ部１２と同じ厚み（高さ）でスラブ部１２に連続して形成されている。スラブ部１２Ａは、第１のリブ部９Ａと第２のリブ部１０Ａとの互いに対向する側面の間に亘って形成されている。これにより、第１の曲げ導波路１５と第２の曲げ導波路１６とは、第１のリブ部９Ａと第２のリブ部１０Ａとの幅方向の片側のみにスラブ部１２Ａが設けられた半リブ導波路を形成している。
【００５０】
また、基板型光導波路素子１は、第３の導波路８の一端に他端が接続された第４の導波路１７を有している。コア４は、第４の導波路１７を形成する第３のリブ部１１Ａを有している。第４の導波路１７は、第３の導波路８とは幅が異なる直線導波路１８との間を連続的に接続するため、第３の導波路８に接続される側とは反対側に向かって第３のリブ部１１Ａの幅が連続的に小さくなるテーパ状の導波路（テーパ部）を形成している。第３のリブ部１１Ａは、第３の導波路８を形成する第３のリブ部１１と、直線導波路１８を形成する第３のリブ部１１Ｂとに連続して形成されている。すなわち、第３のリブ部１１Ａの他端は、第３のリブ部１１と同じ幅及び厚み（高さ）で断面矩形状に形成されている。一方、第３のリブ部１１Ａの一端は、第３のリブ部１１Ｂと同じ幅及び厚み（高さ）で断面矩形状に形成されている。
【００５１】
直線導波路１８は、第４の導波路１７と外部の導波路（図示せず。）との間を接続するための導波路であり、長さ方向において幅及び厚み（高さ）が一定となる第３のリブ部１１Ｂにより直線状に形成されている。
【００５２】
なお、本実施形態の基板型光導波路素子１において、第４の導波路１７は、必ずしも必須な構成ではなく、第３の導波路８に同じ幅の導波路を接続する場合は不要となる。また、直線導波路１８についても必須な構成ではなく、この直線導波路１８とは異なる形状の導波路（例えば曲げ導波路など。）を接続することも可能である。
【００５３】
また、基板型光導波路素子１では、上述したＳＯＩウェハの最上層にあるＳｉ層を２段階でエッチングすることで、上述した第１の導波路６、第２の導波路７及び第３の導波路８を形成する第１のリブ部９、第２のリブ部１０、第３のリブ部１１及びスラブ部１２と共に、第１の曲げ導波路１５、第２の曲げ導波路１６、第４の導波路１７及び直線導波路１８を形成する第１のリブ部９Ａ、第２のリブ部１０Ａ、第３のリブ部１１Ａ，１１Ｂ及びスラブ部１２Ａを一体に形成することができる。
【００５４】
本実施形態の基板型光導波路素子１では、上述した第１の導波路６、第２の導波路７及び第３の導波路８からＹ分岐導波路３の突合せ結合部（分岐導波路構造）３１が構成されている。また、本実施形態の基板型光導波路素子１では、上述した第１の導波路６及び第１の曲げ導波路１５と、第１の導波路６及び第１の曲げ導波路１５とからＹ分岐導波路３の２つの入力導波路３２，３３が構成され、上述した第３の導波路８、第４の導波路１７及び直線導波路１８からＹ分岐導波路３の１つの出力導波路３４が構成されている。
【００５５】
Ｙ分岐導波路３では、２つの入力導波路３２，３３に入力されるＴＥ０モードの光と、出力導波路３４から出力されるＴＥ０モードの光とを突合せ結合部３１で不連続に結合させる。また、入力導波路３２，３３の出力導波路３４に接続される直前の電界分布が、出力導波路３４の電界分布と効率良く結合するように、出力導波路３４が２つの入力導波路３２，３３よりも幅方向の両側に突出した幅広形状となっている。すなわち、第３のリブ部１１の幅Ｗ３は、第１のリブ部９の幅Ｗ１と、第２のリブ部１０の幅Ｗ２と、第１のリブ部９と第２のリブ部１０との間の間隔Ｄとの合計（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｄ）よりも大きくなっている（Ｗ３＞Ｗ１＋Ｗ２＋Ｄ）。この場合、入力側の電界分布に応じて、第３のリブ部１１の幅Ｗ３を調整することによって、光を合波する際の損失を低減することが可能である。
【００５６】
また、本実施形態の基板型光導波路素子１では、２つの入力導波路３２，３３（第１の導波路６と第２の導波路７）の間に、第１のリブ部９及び第２のリブ部１０よりも小さい厚み（低い高さ）で、第１のリブ部９と第２のリブ部１０との間で共有されるスラブ部１２を設けることによって、低損失な合波を可能としている。
【００５７】
すなわち、第１のリブ部９と第２のリブ部１０との間にスラブ部１２を設けた場合、第１のリブ部９（又は第２のリブ部１０）からスラブ部１２へと光が大きく浸み出すことになる。一方、スラブ部１２は、第１のリブ部９と第２のリブ部１０との間にのみ存在するため、第１のリブ部９（又は第２のリブ部１０）のスラブ部１２とは反対側から光が浸み出すことがない。
【００５８】
これにより、Ｙ分岐導波路４では、隣接する第１のリブ部９と第２のリブ部１０との間で光の閉じ込めを弱くし、これらの間で光の浸み出しを増加させることができる。その結果、一方の入力導波路３２に入力したＴＥ０モードの光が隣接する他方の入力導波路３３に浸み出し、これら２つの入力導波路３２，３３の中央に寄った電界分布を持つことになる。このため、出力導波路３４の中央に集中した電界分布を持つＴＥ０モードの光を高効率に結合させることが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態の基板型光導波路素子１では、上述した第１の曲げ導波路１５及び第２の曲げ導波路１６によって、２つの離れた入力導波路３２，３３を徐々に接近させる構成となっている。この場合、隣接する導波路への光の浸み出しを徐々に行い、急激な電界分布の変化による損失を避けることができる。これにより、離間した外部の導波路との接続が容易になる。
【００６０】
なお、本実施形態では、上述した第１の曲げ導波路１５及び第２の曲げ導波路１６を設けた構成となっているが、必ずしも２つの曲げ導波路を用いる必要はなく、例えば、２つの直線導波路を光の進行方向に対して斜めに配置して、これら２つの直線導波路を徐々に接近させる構成とすることも可能である。また、これらを組み合わせた構成としてもよい。
【００６１】
＜Ｙ分岐導波路＞
次に、Ｙ分岐導波路を用いた合成導波路による光の合波の原理について説明する。
なお、以下の説明では、上記基板型光導波路素子１と同等の部位については、必要に応じて図面等において同じ符号を付すものとする。また、一方の入力導波路３２を「入力導波路１」、他方の入力導波路３３を「入力導波路２」と呼ぶ。
【００６２】
２つの入力導波路１，２が十分に離れているとき、その一方の導波路１にＴＥ０モードの光を入力した場合、このＴＥ０モードの光は、隣接する入力導波路１，２の断面において、対称な電界分布を持つ偶モードと、反対称な電界分布を持つ奇モードとの２つの導波モード（これらを合わせてスーパーモードと呼ぶ。）が、同じパワーを持った重ね合わせとして表現される。
【００６３】
ここで、隣接する入力導波路１，２が十分に離れているときの上記Ｙ分岐導波路３におけるＴＥ０モードによる偶モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフを図２（Ａ），（Ｂ）に示し、奇モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフを図３（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）は、図２（Ａ）及び図３（Ａ）におけるＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。また、各グラフにおいて、Ｘは幅方向、Ｙは高さ方向の座標［μｍ］を表す。
【００６４】
また、本シミュレーションで用いたＹ分岐導波路３の各部の寸法を図４に示す。本シミュレーションでは、有限要素法（ＦＥＭ：finite element method）を用い、波長を１５５０ｎｍとし、コア４（リブ部９，１０及びスラブ部１２）をＳｉ（屈折率３．４８）とし、クラッド５（下部クラッド１３及び上部クラッド１４）をＳｉＯ２（屈折率１．４４）とし、リブ部９，１０の厚み（高さ）を２２０ｎｍ、スラブ部１２の厚み（高さ）を９５ｎｍとし、リブ部９，１０の幅を４００ｎｍとし、スラブ部１２の幅を２０００ｎｍとして計算を行った。
【００６５】
図２（Ａ），（Ｂ）及び図３（Ａ），（Ｂ）には、Ｙ分岐導波路３の幅方向における電界成分（ＥＸ成分）のみが示されている。これは、ＴＥモードではＥＸ成分が最も大きく支配的であるためであり、その特徴はＥＸ成分で主に表されるからである。
【００６６】
図２（Ａ），（Ｂ）及び図３（Ａ），（Ｂ）のグラフからわかるように、入力導波路１（図４中の右側）にＴＥ０モードの光が入力された場合の電界分布は、偶モードと奇モードが位相差０［ｒａｄ］を持って重ね合わされたものとなる。一方、入力導波路２（図４中の左側）にＴＥ０モードの光が入力された場合の電界分布は、偶モードと奇モードが位相差π［ｒａｄ］を持って重ね合わされものとなる。
【００６７】
これらのスーパーモードを持つ２つの入力導波路１，２は、突合せ結合部３１に向かって徐々に接近する。このとき、一方の入力導波路１から浸み出し光が他方の入力導波路２に移ることにより、スーパーモードは２つの入力導波路１，２の中央に寄った分布へと移り変わる。
【００６８】
次に、隣接する入力導波路１，２が接近しているときの上記Ｙ分岐導波路３におけるＴＥ０モードによる偶モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフを図５（Ａ），（Ｂ）に示し、奇モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフを図６（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）は、図５（Ａ）及び図６（Ａ）におけるＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。また、本シミュレーションで用いたＹ分岐導波路３の各部の寸法を図７に示す。本シミュレーションのそれ以外の条件は、上記図４に示す場合と同様である。
【００６９】
図５（Ａ），（Ｂ）及び図６（Ａ），（Ｂ）のグラフからは、偶モードにおいて、隣接する入力導波路の間に光が集まっているのがわかる。
【００７０】
これに対して、従来の一般的な矩形導波路を用いたＹ分岐導波路（上記図３５（Ａ）を参照。）では、更に隣接する入力導波路の間隔が光の進行方向に沿って徐々に狭まっていく。このとき、偶モードでは、出力導波路のＴＥ０モードの光に連続的に変化する。一方、奇モードでは、出力導波路のＴＥ１モードの光に連続的に変化する。なお、ＴＥ１モードは、ＴＥモードの中で実効屈折率が２番目に高いモードを表す。
【００７１】
ここで、矩形導波路のＴＥ０モードによる電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフを図８（Ａ），（Ｂ）に示し、ＴＥ１モードによる電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフを図９（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）は、図８（Ａ）及び図９（Ａ）におけるＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。また、本シミュレーションで用いた矩形導波路の寸法を図１０に示す。本シミュレーションのそれ以外の条件は、上記図４に示す場合と同様である。
【００７２】
図８（Ａ），（Ｂ）及び図９（Ａ），（Ｂ）のグラフから、ＴＥ０モードでは中央にピークを持った幅方向に対称な電界分布を持ち、ＴＥ１モードでは離れたところに２つのピークを持った幅方向に反対称な電界分布を持つことがわかる。なお、このような電界分布の特徴は、導波路の幅を変化させた場合も成り立ち、導波路の幅が変化することによって、ＴＥ０モード及びＴＥ１モードによる電界分布も幅方向に変化することになる。
【００７３】
従来の一般的なＹ分岐導波路では、２つの入力導波路１，２から１つの出力導波路へと連続的に変化させることから、偶モードから出力導波路のＴＥ０モードへの変換（又は奇モードから出力導波路のＴＥ１モードへの変換）も連続的に行われる。したがって、Ｙ分岐導波路の長さを十分長く取ることで、原理的に非常に低損失な合波が可能となる。このような変換は、一般的に断熱変化による変換と呼ばれる。
【００７４】
一方、上記図３５（Ａ）に示すＹ分岐導波路や、図１に示すＹ分岐導波路３のように、２つの入力導波路の間隔を一定にしたまま、出力導波路に不連続に接続するＹ分岐導波路の場合、以下の原理による変換が行われる。
【００７５】
すなわち、異なる断面を持つ導波路を接続した場合に、入力側導波路のある導波モードが、出力側導波路のある導波モードへ変換する割合を示す変換効率Ｔは、下記式（１）のように表される。（但し、ＴＥモードの変換を考えた場合、ＴＥモードはＥｘ成分が主成分であることから、それ以外の成分の寄与を無視している。）
【００７６】
【数１】
0006335676.tif 000002
【００７７】
ここで、上記式（１）中における記号は以下のように定める。＊は複素共役を表し、積分は２つの入力導波路と出力導波路との境界の断面全体で行っている。
Ｅｘ入力部：入力導波路におけるＴＥモードのＥｘ成分  
Ｅｘ出力部：出力導波路におけるＴＥモードのＥｘ成分  
Ｋ：その他定数  
【００７８】
このような変換は、突合せ結合と呼ばれる。上記式（１）から、電界分布の重なりが大きいほど大きな変換効率が得られることがわかる。また、入力導波路の偶モードは、幅方向に対称な電界分布を持つことから、出力導波路のＴＥ１モードには結合せず、反対に、入力導波路の奇モードは、幅方向に反対称な電界分布を持つことから、出力導波路のＴＥ０モードには結合しないことがわかる。このため、ＴＥ０モードの光を一方の入力導波路に入力したときの出力導波路から出力されるＴＥ０モードの光の変換効率は、５０％以下となる。このうち５０％の損失は原理損である。また、同様にＴＥ０モードの光を一方の入力導波路に入力したときの出力導波路から出力されるＴＥ１モードの光の変換効率も同様である。
【００７９】
このような２つの入力導波路を出力導波路に不連続に接続したＹ分岐導波路では、変換効率を高めるのに電界分布が一致している方がよい。特に、入力側導波路の偶モードを電界分布が中央に寄った出力側導波路のＴＥ０モードに高い効率で変換するためには、入力導波路の偶モードの電界が中央に寄った分布を持つことが必要である。そのためには、２つの入力導波路の結合係数を高める必要がある。
【００８０】
結合係数を高めるためには、２つの入力導波路の幅を狭めて、光の閉じ込めを弱くし、外部への光の浸み出しを大きくしたり、２つの入力導波路の間隔を狭めたりすればよい。しかしながら、実際に作製することを考慮した場合、導波路の幅が狭すぎると再現性が低下したり、リソグラフィの精度に依存し、マスクの設計通りの導波路が作製できなかったりするといった問題がある。このため、作製可能な最小の導波路の幅が存在する。また、導波路の間隔についても、２つの入力導波路が接近し過ぎると、隣接する導波路の影響を受け再現性が低下する。さらに、リソグラフィやエッチングの関係から作製可能な最小の導波路の間隔が存在する。したがって、入力導波路の結合係数を高めるのには限度がある。
【００８１】
以上のような条件の下で、入力導波路の偶モードから出力導波路のＴＥ０モードへの変換効率を高める方法として、上記非特許文献１に記載のＹ分岐導波路では、図３６（Ａ）に示すように、出力導波路３０３が２つの入力導波路３０１，３０２よりも幅方向の両側に突出した幅広形状となっている。すなわち、出力導波路３０３の幅は、２つの入力導波路３０１，３０２の幅と、２つの入力導波路３０１，３０２の間隔との合計よりも大きくなっている。
【００８２】
これにより、入力導波路３０１，３０２の結合係数が十分高められず、偶モードが十分中央に寄らない場合において、出力導波路３０３の幅を広げることにより、ＴＥ０モードの電界分布を幅方向に拡張することで、偶モードとの一致性を高めることができる。
【００８３】
しかしながら、上記非特許文献１に記載のＹ分岐導波路では、２つの入力導波路３０１，３０２が矩形導波路により形成されている。また、平板型石英導波路（コアとクラッドの屈折率差０．３％）を想定している。
【００８４】
このような矩形導波路では、コアとクラッドの屈折率差が小さいことから光の閉じ込めが弱くなり、大きな結合係数が得られる。一方、コアとクラッドの屈折率差が大きいシリコン細線導波路の場合、コアへの光の閉じ込めが大きいため、変換効率を高めるためには、更なる改善が必要となる。（但し、本発明の適応範囲は、シリコン細線導波路のようなコアとクラッドの屈折率差が大きい導波路に限らず、一般的な全反射による光導波路全般に及ぶ。）
【００８５】
（本発明による効果）
次に、以上のような内容を踏まえて、本発明による効果について説明する。
本発明では、隣接する２つ入力導波路の間にリブ部と同じ材料で、リブ部よりも厚みが小さい（高さが低い）スラブ部を設けることにより、２つの入力導波路が半リブ導波路により形成されている。この場合、隣接する入力導波路への光の浸み出しを増加させ、入力導波路の幅と間隔を変えることなく、結合係数を高めることが可能である。これにより、入力導波路の偶モードから出力導波路のＴＥ０モードへの変換効率を高めることができる。
【００８６】
ここで、２つの入力導波路の幅及び間隔を一定としたときの、矩形導波路を用いた分岐導波路におけるＴＥ０モードによる偶モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフを図１１（Ａ），（Ｂ）に示し、半リブ導波路を用いた分岐導波路におけるＴＥ０モードによる偶モードの電界分布（ＥＸ成分）をシミュレーションにより求めたグラフを図１２（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、図１１（Ｂ）及び図１２（Ｂ）は、図１１（Ａ）及び図１２（Ａ）におけるＹ＝０［μｍ］の位置でのＥＸ成分を示すグラフである。また、本シミュレーションでは、矩形導波路を用いたＹ分岐導波路の各部の寸法を図１３に示し、半リブ導波路を用いたＹ分岐導波路の各部の寸法を図１４に示す。本シミュレーションのそれ以外の条件は、上記図４に示す場合と同様である。
【００８７】
図１１（Ａ），（Ｂ）及び図１２（Ａ），（Ｂ）のグラフから、同じ入力導波路の幅及び間隔で比較した場合、矩形導波路を用いたＹ分岐導波路よりも半リブ導波路を用いたＹ分岐導波路の方が中央に寄った電界分布を持つことがわかる。したがって、半リブ導波路を用いたＹ分岐導波路では、入力導波路の偶モードから出力導波路のＴＥ０モードへの変換効率を高めることが可能である。
【００８８】
また、本発明によるその他の効果としては、以下の効果１〜７が挙げられる。
［効果１］
本発明による効果１としては、波長依存性が小さいことが挙げられる。一般に、波長が変化すると、光の閉じ込めの程度が変化し、結合係数が変化する。例えば、波長が長くなると、コアからの光の浸み出しが増加し、結合係数が増加する。逆に、波長が短くなると、コアからの光の浸み出しが減少し、結合係数が減少する。このため、波長によって変換効率が変化する。一方、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）通信を想定した場合、そこで用いられる機能素子は、波長に対する変換効率の依存性が小さい方がよい。
【００８９】
本発明の半リブ導波路を用いたＹ分岐導波路では、従来の矩形導波路を用いたＹ分岐導波路に比べて、結合係数を高めることができる。したがって、本発明では、波長に対する結合係数の変化量が小さくなるため、波長依存性が小さいといった効果が得られる。
【００９０】
［効果２］
本発明による効果２としては、製造誤差に強いことが挙げられる。Ｙ分岐導波路を実際に作製した場合、設計段階の値に対して、リブ部の幅が変化したり、リブ部の高さが変化したり、リブ部の断面形状が少し傾きを持った台形状になったりする。このような場合、導波路の形状変化に伴って光の閉じ込めの程度が変化し、結合係数が変化する。このような変化に対して、変換効率が低下することは好ましくない。
【００９１】
これに対して、本発明の半リブ導波路を用いたＹ分岐導波路では、従来の矩形導波路を用いたＹ分岐導波路に比べて、結合係数を高めることができる。したがって、本発明では、製造誤差によって結合係数が変化しても、変換効率の低下が従来よりも抑えられるため、製造誤差に強いといった効果が得られる。
【００９２】
［効果３］
本発明による効果３としては、奇モードからＴＥ１モードへの変換効率が高いことが挙げられる。本発明の半リブ導波路を用いたＹ分岐導波路では、従来の矩形導波路を用いたＹ分岐導波路に比べて、高い結合係数を有することから、入力導波路の偶モードから出力導波路のＴＥ０モードへの変換効率だけでなく、入力導波路の奇モードから出力導波路のＴＥ１モードへの変換効率も高めることができる。この場合、後述するＴＥ１モードの発生を利用したデバイスやシステムへの利用を図ることによって、低損失な合波（変換）が可能となる。
【００９３】
［効果４］
本発明による効果４としては、他のリブ導波路の作製プロセスが流用可能なことが挙げられる。本発明の半リブ導波路を用いたＹ分岐導波路では、上述したＳＯＩウェハの最上層にあるＳｉ層を２段階でエッチングすることで作製可能なため、従来の矩形導波路を用いたＹ分岐導波路に比べて、製造プロセスが増加することになる。しかしながら、スラブ部の高さに制限がないことから、外部の導波路として、例えばリブ部の幅方向の両側にスラブ部が設けられた導波路（いわゆるリブ導波路）などがある場合、これらを一括して作製できるため、実質的に製造プロセスの増加にはつながらない。
【００９４】
［効果５］
本発明による効果５としては、デバイス長が短いことが挙げられる。本発明のように、２つの入力導波路の間隔を一定にしたまま、出力導波路に不連続に接続するＹ分岐導波路の場合、従来の一般的なＹ分岐導波路のように、２つの入力導波路から１つの出力導波路へと連続的に変化させるのに十分な長さを確保する必要がないため、デバイス長を短くすることができる。
【００９５】
特に、従来の一般的なＹ分岐導波路では、２つの入力導波路が出力導波路に接続される部分において、偶モードからＴＥ０モードへと電界分布の形状を大きく変えるため、この部分において非常に緩やかな変化が必要となる。これに対して、本発明では、このような部分が少ない点で、デバイス長に関して大きな利点となる。
【００９６】
［効果６］
本発明による効果６としては、低損失な合波が可能なことが挙げられる。Ｙ分岐導波路を実際に作製した場合、導波路の側壁の荒れの影響で光が散乱し、損失が生じるという問題がある。特に、デバイスのサイズが小さいシリコン細線導波路において顕著である。これに対して、本発明の半リブ導波路を用いたＹ分岐導波路では、従来の矩形導波路を用いたＹ分岐導波路に比べて、導波路の側壁が少ない。このため、従来よりも側壁荒れによる損失が小さく、低損失な合波が可能である。
【００９７】
［効果７］
本発明による効果７としては、ＴＭ０モードによる合波が可能なことが挙げられる。この場合、２つの入力導波路のＴＭ０モードによる偶モード又は奇モードから出力導波路のＴＭ０モード又はＴＭ１モードへの変換効率を計算することで、所望の損失を持つＴＭ０モードによる合波が可能となる。
【００９８】
（第２の実施形態）
＜基板型光導波路素子＞
次に、本発明の第２の実施形態として図１５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１０１Ａについて説明する。なお、図１５（Ａ）は、基板型光導波路素子１０１Ａを示す平面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）中に示す線分Ｚ１−Ｚ１による基板型光導波路素子１０１Ａの断面図である。図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）中に示す線分Ｚ２−Ｚ２による基板型光導波路素子１０１Ａの断面図である。また、以下の説明では、上記図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００９９】
図１５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１０１Ａでは、第１のリブ部９，９Ａと第２のリブ部１０，１０Ａとの互いに対向する側面とは反対側の側面にスラブ部１２Ｂが連続して設けられた構成となっている。それ以外は、上記基板型光導波路素子１と基本的に同じ構成を有している。すなわち、Ｙ分岐導波路３の２つの入力導波路３２，３３は、第１のリブ部９，９Ａと第２のリブ部１０，１０Ａとの幅方向の両側にスラブ部１２，１２Ａ，１２Ｂが設けられることによって、リブ導波路を形成している。
【０１００】
本実施形態の基板型光導波路素子１０１Ａでは、上記基板型光導波路素子１と同様の効果を得ることができる。また、入力導波路３２，３３をリブ導波路で形成した場合、２つの入力導波路３２，３３の結合係数は、矩形導波路の場合よりも高くなるため、損失が小さくなる。一方、リブ導波路は、リブ部の幅方向の両側にスラブ部が存在するため、リブ部の間のスラブ部だけでなく、その反対側のスラブ部にも光が大きく浸み出しことになる。したがって、リブ導波路の場合、２つの入力導波路３２，３３の結合係数は、半リブ導波路の場合よりも低くなるため、損失が大きくなる。しかしながら、リブ導波路の場合、導波路の側壁が少ないことから、側壁荒れによる損失の影響が小さい。この点で半リブ導波路よりも有利となる。
【０１０１】
（第３の実施形態）
＜基板型光導波路素子＞
次に、本発明の第３の実施形態として図１６（Ａ），（Ｂ）に示す基板型光導波路素子１０１Ｂについて説明する。なお、図１６（Ａ）は、基板型光導波路素子１０１Ｂを示す平面図であり、図１６（Ｂ）は、基板型光導波路素子１０１Ｂが備えるテーパ導波路１０２を示す平面図である。また、以下の説明では、上記図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【０１０２】
本実施形態の基板型光導波路素子１０１Ｂは、第１の曲げ導波路１５と第２の曲げ導波路１６とに、それぞれテーパ導波路１０２が接続された構成となっている。それ以外は、上記基板型光導波路素子１と基本的に同じ構成を有している。
【０１０３】
テーパ導波路１０２は、半リブ導波路と矩形導波路との間で、導波路構造が連続的に変化することによって、リブ導波路から半リブ導波路に変換（又は半リブ導波路からリブ導波路に変換）される導波路を形成している。
【０１０４】
具体的に、このテーパ導波路１０２は、第１のリブ部９Ａの第２のリブ部１０Ａと対向する側の側面に連続して設けられた第１のスラブ部１２Ｃと、第２のリブ部１０Ａの第１のリブ部９Ａと対向する側の側面に連続して設けられた第２のスラブ部１２Ｄとを有している。第１のスラブ部１２Ｃ及び第２のスラブ部１２Ｄは、スラブ部１２Ａに連続して設けられ、且つ、それぞれの幅がスラブ部１２Ａに向かって連続的に大きくなっている。
【０１０５】
第１のスラブ部１２Ｃと第２のスラブ部１２Ｄとは、第１のリブ部９Ａと第２のリブ部１０Ａとの中途部から、一定のテーパ角を有して徐々に幅を拡大させながら、スラブ部１２Ａまで延長して設けられている。
【０１０６】
本実施形態の基板型光導波路素子１０１Ｂでは、上記基板型光導波路素子１と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の基板型光導波路素子１０１Ｂでは、テーパ導波路１０２を用いることで、矩形導波路と半リブ導波路との間でスラブ部１２Ｃ，１２Ｄの幅を連続的に変化させることができる。これにより、矩形導波路と半リブ導波路との接続が容易なものとなる。
【０１０７】
また、基板型光導波路素子１０１Ｂの変形例を図１６（Ｃ）に示す。図１６（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１０１Ｂでは、第１の曲げ導波路１５と第２の曲げ導波路１６とが、所定の曲率で互いに離間する方向に直角に曲がって形成されている。この場合も、第１のスラブ部１２Ｃ及び第２のスラブ部１２Ｄは、スラブ部１２Ａに連続して設けられ、且つ、それぞれの幅がスラブ部１２Ａに向かって連続的に大きくなっている。
【０１０８】
一方、図１６（Ｄ）に示すようなテーパ導波路１０３を用いた場合は、リブ導波路から半リブ導波路に変換される導波路構造、若しくは半リブ導波路からリブ導波路に変換される導波路構造が得られる。
【０１０９】
（第４の実施形態）
＜基板型光導波路素子＞
次に、第４の実施形態として、図１７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１０１Ｃについて説明する。なお、図１７（Ａ）は、基板型光導波路素子１０１Ｃを示す平面図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）中に示す線分Ｚ１−Ｚ１による基板型光導波路素子１０１Ｃの断面図である。図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）中に示す線分Ｚ２−Ｚ２による基板型光導波路素子１０１Ｃの断面図である。また、以下の説明では、上記図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【０１１０】
図１７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１０１Ｃでは、第３のリブ部１１の両側の側面にスラブ部１２Ｅが連続して設けられた構成となっている。それ以外は、上記基板型光導波路素子１と基本的に同じ構成を有している。すなわち、Ｙ分岐導波路３の１つの出力導波路３４は、第３のリブ部１１の両側の側面にスラブ部１２Ｅが設けられることによって、リブ導波路を形成している。
【０１１１】
本実施形態の基板型光導波路素子１０１Ｃでは、上記基板型光導波路素子１と同様の効果を得ることができる。また、出力導波路３４をリブ導波路により形成した場合、外部のリブ導波路に対する出力導波路３４の接続が容易となり、導波路構造の変換が不要となるため、デバイス長を短くすることができる。また、上述した側壁荒れによる損失を小さくすることができる。
【０１１２】
（第５の実施形態）
＜基板型光導波路素子＞
次に、第５の実施形態として、図１８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１０１Ｄについて説明する。なお、図１８（Ａ）は、基板型光導波路素子１０１Ｄを示す平面図であり、図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）中に示す線分Ｚ１−Ｚ１による基板型光導波路素子１０１Ｄの断面図である。図１８（Ｃ）は、図１８（Ａ）中に示す線分Ｚ２−Ｚ２による基板型光導波路素子１０１Ｄの断面図である。また、以下の説明では、上記図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【０１１３】
図１８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す基板型光導波路素子１０１Ｄでは、第１のリブ部９，９Ａと第２のリブ部１０，１０Ａとの互いに対向する側面とは反対側の側面にスラブ部１２Ｂと、第３のリブ部１１の両側の側面にスラブ部１２Ｅとがそれぞれ連続して設けられた構成となっている。それ以外は、上記基板型光導波路素子１と基本的に同じ構成を有している。すなわち、Ｙ分岐導波路３の２つの入力導波路３２，３３は、第１のリブ部９，９Ａと第２のリブ部１０，１０Ａとの幅方向の両側にスラブ部１２，１２Ａ，１２Ｂが設けられることによって、リブ導波路を形成している。また、Ｙ分岐導波路３の１つの出力導波路３４は、第３のリブ部１１の両側の側面にスラブ部１２Ｅが設けられることによって、リブ導波路を形成している。
【０１１４】
本実施形態の基板型光導波路素子１０１Ｄでは、上記基板型光導波路素子１と同様の効果を得ることができる。また、入力導波路３２，３３及び出力導波路３４をリブ導波路により形成した場合、上記基板型光導波路素子１０１Ａ及び上記基板型光導波路素子１０１Ｃと同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態として、図１９（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器（ＭＺＭ：Mach-Zehnder Modulator）５０Ａ及びそのモニター構造と、図１９（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ｂ及びそのモニター構造とについて説明する。なお、図１９（Ａ）は、マッハツェンダ型光変調器５０Ａ及びそのモニター構造を示す模式図である。図１９（Ｂ）は、マッハツェンダ型光変調器５０Ｂ及びそのモニター構造を示す模式図である。
【０１１６】
図１９（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ａは、光が入力される入力部５１と、入力部５１から入力された光を分波する分波部５２と、分波部５２で分波された光を位相変調する２つの位相変調部５３，５４と、２つの位相変調部５３，５４で位相変調された光を合波する合波部５５と、合波部５５で合波された光を出力する出力部５６とを備えている。
【０１１７】
図１９（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ａでは、合波部５５に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、低損失な合波が可能となっている。
【０１１８】
また、図１９（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ａでは、出力部５６の後段に位置して、ＴＥ１モードの光を分離する高次モードスプリッタ５７と、高次モードスプリッタで分離されたＴＥ１モードの光を検出する光検出器（ＰＤ：Photo Detector）５８とを配置したモニター構造を採用している。
【０１１９】
このモニター構造では、ＴＥ０モードの光（図１９（Ａ）中の矢印ＴＥ０で表す。）と、ＴＥ１モードの光（図１９（Ａ）中の矢印ＴＥ１で表す。）とが、出力部５６から同時に出力されるとき、ＴＥ１モードの光を分離して検出する。具体的に、このモニター構造では、光変調器５０Ａで光が打ち消し合う場合にＴＥ１モードの光が発生することを利用して、このＴＥ１モードの光を高次モードスプリッタ５７で分離した後、この分離されたＴＥ１モードの光を光検出器５８が検出し、電気信号に変換することで、光変調器５０Ａの駆動条件をモニターすることができる。
【０１２０】
図１９（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ａでは、合波部５５に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、ＴＥ０モードの光だけでなく、ＴＥ１モードの光も低損失に発生させることが可能である。したがって、このモニター構造では、光検出器５８で検出されるＴＥ１モードの光のパワーが大きくなるため、ノイズに強い、より正確なモニター制御を効率良く行うことができる。
【０１２１】
図１９（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ｂは、光が入力される第１の入力部５１Ａと、第１の入力部５１Ａから入力された光を分波する第１の分波部５２Ａと、第１の分波部５２Ａで分波された光を位相変調する２つの位相変調部５３，５４と、２つの位相変調部５３，５４で位相変調された光を合波する第１の合波部５５Ａと、第１の合波部５５Ａで合波された光を出力する第１の出力部５６Ａとをそれぞれ有する第１の光変調部５９及び第２の光変調部６０とを備えている。
【０１２２】
また、図１９（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ｂは、第１の光変調部５９及び第２の光変調部６０の前段に位置して、光が入力される第２の入力部５１Ｂと、第２の入力部５１Ｂから入力された光を第１の光変調部５９の第１の入力部５１Ａ側と第２の光変調部６０の第１の入力部５１Ａ側とに分波する第２の分波部５２Ｂと、第１の光変調部５９及び第２の光変調部６０の後段に位置して、第１の光変調部５９の第１の出力部５６Ａから出力された光と、第２の光変調部６０の第１の出力部５６Ａから出力された光とを合波する第２の合波部５５Ｂと、第２の合波部５５Ｂで合波された光を出力する第２の出力部５６Ｂとを備えている。
【０１２３】
さらに、図１９（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ｂは、第１の光変調部５９と第２の光変調部６０との何れか一方（本実施形態では第２の光変調部６０）の第１の合波部５５Ａから出力された光の位相差を調整する位相調整部６１を備えている。
【０１２４】
図１９（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ｂでは、第１の合波部５５Ａと第２の合波部５５Ｂとの何れか（本実施形態では第２の合波部５５Ｂ）に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、低損失な合波が可能となっている。
【０１２５】
また、図１９（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ｂでは、上記図１９（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ａと同様に、第２の出力部５６Ｂの後段に位置して、高次モードスプリッタ５７と、光検出器５８とを配置したモニター構造を採用している。
【０１２６】
このモニター構造では、ＴＥ０モードの光（図１９（Ｂ）中の矢印ＴＥ０で表す。）と、ＴＥ１モードの光（図１９（Ｂ）中の矢印ＴＥ１で表す。）とが、第２の出力部５６Ｂから同時に出力されるとき、ＴＥ１モードの光を分離して検出する。具体的に、このモニター構造では、光変調器５０Ｂで光が打ち消し合う場合にＴＥ１モードの光が発生することを利用して、このＴＥ１モードの光を高次モードスプリッタ５７で分離した後、この分離されたＴＥ１モードの光を光検出器５８が検出し、電気信号に変換することで、光変調器５０Ｂの駆動条件をモニターすることができる。
【０１２７】
図１９（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ｂでは、第１の合波部５５Ａと第２の合波部５５Ｂとの何れか（本実施形態では第２の合波部５５Ｂ）に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、ＴＥ０モードの光だけでなく、ＴＥ１モードの光も低損失に発生させることが可能である。したがって、このモニター構造では、光検出器５８で検出されるＴＥ１モードの光のパワーが大きくなるため、ノイズに強い、より正確なモニター制御を効率良く行うことができる。
【０１２８】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態として、図２０（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ａ及びそのモニター構造と、図２０（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ｂ及びそのモニター構造とについて説明する。なお、図２０（Ａ）は、マッハツェンダ型光変調器７０Ａ及びそのモニター構造を示す模式図である。図２０（Ｂ）は、マッハツェンダ型光変調器７０Ｂ及びそのモニター構造を示す模式図である。また、以下の説明では、上記図２０（Ａ），（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器５０Ａ，５０Ｂと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【０１２９】
図２０（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ａは、上記光変調器５０Ａの構成に加えて、更に、合波部５５から出力された光の位相差を調整する位相調整部６１を備えている。
【０１３０】
図２０（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ａでは、合波部５５に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、低損失な合波が可能となっている。
【０１３１】
また、図２０（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ａでは、出力部５６の後段に位置して、ＴＥ１モードの光をＴＭ０モードの光に変換する高次偏波変換部７１と、ＴＥ０モードの光を分離する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）７２と、偏波ビームスプリッタ７２で分離されたＴＥ０モードの光を検出する光検出器５８とを配置したモニター構造を採用している。
【０１３２】
このモニター構造では、ＴＥ０モードの光（図２０（Ａ）中の矢印ＴＥ０で表す。）と、ＴＥ１モードの光（図２０（Ａ）中の矢印ＴＥ１で表す。）とが、出力部５６から同時に出力されるとき、ＴＥ１モードの光をＴＭ０モード（図２０（Ａ）中の矢印ＴＭ０で表す。）の光に変換した後、ＴＥ０モードの光を分離して検出する。
【０１３３】
具体的に、このモニター構造では、光変調器７０Ａで光が打ち消し合う場合にＴＥ１モードの光が発生することを利用して、このＴＥ１モードの光を高次偏波変換部７１でＴＭ０モードの光に変換して出力する。高次偏波変換部７１としては、例えば、下記参考文献［１］（Daoxin Dai, et al., "Novel concept for ultracompact polarization splitter-rotator based on silicon nanowires," Optics Express, Vol. 19, No. 11, 2011, 10940-10949）や、特願２０１３−１３５４９０に開示されている高次偏波変換素子を用いることができる。
【０１３４】
高次偏波変換部７１では、ＴＥ０モードの光が入力された場合は、他の導波モードへの変換は行われない。このため、光変調器７０Ａで発生したＴＥ０モードの光は、高次偏波変換部７１の後段にそのまま出力される。その後、高次偏波変換部７１から出力されたＴＥ０モードの光とＴＭ０モードの光とを偏波ビームスプリッタ７２で分離する。そして、分離されたＴＥ０モードの光を光検出器５８が検出し、電気信号に変換することで、光変調器７０Ａの駆動条件をモニターすることができる。
【０１３５】
図２０（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ａでは、合波部５５に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、ＴＥ０モードの光だけでなく、ＴＥ１モードの光も低損失に発生させることが可能である。したがって、このモニター構造では、高次偏波変換部７１から出力されるモニター用のＴＥ０モードの光と、信号用のＴＭ０モードの光とのパワーを高く維持できる。
【０１３６】
図２０（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ｂは、上記光変調器５０Ｂの構成を備えている。図２０（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ａでは、第１の合波部５５Ａと第２の合波部５５Ｂとの何れか（本実施形態では第２の合波部５５Ｂ）に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、低損失な合波が可能となっている。
【０１３７】
また、図２０（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ｂでは、上記図２０（Ａ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ａと同様に、第２の出力部５６Ｂの後段に位置して、高次偏波変換部７１と、偏波ビームスプリッタ７２と、光検出器５８とを配置したモニター構造を採用している。
【０１３８】
このモニター構造では、ＴＥ０モードの光（図２０（Ｂ）中の矢印ＴＥ０で表す。）と、ＴＥ１モードの光（図２０（Ｂ）中の矢印ＴＥ１で表す。）とが、出力部５６から同時に出力されるとき、ＴＥ１モードの光をＴＭ０モード（図２０（Ｂ）中の矢印ＴＭ０で表す。）の光に変換した後、ＴＥ０モードの光を分離して検出する。
【０１３９】
具体的に、このモニター構造では、光変調器７０Ｂで光が打ち消し合う場合にＴＥ１モードの光が発生することを利用して、このＴＥ１モードの光を高次偏波変換部７１でＴＭ０モードの光に変換して出力する。高次偏波変換部７１では、ＴＥ０モードの光が入力された場合は、他の導波モードへの変換は行われない。このため、光変調器７０Ｂで発生したＴＥ０モードの光は、高次偏波変換部７１の後段にそのまま出力される。その後、高次偏波変換部７１から出力されたＴＥ０モードの光とＴＭ０モードの光とを偏波ビームスプリッタ７２で分離する。そして、分離されたＴＥ０モードの光を光検出器５８が検出し、電気信号に変換することで、光変調器７０Ｂの駆動条件をモニターすることができる。
【０１４０】
図２０（Ｂ）に示すマッハツェンダ型光変調器７０Ｂでは、第１の合波部５５Ａと第２の合波部５５Ｂとの何れか（本実施形態では第２の合波部５５Ｂ）に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、ＴＥ０モードの光だけでなく、ＴＥ１モードの光も低損失に発生させることが可能である。したがって、このモニター構造では、高次偏波変換部７１から出力されるモニター用のＴＥ０モードの光と、信号用のＴＭ０モードの光とのパワーを高く維持できる。
【０１４１】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態として、図２１（Ａ）に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ａと、図２１（Ｂ）に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ｂとについて説明する。なお、図２１（Ａ）は、マッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ａを示す模式図である。図２１（Ｂ）は、マッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ｂを示す模式図である。
【０１４２】
図２１（Ａ）に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ａは、光が入力される入力部８１と、入力部８１から入力された光を分波する分波部８２と、分波部８２で分波された光を合波する合波部８３と、合波部８３で合波された光を出力する出力部８４とを有するマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ：Mach-Zehnder Interferometer）８５を備えている。
【０１４３】
また、図２１（Ａ）に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ａは、ＴＥ０モードの光（図２１（Ａ）中の矢印ＴＥ０で表す。）と、ＴＥ１モードの光（図２１（Ａ）中の矢印ＴＥ１で表す。）とが出力部８４から同時に出力されるとき、ＴＥ１モードの光をＴＭ０モードの光に変換する高次偏波変換部８６と、分波部８２で分波された光のうち何れか一方の光の位相差を調整する位相調整部８７とを備えている。
【０１４４】
図２１（Ａ）に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ａでは、マッハツェンダ干渉計８５の入力部８１からＴＥ０モードの光（図２１（Ａ）中の矢印ＴＥ０で表す。）が入力され、マッハツェンダ干渉計８５の出力部８４から出力される光の偏波モードを位相調整部８７の調整によって、ＴＥ０モードの光（図２１（Ａ）中の矢印ＴＥ０で表す。）と、ＴＭ０モードの光（図２１（Ａ）中の矢印ＴＭ０で表す。）との何れかに切り替えることができる。
【０１４５】
図２１（Ａ）に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ａでは、合波部８３に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、ＴＥ０モードの光とＴＭ０モードの光とを低損失に発生させることが可能である。したがって、この出力偏波変換素子８０Ａでは、最終的に出力されるＴＥ０モードの光とＴＭ０モードの光とのパワーを高めることができる。
【０１４６】
図２１（Ｂ）に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ｂは、上記マッハツェンダ干渉計８５の構成に、分波部８２で分波された光を位相変調する２つの位相変調部８８，８９を追加することによって、光変調部（ＭＺＭ）９０が構成されている。
【０１４７】
図２１（Ｂ）に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ｂでは、光変調部９０の入力部８１からＴＥ０モードの光（図２１（Ａ）中の矢印ＴＥ０で表す。）が入力され、光変調部９０の出力部８４から出力される光の偏波モードを位相調整部８７の調整によって、ＴＥ０モードの光（図２１（Ａ）中の矢印ＴＥ０で表す。）と、ＴＭ０モードの光（図２１（Ａ）中の矢印ＴＭ０で表す。）との何れかに切り替えることができる。
【０１４８】
図２１（Ｂ）に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子８０Ｂでは、合波部８３に、上記Ｙ分岐導波路３を備えた基板型光導波路素子１を用いることによって、ＴＥ０モードの光とＴＭ０モードの光とを低損失に発生させることが可能である。したがって、この出力偏波変換素子８０Ｂでは、最終的に出力されるＴＥ０モードの光とＴＭ０モードの光とのパワーを高めることができる。
【０１４９】
なお、上記Ｙ分岐導波路３では、出力導波路３４の幅を調整することによって、ＴＥ０モードの光とＴＭ０モードの光との損失を調整することができる。このため、出力偏波変換素子８０Ａ，８０Ｂでの損失を加味して、最終的に出力されるＴＥ０モードの光とＴＭ０モードの光とのパワーのアンバランスを解消することも可能である。
【０１５０】
（その他の実施形態）
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、上記Ｙ分岐導波路３を光の合波を行う合波導波路として用いる場合に限らず、上記Ｙ分岐導波路３を光の分波を行う分波導波路として用いることも可能である。すなわち、上記Ｙ分岐導波路３では、第３の導波路８、第４の導波路１７及び直線導波路１８から１つの入力導波路を構成し、第１の導波路６及び第１の曲げ導波路１５と、第１の導波路６及び第１の曲げ導波路１５とから２つの出力導波路を構成してもよい。上記Ｙ分岐導波路３では、分波導波路として用いた場合でも、低損失な分波が可能である。
【実施例】
【０１５１】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【０１５２】
（実施例１）
実施例１は、上記実施形態１の基板型光導波路素子１に対応した実施例であり、このＹ分岐導波路３における各部の寸法は、図２２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すとおりである。なお、図２２（Ａ）は、その各部の寸法を示す平面図である。図２２（Ｂ）は、その各部の寸法を示す図２２（Ａ）中の線分Ｚ３−Ｚ３による入力導波路３２，３３の断面図である。図２２（Ｃ）は、その各部の寸法を示す図２２（Ａ）中の線分Ｚ４−Ｚ４による出力導波路３４の断面図である。
【０１５３】
先ず、２つの入力導波路３２，３３の偶モードと奇モードとが、それぞれ出力導波路３４のＴＥ０モードとＴＥ１モードとに変換されるときの出力導波路３４（第３の導波路８）の幅Ｘ［ｎｍ］に対する過剰損失（＝−変換効率［ｄＢ］）の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図２３に示す。なお、本シミュレーションの条件は、上記図２２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す寸法とする以外は、上記図４に示す場合と同様である。本シミュレーションでは、計算は有限要素法（ＦＥＭ）を用いて、突合せ結合部３１による変換効率を計算している（上記式（１）の近似を行わない正確な計算による。）。
【０１５４】
なお、図２３中のグラフにおいて、実線で示すＴＥ０は、偶モードからＴＥ０モードへの変換時の過剰損失を表し、破線で示すＴＥ１は、奇モードからＴＥ１モードへの変換時の過剰損失を表す。また、Ｘ＝１１００ｎｍのとき、出力導波路３４の一対の突出部１１ａ，１１ｂは無い場合である。
【０１５５】
図２３に示すグラフから、Ｘ＝１１００ｎｍのときから出力導波路３４の幅Ｘが大きるに従って、電界分布の重なりが大きくなり、過剰損失が徐々に低下しながら、ある最小値を取ることがわかる。そこから更に、出力導波路３４の幅Ｘが大きくなると、出力導波路３４のＴＥ０モードの電界分布が広がることによって、今度は過剰損失が徐々に増加することがわかる。したがって、過剰損失を低減するためには、出力導波路３４の幅Ｘを１１００ｎｍより大きくし（すなわち一対の突出部１１ａ，１１ｂがある状態とし）、なお且つ、あまり大きくし過ぎない方がよい。
【０１５６】
そこで、ＴＥ０モードの過剰損失が最小値を取る場合（Ｘ＝約１５００ｎｍ）を考える。この場合の過剰損失は、偶モードからＴＥ０モードへの変換で０．２４ｄＢとなり、奇モードからＴＥ１モードへの変換で０．３２ｄＢとなった。
【０１５７】
なお、ＴＥ１モードの最小値は、ＴＥ０モードが最小値を取る場合のＸ値とは一致しない。これは、ＴＥ１モードでは、２つの入力導波路３２，３３の奇モードの２つのピークが、出力導波路３４のＴＥ１モードの２つのピークに合うようなＸ値が最適値であるのに対し、ＴＥ０モードでは、偶モードの中心からの広がりと、その程度を考慮してＸ値が定まるためであり、損失の低下の理由がそれぞれ異なるためである。このため、ＴＥ０モードだけでなく、ＴＥ１モードでも低損失に動作させたい場合は、要求仕様に応じてＸ値を適宜調整する必要がある。
【０１５８】
次に、Ｘ＝１５００ｎｍのときの過剰損失の波長依存性について、波長に対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図２４及び図２５に示す。なお、図２４は、偶モードからＴＥ０モードへの変換時における過剰損失を表すグラフであり、図２５は、奇モードからＴＥ１モードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。
【０１５９】
また、図２４及び図２５に示すグラフにおいて、実線で示すＴＥ０，ＴＥ１は、導波路幅の変化が０ｎｍの場合（設計通りの場合）を表し、点線で示すＴＥ０，ＴＥ１は、導波路幅が製造誤差により−３０ｎｍで変化した場合を表し、破線で示すＴＥ０，ＴＥ１は、導波路幅が製造誤差により＋３０ｎｍで変化した場合を表す。なお、導波路幅の変化は、Ｙ分岐導波路を構成する全ての導波路幅が、幅方向の中心位置を保ったまま、対称に幅方向に変化した場合を想定している。これは、リソグラフィとエッチングによって製造する場合の典型的な製造誤差である。
【０１６０】
図２４及び図２５に示すグラフから、偶モードからＴＥ０モードへの変換時における過剰損失の変化は、波長１４８０〜１６８０ｎｍの範囲で０．２０ｄＢとなった。また、導波路幅が±３０ｎｍで変動したとき、偶モードからＴＥ０モードへの変換時における過剰損失の変化は、波長１４８０〜１６８０ｎｍの範囲で最大０．０２７ｄＢとなった。
【０１６１】
この結果は、後述する比較例１で示す非特許文献１に記載の矩形導波路を用いたＹ分岐導波路（上記図３６（Ａ）を参照。）の場合と比べて非常に小さい。
【０１６２】
上記実施例１では、突合せ結合部３１での変換効率を計算したが、実際は、曲げ導波路やテーパ部などの損失も計算する必要がある。しかしながら、一般的な議論として、曲げ導波路の曲率を大きくしたり、テーパ部のテーパ長を長くしたりすることで、十分な低損失化が可能である。したがって、本実施例では、最も損失に影響する突合せ結合部３１に限定して計算を行った。
【０１６３】
次に、Ｘ＝１５００ｎｍとし、ＴＥ０モードの光を一方の入力導波路３２に入力したときの出力導波路３４から出力されるＴＥ０モードの光の過剰損失をシミュレーションにより計算した。そのときの電界分布を表すグラフを図２６に示す。なお、波長は１５８０ｎｍとし、計算にはＦＤＴＤ（Finite-difference time-domain）法を用いた。
【０１６４】
出力導波路３４から出力されるＴＥ０モードの光の過剰損失（３ｄＢの原理損を除く。）は、０．２３ｄＢとなり、突合せ結合部３１での過剰損失は、０．２１ｄＢとなった。このことから、突合せ結合部３１の過剰損失が支配的であり、この値が全体の損失を示していることがわかる（但し、計算誤差により厳密な一致は見ていない。）。したがって、上記図２３、図２４及び図２５に示すグラフの結果においても、突合せ結合部３１の過剰損失を全体の損失と見なしても差し支えない。
【０１６５】
なお、図２６に示すグラフでは、突合せ結合部３１においてＴＥ０モードの光だけでなくＴＥ１モードの光も発生しているため、合波後の電界分布は、ＴＥ０モードの光とＴＥ１モードの光とが重畳したものとなり、複雑な様相を呈している。
【０１６６】
次に、合波後の電界分布をより明確に示すため、Ｘ＝１５００ｎｍとし、ＴＥ０モードの光を２つの入力導波路３２，３３に入力したときの位相差が０ｒａｄの場合の電界分布をシミュレーションにより求めたグラフを図２７に示し、位相差がπｒａｄの場合の電界分布をシミュレーションにより求めたグラフを図２８に示す。
【０１６７】
図２７に示すグラフから、位相差が０ｒａｄの場合は、２つの入力導波路３２，３３に入力した奇モードの位相が逆相になるため、互いに打ち消し合う。一方、偶モードの位相は同相となるため、互いに強め合う。その結果、出力導波路３４では、ＴＥ１モードの光が出力されず、合波後のＴＥ０モードの光を明確に見ることができる。一方、図２８に示すグラフから、位相差がπｒａｄの場合は、出力導波路３４において、ＴＥ０モードの光が出力されず、合波後のＴＥ１モードの光を明確に見ることができる。
以上のように、実施例１の結果から、低損失な合波が可能であることが明らかとなった。
【０１６８】
（比較例１）
比較例１は、上記非特許文献１に記載の矩形導波路を用いたＹ分岐導波路に対応した比較例であり、このＹ分岐導波路における各部の寸法は、図２９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すとおりである。なお、図２９（Ａ）は、その各部の寸法を示す平面図である。図２９（Ｂ）は、その各部の寸法を示す図２９（Ａ）中の線分Ｚ３’−Ｚ３’による入力導波路の断面図である。図２９（Ｃ）は、その各部の寸法を示す図２９（Ａ）中の線分Ｚ４’−Ｚ４’による出力導波路の断面図である。すなわち、比較例１におけるＹ分岐導波路の各部の寸法は、実施例１におけるＹ分岐導波路の各部の寸法と同じである。また、過剰損失の計算は、突合せ結合部３１のものを用いている。
【０１６９】
先ず、上記図２３に示す場合と同様に、上記非特許文献１に記載の矩形導波路を用いたＹ分岐導波路について、出力導波路の幅Ｘ［ｎｍ］に対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図３０に示す。なお、図３０に示すグラフの見方は、上記図２３に示す場合と同様である。
【０１７０】
図３０に示すグラフから、出力導波路の幅Ｘ［ｎｍ］に対する過剰損失の変化は、上記図２３に示すグラフと同様の傾向が見られた。具体的には、Ｘ＝約１８５０ｎｍのとき、ＴＥ０モードの過剰損失が最小値を取り、このときの過剰損失は、偶モードからＴＥ０モードへの変換で０．６３ｄＢ、奇モードからＴＥ１モードへの変換で０．８１ｄＢとなった。
【０１７１】
この結果から、実施例１のＹ分岐導波路では、比較例１のＹ分岐導波路に比べて、低損損失での変換が可能であることがわかる。これは、実施例１のＹ分岐導波路の方が、２つの入力導波路の結合係数が大きく、偶モードが中央に寄った電界分布を持つためである。
【０１７２】
また、ＴＥ０モードの過剰損失が最小となるＸ値は、実施例１では約１５００ｎｍであったのに対し、比較例１では約１８５０nmと大きくなっている。これは、矩形導波路では結合が弱く、偶モードの電界分布が中央より広がった点に分布するため、出力導波路の幅をより広めて、ＴＥ０モードの分布を広げた場合の方が、結合が高まるためである。
【０１７３】
一方、奇モードでは、その電界分布の違いから最小となるＸ値は、実施例１と比較例１との間で偶モードほどの差は生じていない。このため、ＴＥ０モード及びＴＥ１モードの過剰損失が最小となるＸ値は、その差が実施例１よりも比較例１の方が大きくなっている。したがって、実施例１では、比較例１よりもＴＥ０モード及びＴＥ１モードの光を低損失に変換することが可能である（上記効果３を参照。）。
【０１７４】
次に、上記図２４及び図２５に示す場合と同様に、上記非特許文献１に記載の矩形導波路を用いたＹ分岐導波路について、波長に対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図３１及び図３２に示す。なお、図３１は、偶モードからＴＥ０モードへの変換時における過剰損失を表すグラフであり、図３２は、奇モードからＴＥ１モードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。なお、図３１及び図３２に示すグラフの見方は、上記図２４及び図２５に示す場合と同様である。
【０１７５】
図３１及び図３２に示すグラフから、偶モードからＴＥ０モードへの変換時における過剰損失の変化は、波長１４８０〜１６８０ｎｍの範囲で０．６１ｄＢとなった。また、導波路幅が±３０ｎｍで変動したとき、偶モードからＴＥ０モードへの変換時における過剰損失の変化は、波長１４８０〜１６８０ｎｍの範囲で最大０．１９ｄＢとなった。
【０１７６】
この結果から、実施例１では、比較例１に比べて、製造誤差に強いことがわかる。これは、上記効果２による。
したがって、実施例１のＹ分岐導波路では、比較例１のＹ分岐導波路よりも優れていることが明らかとなった。
【０１７７】
（実施例２）
実施例２は、上記第２の実施形態の基板型光導波路素子１０１に対応した実施例であり、このＹ分岐導波路における各部の寸法は、図３３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すとおりである。なお、図３３（Ａ）は、その各部の寸法を示す平面図である。図３３（Ｂ）は、その各部の寸法を示す図３３（Ａ）中の線分Ｚ５−Ｚ５による断面図である。図３３（Ｃ）は、その各部の寸法を示す図３３（Ａ）中の線分Ｚ６−Ｚ６による断面図である。すなわち、実施例２におけるＹ分岐導波路の各部の寸法は、実施例１におけるＹ分岐導波路の各部の寸法と同じである。また、過剰損失の計算は、突合せ結合部３１のものを用いている。
【０１７８】
上記図２３に示す場合と同様に、実施例２のＹ分岐導波路について、出力導波路の幅Ｘ［ｎｍ］に対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図３４に示す。なお、図３４に示すグラフの見方は、上記図２３に示す場合と同様である。
【０１７９】
図３４に示すグラフから、出力導波路の幅Ｘ［ｎｍ］に対する過剰損失の変化は、上記図２３に示すグラフと同様の傾向が見られた。具体的には、Ｘ＝約１９００ｎｍのとき、ＴＥ０モードの過剰損失が最小値を取り、このときの過剰損失は、偶モードからＴＥ０モードへの変換で０．３２ｄＢ、奇モードからＴＥ１モードへの変換で０．４９ｄＢとなった。
【０１８０】
この結果から、実施例２のＹ分岐導波路では、比較例１のＹ分岐導波路に比べて、低損損失での変換が可能であることがわかる。一方、実施例１のＹ分岐導波路に比べて、損失が大きいことがわかる。
【符号の説明】
【０１８１】
１，１０１Ａ，１０１Ｂ…基板型光導波路素子  ２…基板  ３…Ｙ分岐導波路  ４…コア  ５…クラッド  ６…第１の導波路  ７…第２の導波路  ８…第３の導波路  ９…第１のリブ部  １０…第２のリブ部  １１，１１Ａ，１１Ｂ…第３のリブ部  １１ａ，１１ｂ…突出部  １２，１２Ａ，１２Ｂ…スラブ部  １２Ｃ…第１のスラブ部  １２Ｄ…第２のスラブ部  １３…下部クラッド  １４…上部クラッド  １５…第１の曲げ導波路  １６…第２の曲げ導波路  １７…第４の導波路  １８…直線導波路  ３１…突合せ結合部（分岐導波路構造）  ３２，３３…入力導波路  ３４…出力導波路  １０２，１０３…テーパ導波路
５０Ａ，５０Ｂ，７０Ａ，７０Ｂ…マッハツェンダ型光変調器  ５１…入力部  ５１Ａ…第１の入力部  ５１Ｂ…第２の入力部  ５２…分波部  ５２Ａ…第１の分波部  ５２Ｂ…第２の分波部  ５３，５４…位相変調部  ５５…合波部  ５５Ａ…第１の合波部  ５５Ｂ…第２の合波部  ５６…出力部  ５６Ａ…第１の出力部  ５６Ｂ…第２の出力部  ５７…高次モードスプリッタ  ５８…光検出器  ５９…第１の光変調部  ６０…第２の光変調部  ６１…位相調整部  ７１…高次偏波変換部  ７２…偏波ビームスプリッタ
８０Ａ，８０Ｂ…マッハツェンダ型出力偏波変換素子  ８１…入力部  ８２…分波部  ８３…合波部  ８４…出力部  ８５…マッハツェンダ干渉計  ８６…高次偏波変換部  ８７…位相調整部  ８８，８９…位相変調部  ９０…光変調部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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